xin第8章.ppt

1、第8章辅助存储、8.1辅助存储的种类和技术规范8.2磁记录原理和记录方法8.3硬盘存储8.4软磁盘存储8.5磁带存储8.6光纤存储8.7硬盘、软盘、磁带和光碟存储的综合比较练习，计算机存储分为主存储和辅助存储两个茄子主要类别。主内存用于存储必须立即使用的程序和数据，访问速度必须快，通常由半导体内存组成。辅助存储用于存储当前不需要立即使用的信息，并在需要时与主库存成批交换数据。也称为外部存储，因为它是主内存的备份和补充，是主机的外部设备。辅助存储的特点是容量大、成本低，通常是“非易失性”存储，即使在停电后也可以存储信息，大多数存储介质甚至可以脱机存储信息。8.1辅助存储的种类和规格目前在市场上流

2、行的辅助存储主要包括磁表面存储器和光学存储器两个茄子主要类别。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，磁表面存储器是将磁材料沉积在光盘(或磁带)的气体中，形成记录介质，用线圈头和记录介质的相对运动来写或读信息。现代电脑系统使用的磁表面内存既有数字磁记录，也有模拟磁记录，数字磁记录主要有硬盘、软盘、磁带等。模拟磁记录是指录音和录像设备。磁表面内存是最古老、使用最广泛的历史辅助内存，存储信息的位价钱(存储1位二进制信息的价钱)较低。电脑系统使用的光盘主要是磁盘。光盘的记录原理与光盘不同，它利用激光束将信息存储在具有感光特性的表面。磁盘的容量大于磁盘，是具有很大发展

3、潜力的新型辅助存储。次存储的主要规格包括存储密度、存储容量和寻址时间。1 .储存密度储存密度是单位长度或每单位面积磁层表面上储存的二进位资讯量。对于磁盘存储，可以用公路密度和位密度来表示，也可以用两者的乘积密度来表示。对于磁带存储，主要以位密度表示。轨道是存储在介质表面的信息的磁化轨道，磁盘和磁带磁化轨道不同。对于磁盘存储，磁道是磁盘表面的许多同心圆。在由多个片组成的磁盘组中，由相同半径的轨迹组成的圆柱面称为圆柱体。沿圆盘半径方向单位长度的轨迹数称为轨迹密度。公路密度的单位是以每英寸轨迹(TPI)或公路毫米TPM为单位。轨道有一定的宽度，哭声幅度很大。取决于诸如刀头的工作间隙长度和刀头位置精度

4、等因素。为了避免干涉，轨迹和轨迹之间保持一定的距离，两个相邻轨迹中心线之间的距离称为距离。单位长度轨迹可以记录二进制信息的位数称为位密度或线密度。单位是位英寸每秒位(bpi)或位毫米BPM。对于磁带，轨道是沿磁带长度的直线，存储密度主要以位密度测量。2.存储容量存储容量是指可以存储在磁表面内存中的二进制信息的总量。通常以字节为单位。磁盘存储有两个茄子指标：格式化容量和郑智薰格式化容量。格式化容量是根据特定记录格式可以存储的信息总量，即用户实际使用的容量。郑智薰格式化容量是可用于磁记录表面的磁化装置的总数。在电脑系统中使用磁盘存储之前，必须先执行格式化操作，然后用户才能记录信息。格式化容量通常约

5、为格式化容量的60p%。3 .寻址时间磁盘存储使用直接访问方法，寻址时间由两部分组成。一个是头部查找目标轨迹所需的寻径时间TS。第二种是找到磁道后，需要磁头读/写的段等待在其下方旋转所需的等待时间tw。由于查找相邻轨迹所需的时间和查找最外层轨迹中最内层轨迹所需的时间不同，因此磁头等待其他段所需的时间也不同，因此，如果采用称为平均寻址时间Ta的平均值，则由平均搜索时间TSA和平均等待时间twa组成。tatsa ts max ts min/2(tw man)硬盘内存比软磁盘内存的平均寻址时间短。磁带存储采用顺序访问方法，无需查找磁道，但需要考虑磁头查找记录区域的等待时间。实际上，磁头不会移动，而是

6、磁带移动，因此寻址时间是磁带空转磁头需要访问记录区域的位置。4 .数据传输速率磁表面内存在单位时间内与主机传输数据的位或字节数(称为数据传输速率Dr)。为了防止主机和磁表面存储之间的信息丢失，波特率与存储设备和主机介面逻辑有关。在设备方面，传输速率等于记录密度D和记录介质的运动速度V的乘积。考虑主机介面逻辑时，请确保接收的传输速度足够快，以便主机和次内存之间的传输正确。5 .错误率错误率是衡量磁表面内存错误概率的参数。从辅助内存读取时，等于错误消息比特数与读取的信息比特总数之比。6.价钱通常使用比特价钱比较各种存储器。比特价钱是设备价钱除以容量，在所有存储设备中，磁表面内存和光碟内存的比特价钱

