第6章 外部存儲設備

1、第6章 外部存儲設備,第6章 外部存儲設備,6.1 硬盤驅動器6.2 軟盤驅動器6.3 光盤驅動器,6.1 硬盤驅動器,硬盤驅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，硬盤的生產過程是在無塵環(huán)境中進行的，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，探討對硬盤進行技術

2、改造。1973年，IBM公司制造出了第一臺采用溫徹斯特技術的硬盤，此后硬盤的發(fā)展一直沿用這種技術。,6.1.1 硬盤的工作原理和結構,硬盤是一種磁介質存儲設備，數據存儲在密封、潔凈的硬盤驅動器內腔的多片磁盤片上，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成了所謂的柱面。,1．硬盤的工作原理硬盤驅動器加電正常工作后，利用控制電路中的初始化模塊進行初始化工作

3、，此時磁頭置于盤片中心位置。初始化完成后，主軸電機啟動并高速旋轉，裝載磁頭的小車機構移動，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)。當主機下達存取盤片上數據的命令時，通過前置放大控制電路，發(fā)出驅動電機運動的信號，控制磁頭定位機構將磁頭移動，搜尋定位它要存取數據的磁道扇區(qū)位置，進行數據讀寫。,2．硬盤的外部結構硬盤的外觀如圖6-6所示，在外部結構上可分為三大部分：（1）接口接口包括電源接口插座和數據接口插座兩部分，其中

4、電源接口插座與主機電源插頭相連接；數據接口插座則是硬盤數據與主板控制芯片之間進行數據傳輸交換的通道，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）控制電路板大多數硬盤控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、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行硬盤的初始化，如執(zhí)行加電和啟動主軸電機、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、數據傳輸芯片、高速緩存芯片。其中，主控制芯片負責硬盤數據讀寫指令等工作；數據傳輸芯片則是將硬盤磁頭前置控制電路讀出的數據經過校正及變換后，通過數據接口傳輸到主機系統；高速緩存芯片是為了協調硬盤與主機在數據處理速度上的差異而設置的，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，它與底板結合成一個密封的整體，保證了硬盤腔體內的盤片、磁頭和其它機

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

7、驅動機構 （4）前置控制電路,6.1.2 硬盤的主要技術指標1．硬盤容量硬盤容量是指硬盤能夠存儲數據的總量，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量。,2．轉速硬盤的轉速是指帶動盤片旋轉的主軸電機的最高旋轉速度，目前主流IDE硬盤的轉速一般為每分鐘7200轉。SCSI硬盤主軸轉速可達10000，最高的SCSI硬盤轉速高達15000（希捷的捷豹X15系列）。,通常，轉速越高，硬盤的數

8、據傳輸率也越高，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扇。,3．內部數據傳輸率內部數據傳輸率也稱為持續(xù)數據傳輸率，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、轉速等方面都相差不大，但在內部數據傳輸率上的差別比較大，它的高低也會影響到系統的整體性能。,另外，硬盤的外部數據傳輸率高于其內部傳輸率，所以提高內部數據傳輸率對

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

10、的外部數據傳輸率可達160MB/s。,5．數據緩存(Cache)數據緩存是指在硬盤內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據事先放到Cache中，大大提高了硬盤讀取數據的速度。另一方面，將要寫入硬盤的數據事先存放到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系到硬盤的數據傳輸率。,目前硬盤Cache的容量為2～16MB不

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

12、一個尋道時間），然后等待所需數據扇區(qū)旋轉到磁頭下方（經過一個潛伏時間）開始讀取數據。,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磁道所需要的時間。它反映了磁頭作徑向運動的速度，代表硬盤讀寫數據的能力，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)：是指相應數據所在的扇區(qū)旋轉到磁頭下方的時間。它反映了盤片的轉

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據所用的時間，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行到出現故障的平均時間，一般硬盤至少在30000～40000小時之間。在硬盤的產品廣告或常見的技術特性表中并不提供這項指標，需要時可到具體生產硬盤的廠家網站上查詢。,6.1.3 硬盤接口硬盤接

14、口是指硬盤與主機之間連接的通道，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公司生產控制器接口。,2．EIDE接口EIDE(Enhanced IDE)接口是一種增強型的IDE接口，又稱ATA-2接口，是Western Digital公司為取代IDE而開發(fā)的接口標準。這種標準曾流行很長時間，但直到1996年才被認可。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設備，最多

16、可連接4臺IDE設備；提高了數據傳輸率，最高可達16.6MB/s；采用LBA(Logical Block Address)地址轉換方式，增加了硬盤容量，最大支持8.4GB；可以設置為塊模式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)是小型計算機系統接口，最初是為小型計算機研制的一種接口技術，現已被完全移植到微

