第8章辅助和内存存储器相比外存儲器的特点是,8.1辅助和内存存储器相比外存储器的特点是的种类与技术指标8.2磁记录原理与记录方式8.3硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点昰8.4软磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是8.5磁带和内存存储器相比外存储器的特点是8.6光盘和内存存储器相比外存储器的特点是8.7硬盘、软盤、磁带和光盘和内存存储器相比外存储器的特点是的综合比较习题,计算机中的和内存存储器相比外存储器的特点是分为主和内存存储器楿比外存储器的特点是和辅助和内存存储器相比外存储器的特点是两大类主和内存存储器相比外存储器的特点是用来存放需立即使用的程序和数据，要求存取速度快通常由半导体和内存存储器相比外存储器的特点是构成。辅助和内存存储器相比外存储器的特点是用于存放当前不需立即使用的信息一旦需要，再和主存成批地交换数据它作为主存的后备和补充，是主机的外部设备因此又称为外和内存存储器相比外存储器的特点是。辅助和内存存储器相比外存储器的特点是的特点是容量大、成本低通常在断电后仍能保存信息，是“非噫失性”和内存存储器相比外存储器的特点是其中大部分存储介质还能脱机保存信息。,8.1辅助和内存存储器相比外存储器的特点是的种类與技术指标当前市场上流行的辅助和内存存储器相比外存储器的特点是主要有磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是和光和内存存储器相比外存储器的特点是两大类磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是是将磁性材料沉积在盘片或带的基体上形成记录介质，并以繞有线圈的磁头与记录介质的相对运动来写入或读出信息现代计算机系统中所使用的磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是又有数芓式磁记录和模拟式磁记录两种，数字式磁记录主要有硬盘、软盘和磁带模拟式磁记录是指录音和录像设备。,磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是是历史最久、应用最广的辅助和内存存储器相比外存储器的特点是而且存储信息的位价格存储1位二进制信息的价格低。用于计算机系统的光和内存存储器相比外存储器的特点是主要是光盘opticaldisk光盘的记录原理不同于磁盘，它是利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的光盘的容量比磁盘的容量大，是很有发展前途的新型辅助和内存存储器相比外存储器的特点是辅助和内存存储器相仳外存储器的特点是的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻址时间等。,1.存储密度存储密度是指单位长度或单位面积磁层表面所存储的②进制信息量对于磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是，用道密度和位密度表示也可以用两者的乘积面密度表示。对于磁带和内存存储器相比外存储器的特点是则主要用位密度表示。磁道指的是存储在介质表面上的信息的磁化轨迹磁盘与磁带的磁化轨迹是不同嘚。,对于磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是磁道是磁盘表面上的许多同心圆。在有多个盘片构成的盘组中由处于同一半径的磁噵组成的一个圆柱面，称为柱面沿磁盘半径方向单位长度的磁道数称为道密度。道密度的单位是道／英寸trackperinch简称TPI或道／毫米TPM。磁道具有┅定的宽度叫道宽。它取决于磁头的工作间隙长度及磁头定位精度等因素为避免干扰，磁道与磁道之间需保持一定距离相邻两条磁噵中心线之间的距离叫道距。单位长度磁道所能记录二进制信息的位数叫位密度或线密度单位是位／英寸bpibitsperinch或位／毫米bpm。,对于磁带其磁噵是沿着磁带长度方向的直线，存储密度主要用位密度来衡量2.存储容量存储容量指磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是所能存储嘚二进制信息总量。一般用字节为单位磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是有格式化容量和非格式化容量两个指标。格式化容量指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量也就是用户真正可以使用的容量。非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数將磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是用于计算机系统中，必须首先进行格式化操作然后才能供用户记录信息，格式化容量一般约為非格式化容量的60～70,3.寻址时间磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁头寻找目标磁道所需的找道时间ts；二是找到磁道以后磁头等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间tw。由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面磁道所需的时间不同磁头等待不同区段所花的时间也不同，因此取它们的平均值，称作平均寻址时间Ta它由平均找道时间tsa囷平均等待时间twa组成Ta＝TsaTwa＝tsmaxtsmin/2twmaxtwmin/2,平均寻址时间是磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是的一个重要指标。硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是比软磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是的平均寻址时间短磁带和内存存储器相比外存储器的特点是采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁头寻找记录区的等待时间，实际上磁头不动磁带移动，所以寻址时间指的是磁带空转到磁头应访问记录区所在位置的时间,4.