第八章輔助存儲(chǔ)器

1、第八章 輔助存儲(chǔ)器 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 當(dāng)前的輔助存儲(chǔ)器主要有磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器兩當(dāng)前的輔助存儲(chǔ)器主要有磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器兩大類。大類。 磁表面存儲(chǔ)器是將磁性材料沉積在盤片（或帶）的基磁表面存儲(chǔ)器是將磁性材料沉積在盤片（或帶）的基體上形成錄介質(zhì)，并以繞有線圈廠磁頭與記錄介質(zhì)的相體上形成錄介質(zhì)，并以繞有線圈廠磁頭與記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)寫入或讀出信息，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所使用的對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)寫入或讀出信息，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所使用的磁表面存儲(chǔ)器又有數(shù)字式磁記錄和模擬式磁記錄兩種，磁表面存儲(chǔ)器又有數(shù)字式磁記錄和模擬式磁記錄兩種，數(shù)字式磁記錄主要有硬盤、軟盤和磁帶。數(shù)字式磁記錄主要有

2、硬盤、軟盤和磁帶。 用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光存儲(chǔ)器主要是光盤（用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光存儲(chǔ)器主要是光盤（optical disk）。光盤的記錄原理不同于磁盤，它是利用激光束）。光盤的記錄原理不同于磁盤，它是利用激光束在具有感光特性的表面上存儲(chǔ)信息的。光盤是很有發(fā)展在具有感光特性的表面上存儲(chǔ)信息的。光盤是很有發(fā)展前途的新型輔助存儲(chǔ)器。前途的新型輔助存儲(chǔ)器。 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 是指單位長(zhǎng)度或單位面積磁層表面所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信是指單位長(zhǎng)度或單位面積磁層表面所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。息量。 對(duì)于磁盤存儲(chǔ)器，可用對(duì)于磁盤存儲(chǔ)器，可用和和表示，也可以用兩者表示，也可以用兩者的乘積的乘積面密度表示。面密

3、度表示。 對(duì)于磁帶存儲(chǔ)器，則主要用位密度表示。對(duì)于磁帶存儲(chǔ)器，則主要用位密度表示。 磁道指的是存儲(chǔ)在介質(zhì)表面上的信息的磁化軌跡，磁盤與磁帶的磁道指的是存儲(chǔ)在介質(zhì)表面上的信息的磁化軌跡，磁盤與磁帶的磁化軌跡是不同的。磁化軌跡是不同的。 對(duì)于磁盤存儲(chǔ)器，因?yàn)榇疟P旋轉(zhuǎn)，而磁頭可處在不同的半徑上，對(duì)于磁盤存儲(chǔ)器，因?yàn)榇疟P旋轉(zhuǎn)，而磁頭可處在不同的半徑上，所以磁道是磁盤表面上下許多同心圓，在有多個(gè)盤片構(gòu)成的盤組中所以磁道是磁盤表面上下許多同心圓，在有多個(gè)盤片構(gòu)成的盤組中由處于同一半徑的磁道組成的一個(gè)圓柱面，稱為由處于同一半徑的磁道組成的一個(gè)圓柱面，稱為。 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 沿磁盤半徑

4、方向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)稱為沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)稱為。的的單位是道英寸（單位是道英寸（track per inch，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱TPI）或道毫米）或道毫米TPM。 磁道具有一定的寬度，叫道寬。它取決于磁頭的工作間隙長(zhǎng)度磁道具有一定的寬度，叫道寬。它取決于磁頭的工作間隙長(zhǎng)度及磁頭定位精度等因素。為避免干擾，磁道與磁道之間需保持一定及磁頭定位精度等因素。為避免干擾，磁道與磁道之間需保持一定距離，相鄰兩條磁道中心線之間的距離叫道距。距離，相鄰兩條磁道中心線之間的距離叫道距。 單位長(zhǎng)度磁道所能記錄二進(jìn)制信息的位數(shù)叫單位長(zhǎng)度磁道所能記錄二進(jìn)制信息的位數(shù)叫或線密度?；蚓€密度。單位是位英寸單位是位英寸b

