1、第5章 存儲器教學目標： (1) 存儲器的類型和作用。 (2) 內存、硬盤、光驅、優盤及移動硬盤的選購方法。 (3) 內存的識別方法。 (4) 內存、硬盤、光驅的常見故障及其處理方法。 (5) 硬盤的結構及常用技術。計算機的存儲器由兩大部份組成內存和外存 ，外存主要有硬盤、光盤等。計算機硬盤(或者是軟盤和CDROM)就像是個文件柜，桌面就相當于電腦的內存，桌面越大，可以擺放的文件數量就越多，使用者就不必經常打開文件柜抽取或存放文件，這樣它的工作效率也就會提高。同理內存越大，計算機的速度也越快。51 內存內存的主要作用是用來臨時存放數據，再與CPU協調工作，從而提高整機性能。內存作為個人計算機硬

2、件的必要組成部分之一，其地位越來越重要，內存的容量與性能已成為衡量計算機整體性能的一個決定性因素。在內存中最小的物理單元是位，從本質上來講，位是一個位于某種二值狀態（通常是0和1）下的電氣單元。八位組成一個字節，這樣組合的可能有256種（2的8次方）。字節是內存可訪問的最基本單元，每個這樣的組合可代表單獨的一個數據字符或指令。一、內存的分類內存（Memory）也稱內部存儲器或主存，按照內存的工作原理主要分為兩類。一、RAM（Random Access Memory）隨機存取存儲器，用來暫時存放程序和數據，其特點是存儲的數據在掉電后會丟失。系統運行時，首先將指令和數據從外部存儲器（外存）中調入內

3、存，CPU再從內存中讀取指令和數據進行運算，并將運算結果存入內存中。它又分為兩種。1、動態隨機存取存儲器（DRAM，Dynamic RAM）DRAM主要應用在計算機中的主存儲器中，如內存條由此構成特點：集成度高，結構簡單，功耗低，生產成本低。2、靜態隨機存取存儲器（SRAM，Static RAM）SRAM主要應用在計算機中的高速小容量存儲器，如CACHE則是由此構成特點：結構相對復雜，造價高，速度快。二、ROM（Read Only Memory） 只讀存儲器，特點：只能從中讀取信息而不能任意寫入信息。一般用于保存不可更改的數據，如BIOS。可分為以下三種：.EPROM ：可擦可編程只讀存儲器，

4、芯片上有一個透明窗口。.EEPROM：電可擦可編程只讀存儲器。.閃速存儲器Flash Memory：可以將BIOS存儲在其中，當需要時可以利用軟件來自動升級和修改BIOS，較為方便。二、內存的物理結構內存經過了EDO、SDRAM的發展，現在已經進入DDR的時代。下面就以主流的DDR內存來介紹內存的物理結構。1、PCB板內存條的PCB板多數都是綠色的。如今的電路板設計都很精密，所以都采用了多層設計，例如4層或6層等，所以PCB板實際上是分層的，其內部也有金屬的布線。理論上6層PCB板比4層PCB板的電氣性能要好，性能也較穩定，所以名牌內存多采用6層PCB板制造。因為PCB板制造嚴密，所以從肉眼上

5、較難分辯PCB板是4層或6層，只能借助一些印在PCB板上的符號或標識來斷定。另外和PCB聯系緊密的名詞就是封裝了。2、金手指這一根根黃色的接觸點是內存與主板內存槽接觸的部分，數據就是靠它們來傳輸的，通常稱為金手指。金手指是銅質導線，使用時間長就可能有氧化的現象，會影響內存的正常工作，易發生無法開機的故障，所以可以隔一年左右時間用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。 3、內存芯片內存的芯片就是內存的靈魂所在，內存的性能、速度、容量都是由內存芯片組成的。如今我們市場上有許多種類的內存，但內存顆粒的型號并不多，常見的有HY、KINGMAX、WINBOND、TOSHIBA、SEC、MT、Apacer等等。

