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第七章外部存储器设备
第一节光驱驱动器
一、光驱工作原理:
利用激光的原理,把计算机的数字信号调制成极细的激光光束里,再把这种信号记录的一张直径120mm的多碳塑料盘片上.(专用的机器和设备上完成,如:
刻录机)
二、光驱的控制面板:
1、耳机插孔 连接耳机或音箱,可输出AudioCD音乐。
2、音量 调整输出的CD音乐音量大小。
3、指示灯 显示光驱的运行状态。
4、紧急出盒孔 用于断电或其他非正常状态下打开光盘托架。
5、打开/关闭/停止键 控制光盘进出盒和停止AudioCD播放。
6、播放/跳道键 用于直接使用面板控制播放AudioCD。
三、光驱的内部结构:
1、底部结构:
用十字螺丝刀拧开光驱底板的四个固定螺丝,压下连在光驱面板上的固定卡,将底板向上抬起,即可将其拆下,可以看到光驱底部固定着机芯电路板,它包括了伺服系统和控制系统等主要的电路组成部分。
2、机芯结构:
用细铁丝插入面板的紧急出盒孔将光盘托架拉出,压下上盖板两端的固定卡,卸开光驱面板,然后再打开上盖板,可以看光到整个机芯结构。
(1)激光头组件:
包括光电管、聚焦透镜等组成部分,配合运行齿轮机构和导轨等机械组成部分,在通电状态下根据系统信号确定、读取光盘数据并通过数据带将数据传输到系统。
(2)主轴马达:
光盘运行的驱动力,在光盘读取过程的高速运行中提供快速的数据定位功能。
(3)光盘托架:
在开启和关闭状态下的光盘承载体。
(4)启动机构:
控制光盘托架的进出和主轴马达的启动,加电运行时启动机构将使包括主轴马达和激光的头组件的伺服机构都处于半加载状态中。
四、光驱的性能指标:
1、数据传输率
——表明光驱从光盘上读取数据的快慢。
单速——是指最初的光驱读取速率150KB/S
倍速——指是最初光驱读取速率的多少倍的读取速率的光驱。
2、平均读取时间(AverageSeekTime)
——是指CD-ROM从光头定位到开始读盘的时间,一般是越小越好。
不能超过95ms。
3、缓存(CACHE或BUFFERMEMORY表示)
——作用是提供一个数据的缓冲区域,将读取的数据暂时保存,然后一次性进行传输和转换。
CACHE一般最少要有128K,现在的光驱一般是256K或者512K的。
缓存是越大越好。
4、光驱的容错性能
——是指光驱读取质量不太好的光盘的能力,容错性能越强,光驱能读的“烂盘”越多。
5、光驱的读取方式
①恒定线速度(CLV)
——CLV(ConstantLinearVelocity,恒定线速度),读取光盘内圈和外圈数据时,光驱马达的转速是不同,读出的数据传输率保持不变。
优点:
光驱读取性能稳定、容错性能比较高;缺点:
浪费了主轴的工作效率(读取外圈时降低马达速转)
②恒定角速度(CAV)
——CAV(ConstantAngularVelocity,恒定角速度),保持光驱马达转速恒定,其数据传输率是可变的。
优点:
读盘速度不断提高;避免太多加速或减速控制,可减少发热量。
缺点:
容错性能有所下降。
③部分恒定角速度(PCAV)
——当激光头读不出数据时,主轴速度降低一半,如果再读不出来,再降低一半,如此反复,直到读取数据为止。
优点:
即提高了速度,又兼顾了容错性能。
6、接口类型
——两种接口:
IDE和SCSI。
一般的用户应该都是IDE口的,SCSI接口的光驱必须配用SCSI接口卡,安装比较烦琐,但是有占用CPU资源少,工作稳定的优点,所以在网络服务器中广泛采用。
第二节软驱
一、软驱的组成:
软驱是由盘片驱动机构、磁头定位机构、数据读写电路、信号检测机构和整机控制系统组成,其功能如下:
