磁盤存儲(chǔ)設(shè)備課件

7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.2.1磁記錄原理外存儲(chǔ)器：又稱磁表面存儲(chǔ)設(shè)備，它是用某些磁性材料薄薄的涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲(chǔ)信息。如:磁盤存儲(chǔ)器，磁帶存儲(chǔ)器。優(yōu)點(diǎn)：①存儲(chǔ)量大，價(jià)格低；②記錄介質(zhì)可重復(fù)使用；③記錄信息可長(zhǎng)期儲(chǔ)存而不丟失；④非破壞性讀出缺點(diǎn)：存取速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求高。

7.2.1磁記錄原理從圖示磁滯回線可以看出，磁性材料被磁化后，工作點(diǎn)總是在磁滯回線上，只要外加正向脈沖電流幅度足夠大，那么在電流消失后磁應(yīng)強(qiáng)度B并不等于零，而是處在+Br狀態(tài)，反之，當(dāng)外加負(fù)的脈沖電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B將處在-Br狀態(tài)。這就是說，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。利用這兩個(gè)穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，可表示二進(jìn)制代碼0和1。7.2.1磁記錄原理通過電磁變換，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。這就是磁表面存儲(chǔ)器存取信息的原理。磁層上的存儲(chǔ)元被磁化后，它可以供多次讀出而不被破壞。當(dāng)不需要這批信息時(shí)，可通過磁頭把磁層上所記錄的信息全部抹去，稱之為寫“0”。通常，寫入和讀出是合用一個(gè)磁頭，故稱之為讀寫磁頭。每個(gè)讀寫磁頭對(duì)應(yīng)著一個(gè)信息記錄磁道。7.2.2磁盤的組成和分類磁盤的組成：見圖寫入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來的數(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)。7.2.2磁盤的組成和分類硬磁盤按盤片結(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。⑴、可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)的特點(diǎn)是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換。⑵、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。溫徹斯特磁盤機(jī)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，成為最有代表性的硬磁盤存儲(chǔ)器。而普通的硬磁盤要求具有超凈環(huán)境，只能用于大型計(jì)算機(jī)中。7.2.3磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，電路板實(shí)物見下圖(a)所示。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。主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯見下圖(b)。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。7.2.3磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器7.2.4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)盤片表面通常有幾百到幾千個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)，如下一頁圖所示。從圖中看出，外面扇區(qū)比里面扇區(qū)面積要大。磁盤上的這種磁道和扇區(qū)的排列稱為格式。7.2.5磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)密度：存儲(chǔ)密度分道密度、位密度和面密度。 ⑴、道密度：沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。 ⑵、位密度：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。 ⑶、面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。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。7.2.5磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸率：磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為n轉(zhuǎn)/秒，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率：Dr=nN(字節(jié)/秒)或Dr=D·v(字節(jié)/秒)7.2.6例題[例1]磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問：(1)共有多少柱面?(2)盤組總存