1.3.4 多媒體計算機常用存儲設備

存儲器一般分為內(nèi)存和外存。內(nèi)存儲器由只讀存儲器、隨機存儲器和高速緩沖存儲器組成。早期的外存儲器多為磁記錄存儲設備，如磁盤、磁帶，它具有存儲密度高、可反復讀/寫、易保存等優(yōu)點。但隨著多媒體技術的發(fā)展，音頻、視頻多媒體信息的數(shù)據(jù)量急劇增加，磁記錄存儲設備的缺點逐漸顯現(xiàn)出來，單個盤片、磁帶的存儲量太小，不適合存儲數(shù)據(jù)量很大的多媒體音頻、視頻文件。近幾年，存儲技術不斷發(fā)展，出現(xiàn)了容量大、存取速度快、使用攜帶方便的各種外部存儲器。下面主要介紹多媒體計算機常用的幾種外部存儲設備。

1. 激光存儲器

1）CD-ROM激光存儲器

自從個人多媒體計算機標準MPC-1（Multimedia Personal Computer Level 1）1990年誕生以來，CD-ROM已逐步取代磁盤而成為新一代的軟件載體。隨著產(chǎn)品的不斷推出，CD-ROM驅(qū)動器的性能價格比更高，已成為多媒體計算機不可缺少的標準配置。

（1）CD-ROM驅(qū)動器的工作原理

CD-ROM其實是從CD演變而來的。CD是將模擬數(shù)據(jù)通過光刻機（批量生產(chǎn)的CD壓制機），采用激光束照射光盤上的的微小區(qū)域，將其燒成一個個肉眼看不到的小坑，然后在另一面涂上反光材料，就制成了CD（數(shù)據(jù)CD或音樂CD），而音樂CD和數(shù)據(jù)CD的區(qū)別就是，音樂CD要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號輸出，而計算機用的數(shù)據(jù)CD仍是輸出數(shù)字信號。從CD-ROM光頭射出來的激光照射到盤片平的地方和有小坑的地方的反射率不同，這時激光頭旁邊的光敏元件能感應到強弱不同的反射光，產(chǎn)生高、低電平，輸出到光驅(qū)的數(shù)字電路，而高電平和低電平在計算機中分別代表0和1，這就是CD-ROM把數(shù)據(jù)光盤轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸出的原理和過程。如果光盤在刻錄工藝、盤片材料和反射膜工藝上不過關，會經(jīng)常出現(xiàn)讀不出盤上刻錄的數(shù)據(jù)的情況。

（2）主要性能指標

① 數(shù)據(jù)傳輸速率。光驅(qū)在1秒內(nèi)所能讀取的數(shù)據(jù)量，常用KB/s（千字節(jié)/秒）和MB/s（兆字節(jié)/秒）表示。該數(shù)值越大，光驅(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率就越高。雙倍速、四倍速、八倍速光驅(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為300KB/s，600KB/s和1.2MB/s。目前52倍速光驅(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率甚至更高。

② 平均訪問時間。又稱平均尋道時間，是指CD-ROM光驅(qū)的激光頭從原來位置移動到一個新目標（光盤的數(shù)據(jù)扇區(qū)）位置并開始讀取該扇區(qū)上的數(shù)據(jù)所花費的時間。一般來說，四速及更高速度光驅(qū)的平均訪問時間至少應低于250ms（毫秒）。

③ CPU占用時間。CD-ROM光驅(qū)在維持一定的轉(zhuǎn)速和數(shù)據(jù)傳輸速率時所占用的CPU時間。

以上指標是衡量CD-ROM光驅(qū)內(nèi)在性能的三個重要因素，其他指標，如光驅(qū)的盤片格式、轉(zhuǎn)速、品牌、容錯性及產(chǎn)地等因素可以放在次要的地位考慮。

（3）光盤數(shù)據(jù)存放格式

不同類型的光盤，其數(shù)據(jù)存放格式各不相同。CD-ROM驅(qū)動器可支持多種光盤，目前常見的格式有CD-DA、VCD、CD-I、CD-ROM/XA以及PhotoCD等。

CD-DA（CD-Digital Audio）是激光唱盤的規(guī)格，是CD標準的第一種格式，一張盤最多可以存放74分種的音樂節(jié)目。CD-DA唱盤的開發(fā)成功，證明了光盤可作為數(shù)字信息的載體，于是1985年，對光盤的物理格式和盤地址做了如下規(guī)定：容量為74分鐘數(shù)字音樂/單片光盤（44.1 kHz）；存儲格式為基本單位扇區(qū)；CD光盤最大扇區(qū)數(shù)333000；其傳輸速率為75扇區(qū)/s=176400B/s。該標準于1988年正式成為國際標準ISO 9660，稱為黃皮書（Yellow Book）。