6、不同廠商的內存顆粒在速度、性能上也有很多不同。4、內存顆粒空位在內存條上你可能常看到這樣的空位，這是因為采用的封裝模式預留了一片內存芯片為其它采用這種封裝模式的內存條使用。這塊內存條就是使用9片裝PCB，預留ECC校驗模塊位置。5、電容PCB板上必不可少的電子元件就是電容和電阻了，這是為了提高電氣性能的需要。電容采用貼片式電容，因為內存條的體積較小，不可能使用直立式電容，但這種貼片式電容性能一點不差，它為提高內存條的穩定性起了很大作用。6、電阻電阻也是采用貼片式設計，一般好的內存條電阻的分布規劃也很整齊合理。7、內存固定卡缺口內存插到主板上后，主板上的內存插槽會有兩個夾子牢固的扣住內存，這個缺

7、口便是用于固定內存用的。8、內存腳缺口內存的腳上的缺口一是用來防止內存插反的（只有一側有），二是用來區分不同的內存，以前的SDRAM內存條是有兩個缺口的，而DDR則只有一個缺口，不能混插。9、SPDSPD是一個八腳的小芯片，它實際上是一個EEPROM可擦寫存貯器，這的容量有256字節，可以寫入一點信息，這信息中就可以包括內存的標準工作狀態、速度、響應時間等，以協調計算機系統更好的工作。從PC100時代開始，PC100規模中就規定符合PC100標準的內存條必須安裝SPD，而且主板也可以從SPD中讀取到內存的信息，并按SPD的規定來使內存獲得最佳的工作環境。另外內存條上一般還有芯片標志，通常包括廠

8、商名稱、單片容量、芯片類型、工作速度、生產日期等內容，其中還可能有電壓、容量系數和一些廠商的特殊標識在里面。芯片標志是觀察內存條性能參數的重要依據。三、常見內存條類型 1、EDO內存EDO（Extended Data Out RAM,，擴展數據輸出內存），可分為30pin和72pin（pin為線），如圖4-7所示，用5V電壓，數據寬度為32Bit，奔騰以上數據寬度都是64Bit甚至更高，所以EDO RAM在586主板上必須成對使用。2、SDRAM內存SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步動態內存），168pin和144pin（其中144pin用于筆記本），如圖4-8所

9、示，用3.3V電壓，其數據寬度為64Bit。其工作原理是將RAM與CPU以相同的頻率進行控制，取消了CPU的等待時間提高存取速度。可分為3個階段：.PC-66規范：主板設計為4個72pin+2個168pin.PC-100規范：主板設計為2-4個168pin.PC-133規范：主板設計為2-4個168pin3、DDR RAM內存DDR RAM（Double Data Rage RAM，雙倍速率SDRAM），如圖4-9所示，比SDRAM的速度高一倍，工作電壓在2.5V，特點是在時鐘周期內的上升沿和下降沿各傳輸一次數據，為184pin。現在市場上出現了DDRII內存，DDRII的工作電壓由DDR的2

10、.5V下降到了1.8V , 184Pin升級為232Pin ,內存總線為64位，現在的初期產品運行頻率在DDR400DDR533之間，能達到3.2-4.3GB/秒的帶寬 .4、RDRAMRDRAM（Rambus DRAM,存儲器總線式動態隨機存取存儲器），如圖4-10所示，由Rambus公司和Intel公司推出的一種內存規格，184pin，使用2.5V電壓，根據速度分600MHz、700MHZ和800MHZ三種，可在單個時鐘內的上升沿和下降沿各傳輸數據。四、 內存的技術指標與Cache一、內存的技術指標1、ECC校驗：在奇偶校驗基礎上開發的校驗，奇偶校驗指為了防止內存中的數據傳輸中發生錯誤需要

11、對字節中的數據位進行的校驗，可找出一位二進制錯誤但不能更正。ECC可糾正一位二進制錯誤。SDRAM 內存有雙面和單面設計每一面有8顆或9顆內存顆粒。2、內存容量：內存所存儲數據的最大容量。 3、存取時間TAC：存取數據時的時間，即存儲器進行一次完整的存取操作所需要的時間，單位為納秒。時間越小，速度越快。相應在內存條上標有 -6、-7、-8、-10等字樣。10NS -100MHZ、7NS-142MZH、8NS-133MHZ。（LGS-7 只有10 NS，市面上只有三星的是7NS）4、數據寬度內存的數據寬度是指內存同時傳輸數據的位數，以位（bit）為單位。內存的帶寬指內存的數據傳輸速率。5存取周期