部件名称
主要作用
盘片驱动机构
由驱动盘片的电机、主轴及稳速电路组成;它负责以规定转速带动盘片旋转。
磁头定位机构
由磁头步进电机和定位电路组成;负责使磁头定位到需要寻找的磁道和扇区。
磁头及读写电路
读写磁头作为一个整体安装在一起,上下两个磁头公用一套读写电路;负责按写入数据驱动磁头或将磁头读出的信号转换成二进制数据。
状态检测机构
包括四个检测装置:
00磁道检测装置、索引孔检测装置、写保护检测装置、盘片更换检测装置,它们各自向适配器输送相应的接口信号。
整机控制系统
负责控制软驱动器的各个部分协调工作。
二、软驱的分类:
5.25英寸软驱
3.5英寸软驱
三、软驱的安装:
1、打开机箱,找到软驱安装槽,然后将与安装槽相对的挡尘板取下,把软驱推入安装槽,放置到位后,用螺钉固定。
2、连接数据电缆。
找到软驱后面的数据线插座,将电缆外端插头与软驱数据线插座相连(B端为B驱动器,C端为A驱动器)。
另一端与主板相连(A端为接主板)。
3、完成软驱的物理安装后,打开电源,进入CMOS系统设置BIOS参数,选择软驱的型号,然后重新启动计算机即可。
第三节 ZIP驱动器
一、ZIP的概述
ZIP是最早推出的大容量软驱,由1980年成立的美国Iomega(艾美加)公司研制生产。
接口形式有:
并行口、IDE口、USB口、IEEE1394口
1.ZIP100MB
1994年推出,有内置式,并行口,IDE口,传输率60MB/分,容量为100MB,尺寸:
深7"×宽5.25"×高1.5",支持Win98、Win2000、NT4.0
2.ZIP250MB
1999年推出,采用非接触式磁头,平均寻道时间29ms,容量为250MB,带32KB缓存,每分钟2945转,传输率1.4MB/S,不能兼容3.5"的1.44MB软盘。
3.ZIP750MB
2002年推出,采用双兼容格式(兼容之前的ZIP250,并可读取ZIP100),平均寻道时间29ms,容量为750MB,外置式,传输率7.5MB/S,尺寸:
深175×宽110×高21mm,支持95/98/Me/NT4.0/2000/XP,也支持MacOS;支持PNP功能。
二、市场上的ZIP产品
艾美加内置100兆USBZIP-11017
艾美加内置100MZIP-31209
艾美加外置100兆USBZIP-31197
艾美加外置100兆USBZIP-31234
艾美加250MBUSBZip
艾美加内置250兆IDEZIP-11113
艾美加内置250兆USBZIP-31406
艾美加内置250兆USBZIP-31410
艾美加外置250兆USB-POWERD-ZIP-31310
艾美加外置250兆USBPOWERDZIP-32217
艾美加外置250兆USBPOWERD-ZIP32218
艾美加外置250兆USBZIP-31653
艾美加外置250兆USBZIP-32163
艾美加外置750兆USBZIP
第四节 DVD驱动器
最早出现的DVD是DigitalVideoDisk(数字视频光盘),它是一种只读型DVD光盘,必须由专用的影碟机播放。
随着技术的不断发展及革新,IBM、HP(惠普)、APPLE(苹果)等五家公司召集了SONY(索尼)、Philips(飞利浦)、HITACH(日立)、PIONEER(先锋)等众多厂商于1995年12月共同制定统一的DVD规格,并且将原先的DigitalVideoDisk改成现在的DigitalVersatileDisk(数字通用光盘)。
DVD是以MPEG-2为标准,每张光盘可储存的容量可以达到4.7GB以上(大约是133分钟高压缩比的节目,内含AC-35.1声道输出译码)。
