1.3.4 多媒体计算机常用存储设备

存储器一般分为内存和外存。内存储器由只读存储器、随机存储器和高速缓冲存储器组成。早期的外存储器多为磁记录存储设备，如磁盘、磁带，它具有存储密度高、可反复读/写、易保存等优点。但随着多媒体技术的发展，音频、视频多媒体信息的数据量急剧增加，磁记录存储设备的缺点逐渐显现出来，单个盘片、磁带的存储量太小，不适合存储数据量很大的多媒体音频、视频文件。近几年，存储技术不断发展，出现了容量大、存取速度快、使用携带方便的各种外部存储器。下面主要介绍多媒体计算机常用的几种外部存储设备。

1. 激光存储器

1）CD-ROM激光存储器

自从个人多媒体计算机标准MPC-1（Multimedia Personal Computer Level 1）1990年诞生以来，CD-ROM已逐步取代磁盘而成为新一代的软件载体。随着产品的不断推出，CD-ROM驱动器的性能价格比更高，已成为多媒体计算机不可缺少的标准配置。

（1）CD-ROM驱动器的工作原理

CD-ROM其实是从CD演变而来的。CD是将模拟数据通过光刻机（批量生产的CD压制机），采用激光束照射光盘上的的微小区域，将其烧成一个个肉眼看不到的小坑，然后在另一面涂上反光材料，就制成了CD（数据CD或音乐CD），而音乐CD和数据CD的区别就是，音乐CD要把数字信号转变成模拟信号输出，而计算机用的数据CD仍是输出数字信号。从CD-ROM光头射出来的激光照射到盘片平的地方和有小坑的地方的反射率不同，这时激光头旁边的光敏元件能感应到强弱不同的反射光，产生高、低电平，输出到光驱的数字电路，而高电平和低电平在计算机中分别代表0和1，这就是CD-ROM把数据光盘转换成数据输出的原理和过程。如果光盘在刻录工艺、盘片材料和反射膜工艺上不过关，会经常出现读不出盘上刻录的数据的情况。

（2）主要性能指标

① 数据传输速率。光驱在1秒内所能读取的数据量，常用KB/s（千字节/秒）和MB/s（兆字节/秒）表示。该数值越大，光驱的数据传输速率就越高。双倍速、四倍速、八倍速光驱的数据传输速率分别为300KB/s，600KB/s和1.2MB/s。目前52倍速光驱的数据传输速率甚至更高。

② 平均访问时间。又称平均寻道时间，是指CD-ROM光驱的激光头从原来位置移动到一个新目标（光盘的数据扇区）位置并开始读取该扇区上的数据所花费的时间。一般来说，四速及更高速度光驱的平均访问时间至少应低于250ms（毫秒）。

③ CPU占用时间。CD-ROM光驱在维持一定的转速和数据传输速率时所占用的CPU时间。

以上指标是衡量CD-ROM光驱内在性能的三个重要因素，其他指标，如光驱的盘片格式、转速、品牌、容错性及产地等因素可以放在次要的地位考虑。

（3）光盘数据存放格式

不同类型的光盘，其数据存放格式各不相同。CD-ROM驱动器可支持多种光盘，目前常见的格式有CD-DA、VCD、CD-I、CD-ROM/XA以及PhotoCD等。

CD-DA（CD-Digital Audio）是激光唱盘的规格，是CD标准的第一种格式，一张盘最多可以存放74分种的音乐节目。CD-DA唱盘的开发成功，证明了光盘可作为数字信息的载体，于是1985年，对光盘的物理格式和盘地址做了如下规定：容量为74分钟数字音乐/单片光盘（44.1 kHz）；存储格式为基本单位扇区；CD光盘最大扇区数333000；其传输速率为75扇区/s=176400B/s。该标准于1988年正式成为国际标准ISO 9660，称为黄皮书（Yellow Book）。

CD-ROM光盘数据格式中，每条光道由导入区（Lead-in Area）、节目区（Program Area）导出区（Lead-out Area）组成。其中，导入区由若干空扇区组成，识别容易；节目区有信息区、盘标记和数据；导出区是空扇区或无声的帧（CD-A）。

CD-I（CD-Interactive）在CD-ROM基础上，补充了音频、视频、计算机程序方面的规定，1988年推出，称为绿皮书（Green Book）。其最大特点是采用MPEG压缩编码算法，将每帧的动态图像以及伴音信息压缩后存放，可连续播放74分钟的节目。现在流行的VCD与该格式标准兼容。

2）视频光盘VCD

VCD简称视频光盘或影视光盘，用MPEG—I压缩技术将74分钟的视频信号和音频信号存于一张CD盘中。其视频效果和画质略高于普通VHS（优质画面的）录像带，音质则与CD唱片相当。

