准备知识

1.硬盘

（1）硬盘简介

硬盘是计算机中容量最大、最重要的外部存储设备。硬盘是计算机系统的数据存储中心，计算机运行时使用的程序和数据绝大部分都存储在硬盘上。无论CPU和内存的速度有多快，如果硬盘的速度不够快，势必会形成制约整机速度的瓶颈。因此，拥有一块高品质、大容量、高转速的硬盘是一台计算机不可或缺的。

目前硬盘有机械硬盘（HDD）、混合硬盘（SSHD）和固态硬盘（SSD）三种；HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘（Hybrid Hard Disk，HHD）是把磁性硬盘和闪存集成到一起的硬盘，SSD采用闪存颗粒来存储一种硬盘。

①机械硬盘（HDD）。机械硬盘即是传统温彻斯特式硬盘，内部结构如图2-44所示。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头飘浮在盘片上方，与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。

常见的机械硬盘有3.5英寸和2.5英寸的。其中3.5英寸的硬盘常用于台式机中，如图2-45所示；2.5英寸的硬盘常用于笔记本式计算机中，如图2-46所示。

机械硬盘的工作原理：它是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成计算机可以使用的数据，写的操作正好与此相反。

机械硬盘的性能指标与选购：机械硬盘的性能主要是由硬盘内部的硬盘容量、硬盘转速、硬盘缓存、平均寻道时间、硬盘的传输速度以及硬盘的安全技术等因素决定的。

●　转速。转速应该是大家最关心的一点，硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取数据的扇区带到磁头下方，转速越快，等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。在硬盘容量不断增大的同时，目前常见的硬盘转速有5400r/min、7200r/min和10000r/min，理论上转速越高，硬盘性能相对就越好。

●　容量。作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。在购买硬盘时，用户通常会问：这块硬盘有多大？320GB、500GB、1TB……硬盘的容量以吉字节（GB）或太字节（TB）为单位，而常见的换算式为：1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB。一般来说，一块硬盘的容量是越大越好，但在容量相同的情况下，在不同品牌的硬盘间进行选择时，就需要考虑硬盘的单碟容量了，硬盘的单碟容量指的是单张盘片的存储容量，一般情况下相同转速的硬盘单碟容量越大内部数据传输速率就越快，此外单碟容量的提高使线性密度（每英寸磁道上的位数）也得以提高，有利于硬盘寻道时间的缩短。

●　缓存。缓存即硬盘的高速缓冲存储器，是硬盘与外部总线交换数据的场所，如图2-47所示，它的作用类似于CPU的缓存，用于暂时存储数据交换时所用到的信息。由于硬盘的内部数据传输率和外界传输率不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速率的重要因素，大缓存能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速率。目前市场上的主流硬盘缓存容量主要有8MB、16MB、32MB和64MB四种。

●　平均寻道时间。平均寻道时间是指在磁盘面上移动磁头到指定磁道寻找相应目标数据的磁道所用的时间。图2-48所示为磁头寻道的状态，这个参数也是衡量硬盘速度的重要指标。它通常以ms（毫秒）为单位，对硬盘而言，这个时间越小越好，时间越短用户获得所需数据的时间就越少。目前大多数硬盘的平均寻道时间在8.5ms左右。

●　数据传输率。硬盘的数据传输率是选购硬盘时最重要的一点，它主要由硬盘外部和内部的数据传输率组成，外部数据传输率指硬盘的缓存与系统主存之间交换数据的速度，内部数据传输率指硬盘磁头从缓存中读/写数据的速度。它们的单位是不同的，硬盘外部的数据传输率单位是MB/s，硬盘内部的数据传输率单位是Mbit/s，它们的换算关系是1MB=8Mbit。目前主流的SATA硬盘外部数据传输率为150MB/s或300MB/s，而硬盘内部的数据传输率只有680Mbit/s（约85MB/s）左右，少数高端硬盘可以达到1Gbit/s（约125MB/s）以上。由于硬盘内部数据传输率要低于硬盘的数据传输率，因此在选购硬盘时最好选购硬盘内部数据传输率较高的硬盘。