一、DVD的主要规格
DVD主要有:
DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM等。
1.DVD-ROM
DVD-ROM是用来读取数字资料的DVD规格,总共有四种容量,分别为4.7GB、8.5GB、9.4GB、17GB,硬件产品称为只读式DVD-ROM光驱。
2.DVD-Video
DVD-Video是用来读取数字影音资料的DVD规格,应用于消费性电子领域,硬件产品称为DVD激光视频机(即DVD-Video光驱)。
3.DVD-Audio
DVD-Audio是用来读取数字音乐资料的DVD规格,着重于超高音质的表现,主要应用于消费性电子领域,硬件产品称为DVD音乐光驱(DVD-Audio光驱),而且有些DVD激光视频机也会提供DVD-Audio的播放功能。
4.DVD-R
DVD-R(DVD
Recorder)是一次写入数据资料的DVD规格,硬件产品称为一次写入式数字多功能光驱(DVD-R光驱)。
由于第一代3.95GB容量的无法配合4.7GB规格的DVD-ROM在软件制作方面的应用,因此第二代4.7GB
DVD-R应运而生。
与CD-R一样,DVD-R光盘可与DVD-ROM兼容。
5.DVD-RAM
DVD-RAM的用途较广,但主要分为计算机专用以及家电专用两种。
在计算机方面,硬件产品称为可擦写式数字多功能光驱(DVD-RAM光驱),然而第一代2.6GB的容量与DVD-ROM容量相差太大,因此就诞生了第二代4.7GBDVD-RAM。
DVD-RAM也是采用相变技术来存储数据。
6.DVD-RW
DVD-RW是DVD联盟继DVD-RAM之后提出的第二种可以重复读写数字资料的DVD规格,硬件产品称为可擦写式数字多功能光驱(DVD-RW光驱),DVD-RW与DVD-RAM擦写方式不同,应用的领域也不相同。
DVD-RAM的记录格式也是采用CD-R中常见的相变技术,容量为3.0GB。
但是DVD-RW不能与DVD-ROM兼容。
二、DVD-ROM的工作原理
DVD-ROM工作原理与CD-ROM差不多,也是先将激光二极管发出的激光经过光学系统形成光束射向盘片,然后从盘片上反射回来的光束照射到光电接收器上,再转变成电信号。
由于DVD必须兼容CD-ROM光盘,而不同的光盘所刻录的坑点和密度均不相同,当然对激光的要求也有不同,这就要求DVD激光头在读取不同盘片时要采用不同的光功率。
为了兼容CD-ROM光盘,目前DVD的激光头读取方式可以分为以下几种:
1、单光头单聚焦镜
采取一个光头和一个全息综合聚焦透镜,其激光束为645nm波长,但透镜十分特殊。
通过透镜边缘的激光束形成CD/VCD信息面的聚焦点,而透镜中间部分的激光束聚焦在DVD的信息面上。
因只有一个透镜,因此读取数据时不涉及到更换镜头,不占用时间,读片速度快,成本较低,机械结构也相对简单,但此种激光头内部结构十分复杂,且读碟过程中,因对每一种碟片来说只利用了透镜表面上的部分光束,因此读片精度较差,且给光头带来巨大负担。
目前这种读取方案主要在Panasonic公司广泛应用。
2、单光头双聚焦镜
使用两个焦距不同的镜片,但共用一个激光发射器和接收器(即:
共用一个激光头),通过切换透镜来获得不同焦深以实现分别读取CD/VCD和DVD的目的,其读取信号质量较高,但在读碟时涉及到光头的机械切换过程,因此占用读碟时间,读碟速度较慢,噪声大,且在精密的激光头内部容易产生机械故障,成本也相对较高。
启动速度较慢、寻道时间长、光头一物两用损耗较大。
目前,TOSHIBA、安桥公司在自己的DVD产品上采用了这项技术。
3、双光头双聚透镜