7、很低。8.2磁记录原理和记录方法8.2.1磁记录原理磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成记录和读取。图8.1(a)中显示了写入过程。读取过程是将记录在介质上的磁化单位序列恢复为传记脉冲序列的过程。图8.1(b)中所示。图8.1读取和写入原理，磁表面存储器的信息写入和读取过程是电与磁之间的转换过程。原理虽然简单，但在实际应用中需要受到很多因素的影响和制约，这也是限制磁表面存储的存储密度的主要原因。影响较大的因素包括偏转、系统噪音、脉冲拥挤效果等。设计系统时必须考虑。将信息作为上述环形头边缘磁场的水平分量写入介质的方法称为垂直磁唱片或水平磁记录。还有一种提高存储密度的垂直磁记录方法。垂直磁

8、记录原理垂直记录使用磁头磁场的垂直分量在具有各向异性的记录介质中记录信息，在介质中形成垂直于磁层表面的小磁化区(主磁体)。读取信息时，使用介质记录区域通过磁层表面的磁场垂直分量检测磁头线圈。图8.2是在水平和垂直记录的轨迹上主磁体对齐方式的比较。图8.2水平记录(垂直记录)和垂直记录、水平记录用磁头或垂直记录用磁头，共同要求是以最小磁力仪(安顿单位)生成尽可能大的磁场强度。也就是说，头部需要高灵敏度。还需要大磁场梯度。垂直记录磁头更喜欢大的垂直磁场。垂直记录用的磁头包括辅助磁性磁头、主磁性磁头和环头。图8.3(a)是辅助极磁头图。图8.3(b)显示了主磁性磁头的一种形式。环形磁头最初广泛用于水

9、平记录，通常，环形磁头的垂直磁场分量低于水平磁场分量，但使用具有垂直各向异性的介质进行记录，可以使介质垂直磁化。图8.3垂直记录头、8.2.2磁记录介质和头1脱机存储信息，并可用作系统间信息更换的手段。因此，也称为磁记录介质。根据记录介质的标准，主要有软介质(磁带和软磁盘)和硬介质(硬盘片)。磁性材料也有粒子材料和连续材料。良好的记录介质必须具有记录密度高、输出信号宽度大、噪音小、表面组织致密、光滑、无麻点、薄、厚度均匀、对周围环境的温度、湿度不敏感、长期保持磁化状态的特点。最常用的磁性材料是-Fe2O3针状粒子材料，称为磁粉，用涂布工艺(涂布)涂在机体上，形成记录介质。根据涂层工艺方式可以分

10、为两种。(1)平面涂层工艺(2)工艺涂层记录介质具有大量生产和价钱便宜等优点，但是根据磁记录理论，为了提高记录密度，介质的磁层必须尽可能薄，矫顽力和残余磁力必须提高，涂层工艺(涂层)由于以下两个茄子原因限制了记录密度的提高(2)磁层包含粘合剂等非磁性物质，减少了残留，影响了输出信号振幅使用连续膜介质可以解决涂层介质无法克服的困难，连续膜介质具有(1)磁层薄的优点。(2)剩下的磁是普通-Fe2O3磁粉介质的10倍。因此，连续胶片介质在高记录密度下仍然具有较大的信号输出，最大信号位移较小。2 .柔道磁头是实现电磁转换的设备。用传记脉冲表示的二进制码通过磁头转换为磁记录介质的磁化形式。介质的磁化信息

11、必须通过磁头转换成传记脉冲。去除介质上记录的信息是通过磁头使介质的磁层在特定方向饱和或从磁层中去除。因此，磁头性能会影响读/写、擦除、记录密度、读取速度等。在有缝隙的环形磁铁上缠绕线圈，形成磁头。图8.1中所示的头部的导磁为两个环对接，前后有两个间隙。后间隙的存在使磁铁的磁阻，所以后间隙变得很小。前置时间间隔位于头部末端，信息的读取和写入都必须通过，因此也称为工作时间间隔。工作间隙通常包含非磁性材料，如云母、玻璃或二氧化硅，为了增加磁阻，磁铁的磁力线绕过工作间隙，形成漏磁场，使介质磁化，从而存储信息。间隔越大，漏磁越多，记录的信息越可靠。但是，间距太大，磁化单元面积大，也会影响记录密度。头环磁

12、铁材料感应率高，饱和磁感应强度大，矫顽力小，剩余磁感应强度小。这样容易磁化，容易消磁，记录的信息错误率低，可靠性高。此外，电阻率大，硬度高，居里点高度高，加工特性好。这样涡流损耗小，高频特性好，磨损不好，其性能随温度而小，易于加工。为了满足这些特性，磁头通常是用软磁材料制成的。常用的软材料有两种。一种是金属软材料，另一种是铁氧体材料。头部的形式各不相同。工作方式可分为接触头和浮动头两种。接触式磁头在读写时，磁头直接与记录介质接触。经常用于磁带机和软盘机，结构简单，但磁头极点区域和介质容易磨损，磨损度与介质相对于磁头的移动速度、非常尖锐的几何图形、磁性材料的硬度、磁头表面的接触力、介质表面质量等

