第6章 外部存儲設(shè)備

1、第6章 外部存儲設(shè)備,第6章 外部存儲設(shè)備,6.1 硬盤驅(qū)動器6.2 軟盤驅(qū)動器6.3 光盤驅(qū)動器,6.1 硬盤驅(qū)動器,硬盤驅(qū)動器的盤片是涂有金屬氧化物的剛性金屬盤片，所以稱為硬盤。它與軟盤最明顯的區(qū)別是，硬盤的生產(chǎn)過程是在無塵環(huán)境中進(jìn)行的，盤片和磁頭全部密封在金屬盒子中，因此它的容量在出廠之前就已經(jīng)固定了。,1968年，IBM公司在美國加州坎貝爾市溫徹斯特大街的研究所首次提出溫徹斯特(Winchester)技術(shù)，探討對硬盤進(jìn)行技術(shù)

2、改造。1973年，IBM公司制造出了第一臺采用溫徹斯特技術(shù)的硬盤，此后硬盤的發(fā)展一直沿用這種技術(shù)。,6.1.1 硬盤的工作原理和結(jié)構(gòu),硬盤是一種磁介質(zhì)存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲在密封、潔凈的硬盤驅(qū)動器內(nèi)腔的多片磁盤片上，這些盤片一般是在以鋁材料為主要成分的基片表面涂上磁性介質(zhì)所形成。在盤片的每一面上都有一個讀寫磁頭，所有盤片相同位置的磁道就構(gòu)成了所謂的柱面。,1．硬盤的工作原理硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用控制電路中的初始化模塊進(jìn)行初始化工作

3、，此時磁頭置于盤片中心位置。初始化完成后，主軸電機(jī)啟動并高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)下達(dá)存取盤片上數(shù)據(jù)的命令時，通過前置放大控制電路，發(fā)出驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動的信號，控制磁頭定位機(jī)構(gòu)將磁頭移動，搜尋定位它要存取數(shù)據(jù)的磁道扇區(qū)位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。,2．硬盤的外部結(jié)構(gòu)硬盤的外觀如圖6-6所示，在外部結(jié)構(gòu)上可分為三大部分：（1）接口接口包括電源接口插座和數(shù)據(jù)接口插座兩部分，其中

4、電源接口插座與主機(jī)電源插頭相連接；數(shù)據(jù)接口插座則是硬盤數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道，通過排線與主板的IDE接口或其它控制適配器的接口相連接。,圖6-6 兩種硬盤的外觀，左圖為正面、右圖為背面,（2）控制電路板大多數(shù)硬盤控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，其中固化的程序可進(jìn)行硬盤的初始化，如執(zhí)行加電和啟動主軸電機(jī)、加電初始尋道

5、、定位以及故障檢測等。,硬盤控制電路板上有三個主要的芯片：主控制芯片、數(shù)據(jù)傳輸芯片、高速緩存芯片。其中，主控制芯片負(fù)責(zé)硬盤數(shù)據(jù)讀寫指令等工作；數(shù)據(jù)傳輸芯片則是將硬盤磁頭前置控制電路讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過校正及變換后，通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)；高速緩存芯片是為了協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設(shè)置的，其容量一般為2～16MB。,（3）固定面板 固定面板就是硬盤正面的面板，它與底板結(jié)合成一個密封的整體，保證了硬盤腔體內(nèi)的盤片、磁頭和其它機(jī)

6、構(gòu)在絕對無塵的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。在面板上最顯眼的莫過于產(chǎn)品標(biāo)簽，上面印有品牌名、型號、序列號、生產(chǎn)日期以及硬盤參數(shù)等。除此之外，還有一個透氣孔，它的作用是使硬盤內(nèi)部氣壓與大氣壓保持一致。,3．硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括盤片、主軸組件、浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、前置控制電路等幾部分，其中磁頭和盤片組件是構(gòu)成硬盤的核心，它密封在硬盤的凈化腔體內(nèi)。硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。（1）盤片和主軸組件（2）浮動磁頭組件（3）磁頭

7、驅(qū)動機(jī)構(gòu) （4）前置控制電路,6.1.2 硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)1．硬盤容量硬盤容量是指硬盤能夠存儲數(shù)據(jù)的總量，通常以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位。影響硬盤容量大小的因素有單碟容量和盤片數(shù)量。,2．轉(zhuǎn)速硬盤的轉(zhuǎn)速是指帶動盤片旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)的最高旋轉(zhuǎn)速度，目前主流IDE硬盤的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘7200轉(zhuǎn)。SCSI硬盤主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000，最高的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達(dá)15000（希捷的捷豹X15系列）。,通常，轉(zhuǎn)速越高，硬盤的數(shù)