12、TMC：內存的速度用存取周期來表示。讀入和寫出是存儲器的兩個基本操作，它指的是將信息在存儲器和寄存器之間進行讀寫。兩次獨立的存儲操作之間所需的最短時間稱為存儲周期TMC，單位為ns(納秒)，這個時間越短，存取速度就越快，也就標志著內存的性能越好。目前存儲器的存取周期一般為60 ns100 ns6內存的電壓早期的FPM內存和EDO內存均使用5V電壓，SDRAM內存一般使用3.3V電壓，現在使用的DDR和Rambus內存都是2.5 V電壓。而DDR II內存所使用的電壓為1.8V電壓。二、CacheCache（高速緩沖存儲器），Cache速度與CPU相當，CPU直接訪問Cache可從計算機整體提高

13、速度，并具有預測功能。計算機中運行速度由快到慢為：CPUCPU內部L1 CacheCPU內部L2 Cache主板上的Cache內存硬盤中的Cache（光盤中的Cache）硬盤中的數據（光盤中的數據）。其存儲量分別為：L1 Cache：16KB-64KB，甚至達到128KB；L2 Cache：128KB-512KB，甚至達到8M；主板上Cache：512KB-1MB；硬盤上：128KB-4MB；CDROM：64KB-256KB，甚至達到512KB。五、內存的選購1、看品牌2、看類型3、注意PCB板的質量六、內存故障及維修1. 內存故障分析如果在開機加電自檢時出現關于內存錯誤的聲音和文字提示信息，

14、或者在系統正常運行時隨機地死機或無故重啟，都有可能是內存故障。就內存的硬件故障而言，原因多是內存條的印刷電路或存儲芯片損壞，或者主板上的內存插槽觸點損壞。2. 內存常見故障及維修（1）開機無顯示（2）WINDOWS經常自動進入安全模式（3）隨機性死機（4）運行某引些軟件時出現內存不足的提示（5）每次開機都執行3遍內存檢測52 硬盤硬盤存儲器簡稱硬盤，是微機中廣泛使用的外部存儲設備。它具有比軟盤大得多的存儲容量和快得多的存取速度。硬盤的生產過程是在無塵工廠中進行的，磁盤和磁頭全部密封在鐵皮盒子中，因此它在出廠之前其容量就已經固定了。由于硬盤密封在金屬盒中，防潮、防霉、防灰塵性能好，如果使用得當，

15、硬盤上的數據可保存數年之久。現在幾乎所有軟件都需要安裝到硬盤上后才能運行，如Windows 98/2000、Office 97/2000，這些軟件都很大，沒有硬盤或硬盤容量不夠將無法運行。一、硬盤的工作原理和使用的技術1956 年，美國IBM 公司制造出世界上第一塊容量為5MB 的硬盤（IBM 350 RAMAC），它由50個直徑為24英寸的磁盤所組成。 1968年由IBM 公司提出“溫徹斯特”技術，1973年IBM公司制造出第一臺采用“溫徹斯特”技術的硬盤，容量為640MB。現在的硬盤一直在延續此項技術。“溫徹斯特”技術是指硬盤內部是真空的、磁頭懸浮、密封高速旋轉、磁頭沿盤片徑向移動。二、硬

16、盤的結構硬盤作為計算機主要的外部存儲設備，隨著設計技術的不斷更新和廣泛應用，不斷朝著容量更大、體積更小、速度更快、性能更可靠、價格更便宜的方向發展。1、硬盤的外部結構目前,硬盤產品的內部盤片直徑有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸（后兩種常用于筆記本及部分袖珍精密儀器中，現代臺式機常用3.5英寸）常用的3.5英寸硬盤的整體大小與軟驅相近，但因厚度不同，其處觀又有所不同。在其外殼上一般會貼上標簽，標簽上是一些有關硬盤的信息，如品牌、容量、轉速、工作電壓等信息。主要由以下幾部分組成。如圖5-2所示。 電源接口：電源接口與主機電源相連，作用是為硬盤正常工作提供電力保證。 數據接口：數據

