软盘驱动器基本结构及工作原理

软盘驱动器基本结构及工作原理

一．软盘子系统及软盘结构

1．软盘子系统

软盘子系统由软盘、软驱和软盘控制器组成。软盘用来存储数据；软驱用作磁盘信息的读出和写入；软盘控制器是软驱和总线之间的接口。

2．软盘

1）软盘基本结构及分类

软盘由盘片和保护套两部分组成。盘片由聚酯膜作基底，表面涂一层磁性材料。靠磁性材料被不同方向的磁化方式来存储信息。

保护套起保护磁盘表面免划伤、防污染以及防止静电作用引起的数据丢失等。保护套与盘片间是一层柔软的衬里，衬里起清扫盘片的作用。

2）软盘数据的记录格式

软盘存放数据时，需要将软盘按一定的格式划分成若干个小区域。盘面划分成若干个同心圆，即磁道，每个磁道分割成若干扇区，每个扇区可存放一定字节的数据。为方便存取文件必须对扇区进行编号，这编号称为软盘地址。软盘地址由磁道号、面(头)号和扇区号三部分组成。

(1)面(磁头)号。0面对应00号磁头，1面对应01号磁头。

(2)磁道号。从软盘的最外侧00道开始，由外向里排列，3.5英寸高密软盘共80个磁道。

(3)扇区号。各个扇区的顺序号即为扇区号，尽管外磁道和内磁道的记录密度不同，但扇区数相同。3.5英寸高密软盘每个磁道有18个扇区。每个扇区512个字节，容量为2×80×18×512=1474560字节。

(4)簇。系统将扇区分组，构成簇(Cluster)。文件在软盘上以簇为单位存放，不以扇区为单位存放，这样可减少FAT的信息量。一个簇由2n(n=0、1、…、6)个扇区组成，一个簇含的扇区数与盘容量及FAT表的格式有关，2M以下的磁盘一个簇只有一个扇区。一个文件至少占一个簇。

软盘扇区格式如图6-3所示。每条磁道由前置区、区段区及后置区三部分组成，每个扇区都有识别标志(ID)字段、数据字段和两个间隙(GAP)。软盘的磁道号、磁头号、扇区号就记录在ID字段内。

3）软盘的格式化

软盘格式化是在软盘上划分记录区；写入各种标志信息和地址信息；确定数据记录在磁盘上的方式；确定每个磁盘的磁道数，每道的扇区数目以及间隙、同步字段和识别标志的字节数，这一过程称为软盘的物理格式化。同时，格式化还要在软盘上建立磁盘的系统格式，称为系统格式化。软盘经格式化后，数据才能存放到这张盘片上。

经重新格式化后的软盘，其盘上的数据将被全部清除。

4）DOS对磁盘文件的管理(表6-1)

(1)引导记录扇区(DBR)。供启动计算机用。0面0磁道1扇区。引导扇区是为启动系统和存放软磁盘参数而设置的，其作用是提供一张软磁盘参数表和启

动计算机时检查当前根目录中是否存在两个隐含的系统文件(IO.SYS和MSDO S.SYS)，若有这两个文件，将其装入内存。

引导扇区的内容包括以下四个部分：一条跳转指令；厂商标识和DOS版本号；BPB(BIOS Parameter Block，BIOS参数块)；引导程序。

(2)文件分配表(FAT)。软盘上的文件分配表有两个。当一个文件占用多个簇时，这些簇的簇号不一定是连续的，但这些簇号间由存储该文件时确定了的顺序，即每个文件都有其特定的“簇号链”。而文件分配表用于存放这些簇号链。文件分配表备份区是FAT表的备份。

(3)文件目录表(FDT)。文件目录表是存放文件目录的位置。根目录下的所有文件和子目录在文件目录表中都有一个“目录登记项”。用来说明一个文件的相关信息等。

(4)数据区(DAT)。数据区用来记录数据。

二、软驱基本结构及工作原理

软驱磁头定位系统、主轴驱动系统、读写系统(包括磁头)、信号检测系统组成。

1）磁头

磁头能够完成电磁转化。磁头含铁氧体和线圈。当电流通过它的线圈时，可以在磁隙处将磁盘的磁介质磁化，整个磁头由两个抹磁头和一个读写头组成，两个抹磁头分别固定在读写磁头的两侧。

写信息时，磁头中有高频电流通过，它将磁盘表面的磁介质磁化。抹磁头主要用来修整磁道两边参差不齐的飞边，使磁道边线更平整。

读信息时，运动的小磁元在磁头线圈的两端产生感应电势，该线圈中的电信号经过放大、整形、校验后即可送出。

2）磁头定位系统

磁头定位系统由步进电机(无刷电机)、蜗杆、磁头小车、导轨等组成，其作用是将磁头定位在指定的磁道上。

3）主轴驱动系统

主轴驱动系统由主轴电机(无刷电机)、磁盘驱动机构以及稳速电路组成。主轴驱动系统用来带动磁盘匀速旋转。主轴电机转速为300r/min。

4）读/写系统

读写系统用来控制磁头的读写操作。由磁头选择电路选定由哪个磁头来读或写。

5）检测系统

(1)00道检测。用以检测磁头起始道的位置，有微动开关和光电传感器两种。当磁头小车回到00道位置时，检测电路产生00道信号给软驱控制器。

(2)索引信号检测。用来定位磁盘上的第一扇区。由主轴电机上的磁盘驱动机构、磁铁和霍尔元件组成，插入磁盘后，磁盘驱动机构的凸块滑入软盘铁片的大方孔内，进行粗定位。主轴电机转子上有外露的磁铁，检测用的霍尔元件放在主轴驱动电路板上的某一位置，组成精细定位。

(3)写保护检测。为微动开关式,位置在软驱左边第一个开关。用于检测软盘写保护口的状态。当拨动软盘上的写保护滑块露出方孔，此时写保护开关未被压下，处于写保护状态，只能进行读操作。

(4)软盘更换检测。为微动开关式,位置在软驱左边第二个开关。用于软盘是否更换的检测，有磁盘时开关被压下。

(5)磁盘容量检测。为微动开关式,位置在软驱右边的开关。用于检测软盘的容量规格。1.44MB软盘只使一个开关压下，720KB软盘压下两个。

2．软驱的基本工作原理

(1)盘片放入驱动器后，盘片将随主轴一起恒速旋转。这时驱动器向软盘控制器发出三个状态信号，即索引信号、零磁道信号和写保护信号。

(2)软盘控制器对上三个信号进行检测，根据零磁道信号的有效与否发出寻道检测命令。当零磁道信号有效时，发出磁头步进方向有效信号，使磁头向高位磁道寻道。

(3)读操作。如读磁盘中某一文件，先由软驱读出盘片中该文件存放的磁道、扇区和盘面号地址。软盘控制器根据地址发出相应的方向信号、步进信号和面选信号给软驱。软驱接收到读操作命令后，读出磁盘数据。

(4)写操作。软盘控制器发出写选通信号，转换成允许写信号，选通写电路。写电路将数据信号转换成相应的写电流，通过磁头写到盘片上。

三、软盘控制器

1．软盘控制器的作用