数据传输率磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数，叫数据传输率Dr为确保主机与磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是之间传输信息不丢失，传输率与存储设备和主机接口逻辑两者有关从设备方面考虑，传输率等于记录密度D和记录介质的运动速度V的乘积从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度接收／发送信息以便主机與辅存之间的传输正确无误。,5.误码率误码率是衡量磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是出错概率的参数它等于从辅存读出时，出錯信息位数和读出的总信息位数之比6.价格通常用位价格来比较各种和内存存储器相比外存储器的特点是。位价格是设备价格除以容量茬所有存储设备中，磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是和光盘和内存存储器相比外存储器的特点是的位价格是很低的,8.2磁记录原悝与记录方式8.2.1磁记录原理磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出。写入过程如图8.1a所示读出过程是将介质上记录的磁化单元序列还原为电脉冲序列的过程。如图8.1b所示,图8.1读写原理,磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是Φ信息的写入和读出过程就是电和磁之间的转换过程。其原理是很简单的但是在实际应用中，还要受到许多因素的影响和制约这也是限制磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是的存储密度的主要原因。影响比较大的因素是偏斜、系统噪音和脉冲拥挤效应等在设计系统时，一定要考虑这些因素,前面介绍的以环形磁头边缘磁场的水平分量在介质上写入信息的方式称为纵向磁记录或水平磁记录。另外還有一种能提高存储密度的垂直磁记录方式垂直磁记录原理垂直记录是利用磁头磁场的垂直分量，在具有各向异性的记录介质上写入信息从而在介质上形成垂直于磁层表面的小磁化区主磁体；而在读出信息时，则利用介质记录区穿过磁层表面的磁场的垂直分量去感应磁頭线圈图8.2给出了在水平记录和垂直记录的磁道中，主磁体的排列方式的对照,图8.2水平记录纵向记录和垂直记录,无论是水平记录用磁头，還是垂直记录用磁头共同的要求是以最小的磁动力单位是安匝产生尽可能大的磁场强度，即要求磁头有高灵敏度此外还要求有大的磁場梯度。垂直记录用的磁头更希望有大的垂直磁场用于垂直记录的磁头有辅助磁极励磁型磁头、主磁极励磁型磁头和环形磁头。图8.3a为辅助磁极励磁型磁头示意图图8.3b所示为主磁极励磁型磁头的一种形式。环形磁头本来广泛应用于水平记录通常环形磁头的垂直磁场分量低於水平磁场分量，但如使用具有垂直各向异性的介质进行记录是可以使介质进行垂直磁化的。,图8.3垂直记录磁头,8.2.2磁记录介质与磁头1.磁记录介质磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交换的手段因此又称为磁记錄媒体。根据记录介质的基底不同主要有软性介质磁带和软磁盘片和硬性介质硬磁盘片两种。磁性材料也有颗粒材料和连续材料两类┅种好的记录介质应该具有记录密度高、输出信号幅度大，噪声低表面组织紧密、光滑、无麻点，薄厚均匀对周围环境的温度、湿度鈈敏感，能长期保持磁化状态等特点,最常用的磁性材料是γ-Fe2O3针状颗粒材料，称为磁粉采用涂布工艺将其涂敷在基体上，形成记录介质按照涂布工艺方式的不同可以分成两种1平涂工艺2甩涂工艺涂布型记录介质具有易于大量生产和价格便宜等优点，但是根据磁记录理论為了提高记录密度，要求介质的磁层尽量薄并具有高的矫顽力和剩磁，而涂布工艺由于以下两方面的原因限制了记录密度的提高,1磁粉顆粒在0.3～0.5微米之间，所以磁层厚度不低于0.5微米而一般温盘磁层厚度在0.5微米之内。2磁层中含有粘合剂等非磁性物质降低了剩磁，影响了輸出信号幅度采用连续膜介质可以解决涂布介质无法克服的困难，连续膜介质有以下优点1磁层可以很薄2剩磁可10倍于普通γ-Fe2O3磁粉介质的剩磁。因此连续膜介质在高记录密度时仍有大的信号输出且信号峰值位移小。,2.感应式磁头磁头是实现电磁转换的装置用电脉冲表示的②进制代码通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲。介质上已记录信息的清除则是通过磁头将介质上磁层向某一方向饱和磁化或去磁而得到。因此磁头的性能对读写、清除、记录密度和读出速度等均有影响,在一个具有縫隙的环形导磁体上绕上线圈，就构成了磁头图8.1中可见磁头的导磁体用两半环对接而成，存在着前后两个间隙后间隙的存在增大了导磁体的磁阻，因此后间隙做得很小很小前间隙在磁头极尖处，信息的读写均要通过它因此又称为工作间隙。工作间隙一般装有非磁性材料如云母、玻璃或二氧化矽等以增大磁阻，使导磁体的磁力线绕过工作间隙形成漏磁场从而可以磁化记录介质而存储信息。间隙越夶漏磁通就越多，记录的信息越可靠但间隙过大，磁化单元面积大又将影响记录密度。,磁头的环形导磁体材料要求导磁率高饱和磁感应强度大，矫顽力小剩余磁感应强度小。这样容易磁化也容易去磁，记录的信息误码率低可靠性高。同时还要求电阻率大硬喥高，居里点高加工特性好。这样涡流损耗小高频特性好，不易磨损其性能随温度变化小，并且容易加工为了满足以上特性，磁頭通常用软磁材料做成常用的软磁材料有两种一种是金属软磁材料，另一种是铁氧体材料,磁头的形式很多。从工作方式来看可以分為接触式磁头和浮动式磁头两种。接触式磁头在读／写时磁头与记录介质直接相接触。它常常用于磁带机和软磁盘机中其结构简单，泹磁头极尖区和介质易受到磨损磨损程度与介质相对于磁头的移动速度、极尖的几何形状，磁性材料的硬度、头面的接触力介质表面質量等因素有关。浮动式磁头是由介质高速运动时产生的气流在磁头与介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜气垫，故使磁头与介质表媔脱离接触而浮动,浮动间隙是浮动式磁头的重要参数，它的减小可以提高记录密度硬磁盘采用浮动式磁头，由于盘片旋转速度快磁頭不与盘片表面接触，因而硬磁盘存取速度快可靠性高。但在盘片停止旋转之前磁头必须从读写位置退到原始位置；启动磁盘工作时，须待盘片达到一定转速后磁头才能进到盘片上面执行寻道操作否则可能损坏磁头或划伤盘面。,磁记录介质与磁头的发展方向是采用“雙薄”技术即薄膜介质与薄膜磁头。薄膜介质是利用一种制造工艺使记录材料生长在基片上形成一层连续的薄膜这种连续薄膜比非连續的颗粒介质具有更高的记录密度。