5、pi（bit per inch）或位毫米）或位毫米bpm。 對(duì)于磁帶，其磁道是沿著磁帶長(zhǎng)度方向的直線，存儲(chǔ)密度主要對(duì)于磁帶，其磁道是沿著磁帶長(zhǎng)度方向的直線，存儲(chǔ)密度主要用位密度來(lái)衡量）例如，訪用磁帶的記錄密度有用位密度來(lái)衡量）例如，訪用磁帶的記錄密度有8bpi，1600bpi和和6250bpi等多種。等多種。 道寬、道距、位密度、道密度 道距道距道寬道寬道密度道密度位密度位密度磁盤（硬盤）的存儲(chǔ)物理格式 扇區(qū)扇區(qū)62扇區(qū)扇區(qū)63扇區(qū)扇區(qū)0扇區(qū)扇區(qū)1磁道磁道1024磁道磁道0柱面（所有不同盤片柱面（所有不同盤片上的相同磁道）上的相同磁道）道密度道密度 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)

6、容量指磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。存儲(chǔ)容量指磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。一般用字節(jié)為單位。一般用字節(jié)為單位。 磁盤存儲(chǔ)器有格式化容量和非格式化容量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。磁盤存儲(chǔ)器有格式化容量和非格式化容量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。格式化容量指按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的格式化容量指按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，也就是用戶真正可以使用的容量。總量，也就是用戶真正可以使用的容量。 非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)。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)器用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必須首先進(jìn)行格式將磁盤存儲(chǔ)器用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必須首先進(jìn)行格式化操作，然才能供用

7、戶化操作，然才能供用戶紀(jì)錄信息，格式化容量紀(jì)錄信息，格式化容量一般為非一般為非格式化容量的格式化容量的6070。 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 磁盤存儲(chǔ)器采取直接存取方式，磁盤存儲(chǔ)器采取直接存取方式，尋址時(shí)間尋址時(shí)間包括兩部分：一是包括兩部分：一是磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時(shí)間；二是找到磁道以后，磁頭等待磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時(shí)間；二是找到磁道以后，磁頭等待所需要讀寫的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到它的下方所需要的等待時(shí)間。所需要讀寫的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到它的下方所需要的等待時(shí)間。 由于尋找相鄰磁道和從最外磁道找到最里面磁道所需的時(shí)間由于尋找相鄰磁道和從最外磁道找到最里面磁道所需的時(shí)間不同，磁頭等待不同區(qū)段所

8、花的時(shí)間也不同，因此，取它們的平均不同，磁頭等待不同區(qū)段所花的時(shí)間也不同，因此，取它們的平均值，稱作平均尋址時(shí)間值，稱作平均尋址時(shí)間Ta，它由平均找道時(shí)間，它由平均找道時(shí)間Tsa和平均等待時(shí)間和平均等待時(shí)間Twa組成：組成： Ta=Tsa+Twa=(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2 平均尋址時(shí)間是磁盤存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)。硬磁盤存儲(chǔ)器比平均尋址時(shí)間是磁盤存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)。硬磁盤存儲(chǔ)器比軟磁盤存儲(chǔ)器的平均尋址時(shí)間短。軟磁盤存儲(chǔ)器的平均尋址時(shí)間短。 磁帶存儲(chǔ)器采取順序存取方式，不需要尋找磁道，但需要考慮磁帶存儲(chǔ)器采取順序存取方式，不需要尋找磁道，但需要考慮磁頭尋找記

9、錄區(qū)的等待時(shí)間，實(shí)際上磁頭不動(dòng)，磁帶移動(dòng)，所以尋磁頭尋找記錄區(qū)的等待時(shí)間，實(shí)際上磁頭不動(dòng)，磁帶移動(dòng)，所以尋址時(shí)間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應(yīng)訪問(wèn)記錄區(qū)所在位置的時(shí)間。址時(shí)間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應(yīng)訪問(wèn)記錄區(qū)所在位置的時(shí)間。 8.1.1 輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo) 磁表面存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)，磁表面存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率叫數(shù)據(jù)傳輸率Dr。為確保主機(jī)與磁表面存儲(chǔ)器之間傳輸信息不丟失，。為確保主機(jī)與磁表面存儲(chǔ)器之間傳輸信息不丟失，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯兩者有關(guān)。傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯兩者有關(guān)。 從設(shè)備方面考慮，傳輸率等于

