3．6 外 存

3．6 外 存

3．6．1 磁盘存储器概述

磁盘存储器以磁盘为存储介质的存储器。 它是利用磁记录技术在涂有磁记录介质的旋转圆盘上进行数据存储的辅助存储器。 具有存储容量大、数据传输率高、存储数据可长期保存等特点。 在计算机系统中，常用于存放操作系统、程序和数据，是主存储器的扩充。 发展趋势是提高存储容量，提高数据传输率，减少存取时间，并力求轻、薄、短、小。 磁盘存储器通常由磁盘、磁盘驱动器（或称磁盘机）和磁盘控制器构成。

磁盘是两面涂着可磁化介质的平面圆片，数据按闭合同心圆轨道记录在磁性介质上，磁盘存储器这种同心圆轨道称磁道。 因盘基不同，磁盘可分为硬盘和软盘两类。 硬盘盘基用非磁性轻金属材料制成；软盘盘基用挠性塑料制成。 按照盘片的安装方式，磁盘有固定和可互换（可装卸）两大类。

磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。

①存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度3种。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道／英寸；位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位／英寸；面密度是位密度和道密度的乘积，单位为位／平方英寸。

②存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。 存储容量有格式化容量和非格式化容量之分，格式化容量是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。 非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。 将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息。 格式化容量一般是非格式化容量的60％～70％。3．5英寸的硬盘机容量可达4．29GB。

③存取时间：存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。 这段时间由两个数值所决定：一个是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间，称为定位时间或寻道时间；另一个是寻道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间，称为等待时间，这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均值来表示，所以存取时间也称为平均存取时间。 平均存取时间等于平均寻道时间与平均等待时间之和。 平均寻道时间是最大寻道时间与最小寻道时间的平均值。 平均寻道时间为10～20ms，平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示，固定头盘转速高达6000r／min，所以平均等待时间为5ms。

④数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数称为数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。

3．6．2 软盘存储器

软盘（Floppy Disk）是个人计算机（PC）中最早使用的可移介质。 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成，数据记录在磁盘表面上。 软盘驱动器（通常用字母A：来标识）设计能接收可移动式软盘，目前常用的就是容量为1．44MB的3．5英寸软盘，简称3寸盘（见图3．10）。软盘的读写是通过软盘驱动器（见图3．11）完成的。 软盘存取速度慢，容量也小，但可装可卸、携带方便。

3．5英寸软盘片，其上、下两面各被划分为80个磁道，每个磁道被划分为18个扇区，每个扇区的存储容量固定为512字节。 以3．5英寸软盘为例，其容量的计算如下：

80（磁道）×18（扇区）×512 bytes（扇区的大小）×2（双面）＝1440×1024 bytes＝1440k B＝1．44MB

市面如今能买到的就只有3英寸双面高密度1．44MB的软盘，但也几近于淘汰。 软盘驱动器曾经是电脑一个不可缺少的部件，在必要的时候，它可以为我们启动计算机，还能用它来传递和备份一些比较小的文件。3寸软盘都有一个塑料外壳，比较硬，它的作用是保护盘片。盘片上涂有一层磁性材料（如氧化铁），它是记录数据的介质。 在外壳和盘片之间有一层保护层，防止外壳对盘片的磨损。 软盘插入驱动器时是有正反的，3寸盘一般不会插错（放错了是插不进的）。

3．6．3 硬盘存储器

硬盘（Hard Disk）是最重要的外部存储器，容量一般都比较大。 目前新配置的计算机的硬盘容量均在320 GB以上。 著名的硬盘品牌有希捷（Seagate）、迈拓（Maxtor）、西部数据（Western Digital）和三星等。

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，其作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。 硬盘接口的优劣直接影响程序运行快慢和系统性能好坏。 目前，常见的硬盘接口有IDE、SCSI、SATA和光纤通道4种。

①IDE接口又称ATA接口，由40或80芯数据线连接到IDE硬盘或光驱。

②SCSI（Small Computer System Interface）接口是小型计算机系统专用接口的简称，由50芯数据线连接到SCSI硬盘。 SCSI硬盘速度比IDE硬盘快，但价格较高，一般还需要一个SCSI卡。

③SATA（Serial ATA）接口的硬盘又称串口硬盘。 串口是一种新型接口，由于采用串行方式传输数据而得名。 相对于并行ATA接口来说，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。 这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。 并且，Serial ATA1．0定义的数据传输速率可达150MB／s，这比并行ATA（即ATA／133）所能达到133MB／s的最高数据传输率还高。 同时，串行接口还具有结构简单、支持热插拔等优点。

④光纤通道硬盘是为提高服务器这样的多硬盘存储系统的速度和灵活性而开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。 光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接和连接设备数量大等。