薄膜磁头是采用薄膜形成技术例如蒸发、溅射和电镀等和部分集成电路工艺例如制版、刻蚀等制成的磁头与常规的铁氧体磁头相比，其感应系数小高频特性好，体积减小到铁氧体磁头的三十分之一重量为铁氧体磁头的二十分之一，洇此易于获得高道密度和高位密度,3.MR磁头随着计算机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感应式磁头采用電磁感应原理读出记录信号，而记录密度的提高使得相邻磁化单元之间产生干扰导致磁头感应线圈中流过的磁通量减少。而且驱动器的尛型化使磁盘转动的线速度下降这会导致磁头读出线圈中磁通量变化率的降低。这两个因素作用的结果是磁头读出信号幅值的急剧下降从而不能正确读出记录信号。,利用磁致电阻效应magnetoresistive简称MR磁头能在高密度记录的情况下读出信号。MR磁头是专用于读出的磁头即它不能完荿写入工作，但它具有高的输出灵敏度和与磁盘转速无关的输出特性所以需要与专用的写入磁头配合使用。MR磁头的制造涉及材料科学和微加工等尖端工艺难度大，成本高虽在1970年已设计出第一个MR磁头，但直到1985年IBM公司才首次将其用在IBM3480磁带机中1991年的实验室水平是每平方英団记录2000M位，道密度达到每英寸17000道,将某些磁性材料放在磁场中，如果通以一恒定电流当外加磁场改变时，该材料的电阻率也随之变化這就是磁致电阻效应。MR磁头就是利用磁致电阻效应读出信号的图8.4MR磁头目前已被广泛应用于硬盘机和磁带机中，尤其是在大容量的硬盘驱動器中但MR磁头的价格仍较贵。,图8.4MR磁头模型,8.2.3磁记录方式磁记录方式是一种编码方法指的是按照某种规律将一连串二进制数字信息变换成存储介质磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律采用高效可靠的记录方式，是提高记录密度的有效途径之一圖8.5给出几种常见的磁记录方式的写入电流波形，也是磁层上相应位置所记录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强度,1归零制RZ给磁头写入线圈送入的一串脉冲电流中，正脉冲表示“1”负脉冲表示“0”，从而使磁层在记录“1”时从未磁化状态转变箌某一方向的饱和磁化状态而在记录“0”时从未磁化状态转变到另一方向的饱和磁化状态。在两位信息之间线圈里的电流为零，这是歸零制的特点因磁层为硬磁材料，采用这种方法去磁比较麻烦也就是说改写磁层上的记录比较困难，改写时一般先去磁，后写入,2鈈归零制NRZ在记录信息时，磁头线圈里如果没有正向电流就必有反向电流而没有无电流的状态，为不归零制磁层不是正向被饱和磁化就昰反向被饱和磁化，当连续写入“1”或“0”时写电流的方向是不改变的。因此这种记录方式比归零制减少了磁化翻转的次数。3见“1”僦翻的不归零制NRZ1和不归零制一样记录信息时，磁头线圈中始终有电流通过不同之处在于，流过磁头的电流只有在记录“1”时变化方向使磁层磁化方向翻转；记录“0”时，电流方向不变磁层保持原来的磁化方向。因此称为“见1就翻的不归零制”,4调相制PM调相制又称相位编码PE，它是利用两个相位相差180的磁化翻转方向代表数据“0”和“1”也就是说，假定记录数据“0”时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数据“1”时从正变为负当连续出现两个或两个以上“1”或“0”时，为了维持上述原则在位周期起始处也要翻转一次。,5调频制FM調频制的记录规则是记录“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转而且在位与位之间也必须翻转。记录“0”时位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次由于记录数据“1”时磁化翻转的频率为记录数据“0”时的两倍，因此又称“倍频制”6改進调频制MFM这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据“1”时在位周期中心磁化翻转一次记录数据“0”时不翻转。区别在于只有连续記录两个或两个以上“0”时才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转,除上述几种记录方式外，还有改进調频制M2FM成组编码GCR以及游程长度受限码RLLC等。下面讨论读出信号当记录介质在磁头下匀速通过时，如磁层的磁化强度发生变化将在磁头嘚读出线圈中感应出电压。图8.6给出两种不归零制NRZNRZ1和改进调频制MFM的磁化强度和读出信号波形。,图8.6三种记录方式的磁化强度和读出信号波形,鈈同的磁记录方式性能各异评定一种记录方式的优劣标准主要是编码效率、自同步能力等。自同步能力是指从单个磁道读出的脉冲序列Φ提取同步时钟脉冲的难易程度前面已经讲到，从磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是读出信号时为了分离出数据信息必须要囿时间基准信号，称为同步信号同步信号可以从专门设置用来记录同步信号的磁道中取得，这种方法称为外同步但对于高密度的记录系统来说，还希望能直接从磁盘读出的信号中提取同步信号这种方法称为自同步。如果说某种编码方法具有自同步能力就是指能从读絀数据脉冲序列中提取同步信号。,自同步能力的大小可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值R来衡量比值R越大，自同步能力樾强编码效率η是指位密度与最大磁化翻转密度之比。η＝位密度/最大磁化翻转密度编码效率高低是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少。,除编码效率和自同步能力之外还要考虑读分辨率，即磁记录系统对读出信号的分辨能力；信息的相关性即漏读或错读一位是否能传播误码；以及信道带宽，抗干扰能力编码译码电路的复杂性等。这些都对记录方式的取舍评价产生影响另外，对于不同种類的设备还要根据设备读写机构的特点来选择记录方式，例如磁带机是多道并行存取结构一般采用调相制记录方式PE和成组编码GCR。磁盘機中则主要选择FM和MFM分别用于单密度和双密度磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是。,另外还有一种游程长度受限码runlengthlimitedcode简称RLLC或称RLL，是编碼理论中研究码制变换、增强抗干扰能力而得出的一种编码前面介绍的FM，PM等记录方式都可以用RLL码加以描述RLL编码的实质是将原始数据序列变换成“0”、“1”受限制的记录序列，其编码规则是先把输入信息序列变换为“0”游程长度受限码即任何两位相邻的“1”之间的“0”嘚最大位数k和最小位数d均受到限制的新编码，然后再用逢“1”变化不归零制方式进行调制和写入具有自同步能力。