【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 質(zhì)量高，可使用普通紙張。其印字分辨率達(dá)到每英寸 300個(gè)點(diǎn)以上，緩沖存儲(chǔ)器容量一般在 1MB以上，對(duì)漢字或圖形 /圖像輸出，是理想的輸出設(shè)備，因而在辦公自動(dòng)化及輕印刷系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。外圍設(shè)備 硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備 磁記錄原理與記錄方式 硬磁盤機(jī)的基本組成和分類 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器 磁盤上信息的分布 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)外圍設(shè)備 磁記錄原理與記錄方式　　計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。所謂 磁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。 ?　　磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)： (1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低； (2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用； (3)記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔； (4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息 。　　磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。 ? 　　磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)據(jù)信息。 ?外圍設(shè)備 ?　　磁性材料的磁滯回線請(qǐng)參見 CAI演示 。　 　　從磁滯回線可以看出，磁性材料被磁化以后，工作點(diǎn)總是在磁滯回線上。只要外加的正向脈沖電流 (即外加磁場(chǎng) )幅度足夠大，那么在電流消失后磁感應(yīng)強(qiáng)度 B并不等于零，而是處在+Br狀態(tài) (正剩磁狀態(tài) )。反之，當(dāng)外加負(fù)向脈沖電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B將處在 Br狀態(tài) (負(fù)剩磁狀態(tài) )。這就是說(shuō)，當(dāng)磁性材料被磁化后，會(huì)形成兩個(gè)穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，就像觸發(fā)器電路有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)一樣。如果規(guī)定用 +Br狀態(tài)表示代碼 “1” ， Br狀態(tài)表示代碼 “0” ，那么要使磁性材料記憶 “1” ，就要加正向脈沖電流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料記憶 “0 ”，則要加負(fù)向脈沖電流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個(gè)磁化元或存儲(chǔ)元，它是記錄一個(gè)二進(jìn)制信息位的最小單位。 ? 外圍設(shè)備 　　形成不同寫入電流波形的方式，稱為 記錄方式 。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換?！　≡诖疟砻娲鎯?chǔ)器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式 (見教材 P252 圖 711） 。 常用記錄方式可分為 不歸零制 (NRZ)， 調(diào)相制 (PM)， 調(diào)頻制 (FM)幾大類。這些記錄方式中代碼 0或 1的寫入電流波形見文字教材的圖 。 外圍設(shè)備　　 不歸零制 (NRZ0)： 其特點(diǎn)是磁頭線圈中始終有電流，不是正向電流 (代表 1)就是反向電流 (代表 0)，因此不歸零制記錄方式的抗干擾性能較好。 ? 　　 見 “1” 就翻不歸零制 (NRZ1) 與 NRZ0制的相同處 ：磁頭線圈中始終有電流通過(guò)。不同處：記錄 “0” 時(shí)電流方向不變，只有遇到 1時(shí)才改變方向。 調(diào)相制 (PM)： 其特點(diǎn)是在一個(gè)位周期的中間位置，電流由負(fù)到正為 1，由正到負(fù)為 0，即利用電流相位的變化進(jìn)行寫“1” 和 “0” ，所以通過(guò)磁頭中的電流方向一定要改變一次，這種記錄方式中 “1” 和 “0” 的讀出信號(hào)相位不同，抗干擾能力較強(qiáng)。另外讀出信號(hào)經(jīng)分離電路可提取自同步定時(shí)脈沖，所以具有自同步能力。磁帶存儲(chǔ)器中一般采用這種記錄方式。 ? 外圍設(shè)備　　 調(diào)頻制 (FM) 其特點(diǎn)如下： (1)無(wú)論記錄的代碼是 1或 0，或者連續(xù)寫 “1” 或?qū)?“ 0” ，在相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)元交界處電流都要改變方向； (2)記錄 1時(shí)電流一定要在位周期中間改變方向，寫 “1” 電流的頻率是寫 “0” 電流頻率的 2倍，故稱為倍頻法。這種記錄方式的優(yōu)點(diǎn)是記錄密度高，具有自同步能力。 FM可用于單密度磁盤存儲(chǔ)器。 ?　　 改進(jìn)調(diào)頻制 (MFM) 與調(diào)頻制的區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上 “0” 時(shí)，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個(gè)位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，因而進(jìn)一步提高了記錄密度。 MFM可用于雙密度磁盤存儲(chǔ)器。 ?　　除了上述幾種記錄方式外，還有游程長(zhǎng)度受限碼 RLLC、成組編碼 GCR等記錄方式。外圍設(shè)備　　評(píng)價(jià)一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn) ：編碼效率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。 ?　　 編碼效率 是指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn) 所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息位的多少。　　 自同步能力 是指從讀出數(shù)據(jù) (脈沖序列 )中自動(dòng)提取同步信號(hào) ( 時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào) )的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值 R來(lái)衡量。 R越大，自同步能力越高?！　?檢讀分辨力 是指磁記錄系統(tǒng)對(duì)讀出信號(hào)的分辨能力?！　?信息相關(guān)性 是指漏讀或錯(cuò)讀一位是否會(huì)傳播誤碼，所以是衡量精度的指標(biāo)。 ?外圍設(shè)備 ?　　在磁表面存儲(chǔ)器中，利用一種稱為 磁頭 的裝置來(lái)形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。磁頭實(shí)際上是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵。 ?(1)寫操作 ?　　當(dāng)寫線圈中通過(guò)一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。由于鐵芯是高導(dǎo)磁 率材料，而鐵芯空隙處為非磁性材料，故在鐵芯空隙處集中很強(qiáng)的磁場(chǎng)。 在這個(gè)磁場(chǎng)作用下，載磁體就被磁化成相應(yīng)極性的磁化位或磁化元。若在寫線圈里通入相反方向的脈沖電流，就可得到相反極性的磁化元。如果我們規(guī)定按圖中所示電流方向?yàn)閷?“1 ” ，那么寫線圈里通以相反方向的電流時(shí)即為寫 “0” 。上述過(guò)程稱為 寫入 。顯然，一個(gè)磁化元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，一個(gè)磁化元中存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。當(dāng)載磁體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí) ，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。 ? 外圍設(shè)備(2)讀操作 ? 　　當(dāng)磁頭經(jīng)過(guò)載磁體的磁化元時(shí)，由于磁頭鐵芯是良好的導(dǎo)磁材料，磁化元的磁力線很容易通過(guò)磁頭而形成閉合磁通回路。不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。當(dāng)磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于磁頭鐵芯中磁通的變化，使讀出線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì) e，其值為　　負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電勢(shì)的方向與磁通的變化方向相反。不同的磁化狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)方向 不同。這樣，不同方向的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是“1”還 是 “0” 。文字教材的圖 形圖。外圍設(shè)備磁表面存儲(chǔ)器存取信息的原理：　　通過(guò)電 磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過(guò)磁 電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。外圍設(shè)備 硬磁盤機(jī)的基本組成和分類　　硬磁盤機(jī) 是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲(chǔ)器。其邏輯結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見 CAI演示 。　 　　它主要由 磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動(dòng)器三大部分組成。磁盤控制器包括控制邏輯與時(shí)序、數(shù)據(jù)并 串變換電路和串 并變換電路。磁盤驅(qū)動(dòng)器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。 ?外圍設(shè)備　　 寫入時(shí) ，將計(jì)算機(jī)并行送來(lái)的數(shù)據(jù)取至并 串變換寄存器，變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，然后一位一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)元。　　 讀出時(shí) ，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)元形成的空間磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此讀出信息經(jīng)放大檢測(cè)就可還原成原來(lái)存入的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)是一位一位串行讀出的，故要送至串 并變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，再并行送至計(jì)算機(jī)。 ?外圍設(shè)備　　 硬磁盤機(jī)通常按以下方法分類 ： 按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。 ? (1)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī) 特點(diǎn)是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換 。盤片每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭沿盤面徑向移動(dòng)。 ? (2)固定磁頭磁盤機(jī) 特點(diǎn)是磁頭位置固定，磁盤的每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片不可更換。優(yōu)點(diǎn)是存取速度快，省去磁頭找道時(shí)間，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 ? 外圍設(shè)備 (3)可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī) 盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是盤片可以脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片具有互換性。 ? (4)溫徹斯特磁盤機(jī) 溫徹斯特磁盤簡(jiǎn)稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的 可移動(dòng)磁頭固定盤片 的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫電路等組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。優(yōu)點(diǎn)是防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。外圍設(shè)備 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器 ?　　磁盤驅(qū)動(dòng)器 是一種精密的電子和機(jī)械裝置，因此各部件的加工安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對(duì)溫盤驅(qū)動(dòng)器，還要求在超凈環(huán)境下組裝。各類磁盤驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。 ? 　　 磁盤控制器 是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口。