传统的机械硬盘（见图3．12）由磁盘体、磁头和马达等机械零件组成，要提升硬盘性能，最简单的方法是提高硬盘的转速，但由于机械硬盘的物理结构与成本限制，提升转速后会带来较多的负面影响。 SSD（Solid State Disk）又称固态硬盘（见图3．13），是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘，其防震抗摔、发热低、零噪声，由于没有机械马达，闪存芯片发热量小，工作时噪声值为0d B。 并且由于固态硬盘没有普通硬盘的机械结构，也不存在机械硬盘的寻道问题，因此，系统能够在低于1ms的时间内对任意位置存储单元完成输入／输出操作。 因此，固态硬盘能更大限度地减少硬盘成为整机的性能瓶颈，给传统机械硬盘带来了全新的革命。

3．6．4 移动硬盘和U盘

1）移动硬盘

移动硬盘（Mobile Hard Disk）顾名思义是以硬盘为存储介质，计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。 市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的，而只有很少部分是微型硬盘（1．8英寸硬盘等），但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。 因为采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。 移动硬盘大多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。

移动硬盘的特点如下：

①容量大：移动硬盘可以提供相当大的存储容量，当“闪盘”广泛被用户接受的情况下，移动硬盘也在用户可以接受的价格范围之内，为用户提供了较大的存储容量和良好的便携性。市场上广泛所提供的移动硬盘存储容量是：350GB，500GB，640GB，1TB，2TB等。 也可以说是“闪盘”的升级版。

②体积小：移动硬盘（盒）的尺寸分为1．8寸、2．5寸和3．5寸3种。 其中1．8寸移动硬盘大多提供10，20，40，60，80GB；2．5寸移动硬盘大多提供120，160，200，250，320，500，640，750， 1000GB（1TB）的容量；3．5英寸的移动硬盘盒还有500GB，640GB，750GB，1TB，1．5TB，2 TB的大容量。

③速度快：移动硬盘大多采用USB、IEEE1394、e SATA接口，能提供较高的数据传输速度。不过移动硬盘的数据传输速度在一定程度上受到接口速度的限制。 比如，USB2．0接口传输速率约为60 MB／s；USB3．0接口传输速率约为625 MB／s，IEEE1394接口传输速率为50～100MB／s。

2）U盘

U盘全称USB闪存驱动器，英文名“USB flash disk”。 它是一种使用USB接口的无须物理驱动器的微型高容量移动存储产品，通过USB接口与电脑连接，实现即插即用。 U盘的称呼最早来源于朗科科技生产的一种新型存储设备，名曰“优盘”，使用USB接口进行连接。 U盘连接到电脑的USB接口后，U盘的资料可与电脑交换。 而之后生产的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册，而不能再称为“优盘”，而改称谐音的“U盘”。 后来，U盘这个称呼因为其简单易记而广为人知，是移动存储设备之一。 列举一些富有创意的U盘，如图3．14所示。

（1）功能

U盘主要目的是用来存储数据，但随着众多计算机爱好者和商家的创新，给U盘开发出了更多的功能：加密U盘、启动U盘、杀毒U盘，等等。

（2）特点

①目前大多数U盘采用USB2．0或者USB3．0接口。 支持热拔插，即插即用。

②无须外接电源，有LED灯显示。

③容量：128MB（已淘汰）、256MB（已淘汰）、512MB（已淘汰）、1G，2G，4G，8G，16G， 32G，64G，128G，256G，512G，1T等。

④可以在多种操作系统平台上使用Windows系列、MACOS、UNIX、Linux等（无须手动安装驱动程序）。

⑤U盘主要采用电子存储介质，无机械部分，抗震动、抗电磁干扰等，如图3．15所示。

⑥读取速度快：USB2．0，理论传输速度为60MB／s，但实际传输速度一般不超过30MB／s；USB3．0，理论传输速度为625MB／s，但实际传输速度一般不超过400MB／s。

⑦保存数据安全可靠。

⑧携带方便。

3．6．5 光盘存储器

光盘存储器目前常见的是CD（Compact Disc）和DVD（Digital Video Disc）两种，以DVD为例又可以分为：

DVD⁃ROM，DVD⁃Read Only Memory是只读型光盘，这种光盘的盘片是由生产厂家预先将数据或程序写入的，出厂后用户只能读取，而不能写入或修改。

DVD⁃R是指DVD⁃Recordable，即一次性可写入光盘，但必须在光盘刻录机中进行。

DVD⁃RW是指DVD⁃Rewritable，即可重写式写入光盘（见图3．16），可删除或重写数据，而DVD⁃R则不能。 每片DVD⁃RW光盘可重写近1000次。 此外，DVD⁃RW多用于数据备份及档案收藏，现在更普遍地用在DVD录像机上。

蓝光光盘（Blue⁃ray Disc，BD）如图3．17所示，利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据。蓝光是目前为止，最先进的大容量光碟格式，能够在一张单碟上存储25GB的文档文件，是现有（单碟）DVD的5倍。而传统DVD需要光头发出红色激光（波长为650nm）来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息。 蓝光刻录机系统可以兼容此前出现的各种光盘产品，为高清电影、大型3D游戏和大容量的数据存储带来方便。因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，为计算机数据的光存储提供了一个跳跃式发展。