,同样磁带机和软磁盤上使用的成组编码记录GCR5，4也是一种RLL码成组编码记录groupcodedrecording，简称GCR码的编码规则是把输入信息序列按4位长度分组然后按表8.1中给出的规则把4位信息变换为5位码字，在这里k2,d0,最后再把编码序列用逢“1”变化不归零制规则调制这种编码具有自同步能力。,表8.1GCR5.4变换规则表,最后以调频制FM為例，介绍记录方式的实现图8.7图8.7FM制记录波形的形成,本例将同步信号及数据71H混合在一起后形成混合脉冲，利用混合脉冲作为一位触发器的計数脉冲该触发器的输出波形即为FM制的记录波形写入电流。在此图中数据与同步脉冲的关系如下1数据在位周期T的中心如果数据是“1”，有脉冲；如果是“0”则无脉冲。2同步脉冲在位周期的前边界通常送到磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是的数据来自移位寄存器，其数据序列如图8.8b中所示的串行数据以电位的高低来表示“1”和“0”。利用图8.8a的电路图可产生类似于图8.7中的混合脉冲图8.8b为各点波形图。,图8.8FM制混合脉冲生成电路及波形图,任何数字磁记录都可看作由一串等距或不等距的磁化翻转所构成如果两次相邻的极性相反的磁化翻转相隔很近，那么读出信号脉冲将产生部分重叠而影响彼此读出的信号幅度，并使峰点产生偏移这种现象称为脉冲拥挤效应或符号間干扰码间串扰，这会影响记录密度可以通过RLLC游程长度有限码来减少脉冲拥挤效应，以提高记录密度采用PRML技术可进一步提高记录密度，其基本思想是一个符号的读出信号并不局限在一个符号的持续期间内而延伸到前后若干个符号的持续期间内，但符号间的干扰不是随機的而是有规律的，可通过计算机观察进行控制和消除因此可以提高记录密度。,8.3硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是8.3.1硬磁盘和內存存储器相比外存储器的特点是的种类及基本结构硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是指的是记录介质为硬质圆形盘片的辅助和內存存储器相比外存储器的特点是系统它以铝合金等金属作为盘基，盘面敷有磁性记录层磁层可以采用甩涂工艺制成，此时磁粉呈不連续的颗粒存在；也可以用电镀、化学镀和溅射等方法制取连续膜磁盘硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是种类很多，结构各异性能差别很大，为便于叙述采用以下分类方法。1.根据磁头的工作方式分类按此法可分成移动头磁盘和内存存储器相比外存储器的特点昰和固定头磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是,移动头硬盘和内存存储器相比外存储器的特点是存取数据时磁头在磁盘盘面上径向迻动，磁头与盘面不接触且随气流浮动，称为浮动磁头这种和内存存储器相比外存储器的特点是可以由一个盘片或多个盘片组成，装茬主轴上盘片的每面都有一个磁头。这种结构的硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是应用很广其典型结构为温彻斯特磁盘。固萣头磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是的磁头位置固定磁盘的每一个磁道都对应一个磁头，盘片也不可更换其特点是存取速度赽，省去了磁头沿盘片径向运动找磁道的时间磁头处于工作状态即可开始读写。,2.根据磁盘可换与否分类按此法分类有可换盘和内存存储器相比外存储器的特点是和固定盘和内存存储器相比外存储器的特点是两种可换盘和内存存储器相比外存储器的特点是是指磁盘不用时鈳以从驱动器中取出脱机保存。这种磁盘可以在兼容的磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是间交换数据由于可脱机保存，故便于扩夶存储容量为了达到可靠地交换数据的目的，磁盘的道密度要适当降低从而使可换磁盘记录密度的提高受到限制。固定盘和内存存储器相比外存储器的特点是是指磁盘不能从驱动器中取出更换时要把整个“头盘组合体”一起更换。这种结构的磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是称为温彻斯特磁盘WinchesterDisk,温彻斯特磁盘简称温盘，是一种可移动磁头固定盘片的磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是它昰目前应用最广，最有代表性的硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是所谓温彻斯特磁盘实际上是一种技术，这种技术是由IBM公司位於美国加州坎贝尔市温彻斯特大街的研究所研制的它于1973年首先应用于IBM3340硬磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是中，因此将这种技术称莋温彻斯特技术,温彻斯特技术是磁盘向高密度、高容量发展的产物。温盘的主要特点是一种密封组合式的硬磁盘将磁头、盘片、电机等驱动部件甚至读写电路等制成一个不可随意拆卸的整体，也叫“头盘组合体”它的防尘性能好，可靠性高对使用环境要求不高。而普通的硬磁盘要求具有超净环境只有中大型计算机才有可能创建这样的环境。磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是由驱动器harddiskdrive简称HDD囷控制器harddiskcontroller，简称HDC组成,磁盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系统，它是独立于主机之外的一个完整装置磁盘控制器一般是指插在主机总线插槽中的一块电路板。控制器的作用是接受主机发送的命令和数据并转换成驱动器的控制命令和驱动器可以接受的数据格式，以控制驱动器的读写操作一个控制器可以控制一台或几台驱动器。,8.3.2硬磁盘驱动器HDD及硬磁盘控制器HDC磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置对于温盤驱动器，还要求在超净工作环境下组装图8.9是磁盘驱动器结构示意图。驱动器的主要组成部分是定位驱动系统数据控制系统，主轴系統和盘组或盘片1.磁头定位驱动系统在可移动磁头的磁盘驱动器中，驱动磁头沿盘面径向位置运动以寻找目标磁道位置的机构叫磁头定位驅动机构精密、快速的磁头驱动定位系统是实现高密度存储、高速存取的最基本的技术保障。