10、記錄密從設(shè)備方面考慮，傳輸率等于記錄密D和記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度和記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度V的乘積。的乘積。 從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度接收發(fā)送信息，從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度接收發(fā)送信息，以便主機(jī)與輔存之間的傳輸正確無(wú)誤以便主機(jī)與輔存之間的傳輸正確無(wú)誤 誤碼率是衡量磁表面存儲(chǔ)器出錯(cuò)概率的參數(shù)。它等于從輔存讀誤碼率是衡量磁表面存儲(chǔ)器出錯(cuò)概率的參數(shù)。它等于從輔存讀出時(shí)，出錯(cuò)信息位數(shù)和讀出的總信息位數(shù)之比。出時(shí)，出錯(cuò)信息位數(shù)和讀出的總信息位數(shù)之比。8.2 磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式 8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 磁表面存儲(chǔ)器通過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成寫入和

11、讀出。磁表面存儲(chǔ)器通過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成寫入和讀出。 寫入過(guò)程寫入過(guò)程：記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)，若在磁頭線圈中通人一：記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)，若在磁頭線圈中通人一定方向一定大小的電流，則磁頭導(dǎo)磁體被磁化，建立一定方向和強(qiáng)定方向一定大小的電流，則磁頭導(dǎo)磁體被磁化，建立一定方向和強(qiáng)度的磁場(chǎng)。由于磁頭上存在工作間隙，在間隙處的磁阻較大，因而度的磁場(chǎng)。由于磁頭上存在工作間隙，在間隙處的磁阻較大，因而形成漏磁場(chǎng)。在漏磁場(chǎng)的作用下，將工作間隙下面介質(zhì)平面上微小、形成漏磁場(chǎng)。在漏磁場(chǎng)的作用下，將工作間隙下面介質(zhì)平面上微小、區(qū)域的磁性粒子向某一水平方向磁化，形成一個(gè)磁化單元，水平磁區(qū)域的磁性粒子

12、向某一水平方向磁化，形成一個(gè)磁化單元，水平磁記錄。記錄。 當(dāng)漏磁場(chǎng)消失以后，由于當(dāng)漏磁場(chǎng)消失以后，由于磁層磁層是是硬磁材料硬磁材料，因此磁層呈現(xiàn)剩磁狀，因此磁層呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)。而態(tài)。而磁頭磁頭是良好的是良好的軟磁材料軟磁材料，線圈內(nèi)電流消失以后，又回到未磁，線圈內(nèi)電流消失以后，又回到未磁化狀態(tài)?；癄顟B(tài)。 如果在磁頭的寫入線圈中連續(xù)通入不同方向的電流，磁化單元的如果在磁頭的寫入線圈中連續(xù)通入不同方向的電流，磁化單元的方向不同，剩磁狀態(tài)也不同，用以代表二進(jìn)制信息的方向不同，剩磁狀態(tài)也不同，用以代表二進(jìn)制信息的“1”和和“0”。隨著寫入電流變化和記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，就可將二進(jìn)制數(shù)字序列轉(zhuǎn)化隨著寫入電流變化

13、和記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，就可將二進(jìn)制數(shù)字序列轉(zhuǎn)化為介質(zhì)表面的磁化單元序列。為介質(zhì)表面的磁化單元序列。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 讀出過(guò)程讀出過(guò)程: 是將介質(zhì)上記錄的磁化單元序列還原為電是將介質(zhì)上記錄的磁化單元序列還原為電脈沖序列的過(guò)程。當(dāng)記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)時(shí)，不脈沖序列的過(guò)程。當(dāng)記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)時(shí)，不論磁化單元是哪一種剩磁狀態(tài)，磁頭和介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)論磁化單元是哪一種剩磁狀態(tài)，磁頭和介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將切割磁力線，因而在讀出線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓將切割磁力線，因而在讀出線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓e。 e的幅度與讀出線圈的匝數(shù)的幅度與讀出線圈的匝數(shù)n，運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度，運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度v以及以及

