数字出版概论-第四章-数字出版物的存储技术课件.ppt

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1、数字出版物的存储技术数字出版物的存储技术n1 磁存储技术n2 光存储技术n3 固态存储技术何为数字信息的存储？何为数字信息的存储？n无论是文字、图像、声音或视像，在计算机中存储和传播时都可分解为一系列比特的排列组合数字化“0”或“1”的排列组合。n以文本信息为例，英文字母“A”和汉字“阿”在计算机中分别被记录为“（41H）”和“1011,0000,1010,0010（B0A2H）”。n数字信息存储就是把各种信息转化为计算机能识别的数字信号，通俗的讲就是把信息以0和1的状态保存起来。1 磁存储技术n磁存储介质主要有磁带、磁盘和磁鼓。他们都是将薄层的磁性材料沉积在基体上，并以相对于磁头运动的方式来

2、存储信息，因而统称为表面存储器。n磁带存储器记录密度高，存储容量大，价格低廉且可脱机存储，因而很受欢迎。但磁带存储器的最大缺点是平均存取时间太长，是一种顺序存取存储器。1 磁存储技术n1.1 1.1 磁存储器的存储原理磁存储器的存储原理n1.2 1.2 磁盘存储技术磁盘存储技术1.1 磁存储器的存储原理1.技术性能及特点磁存储器的技术性能与特点表现在以下几个方面：(1)存储密度n磁表面存储器单位长度和单位面积磁层表面所存储的二进制的信息量叫存储器密度或记录密度。通常以道密度和位密度表示。其中，单位长度包含的磁道数称为道密度；单位长度磁道所能记录的二进制信息位数叫位密度或线密度。(2)存储容量n

3、磁表面存储器可能存储的二进制数据总量叫存储容量。(3)平均存取时间n在磁表面存储器中，磁头接到读写命令到选好地址并完成读写所需要的时间叫存取时间，包括两部分：一部分是寻找目标磁道所需的找道时间；另一部分是磁头等待需要读写的区段旋转到它下方所需要的等待时间。(4)数据传输率n磁表面存储器在单位时间内向主机传送数码的位数或字节叫做数据传输率或传送速率。n磁表面存储器的优点如下：1）容量大价格低；2）磁表面存储器可多次清除和多次使用，存储是永久性、非易失性的，便于脱机存储和远距离运输。n磁表面存贮器的缺点是：机电装置精密复杂，对工作环境（如温度、湿度和尘埃等）要求苛刻。1.1 磁存储器的存储原理（续

4、2）2.磁介质信息存储原理磁介质信息的存储包括信息的写入和读出两个过程。(1)磁记录材料n磁记录材料薄薄的涂覆在非磁性金属或其他磁性材料载体的表面而形成磁记录介质。n用于磁记录介质的材料有两类：颗粒型材料和连续性材料。n减少磁层厚度是提高记录密度、扩大存储容量的关键环节之一。磁层薄，则在垂直磁场小，因而磁扩散面积小，故记录密度高。但读出幅度也将变小，附着力和耐冲击力也差，这些要在加工工艺和其他方面采取措施弥补。n薄膜介质是磁记录介质的发展方向。1.2 磁盘存储技术（续1）1.软盘存储器n软盘存储器由软盘、软盘驱动器和软盘驱动器适配器三个部分组成。其中软盘是存储介质，软盘驱动器是读写装置、软盘驱

5、动器适配器是与主机连接的接口。n软盘是一种涂有磁性物质的聚酯薄膜圆盘。由于盘片较软，称为软盘(Floppy Diskette)。5.25英寸软盘外形如下图所示。1.2 磁盘存储技术（续3）软盘的技术指标包括：n面数 容量 磁道 扇区 参见下图：1.2 磁盘存储技术（续4）2.硬盘存储器n硬盘存储器简称硬盘。它是计算机的外部存储设备，存储容量大，存取速度快。硬盘存储系统由硬盘机、硬盘控制器及连接电缆组成。n硬盘机又称硬盘驱动器。它的性能指标主要有：盘径、接口类型、磁头数、柱面数、每磁道扇区数、数据传输率、磁盘转速、电源、重量等。2 光存储技术 光存储介质大大提高了信息存储容量，使大规模存储文字、