②混合硬盘（HHD）。混合硬盘是一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘，除了机械硬盘必备的碟片、马达、磁头等等，还内置了NAND闪存颗粒，这颗颗粒将用户经常访问的数据进行储存，可以达到如SSD效果的读取性能。混合硬盘将闪存模块直接整合到硬盘上，对比一下，就会发现新一代的混合硬盘不仅能提供更佳的性能，还可减少硬盘的读写次数，从而使硬盘耗电量降低，特别是使笔记本式计算机的电池续航能力提高；由于一般混合硬盘仅内置256MB的SLC闪存，因此成本不会大幅提高。同时混合硬盘亦采用传统磁性硬盘的设计；因此没有固态硬盘容量小的不足。通常使用的闪存是NAND闪存。混合硬盘是处于机械硬盘和固态硬盘中间的一种解决方案。外观如图2-49所示。

③固态硬盘

固态硬盘（Solid State Disk，SSD）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（Flash芯片、DRAM芯片）组成。外观如图2-50所示。和机械硬盘相比，固态硬盘的优缺点如下。

优点：

●　读写速度快：采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。最常见的7200r/min机械硬盘的寻道时间一般为12～14ms，而固态硬盘可以轻易达到0.1ms甚至更低。

●　防震抗摔性：传统硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。而固态硬盘使用闪存颗粒制作而成，所以固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在发生碰撞和震动时能够将数据丢失的可能性降到最低。

●　低功耗：固态硬盘的功耗上要低于传统硬盘。

●　无噪声：固态硬盘没有机械马达和风扇，工作时无噪声。

●　工作温度范围大：典型的硬盘驱动器只能在5～55℃的环境下工作。而大多数固态硬盘可在-10～70℃的环境下工作。

●　轻便：固态硬盘在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，质量要小20～30g。

缺点：

●　容量：固态硬盘容量不大，且价格较贵。

●　寿命限制：固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题。

（2）硬盘的接口类型

硬盘上的接口包括数据接口和电源接口，下面分别进行介绍。

①硬盘的数据接口。硬盘与主板进行连接的接口称为硬盘数据接口，目前普通计算机上常见的硬盘数据接口有IDE和SATA两种。

●　IDE接口：IDE（Integrated Drive Electronics）的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器它通过其专用的IDE数据线，将具有IDE接口的硬盘或光驱与主板连接起来。如图2-51所示，由于其使用40根金属针作为接口接触点，因此插拔起来比较费劲。已趋于淘汰。

●　SATA接口：是目前比较流行的硬盘和光驱数据接口，使用其专用的SATA数据线，能得到比IDE接口更快的数据传输速率。目前SATA接口具有三种不同的类型，即SATA1.0、SATA2.0和SATA3.0，其中SATA1.0的传输速率为150MB/s，SATA2.0的传输速率为300MB/s，SATA3的传输速率为600MB/s。它们的接口外形是完全相同的，同时也相互兼容，如图2-52所示。

固态硬盘的接口：新一代的固态硬盘普遍采用SATA2.0接口、SATA3.0接口、SAS接口、mSATA接口、PCI-E接口、NGFF（或称为M.2）接口和CFast接口。如三星960 PRO NVMe M.2（2TB）固态硬盘，接口类型为M.2 PCI-E接口（NGFF），读取速度3600MB/s，写入速度2100MB/s，如图2-53所示。还有一款PCI-E接口的饥饿鲨RD400A PCI-E固态硬盘，存储容量512GB，接口类型PCI-E接口，闪存架构MLC多层单元；读取速度2600MB/s，写入速度1600MB/s，如图2-54所示。

②硬盘的电源接口。硬盘的电源接口是为硬盘提供能源的通道。IDE接口硬盘的电源接口由4根金属针组成，如图2-51所示，其外形酷似一个英文字母“D”，因而也称为“D型”电源接口；而SATA硬盘的电源接口则采用了由15根金属针组成的扁平接口，如图2-52所示。

（3）硬盘产品实例

下面将按硬盘种类的不同，为用户推荐几款硬盘产品。

①机械硬盘（HDD）

希捷Barracuda 1TB 7200r/min 64MB单碟（ST1000DM003）是一款容量为1TB的SATA3.0接口的台式机硬盘产品，如图2-55所示。最大的特点就是单碟容量1TB，它的硬盘外部传输速率为6Gbit/s，具有64MB缓存，平均寻道时间为8.5ms左右。

②混合硬盘。希捷Laptop 1TB 5400r/min 8GB混合硬盘（ST1000LM014）是一款容量为1TB的SATA3.0接口的硬盘产品，硬盘尺寸2.5英寸，缓存64MB，SSD缓存为8GB，如图2-56所示。