3）DVD驱动器

1995年，日本索尼、东芝两家公司共同制定了DVD格式标准。DVD的全称是Disital Video Disc，它的用途是存放数字影像，这是新一代的光盘产品。它的读取方式采用单面读取，数据存放在光盘的两面。其主要特点是：采用MPEG—2压缩标准，能够提供高清晰度的数字影像以及高品质的音响效果，播放时间长达135分钟，其各项指标均明显高于VCD。

由于采用了数据存储的新标准，DVD存储的信息量为4.7 GB、8.5 GB、9.4 GB甚至17 GB。DVD提高存储容量采用了如下主要技术。

（1）物理特性的改进

现在的CD光盘（包括CD、VCD、CD-ROM等）和DVD光盘从外观和尺寸上看没什么区别。但不同的是DVD光盘光道间距由原来的1.6μm（微米）缩小到0.74μm，而记录信息的最小凹凸坑由原来的0.83μm减小到0.4μm。这样使单层DVD盘片的存储容量提高到4.7GB。从而使存储容量比CD-ROM提高了6倍。而DVD盘片可做到双面双层，存储容量可提高达17GB。

（2）激光信号拾取方案的改进

读DVD盘片的激光波长要短一些，所以现在的CD-ROM驱动器不能读DVD盘片，为了让DVD和CD-ROM盘片兼容，DVD激光头要特别设计。另外，DVD采用的纠错方式也比较特殊，比以往的CD方式强数十倍，即使DVD盘片质量很差也可以毫不费力地读出数据。

（3）采用了数据存储的新标准

如采用变比特率的MPEG—2压缩技术。在画面上，它采用MPEG—2解压缩标准，要比以往的VHS（视频信号）或MPEG—1标准要清晰得多。

因此DVD一出现便显现出它在电影存储方面不可替代的优势，无论画面、音效均非同类产品VCD、VHS可比。DVD的画面已经彻底地消除了马赛克、锯齿等现象，且清晰度更高。在音效上，所有的DVD电影都提供了杜比（一种全数字化音频编码技术）数码环绕立体声效果，是一种全新的声音技术，能明显地感觉到电影中身临其境的三维效果。

在DVD推出不久，专门供计算机使用的DVD-ROM就问世了。在MPC上播放DVD影碟通常有两种方法：一种是利用解码芯片硬解压，进行MPEG—2的解压缩；另一种是用软件模拟，如SoftDVD、XingDVD、PowerDVD等。硬解压的效果当然要好一些，但随着多媒体技术的发展，软解压DVD并不是什么难事。另外，目前新推出的显卡也都内建了软解压线路，效果几乎可以和硬解压相媲美。

4）光盘刻录机CD-R和CD-RW

CD-R是有限次写只读光盘的刻录机，而CD-RW是可擦写式光盘刻录机。批量制作时，用CD刻录机制作首张测试光盘，然后对其进行测试和检验，若符合要求，数据可用激光刻入玻璃盘，该玻璃盘就是制作其他光盘的模子，称为母盘，或主光盘。批量生产的CD盘由母盘复制得到。

（1）光盘刻录机分类

光盘刻录机有两种分类方法：①按外形分为内置式、外置式。内置式较便宜，且节省空间；外置式插装方便，密封性和散热性较好。②按装盘的方法又分为TRAY式和CADDY式，TRAY式与普通的CD-ROM相同，在托盘上放盘片缩进弹出；CADDY式则是将盘片先放入一种专用的卡片中再插入刻录机中，很不常见。但它的好处显而易见：密闭性更好，灰尘不易进入，而且由卡片保护盘片，可靠性更佳，刻录机的使用寿命也得到延长。

（2）光盘刻录机（CD-R）的接口

光盘刻录机（CD-R）的接口一般有三种：SCSI接口、ATAPI接口和并口接口。一般来说，SCSI接口的光盘刻录机刻出来的盘片质量是最好的，但其缺点是价格较高，且需要购买SCSI卡。ATAPI接口（即IDE接口）的刻录机价格适中，但它刻录的质量不高。并口的现在较少见，它有SPP、EPP、ECP三种模式，EPP和ECP是高速模式，而SPP只能达到2倍速读取、1倍速写入。

（3）选购光盘刻录机时要注意的问题

① 光盘刻录机的速度。CD-R有两项速度指标：刻录速度和读取速度，后者大，例如读取速度为32X，刻录速度是16X。CD-RW有三项速度指标：刻录速度、复写速度和读取速度。复写是指对盘片上原有数据抹除，再写入数据，故复写速度小。刻录速度是刻录机的重要技术指标，在实际读取和刻录时，由于光盘的质量或刻录的稳定度影响，读取和刻录的速度会降低。

② 读/写缓冲区的大小。缓冲区的大小也是衡量刻录机的重要指标之一，因为在刻录时数据要先写入缓冲区再去刻录，缓冲区越大，刻录的失败率就越小，但也不是成简单的线性关系。

③ 兼容性问题。兼容性分为硬件兼容性和软件兼容性，前者是指支持的CD-R的种类，如分金盘、绿盘和蓝盘；后者是指刻录软件，光盘刻录机要有相应的驱动程序支持才能工作，要尽量选择型号较普遍的、产量大的机器，通常支持它的刻录软件较多。