CD-ROM光盤數(shù)據(jù)格式中，每條光道由導入?yún)^(qū)（Lead-in Area）、節(jié)目區(qū)（Program Area）導出區(qū)（Lead-out Area）組成。其中，導入?yún)^(qū)由若干空扇區(qū)組成，識別容易；節(jié)目區(qū)有信息區(qū)、盤標記和數(shù)據(jù)；導出區(qū)是空扇區(qū)或無聲的幀（CD-A）。

CD-I（CD-Interactive）在CD-ROM基礎上，補充了音頻、視頻、計算機程序方面的規(guī)定，1988年推出，稱為綠皮書（Green Book）。其最大特點是采用MPEG壓縮編碼算法，將每幀的動態(tài)圖像以及伴音信息壓縮后存放，可連續(xù)播放74分鐘的節(jié)目。現(xiàn)在流行的VCD與該格式標準兼容。

2）視頻光盤VCD

VCD簡稱視頻光盤或影視光盤，用MPEG—I壓縮技術將74分鐘的視頻信號和音頻信號存于一張CD盤中。其視頻效果和畫質(zhì)略高于普通VHS（優(yōu)質(zhì)畫面的）錄像帶，音質(zhì)則與CD唱片相當。

3）DVD驅(qū)動器

1995年，日本索尼、東芝兩家公司共同制定了DVD格式標準。DVD的全稱是Disital Video Disc，它的用途是存放數(shù)字影像，這是新一代的光盤產(chǎn)品。它的讀取方式采用單面讀取，數(shù)據(jù)存放在光盤的兩面。其主要特點是：采用MPEG—2壓縮標準，能夠提供高清晰度的數(shù)字影像以及高品質(zhì)的音響效果，播放時間長達135分鐘，其各項指標均明顯高于VCD。

由于采用了數(shù)據(jù)存儲的新標準，DVD存儲的信息量為4.7 GB、8.5 GB、9.4 GB甚至17 GB。DVD提高存儲容量采用了如下主要技術。

（1）物理特性的改進

現(xiàn)在的CD光盤（包括CD、VCD、CD-ROM等）和DVD光盤從外觀和尺寸上看沒什么區(qū)別。但不同的是DVD光盤光道間距由原來的1.6μm（微米）縮小到0.74μm，而記錄信息的最小凹凸坑由原來的0.83μm減小到0.4μm。這樣使單層DVD盤片的存儲容量提高到4.7GB。從而使存儲容量比CD-ROM提高了6倍。而DVD盤片可做到雙面雙層，存儲容量可提高達17GB。

（2）激光信號拾取方案的改進

讀DVD盤片的激光波長要短一些，所以現(xiàn)在的CD-ROM驅(qū)動器不能讀DVD盤片，為了讓DVD和CD-ROM盤片兼容，DVD激光頭要特別設計。另外，DVD采用的糾錯方式也比較特殊，比以往的CD方式強數(shù)十倍，即使DVD盤片質(zhì)量很差也可以毫不費力地讀出數(shù)據(jù)。

（3）采用了數(shù)據(jù)存儲的新標準

如采用變比特率的MPEG—2壓縮技術。在畫面上，它采用MPEG—2解壓縮標準，要比以往的VHS（視頻信號）或MPEG—1標準要清晰得多。

因此DVD一出現(xiàn)便顯現(xiàn)出它在電影存儲方面不可替代的優(yōu)勢，無論畫面、音效均非同類產(chǎn)品VCD、VHS可比。DVD的畫面已經(jīng)徹底地消除了馬賽克、鋸齒等現(xiàn)象，且清晰度更高。在音效上，所有的DVD電影都提供了杜比（一種全數(shù)字化音頻編碼技術）數(shù)碼環(huán)繞立體聲效果，是一種全新的聲音技術，能明顯地感覺到電影中身臨其境的三維效果。

在DVD推出不久，專門供計算機使用的DVD-ROM就問世了。在MPC上播放DVD影碟通常有兩種方法：一種是利用解碼芯片硬解壓，進行MPEG—2的解壓縮；另一種是用軟件模擬，如SoftDVD、XingDVD、PowerDVD等。硬解壓的效果當然要好一些，但隨著多媒體技術的發(fā)展，軟解壓DVD并不是什么難事。另外，目前新推出的顯卡也都內(nèi)建了軟解壓線路，效果幾乎可以和硬解壓相媲美。