6、图形、图像、声音等成为可能。以CD-ROM为代表的光盘存储技术具有易用、存储容量大的特点，因而受到人们的普遍欢迎，成为电子出版物的主要存储介质。2 光存储技术（续1）n2.1 光盘的特点与类型n2.2 只读存储技术n2.3 可刻录光盘技术n2.4 可复写光盘技术n2.5 光盘的保养2.1 光盘的特点与类型 光盘与磁盘相比，有许多的特点，这些特点主要表现在以下几个方面。（1）高存储密度n存储密度是指记录介质单位长度或单位面积内所能存储的二进制位数（2）高数据传输速率（3）长存储寿命（4）低信息位价格2.1 光盘的特点与类型（续2）2.一次写光盘n这是光盘的第二代产品，用户可以根据自己的需要按顺序

7、向其写入数据，但记录一旦写入，便不能修改与擦除，但用户可多次读取数据。3.可擦写光盘n这是第三代光盘产品。可擦写光盘如同磁盘一样可写入数据，也可根据用户要求重新修改数据。2.2 只读存储技术1.CD-ROM光盘（1）CD-ROM的技术性能CD-ROM有许多技术性能指标：n存储容量：海量存储 普通光盘凹痕宽约0.5m，凹痕最小长度约0.83m，光道间距约 1.6m。每张光盘大约包含8亿个凹痕，可容纳高达680MByte的数据量。参见下图：2.2 只读存储技术（2）信息存储原理n光学写读方法是以激光束为基础的。所有的光存储设备均使用激光束，并用一种专门的透镜使其聚焦于一个非常小的点上。nCD-RO

8、M使用激光束录入时，激光束在CD-ROM盘面上烧灼小坑，录入的信息在盘上形成螺旋线形的小坑带。n为了从光盘上读取信息，激光束被聚焦于记录信息小坑的螺旋线形光道上，并测量反射回目标透镜的光量。通过反射和散射组合产生的调制信号，准确地代表了存于盘上的信息。2.2 只读存储技术（3）CD-ROM盘的结构n盘的材料：采用聚碳酸脂（Polycarbonate）制成，这种材料寿命很长而且不易损坏，摩托车头盔和防弹玻璃也是采用这种材料制成的。n物理构造：盘上记录的信息最小单元是比特（bit）。在聚碳酸脂材料上用凹痕和凸痕的形式记录二进制“0”和“1”，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层透明胶膜保护层，并

9、在保护层的一面印上标记。我们通常称盘的两面分别为数据面和标记面。目前通常用的光盘直径为12 cm，厚度约为1 mm，中心孔直径为15 mm，重约14-18g。2.2 只读存储技术3.DVDn随着数据压缩算法的提高，随后又推出了具有广播级电视质量标准的MPEGII压缩算法。由于广播级数字电视（MPEGII）的数据量要比MPEGI 的数据量大得多，而CD-ROM的容量尽管有近600多兆字节，但也满足不了存放MPEGII视频节目的要求。为了解决MPEGII 视频节目的存储问题，就促成了DVD的问世。nDVD是Digital Video Disc的缩写，这是为了与Video CD相区别。实际上DVD的

10、应用不仅仅是用来存放视频数据，它同样可以用来存储其他类型的数据，因此又把Digital Video Disc更改为Digital Versatile Disc，缩写仍然是DVD。现在，当我们谈到DVD时，通常是指Digital Video Disc。2.2 只读存储技术(1)的基本特征n1.光盘直径为120mm，盘片总厚度为1.2mm，单面盘片厚度为0.6mm。n2.单层单面容量为4.7GB，单层双面容量为9.4GB，双层单面容量为8.5GB，双层双面容量为17 GB，最常播放时间为540分钟。n3.信号调制方式：EFM Plus,纠错方式为RS-PC。n4.视频数据压缩和解压缩采用MPEGI