即采取两套完全独立的光头,拥有两套不同焦距的透镜,采用各司其职的信号拾取系统分别读取CD/VCD和DVD。
因此读碟性能较好,另一大优点就是能兼容CD-R和CD-RW。
因CD-R和CD-RW的数据反射面料由氰兰染料制成,对780nm的激光束反射能力很强,而对于645nm的短波长激光束,几乎会全部吸收,而只有645nm激光束的单光头DVD是无法兼容CD-R和CD-RW等可记录的CD盘片。
但因采取双光头,因此成本最高,且其伺服机构在读盘时有一个双光头的切换过程,占有时间,读盘速度慢,机械系统复杂,容易出现机械切换故障。
目前,Sony及日立公司均采用这种光头技术。
4、单光头双波长
此技术采取一个激光头,内部安装两个不同的激光发射器(相当于将两个光头集成在一起),技术含量高,通过使用一组聚焦镜所产生的650nm和780nm波长的激光拾取信号,来分别读取CD/VCD和DVD,在保持单光头单聚焦镜的优势基础上更加提高了读片性能和认盘速度,又免去了因更换激光头或聚焦镜所带来的时间占用和机械故障。
且兼容性好,能很好地兼容CD-R和CD-RW。
这是一种较为新型、全面的信号拾取方案。
这种读取方式最为稳定、先进。
目前,先锋、明基等公司采用这种技术。
以明基BenQ为例,推出的第十代DVD光驱--DVP1650P即是采取此种优良的读取技术。
三、DVD的特点
1.DVD光盘的生产成本极低,是最符合经济效益的大型资料储存媒体。
2.DVD光盘虽然与CD光盘的大小均为12cm,但DVD具有4.7GB~17GB四种不同大小的存储容量。
最小的单面单层DVD光盘的容量为4.7GB是CD-ROM光盘的7倍左右,是3.5英寸软盘的3000多倍,能够存放长达133分钟的高品质影音资料。
3.DVD采用国际通用的MPEG-2数字动态影像压缩技术,画质超越录影带、LD,可播放高分辨率的超高画质动态影像。
4.DVD采用当今最流行的两种数字环绕音效规格──杜比AC-3和DTS,让用户在家中就能享受顶级电影院才有的环绕音效效果。
5.DVD提供多种电视屏幕比例的选择,另外也可以挑选不同剧情版本的影片以及选择从何种角度去观赏影片,让用户享受到前所未有的影音观赏乐趣。
6.DVD可以收录多达8种不同语言的配音,另外也可以提供32种不同文字的字幕,让我们在选择影片语言和文字方面获得最大的弹性。
7.DVD的音源采样频率高达192KHz,是目前CD的2倍以上,用户在享受超高画质动态影像的同时,还能够聆听到超高音质。
8.DVD能够实时跳到某一个片段,不像录放影带那样需要向后倒带或向前快转寻找想要看的片段。
9.DVD除了提供原音重现的功能之外,还能提供实时文字信息和影像画面,让用户能够对单纯的音乐储存媒体进行多元化应用。
10.各种应用层面的DVD影碟机和DVD驱动器,都能够部分或全部彼此拥有兼容性,DVD驱动器也可读取CD-ROM光盘。
四、DVD光盘的物理结构
DVD光盘与CD-ROM光盘的外观很相似,直径为120mm、厚度为1.2mm,它是由两层基底组成,每片基底的厚度均为0.6mm。
CD的最小凹槽长度为0.834μm,道间距为1.6μm,采用波长为780nm~790nm的红外激光器读取数据,而DVD的最小凹槽长度仅为0.4μm,道间距为0.74μm,采用波长为635nm~650nm的红外激光器读取数据。
由于基片上的凹槽更细、道间距更小,所以数据存储量比CD-ROM大得多。
DVD的存储方式主要有两种,即单面存储和双面存储,而且每一面还可以存储两层资料,其主要存储方式有四种物理结构:
单面单层(DVD-5)的存储容量为4.7GB、单面双层(DVD-9)的存储容量为8.5GB、双面单层(DVD-10)的存储容量为9.4GB、双面双层(DVD-18)的存储容量为17GB。
