DIY基础知识第四课时 第八章、硬盘基础知识 一、硬盘的磁头
众所周知，一块硬盘存取数据的工作完全依靠磁头来进行的，换句话说，没有磁头，也就没有实际意义上的硬盘。那么究竟什么是磁头呢？最简单的理解，磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”，通过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的发展先后经历了“亚铁盐类磁头（Monolithic Head）”、“MIG（Metal In GAP）磁头”和“薄膜磁头（Thinfilm Head）”、MR磁头(Magneto Resistive Heads，即磁阻磁头)等几个阶段。前三种传统的磁头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁头，在设计方面因为同时需要兼顾读／写两种特性，因此也造成了硬盘在设计方面的局限性。第四种磁阻磁头在设计方面引入了全新的分离式磁头结构，写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头，而读取磁头则应用了新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读，针对读写的不同特性分别进行优化，以达到最好的读／写性能。除上述几种磁头外，技术更为创新的采用多层结构,磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant
Magneto Resistive Heads）也已经在2000年浮出水面，应用这种技术，可以使目前硬盘的容量在此基础上再提高10倍以上。
二、硬盘的盘面
如果我们把上述硬盘磁头比喻成笔的形容成立，那么所谓硬盘的盘面自然就是这“笔”下的纸。如果你曾经有幸打开过自己的硬盘（当然是已经宣布死亡了的报废产品哟，否则后果自负），可以发现硬盘内部是由金属磁盘组成的。有单碟、有双碟，自然也有多碟。它们通过表面的磁性物质结合在一起。与我们平时使用的那些普通软磁盘存储介质的不连续颗粒相比，这种特殊物质的金属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全性能。目前市场上主流硬盘的盘片大都是由金属薄膜磁盘构成，这种金属薄膜磁盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁和高矫顽力，因此也被大多数硬盘厂商所普遍采用。除金属薄膜磁盘以外，目前已经有一些硬盘厂商开始尝试使用玻璃作为磁盘基片。与金属薄膜磁盘相比，用玻璃作为盘片有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度也会更高，同时由于玻璃的坚固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。不过，这也带来了新的问题，最主要的就是一旦用玻璃材质作为盘片，玻璃材质较之金属材质的脆性就会突出地体现出来，要解决这个问题肯定会大大提高成本，因此估计玻璃磁盘就算现在投入小量生产，一两年内也不会在大范围的商业应用中普遍流行。
三、硬盘的马达
有了“笔”和“纸”，要让“笔”能够在“纸”上顺利地写字，当然还要有“手”的控制，而这双控制磁头在盘片上高速工作的“手”就应该是硬盘主轴上的马达了。硬盘正因为有了马达才得以带动盘片在真空封闭的环境中高速旋转，马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工作。硬盘在工作时，通过马达的转动将用户需要存取的资料所在的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，用户等待存取记录的时间也就越短。从这个意义上讲，硬盘马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时，硬盘的速度也在不断提高，这当然也就要求硬盘的马达必须能够跟上技术时代飞速发展的步伐。进入2000年，5400RPM(转/分)的硬盘即将成为历史，7200RPM势必成为今年乃至今后一段时间的主流产品。这种速度方面的提升对于硬盘的马达而言，自然也提出了更高的要求。7200RPM、10000RPM甚至15000RPM的硬盘马达肯定不会采用传统意义上的普通滚珠轴承马达，因为随着硬盘转速的不断提高，同时也会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚珠轴承马达无法妥善解决这些问题，于是先前曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达（Fluid Dynamic Bearing Motors）被引入到硬盘技术中。与传统的滚珠轴承马达不同，液态轴承马达使用的是黏膜液油轴承，这种特殊的轴承以油膜代替了原先的滚珠，一方面避免了与金属面的直接磨擦，将传统马达所带来的噪声及温度降至最低；另一方面，油膜可以有效地吸收外来的震动，使硬盘的抗震能力由以往的150G提高至1200G；再一个方面，从理论上讲，液态轴承马达无磨损，使用寿命可以达到无限长，虽然我们无法通过这一点就奢想自己的新硬盘能够“万寿无疆”，但最起码可以延长使用寿命倒是真切的事实。