14、剩余磁通剩余磁通 隨移動(dòng)距離隨移動(dòng)距離l的變化率成正比：的變化率成正比： e=-nd /dt=-n(d /dl)(dl/dt)=-nvd /dl讀寫原理讀寫原理寫入線圈寫入線圈Iw讀出線圈讀出線圈e磁力線磁力線后間隙后間隙g工作間隙工作間隙局部磁化單元局部磁化單元局部磁化局部磁化磁記錄原理 紀(jì)錄前紀(jì)錄前紀(jì)錄后紀(jì)錄后 不同的剩磁方向分別代表不同的剩磁方向分別代表“0”、“1”磁性粒子磁性粒子磁化單元磁化單元8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 垂直磁記錄原理垂直磁記錄原理 垂直記錄是利用磁頭磁場(chǎng)的垂直分量，在具有各向異性的記錄介垂直記錄是利用磁頭磁場(chǎng)的垂直分量，在具有各向異性的記錄介質(zhì)上寫入信息，從

15、而在介質(zhì)上形成垂直于磁層表面的小磁化區(qū)（主質(zhì)上寫入信息，從而在介質(zhì)上形成垂直于磁層表面的小磁化區(qū)（主磁體磁體)；而在讀出信息時(shí)，則利用介質(zhì)記錄區(qū)穿過(guò)磁層表面的磁場(chǎng)的；而在讀出信息時(shí)，則利用介質(zhì)記錄區(qū)穿過(guò)磁層表面的磁場(chǎng)的垂直分量去感應(yīng)磁頭線圈。下面是在水平記錄和垂直記錄的磁道中，垂直分量去感應(yīng)磁頭線圈。下面是在水平記錄和垂直記錄的磁道中，主磁體的排列方式的對(duì)照。主磁體的排列方式的對(duì)照。8.2.2 8.2.2 磁記錄介質(zhì)與磁頭磁記錄介質(zhì)與磁頭 磁記錄介質(zhì)指的是涂有薄層磁性材料的信息載體?？梢悦摍C(jī)保存磁記錄介質(zhì)指的是涂有薄層磁性材料的信息載體?？梢悦摍C(jī)保存信息，并且可以作為不同系統(tǒng)之間信息交換的手段

16、。因此又稱為磁信息，并且可以作為不同系統(tǒng)之間信息交換的手段。因此又稱為磁記錄媒體。記錄媒體。 根據(jù)磁記錄介質(zhì)的基底不同，主要有軟性介質(zhì)（磁帶和軟磁盤片）根據(jù)磁記錄介質(zhì)的基底不同，主要有軟性介質(zhì)（磁帶和軟磁盤片）和硬性介質(zhì)（硬磁盤片）兩種。磁性材料也有顆粒材料和連續(xù)材料和硬性介質(zhì)（硬磁盤片）兩種。磁性材料也有顆粒材料和連續(xù)材料兩類。兩類。 一種好的記錄介質(zhì)應(yīng)該具有記錄密度高、輸出信號(hào)幅度大，噪聲一種好的記錄介質(zhì)應(yīng)該具有記錄密度高、輸出信號(hào)幅度大，噪聲低，表面組織緊密、光滑、無(wú)麻，電，薄厚均勻，對(duì)周圍環(huán)境的溫低，表面組織緊密、光滑、無(wú)麻，電，薄厚均勻，對(duì)周圍環(huán)境的溫度、濕度不敏感，能長(zhǎng)期保持磁化狀

17、態(tài)等特點(diǎn)。度、濕度不敏感，能長(zhǎng)期保持磁化狀態(tài)等特點(diǎn)。 最常用的磁性材料是最常用的磁性材料是 Fe2O3針狀顆粒材料，稱為磁粉，采用涂針狀顆粒材料，稱為磁粉，采用涂布工藝將其涂敷在基體上形成記錄介質(zhì)。布工藝將其涂敷在基體上形成記錄介質(zhì)。8.2.2 8.2.2 磁記錄介質(zhì)與磁頭磁記錄介質(zhì)與磁頭 利用涂布機(jī)在帶基上涂敷磁漿，其涂層厚度利用涂布機(jī)在帶基上涂敷磁漿，其涂層厚度的均勻性相對(duì)后面的甩涂工藝來(lái)說(shuō)較差，因此，的均勻性相對(duì)后面的甩涂工藝來(lái)說(shuō)較差，因此，提高記錄密度有困難，適用于制造磁帶和軟磁盤。提高記錄密度有困難，適用于制造磁帶和軟磁盤。也稱離心涂敷，這種工藝可以在鋁合金盤基上也稱離心涂敷，這種工

