外存储技术及设备1

第五章外存储技术及设备

5.1软磁盘机

一、概述

■软磁盘机的发展

1972年,IBM3740——8”，单面,单密度,400KB

1976年,SA400-----5.25"，单面，单密度,48TPI,

125KB

为扩大容量,由单面-＞双面,

单密度4倍密度4借道密度-＞高密度

微型软磁盘,3"~4"

35',135TPI

■软磁盘的磁道格式：为方便地从软磁盘中查出存储

的文件,要对软磁盘预先进行格式化。

扇区:为了存取数据的方便,每个磁道又分为许多称之为扇区

的小区段。每个磁道（不管是里圈还是外圈）上的扇区数是一样

的

扇区01

扇区02

盘地址:

园柱号（磁道号）扇区03

磁头号（面号）

扇区号

00道

01道

确定磁道起始和终止的点

非格式化容量=

f*t*磁道数*面数

格式化容量=

扇区字节数*扇区数

*磁道数*面数

UU

II0Nzv0S

dN5CXsiXd

vAH0Avv0M

oSVSaD

IDJ卜DATA)

区段1

3.5英寸软盘分为高密盘和低密盘。例如在DOS环

境下，3.5英寸低密盘的每个盘面划分为0〜79(80)个

磁道，每个磁道分割为9个扇区，每个扇区存放512个

字节，存储容量为720KB；3.5英寸高密度磁盘的盘面

划分为80个磁道，每个磁道又分割为18个扇区，存储

容量为L44MB。

某3.5英寸软盘机，转速为300rpm,数据传输率为

500Kb/s,2面，每面有80个磁道，每道18个扇区，每扇

区512字节，该盘片因为格式化用掉的存储容量为多少?

非格式化容量=f*t*磁道数*面数

=500*(60/300)*80*2(Kb)

=16000Kb

=2MB

格式化容量=扇区字节数*扇区数*磁道数*面数

=512*18*80*2(B)

=1.44MB

格式化用掉的容量=2-1.44

=0.56MB

、软盘驱动器的结构

•磁头及磁头支持机构

•磁盘驱动定位机构

•磁头定位机构

•磁头加载机构

•磁盘保护机构

1、磁头

软盘磁头具有适应软盘驱动器和介质互换性的能

力，为此：

R/W头两侧备有抹头。

抹头的缝隙宽度小于道间隙宽，这样，在不抹除

有效信息的情况下，可以保证道间数据与数据之间的

间隔，防止道间串扰，弥补磁头中心不能完全对准磁

道中心的不足，降低了磁头定位精度的要求。

2、磁盘驱动定位机构

将软盘准确地定位于主轴中心位置，并使其匀速

转动。

由磁盘插入引导机构、主轴驱动机构、磁盘夹紧

机构和磁盘弹射机构等组成。

磁盘插入引导机构使软盘初步定位于主轴中心位

置，以使磁盘夹紧机构能将盘片压紧在主轴上。

主轴驱动机构用来带动盘片匀速转动，现在，使

用的是薄型直流直接驱动电机。

磁盘夹紧机构用来把盘片固位在主轴上，并使之

旋转。

磁盘弹射机构使盘片自动弹出。

磁盘夹紧机构分以下两种:

1.利用磁盘的中心孔直接夹紧，有圆柱形和杯形结

构。

2.在磁盘上预先安装一个金属或塑料卡毂,利用这

个卡毂使磁盘与主轴夹紧.