8、據(jù)傳輸率也越高，綜合性能也越佳。但是由此也帶來價格的提高，以及發(fā)熱量和噪聲增大等問題，隨之而來的是硬盤的降溫問題，由此而發(fā)展了專為硬盤降溫的風(fēng)扇。,3．內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也稱為持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率，它是指從磁頭到硬盤高速緩存之間的傳輸速度。目前主流硬盤在容量、平均訪問時間、轉(zhuǎn)速等方面都相差不大，但在內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率上的差別比較大，它的高低也會影響到系統(tǒng)的整體性能。,另外，硬盤的外部數(shù)據(jù)傳輸率高于其內(nèi)部傳輸率，所以提高內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率對

9、系統(tǒng)的整體性能提升有很大的意義。目前，主流硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率大多在40～60MB/s之間，只有外部數(shù)據(jù)傳輸率的60%左右。,4．外部數(shù)據(jù)傳輸率外部數(shù)據(jù)傳輸率也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率，它是指從硬盤高速緩存到系統(tǒng)總線之間的傳輸速度。外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和高速緩存大小有關(guān)。目前，主流硬盤通常采用Ultra ATA 133接口，它的最大外部數(shù)據(jù)傳輸率即為133MB/s；SATA接口硬盤的外部數(shù)據(jù)傳輸率為150MB/s；而SCSI接口硬盤

10、的外部數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)160MB/s。,5．?dāng)?shù)據(jù)緩存(Cache)數(shù)據(jù)緩存是指在硬盤內(nèi)部的高速緩沖存儲器。使用硬盤Cache后，可將磁頭需要讀取的數(shù)據(jù)事先放到Cache中，大大提高了硬盤讀取數(shù)據(jù)的速度。另一方面，將要寫入硬盤的數(shù)據(jù)事先存放到Cache中，等到磁頭空閑時再從Cache寫入盤片。所以，硬盤Cache對硬盤性能的提高起著很大的作用，硬盤Cache的容量和速度直接關(guān)系到硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率。,目前硬盤Cache的容量為2～16MB不

11、等，多數(shù)硬盤Cache容量為8MB，而有些硬盤Cache高達(dá)16MB，如Seagate(希捷)的Barracuda ES ST3750640NS、Western Digital(西部數(shù)據(jù))的Caviar SE16 WD5000KS、Maxtor(邁拓)的DiamondMax 11 6H500F0硬盤都使用了16MB的Cache。,6．硬盤速度參數(shù)硬盤存取數(shù)據(jù)的過程大致是這樣的：當(dāng)硬盤接到存取指令后，磁頭從初始位置移到目標(biāo)磁道位置（經(jīng)過

12、一個尋道時間），然后等待所需數(shù)據(jù)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方（經(jīng)過一個潛伏時間）開始讀取數(shù)據(jù)。,平均尋道時間(Average Seek Time)：是指硬盤接到存取指令后，磁頭從初始位置移到目標(biāo)磁道所需要的時間。它反映了磁頭作徑向運(yùn)動的速度，代表硬盤讀寫數(shù)據(jù)的能力，一般在5～13ms之間。對于性能較高的硬盤，其值一般小于8ms。,平均潛伏時間(Average Latency Time)：是指相應(yīng)數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方的時間。它反映了盤片的轉(zhuǎn)

13、速大小，一般在1～6ms之間。平均訪問時間(Average Access Time)：是平均尋道時間與平均潛伏時間之和。它代表了硬盤找到某一數(shù)據(jù)所用的時間，一般在6～18ms之間。,7．平均無故障時間（MTBF）平均無故障時間是指硬盤從開始運(yùn)行到出現(xiàn)故障的平均時間，一般硬盤至少在30000～40000小時之間。在硬盤的產(chǎn)品廣告或常見的技術(shù)特性表中并不提供這項指標(biāo)，需要時可到具體生產(chǎn)硬盤的廠家網(wǎng)站上查詢。,6.1.3 硬盤接口硬盤接

14、口是指硬盤與主機(jī)之間連接的通道，硬盤的接口方式直接決定硬盤的性能。目前硬盤的接口主要有EIDE接口和SCSI接口兩大類。此外，還有Serial ATA 接口、IEEE1394接口、USB接口和PC-AC光纖通道接口等。,1．IDE接口IDE(Integrated Drive Electronics，集成驅(qū)動電子接口) ，也稱為AT-Bus或ATA(Advanced Technology Attachment)接口，由COMPAQ和Co

15、nner公司共同開發(fā)，并由Western Digital公司生產(chǎn)控制器接口。,2．EIDE接口EIDE(Enhanced IDE)接口是一種增強(qiáng)型的IDE接口，又稱ATA-2接口，是Western Digital公司為取代IDE而開發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)曾流行很長時間，但直到1996年才被認(rèn)可。與IDE接口相比，EIDE接口具有以下優(yōu)點：,與IDE接口兼容，提供兩個通道（IDE 0和IDE 1），每個通道可連接兩個IDE設(shè)備，最多