17、接口是硬盤數據和主板控制器之間進行數據傳輸交換的紐帶，根據連接方式的差異，分為IDE接口、SCSI接口和SATA接口。 跳線插針：在硬盤電源接口旁有一個8針或9針的跳線，是用來設置硬盤的主從。 密封式金屬外殼：主要是為了防止灰塵進入硬盤內，因硬盤屬高精密的設備，一旦灰塵進入硬盤，會將盤片劃傷，破壞磁道，重則磁頭損壞使硬盤報廢。 邏輯電路板：安裝在盤體的下方，上面裸露著控制芯片、電阻等電子元件，有利于散熱。散熱對硬盤的穩定運行非常重要。2、硬盤的內部結構 硬盤的內部結構由磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片及主軸驅動機構、前置讀寫控制電路等幾大部分組成，而磁頭組件（Hard Disk Assembly，

18、HAD）是構成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔體內。 磁頭組件：浮動磁頭組件由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。磁頭是硬盤技術中最重要和關鍵的一環，一塊硬盤數據的讀取和保存均依靠磁頭來完成，保存數據時相當于“筆尖”，而讀取數據時又相當于“吸塵器”，加電后磁頭在磁盤表面高速旋轉，與盤片之間的間隙只有0.10.3um，這樣可以獲得很好的數據傳輸率。現在轉速為7200RPM的硬盤飛起的高度一般都低于0.3um，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數據傳輸率的可靠性。 磁頭驅動機構：磁頭驅動機構由音圈電機和磁頭驅動小車組成，新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構。高精度的輕型磁頭驅動機構能夠對磁頭進行正

19、確的驅動和定位，并在很短的時間內精確定位到指令指定的磁道，保證數據讀寫的可靠性。磁頭機構的電機有步進電機、力矩電機和音圈電機三種，前兩種應用在低容量硬盤中，現已被淘汰，大容量硬盤多采用音圈電機驅動。音圈是中間插有與磁頭相連的磁棒的線圈，當電流通過線圈時，磁棒就會發生位移，進而驅動裝載磁頭的小車，并根據控制器在盤面上磁頭位置的信息編碼來得到磁頭移動的距離，達到準確定位的目的。音圈電機是密封型的控制系統，能夠自動調整，其速度比早期的驅動電機的速度要快且安全系數高。 盤片和主軸組件：盤片是硬盤存儲數據的載體，現在的盤片大都采用多屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜磁盤與軟磁盤的不連續料載體相比，具有更高的記錄密

20、度。主軸組件包括軸瓦和驅動電機等。隨著硬盤容量的擴大，主軸電機的速度也在不斷提升，導致了傳統滾珠軸承電機磨損加劇、溫度升高、噪聲增大的弊病，對速度的提高帶來了負面影響。因而生產廠商開始采用精密機械工業的液態軸承電機（Fluid dynamic bearing motor）技術，液態軸承電機使用黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠可以避免金屬面的直接磨擦，噪聲和溫度減小到最低。而油膜具有有效吸收震動的能力，可以提高主軸部件的抗震能力。從理論上講，液態軸承電機無磨損，壽命無限長，是目前超高速硬盤的發展趨勢。 前置控制電路：前置控制電路控制磁頭感應的信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等。由于磁頭讀取的信

21、號微弱，所以，將放大電路密封在腔體內可減少外來信號的干擾和提高操作指令的準確性。三、硬盤的性能指標1、硬盤的轉速硬盤的馬達直接快定了硬盤的轉速。理論上講，硬盤的轉速越快越好，因為較高的硬盤轉速可以極大地縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間。但是，硬盤的高轉速給硬盤的負面影響就是轉速越快，硬盤表面的發熱量越大，如果再加上機箱散熱不佳和其它周邊散熱過多的原因，很可能造成機器運行不穩定。也正是這個原因，目前市場上絕大多數筆記本電腦中的專用硬盤，其轉速一般都不會超過4500RPM（r/min）。2、平均尋道時間(Average Seek Time)磁頭首先要找到數據所在的磁道，這一定位時間的平均值叫平

