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1、7.2 磁盘存储设备7.2.1 磁记录原理n外存储器：又称磁表面存储设备，它是用某些磁性材料薄薄的涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。如:磁盘存储器，磁带存储器。n优点：存储量大，价格低；记录介质可重复使用；记录信息可长期储存而不丢失；非破坏性读出n缺点：存取速度慢，机械结构复杂，对工作环境要求高。7.2.1 磁记录原理n从图示磁滞回线可以看出，磁性 材料被磁化后，工作点总是在磁滞回线上，只要外加正向脉冲电流幅度足够大，那么在电流消失后磁应强度B并不等于零，而是处在+Br状态，反之，当外加负的脉冲电流时，磁感应强度B将处在-Br状态。这就是说，当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，
2、就像触发器电路有两个稳定的状态一样。利用这两个稳定的剩磁状态，可表示二进制代码0和1。7.2.1磁记录原理 n写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁芯内就产生一定方向的磁通。n读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方向是不同的。7.2.1 磁记录原理 n通过电磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；反之，通过磁电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。这就是磁表面存储器存取信息的原理。n磁层上的
3、存储元被磁化后，它可以供多次读出而不被破坏。当不需要这批信息时，可通过磁头把磁层上所记录的信息全部抹去，称之为写“0”。通常，写入和读出是合用一个磁头，故称之为读写磁头。每个读写磁头对应着一个信息记录磁道。7.2.2 磁盘的组成和分类 n磁盘的组成：见图 n写入时，将计算机并行送来的数据取至并串变换寄存器，变为串行数据，然后一位一位地由写电流驱动器作功率放大并加到写磁头线圈上产生电流，从而在盘片磁层上形成按位的磁化存储元。读出时，当记录介质相对磁头运动时，位磁化存储元形成的空间磁场在读磁头线圈中产生感应电势，此读出信息经放大检测就可还原成原来存入的数据。由于数据是一位一位串行读出的，故要送至串
4、并变换寄存器变换为并行数据，再并行送至计算机。7.2.2 磁盘的组成和分类 n硬磁盘按盘片结构，分成可换盘片式与固定盘片式两种；磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种。、可移动磁头固定盘片的磁盘机的特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换。、固定磁头磁盘机特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。n温彻斯特磁盘机简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起
5、。优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高，成为最有代表性的硬磁盘存储器。而普通的硬磁盘要求具有超净环境，只能用于大型计算机中。7.2.3 磁盘驱动器和控制器 n磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，因此各部件的加工安装有严格的技术要求。对温盘驱动器，还要求在超净环境下组装。各类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别，但基本结构相同，主要由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成。如下图是磁盘驱动器外形和结构示意图。7.2.3 磁盘驱动器和控制器 n磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，电路板实物见下图(a)所示。由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主机之间采用成批交换数据方式。作为主机与驱动器
6、之间的控制器，它需要有两个方面的接口：一个是与主机的接口，控制外存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机命令控制设备的操作。前者称为系统级接口，后者称为设备级接口。n主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见下图(b)。磁盘上的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与时钟的分离，再进行串并变换、格式变换，最后送入数据缓冲器，经DMA(直接存储器传送)控制将数据传送到主机总线。7.2.3 磁盘驱动器和控制器 7.2.4 磁盘上信息的分布 n盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几百到几千个磁道，每个磁道又分为若干
7、个扇区，如下一页图所示。从图中看出，外面扇区比里面扇区面积要大。磁盘上的这种磁道和扇区的排列称为格式。7.2.4 磁盘上信息的分布7.2.5 磁盘存储器的技术指标 n存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度。、道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。、位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸。、面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。n存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。7.2.5 磁盘存储器的技术指标 n数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关
8、。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收/发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为n转/秒，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率：Dr=nN(字节/秒)或Dr=Dv(字节/秒)7.2.6 例题n例1 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：(1)共有多少柱面?(2)盘组总存储容量是多少?(3)数据传输率多少?(4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘地址?(5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上
9、，还是记录在同一个柱面上?7.2.6 解析n解：(1)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm)因为道密度=40道/cm，所以4055=220道，即220个圆柱面。(2)内层磁道周长为2R=23.1411=69.08(cm)每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盘组总容量=759880B10=7598800B(3)磁盘数据传输率Dr=rN N为每条磁道容量，N=3454B r为磁盘转速，r=6000转/60秒=100转/秒 Dr=rN=1003454B=345400B/s(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块(一个扇区)，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：此地址格式表示有4台磁盘（2位），每台有16个记录面/盘面（4位），每面有256个磁道（8位），每道有16个扇区（4位）。(5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。