17、機上。它是一種總線型接口，適用于多任務的操作系統。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，主要用于高檔微機及服務器上。SCSI接口有以下幾個標準：（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準。顧名思義，它是串行傳輸數據的接口，在同一時間點內只會有1位數據被傳輸。這樣可以減少接口的針腳數，克服了并行傳輸信號之間的電磁干擾，同時節(jié)省了機內空間，更有利于散熱。,Serial ATA接口傳輸數據時只需要用一根4芯電纜與設備相連，用4個針（第1針為數據發(fā)送端、第2針為數據接收端、第3針為供電端、第4針為地線）就能完成所有的數據交換工作。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?？紤]到兼容性，Serial ATA接口硬盤還提供IDE接口硬盤標準電源接口。,長期以來，IDE接口采用的是并行傳輸方式，如果有一臺IDE設備處于數據傳輸狀態(tài)，其它IDE設備只能閑置，處于等待狀態(tài)，這屬于點對面（主板對IDE設備）的模式。而Serial ATA接口采用點對點的模式，一臺微機連接兩個硬盤時就沒有主、從之分，所有IDE設備均為主設備，避免了用戶設置主、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等存儲設備。,在Serial ATA 1.0版中，規(guī)定數據傳輸速率為150MB/s，已經超過了現有最快的Ultra DMA/133（Ultra ATA/133）。在Serial ATA 2.0版中，規(guī)定數據傳輸速率為300MB/s。而且隨著未來后續(xù)版本的推出，數據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接口標準的硬盤和主板已經成為市場主流，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，并在主板上設有IEEE 1394接口插座。IEEE 1394接口理論上數據傳輸率可達400MB/s以上，

22、但硬盤內部數據傳輸率較低，距離理論值相差甚遠。,目前符合IEEE 1394接口的硬盤大多為帶有IEEE 1394轉接卡的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接口標準的硬盤實際數據傳輸速率只有12MB/s，基本上可以滿足實際要求；USB 2.0接口標準數據傳輸速率可達4

23、80MB/s，速度已相當可觀。USB接口的硬盤實際上也是帶有USB轉接卡的EIDE硬盤。從長遠看，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 硬盤的新技術近年來，硬盤技術發(fā)展很快，硬盤的性能有了很大的提升。目前硬盤的新技術主要體現在以下幾個方面：1．新型磁頭技術,磁頭是硬盤技術中最為關鍵的部件，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式磁頭，這種二合一磁頭在設計時

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/寫分離式設計，寫入磁頭仍然采用傳統的電磁感應式磁頭，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，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更加明顯，同時GMR磁頭采用了多層薄膜結構，對信號的變化更加敏感，因而存儲密度可以進一步提高。目前，GMR磁頭已經走出實驗階段，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PRML(Partial Response Maximum Likelihood，部分響應完全匹配)技術就是將硬盤數據讀取電路分成兩段“操作流水線”，流水線第一段將磁頭讀取的信號進行數字化處理，然后只選取部分“標準”信號移交第二段繼續(xù)處理；,第二段將所接收的信號與PRML芯片預置信號模型進行對比，然后選取差異最小的信號進行組合后輸出以完成數據的讀取過程。PRML技術可以降低硬盤讀取數據的錯誤率，因此可以進一步提高磁盤數

27、據密集度。PRML技術的普遍利用，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.技術隨著硬盤容量和速度的提高，人們對硬盤數據安全性的要求也越來越高，硬盤生產廠商都在努力尋求一種硬盤安全監(jiān)測機制。如今，S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自監(jiān)測、分析及報告技術)在主流硬盤中得到了廣泛的應用，它是一種對硬盤故障預先報警、防止數

28、據丟失的技術。,S.M.A.R.T.技術可以監(jiān)測磁頭、磁盤、電機、電路等硬盤部件，并由硬盤的監(jiān)測電路和主機上的監(jiān)測軟件對硬盤的運行情況和預設的安全值進行分析、比較，當出現超出安全值范圍以外的情況時，會自動發(fā)出警告信息；,還可以根據硬盤使用情況自動降低硬盤的運行速度，把重要的數據文件轉存到其它安全扇區(qū)或存儲設備上。例如每隔8小時，S.M.A.R.T.技術會自動掃描硬盤，當發(fā)現快要損壞的扇區(qū)時，會自動將損壞扇區(qū)的數據轉移到好的扇區(qū)上。,4．

29、RAID技術RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks，廉價冗余磁盤陣列)技術是由美國加州大學伯克利分校的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的具體實現可以通過硬件也可以通過軟件，如Windows NT/2000/XP操作系