18、藝可以在鋁合金盤基上制造硬磁盤，也可以在柔性片基上制造軟磁盤。制造硬磁盤，也可以在柔性片基上制造軟磁盤。制造高記錄密度的軟磁盤和標(biāo)準(zhǔn)軟磁盤經(jīng)常使用制造高記錄密度的軟磁盤和標(biāo)準(zhǔn)軟磁盤經(jīng)常使用甩涂工藝。甩涂工藝。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 磁頭是實(shí)現(xiàn)電磁頭是實(shí)現(xiàn)電/磁轉(zhuǎn)換的裝置。用電脈沖表示的二進(jìn)制磁轉(zhuǎn)換的裝置。用電脈沖表示的二進(jìn)制代碼通過(guò)磁頭轉(zhuǎn)換成磁記錄貪質(zhì)上的磁化格式。而介質(zhì)代碼通過(guò)磁頭轉(zhuǎn)換成磁記錄貪質(zhì)上的磁化格式。而介質(zhì)上的磁化信息又要通過(guò)磁頭轉(zhuǎn)換成電脈沖。上的磁化信息又要通過(guò)磁頭轉(zhuǎn)換成電脈沖。 介質(zhì)上已記錄信息的清除是通過(guò)磁頭將介質(zhì)上磁層向介質(zhì)上已記錄信息的清除是通過(guò)磁頭將介質(zhì)上磁層

19、向某一方向飽和磁化或去磁而得。因此磁頭的性能對(duì)于寫、某一方向飽和磁化或去磁而得。因此磁頭的性能對(duì)于寫、清除、記錄密度和讀出速度等均有影響。清除、記錄密度和讀出速度等均有影響。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 n 在一個(gè)具有縫隙的環(huán)形導(dǎo)磁體上繞上線圈，就構(gòu)成了在一個(gè)具有縫隙的環(huán)形導(dǎo)磁體上繞上線圈，就構(gòu)成了磁頭。磁頭。n磁頭的導(dǎo)磁體用兩半環(huán)對(duì)接而成，存在著前后兩個(gè)間隙磁頭的導(dǎo)磁體用兩半環(huán)對(duì)接而成，存在著前后兩個(gè)間隙n后間隙的存在增大了導(dǎo)磁體的磁阻，因此后間隙做得很小。后間隙的存在增大了導(dǎo)磁體的磁阻，因此后間隙做得很小。n前間隙在磁頭極尖處，信息的讀寫均要通過(guò)它，因此又稱為前間隙在磁頭極尖處，信息的

20、讀寫均要通過(guò)它，因此又稱為工工作間隙作間隙。工作間隙一般裝有非磁性材料，如云母、玻璃或二氧。工作間隙一般裝有非磁性材料，如云母、玻璃或二氧化矽等以增大磁阻，使導(dǎo)磁體的磁力線繞過(guò)工作間隙形成漏磁化矽等以增大磁阻，使導(dǎo)磁體的磁力線繞過(guò)工作間隙形成漏磁場(chǎng)，從而可以磁化紀(jì)錄介質(zhì)而存儲(chǔ)信息。場(chǎng)，從而可以磁化紀(jì)錄介質(zhì)而存儲(chǔ)信息。n間隙越大，漏磁通就越多，記錄的信息越可靠。但間隙過(guò)大，間隙越大，漏磁通就越多，記錄的信息越可靠。但間隙過(guò)大，磁化單元面積大，又將影響記錄密度。磁化單元面積大，又將影響記錄密度。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 按工作方式分為按工作方式分為和和兩種。兩種。 在讀在讀/寫時(shí)，磁頭與記