四、硬盘的接口类型
硬盘的接口类型主要分为EIDE和SCSI两种。
早期的EIDE接口硬盘采用了PIO Mode 4模式，其传输速率可以达到16.6MB／s，后来由于采用了UltraDMA／33(或称ATA－4)技术，传输速率一下子提高到了33.3MB／s。如今主流的新一代Ultra
DMA／66接口硬盘，其接口界面已经获得了Intel与世界八大主要个人电脑制造商以及全部硬盘制造商的支持，数据传输率比UltraDMA／33翻了一倍，达66MB／s。而更高的Ultra DMA／100和Ultra DMA／166目前也已经在酝酿之中。
SCSI接口硬盘的基本数据传输率是20MB／s(8bit,50线)。在应用了Ultra
WIDE标准后，其传输速率可以达到40MB／s；采用Ultra2 WIDE SCSI标准后，其传输速率还可以升至80MB／s(16bit,68线)；而采用Ultra
160／m SCSI标准接口后，其传输速度更可以飙升到160MB／s。另外，目前还有一种采用FC－AL光纤通道接口的硬盘，其传输速率可以达到100MB／s的数据传输率。
如果要比较EIDE与SCSI这两种不同接口模式硬盘的优劣,从价格方面分析，EIDE的价格比较便宜，SCSI价格很高。如果从性能方面分析，EIDE接口的硬盘虽然安装容易，但其允许用户连接的设备较少，且CPU占用率较高。而SCSI接口的硬盘在这方面却表现突出：速度更快、允许增加足够的外设(EIDE提供两个通道,每个通道可挂两个EIDE设备,而SCSI却允许用户连接7个SCSI设备)、CPU占用率较低。 第九章、光驱基础知识 随着多媒体电脑的日益普及，光驱逐渐成了个人电脑中必不可少的标准配置之一。广大用户在看VCD、打游戏的时候，是否知道给我们提供服务的光驱是怎样辛勤工作的呢？
光驱也就是我们平时常说的CD－ROM驱动器。一台普通的光驱通常由以下几个部分组成：主体支架、光盘托架、激光头组件、电路控制板。其中，激光头组件的地位最为重要，可以说是光驱的“心脏”。下面我们就来看看激光头组件的原理：
我们通常所说的激光头实际上是一个组件，具有主轴电机、伺服电机、激光头和机械运动部件等结构。而激光头则是由一组透镜和光电二极管组成。在激光头中，有一个设计非常巧妙的平面反射棱镜。当光驱在读光盘时，从光电二极管发出的电信号经过转换，变成激光束，再由平面棱镜反射到光盘上。由于光盘是以凹凸不平的小坑代表“0”和“1”来记录数据的，因此它们接受激光束时所反射的光也有强弱之分，这时反射回来的光再经过平面棱镜的折射，由光电二极管变成电信号，经过控制电路的电平转换，变成只含“0”、“1”信号的数字信号，计算机就能够读出光盘中的内容了。
我们知道，一台光驱的好坏主要有两个方面，即纠错性能和稳定性。在技术上，保证这两个指标的主要有两项技术：寻迹和聚焦。
在了解寻迹以前，我们首先来看看光盘的数据存储方式，与硬盘的同心圆磁道方式不同的是，光盘是以连续的螺旋形轨道来存放数据的。其轨道的各个区域的尺寸和密度都是一样的，这样可以保证数据的存储空间分配更加合理。也正因为如此，使得激光头不能用与硬盘磁头一样的方式来寻道。为了保证激光头能够准确的寻道，就产生了“寻迹”技术，它使得光头能够始终对准螺旋形轨道的轨迹。如果激光束与光盘轨迹正好重合的时候，那么这时的偏差就是“0”。但是大多数情况下，都不可能达到这样理想的状态，寻迹时总会产生一些偏差，这时光驱就需要进行调整。如果寻迹范围不够大的话，那么数据盘就可能读不出，CD可能不能发声。这也就是我们通常所说的纠错性能不好。
聚焦就是激光束能够精确射在光盘轨道上并得到最强的信号。当激光束从光盘上返回的时候，需要经过四个光电二极管，每个光电二极管所发出的信号需要经过叠加，形成聚焦误差信号。只有当这个误差信号输出为零时，聚焦才准确。如果聚焦不准确，显然就不能顺利地读取光盘。
了解光驱的原理以后，我们再来看一看比较重要的光驱应用技术：
1、CLV技术
由于光盘是以等密度方式存储数据的，因此早期的光驱在读光盘的时候，都是采用的CLV方式，也就是恒定线速度方式，它通过变换主轴电机的速度，可以让光头从盘的内圈移动到外圈的过程中，单位时间内读过的轨道弧线长度相当，这样势必造成读取内外圈的速度不一样。当光驱的速度比较高以后，频繁变换主轴电机将降低光驱的寿命，因此CLV技术只适合于低速的光驱，对于高速光驱，则有另一种方式——CAV。
2、CAV技术
CAV，即恒定角速度。在这种方式下主轴电机的转速不变，因此在读取内圈和外圈的数据时会有差异。如果一台40×的光驱，其外圈速度可能是40×（事实上，大多数光驱的外圈速度只能达到32×～36×），而其内圈速度很有可能是20×或更低。