11、I格式。n5.向下兼容CD-DA、CD-I、CD-ROM、VCD。n6.杜比数码式多声道音频编码，多轨语音输出。2.2 只读存储技术(2)与的比较nVCD与DVD的比较：从外观和尺寸方面来看，DVD盘与VCD(CD-ROM)没有什么差别，但不同的是DVD盘光道之间的间距由原来的1.6m缩小至0.74m，而记录信息最小凹凸坑长度由原来的0.83m缩小到0.4m，这是单面单层的DVD盘的存储容量可提高到4.7GB的主要原因，它的容量是CD-ROM的7倍。而且DVD驱动器具有向下的兼容性。DVD的盘片可做到双面双层，存储容量最高可达到17GB。一片DVD盘的容量相当于现在的25片CD-ROM（650

12、MB），而DVD盘的尺寸与CD相同。特性特性VCDDVD光道间距光道间距1.6m0.74m最小凹凸坑长度最小凹凸坑长度 0.83m0.4m数据层数数据层数单面单层单面单层单面单层单面单层-双面双层双面双层容量容量680MB4.7GB-17GB数据格式数据格式MPEG-1MPEG-2驱动器驱动器兼容兼容VCDVCD与与DVD的比较如下：的比较如下：2.2 只读存储技术参见DVD盘与VCD光道示意图及光盘资料2.3 可刻录光盘技术nCDR（Recordable）的结构与CDROM相似，上层是保护胶膜，中间是反射层，底层是聚碳酸脂塑料。CDROM的反射层为铝膜，CD-R用一种有机染料化合物替代了普通

13、CD盘中的铝层。这种化合物通常具有反射性，但当激光照射在某一点并将其加热到某一温度时，就会“灼烧”染料，使其色彩暗沉。当你需要重新取回CD-R上所写的数据时，激光会重新扫描光盘，并将烧过的染料点判为坑点。nCDR信息的写入系统主要由写入器和写入控制软件构成。写入器也称为光刻机，是写入系统的核心，其指标与CDROM驱动器基本相同。n目前的CDR都支持多次写入，而且可以在CD-ROM驱动器上读出所有逐步累加录入的任何数据。因此可随时往CDR盘上追加数据，直到盘满为止。nCDR的出现对电子出版也是一个极大的推动，它使得小批量多媒体光盘的生产即方便又省钱。一般开发的软件如果要复制80盘以下以用CDR写

14、入更经济。对要大批量生产的多媒体光盘，可将写好的CDR盘送到工厂去做压模并大批量复制，既方便又省时省钱，可大大缩短开发周期。n另外，CDR对于其它需少量CD盘的场合，如教育部门、图书馆、档案管理、会议、培训、广告等都很适用，它可免除高成本母盘录制和大批量CDROM复制过程，具有良好的经济性。2.4 可复写光盘技术（CD-RW）n目前市场上出现的可读写光盘主要有磁光盘MOD（Magneto-Optical Disk）和相变光盘PCD（Phase Change Disk）两种。MOD采用磁光技术来记录数据，容量约200MB600MB。PCD是用激光技术来记录和读出信息，PCD的容量约128MB1G

15、B。n与磁光盘相比，由于相变光盘仅利用光学原理来读写数据，所以其光学头可以做得相对简单，存取时间也就可以提高；又由于相变光盘的读出方式与CDROM相同，所以多功能的光盘驱动器就变得容易实现。n相变型可复写光盘通过相性变换的原理来记录和读取数字信号。这要依赖于一种非常特殊的锑、铟、银、碲的金属混合物。n这种特殊的混合物有一种令人称奇的特性：当加热到某一温度时，它就会结晶，冷却后就会具有很高的反射性；当加热到另一更高的温度时，混合物就会转化为非晶态，冷却后其表面就会变暗沉。nCD-RW驱动器利用了这一特性，设定了三种激光。普通激光普通设定，能够将光线反射到光电传感器。n8mW激光激光照射相变薄膜时