由于磁盤存儲(chǔ)器是高速外存設(shè)備，故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。作為主機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的控制器，它需要有兩個(gè)方面的接口：一 個(gè)是與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個(gè)是與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作。前者稱為 系統(tǒng)級(jí)接口 ，后者稱為 設(shè)備級(jí)接口 。外圍設(shè)備　　主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如圖 ：　　磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串 并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng) DMA(直接存儲(chǔ)器傳送 )控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線。外圍設(shè)備 磁盤上信息的分布　　盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為 記錄面 。記錄面上一系列同心圓稱為 磁道 。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，各記錄面上的同號(hào)磁道構(gòu)成一個(gè) 柱面 ；而每個(gè)磁道又分為若干個(gè) 扇區(qū) ， 它是磁盤上的最小記錄單位 。外圍設(shè)備 磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫 0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫 n磁道， n磁道里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。扇區(qū)的編號(hào)有多種方法，可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用 n磁道 m扇區(qū) 的磁盤地址找到實(shí)際磁盤上與之相對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。除了磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)之外，還有記錄面的 面號(hào) ，以說(shuō)明本次處理是在哪一個(gè)記錄面上。 例如，對(duì)活動(dòng)頭磁盤組（如圖）來(lái)說(shuō)，磁盤地址是由 記錄面號(hào) (也稱磁頭號(hào) )+磁道號(hào) +扇區(qū)號(hào) 三部分組成。 ? 　　在磁道上，信息是按扇區(qū)存放的，每個(gè)扇區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，并且， 各個(gè)扇區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的 。為進(jìn)行讀 /寫操作，要求定出磁道的起始位置，這個(gè)起始位置稱為 索引 。 索引標(biāo)志在傳感器檢索下可產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再通過(guò)磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置 。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 磁盤存儲(chǔ)器的每個(gè)扇區(qū)記錄定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，因此讀 /寫操作是以扇區(qū)為單位一位一位串行進(jìn)行的。每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)記錄塊。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：　　每個(gè)扇區(qū)開始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個(gè)扇區(qū)的開始。 兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域即為一個(gè) 扇區(qū) (一記錄塊 )。每個(gè)記錄塊由 頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段及尾部空白段 組成。其中空白段用來(lái)留出一定的時(shí)間作為磁盤控制器的讀寫準(zhǔn)備時(shí)間，序標(biāo)被用來(lái)作為磁盤控制器的同步定時(shí)信號(hào)。序標(biāo)之后即為本扇區(qū)所記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之后是校驗(yàn)字，它用來(lái)校驗(yàn)磁盤讀出的數(shù)據(jù)是否正確。 外圍設(shè)備 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)　　磁盤存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)包括 存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間 及 數(shù)據(jù)傳輸率 。 　　 存儲(chǔ)密度 ： 存儲(chǔ)密度分為 道密度 、 位密度 和 面密度 。道密度是沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道 /英寸。位密度是磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)， 單位為位 /英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位 /平方英寸。 ? 外圍設(shè)備　　 存儲(chǔ)容量 ： 一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元 總數(shù)。將磁盤存儲(chǔ)器用于某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必須首先進(jìn)行格式化操作，然后才能供用戶記錄 信息。格式化容量一般是非格式化容量的 60%—70% 。目前， 達(dá)幾十 GB。 ? 外圍設(shè)備　　 平均存取時(shí)間 ： 磁盤存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r(shí)間。這段時(shí)間由兩個(gè)數(shù)值所決定：一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，稱為定位時(shí)間或找道時(shí)間；另一個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，稱為等待時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間都是隨機(jī)變化的， 因此往往使用平均值來(lái)表示。平均存取時(shí)間等于平均找道時(shí)間與平均等待時(shí)間之和。平均找道時(shí)間是最大找道時(shí)間與