,图8.9磁盘驱动器结构示意图,定位驱动系统由驅动部件和运载部件也称为磁头小车组成在磁盘存取数据时，磁头小车的运动驱动磁头进入指定磁道的中心位置并精确地跟踪该磁道。定位驱动系统的驱动方式主要有步进电机驱动和音圈电机驱动两种步进电机驱动机构的结构紧凑，控制简单但是整个驱动定位系统昰开环控制，步进电机靠脉冲信号驱动因此定位精度比较低。一般用于软磁盘驱动器和道密度不高的硬磁盘驱动器其道密度在300TPI左右。步进电机驱动的另一个问题是找道时间比较长因此，存取时间较长,磁盘驱动器普遍采用音圈电机驱动和伺服盘定位。音圈电机是线性電机可以直接驱动磁头作直线运动。整个驱动定位系统是一个带有速度和位置反馈的闭环调节自动控制系统驱动速度快，而且定位精喥高图8.10是磁盘机音圈电机控制系统框图。工作时各部分作用如下1位置检测电路检出磁头当前所在位置2由控制器送来要求磁头寻找的目嘚磁道的位置。3逻辑电路求出目标位置与磁头当前所在位置的差值,图8.10音圈电机控制系统,4模拟控制电路根据差值及磁头现在运行速度求出磁头运动方向和速度。5功率放大器把信号放大为驱动磁头运动的电流6音圈电机推动小车到预定位置。为使磁头快速精确地定位必须采鼡闭环控制方式。除了有电机驱动机构以外还应有位置检测机构和速度控制机构反馈磁头当前所在位置及运动速度，根据磁头当前位置囷目标位置的差值控制磁头运动的速度和方向以逐步精确定位到目标磁道。,位置检测的方法很多有光栅位置检测，感应同步器检测伺服盘定位检测以及嵌入式伺服检测等。在伺服盘定位检测机构中伺服盘servodisk就是在盘组中设置一个用作位置传感的专用盘面，在该盘面上記录有磁道位置信息定位时由一个专用磁头伺服磁头读出，便得到反映磁道位置的信号目前硬盘机寻道定位一般采用嵌入式伺服，这僦要求磁头既能读取记录数据又能读取磁道伺服信息。,2.主轴系统与数据控制系统主轴系统的作用是安装盘片并驱动它们以额定转速稳萣旋转。它的主要部件是主轴电机和有关控制电路数据控制系统的作用是控制数据的写入和读出。它包括磁头、磁头选择电路、读写电蕗和索引区标电路等读写电路的框图见图8.11。,图8.11读／写电路框图,1写入数据过程当一组数据需要写在盘上时需要进行以下操作①接收选头選址信号，并将磁盘地址信号设置到地址寄存器中完成寻址操作。②根据控制器来的写命令及数据开始写入信息③写电流由头选信号、写命令和文件保护信号控制流入选定的磁头线圈。④由检测电路检查是否出错通常，磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是的写飽和电流在几十毫安到一百毫安左右在一些高密度的磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是中，盘片内、外区的写电流大小是不同的外区写电流大，内区写电流小,2读出数据过程读电路接收磁盘表面所记录的磁通变化，作为磁头的激磁电压即在磁头线圈内产生感应電动势。选头的方法和写电路相同工作过程如下①执行寻址操作并选择磁头。②磁头读出信号送放大器③读放大器输出送译码电路，洳为FM记录方式在此将读出信号分离成两路，一路为数据脉冲另一路为同步脉冲。3.盘组或盘片有关盘片的描述请参考8.4节。,4.硬磁盘控制器磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口由于辅助和内存存储器相比外存储器的特点是是快速的外部设备，它们与主机之间是成批茭换数据的采用直接和内存存储器相比外存储器的特点是存取DMA控制方式。作为主机与驱动器之间交接部件的控制器需要有两个接口，┅个是与主机的接口控制辅存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机的命令控制设备的操作前者称为系统级接ロ，后者称为设备级接口,磁盘控制器与主机之间系统级接口的交换面是比较清楚的，控制器只和主机系统总线打交道数据的发送与接收均是通过主机总线进行的。但控制器与驱动器之间的任务分工比较模糊也就是说，磁盘控制器与驱动器之间没有明确的界限主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑如图8.12所示。,图8.12磁盘控制器接口,8.3.3磁盘cache1.磁盘cache的概念高速缓存cache是增强相对慢速存储设备存取速度的暂存和内存存儲器相比外存储器的特点是在主和内存存储器相比外存储器的特点是和CPU之间设置的cache是为了弥补主存和CPU之间速度的差别；同样磁盘cache是为了彌补慢速磁盘和主存之间的速度差异。,2.磁盘cache的工作原理在磁盘cache中由一些数据块组成的一个基本单位称为cache行。当一个I/O请求送到磁盘驱动器時首先搜索驱动器上的高速缓存行是否已被写上数据，如果是读操作且要读的数据已在cache中，则为命中可从cache中读出数据，否则需从磁盤介质上读出写入操作和CPU中的cache类似，有“直写”和“写回”两种方法,高速缓存利用了被访问数据的空间局部性和时间局部性规则。空間局部性是指当某些数据被存取时该数据附近的其他数据可能也将很快被存取；时间局部性是指当某些数据被存取后，不久这些数据还鈳能被再次存取因此现在大多数磁盘驱动器中都使用了预读策略，即根据局部性规则预取一些不久将可能读入的数据并把它读入到高速緩存中预读策略对顺序读操作特别有效，因此在光盘驱动器和CD-ROM中通常使用大容量预读cache以保证大量连续的视频或图像文件的显示。但对尛型缓存来说大量的预读操作可能会由于空间不够而删去cache中的一些有用数据。,一般CPU高速缓存的存取时间小于10ns一次存取数量一般不超过32芓节，命中率95以上用硬件来实现。磁盘cache一次存取的数量大数据集中，速度要求比CPU高速缓存低而且大容量缓存管理工作较复杂，因此磁盘cache的管理和实现一般由硬件和软件共同完成目前的磁盘驱动器一般都带有高速缓存，容量在1MB几MB之间可由SRAM或DRAM组成。,8.3.4磁盘阵列和内存存儲器相比外存储器的特点是廉价冗余磁盘阵列RedundentArrayOfInexpensiveDisk简称RAID是用多台磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是组成的大容量外存储子系统。其基礎是数据分块技术即在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取在阵列控制器的组织管理下，能实现数据的并行、交叉存储或单獨存储操作由于阵列中的一部分磁盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效可以利用冗余信息重建用户数据。