22、均尋道時間。單位為ms(毫秒)。這一指標的含義是指硬盤接到讀/寫指令后到磁頭移到指定的磁道(應該是柱面，但對于具體磁頭來說就是磁道)上方所需要的平均時間。除了平均尋道時間外，還有道間尋道時間(Track to Track或Cylinder Switch Time)與全程尋道時間(Full Track或Full Stroke)，前者是指磁頭從當前磁道上方移至相鄰磁道上方所需的時間，后者是指磁頭從最外(或最內)圈磁道上方移至最內(或最外)圈磁道上方所需的時間，基本上比平均尋道時間多一倍。出于實際的工作情況，我們一般只關心平均尋道時間。 3、平均潛伏期（Average Latency）這一指標是指當

23、磁頭移動到指定磁道后，要等多長時間指定的讀/寫扇區會移動到磁頭下方（盤片是旋轉的），盤片轉得越快，潛伏期越短。平均潛伏期是指磁盤轉動半圈所用的時間。顯然，同一轉速的硬盤的平均潛伏期是固定的。7200RPM時約為4.167ms，5400RPM時約為5.556ms。4、 平均訪問時間（Average Access Time）：又稱平均存取時間，一般在廠商公布的規格中不會提供，這一般是測試成績中的一項，其含義是指從讀/寫指令發出到第一筆數據讀/寫時所用的平均時間，包括了平均尋道時間、平均潛伏期與相關的內務操作時間（如指令處理），由于內務操作時間一般很短（一般在0.2ms左右），可忽略不計，所以平均訪

24、問時間可近似等于平均尋道時間+平均潛伏期，因而又稱平均尋址時間。如果一個5400RPM硬盤的平均尋道時間是9ms，那么理論上它的平均訪問時間就是14.556ms。5、數據傳輸率(DTR，Data Transfer Rate)單位為MB/s(兆字節每秒，又稱MBPS)或Mbits/s(兆位每秒，又稱Mbps)。DTR分為最大(Maximum)與持續(Sustained)兩個指標，根據數據交接方的不同又分外部與內部數據傳輸率。內部DTR是指磁頭與緩沖區之間的數據傳輸率，外部DTR是指緩沖區與主機(即內存)之間的數據傳輸率。外部DTR上限取決于硬盤的接口，目前流行的Ultra ATA-100接口即代

25、表外部DTR最高理論值可達100MB/s，持續DTR則要看內部持續DTR的水平。內部DTR則是硬盤的真正數據傳輸能力，為充分發揮內部DTR，外部DTR理論值都會比內部DTR高，但內部DTR決定了外部DTR的實際表現。由于磁盤中最外圈的磁道最長，可以讓磁頭在單位時間內比內圈的磁道劃過更多的扇區，所以磁頭在最外圈時內部DTR最大，在最內圈時內部DTR最小。 6、 緩沖區容量（Buffer Size）：很多人也稱之為緩存（Cache）容量，單位為MB。在一些廠商資料中還被寫作Cache Buffer。緩沖區的基本要作用是平衡內部與外部的DTR。為了減少主機的等待時間，硬盤會將讀取的資料先存入緩沖區，

26、等全部讀完或緩沖區填滿后再以接口速率快速向主機發送。四、硬盤常見故障及維修1. 硬盤故障簡介 硬盤故障有物理故障(即硬件故障)和邏輯故障(即軟件故障)兩大類型。硬件故障最常見的是可以識別和驅動，但磁盤出現壞扇區甚至某個磁頭損壞，或者控制器的某個元件燒壞以至于系統無法識別和驅動硬盤等。隨著硬盤制造技術的提高，硬件故障越來越少，而隨著硬盤容量的增大，軟件系統的日趨復雜，軟件故障變得五花八門，常見的表現是不能引導系統或某個應用程序不能正常運行等。2. 硬盤常見故障及處理（1）在開機后發現物理硬盤丟失（2）系統自檢時提示硬盤硬件故障（3）不能正常引導操作系統（4）不能正常運行某些應用軟件（5）感染病毒