4）光盤刻錄機CD-R和CD-RW

CD-R是有限次寫只讀光盤的刻錄機，而CD-RW是可擦寫式光盤刻錄機。批量制作時，用CD刻錄機制作首張測試光盤，然后對其進行測試和檢驗，若符合要求，數(shù)據(jù)可用激光刻入玻璃盤，該玻璃盤就是制作其他光盤的模子，稱為母盤，或主光盤。批量生產(chǎn)的CD盤由母盤復制得到。

（1）光盤刻錄機分類

光盤刻錄機有兩種分類方法：①按外形分為內(nèi)置式、外置式。內(nèi)置式較便宜，且節(jié)省空間；外置式插裝方便，密封性和散熱性較好。②按裝盤的方法又分為TRAY式和CADDY式，TRAY式與普通的CD-ROM相同，在托盤上放盤片縮進彈出；CADDY式則是將盤片先放入一種專用的卡片中再插入刻錄機中，很不常見。但它的好處顯而易見：密閉性更好，灰塵不易進入，而且由卡片保護盤片，可靠性更佳，刻錄機的使用壽命也得到延長。

（2）光盤刻錄機（CD-R）的接口

光盤刻錄機（CD-R）的接口一般有三種：SCSI接口、ATAPI接口和并口接口。一般來說，SCSI接口的光盤刻錄機刻出來的盤片質(zhì)量是最好的，但其缺點是價格較高，且需要購買SCSI卡。ATAPI接口（即IDE接口）的刻錄機價格適中，但它刻錄的質(zhì)量不高。并口的現(xiàn)在較少見，它有SPP、EPP、ECP三種模式，EPP和ECP是高速模式，而SPP只能達到2倍速讀取、1倍速寫入。

（3）選購光盤刻錄機時要注意的問題

① 光盤刻錄機的速度。CD-R有兩項速度指標：刻錄速度和讀取速度，后者大，例如讀取速度為32X，刻錄速度是16X。CD-RW有三項速度指標：刻錄速度、復寫速度和讀取速度。復寫是指對盤片上原有數(shù)據(jù)抹除，再寫入數(shù)據(jù)，故復寫速度小。刻錄速度是刻錄機的重要技術指標，在實際讀取和刻錄時，由于光盤的質(zhì)量或刻錄的穩(wěn)定度影響，讀取和刻錄的速度會降低。

② 讀/寫緩沖區(qū)的大小。緩沖區(qū)的大小也是衡量刻錄機的重要指標之一，因為在刻錄時數(shù)據(jù)要先寫入緩沖區(qū)再去刻錄，緩沖區(qū)越大，刻錄的失敗率就越小，但也不是成簡單的線性關系。

③ 兼容性問題。兼容性分為硬件兼容性和軟件兼容性，前者是指支持的CD-R的種類，如分金盤、綠盤和藍盤；后者是指刻錄軟件，光盤刻錄機要有相應的驅(qū)動程序支持才能工作，要盡量選擇型號較普遍的、產(chǎn)量大的機器，通常支持它的刻錄軟件較多。

④ 使用壽命和刻錄方式。刻錄機的壽命用平均無故障運行時間來衡量，一般刻錄機的使用壽命都在12～15萬小時左右，如果不間斷地刻錄，大概壽命在3萬小時左右。

⑤ 刻錄機的支持格式。一般的刻錄機都支持Audio CD、Photo CD、CD-L/MPEG、CD-ROM/XA、CD-EXTRA、I-TRAXCD與CD-WCD等格式。而最新的CD-RW刻錄機將支持CD-UDF格式，在支持CD-UDF格式的軟件環(huán)境下，CD-RW刻錄機具有和軟驅(qū)一樣的獨立盤符，用戶無須使用專門的刻錄軟件，就可像使用軟驅(qū)、硬盤一樣直接對CD-RW刻錄機進行讀/寫操作了，從而大大簡化光盤刻錄機的操作。

（4）刻錄方式

除整盤刻寫、軌道刻寫和多段刻寫三種刻錄方式外，刻錄機還應支持增量包刻寫（1ncremental Packet Writing）刻錄方式。增量包刻錄方式是為減少追加刻錄過程中盤片空間的浪費而由Philips公司開發(fā)的。其最大的優(yōu)點是，允許用戶在一條軌道中多次追加刻寫數(shù)據(jù)。它與軟/硬盤的數(shù)據(jù)記錄方式類似，適用于經(jīng)常僅需備份少量數(shù)據(jù)的應用。

2. 移動存儲器

隨著多媒體應用系統(tǒng)的開發(fā)，對大容量移動存儲設備的需求也越來越大。大容量移動存儲設備按性能分為三類：移動式硬盤、可寫光盤及閃盤類，如圖1.3.3所示。