④ 使用寿命和刻录方式。刻录机的寿命用平均无故障运行时间来衡量，一般刻录机的使用寿命都在12～15万小时左右，如果不间断地刻录，大概寿命在3万小时左右。

⑤ 刻录机的支持格式。一般的刻录机都支持Audio CD、Photo CD、CD-L/MPEG、CD-ROM/XA、CD-EXTRA、I-TRAXCD与CD-WCD等格式。而最新的CD-RW刻录机将支持CD-UDF格式，在支持CD-UDF格式的软件环境下，CD-RW刻录机具有和软驱一样的独立盘符，用户无须使用专门的刻录软件，就可像使用软驱、硬盘一样直接对CD-RW刻录机进行读/写操作了，从而大大简化光盘刻录机的操作。

（4）刻录方式

除整盘刻写、轨道刻写和多段刻写三种刻录方式外，刻录机还应支持增量包刻写（1ncremental Packet Writing）刻录方式。增量包刻录方式是为减少追加刻录过程中盘片空间的浪费而由Philips公司开发的。其最大的优点是，允许用户在一条轨道中多次追加刻写数据。它与软/硬盘的数据记录方式类似，适用于经常仅需备份少量数据的应用。

2. 移动存储器

随着多媒体应用系统的开发，对大容量移动存储设备的需求也越来越大。大容量移动存储设备按性能分为三类：移动式硬盘、可写光盘及闪盘类，如图1.3.3所示。

（1）外挂式移动硬盘

移动硬盘也是多媒体应开发中可选的移动存储器。早期的移动硬盘不仅体积大，而且价格贵，并不普及。随着技术的发展，目前移动硬盘体积小，携带方便，而且价格便宜，受到越来越多的IT业人士的青睐。

目前，超薄时尚型移动硬盘的重量只有普通移动硬盘的2/3，厚度只有10毫米，同时内置了杀毒软件。其产品接口采用USB 2.0/3.0标准，容量从几十GB到几百GB，支持多种操作系统，并可实现即插即用。

（2）闪盘

所谓闪盘是一种小体积的移动存储装置，其原理在于将数据存储于内建的闪存中，并利用USB接口，方便不同计算机间数据的交换。

它以普及的USB接口作为与计算机沟通的桥梁，存储容量可达4GB或更高。在Windows 7/XP操作系统下，即插即用功能使计算机可以自动侦测到它的存在，使用者只需将它插入计算机USB接口就可以使用，读/写、复制及删除文档与一般磁盘方式完全相同。

（3）可读/写光盘

可读/写光盘作为大容量移动存储设备，多用作数据备份，携带也很方便。只读光盘与可读/写光盘一样也可作为大容量移动存储设备，但只读光盘须配置刻录机，初期投资较大。

3. 新型存储设备——固态硬盘SSD

固态硬盘也称电子硬盘或固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或Flash芯片）组成的硬盘。固态硬盘的接口规范定义、功能及使用方法与普通硬盘相同，产品外形和尺寸也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽（-40～85℃）。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空导航等领域。目前，由于其成本较高，正在逐渐普及到DIY市场。

固态硬盘的存储介质分为两种：一种是采用闪存（Flash芯片）作为存储介质，另一种是采用DRAM作为存储介质。

基于闪存的固态硬盘（IDE Flash Disk、Serial ATA Flash Disk），采用Flash芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的固态硬盘SSD（Solid State Disk或Solid State Drive）。它的外观被制作成多种模样，如笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。它最大的优点是可以移动，且数据保护不受电源控制，能适应各种环境，但是使用年限不长，适合于个人用户使用。

基于DRAM的固态硬盘，采用DRAM作为存储介质，目前的应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，多数操作系统的文件系统工具都能对它进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口，用于连接主机或服务器。其应用方式分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能存储器，使用寿命长，美中不足之处是需要独立电源来保护数据安全。

4. 新型存储模式

随着网络多媒体的不断发展，数据量呈几何级数增长，但存储设备的发展速度却落后于网络带宽的发展，传统的以服务器为中心的存储架构面对源源不断的数据流无法适应。因此，以服务器为中心的存储模式开始向以数据为中心的存储模式转化，这种新的数据存储模式是独立的存储设备，且具有良好的扩展性和可靠性。NAS和SAN是两种新型存储模式。

NAS（Network Attached Storage）称为网络附加存储，被定义为特殊的专用数据存储服务器。它可用于任何网络环境，主要特点是：独立于操作平台，各种类型文件共享，主服务器和客户端可方便地从NAS上读取任意格式的数据。

SAN（Storage Area Network）存储局域网，是以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通过高速率的光通道直接连接，提供SAN内结点间的多路数据交换。数据存储管理集中且在相对独立的存储区域网内。最终，SAN将实现在多种操作系统下最大限度地共享数据和优化数据管理，以及系统的无缝扩充。