16、可連接4臺IDE設(shè)備；提高了數(shù)據(jù)傳輸率，最高可達(dá)16.6MB/s；采用LBA(Logical Block Address)地址轉(zhuǎn)換方式，增加了硬盤容量，最大支持8.4GB；可以設(shè)置為塊模式PIO，一次可傳送多個扇區(qū)，減少了CPU的中斷處理工作，降低了對CPU的占用率。,3．SCSI接口SCSI(Small Computer System Interface)是小型計算機(jī)系統(tǒng)接口，最初是為小型計算機(jī)研制的一種接口技術(shù)，現(xiàn)已被完全移植到微

17、機(jī)上。它是一種總線型接口，適用于多任務(wù)的操作系統(tǒng)。SCSI接口具有比EIDE接口更快的速度和更低的CPU占用率，但價格較高，主要用于高檔微機(jī)及服務(wù)器上。SCSI接口有以下幾個標(biāo)準(zhǔn)：（1）SCSI-1（2）SCSI-2 （3）SCSI-3,4．Serial ATA接口Serial ATA（串行ATA），即SATA接口是由Intel公司牽頭，聯(lián)合IBM、APT Technologies、Dell、Maxtor、Quantum、Seaga

18、te等公司于2000年推出的全新硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)。顧名思義，它是串行傳輸數(shù)據(jù)的接口，在同一時間點內(nèi)只會有1位數(shù)據(jù)被傳輸。這樣可以減少接口的針腳數(shù)，克服了并行傳輸信號之間的電磁干擾，同時節(jié)省了機(jī)內(nèi)空間，更有利于散熱。,Serial ATA接口傳輸數(shù)據(jù)時只需要用一根4芯電纜與設(shè)備相連，用4個針（第1針為數(shù)據(jù)發(fā)送端、第2針為數(shù)據(jù)接收端、第3針為供電端、第4針為地線）就能完成所有的數(shù)據(jù)交換工作。實際使用中，Serial ATA接口硬盤使用7芯信號電

19、纜線、15芯專用電源線。考慮到兼容性，Serial ATA接口硬盤還提供IDE接口硬盤標(biāo)準(zhǔn)電源接口。,長期以來，IDE接口采用的是并行傳輸方式，如果有一臺IDE設(shè)備處于數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，其它IDE設(shè)備只能閑置，處于等待狀態(tài)，這屬于點對面（主板對IDE設(shè)備）的模式。而Serial ATA接口采用點對點的模式，一臺微機(jī)連接兩個硬盤時就沒有主、從之分，所有IDE設(shè)備均為主設(shè)備，避免了用戶設(shè)置主、從跳線的麻煩。此外，Serial ATA接口不再受單

20、通道只能連接兩個硬盤的限制，它可以同時連接多個硬盤，這一點是傳統(tǒng)IDE接口無法與之相比的。同時它不但支持硬盤，還支持CD-ROM等存儲設(shè)備。,在Serial ATA 1.0版中，規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速率為150MB/s，已經(jīng)超過了現(xiàn)有最快的Ultra DMA/133（Ultra ATA/133）。在Serial ATA 2.0版中，規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速率為300MB/s。而且隨著未來后續(xù)版本的推出，數(shù)據(jù)傳輸速率可允許提高到1.5GB/s、3.0GB/

21、s和5.0GB/s。,目前支持Serial ATA接口標(biāo)準(zhǔn)的硬盤和主板已經(jīng)成為市場主流，Seagate、Maxtor、Western Digital等公司已有多款Serial ATA接口的硬盤在市場上流行。,5．IEEE 1394接口IEEE 1394接口屬于外置接口，目前支持該接口的硬盤已走出試驗階段。它同樣需要主板芯片組的支持，并在主板上設(shè)有IEEE 1394接口插座。IEEE 1394接口理論上數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)400MB/s以上，

22、但硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率較低，距離理論值相差甚遠(yuǎn)。,目前符合IEEE 1394接口的硬盤大多為帶有IEEE 1394轉(zhuǎn)接卡的EIDE接口硬盤，性能反而比使用EIDE接口要差。IEEE 1394硬盤的最大優(yōu)點是移動性，支持即插即用、熱插拔等操作。,6．USB接口USB接口與IEEE 1394接口類似，也屬于外置接口。USB 1.1接口標(biāo)準(zhǔn)的硬盤實際數(shù)據(jù)傳輸速率只有12MB/s，基本上可以滿足實際要求；USB 2.0接口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)4

23、80MB/s，速度已相當(dāng)可觀。USB接口的硬盤實際上也是帶有USB轉(zhuǎn)接卡的EIDE硬盤。從長遠(yuǎn)看，USB接口硬盤和IEEE 1394接口硬盤將成為可移動存儲器的發(fā)展方向。,6.1.4 硬盤的新技術(shù)近年來，硬盤技術(shù)發(fā)展很快，硬盤的性能有了很大的提升。目前硬盤的新技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1．新型磁頭技術(shù),磁頭是硬盤技術(shù)中最為關(guān)鍵的部件，好的磁頭可以提高硬盤的整體性能。早期的硬盤都是采用讀寫合一的電磁感應(yīng)式磁頭，這種二合一磁頭在設(shè)計時

