存储设备作用与性能指标

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：硬盘以其容量大、存取速度快而成为各种机型的主要外存设备。光盘驱动器的性能指标如下。数据传输率是光盘驱动器的一个重要指标，此指标和标称速度密切相关。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。另外，采用塑料机芯的光驱标识的倍速与实际倍速不符，存在较大差异。

对于计算机系统而言：内存可以直接和CPU交换数据，速度非常快；外存主要用于存放操作系统、应用程序、用户数据等需要长期保存的内容，它的速度虽然慢于内存，但因其存储量大、存储时间长等优点而成为计算机系统存储器中的一种必不可少的存储设备。

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图1-2　硬盘的外观结构

1.硬盘

硬盘是一种磁介质的外部存储设备。硬盘驱动器（包括硬盘的盘片本身）完全密封在一个保护箱体内。硬盘以其容量大、存取速度快而成为各种机型的主要外存设备。硬盘的外观结构如图1-2所示。

硬盘的主要性能指标如下。

（1）容量。容量即可以容纳的总字节数。作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量以GB或TB为单位，1TB=1024GB，1GB=1024MB。

（2）转速。转速是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标志硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输速率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。

（3）寻道时间。寻道时间是从CPU向硬盘请求某个文件开始到该文件的第一个字节送至CPU结束两个时刻之间的时间间隔。硬盘的平均寻道时间是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间越短越好。

平均访问时间是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据所在扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间等。

（4）数据传输率。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，即每秒钟可以传送给CPU的字节数，单位为兆字节每秒（MB/s）。常见的数据传输率为5~40MB/s。

（5）接口。随着硬盘容量和速度的飞速增加，硬盘接口也经历了很多次革命性的改变，从最早的PIO模式到并行ATA（其实也就是integrated drive electronics，IDE）再到现在流行的SATA（串行硬盘）接口，其传输速率已经翻了几十倍，性能大大提高。

2.光盘驱动器

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图1-3　光盘驱动器及光盘

光盘一般直径为5.25英寸。普通光盘有CD和DVD两种，CD的容量只有700MB左右，而DVD则可以达到4.7GB。它们之间的容量差别与其相关的激光光束的波长密切相关。CD又可分为CD-ROM、CD-R和CD-RW。CDROM是只读光盘；CD-R只能写入一次，以后不能再次改写；CD-RW是可重复擦写光盘。DVD也可分为DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW等盘片。在实际应用中，读取和烧录CD、DVD光盘的激光是不同的。

光盘驱动器及光盘如图1-3所示。

光盘驱动器的性能指标如下。(www.chuimin.cn)

（1）速度。这里所说的速度，指的是光盘驱动器的标称速度，也就是平时所说的光驱的速度是多少速，如40X、50X等。普通的CD-ROM有一个标称速度，而DVD-ROM有两个：一个是读取DVD光盘的速度，一般都是16X；另一个是读取CD光盘的速度，等同于普通光驱的读盘速度。对于刻录机来说，其标称速度有3个，分别为“写/复写/读”，如40X/10X/48X表示此刻录机刻录CD-R的速度为40X，复写CD-RW的速度为10X，读取普通CD光盘的速度为48X。

（2）数据传输率。数据传输率是光盘驱动器的一个重要指标，此指标和标称速度密切相关。标称速度由数据传输率换算而来，CD-ROM标称速度与数据传输率的换算为1X=150KB/s。不过随着光驱速度的提高，单纯的数据传输率已经不能衡量光驱的整体性能。由寻道时间和数据传输率结合派生出的两个子项：内圈传输速率（inside transfer rate）和外圈传输速率（outside transfer rate），其性能指标也在影响着光驱的性能。

（3）平均寻道时间。平均寻道时间（average access time）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，平均寻道时间越短，光驱的性能就越好。

（4）CPU占用时间。CPU占用时间（CPU loading）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。

（5）容错性。尽管目前高速光驱的数据读取技术已经趋于成熟，但仍有一些产品为了提高容错性能，采取调大激光头发射功率的办法来达到纠错目的，但是这种办法会人为地造成激光头过早老化，减少产品的使用寿命。

（6）数据缓冲区。数据缓冲区（buffer）是光驱内部的存储区。它能减少读盘次数，提高数据传输率。

（7）缓存容量。对于光盘驱动器来说，缓存越大，连续读取数据的性能越好，在播放视频影像时，效果越明显，也能够保证成功的刻录性能。目前，一般CD-ROM的缓存为128KB，DVD-ROM的缓存为512KB，刻录机的缓存普遍为2~4MB，个别为8MB。

（8）数据传输模式。数据传输模式主要有PIO模式和UDMA模式，早期大多采用的是PIO模式。由于CPU资源占用率较高，现在的产品基本上都是UDMA模式，通过Windows的设备管理器将DMA模式激活，以提高性能。

（9）机芯材料。机芯材料有塑料和钢制两种。塑料机芯是目前市场上最常见的，优点是原材料便宜。但是随着光驱速度的不断提高，发热量增大将加快其老化速度，缩短光驱的寿命。另外，采用塑料机芯的光驱标识的倍速与实际倍速不符，存在较大差异。钢制机芯的出现很好地解决了这一问题，在抗高速和抗高温方面表现良好，可以保证光驱在读盘时稳定快速，并有抗老化的特点。

（10）防震和抗噪。用户使用光驱时总是希望光驱工作时速度快而且安静。要使光驱工作时保持安静，关键是解决光盘高速转动时产生的震动。许多光驱厂商对此也很重视。解决震动问题不但能减少噪声，而且还能为纠错和稳定性提供保障。Acer和三菱光驱都采用ABS自动平衡系统，NEC公司的36X以上产品都采用顶置悬挂式消音减震系统，源兴光驱采用的是游丝悬挂抗震系统。购买时可以优先考虑防震和抗噪性能好的光驱。

3.移动硬盘

移动硬盘，顾名思义是以硬盘为存储介质，用于计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。价格因素决定了主流移动硬盘大多数是以标准笔记本电脑硬盘为基础，只有很少部分是以微型硬盘（1.8英寸硬盘等）为基础。由于采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘的数据读写模式与标准IDE硬盘相同。移动硬盘多采用USB、IEEE 1394等传输速率较快的接口，可以以较快的速度与系统进行数据传输。

移动硬盘的外观如图1-4所示。

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图1-4　移动硬盘

移动硬盘可以提供相当大的存储容量，是一种性价比较高的移动存储产品。目前大容量闪盘的价格还无法被用户所接受，而移动硬盘能在用户可以接受的价格范围内，提供给用户较大的存储容量和不错的便携性。

存储设备作用与性能指标

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