16、，能使混合物达到结晶所需的温度，介质转变为晶态。n18mW激光激光照射相变薄膜时，能使混合物达到非结晶所需的温度，介质转变为非晶态。相变光盘的写入与读取相变光盘的写入与读取n初始状态对写过程的结果并不重要。假设要将某一点写为“1”（晶态对应为“1”），当用8mW的激光照射这一点时，若为非晶态，则将变为晶态，如果这一点已是晶态，则不变；n如果要将某一点写为“0”，则用18mW的激光照射这一点，激光将熔化记录介质，无论这一点原来是晶态还是非晶态。n晶态和非晶态具有不同的基本光学特性，显示出不同的发射率，可以通过测定某一点的发射光的强度来检测“0”和“1”，从而实现信号的读取。n总之，可复写光盘由于

17、其具有硬盘的大容量、软盘的的抽取方便的特点，如果性能稳定、读取速度提高，未来的远景十分看好。2.5 光盘的保养nCDROM虽然很结实但并非不可损坏。如果被损坏的数据正好是计算机程序或控制数据，则有可能引起程序运行错误或数据根本读不出来。某些溶剂，如指甲清洁剂等，会使聚碳酸酯膜变模糊，激光束不能聚焦，从而造成光盘某些部位不可读。溶剂还可能渗入粘胶层，造成铝膜腐蚀。如果光盘被划伤，很有可能引起不可纠正的数据错误。此外，还要保护光盘不受强光照射，避免将光盘存放在过热、过冷或潮湿的地方。n因此，光盘必须放在专用的容器内保存而不能把它们堆放或叠放在一起。当需要把光盘放入计算机光盘驱动器中进行阅读时，要用

18、手指托住光盘的里、外边缘以避免指印，并且使标记面朝上，然后放入到光盘驱动器的托盘中，如图所示。2.5 光盘的保养（续1）n如果光盘变脏，可用水或中性清洁剂清洁，如用酒精清洗。注意不要使用玻璃清洁剂或溶剂，因为这些溶剂会使聚碳酸酯变模糊，甚至侵入聚碳酸酯里面。n用一块软布从中心向边缘轻轻擦拭如图所示，不能沿圆形轨边擦拭。圆弧状的擦伤可能导致某个光道上一系列数据不可读。反之，垂直状的擦伤仅仅影响每个磁道中的几个字节，且很容易通过校验纠正过来。n为了保持光盘清洁且避免擦伤，应将光盘放入它们自己的盒中，这样可延续使用多年。n一般使用光盘时是不会造成损伤的，因为除了激光束以外没有任何东西接触光盘。因此，

19、光盘的寿命与用户的维护有直接关系。3.固态存储技术固态存储技术n硬盘存储的好处主要是容量大，存取速度快，但不便于携带，而且安全系数也不是很高。闪存存储具有体积小，携带方便，数据的存储与磁电无关，可反复擦写，非常方便。n闪存技术是一种固态存储技术，所谓固态存储，主要是指其中没有运动的部件。闪存是一种很流行的可移动存储器，非常适宜应用在数码相机和掌上型电脑等小型设备中。n3.1 固态存储原理固态存储原理n3.2 闪存的发展历程闪存的发展历程n3.3 常见闪存设备常见闪存设备n3.4 常见闪存卡常见闪存卡3.固态存储技术固态存储技术3.1 固态存储原理固态存储原理n芯片的内部是由记忆行与记忆列交叉而