24、，需要同時兼顧讀和寫兩種截然不同的操作，所以性能受到限制，現(xiàn)逐漸被淘汰。目前硬盤廣泛使用的磁頭有兩種：MR(Magneto Resistive)磁阻磁頭和GMR(Grand Magneto Resistive)巨磁阻磁頭。,MR磁阻磁頭采用的是讀/寫分離式設(shè)計，寫入磁頭仍然采用傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式磁頭，而讀取磁頭則采用新型的MR磁阻磁頭。MR磁頭材料在不同的磁場下阻值會發(fā)生變化，利用這一原理來讀取信號，讀取速度和準(zhǔn)確率都得到很大提高，同時

25、由于讀取信號幅度與磁道密度無關(guān)，因此，盤片密度比過去有了大幅度提高。,GMR巨磁阻磁頭也是利用這一原理，但GMR磁頭材料的磁阻效應(yīng)更加明顯，同時GMR磁頭采用了多層薄膜結(jié)構(gòu)，對信號的變化更加敏感，因而存儲密度可以進(jìn)一步提高。目前，GMR磁頭已經(jīng)走出實驗階段，逐漸開始普及。目前最新型的磁頭是TMR（Tunneling MR，隧道型磁阻）磁頭，它是GMR巨磁阻磁頭的后繼產(chǎn)品，與最新開發(fā)的垂直磁性記錄方式混用后可大大提高存儲密度。,2．PR

26、ML讀取通道技術(shù)PRML(Partial Response Maximum Likelihood，部分響應(yīng)完全匹配)技術(shù)就是將硬盤數(shù)據(jù)讀取電路分成兩段“操作流水線”，流水線第一段將磁頭讀取的信號進(jìn)行數(shù)字化處理，然后只選取部分“標(biāo)準(zhǔn)”信號移交第二段繼續(xù)處理；,第二段將所接收的信號與PRML芯片預(yù)置信號模型進(jìn)行對比，然后選取差異最小的信號進(jìn)行組合后輸出以完成數(shù)據(jù)的讀取過程。PRML技術(shù)可以降低硬盤讀取數(shù)據(jù)的錯誤率，因此可以進(jìn)一步提高磁盤數(shù)

27、據(jù)密集度。PRML技術(shù)的普遍利用，使硬盤的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。,3．S.M.A.R.T.技術(shù)隨著硬盤容量和速度的提高，人們對硬盤數(shù)據(jù)安全性的要求也越來越高，硬盤生產(chǎn)廠商都在努力尋求一種硬盤安全監(jiān)測機(jī)制。如今，S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自監(jiān)測、分析及報告技術(shù))在主流硬盤中得到了廣泛的應(yīng)用，它是一種對硬盤故障預(yù)先報警、防止數(shù)

28、據(jù)丟失的技術(shù)。,S.M.A.R.T.技術(shù)可以監(jiān)測磁頭、磁盤、電機(jī)、電路等硬盤部件，并由硬盤的監(jiān)測電路和主機(jī)上的監(jiān)測軟件對硬盤的運(yùn)行情況和預(yù)設(shè)的安全值進(jìn)行分析、比較，當(dāng)出現(xiàn)超出安全值范圍以外的情況時，會自動發(fā)出警告信息；,還可以根據(jù)硬盤使用情況自動降低硬盤的運(yùn)行速度，把重要的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)存到其它安全扇區(qū)或存儲設(shè)備上。例如每隔8小時，S.M.A.R.T.技術(shù)會自動掃描硬盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)快要損壞的扇區(qū)時，會自動將損壞扇區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到好的扇區(qū)上。,4．

29、RAID技術(shù)RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks，廉價冗余磁盤陣列)技術(shù)是由美國加州大學(xué)伯克利分校的D.A.Patterson教授在1988年提出的。RAID簡稱為磁盤陣列，是將多個磁盤按照某種邏輯方式組織起來，作為邏輯上的一個磁盤來使用。一般情況下，組成的邏輯磁盤的容量要略小于各個磁盤容量的總和。,RAID的具體實現(xiàn)可以通過硬件也可以通過軟件，如Windows NT/2000/XP操作系

30、統(tǒng)就提供了RAID功能。常用的磁盤陣列有3種模式：RAID0、RAID1和RAID5。,5．噪音與防震技術(shù)隨著硬盤主軸轉(zhuǎn)速的提高，帶來了磨損加劇、溫度升高、噪聲增大等一系列負(fù)面影響，各大硬盤生產(chǎn)廠商都在加大力度尋求解決方法?！耙簯B(tài)軸承馬達(dá)”可以有效地解決這些問題。它使用黏膜液態(tài)軸承，以油膜代替滾珠，有效地降低了因金屬摩擦而產(chǎn)生的噪聲和發(fā)熱。同時黏膜液態(tài)軸承也可有效地吸收震動，增強(qiáng)硬盤的抗震能力，由此硬盤的壽命與可靠性也得到提高。,在