对于单面而言,只有在基层的下层存放数据,上层基底没有存放数据。
对于双面而言,上下层基底均存放有数据。
在读取数据时有两种方法:
一种是读完一面之后,将盘从光驱之中取出,翻面之后再放入光驱中继续读取第二面的数据;另一种是在光驱中装有两个激光头,分别从盘的上下两面读取数据,或者只装有一个激光头,在读完第一面时可以自动地跳到另一面继续读取。
双层是指将两层盘叠加一起,下层是反射层,透过它可以读取上层的数据。
读取下层时总是从内圈开始,并从里往外;读完下层后再读上层。
读取上层有两种方法:
一种是逆光道路径OTP(OppositeTrackPath),即读上层盘时从外圈开始,并从外向里移动;另一种是顺光道路径PTP(ParallelTrackPath),即读上层时从内圈开始,并从里向外移动。
五、DVD的加密防拷技术
现在的DVD加密防拷技术主要有“数字防拷保护”和“类比信号保护系统”两种。
1.数字防拷保护
CSS(ContentScramblingSystem,数字防拷保护)
就是所有存入DVD影片内容的数据都要经过编码程序,而要播放这些影片数据必须先经过解码才能播放。
也就是我们经常听到的区域码限制,它的作法就是将DVD上面的资料加以锁码与分区,所以任何解压缩的设备(不论是硬件解压缩,软件解压缩或是半软半硬解压缩),都必需经过CSS的认证与授权,才能将CSS译码器放到产品上进行合法的使用。
从理论上讲,在美国发行的第一区DVD光盘就无法在中国销售的第六区DVD上播放。
不过,只有美国八大电影公司出版的DVD影片才有这样的限制,而非DVD原始规格的规定。
也就是说,非美国八大电影公司出版的DVD影片都没有区域限制,一般称为自由区域码(FreeRegionCode)或称全区片。
六大区域码分别是:
第一区(Region1)美国、加拿大、东太平洋岛屿。
第二区(Region2)日本、西欧、北欧、埃及、南非、中东。
第三区(Region3)中国台湾、中国香港、南韩、泰国、印尼等东南亚国家和地区。
第四区(Region4)澳洲、新西兰、中南美洲、南太平洋岛屿。
第五区(Region5)俄罗斯、蒙古、印度半岛、中亚、东欧、北韩、北非、西北亚一带等。
第六区(Region6)中国大陆。
2.类比信号保护系统
APS(AnalogProtectionSystem,类比信号保护系统)
可以防止用DVD播放机进行拷贝。
它主要是通过一颗Macrovision7的芯片,在影像数据中加入特殊信号,这个特殊信号不断变化录像设备的自动增益控制线路数值(AutomaticGainControl:
AGC)来防止拷贝。
所以如果使用者硬把画面录下来的话,得到的结果将会是一个忽明忽暗、变化不定、根本无法观看的画面。
类比加密防拷设备还有一个限制,那就是这类设备及其所用到的电视输出零件都必需经过Macrovision7的认证与授权。
第五节刻录机
一、CD-R及CD-RW的刻录原理
在刻录CD-R盘片时,通过大功率激光照射CD-R盘片的染料层,在染料层上形成一个个平面(Land)和凹坑(Pit),光驱在读取这些平面和凹坑的时候就能够将其转换为0和1。
由于这种变化是一次性的,不能恢复到原来的状态,所以CD-R盘片只能写入一次,不能重复写入。
CD-RW的刻录原理与CD-R大致相同,只不过盘片上镀的是一层200~500埃(1埃=10-8cm)厚的薄膜,这种薄膜的材质多为银、铟、硒或碲的结晶层,这种结晶层能够呈现出结晶和非结晶两种状态,等同于CD-R的平面和凹坑。
通过激光束的照射,可以在这两种状态之间相互转换,所以CD-RW盘片可以重复写入。
二、刻录机技术参数
