第九章　辅助存储器与磁盘阵列技术

本章主要内容

外部存储设备概述
磁盘设备组成与运行原理
磁盘阵列技术与容错支持
光盘设备组成与运行原理

外部存储设备概述

类型：主要指 磁表面存储器（磁盘、磁带）光存储器（光盘）

特性：容量大、成本低、断电后还可以保存信息，能脱机保存信息，弥补了主存的不足

技术指标
　　■存储密度：单位长度或单位面积上存储的二进制信息数量。
　　■存储容量：一台设备能存储的总信息量，以字节为单位。
　　■寻址时间：直接存取方式访问（如磁盘）
　　　　　　　　顺序存取方式访问（如磁带）
　　■数据传输率：单位时间内传送数据的数量，单位bps或者Bps。
　　■误码率：一个轮次读操作过程中，出错的比例。
　　■价格：总价格和存储单位信息的平均价格。

磁记录原理

磁表面记录设备，是在磁头和磁性材料的记录介质之间有相对运动时，通过一次电磁转换完成一次读写操作。

磁头：通常由软磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性材料的磁性容易消失）做成。

磁记录介质：在刚性或柔性载体上涂有薄磁材料的物体，记录以磁状态表示的信息。一般选用硬磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性材料的磁性尽量多的保留）。

磁记录原理

	磁头，软磁材料 导磁率高，饱和磁感应强度大 矫顽力小，剩余磁感应强度小
	磁记录材料，硬磁材料 记录密度高，记录信息时间长 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，温度、湿度影响小

磁头结构和电磁转换示意图

磁记录方式

磁记录方式： 是指一种编码方法，即如何将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列
好的编码方法应该有：
　　■更高的编码效率：
　　　　◆编码效率：指记录密度与最大磁化翻转密度之比，即为记录一位信息所用的最多磁化翻转次数的倒数；
　　　　◆FM、PM编码效率50％，MFM、NRZ、NRZ1编码效率100％
　　■更高的自同步能力：
　　　　◆自同步能力：指从读出的数据信息中提取出同步时钟信号的难易程度，可以用最小磁化翻转间隔与最大翻转间隔的比值来衡量；
　　　　◆NRZ、NRZ1没有自同步能力，PM、FM、MFM有自同步能力
　　■更高的读写可靠性：
　　　　◆采用能检查错误，甚至自动纠正错误的措施

常用的编码方式

归零制（RZ）
　　■磁头线圈送入正、负脉冲电流的办法执行写“1”、写“0”操作，使1和0信号在介质磁层中的磁化状态正好相反。主要矛盾，是在两个信息位之间磁层处于非磁化状态，难以解决，故不实用。
不归零制（NRZ）
　　■与RZ方案相比，取消了两个信息位之间磁头线圈中无电流的情况，故磁层中不存在未被磁化的状态，不是被正向磁化，就是被反向磁化。
　　■编码效率为100%，但无自同步能力。
见1翻转的不归零制（NRZ1）
　　■用在写“1”时就要变化磁头线圈中的电流方向（写“0”则不变电流方向）的办法执行写“1”、写“0”操作的方案。
　　■编码效率为100%，但无自同步能力。
调相制（PM）
　　■在磁层中采用不同的磁化翻转方向来区别数据“1”和“0”的方案，磁头线圈中的电流，在写“1”和写“0”时要朝不同的方向变化，读出时，就表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为180度。
　　■有自同步能力，但编码效率为50%
调频制（FM）
　　■用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据“1”和“0”的方案，记录“1”比记录“0” 磁化翻转频率要多一倍。磁头线圈中的电流，在每个位周期的起始处要变化一次方向，在写“1”时，还要在位周期中心处再变化一次方向，而写“0”则不会在位周期中心处变化电流方向。
　　■有自同步能力，但编码效率为50%
改进的调频制（MFM）
　　■调频制的改进方案，提高编码效率到100％，取消了大部分的在位期起始处的改变磁头线圈中的电流方向的动作，只保留在连续的“0”信号的位周期起始处的的电流方向变化，以便保证该编码方式的自同步能力。
　　■有自同步能力，编码效率为100％

常用磁记录方式波形图