20、成的网栅，在网栅的交点处有一个由两个晶体管构成的存储单元。这两个晶体管被一个薄氧化层隔开。其中一个称为浮栅，另一个为控制栅。n写入时，通过在浮栅上施加一个电场（高电压），创造一个足够强大的电场，电子将穿透氧化层进入浮栅。一种称为单元传感器的设备能监测流过浮栅的电量水平。如果穿过浮栅的电流超过总电量的50%，存储单元就取“1”值。如果流过浮栅的电量低于阈值的50%，则存储单元取“0”值。n读取数据时，向栅电极施加一定的电压，电流大为1，电流小则定为0。n闪存（Flash Memory）是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器n闪存采用了电路内接线技术，既可以将电场施

21、加在整个芯片上，也可以将其施加于某一个预先选定的区域上（称为区块）n闪存的工作速度要远远高于传统的电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）芯片，这是因为闪存并非每次只能擦除一个字节，而是能对一个区块或整个芯片进行擦除3.2 3.2 闪存的发展历程闪存的发展历程 n在1984年，东芝公司的发明人Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器(此处简称闪存)的概念。nIntel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。n1988年，公司推出了一款256K闪存芯片。它如同鞋盒一样大小，并被内嵌于一个录音机里。后来，Intel发明的这类闪存被统称为NOR闪存。n第二种闪存称为NAND闪存。它由

22、日立公司于1989年研制，并被认为是NOR闪存的理想替代者。nNAND闪存的写周期比NOR闪存短90%，它的保存与删除处理的速度也相对较快。n它常常被应用于诸如CompactFlash、SmartMedia、SD、MMC、xD、and PC cards、USB sticks等存储卡上。n三星、日立、Spansion和Intel是这个市场的四大生产商。3.3 常见闪存设备常见闪存设备U盘盘nU盘的称呼最早来源于朗科公司生产的一种新型存储设备，名曰“优盘”，使用USB接口进行连接。而之后生产的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册（实质是一种垄断）而不能再称之为“优盘”，而改称谐音的“U盘”或形象的

23、称之为“闪存”“闪盘”等。n后来U盘这个称呼因其简单易记而广为人知，而直到现在这两者也已经通用，并对它们不再作区分。n其最大的特点就是：小巧便于携带、存储容量大、价格便宜。是移动存储设备之一。一般的U盘容量有从128M16G不等，价格便宜且携带方便。n自1998年至2000年，有很多公司声称自己是第一个发明了USB闪存盘。包括中国朗科科技，以色列M-Systems，新加坡Trek公司。n 2002年7月，朗科公司“用于数据处理系统的快闪电子式外存储方法及其装置”（专利号：ZL 99 1 17225.6）获得国家知识产权局正式授权。该专利填补了中国计算机存储领域20年来发明专利的空白。该专利权的

24、获得引起了整个存储界的极大震动。n该专利申请经美国专利商标局年多时间的审查，在2004年12月获得了美国发明专利授权（美国专利号：）。n朗科首创的这一基于接口技术的专利在顺利实现产业化后，直接导致新一代存储产品盘的诞生，不仅完全取代软盘，并在全球范围内开创了一个全新的盘产业，引发了一场移动存储的“闪存革命”。n有数据显示，伴随U盘等闪存数码产品应用市场的扩大，目前纯闪存芯片的全球销售额接近150亿美元，而由此产生的相关产品及领域规模超过1000亿美元，闪存市场及盈利空间巨大。另类u盘搜罗:芬兰男子拥有世界上第一根“U盘手指”n杰里杰拉瓦-芬兰男子，因车祸失去一根手指后，在医生为他安装假肢的时候