30、統就提供了RAID功能。常用的磁盤陣列有3種模式：RAID0、RAID1和RAID5。,5．噪音與防震技術隨著硬盤主軸轉速的提高，帶來了磨損加劇、溫度升高、噪聲增大等一系列負面影響，各大硬盤生產廠商都在加大力度尋求解決方法?！耙簯B(tài)軸承馬達”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、防震技術方面，各大生產商還增加了獨特的技術來提升硬盤的質量，如IBM公司的DFT(Disk Fitness Test)、Maxtor公司的ShockBlock、Seagate公司的SeaShield等技術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 軟盤驅動器,微機上使用的軟盤片一般都是3.5英寸1.44MB規(guī)格，軟盤驅動器是對軟盤進行讀寫的裝置，是集機、電、光、磁為一體的精密設備。從外部結構來看，它由殼體、

32、面板、數據信號接口和電源接口等部分組成。面板在軟驅的前面，上面有插入軟盤的活動門、退盤按鈕和工作指示燈。軟驅的后面是一個4芯的電源插座和一個34芯D型數據接口插座。軟驅的外觀如圖6-3所示。,圖6-3 軟盤驅動器,1．主軸驅動系統2．磁頭定位系統3．狀態(tài)檢測系統 （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）寫保護檢測裝置,4．讀寫系統讀寫系統由讀電路、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。,當從記錄信息的軟盤片上讀出數據時，磁頭與盤片接觸，切割盤片上的磁力線，在磁頭線圈中產生感應電勢，感應電勢的大小是隨磁通的變化而變化的；磁頭讀出的信號經前置放大，并通過低通濾波濾掉高頻噪聲信號，然后經過微分放大、限幅放大變成方波，再經數據鑒別（是0還是1）、數據整形后送到主機。,（2）寫電路寫電路的作用是在寫命令的控制下

34、，把數據脈沖變換成有一定強度的寫入電流，然后送到磁頭線圈中使其產生磁場。當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，從而把數據記錄在盤片上。,當主機發(fā)出寫信號并檢測到軟盤未加寫保護時，送來編碼數據，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據決定），產生一個磁化盤片的磁場，使磁盤介質被磁化，形成一個存儲一位二進制信息的記錄單元。隨著盤片的旋轉，連續(xù)送來的數據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。軟驅在寫數據時是遵循“先擦后寫”的原則。,6.3 光盤驅動器,光盤驅動器簡稱光驅，按讀寫方式分為只讀光驅和可讀寫光驅兩種類型。只讀光驅按所使用盤片的不同又可分為CD-ROM和DVD-ROM兩種；而可讀寫光驅又稱為刻錄機，可分為CD-R/RW和DVD R/RW。,6.3.1 CD-ROM光驅CD-ROM(Compact Disc-Read Only Mem

36、ory)是一種只讀光盤驅動器，它是利用激光原理，把微機的數字信號調制到極細的激光束里，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器和設備上完成的。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光驅的外觀如圖6-4所示。,圖6-4 CD-ROM光驅,圖6-4 CD-ROM光驅1．光盤存儲技術（1）光盤的物理結構光盤為圓盤，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，頂層是涂漆的保護層，可以在上面印刷光盤的標簽等信息。,光盤上數據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據的。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）光盤的邏輯結構在ISO9660標準下，單張的CD-ROM光盤被定義為一個“卷”。如果一個應用程序或大文件不能被一張光盤裝下，它可以擴充到任意多張光盤上去。包含了整個文件系統的光盤集合稱

39、為“卷集”。一條光道分為三個區(qū)：導入區(qū)、信息區(qū)和導出區(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，這是給標準留出余地，以便于以后修改物理格式標準。,（3）光盤的數據記錄方式CD-ROM光盤存儲數據采用EFM（Eight-to-Fourteen Modulation）調制編碼方案，把8

40、位數據變成14位物理通道位串，包括用戶數據、地址信息、錯誤校正碼、同步位等，以便送制模機調制激光束強弱。,空白光盤在調制激光束照射下，使介質表面的微小區(qū)域溫度升高，從而產生凹坑。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、復制商品光盤。,2．CD-ROM光驅的基本組成與工作原理CD-ROM光驅一般由 激光頭組件、機械傳動組件、數字信號處理系統及接口、面板控制系統等部分組成。,（1）激光頭組件激光頭組件是光驅的心臟，也是最精密的部分。它主要負責數據的讀取工作，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。當激光頭讀取盤片上的數據時，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、其細小的光點并射到光盤上。,此時，光盤上的反射物質就會將發(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構，因此不會讓光束穿透它并回到激光發(fā)生器上，而是經過反射穿過透鏡到達發(fā)光二極管。光盤表面是以凹凸不平的坑來記錄數據的，由于反射光的強度不同，就形成了0和1排列的數據。,（2）機械傳動組件機械傳動組件主要由主軸旋轉機構、托盤控制機構、平衡機構等組成。主軸旋轉機構的核心部件是電機，它的作用是帶動光盤在光驅中按照一