3、PCAV技术
PCAV即区域恒定角速度，它吸收了CLV和CAV的优势。即在读内圈数据时，以CAV方式读取，而在读外圈数据时，以CLV方式。这样既节约了成本，也提高了性能，目前市面上的大部分高速光驱都是采用的这种方式。
4、其他辅助技术
高速光驱在运行时一般会有比较大的震动，为了减少震动，很多厂家采用了浮动承载机构，或橡胶减震机构；为了提高光驱的稳定性，采用金属机芯（如源兴）；为了提高速度，采用了多束激光技术（如健伍）；为了提高读盘能力（主要是质量比较低的光盘），采用了自动平衡系统；在读取密度不均匀的光盘时，通过离心力作用使光驱平衡，使读盘能力大大提高（如钻石）。我们相信随着技术的进步，还会有更多的新技术出现，以方便我们的使用。 第十章、Modem 基础知识 Modem(调制解调器)由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。通常，数据终端设备以二进制串行信号形式发送数据，经Modem接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，再经调制电路变成线路要求的信号向线路发送。Modem接收部分接收来自线路的信号，经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。 一、Modem的工作方式 Modem通常有三种工作方式：挂机方式、通话方式、联机方式。电话线未接通是挂机方式；双方通过电话进行通话是通话方式；Modem接通后进行数据传输是联机方式。数模转换的调制方法也有三种：1.频移键控(FSK)，即用特殊的音频范围来区别发送数据和接收数据。2.相移键控(PSK)，高速Modem常用四相制，八相制两种方式。四相制是用四个不同的相位表示00、01、10、11四个二进制数。它能使300bps的Modem传送600bps的数据信息，因此在不提高线路调制速率仅提高信号传输速率时很有意义。3.相位幅度调制(PAM)，即采用相位调制和幅度调制结合的方法来提高传输速率(不提高调制速率)。它采用16个不同的相位和幅度电平，使1200bps的Modem传送19200bps的数据信号。此种Modem一般用于高速同步通信中。(图) 二、Modem的工作过程 1、Modem通电后，一般先进入挂机方式，通过电话拨通线路后进入通话方式，最后通过Modem的“握手” 过程进入联机方式。正常使用时，由使用者通过控制电话机或Modem前面板的按键、内部开关实现三种方式间的转换。 2、Modem与计算机连接是通过数据电路通信设备DCE(Data Circuit terminating Equipment)与数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)之间的接口，这个接口是计算机网络使用上的一个重要问题。数据终端设备DTE是产生数字信号的数据源或接收数字信号的数据宿，或者是两者的结合，像计算机终端、打印机、传真机等就是DTE。将数据终端设备DTE与模拟信道连接起来的设备就叫数据电路通信设备DCE，像Modem就是DCE。DTE与DCE之间的连接标准有CCITTV.10/X.26，它与EIARS-423-A兼容，是一种半平衡电气特性接口。 三、RS-232C 普通的Modem通常都是通过RS-232C串行口信号线与计算机连接。RS-232C串行口信号分为三类：传送信号、联络信号和地线。 1、传送信号指TXD(发送数据信号线)和RXD(接收数据信号线)。经由TXD传送和RXD接收的信息格式由一个传送单位(字节)由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。 2、联络信号指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六个信号，各自功能为：RTS(请求传送)是PC向Modem发出的联络信号，高电平表示PC机请求向Modem传送数据。CTS(清除发送)是Modem向PC机发出的联络信号，高电平表示Modem响应PC发出的RTS信号，且准备向远程Modem发送数据。DTR(数据终端就绪)是PC向Modem发出的联络信号，高电平表示PC机处于就绪状态，本地Modem和远程Modem之间可以建立通信信道；若为低电平，则强迫Modem终止通信。DSR(数据装置就绪)是Modem向PC机发出的联络信号，它指出本地Modem的工作状态，高电平表示Modem没有处于测试通话状态，可以和远程Modem建立通道。DCD(传送检测)是Modem向PC发出的状态信号，高电平表示本地DCE接收到远程Modem发来的载波信号。RI(振铃指示)是Modem向PC发出的状态信号，高电平表示本地Modem收到远程Modem发来的振铃信号。 3、地线信号(GND)为相连的PC和Modem提供同一电势参考点。 |
