磁表面存储器的存储原理资料
计算机硬件基础-第4章习题
第四章习题名词解释磁表面存储器磁表而存储器，它们都是利用涂敷在载体表而薄层磁性材料來记录信息的，载体和表面磁性材料统称为记录介质。
存储密度：指磁表面存储器单位长度或单位面积磁层表面所能存储的二进制信息量。
寻址时间：寻道时间+等待时间圆柱面：硬盘的每张盘片的上、下面都会划分数目相等的磁道，而盘片上相同的磁道看上去就像在同一个圆柱体的表面上，于是我们就称之为柱而(cylinder)。
硬盘的柱面数与其某个磁面上的磁道数是相同的。
柱面的编号与磁道一样由外向内自0开始编号。
蓝光光盘：指其利用波长较短(405nm)的蓝色激光读取和写入数据。
利用广角镜头将光点尺寸缩小得极小程度。
因此极大地提高了存储密度。
单倍速光驱的激光头读取光盘的速度，CD-ROM的单倍速是指150KB/S 数据传输率：Dr,指磁表面存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，单位bit/s或B/So磁道：盘片高速旋转时，磁头保持在一个位置上，则每个磁头在盘面表面划出一个圆形轨道。
盘面上的信息沿看这些轨迹存放。
这些轨迹就是磁道。
可读写式光盘Rewritable ROM：可擦写形光盘。
用户可以写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写。
存储介质：存储介质是指存储数据的载体。
比如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、SM卡、xD卡等2、填空题(1) 硬盘上采用的磁头类型，主要有环形磁头和薄膜磁头两种。
(2) 硬盘的动作时间主要指硬盘的平均寻道时间、平均访问时间、道与道时间、最大寻道时间、平均等待吋间等。
(3) 硬盘的内部数据传输率是指硬盘从盘片上读写数据到缓存的速度。
(4) 硬盘是计算机主要的存储设备，最先由IBM 发明，它具有存储帚:大、保存时间久、等特点。
(5) 硬盘的平均访问时间二平均寻道时间 + 半均等待时间.(6) 相对于DVD-ROM驱动器来讲,1倍速约等J* CD-ROM倍速的9倍。
(7) DVD是Digital Video Disk (数字化视频光盘)的缩略语。
磁片的原理
磁片的原理磁片是一种常见的存储数据的设备，它的原理是通过磁性材料在磁场中的磁化过程来存储数据。
当磁片中的磁性材料被磁化时，它会产生一个磁场，这个磁场可以被检测到，从而实现数据的读取和写入。
磁性材料通常是一种铁磁性材料，比如氧化铁。
这种材料在没有磁场作用时，其自旋方向是随机的，即磁向不确定。
但是当一个外部磁场作用在这种材料上时，它的磁向会被调整，与磁场方向相同或相反。
这个过程就叫做磁化。
磁片的存储原理是基于磁化的，当数据需要被存储时，一个外部磁场会被作用在磁性膜片上，通过调整其中的磁化状态，就可以实现数据的记录。
在磁盘的读取和写入过程中，读和写磁头会在磁盘表面生成一个磁场，磁性材料通过磁性膜片和磁头之间的物理接触来被磁化或者检测到磁场变化，这个过程就实现了数据的读取和写入。
磁盘上的每一个位都对应着一个磁性膜片，在磁盘上记录的数据就是由这些磁性膜片的磁化状态所组成的。
为了在磁盘上存储更多的数据，一种新的技术被引入，就是将磁性膜片的磁层分成许多小块，称为磁性颗粒。
每一个磁性颗粒有一个自己的磁向，而不是每一个磁性膜片有一个整体的磁向。
这使得磁盘上的每个位可以存储更多的数据。
目前，这种技术已经得到广泛应用，并且发展出了许多不同的版本，例如perpendicular magnetic recording (PMR)和shingled magnetic recording (SMR)等。
总之，磁片存储原理是一种基于磁化的技术，通过调整磁性材料的磁化状态来实现数据的记录和读取。
它是一种可靠、便宜、容量大的存储设备，在计算机、音像、图像等领域有着广泛的应用。
432磁表面存储原理
4．3．2 磁表面存储原理磁盘和磁带都是典型的磁表面存储器。
由于它们具有存储容量大、位成本低、信息的非易失性、读出时不必再生等众多的优点，目前在计算机辅助存储器中得到广泛的应用。
1．磁表面存储原理磁表面存储器是利用涂覆在载体表面的磁性材料具有两种不同的磁化状态来表示二进制信息的“0”和“1”。
将磁性材料均匀地涂覆在圆形的铝合金或塑料的载体上就成为磁盘，涂覆在聚酯塑料带上就成为磁带。
磁头是磁表面存储器用来实现“电←→磁”转换的重要装置，一般由铁磁性材料（铁氧体或玻莫合金）制成，上面绕有读写线圈，在贴近磁表面处开有一个很窄的缝隙，如图4-35所示。
写入信息时，在磁头的写线圈中通过一定方向的脉冲电流，磁头铁芯内产生一定方向的磁通，在磁头缝隙处产生很强的磁场形成一个闭合回路，磁头下的一个很小区域被磁化形成一个磁化元（即记录单元）。
若在磁头的写线圈中通过相反方向的脉冲电流，该磁化元则向相反方向磁化，写入的就是“0”信息。
待写入脉冲消失后，该磁化元将保持原来的磁化状态不变，达到写入并存储信息的目的。
读出信息时，磁头和磁层作相对运动，当某一磁化元运动到磁头下方时，磁头中的磁通发生大的变化，于是在读出线圈中产生感应电动势e ，其极性与磁通变化的极性相反，即当磁通Φ由小变大时，感应电动势e 为负极性；当磁通Φ由大变小时，感应电动势e 为正极性，如图4-36所示。