1.接口形式:
主要有:
IDE、SCSI和并口三种。
IDE接口:
与IDE硬盘接口相同,价格便宜。
安装内置刻录机就象安装硬盘一样简单;
SCSI接口:
性能稳定,刻录的速度较快,但是需要附加一块SCSI控制器,安装较复杂,价格较贵;
并行接口:
分为SPP、EPP和ECP三种,安装时应注意模式的设置,其中使用SPP、EPP高速模式时,刻录机才能达到6速读取,2速刻录。
2.刻录速度
CD-RW标注的格式通常为24X/4X/2X的形式,其中24X表示CD-ROM读盘速度为24速,4X表示盘片的初次刻录速度是4速,2X表示复写的速度是2速。
目前主流指标分别为32X/8X/4X和24X/6X/4X。
3.内置与外置的选择
从结构形式分有内置和外置两种。
内置:
节省空间、价格较便宜;外置有较好的散热性,独立供电,便于携带,但价格较高。
根据放置盘片方式的不同可以分为托盘式和插入式。
托盘式:
与普通的CD-ROM完全的一样;插入式:
是用一个专门的盒子来装载CD-RW盘片,刻写的时候插入到刻录机里面,有较好防尘性能。
4.刻录机的缓存
将数据写入光盘时的暂时存储区。
如果数据进入缓存的速度低于离开缓存的速度,就会发生欠载运行,导致坏盘。
大容量缓存对刻录的稳定性,尤其是IDE接口产品起到了相当大的作用,因此4X以上产品最好具备2MB或更多的缓存。
2速产品具有1MB或者512KB就足够了。
5.Firmware
Firmware又称固件,它对于CD-R/RW刻录机的关系就如同BIOS和主板的关系,每种型号的CD-R/RW刻录机,都有其专用的Firmware。
大多数刻录软件都根据Firmware来辨认刻录机的品牌和特性。
6.防尘设计
由于刻录机的激光头是水平向上发射聚焦激光束来实现刻录的,进入刻录机的灰尘一旦落在激光头上就很容易被烧结,造成激光束聚焦不良直接影响正常刻录。
因此,有防尘设计的刻录机是我们应该找重考虑的。
7、CAV、CLV、P-CAV和Z-CLV
CLV(恒定线速度)读取盘片内圈和外圈时的数据流量相同,想要达到这个要求,主轴电机就必须不断地改变转速,读内圈数据时转速高,读外圈数据时转速低。
CAV(恒定角速度)主轴电机的转速恒定不变,读取内圈数据时数据流量较低,读取外圈数据时数据流量较高。
P-CAV(局部恒定角速度)则是将以上两种方式的优点结合起来,在读取内圈数据的时候采用CLV方式,读取外圈数据的时候采用CAV方式。
Zone-CLV(区域恒定线速度)应用在高速刻录机上,也简写Z-CLV;在刻录时,是将一张刻录盘由内到外分成数个区域,刻录时以区域为单位逐步提升速度,同一个区域内的刻录速度是恒定的,这样可以在刻录机保证稳定的前提下再将速度提升到更高的阶段,避免了马达转速过高带来的不稳定因素。
三、CD-R盘片的类型
1、刻录盘的结构
从下往上说明:
E层:
最重要的部分,是塑料基底,它占有整个盘片中最多的体积,是形成盘片强度和形状的关键。
D层:
最关键的部分,该层就是刻录和保存数据的层面,刻录盘的性能就取决于该层的质量。
C层:
是反射层,用来反射光驱或者刻录机的激光束,低档的盘片可能用铁或者铝,而高档的刻录盘则采用银作为反射介质。
B层:
是保护层,能防止盘片的数据层(D)和反射层(C)遭到各种意外破坏。
A层:
实际上是各个公司来图画标志的层面,我们通常看到刻录盘的商标和图案就在这一层。
刻录盘的结构剖面图
2、刻录盘的类型
①Cyanine(绿盘)
是最早问世的CD-R盘片,采用的是日本TaiyoYuden公司发明的花菁染料
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