31、防震技術(shù)方面，各大生產(chǎn)商還增加了獨(dú)特的技術(shù)來提升硬盤的質(zhì)量，如IBM公司的DFT(Disk Fitness Test)、Maxtor公司的ShockBlock、Seagate公司的SeaShield等技術(shù)能使硬盤承受較大的沖擊，可將硬盤因沖擊而造成的損害降到最低程度。,6.2 軟盤驅(qū)動器,微機(jī)上使用的軟盤片一般都是3.5英寸1.44MB規(guī)格，軟盤驅(qū)動器是對軟盤進(jìn)行讀寫的裝置，是集機(jī)、電、光、磁為一體的精密設(shè)備。從外部結(jié)構(gòu)來看，它由殼體、

32、面板、數(shù)據(jù)信號接口和電源接口等部分組成。面板在軟驅(qū)的前面，上面有插入軟盤的活動門、退盤按鈕和工作指示燈。軟驅(qū)的后面是一個4芯的電源插座和一個34芯D型數(shù)據(jù)接口插座。軟驅(qū)的外觀如圖6-3所示。,圖6-3 軟盤驅(qū)動器,1．主軸驅(qū)動系統(tǒng)2．磁頭定位系統(tǒng)3．狀態(tài)檢測系統(tǒng) （1）盤片插入檢測裝置 （2）0磁道檢測裝置 （3）索引信號檢測裝置 （4）寫保護(hù)檢測裝置,4．讀寫系統(tǒng)讀寫系統(tǒng)由讀電路、寫電路、抹電路3個部分組成。

33、（1）讀電路讀電路的作用是在讀命令的控制下，通過磁頭把盤片上記錄的信息讀出，并還原成與寫入信息完全相同的記錄脈沖。,當(dāng)從記錄信息的軟盤片上讀出數(shù)據(jù)時，磁頭與盤片接觸，切割盤片上的磁力線，在磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小是隨磁通的變化而變化的；磁頭讀出的信號經(jīng)前置放大，并通過低通濾波濾掉高頻噪聲信號，然后經(jīng)過微分放大、限幅放大變成方波，再經(jīng)數(shù)據(jù)鑒別（是0還是1）、數(shù)據(jù)整形后送到主機(jī)。,（2）寫電路寫電路的作用是在寫命令的控制下

34、，把數(shù)據(jù)脈沖變換成有一定強(qiáng)度的寫入電流，然后送到磁頭線圈中使其產(chǎn)生磁場。當(dāng)這個磁場作用到盤片上時，便會使盤片上的磁層發(fā)生磁性翻轉(zhuǎn)，從而把數(shù)據(jù)記錄在盤片上。,當(dāng)主機(jī)發(fā)出寫信號并檢測到軟盤未加寫保護(hù)時，送來編碼數(shù)據(jù)，寫電路控制磁頭線圈中通過一定的電流（電流方向由記錄的數(shù)據(jù)決定），產(chǎn)生一個磁化盤片的磁場，使磁盤介質(zhì)被磁化，形成一個存儲一位二進(jìn)制信息的記錄單元。隨著盤片的旋轉(zhuǎn)，連續(xù)送來的數(shù)據(jù)信息就會按時間順序一個一個地記錄在盤片上。,（3）抹電

35、路抹電路將抹去寫盤時在盤片上留下的磁化飛邊，即磁道兩邊的多余磁場，消除道間干擾。軟驅(qū)在寫數(shù)據(jù)時是遵循“先擦后寫”的原則。,6.3 光盤驅(qū)動器,光盤驅(qū)動器簡稱光驅(qū)，按讀寫方式分為只讀光驅(qū)和可讀寫光驅(qū)兩種類型。只讀光驅(qū)按所使用盤片的不同又可分為CD-ROM和DVD-ROM兩種；而可讀寫光驅(qū)又稱為刻錄機(jī)，可分為CD-R/RW和DVD R/RW。,6.3.1 CD-ROM光驅(qū)CD-ROM(Compact Disc-Read Only Mem

36、ory)是一種只讀光盤驅(qū)動器，它是利用激光原理，把微機(jī)的數(shù)字信號調(diào)制到極細(xì)的激光束里，再把這種信號記錄在用特殊材料制成的盤片上。這種記錄與寫盤的操作是在專用的機(jī)器和設(shè)備上完成的。目前的CD-ROM光盤的存儲容量為650MB，其存儲的信息可保存60～100年。CD-ROM光驅(qū)的外觀如圖6-4所示。,圖6-4 CD-ROM光驅(qū),圖6-4 CD-ROM光驅(qū)1．光盤存儲技術(shù)（1）光盤的物理結(jié)構(gòu)光盤為圓盤，盤片厚度為1.2mm，盤片外沿