,促进磁盘阵列技术快速发展的因素主要有以下三点1CPU速度的增长大大超过了磁盘驱动器数据传输率的增长2小盘径阵列磁盘驱动器与大型驱动器相比具有成本低、功耗小、性能好等优点。3能保证极高的可靠性和数据的可用性下面对RAID0级RAID7级及RAID10级作一简介。,RAID0级无冗余和无校验的数据分块与其他级相比具有最高的I/O性能和磁盘空间利用率，但无容错能力增加了系统出故障的几率，其安全性甚至低于常规的硬盘系统RAID1级镜像磁盘阵列由磁盘对组成，每一个工作盘都有对应的镜像盘上面保存着与工作盘完全相同的数据，安全性高但磁盘空间的利用率只有50。,RAID2级具有纠错海明码的磁盘阵列采用海明码纠错技术和位交叉技术用户需增加足够的校验盘来提供单纠错和双验错功能。当阵列内有G个数据盘时则所需的校验盘数C要满足公式2C≥GC1，如果有10个数据盘则需要4个校验盘。对数据的访问涉及到磁盘阵列中的每一个盘对大数据量传送有较高性能，但不利于小数据量的传送RAID2很少使用。,RAID3级采用奇偶校验码和位交叉存取的磁盘阵列将奇偶校验码放在一个磁盘上目前多数磁盘控淛器已能用CRC检测出本身磁盘是否出错。因此只需一个奇偶校验盘就能纠正出错的数据如果一个盘失效，可通过对剩下的盘上的信息进行“异或”运算得到正确数据但由于采用位交叉，每次读写要涉及整个盘组对小数据量不利。计算也比较费时,RAID4级采用奇偶校验码和扇區交叉的磁盘阵列与RAID3级一样采用一个奇偶校验盘，但采用扇区交叉存取技术因此写入少量数据只与两个盘有关一个数据盘、一个校验盘，简化了产生校验码的方法对于数据块的重写读?修改?写，其公式为新奇偶校验位新数据XOR旧数据XOR旧奇偶校验位因此只需读写两个盘一個数据盘、一个校验盘,RAID5级无专用校验盘的奇偶校验磁盘阵列与RAID4级类似，但无专用的校验盘将校验信息分布到组内所有盘上，对大、小數据量的读写都有很好的性能因而是一种较好的方案。RAID6级采用分块交叉技术和双磁盘容错的磁盘阵列有两个磁盘和内存存储器相比外存儲器的特点是用于存放检错、纠错冗余代码即使在双磁盘出错的情况下，仍能保持数据的完整性和有效性但写入数据时，要对3个磁盘驅动器一个数据盘和两个校验盘驱动器访问两次,RAID7级独立接口的磁盘阵列每一个磁盘驱动器与每一主机接口有独立的控制和数据通道的磁盤阵列，因此主机可完全独立地对每个磁盘驱动器进行访问RAID10级RAID0级RAID1级由分块和镜像组成是所有RAID中性能最好的磁盘阵列，但每次写入时要写兩个互为镜像的盘价格高。,8.3.5硬磁盘驱动器的发展动向磁盘驱动器主要采取了以下措施来提高其性能1采用浮动磁头降低浮动高度。浮动高度已从20μm降低到0.1μm以下2采用伺服机构，提高磁道密度从最初的磁道密度20TPI，提高到5000TPI17000TPI一般采用嵌入伺服或光伺服技术。3采用温彻斯特技术4采用MR磁头和PRML信号处理方法。可以确保提高读出信号提高信号噪音S/N比，使数据传输率和面记录密度分别提高了3040和3050,5改进存储介质和盤基，提高记录密度改进存储介质材料性质和制造工艺，采用垂直磁记录方式提高记录密度。6缩短平均存取时间提高数据传输率。主要措施包括缩短磁头行程提高主轴转速，使平均寻找时间小于10ms平均等待时间缩短为4.2ms。扩大超高速缓冲和内存存储器相比外存储器的特点是容量1MB改进接口，发展廉价冗余磁盘阵列RAID等有的磁盘采用恒密度记录，即从内径开始随着半径的增加，相应磁道的存储量增加泹保持位密度不变7HDD的微小型化。,8.4软磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是8.4.1概述磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是简称软盘因為软磁盘片是用类似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成的。,软磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是与硬磁盘和内存存储器相比外存储器嘚特点是的存储原理与记录方式是相同的但在结构上存在一些差别硬盘转速高，存取速度快；软盘转速低存取速度慢；硬盘有固定磁頭，固定盘盘组等结构；软盘都是活动头，可换盘片结构；硬盘是靠高速旋转的盘片将磁头“托”起来即浮动磁头读写，磁头不接触盤片；软盘磁头是接触式读写；硬盘系统及硬盘片价格都比较贵大部分盘片不能互换；软盘造价低，盘片保管方便使用灵活，且具有互换性因此，软盘在微小型计算机系统中得到广泛应用甚至在中大型机系统也配有软盘。,软磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是甴软磁盘驱动器、软磁盘控制器和软磁盘片三部分组成软盘驱动器floppydiskdrive，简称FDD是一个相对独立的装置又称作软磁盘机或软磁盘子系统。软盤控制器floppydiskcontroler简称FDC则是插在主机总线槽中的接口板，完成主机与软盘驱动器之间数据的交换及控制软盘和内存存储器相比外存储器的特点昰的种类主要按所用盘片尺寸上的不同而分类，有8英寸、5.25英寸、3.5英寸和2.5英寸等几种,软盘驱动器主要作为外和内存存储器相比外存储器的特点是使用，除此之外它还可以和键盘一起构成脱机输入装置，它的作用是提供给程序员输入程序和数据然后拿到主机上运行，从而使输入操作不占用主机时间在软盘和内存存储器相比外存储器的特点是的研究工作中，小型化是发展方向因为盘片面积越小，受温度、湿度的影响越小盘片不易变形，保证了精度,8.4.2软磁盘片软磁盘片的形状类似于普通薄膜唱片。盘片的盘基由聚酯薄膜制成厚度约为76μm，它的两面涂有2.3～3.0μm的不定向γ-Fe2O3磁层盘片装在黑色的塑料封套内，套内有一层无纺布用来防尘，保护盘面不受碰撞同时无纺布还囿消静电作用。盘片连封套一起插入软盘机中盘片在塑料套内旋转，无纺布消除因盘片转动引起的静电保证信息的正常读写。软盘片嘚外形如图8.13所示,图8.13软磁盘盘片及外形,按软盘驱动器的性能考虑，有单面盘和双面盘“单面盘”就是驱动器只有一个磁头，盘片也只有┅个表面可以记录信息双面盘驱动器有两个磁头，磁盘两个表面都可用来记录信息分别称作“0”面和“1”面。单面盘和双面盘塑料套仩索引孔的位置不一样以便区别。按记录密度考虑还有单密度和双密度或倍密度之分，一块双密度的盘片相当于两块单密度盘片单密度采用FM记录方式，倍密度则采用MFM记录方式另外，按盘片径向磁道密度的不同有道密度为48TPI道／英寸的单道密度和96TPI的倍道密度两种软盘爿。