25、将一个USB存储器植入其中。现在，他拥有了一个容量为2GB的“U盘手指”，并正在考虑对其进行升级换代。n就算核爆也不怕 地球上最坚固的U盘。国外媒体公布的一款U盘，可以说是练就了一身铜皮铁骨，它就是I-O Data专为美军设计的Iron Drive，军用数据存储介质。地球上最坚固的u盘n沸水煮都不怕沸水煮都不怕打不死的蟑螂打不死的蟑螂U盘盘惊全场惊全场Corsair的的这款这款Corsair Flash Survivor GT从名字就能看从名字就能看得出来它的主要功得出来它的主要功能就是能就是“存活存活”n007邦德专用 带密码锁的数据加密U盘 n记忆砖块U盘 n乐高该用法律手段吗 记忆砖块U

26、盘亮相。记忆砖块(Memory Bricks)共有黑、白、红、蓝、绿和黄色六种颜色，全部都是1GB容量，以USB2.0接口传输。除此之外，记忆砖块(Memory Bricks)还很贴心的提供接线，成为你的手机吊饰或钥匙圈。n存储无极限存储无极限 创新设计的奇创新设计的奇异异U盘盘百变怪，想存多少百变怪，想存多少就存多少就存多少。n极度深寒极度深寒 包装包装“精良精良”的乌贼形状的乌贼形状U盘盘.乌贼形状优盘nUSB小狗陪你工作 如果是选择USB小狗的话，当接上USB接口的时候，它不但眼球会四处旋转，而且还会不时伸出舌头，相当地搞怪。nDIY最残忍小熊U盘 nU盘也玩黄金珠宝秀 另类u盘搜罗n食

27、物食物U U盘盘 n钥匙挂坠和酒瓶起子 n现在的闪存盘都支持USB2.0标准；然而，因为闪存技术上的限制，它们的读写速度目前还无法达到标准所支持的最高传输速度480Mb/s。n闪存盘的读写速度09年出现质的飞跃。这主要将得益于USB3.0技术的应用。USB3.0标准于2008年11月17日已经公布，理论数据传输速率可达到5Gbps，为USB2.0标准的10倍。USB 3.0能够提供50%80%更多的电力支持那些需要更多电能驱动的设备，不需要时就自动减少耗电。n目前最快的闪存盘已使用了双通道的控制器，但是比起目前的硬盘，或是USB2.0能提供的最大传输速率来说，仍然差上一截。n目前最高的传输速率

28、大约为40-60MB/s，而一般的文件传输速度大约为10MB/s。3.4 常见闪存卡常见闪存卡nCF卡（Compact Flash）是1994年由SanDisk最先推出的。由包含闪存芯片的小型电路板和专用的控制器芯片组成，它们全部封装在一个非常耐用的外壳里，其厚度数倍于Smart Media卡。增厚的闪存卡能确保更大的存储容量。nSD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。n大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大

29、的移动灵活性以及很好的安全性。nMMC（MultiMedia Card）卡由西门子公司和首推CF的SanDisk于1997年推出。针对数码影像、音乐、手机、PDA、电子书、玩具等产品，存贮卡外形跟SD卡差不多。少了几根针脚。nXD卡全称为XD-PICTURE CARD，是由富士和奥林巴斯联合推出的专为数码相机使用的小型存储卡，采用单面18针接口，是目前体积最小的存储卡。XD取自于“Extreme Digital”，是“极限数字”的意思。nSM（Smart Media）卡是由东芝公司在1995年11月发布的Flash Memory存贮卡，三星公司在1996年购买了生产和销售许可，这两家公司成为主要的SM卡厂商，由于SM卡本身没有控制电路，而且由塑胶制成（被分成了许多薄片），因此SM卡的体积小非常轻薄。nSony ms(记忆棒)：索尼一向独来独往的性格造就了记忆棒的诞生。这种口香糖型的存储设备几乎可以在所有的索尼影音产品上通用。n记忆棒（Memory Stick）外形轻巧，并拥有全面多元化的功能。它的极高兼容性和前所未有的“通用储存媒体”（Universal Media）概念，为未来高科技个人电脑、电视、电话、数码照相机、摄像机和便携式个人视听器材提供新一代更高速、更大容量的数字信息储存、交换媒体。