13、有关。浮头是高速介质运动中产生的气流，在磁头和介质表面之间形成一个非常薄的空气薄膜(气垫)，以防止磁头与介质表面接触。浮点间隔是浮点头的重要参数，减小可以提高记录密度。硬盘使用浮动磁头。由于磁盘旋转速度快，磁头与磁盘表面不接触，因此硬盘访问速度快，可靠性高。但是，在磁碟停止旋转之前，磁头必须从读写位置后退到原始位置。开始磁盘操作时，必须等待磁盘达到一定的速度，然后磁头进入磁盘以执行寻道操作。否则，头部可能损坏或刮伤。磁记录介质和磁头的发展方向是采用“双薄”技术，即薄膜介质和薄膜磁头。薄膜介质是利用一种制造工艺，使记录材料生长在基板上，形成连续的薄膜。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exp

14、osure(美国电视电视剧)，)牙齿连续薄膜的记录密度比不连续的粒子媒体高。薄膜头是用薄膜形成技术(例如蒸发、溅射、传记电镀等)和一些集成电路工艺(例如制版、蚀刻等)制作的头。与传统的铁氧体磁头相比，感应系数小，高频特性好，体积减少到铁氧体磁头的30分之一，重量是铁氧体磁头的20分之一，因此很容易得到古道密度和高密度。3 .MR头部可根据电脑对大容量硬盘驱动器的需求促进高密度磁记录技术的发展。传统的传感头使用电磁感应原理读取记录信号，而随着记录密度的提高，相邻磁化装置之间发生干涉，导致磁头检测线圈中流动的磁通量减少。此外，由于驱动器小型化，磁盘旋转速度减慢，磁头读取线圈的磁通量变化率降低。牙齿

15、两个茄子因素的结果是磁头读取信号振幅的急剧减少，无法正确读取记录信号。可以使用磁电阻(MR)磁头将信号读取到高密度记录中。MR头部是只读头部。也就是说，写操作无法完成，但输出灵敏度高，具有与磁盘旋转速度无关的输出特性，因此必须与专用写入头一起使用。MR磁头制造包括材料科学和微加工等尖端工艺，难度高，成本高。1970年设计了第一个MR头部，但IBM直到1985年才在IBM 3480磁带机中首次使用。1991年实验室水平达到了每平方英寸2000米，公路密度达到了每英寸17，000度。在磁场中加入一些磁性物质，通过一定电流，磁场改变，材料的电阻率也随之改变。这就是磁电阻效应。MR磁头是利用磁电阻效果

16、读取信号(图8.4)。MR头部现在广泛用于硬盘机器和磁带机，尤其是大容量硬盘驱动器。但是MR头的价钱价格仍然很贵。图8.4 MR头模型，8.2.3磁记录方式磁记录方式是指按照一定规律将一系列二进制数字信息转换为存储介质磁层对应的磁化翻转格式的编码方式。通过读写控制电路(读写控制)实现这些转换规则。采用高效可靠的记录方式是提高记录密度的有效方法之一。图8.5显示了几种茄子一般磁记录方式的写入电流波形，是记录在磁层对应位置的理想磁化状态或磁化强度。图8.5磁记录方式波形图(写入电流和磁化)，(1)提供给零零零(RZ)磁头写入线圈的一系列脉冲电流中，正脉冲表示“1”，负脉冲表示“0”，因此磁层在记录

17、“1”时不会磁化因为磁层是硬磁材料，用这种方法消磁很麻烦。也就是说，重写磁层的记录比较困难，重写的时候一般先去掉磁层，然后再写。在记录(圣雄甘地，磁，磁) (威廉莎士比亚，磁)，(2)归零渡边杏(NRZ)信息时，如果磁头线圈没有正向电流，则必须存在反向电流，没有电流的状态不能为零。磁层不是正向饱和磁化或反向饱和磁化，连续写入“1”或“0”时，写入电流的方向保持不变。因此，牙齿记录方式比零制减少了磁化翻转的次数。(3)看“1”，当记录信息时，像不翻转的零(NRZ1)和非零一样，电流总是通过磁头线圈。区别在于，只有当通过磁头的电流记录“1”时，才会改变方向，从而反转磁层的磁化方向。记录“0”时，电流方向不变，磁层保持原来的磁化方向。因此被称为“一见不翻的零制”。(4)相位调制(PM)相位编码(PE)，相位调制系统使用两个相位差异180的磁化翻转方向表示数据“0”和“1”。也就是说，在指定唱片数据“0”的情况下，如果将磁化翻转的方向从负更改为正，则唱片数据“1”牙齿正数变为负。