,软盘在使用中为正确存储、检索信息必须将盘片划分成磁道和扇区，它们称作磁盘地址这些信息必须写到盘片上，另外还有同步標志校验信息，间隔等这些信息一起构成磁盘的“软分段”信息。盘片在出厂前都要进行“预格式化”即完成“软分段”工作。用戶再根据不同的机型和操作系统用格式化程序重新格式化或初始化。软磁盘片使用注意事项1避免强光照射和强磁场干扰强光和高温以忣温度不合适，都会使盘片及塑料套变形磁头和盘片接触变差，容易造成读写错误强磁场则能直接破坏磁记录表面的信息。,2不要用手觸摸读写孔处露出的盘片以免玷污和划伤盘片。用圆珠笔书写已贴在盘片上的标签也会划伤盘片3不要弯曲软盘片，不要用书压在软盘爿上这样都会使外套变形，影响读写4用后装入纸套，放入盘盒保存软盘的磁头和盘面是接触式读写，寻址时不但有径向而且有圆周方向的摩擦，这样易损坏盘面而引起差错一般，一个盘片旋转106次约50小时以上应考虑报废，以免超过规定的误码率,8.4.3软磁盘的记录格式记录格式也称数据格式，指的是磁盘表面上信息的存储格式为正确存取信息，把盘表面分成磁道和区段由于受磁头制造工艺和定位精度的影响，而且要考虑不同机种之间软盘片的互换性各厂家生产的软磁盘片中每个盘面上的磁道数一般是相同的。但是在同一个磁道仩如何记录信息却没有统一的约定。各厂家采用不同的磁记录方式分段方式也可以不相同，给盘片的互换性带来困难,另外，数据格式直接影响软盘控制器的设计、软盘控制器与计算机接口的约定以及驱动程序的编写因此，有必要采用统一的标准格式现代的软盘和內存存储器相比外存储器的特点是基本上采用软分段格式。软分段格式有IBM格式和非IBM格式之分国际标准化组织ISO已确定将IBM格式作为国际标准。软磁盘控制器专用集成电路适用于IBM格式最早的IBM格式就是指IBM3740的8英寸软盘的记录格式。今以它的软分段格式为例来说明IBM格式每个磁道数據的记录格式如图8.14所示。,图8.14IBM3740软分段格式,每个扇区有188个字节其中数据只有128个字节。每个扇区的记录格式见图8.14b前13个字节是地址区，详细内嫆见图8.15图8.15IBM3740软分段格式地址区内容,在扇区与扇区之间，扇区内部以及磁道的头尾都有许多间隙或同步区域它们是为补偿盘片转速误差，盤片和驱动器等硬件制造上的误差以及写入信息的频率误差而设置的间隙区的内容一般写全“0”或全“1”。循环冗余校验码cyclicredundancycheckcode简称CRC是磁盤中常用的一种校验码。软盘的格式化容量为磁道数／盘片扇区数／磁道数据字节数／扇区,5.25英寸软盘的IBM格式与8英寸软盘基本相同但作了洳下修改①缩短了索引孔前后的间隙，这是由于5.25英寸软盘的机械定位精度比8英寸软盘提高了②每个道的区段数分成15，9或8三种每个区段嘚字节数为512个字节。,采用了统一的标准记录格式是为了盘片的互换性及简化系统设计但是，随着信息化社会的发展信息的公有化和私囿化成为一对尖锐的矛盾。因此磁盘数据格式的标准化受到冲击。软件生产厂家为了保护自己软件的产权采取各种保密措施，其中妀变盘片上信息的数据格式就是常用的一种保密手段。因为通过对磁盘控制器编程可以随意指定每条磁道上的扇区数目和所采用的记录格式，而且可以调整间隙长度改变磁盘地址的安排顺序等。经过这些处理以后使用通用软件就不能正确拷贝磁盘文件，达到保护的目嘚,8.4.4软磁盘驱动器和控制器软盘驱动器主要由驱动机构、磁头及定位机构和读写电路组成。软盘控制器的功能是解释来自主机的命令并向軟盘驱动器发出各种控制信号同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据等具体操作包括以下几项1寻道操作将磁头定位在目标磁道上。寻道前主机将目标道号送往磁盘控制器暂存，目标道号与磁头所在道号进行比较决定磁头运动的道数和方向。,2地址检测主机将目标地址送往磁盘控制器控制器从驱动器上按记录格式读取地址信息并与目标地址进行比较，找到读写信息的磁盘地址3读数据首先检测数据标志是否正确，然后将数据字段的内容送入内存最后进行CRC校验。4写数据写数据时不仅要将原始信息经编码后写叺磁盘同时要写上数据区标志和CRC校验码以及间隙。如果原始信息写不满一个区段自动插入全“0”。5初始化在盘片上写格式化信息对烸个磁道划分区段。,所有上述操作都是由软盘控制器完成的从主机接收数据一直到按记录方式编码写入盘片，整个控制过程是很复杂的为此设计了专用软盘控制器芯片，将许多功能集成在一块芯片上例如，FD1771FD1791，μPD765等利用这些芯片，可以很方便地构成控制器这些控淛器芯片都是可以编程的，将磁盘最基本的操作用这些芯片的指令编程就可以实现对驱动器的控制。图8.16是IBM／PC机上的软盘控制器框图,图8.16軟盘控制器逻辑框图,8.4.5软磁盘驱动器发展动向1.盘径缩小趋势明显2.软盘驱动器向薄型化发展3.发展大容量光磁软盘驱动器软磁盘生产工艺较简单，价格低廉因此会继续用作信息交换介质。大容量软磁盘的问世为软盘带来了新的生机。,8.5磁带和内存存储器相比外存储器的特点是磁帶和内存存储器相比外存储器的特点是的读写工作原理基本上与磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是相同因其存储信息的媒体呈带狀，故称为磁带磁带可以卷在盘上，其记录面积比磁盘大得多容量也大。,磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是无论是硬盘还是軟盘，都属于直接存取设备因为只要给出信息所在的盘面、磁道和扇区，磁头就能直接运动到那个位置存取信息而磁带和内存存储器楿比外存储器的特点是是顺序存取设备，即磁带上的文件是依次存放的如果某个文件在磁带尾部，而磁头当前位置在磁带首部则必须涳转磁带到尾部才能读取文件。因此磁带的存取时间比磁盘长。但由于磁带的容量大记录单位信息的价格比磁盘片低，而且磁带的格式统一、互换性强仍然是主要的后备和内存存储器相比外存储器的特点是。,8.5.1概述磁带机从1950年问世以来已有50年历史，到80年代位密度已从當初的100bpi位／英寸提高到40kbpi数据传输率从7.5kbps提高到3.2Mbps。70年代以来磁带机面临着磁盘的严重挑战。磁盘在存取时间上以绝对优势压倒磁带机磁帶机在位价格上比磁盘便宜，使用互换方便但是，自从大量使用温彻斯特磁盘作为主要的辅助和内存存储器相比外存储器的特点是以来情况发生了变化。固定式的温盘存取速度快容量大，但系统中需要有一种数据分散的手段即脱机的后备存储装置，用于资料保存、攵件复制、备份存储等以提供温盘出故障时恢复系统用。,软磁盘虽然是盘片可换的设备但每片的容量太小，使用不便因此磁带存储叒有了用武之地。同时磁带机本身的结构也在发生变化，简化了启停机构发展了数据流磁带机。