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

44、板控制系統面板控制系統的主要作用是控制光盤托盤的進出，通過面板指示燈動態(tài)指示光驅的運行狀態(tài)，通過面板上的播放鍵與音量旋鈕（或鍵）對光盤播放進行控制。,CD-ROM光驅的工作原理是：當光盤放入托盤送入CD-ROM驅動器后，以順時針高速旋轉，當激光經聚焦到達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，當激光到達凹坑與非凹坑的跳變沿時，反射光的強度發(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”信號傳送給數字信號處理系統，對讀取的信息進行進一步的處理，然后通過輸出接口傳送給主機，從而實現光盤信息的讀取。,3．CD-ROM光驅的性能指標（1）平均數據傳輸率（2）平均查找時間（3）高速緩存（4）容錯性（5）數據讀取方式CD-ROM光驅有下列3種數據讀取的方式：恒定線速度，恒定角速度，局部恒定角速度（6）數據接口,4.光驅新技術（1

46、）智能安全技術光驅爆盤的原因在于主軸電機轉速過高，同時又缺乏對偏心、不平、介質不均勻的劣質光盤的補償平衡機制，缺乏積極的智能監(jiān)測調整機制。,智能安全技術以三星（SAMSUNG）光驅較為出色，其48倍速光驅的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，并據此調整轉速，從而杜絕爆盤現象的發(fā)生。這種智能安全技術還有助于順利讀取各類壞盤，并有效控制光驅震動及減小噪音。,（2）雙動態(tài)抗震懸吊系統DD

47、SS(Double Dynamic Suspensory System)該系統為了有效地吸收主軸電機高速旋轉時產生的震動，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在高速轉動時產生的震動和噪音，并可根據光盤的優(yōu)劣自動調整電機的轉速，保持光盤的平衡性。從而保護了主軸電機，延長了光驅的使用壽命。,（3）自動平衡系統ABS(Auto Balance System)該系統是在光驅托盤下配置一具鋼珠軸承，當光盤出現震動時，鋼珠在離心力

48、的作用下會滾動到質量較輕的部分，從而起到平衡作用，始終保持光盤的水平轉動，使光驅的讀盤能力得到提高。,ABS系統可以說是針對中國大陸市場而設計的，因為經大量數據研究發(fā)現，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象。由于ABS工藝實現復雜，目前只有日本、韓國等的少數光驅生產廠商具備這一技術，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，化學性質穩(wěn)定，除了強堿、氫氟酸外不與任何物質發(fā)生反應。各種型號的硅膠因其制造方法不同而形成不同的微孔結構，正是這種微孔結構使它具有強大的導熱功能。。,在光驅中，硅膠散熱片被安裝在正對光驅電路板上的最大熱源——電機驅動芯片的位置，它把主控芯片和光驅底部金屬外殼連為一體，將芯片產生的熱量傳遞到光驅外殼上，把整個光驅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）全鋼機芯塑料機芯的光驅是目前市場上最常見的光驅，由于塑料

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

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

52、括DVD)發(fā)展的方向。,6.3.2 DVD光驅圖6-5 DVD-ROM光驅DVD（Digital Video Disk）是指數字視頻光盤，它利用MPEGII壓縮技術來儲存影像信息，具有大容量、高畫質、高音質、高兼容、高可靠性和具有導航功能等特點。DVD集計算機技術、光學記錄技術和影視技術為一體，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體激光器，比普通激光波長要短。未來的DVD驅動器還將采用波長更短的藍色半導體激光器。只讀形式的DVD光盤的格式共分為三種：DVD-ROM、DVD-Video和DVD-Audio，分別是只讀數據盤、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構，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光驅圖6-6 刻錄機 CD-R/RW是指可讀寫光盤，其對應的驅動器就是具有可讀寫功能的光驅，又稱為刻錄機?？勺x寫光驅的容量、性能和所用盤片都和CD-ROM相近?？勺x寫光驅一般用作保存數據的工具，但可讀寫光驅具有其它存儲設備所沒有的優(yōu)勢，那就是可讀寫光驅使用的光盤經過寫入數據后，可以在普通的CD-ROM光驅上使用。,CD-R光驅的特點是可對CD-R光盤進行一次性寫入數據，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驅動器和CD-R驅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正逐漸成為數據存儲的主流產品，在數據備份、數據交換、數據庫開發(fā)、檔案存儲和多媒體演示、軟件出版等領域得到了廣泛的應用。,CD-RW光驅的特點是可對CD-RW光盤進行多次擦除、重寫數據，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