3、磁头定位机构

作用：准确地将磁头驱动道指定的磁道位置,以保证

互换性。

组成:大部分采用步进电机开环控制，由步进电机、

传动件、磁头小车、小车导轨等组成。常用的传动件

有：钢带、丝杆和螺旋凸轮等。

4、磁头加载机构

作用：给磁头一个外加力，以保证磁头与盘面良好接

触。

有电磁铁加载和直接加载。

5、磁盘保护机构

三、软盘机的控制电路

•盘选择电路

•主轴恒速驱动电路

•状态检测电路

•磁头定位电路

•写入和读出电路

•接口

1.盘选择电路

DSO

DS1

F

DaHeadSelect

C

3.状态检测电路

(1)“00”道检测电路

光电检测器

微动开关

检测传感器

A相

DS

（2）索引信号检测电路

光电检测器

光电检测器

DS

霍尔元件

接

收

器

(3)写保护检测电路

光电检测器

微动开关

(4)“准备好”信号检测电路

微动开关

准备好状态：(1)被选中；

(2)盘片插好；

(3)主轴电机已旋转;

(4)磁头定位在00道。

4.写入电路

根据写入数据产生相应的写电流

原理框图

对写入电路的要求

(1)写电流应足够大；

(2)写电流应保持恒定；

(3)写电流过渡过程时间应短；

(4)提供合适的抹电流。

(5)在高密度软盘机中，在43道以内的磁道，应减

小写电流。

抹电路

作用：产生抹电流，以修整磁道边缘，防止道间串扰。

抹电流应比写电流延迟导通和切断。

（为什么？）

5.读出电路

原理框图

读出电路原理框图

波形图

5.2硬磁盘机

硬盘机的发展经历了以下四个阶段：

(1)固定头硬磁盘机

(2)活动头、固定盘式硬磁盘机

(3)活动头、可换盘式硬磁盘机

(4)温式硬磁盘机(活动头、固定盘)

、温式硬盘机的特点(P323)

(1)头盘组件和定位机构采用全封闭方式

(2)磁头采用接触式启停

(3)主轴和电机一体化

磁头浮动原理(P330)

W正压：浮力垂直向上

~~亍负压：浮力垂直向下

、温式硬盘机的组成(P324)

选头电路

硬前置放大

盘

控

制J驱动电机―

器无刷直

反馈信号流电机

主轴电机」

驱动电路I

PCBAHDA

三、磁头定位系统

1、磁头定位控制方式(P323、P326)

♦开环控制

步进

中脉冲

央---►

控方向转换驱动

制信号电路电路

器

♦半闭环控制

♦闭环控制（P326）

执

行

机

构

速度控制（粗控）：道差＞1时，快速定位于目标道

位置控制（精控）：道差＜1时，

尽可能快速地保证数据头稳定在数据磁道中心

2、闭环控制的伺服方式(P323)

◊面伺服

◊扇区伺服

◊埋入伺服

◊光电伺服

3、执行机构

◊旋转式

◊直线式

4、伺服信息编码

◊双位码

奇、偶伺服道上分别记录相位相差180的双

位脉冲。

伺

N

evensSRN.-sSN服

oddNNSSkNNSs头

sNN

evensSNNS

+I

PES=Vo、

读出波形

◊二相双位码

伺服码：uonoooioioooioioooioioooioioooiionoo

X=A-BY=C-D

五、高密度硬盘存储的关键技术(P338)

1、高密度磁头技术

铁氧体->MIG->TF->MR

MR头的工作原理:利用磁电阻效应检测磁强。

磁电阻效应是一种物质受到外加磁场作用后引起电

阻率(p)发生改变的现象。

2、低信噪比下的信号处理技术

PRML,Viterbi信号处理技术

3、高矫顽力、低噪音的记录介质技术

4、精密伺服定位技术

(1)先进的伺服跟踪技术，如光伺服

(2)采用两级定位器

5、采用高速通道、高速缓存和超级数字信号处理

(UltraDSP)技术

6、提高主轴电机转速(采用流体动压轴承HDB)

7、盘阵列技术以实现并行处理

5.3光存储技术

一、概述

1、光存储技术的特点(P342)

・存储密度高

・存储寿命长

•非接触式读写

•数据传输率较低

2、光存储设备分类（P342）

・只读存储

•一次写入多次读出

•可镖除重写存储

相变型、磁光型

3、CD—ROM存储器技术指标（P370）

（1）数据传输率

单速驱动器：150KB/s（记为IX）

倍速驱动器：300KB/s（记为2X）

16倍速驱动器：16*150KB/s（记为16X）

*光盘转动速度为CLV方式（恒定线速度）（P372）

光盘存储器的组成(P358)

