10章-外存储器及接口.ppt

第十章 外存储器及接口 本章要点 磁存储技术、剩磁、读/写磁头 数据编码、归零制RZ、不归零制NRZ1、调相制PM、调频制FM、改进调频制MFM 磁道、扇区、柱面、磁盘盘片、磁盘驱动器、磁盘控制器 只读型光盘、一次写入型光盘和可重写型光盘 IDE、EIDE、SCSI 本章学习目标 了解磁存储原理 了解光存储技术 掌握软盘存储器和硬盘存储器结构和接口 掌握外存储器接口IDE和SCSI标准 10.1 磁盘存储器 磁表面存储器主要用于计算机系统中的辅存，可以存放大量的程序和数据。磁表面存储器包括磁盘、磁带、磁鼓、磁卡片等，但目前以磁盘为主。 10.1.1数据的磁存储原理 将磁性材料涂敷于基体上，制成磁记录载体，通过磁头与基体之间的相对运动来读写记录的存储器就是磁表面存储器。 磁记录信息的基本原理是利用硬磁性材料的剩磁状态来存储二进制信息的。磁性材料具有矩形磁滞线特性，如图10.1所示。 图10.1 磁性材料的B-H曲线 10.1.1数据的磁存储原理 磁性材料具有矩形磁滞线特性， 当外加电流产生的磁场强度H（或-H）建立时，磁性材料将相应地产生一磁感应强度B（或-B）。当H（或-H）=0时，B（或-B）不等于0而等于+Br（或- Br），这就是剩磁现象。+Br称作正向剩磁，- Br称作负向剩磁。利用磁性材料的两种不同剩磁状态可以表示二进制。如果规定+Br表示1，则- Br表示0。要在磁性材料上存1，则要加正向脉冲电流，反之则加反向脉冲电流。 根据电磁感应原理，变化磁场穿过闭合线圈时可以产生感应电势或电流。如果让已被磁化的磁性材料，在绕有线圈回路的磁头空隙处运动，使穿过线圈回路中的磁通量发生变化，那么在线圈中将会产生感应电信号，这样就把通过磁性材料的不同剩磁状态所表示的二进制信息，转换为电信号输出。 10.1.1数据的磁存储原理 磁头结构 用绕有线圈的有间隙的铁芯，作为读/写磁头，完成电磁能量转换，实现对磁表面存储器的写入和读出信息。磁头结构见图10.2。 当写入信息时，由a至b在瞬间通过电流，磁头铁芯里将产生顺时针方向的磁通，磁头两端空隙处形成定向磁场。当载磁体在这个磁场作用下做相对运动时，磁层表面就被磁化成有相应极性的磁化单元。要读出磁表面的信息时，磁头和载磁体之间相对运动，磁头铁芯中的磁力线发生变化，在磁头线圈回路中产生感应电势。由于磁化单元中剩磁的方向不同，因而在磁头线圈中产生的感应电势方向也不同，从而可以读出磁表面上的信息0或1。 图10.2磁头结构示意 10.1.2 磁盘数据编码方式 磁盘的数据编码方式，就是磁表面存储器记录二进制的方式。由于信息记录是在磁头中通以磁化电流来实现的，所以编码方式取决于写入电流波形的组合方式。数据编码方式的选取直接影响到记录密度、存储容量、传送速率以及读写控制逻辑。 数据编码方式按照写信息所施加的电流波形的极性、频率和相位的不同，有 归零制（RZ）、不归零制（NRZ1）、调相制（PM）、调频制（FM）和改进型调频制（MFM）。 现在常用的数据编码方式是调频制（FM）和改进型调频制（MFM）。 10.1.2 磁盘数据编码方式 归零制RZ（Return to Zero） 写“1”用正脉冲电流，写“0”用负脉冲电流。写完后电流总回归到零。这种方式又叫双向归零制或典型归零制。归零制的写电流波形如图10.3所示。 10.1.2 磁盘数据编码方式 归零制RZ（Return to Zero） 归零制的主要特点是写入前先退磁，两个信息位之间有未磁化的间隙，记录密度较低。每个位单元有2个读出波形，具有自同步能力，即能够从本磁道读出的信息脉冲序列中提取出选通时钟信号，而无需增加附加的同步磁道。 10.1.2 磁盘数据编码方式 不归零制NRZ1（Not Return Zero） 写电流只在写“1”时改变方向，写“0”时写电流不变，所有又称为“见1就翻”不归零制。这种方式的写电流波形如图10.4所示。 10.1.2 磁盘数据编码方式 不归零制NRZ1（Not Return Zero） 特点是各信息位之间没有空隙，记录密度高。存“1”才能读出信号，存“0”无读出信号，所以没有自同步能力。并且由于电流不回到零，功耗较大。 10.1.2 磁盘数据编码方式 调相制PM（Phase Modulation） 在此方式下，无论写“1”还是写“0”，一个位信息期间，写电流相位至少有一次改变。若写“0”，写电流先正后负，若写“1”，写电流先负后正。这种方式中，利用记录信号变向，可生成读同步脉冲，即具有自同步能力。波形见图10.5。 10.1.2 磁盘数据编码方式 调频制FM（Frequency Modulation） 写入二进制信息时，磁头通入的写电流的频率不同。其特点是每记录一个代码时，两个信息位的交界处，写电流方向一