③固态硬盘

三星SSD 840 PRO Series SATA Ⅲ（256GB）是一款容量为256GB的固态硬盘，传输接口为SATA3.0，接口速率为6Gbit/s，它的尺寸大小为100.2mm×69.85mm×7mm，适合笔记本式计算机用户、高端DIY用户、企事业单位和工业领域，如图2-57所示。

2.光盘

光盘是目前最常见的存储介质，目前其种类比较多，常见的包括CD-ROM、DVD-ROM和可擦写型光盘等3种。

●　只读型光盘CD-ROM：CD-ROM由基底层、记录层、保护层组成，直径为120mm，中心定位孔为15mm，厚度为1.2mm。CD-ROM中的程序或数据预先由生产厂家写入，用户只能读出，不能改变其内容。只读型光盘的容量一般为700MB左右。

●　DVD-ROM光盘：是一种正逐步取代CD-ROM光盘的存储介质，DVD与CD-ROM光盘大小相同，它也只能被刻录一次，但容量比较大，目前DVD光盘常见的有两种，即DVD5和DVD9，其中DVD5光盘的容量为4.7GB，DVD9光盘的容量为8.5GB。

●　可擦写型光盘：是一种可以反复读/写数据的光盘，但它与U盘不同，可擦写型光盘每次写入数据时，其原先保存的数据将被全部删除。

光存储产品一直在IT行业和用户中占有十分重要的地位，它的高存储容量、数据持久性、安全性一直深受广大用户的青睐。光存储设备包括光驱和光盘两部分，在使用光存储设备时，二者是缺一不可的，光驱是读取或写入数据的工具，而光盘则用于存储数据。下面分别介绍其特点。

（1）光驱的种类

光驱按读取或写入光盘的类型可分为CD-ROM、DVD-ROM和DVD刻录机等，下面分别进行介绍。

①CD-ROM。CD-ROM光驱是一种能读取CD、VCD、CD-ROM格式光盘的光驱，如图2-58所示。它只能读取光盘，并不具备写入数据（即刻录）的能力，所以目前已经不流行了。

②DVD-ROM。DVD-ROM是一种能完全兼容CD-ROM并能读取DVD格式光盘的光驱，如图2-59所示。现在市场上主流的光驱大部分都是DVD-ROM。

③DVD刻录机。DVD刻录机是一种能读/写CD-ROM、DVD-ROM格式光盘的光驱，如图2-60所示。由于其功能强大，目前比较受用户欢迎。

④蓝光刻录机

蓝光刻录机是指基于蓝光DVD技术标准的刻录机。蓝光（Blu-Ray）是由索尼、松下、日立、先锋、夏普、LG电子、三星、汤姆逊和Philips等9家电子巨头在2002年2月19日共同推出的DVD光盘标准。蓝光光盘的一个最大优势是容量大，单面单层的就高达27GB，如图2-61所示。

说明：光驱还包含CD刻录机和COMBO（康宝），CD刻录机是一种能读/写CD-ROM光盘的设备，目前已经逐步被市场淘汰；COMBO是一种能读/写CD-ROM光盘并能读取DVD光盘的设备，目前主要用在笔记本式计算机中。

（2）光驱的工作过程

在无光盘状态下，光驱加电后，激光头组件启动，此时光驱面板指示灯将闪亮，同时激光头组件移动到主轴马达附近，并由内向外沿着导轨步进移动，最后又是回到主轴马达附近，激光头的聚焦透镜将向上移动三次搜索光盘，同时主轴马达也顺时针启动三次，然后激光头组件复位，主轴马达停止运行，面板指示灯熄灭。光驱中若放入光盘，激光头聚焦透镜重复搜索动作，找到光盘后主轴马达将加速旋转，此时若读取光盘，面板指示灯将不停地闪动，步进电机带动激光头组件移动到光盘记录数据处，聚焦透镜将数据反射到接收光电管，再由数据带传送到系统，微机就可读取光盘数据。若停止读取光盘，激光头组件和马达仍将处于加载状态中，面板指示灯熄灭。不过，目前高速光驱在设计上都考虑到可以使主轴马达和激光头组件在30s或几分钟后停止工作，直到重新读取数据，这样可有效地节能，并延长使用时间。在流行的高倍速光驱设计中，不少厂商都采用了独特的机芯和电路设计，如华硕光驱的双重悬吊系统、源兴光驱的浮动承载技术等，从而加强工作过程中的稳定性，提供超强的容错能力和更长的使用寿命。