21、錄介質(zhì)直接相接觸。它常寫時(shí)，磁頭與記錄介質(zhì)直接相接觸。它常常用于磁帶機(jī)和軟磁盤機(jī)中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磁頭極尖區(qū)和介質(zhì)易常用于磁帶機(jī)和軟磁盤機(jī)中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磁頭極尖區(qū)和介質(zhì)易受到磨損，磨損程度與介質(zhì)相對(duì)于磁頭的移動(dòng)速度、極尖的幾何回受到磨損，磨損程度與介質(zhì)相對(duì)于磁頭的移動(dòng)速度、極尖的幾何回狀，磁性材料的硬度、頭面的接觸力，介質(zhì)表面質(zhì)量等因素有關(guān)。狀，磁性材料的硬度、頭面的接觸力，介質(zhì)表面質(zhì)量等因素有關(guān)。 是由介質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣流，在磁頭與介質(zhì)是由介質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣流，在磁頭與介質(zhì)表面之間形成一層極薄的空氣薄膜（氣墊），故使磁頭與介質(zhì)表面表面之間形成一層極薄的空氣薄膜（氣墊），故使磁頭與

22、介質(zhì)表面脫離接觸而浮動(dòng)。脫離接觸而浮動(dòng)。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 n浮動(dòng)間隙是浮動(dòng)式磁頭的重要參數(shù)，它的減小可以浮動(dòng)間隙是浮動(dòng)式磁頭的重要參數(shù)，它的減小可以提高記錄密度。提高記錄密度。n硬磁盤采用浮動(dòng)式磁頭，由于盤片旋轉(zhuǎn)速度快，磁硬磁盤采用浮動(dòng)式磁頭，由于盤片旋轉(zhuǎn)速度快，磁頭不與盤片表面接觸，因而硬磁盤存取速問(wèn)快，可頭不與盤片表面接觸，因而硬磁盤存取速問(wèn)快，可靠性高?？啃愿摺但在盤片停止旋轉(zhuǎn)之前，磁頭必須從讀寫位置退到但在盤片停止旋轉(zhuǎn)之前，磁頭必須從讀寫位置退到原始位置；啟動(dòng)磁盤工作時(shí)，須待盤片達(dá)到一定轉(zhuǎn)原始位置；啟動(dòng)磁盤工作時(shí)，須待盤片達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后磁頭才能進(jìn)到盤片上面執(zhí)行尋道操作

23、，否則可速后磁頭才能進(jìn)到盤片上面執(zhí)行尋道操作，否則可能損壞磁頭或劃傷盤面。能損壞磁頭或劃傷盤面。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 隨著計(jì)算機(jī)對(duì)大容量硬盤驅(qū)動(dòng)器的需求，促進(jìn)高密度磁記錄技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)對(duì)大容量硬盤驅(qū)動(dòng)器的需求，促進(jìn)高密度磁記錄技術(shù)的發(fā)展。的發(fā)展。 傳統(tǒng)的感應(yīng)式磁頭采用電磁感應(yīng)原理讀出記錄信號(hào)，而記錄密度傳統(tǒng)的感應(yīng)式磁頭采用電磁感應(yīng)原理讀出記錄信號(hào)，而記錄密度的提高使得相鄰磁化單元之間產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致磁頭感應(yīng)線圈中流過(guò)的提高使得相鄰磁化單元之間產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致磁頭感應(yīng)線圈中流過(guò)的磁通量減少。而且驅(qū)動(dòng)器的小型化使磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度下降，這的磁通量減少。而且驅(qū)動(dòng)器的小型化使磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度下降

24、，這會(huì)導(dǎo)致磁頭讀出線圈中磁通量變化率的降低。這兩個(gè)因素作用的結(jié)會(huì)導(dǎo)致磁頭讀出線圈中磁通量變化率的降低。這兩個(gè)因素作用的結(jié)果是磁頭讀出信號(hào)幅值的急劇下降，從而不能正確讀出記錄信號(hào)。果是磁頭讀出信號(hào)幅值的急劇下降，從而不能正確讀出記錄信號(hào)。 利用磁致電阻效應(yīng)（利用磁致電阻效應(yīng)（magneto resistive，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱MR）磁頭能在高密）磁頭能在高密度記錄的情況下讀出信號(hào)。度記錄的情況下讀出信號(hào)。MR磁頭是磁頭是專用于讀出專用于讀出的磁頭，它不能完的磁頭，它不能完成寫入工作，但它具有高的輸出靈敏度和與磁盤轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的輸出特成寫入工作，但它具有高的輸出靈敏度和與磁盤轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的輸出特性，所以需要與專