1.激光器和与之相连形成读/写光点的光学系统；

2.检测和校正读/写光点与数据道之间的定位误差的

光电伺服系统；

3.检测和读出数据的光电系统；

4.移动光头的机构；

5.写/读数据通道中的编/译码及ECC电路；

6.光盘---数据存储媒体；

7.光盘主轴机构；

8.光盘机的电子线路；

、光盘存储系统的记录机理(P350)

2、一次写入多次读出

记录方式

•烧蚀型：存储介质为金属等

•起泡型：聚合物-高熔点金属两层薄膜

•熔绒型：离子刻蚀过的硅

•合金化型：粕-硅等双层结构

•相变型：硫化合物或金属合金

3、可重写

(1)相变型

写入：利用高功率和短脉宽激光束聚焦于记录介质薄

膜上，介质吸热后迅速升至熔点并在骤冷条件下形成

非晶态。

擦除：利用适当功率和较长脉宽的激光束再作用于记

录点，使该点温度上升至低于材料的熔点而高于非晶

态的转变温度，使产生重结晶而恢复成为晶态。

读出：由于晶态和非晶态材料的折射率和反射率不同,

故记录点反射率与周围区域有明显反差，利用小功率

激光束检出此反射率的差异。

(2)磁光型

四、光盘的伺服系统

功能：以亚微米级的精度使扫描光点保持在焦点和

信道上，实现光点的三维伺服：

聚焦伺服

径向跟踪伺服

切向跟踪伺服

1.聚焦伺服■

功能：自动移动物镜以确保光盘的记录介质平面保

持在焦深范围内.

聚焦误差信号的检测方法：

a.像散法

像散:物点发出的窄光束经透镜后不再交于一点的

b.刀口法

在反射光束中非对称地设置一刀刃状物，把二象

限探测器放在成象点处。

焦点:平面

2.径向跟踪伺服

a.三光束（三点）法

由衍射光栅产生读写用的主光束，径向跟踪用

的±1级辅助光束，辅助光束在信道中心正负错开,

跨在信道上，由于信道的平均反射率低于信道间反

射率,当信道中心与两跟踪光点中心距离不等时，就

会产生非零差分信号，自动调节输出为零，即实现自

动跟踪伺服。

5.4网络存储技术

一、DAS(DirectAttachedStorage)

传统存储技术

♦存儡2佞修构(画⑨锡明)

♦绸皮

♦局限傕

二、NAS(NetworkAttachedStorage)

附网存储

♦存儡算佞修构(画出锡明)

♦优点

♦触电

三、SAN(StorageAreaNetwork)

存储局域网

♦存儒S佞痣构(画图短明)

♦优袈

♦存在的向题

四、提出一种新的存储技术

五、展望网络存储技术的发展趋势

5.5磁盘阵列技术

冗余磁盘阵列技术，即RAID

(RedundantArraysofInexpensiveDisks)

是指通过利用多块硬盘按照一定的规则组成阵列

的形式来达到提高数据传输率或提供更高容错性，保

证数据安全的技术。

、RAID结构

根据阵列容错方式和数据分布方式的不同，通常有

RAIDO,1,2,3,4,5几种级别。

1、RAIDO

采用数据分块技术，数据被分成大小相等的块写入

阵列中的不同硬盘。存放格式如下：

盘1盘2盘3盘4

DID2D3D4

D5D6D7D8

D9D1ODllD12

D13D14D15D16

特点:效能较高（盘空间全被利用），但安全性差。

对视频编辑和广告制作等需要高速传输和大容量

的应用很有好处

2、RAID1

采用镜像容错结构，每个数据盘都有一个与之成镜

像的磁盘，两者保持完全相同的数据。

盘1盘2盘3盘4

DID2DID2

D3D4D3D4