（1）外掛式移動硬盤

移動硬盤也是多媒體應開發(fā)中可選的移動存儲器。早期的移動硬盤不僅體積大，而且價格貴，并不普及。隨著技術的發(fā)展，目前移動硬盤體積小，攜帶方便，而且價格便宜，受到越來越多的IT業(yè)人士的青睞。

目前，超薄時尚型移動硬盤的重量只有普通移動硬盤的2/3，厚度只有10毫米，同時內(nèi)置了殺毒軟件。其產(chǎn)品接口采用USB 2.0/3.0標準，容量從幾十GB到幾百GB，支持多種操作系統(tǒng)，并可實現(xiàn)即插即用。

（2）閃盤

所謂閃盤是一種小體積的移動存儲裝置，其原理在于將數(shù)據(jù)存儲于內(nèi)建的閃存中，并利用USB接口，方便不同計算機間數(shù)據(jù)的交換。

它以普及的USB接口作為與計算機溝通的橋梁，存儲容量可達4GB或更高。在Windows 7/XP操作系統(tǒng)下，即插即用功能使計算機可以自動偵測到它的存在，使用者只需將它插入計算機USB接口就可以使用，讀/寫、復制及刪除文檔與一般磁盤方式完全相同。

（3）可讀/寫光盤

可讀/寫光盤作為大容量移動存儲設備，多用作數(shù)據(jù)備份，攜帶也很方便。只讀光盤與可讀/寫光盤一樣也可作為大容量移動存儲設備，但只讀光盤須配置刻錄機，初期投資較大。

3. 新型存儲設備——固態(tài)硬盤SSD

固態(tài)硬盤也稱電子硬盤或固態(tài)電子盤，是由控制單元和固態(tài)存儲單元（DRAM或Flash芯片）組成的硬盤。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范定義、功能及使用方法與普通硬盤相同，產(chǎn)品外形和尺寸也與普通硬盤一致。由于固態(tài)硬盤沒有普通硬盤的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，因而抗震性極佳。其芯片的工作溫度范圍很寬（-40～85℃）。目前廣泛應用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡監(jiān)控、網(wǎng)絡終端、電力、醫(yī)療、航空導航等領域。目前，由于其成本較高，正在逐漸普及到DIY市場。

固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)分為兩種：一種是采用閃存（Flash芯片）作為存儲介質(zhì)，另一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)。

基于閃存的固態(tài)硬盤（IDE Flash Disk、Serial ATA Flash Disk），采用Flash芯片作為存儲介質(zhì)，這也是我們通常所說的固態(tài)硬盤SSD（Solid State Disk或Solid State Drive）。它的外觀被制作成多種模樣，如筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、優(yōu)盤等樣式。它最大的優(yōu)點是可以移動，且數(shù)據(jù)保護不受電源控制，能適應各種環(huán)境，但是使用年限不長，適合于個人用戶使用。

基于DRAM的固態(tài)硬盤，采用DRAM作為存儲介質(zhì)，目前的應用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設計，多數(shù)操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具都能對它進行卷設置和管理，并提供工業(yè)標準的PCI和FC接口，用于連接主機或服務器。其應用方式分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。它是一種高性能存儲器，使用壽命長，美中不足之處是需要獨立電源來保護數(shù)據(jù)安全。

4. 新型存儲模式

隨著網(wǎng)絡多媒體的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)量呈幾何級數(shù)增長，但存儲設備的發(fā)展速度卻落后于網(wǎng)絡帶寬的發(fā)展，傳統(tǒng)的以服務器為中心的存儲架構(gòu)面對源源不斷的數(shù)據(jù)流無法適應。因此，以服務器為中心的存儲模式開始向以數(shù)據(jù)為中心的存儲模式轉(zhuǎn)化，這種新的數(shù)據(jù)存儲模式是獨立的存儲設備，且具有良好的擴展性和可靠性。NAS和SAN是兩種新型存儲模式。

NAS（Network Attached Storage）稱為網(wǎng)絡附加存儲，被定義為特殊的專用數(shù)據(jù)存儲服務器。它可用于任何網(wǎng)絡環(huán)境，主要特點是：獨立于操作平臺，各種類型文件共享，主服務器和客戶端可方便地從NAS上讀取任意格式的數(shù)據(jù)。

SAN（Storage Area Network）存儲局域網(wǎng)，是以數(shù)據(jù)存儲為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，通過高速率的光通道直接連接，提供SAN內(nèi)結(jié)點間的多路數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)存儲管理集中且在相對獨立的存儲區(qū)域網(wǎng)內(nèi)。最終，SAN將實現(xiàn)在多種操作系統(tǒng)下最大限度地共享數(shù)據(jù)和優(yōu)化數(shù)據(jù)管理，以及系統(tǒng)的無縫擴充。