25、用的寫入磁頭配合使用。性，所以需要與專用的寫入磁頭配合使用。8.2.1 磁記錄原理磁記錄原理 什么是什么是？ 將某些磁性材料放在磁場(chǎng)中，如果通以一恒將某些磁性材料放在磁場(chǎng)中，如果通以一恒定電流，當(dāng)外加磁場(chǎng)改變時(shí)，該材料的電阻率也定電流，當(dāng)外加磁場(chǎng)改變時(shí)，該材料的電阻率也隨之變化，這就是隨之變化，這就是。 MR磁頭目前已被廣泛應(yīng)用于硬盤機(jī)和磁帶磁頭目前已被廣泛應(yīng)用于硬盤機(jī)和磁帶機(jī)中，尤其是在大容量的硬盤驅(qū)動(dòng)器中。但機(jī)中，尤其是在大容量的硬盤驅(qū)動(dòng)器中。但MR磁頭的價(jià)格仍較貴。磁頭的價(jià)格仍較貴。8.2.3 磁記錄方式磁記錄方式 （1） 為了提高磁表面存儲(chǔ)器的性能，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，加快為了提高磁表面存儲(chǔ)

26、器的性能，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，加快存取速度不僅要了解磁記錄的物理過(guò)程和記錄介質(zhì)與磁存取速度不僅要了解磁記錄的物理過(guò)程和記錄介質(zhì)與磁頭的性能，而且要研究磁記錄方式對(duì)提高記錄密度和可頭的性能，而且要研究磁記錄方式對(duì)提高記錄密度和可靠性的影響?？啃缘挠绊?。 磁記錄方式是一種編碼方法，指的是按照某種規(guī)律將磁記錄方式是一種編碼方法，指的是按照某種規(guī)律將一連串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成存儲(chǔ)介質(zhì)磁層的相應(yīng)磁化一連串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成存儲(chǔ)介質(zhì)磁層的相應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式，并經(jīng)讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換規(guī)律。采用翻轉(zhuǎn)形式，并經(jīng)讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換規(guī)律。采用高效可靠階錄方式，是提高記錄密度的有效途徑之一。高效可靠階錄方式，是提

27、高記錄密度的有效途徑之一。 后面給出幾種常見(jiàn)的磁記錄方式的寫入電流波形，也后面給出幾種常見(jiàn)的磁記錄方式的寫入電流波形，也是磁層上相應(yīng)位置所記錄的理想磁化狀態(tài)或磁化強(qiáng)度。是磁層上相應(yīng)位置所記錄的理想磁化狀態(tài)或磁化強(qiáng)度。8.2.3 磁記錄方式（磁記錄方式（2） （1）歸零制（）歸零制（RZ）（2）不歸零制（）不歸零制（NRZ）（3）見(jiàn)）見(jiàn)“1”就翻的不歸零制（就翻的不歸零制（NRZ1）（4）調(diào)相制（）調(diào)相制（PM） （5）調(diào)頻制（）調(diào)頻制（FM） （6）改進(jìn)調(diào)頻制（）改進(jìn)調(diào)頻制（MFM） 磁紀(jì)錄方式波形圖（寫入電流和磁化強(qiáng)度）磁紀(jì)錄方式波形圖（寫入電流和磁化強(qiáng)度）數(shù)字序列數(shù)字序列 1 0 1 1 1 0 0 0 1RZNRZNRZ1PMFMMFM8.2.3 磁記錄方式磁記錄方式 （3） 讀出信號(hào)讀出信號(hào) 當(dāng)記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)時(shí)，如磁層的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，當(dāng)記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)時(shí)，如磁層的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，將在磁頭的讀出線圈中感應(yīng)出電壓。將在磁頭的讀出線圈中感應(yīng)出電壓。 1 0 1 1 1 0 0 0 1 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度讀出信號(hào)讀出信號(hào)（a）不歸零制（）不歸零制（NRZ) 1 0 1 1 1 0 0 0 1 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度讀出信號(hào)讀出信號(hào)（b）見(jiàn)）見(jiàn)1就翻的不歸零制（就翻的不歸零制（NRZ1) 1 0 1 1 1 0 0 0 1 磁化強(qiáng)度