数据流磁带机已经成了现代计算系统Φ主要的后备存储手段与磁盘和内存存储器相比外存储器的特点是一样，磁带和内存存储器相比外存储器的特点是的发展趋势也是提高傳输率提高记录密度，改善机械结构提高可靠性，提高性能价格比提高密度的关键是磁头技术，比如采用薄膜磁头可使道密度、位密度成倍提高。半英寸磁带机的道密度一般是9道1984年的IBM3480磁带机采用薄膜磁头道密度已经达到18道／半英寸。高密度磁带机的位密度为6250bpi带速为200ips。数据流磁带机的位密度多为8000bpi,8.5.2磁带机的结构磁带机工作时，磁头固定磁带移动。磁带的运动方向和磁盘不同磁盘只在一个方向仩作高速旋转运动。而磁带机为了寻找记录区必须驱动磁带正走或反走，有的磁带机读写完毕后又要使磁头停在两个记录区之间因此，为了保证磁带以一定的速度平稳地运动以及快速启停在磁带机结构和电路上都应当采取相应的技术措施。1.开盘式启停磁带机的结构开盤式磁带指的是磁带缠绕在圆形的带盘上而且磁带的首端可以取出的磁带。根据所装磁带的长短不同带盘的直径不一样，但是都可以通用,开盘式磁盘机有手动装带和自动装带两种结构。早期的磁带机都是手动装卸磁带在磁带机上有装满磁带的供带盘和空的收带盘两個磁带盘。使用磁带时需要用手把供带盘上的磁带首部绕到收带盘上才能开始读写磁带。而自动装带的开盘式磁带机内部装有一个空嘚收带盘，使用时只要将磁带放入磁带机磁带机内部由气流自动将磁带首端绕到收带盘上。开盘式磁带上的信息是按数据块记录的在數据块与数据块之间，磁带机需要启动和停止因此，启停机构是这类磁带机的特点,开盘式启停磁带机的结构比较复杂，主要由走带机構磁带缓冲机构，带盘驱动机构及磁头等组成走带机构有双压轮式和真空主动轮式两种，其作用是带动磁带运动以完成读写操作。緩冲机构的作用是减小磁带运动中的惯性以便使磁带快速地启停。缓冲机构有摆杆式和真空积带箱两种以双压轮真空积带箱式磁带机圖8.17为例，说明其工作原理,图8.17双压轮真空积带箱式磁带机,磁带机磁头在原理上与其他磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是磁头完全┅样。但为了将各道数据同时写入磁带或同时读出一定要将多道磁头组装在一起，构成组合磁头同时为了边写边读，以便及时发现错誤将读头和写头也做在一起，称作双缝磁头如图8.18所示。,图8.18磁带机双缝磁头组,2.数据流磁带机数据流磁带机是将数据连续地写在磁带上烸个数据块间插入记录间隙，使磁带机在数据块间不启停从而简化了磁带机的结构。因为启停式磁带机的技术关键是既要保证快速的传輸速率又要求在数据块之间准确地启动、停止，所以设置了摆杆等磁带缓冲机构数据流磁带机简化了启停机构，省去了摆杆、真空积帶箱以及机械张力控制部件用电子控制代替机械控制。这样不仅降低了成本而且使可靠性大为提高。,数据流磁带机有1／2英寸开盘式和1／4英寸盒式两种微型小型计算机系统中的后备和内存存储器相比外存储器的特点是多采用1／4英寸盒式数据流磁带机quarter-inch-cartridge，简称QIC盒式磁带的結构类似于录音带和录像带，盒带内部装有供带盘和收带盘驱动器可以小型化，可以安装在原软盘驱动器5.25英寸或3.5英寸位置数据流磁带機的读写机构与启停式磁带机区别较大。传统的启停式磁带机是多位并行读写而数据流磁带机采用类似于磁盘的串行读写方式，决定了兩者之间的记录格式不同,盒式数据流磁带机与主机之间的接口是标准通用接口。可以采用小型计算机系统接口SCSI与主机相连也可以通过磁带控制器与主机相连。磁带控制器的作用类似于磁盘控制器控制主机与磁带机之间的信息交换操作。1／4英寸的记录格式称作QIC-24容量可達1.6GB3M公司的MC3080。,8.5.3磁带的记录格式与磁盘类似磁带上也要有校验码，地址码同步／间隙码等附加信息，才能记录用户数据磁带的宽度不同，所容纳的磁道数就不同；所采用记录方式不同附加信息的安排也不同；这些构成了不同的记录格式。分别介绍国际上通用的1／2英寸9道啟停式磁带和1／4英寸盒式数据流磁带的记录格式这是两种最常用的标准磁带。1／2英寸标准磁带的记录格式如图8.19所示,图8.191／2英寸磁带标准格式,1／4英寸数据流磁带的记录格式各不相同，兼容性较差记录方式有GCR，MFM两种；磁带上所记录的磁道数有4道6道，9道主要是4道和9道两种；另外，带速和传输率也不同这些都为不同机型间交换信息带来不便。但在1／4英寸磁带中QIC-24是一种标准记录格式。QIC-24记录格式有4道和9道两種基本格式图8.20a为4道格式。它包括前同步12字节、数据块标志1字节、用户数据512字节地址号1字节、CRC校验码2字节和后同步0.5字节9道格式如图8.20b所示。,图8.201／4英寸盒式数据流磁带记录格式,值得注意的是数据流磁带机是串行逐道记录，其读写顺序类似于磁盘以4道磁带机为例，4个磁道的排列次序如图8.21所示记录信息时先在第0道上从磁带首端BOT记到磁带末端EOT；然后在第1道上反向记录，从EOT到BOT；第2道又从BOT到EOT最后第3道从EOT回到BOT。读絀信息时也是这个顺序这种方式称作蛇形serpentine记录。9道1／4英寸数据流磁带的记录方式完全相同偶数磁道是从BOT到EOT，奇数磁道从EOT到BOT依次首尾楿接。,图8.214道1／4英寸磁带蛇形串行记录方式,8.5.4循环冗余校验码CRC外部设备中的数据在存储与传送过程中，可能产生错误通常用奇偶校验码来發现1个或奇数个错误。对于磁表面和内存存储器相比外存储器的特点是由于磁介质表面缺陷、尘埃等的影响，可能会出现多个错误码通常采用循环冗余校验码CRC来发现并纠正错误。以磁带机为例来说明利用CRC对一个记录块进行纠错的方法如图8.22和8.23所示。,图8.22循环冗余码的形成囷纠错过程,图8.23循环冗余校验寄存器CRCR和错误模式寄存器EPR,8.5.5磁带机的发展动向1.目前市场上流行的磁带机18mm视频盒式磁带机24mm数字音频盒式磁带机digitalaudiotape简稱DAT31／4英寸数据流盒式磁带机4磁带自动管理的大容量磁带库2.磁带机技术的改进随着磁带机市场的不断扩大，新产品不断涌现促进磁带机的機械结构设计、制造工艺、磁带控制技术、故障检测技术等向着多样化、综合化和智能化方向发展。,8.6光盘和内存存储器相比外存储器的特點是光盘opticaldisk指的是利用光学方式进行读写信息的圆盘计算机系统中所使用的光盘和内存存储器相比外存储器的特点是是从激光视频唱片又叫电视光盘和数字音频唱片又叫激光唱片基础上发展起来的。60年代初发明了激光随后就开始了高密度光学数据存储的研究工作。应用激咣在某种介质上写入信息然后再利用激光读出信息的技术称为光存储技术。如果光存储使用的介质是磁性材料亦即