27、（6）重做系統53 光盤和光驅根據光盤存儲技術的不同光盤驅動器可分為以下幾種：CD-ROM（只讀光盤驅動器）、CD-R（可寫光盤驅動器）、CD-R/W（可擦寫光盤驅動器）、DVD-ROM（DVD只讀光盤驅動器）和DVD-RAM（可反復擦寫DVD光盤存儲器）等其中的CD-ROM已經成為電腦系統的標準配件。一、光盤驅動器工作原理工作原理是數據通過刻錄設備在盤面上刻出一個信號凹坑，再在光盤的另一面涂上反光材料，CD-ROM的激光頭發出光束照到平地方和凹地方所反射回的信號不同，CD-ROM上的光敏元件根據反射信號的有無或強弱來記錄0和1完成數據的輸入。二、光驅的控制面板1、光驅的前面板 耳機插孔可連接

28、音箱或耳機，可輸出Audio CD音樂。 音量旋鈕調音樂音量大小。 指示燈光驅的運行狀態。 緊急出盒孔電或其它非正常狀態下打開光盤托架。 打開/關閉/停止鍵光盤進出盒和停止Audio CD播放。 播放/跳道鍵面板上控制播放Audio CD。 光盤托架用于放置光盤。2、光驅的后面板 電源插座連接電源線，給光驅供電設。 數據線插座連接數據線，數據可以由此傳輸給主板。 主從跳線用于區分光驅是主盤還是從盤的跳線。 數字音頻輸出連接口用于連接數據音頻線。 模擬音頻輸出連接口用于連接模擬音頻線。三、光驅的內部結構1、底部結構：光驅底部固定著機芯電路板，它包括了伺服系統和控制系統等主要的電路組成部分。2、機

29、芯結構：（1）激光頭組件：包括光電管、聚焦透鏡等組成部分，配合運行齒輪機構和導軌等機械組成部分，在通電狀態下根據系統信號確定、讀取光盤數據并通過數據帶將數據傳輸到系統。（2）主軸馬達：光盤運行的驅動力，在光盤讀取過程的高速運行中提供快速的數據定位功能。（3）光盤托架：在開啟和關閉狀態下的光盤承載體。（4）啟動機構：控制光盤托架的進出和主軸馬達的啟動，加電運行時啟動機構將使包括主軸馬達和激光頭組件的伺服機構都處于半加載狀態中。四、光驅的性能指標1、數據傳輸率表明光驅從光盤上讀取數據的快慢。單速是指最初的光驅讀取速率150KB/S倍速指是最初光驅讀取速率的多少倍的讀取速率的光驅。如4X其傳輸率為6

30、00KB/S2、平均讀取時間（Average Seek Time) 是指CD-ROM從光頭定位到開始讀盤的時間，一般是越小越好。不易超過95ms。 3、緩存（CACHE或BUFFER MEMORY表示）作用是提供一個數據的緩沖區域，將讀取的數據暫時保存，然后一次性進行傳輸和轉換。CACHE一般最少要有128K，現在的光驅一般是256K或者512K的。緩存是越大越好。4、光驅的容錯性能是指光驅讀取質量不太好的光盤的能力，容錯性能越強，光驅能讀的“爛盤”越多。5、光驅的讀取方式 恒定線速度（CLV）CLV（Constant Linear Velocity,恒定線速度）,讀取光盤內圈和外圈數據時，光

31、驅馬達的轉速是不同，讀出的數據傳輸率保持不變。是12X以下普遍采用的技術。優點：光驅讀取性能穩定、容錯性能比較高； 缺點：浪費了主軸的工作效率（讀取外圈時降低馬達速轉） 恒定角速度（CAV）CAV（Constant Angular Velocity,恒定角速度）,保持光驅馬達轉速恒定，其數據傳輸率是可變的。是20X以上普遍采用的技術。優點：讀盤速度不斷提高；避免太多加速或減速控制，可減少發熱量。缺點：容錯性能有所下降。 部分恒定角速度（PCAV）當激光頭讀不出數據時，主軸速度降低一半，如果再讀不出來，再降低一半，如此反復，直到讀取數據為止。是現在普遍采用的技術。優點：即提高了速度，又兼顧了容錯性能。6、接口類型兩種接口：IDE和SCSI。一般的用戶應該都是IDE口的，SCSI接口的光驅必須配用SCSI