外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器,此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

(1)软盘存储器

软盘(floppy disk)是个人计算机中最早使用的可移介质,用表面涂有磁性材料的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1.44 MB的3.5 in(1 in=2.54 cm)软盘,简称“3寸盘”(图3.9)。软盘的读写是通过软盘驱动器(图3.10)完成的。软盘存取速度慢,容量也小,但可装可卸、携带方便。

图3.9　3.5英寸软盘

图3.10　软盘驱动器

3.5 in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。其容量的计算如下:

80(磁道)×18(扇区)×512 Bytes(扇区的大小)×2(双面)=1 440×1 024 Bytes=1 440 kB=1.44 MB

市面如今能买到的就只有3 in双面高密度1.44 MB的软盘,但也几近于淘汰。软盘驱动器曾经是计算机中一个不可缺少的部件,在必要时,它可以用于启动计算机,还能用它来传递和备份一些比较小的文件。3 in软盘都有一个塑料硬质外壳,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 in盘一般不会插错(放错了是插不进的)。

(2)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256 GB以上。著名的硬盘品牌有希捷、迈拓、西部数据和三星等。

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的快慢和系统性能的好坏。目前,常见的硬盘接口有IDE、SCSI、SATA和光纤通道四种。

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 ATA 1.0定义的数据传输速率可达150 MB/s,这比并行ATA(即ATA/133)所能达到133 MB/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(图3.11)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。

固态硬盘SSD(Solid State Disk)(图3.12),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0 dB。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1 ms的时间内对任意位置存储单元完成输入/输出操作。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。

硬盘的性能指标如下:

1)容量

通常所说的容量是指硬盘的总容量,一般硬盘厂商定义的单位1 GB=1 000 MB,而系统定义的1 GB=1 024 MB,因此,会出现硬盘上的标称值大于格式化容量的情况,这算业界惯例,属于正常情况。

图3.11　温彻斯特机械硬盘

图3.12　SSD固态硬盘

2)单碟容量

单碟容量就是指一张碟片所能存储的字节数,硬盘的单碟容量一般都在20 GB以上。而随着硬盘单碟容量的增大,硬盘的总容量已经可以实现上百G甚至几TB了。

3)转速

转速是指硬盘内电机主轴的转动速度,单位是RPM(每分钟旋转次数)。转速是决定硬盘内部传输率的决定因素之一,它的快慢在很大程度上决定了硬盘的速度,同时也是区别硬盘档次的重要标准。目前一般的硬盘转速为5 400 RPM和7 200 RPM,最高的转速则可达到10 000 RPM。

4)最高内部传输速率

最高内部传输速率是硬盘的外圈的传输速率,它是指磁头和高速数据缓存之间的最高数据传输速率,单位为MB/s。最高内部传输速率的性能与硬盘转速以及盘片存储密度(单碟容量)有直接的关系。

5)平均寻道时间

平均寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间,单位为ms。硬盘的平均寻道时间一般低于9 ms。平均寻道时间越短,硬盘的读取数据能力就越高。

(3)移动硬盘

移动硬盘(mobile hard disk)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 in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,所以移动硬盘在数据的读写模式上与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘大多采用USB、IEEE 1394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。(www.daowen.com)

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,在“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。市场上大部分的移动硬盘存储容量为350 GB,500 GB,640 GB,1 TB,2 TB,4 TB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、2.5和3.5 in三种。其中1.8 in移动硬盘大多提供10,20,40,60,80 GB的容量;2.5 in移动硬盘寸大多提供120,160,200,250,320,500,640,750,1 000 GB(1 TB)的容量;3.5 in的移动硬盘盒还有500 GB,640 GB,750 GB,1 TB,1.5 TB,2 TB的大容量。

3)速度快

移动硬盘大多采用USB、IEEE 1394、eSATA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。

(4)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盘的称呼最早源自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。如图3.13所示为富有创意的U盘。

图3.13　创意U盘

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,如加密U盘、启动U盘、杀毒U盘等。

2)特点

①目前大多数U盘采用USB 2.0或者USB 3.0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:128 MB(已淘汰)、256 MB(已淘汰)、512 MB(已淘汰)、1,2,4,8,16,32,64,128,256和512 G,以及1 T等。

④可以在多种操作系统平台上使用Windows系列、MAC OS、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3.14所示。

⑥读取速度快:USB 2.0,理论传输速度为60 MB/s,但实际传输速度一般不超过30 MB/s;USB 3.0,理论传输速度为625 MB/s,但实际传输速度一般不超过400 MB/s。

⑦保存数据安全可靠。

⑧携带方便。

图3.14　USB内部结构

(5)光盘存储器

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

①DVD-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。

②DVD-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。

③DVD-RW是指DVD-Rewritable,即可重写式写入光盘(图3.15),可删除或重写数据,而DVD-R则不能。每片DVD-RW光盘可重写近1 000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。

图3.15　DVD-RW可重写式写入光盘

图3.16　蓝光光盘

蓝光光盘(Blue-ray Disc,BD)如图3.16所示,利用波长较短(405 nm)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25 GB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650 nm)来读取或写入数据。通常,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。