37、直徑為120mm，中間隔有一個直徑為15mm的圓孔。光盤的底層是用聚碳酸酯材料壓制出的一種極堅硬的塑料透明襯底，表示信息的凹坑壓在透明襯底上，中間層是鋁（或其它合金）制成的一種很薄的反襯金屬層，目的是提高盤片對激光的反射率，頂層是涂漆的保護(hù)層，可以在上面印刷光盤的標(biāo)簽等信息。,光盤上數(shù)據(jù)的存儲方式與硬盤不同，它沒有簇的概念，是按軌道的方式存儲數(shù)據(jù)的。硬盤的磁道是一組同心圓，而光盤的光道是一條從中心開始的漸開線。如果把這條線展開的話，它是

38、一根完整的線，總長約5km左右。道間距為1.6μm，光道寬度為0.6μm。在CD-ROM光盤上，信息是以數(shù)字形式存入的，以“Pin”（凹面）和“Land”（平面）的形式編碼存儲在光道上。光道上排列著這些被激光刻出的凹坑，凹坑深度約為0.12μm。,（2）光盤的邏輯結(jié)構(gòu)在ISO9660標(biāo)準(zhǔn)下，單張的CD-ROM光盤被定義為一個“卷”。如果一個應(yīng)用程序或大文件不能被一張光盤裝下，它可以擴(kuò)充到任意多張光盤上去。包含了整個文件系統(tǒng)的光盤集合稱

39、為“卷集”。一條光道分為三個區(qū)：導(dǎo)入?yún)^(qū)、信息區(qū)和導(dǎo)出區(qū)，用戶的信息存放信息區(qū)中。,如同磁盤的磁道被劃分為扇區(qū)一樣，光盤的光道也劃分為扇區(qū)，但每扇區(qū)不是512字節(jié)，它的大小為2N+11字節(jié)。一般N取0，因此每扇區(qū)為2048個字節(jié)。理論上N可以取任何整數(shù)，這是給標(biāo)準(zhǔn)留出余地，以便于以后修改物理格式標(biāo)準(zhǔn)。,（3）光盤的數(shù)據(jù)記錄方式CD-ROM光盤存儲數(shù)據(jù)采用EFM（Eight-to-Fourteen Modulation）調(diào)制編碼方案，把8

40、位數(shù)據(jù)變成14位物理通道位串，包括用戶數(shù)據(jù)、地址信息、錯誤校正碼、同步位等，以便送制模機(jī)調(diào)制激光束強(qiáng)弱。,空白光盤在調(diào)制激光束照射下，使介質(zhì)表面的微小區(qū)域溫度升高，從而產(chǎn)生凹坑。凹坑與非凹坑跳變邊沿表示1，凹坑與非凹坑平坦部分均表示0，這是因為光盤在播放時，激光束聚焦在光道上，光被反射，平滑的地方反射的光要比凹陷邊沿反射的光強(qiáng)得多，因此容易區(qū)別0和1。激光把信息以凹凸形式記錄下來，制成原版光盤，利用原版光盤制成模具，就可以通過壓制來大量

41、復(fù)制商品光盤。,2．CD-ROM光驅(qū)的基本組成與工作原理CD-ROM光驅(qū)一般由 激光頭組件、機(jī)械傳動組件、數(shù)字信號處理系統(tǒng)及接口、面板控制系統(tǒng)等部分組成。,（1）激光頭組件激光頭組件是光驅(qū)的心臟，也是最精密的部分。它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取工作，主要包括激光發(fā)生器（又稱激光二極管）、半反光棱鏡、物鏡、透鏡以及發(fā)光二極管等。當(dāng)激光頭讀取盤片上的數(shù)據(jù)時，從激光發(fā)生器發(fā)出的激光透過半反光棱鏡匯聚在物鏡上，物鏡將激光聚焦成為極

42、其細(xì)小的光點并射到光盤上。,此時，光盤上的反射物質(zhì)就會將發(fā)射過來的光線反射回去，透過物鏡再發(fā)射到半反光棱鏡上。由于棱鏡是半反光結(jié)構(gòu)，因此不會讓光束穿透它并回到激光發(fā)生器上，而是經(jīng)過反射穿過透鏡到達(dá)發(fā)光二極管。光盤表面是以凹凸不平的坑來記錄數(shù)據(jù)的，由于反射光的強(qiáng)度不同，就形成了0和1排列的數(shù)據(jù)。,（2）機(jī)械傳動組件機(jī)械傳動組件主要由主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、托盤控制機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)等組成。主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的核心部件是電機(jī)，它的作用是帶動光盤在光驅(qū)中按照一