（3）光驱的性能指标与选购

可能很多读者会认为光驱的速度越快，其性能就越高。其实，光驱的速度只是对其驱动电机的转速而言，而要真正衡量其性能高低，还要看下面几个指标表现如何。

①速度。在选购光驱时，首先要考虑的就是光驱的传输速度，目前衡量光驱速度的重要指标是倍速，CD-ROM光驱1X倍速时的传输速率为150KB/s，目前常用的DVD光驱在读取CD-ROM光盘时其倍速一般为32X、40X或52X，即当其倍速为52X时，它的传输速率为150KB/s×52=7800KB/s而DVD-ROM的1X倍速为1358KB/s，普通DVD-ROM的倍速一般为16X，则其传输速率为：1358KB/s×16≈21.7MB/s。

②寻道时间（Access Time）。寻道时间是指激光头（光驱中用于读取数据的一个装置）从原来位置移到新位置并开始读取数据所花费的平均时间。显然，寻道时间越短，光驱的性能就越好。如果寻道时间比较长，那么在频繁存取小文件时必须把时间浪费在寻道操作上，即使这时数据传输率比较快，也只能说明找到数据后的传输率比较快，整体性能不会提升。

③CPU占用时间（CPU Loading）。CPU占用时间是指光驱在维持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间，它也是衡量光驱性能好坏的一个重要指标。CPU占用时间越少，其整体性能就越好。

④缓存。光驱缓存的作用与硬盘缓存的作用是相似的，都是为了提高光驱传输数据的速度。目前普通光驱大多采用512KB缓存容量。而刻录机一般有2～8MB的缓存容量，不要小看这个数字，其是用户购买光驱时最需要考虑的因素。

⑤接口类型。目前，光驱接口与硬盘接口一样，具有IDE接口和SATA接口两种。由于目前IDE接口正逐步被SATA接口所取代，因此在选购光驱时最好选择SATA接口的光驱。

（4）光驱产品实例

①DVD刻录机。华硕DRW-24D1ST是一款SATA接口的DVD刻录机产品，如图2-62所示。它的缓存为2MB，读取DVD光盘的最大倍速是48X，最大DVD复写速度为32X。

②蓝光刻录机。三星SE-506AB蓝光外置刻录机如图2-63所示。最大8X刻录DVD±R、5X刻录DVD-RAM、8X刻录DVD+RW、24X刻录DVD-RW、24X刻录CD-R/RW。它采用USB 2.0接口，接口类型USB 2.0，并配备2MB缓存。

3.移动存储设备

移动存储设备是指能够随身携带的数据存储设备，它通常用于计算机之间传递数据数据信息或进行多媒体娱乐。常见的移动存储设备包括移动硬盘、U盘、数据存储卡等。

（1）各种移动存储设备

①移动硬盘。移动硬盘是一种可以随身携带的大容量硬盘，如图2-64所示。它的工作方式和普通硬盘相同，也是用可高速旋转的盘片作为存储介质的。一般移动硬盘使用USB接口传输数据，目前常见的移动硬盘存储容量有500GB、1TB、2TB等。如希捷Backup Plus Slim1TB（STDR1000300）移动硬盘，存储容量1TB，接口为USB 3.0。

②U盘。U盘即USB盘的简称，而优盘只是U盘的谐音称呼。它是一种以半导体芯片作为存储介质的数据存储设备，最大的特点就是：小巧便于携带、存储容量大、价格便宜。它通常使用计算机的USB接口来进行数据交换。由于U盘体积小、重量轻，不易损坏且价格便宜，因而成为目前普及速度最快的电子产品之一。目前常见的U盘按其容量可分为4GB、8GB、16GB、32GB、64GB、128GB、256GB、512GB、1TB等多种。

（2）产品实例

下面将介绍两款U盘产品。

①闪迪CZ80至尊极速USB 3.0闪存盘（64GB）。闪迪CZ80至尊极速USB 3.0闪存盘（64GB）公司生产的U盘产品，如图2-65所示。该U盘的容量为64GB，采用USB 3.0接口，数据传输率，读出：245MB/s，写入：190MB/s。它具有抗震、防潮、防磁以及防静电等功能，并专门采用超稳定技术，可有效防止数据丢失。

②爱国者精灵型（8GB）。爱国者精灵型（8GB）是朗科公司生产的U盘产品，如图2-66所示。它的外形为透明磨砂设计，采用钢琴漆表面处理工艺，该U盘的容量为8GB，采用USB 2.0接口，内部的存储介质采用超稳定A级Flash芯片，内置硬件电子防干扰系统、硬件数据放丢失系统，并具备电子写保护功能从而保护数据安全。