43、定規(guī)律高速旋轉(zhuǎn)。,（3）數(shù)字信號處理系統(tǒng)及接口數(shù)字信號處理系統(tǒng)和輸出接口的作用是將激光頭組件所讀取的0和1信號根據(jù)具體的輸出接口轉(zhuǎn)換成可以輸出的連續(xù)數(shù)據(jù)流，并通過輸出接口傳送給主機(jī)。光驅(qū)中一般還有音頻解碼單元，主要用于還原CD模擬音頻信號。,光驅(qū)有獨(dú)立的CD播放能力，從耳機(jī)插口或模擬音頻信號輸出接口輸出的信號可以直接經(jīng)過功率放大器推動揚(yáng)聲器。由于播放CD不是光驅(qū)的主要功能，所以一般光驅(qū)的CD音頻解碼單元比較簡單，音質(zhì)也較差。,（4）面

44、板控制系統(tǒng)面板控制系統(tǒng)的主要作用是控制光盤托盤的進(jìn)出，通過面板指示燈動態(tài)指示光驅(qū)的運(yùn)行狀態(tài)，通過面板上的播放鍵與音量旋鈕（或鍵）對光盤播放進(jìn)行控制。,CD-ROM光驅(qū)的工作原理是：當(dāng)光盤放入托盤送入CD-ROM驅(qū)動器后，以順時針高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激光經(jīng)聚焦到達(dá)盤面凹坑與非凹坑的平坦部分（land）時，光束會散開，以至于不會傳送給激光讀取頭，這時讀取頭的光幀檢測器記下一個“0”信號；,相反，當(dāng)激光到達(dá)凹坑與非凹坑的跳變沿時，反射光的強(qiáng)度發(fā)生變

45、化，這時讀取頭的光幀檢測器就會記下一個“1”信號。光頭組件不斷把讀取的“0”和“1”信號傳送給數(shù)字信號處理系統(tǒng)，對讀取的信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理，然后通過輸出接口傳送給主機(jī)，從而實現(xiàn)光盤信息的讀取。,3．CD-ROM光驅(qū)的性能指標(biāo)（1）平均數(shù)據(jù)傳輸率（2）平均查找時間（3）高速緩存（4）容錯性（5）數(shù)據(jù)讀取方式CD-ROM光驅(qū)有下列3種數(shù)據(jù)讀取的方式：恒定線速度，恒定角速度，局部恒定角速度（6）數(shù)據(jù)接口,4.光驅(qū)新技術(shù)（1

46、）智能安全技術(shù)光驅(qū)爆盤的原因在于主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速過高，同時又缺乏對偏心、不平、介質(zhì)不均勻的劣質(zhì)光盤的補(bǔ)償平衡機(jī)制，缺乏積極的智能監(jiān)測調(diào)整機(jī)制。,智能安全技術(shù)以三星（SAMSUNG）光驅(qū)較為出色，其48倍速光驅(qū)的Firm Ware中就集成特殊指令程式，可以識別盤片上的劃痕和裂紋，記錄盤片裂紋生長情況，并據(jù)此調(diào)整轉(zhuǎn)速，從而杜絕爆盤現(xiàn)象的發(fā)生。這種智能安全技術(shù)還有助于順利讀取各類壞盤，并有效控制光驅(qū)震動及減小噪音。,（2）雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng)DD

47、SS(Double Dynamic Suspensory System)該系統(tǒng)為了有效地吸收主軸電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的震動，使用兩個抗震動裝置與動態(tài)阻尼器，可以有效地減小光驅(qū)在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動和噪音，并可根據(jù)光盤的優(yōu)劣自動調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持光盤的平衡性。從而保護(hù)了主軸電機(jī)，延長了光驅(qū)的使用壽命。,（3）自動平衡系統(tǒng)ABS(Auto Balance System)該系統(tǒng)是在光驅(qū)托盤下配置一具鋼珠軸承，當(dāng)光盤出現(xiàn)震動時，鋼珠在離心力

48、的作用下會滾動到質(zhì)量較輕的部分，從而起到平衡作用，始終保持光盤的水平轉(zhuǎn)動，使光驅(qū)的讀盤能力得到提高。,ABS系統(tǒng)可以說是針對中國大陸市場而設(shè)計的，因為經(jīng)大量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，無論是正版還是盜版光盤都有光盤圓孔不在中心位置、密度不均勻、光盤傾斜三種誤差現(xiàn)象。由于ABS工藝實現(xiàn)復(fù)雜，目前只有日本、韓國等的少數(shù)光驅(qū)生產(chǎn)廠商具備這一技術(shù)，如SONY、SAMSUNG、LG等。,（4）散熱硅膠片的使用硅膠是一種高活性吸附材料，不溶于水和任何溶劑，無毒

49、無味，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，除了強(qiáng)堿、氫氟酸外不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。各種型號的硅膠因其制造方法不同而形成不同的微孔結(jié)構(gòu)，正是這種微孔結(jié)構(gòu)使它具有強(qiáng)大的導(dǎo)熱功能。。,在光驅(qū)中，硅膠散熱片被安裝在正對光驅(qū)電路板上的最大熱源——電機(jī)驅(qū)動芯片的位置，它把主控芯片和光驅(qū)底部金屬外殼連為一體，將芯片產(chǎn)生的熱量傳遞到光驅(qū)外殼上，把整個光驅(qū)的金屬外殼變成一個巨大的散熱片，從而起到了良好的散熱效果,（5）全鋼機(jī)芯塑料機(jī)芯的光驅(qū)是目前市場上最常見的光驅(qū)，由于塑料

50、在高溫、高速狀態(tài)之下極易老化，降低了光驅(qū)的使用壽命，因此，一些光驅(qū)生產(chǎn)廠商開發(fā)了一種“全鋼機(jī)芯”，即光驅(qū)中所有材料都是鋼制的。,“全鋼機(jī)芯”的光驅(qū)在抗高速、抗高溫方面表現(xiàn)良好，能保證光驅(qū)的讀取速度穩(wěn)定，減少光驅(qū)的機(jī)械老化。但是由于鋼材對聲音的吸收能力比塑料差得多，因此“全鋼機(jī)芯”的光驅(qū)在工作時產(chǎn)生的噪音要比塑料機(jī)芯的光驅(qū)大一些。,（6）True X技術(shù)這是KENWOOD公司提出的新技術(shù)，它實際上就是一光多道技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)的以提高主

51、軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來提高光驅(qū)速度的做法。將傳統(tǒng)的三道激光增加到七道，中間一道專門負(fù)責(zé)尋軌和對焦，其余六道則用來讀取數(shù)據(jù)，此技術(shù)可將光驅(qū)速度提高到72倍速。,True X技術(shù)的原理是：當(dāng)激光頭發(fā)射出激光束后，先經(jīng)過衍射光柵分成七條小激光束，小激光束繼續(xù)到達(dá)光線分離器。分離后各光束平行地經(jīng)瞄準(zhǔn)透鏡匯聚到盤片上，再由各接收部件接收反射信號，一次可讀出7段數(shù)據(jù)。這種技術(shù)無需太快的轉(zhuǎn)速就可達(dá)到很高的讀取速度，減少了高速旋轉(zhuǎn)帶來的弊端，是未來光驅(qū)(包

52、括DVD)發(fā)展的方向。,6.3.2 DVD光驅(qū)圖6-5 DVD-ROM光驅(qū)DVD（Digital Video Disk）是指數(shù)字視頻光盤，它利用MPEGII壓縮技術(shù)來儲存影像信息，具有大容量、高畫質(zhì)、高音質(zhì)、高兼容、高可靠性和具有導(dǎo)航功能等特點。DVD集計算機(jī)技術(shù)、光學(xué)記錄技術(shù)和影視技術(shù)為一體，其目的是為了滿足人們對大存儲容量、高性能的存儲器需求，主要用于存儲多媒體軟件和影視節(jié)目。,DVD光盤記錄信息的光道間距比CD盤小一半以上，激

53、光頭采用的是紅色半導(dǎo)體激光器，比普通激光波長要短。未來的DVD驅(qū)動器還將采用波長更短的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。只讀形式的DVD光盤的格式共分為三種：DVD-ROM、DVD-Video和DVD-Audio，分別是只讀數(shù)據(jù)盤、DVD影碟和DVD音樂。DVD光盤可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層、雙面雙層四種物理結(jié)構(gòu)，其容量分別為4.7GB（DVD-5）、8.5GB（DVD-9）、9.4GB（DVD-10）、17GB（DVD-18）。,6.3.3

54、 CD-R/RW光驅(qū)圖6-6 刻錄機(jī) CD-R/RW是指可讀寫光盤，其對應(yīng)的驅(qū)動器就是具有可讀寫功能的光驅(qū)，又稱為刻錄機(jī)。可讀寫光驅(qū)的容量、性能和所用盤片都和CD-ROM相近。可讀寫光驅(qū)一般用作保存數(shù)據(jù)的工具，但可讀寫光驅(qū)具有其它存儲設(shè)備所沒有的優(yōu)勢，那就是可讀寫光驅(qū)使用的光盤經(jīng)過寫入數(shù)據(jù)后，可以在普通的CD-ROM光驅(qū)上使用。,CD-R光驅(qū)的特點是可對CD-R光盤進(jìn)行一次性寫入數(shù)據(jù)，寫完后的CD-R光盤便無法再被改寫或重寫。CD-

55、R光盤被寫入后就成為普通的CD-ROM光盤，它可以在CD-ROM驅(qū)動器和CD-R驅(qū)動器中永久性地被讀取。,CD-R光盤的最大優(yōu)點是記錄成本最低，而且使用壽命很長。因此CD-R正逐漸成為數(shù)據(jù)存儲的主流產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、檔案存儲和多媒體演示、軟件出版等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。,CD-RW光驅(qū)的特點是可對CD-RW光盤進(jìn)行多次擦除、重寫數(shù)據(jù)，但所用CD-RW盤片與一次性的CD-R盤片不同，價格是CD-R的幾十倍。目前的刻錄