这不同方向的感应电动势经放大、检波和整形后便可鉴别读出的信息是“0”还是“1”，从而完成读出功能。
从上述读写过程可看出，写入信息是电→磁的转换过程，而读出信息是磁→电的转换过程。
2．磁记录方式磁记录方式是一种编码方法。
对磁表面存储器来说，记录方式是指采用何种形式的脉冲电流使磁化元能向两个方向磁化，来实现对“1”或“0”信息的记录。
采用高效可靠的磁记录方式，是提高记录密度和可靠性的有效途径之一。
常用的磁记录方式有以下几种： 1．归零制归零制（Return to Zero ，RZ ）是用正脉冲写入“1”，用负脉冲写入“0”，每写完一位数据，写入电流都必须恢复到“0”，归零制由此而得名。
磁盘工作原理
磁盘工作原理
磁盘是计算机中常见的外部存储设备，它使用了磁性材料来存储数据。
磁盘的工作原理主要分为存储、读取和写入三个过程。
首先，在存储数据时，磁盘通过在磁性表面上创建小磁区来记录数据信息。
每个小磁区都有一个磁性方向，可以表示二进制的0和1。
这些小磁区按照圆形的轨道排列在磁盘上，形成了
磁道。
每个磁道又被划分为多个扇区，每个扇区的容量通常为512字节。
数据被组织成文件或者分散地保存在这些扇区中。
当计算机需要读取磁盘上的数据时，磁头被定位到对应的磁道上。
磁头会感知磁道上的磁区的磁性方向，从而识别出存储的数据信息。
通过改变磁头的位置，可以在不同的磁道之间进行切换，实现对不同数据的读取。
当计算机需要写入数据时，磁头被定位到指定的磁道和扇区上。
然后，根据输入的数据，磁头通过改变磁区的磁性方向来改变存储的数据信息。
这个过程称为磁化。
为了保证磁盘的可靠性和稳定性，磁盘通常会有一定的冗余容量用于纠错。
常见的冗余容量包括奇偶校验位或者纠错码，可以检测和纠正磁盘上可能存在的错误。
总的来说，磁盘通过使用磁性材料和磁头的组合来实现数据的存储、读取和写入。
这个过程是计算机外部存储的重要组成部分，被广泛应用于个人电脑、服务器和其他存储设备中。
磁带存储了解
磁带存储器百科名片磁带存储器（magnetictapestorage）：以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器。
磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。
磁带存储器是计算机外围设备之一。
磁带控制器是中央处理器在磁带机上存取数据用的控制电路装置。
磁带存储器以顺序方式存取数据。
存储数据的磁带可脱机保存和互换读出。
目录[隐藏]简介物理特性记录方式读写原理分类磁带机技术发展简介物理特性记录方式读写原理分类磁带机技术发展[编辑本段]简介磁带存储器属于磁表面存储器，计算机的外存储器又称磁表面存储设备。
所谓磁表面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。
磁带控制器是连磁带运动示意图接计算机与磁带机之间的接口设备，一个磁带控制器可以联接多台磁带机。
它是计算机在磁带上存取数据用的控制电路设备，可控制磁带机执行写、读、进退文件等操作。
磁带机是以磁带为记录介质的数字磁性记录装置，它由磁带传送机构、伺服控制电路、读写磁头、读写电路和有关逻辑控制电路等组成。
磁带是一种柔软的带状磁性记录介质，它由带基和磁表面层两部分组成，带基多为薄膜聚酯材料，磁表面层所用材料多为γ-Fe2O3和CrO2等。
磁带存储器是以顺序方式存取数据。
存储数据的磁带可以脱机保存和互换读出。
除此之外，它还有存储容量大、价格低廉、携带方便等特点，它是计算机的重要外围设备之一。
[编辑本段]物理特性磁性材料被磁化以后，工作点总是在磁滞回线上。
只要外加的正向脉冲电流(即外加磁场)幅度足够大，那么在电流消失后磁感应强度B并不等于零，而是处在+Br状态(正剩磁磁带存储器状态)。
反之，当外加负向脉冲电流时，磁感应强度B将处在-Br状态(负剩磁状态)。
当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，就像触发器电路有两个稳定的状态一样。
如果规定用+Br状态表示代码1，-Br状态表示代码0，那么要使磁性材料记忆1，就要加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料记忆0，则要加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。
磁表面存储器PPT范本
5.3.2 磁记录方式
1.定义
写电流波形的组成方式。
提高可靠性： 出增大写波幅度，以提高读
解决
信减号少幅转度变。区数目，使位单
提高记录密度 元长度缩短。
具有自同步能力，使位单
内同步，即能从自身读出 元长度缩短。
信号序列中提取同步信号，
以区分位单元。
2.实用记录方式的特点与应用
（1）不归零-1制（NRZ1）
记录块（不定长记录格式）无，扇区化分。
2）寻址信息
驱动器号、圆柱面号、磁头号、扇区号
（记
录选择号磁）盘、组交扇换区量数。
选择盘面 选择磁道
选择起始扇区
2.记录格式（磁道格式）
例：定长记录格式
索引脉冲
磁道时间
磁道 间隔 扇区1 扇区2
扇区n 间
扇区i
标志隔区：标志信息、CRC校验码 数据区： 标志信息、CRC、数据字段
I0 0 1
1
01
0
t
写1时电流变，写0时电流不变。
转变区少，无自同步能力。用于早期低速磁带机。
（2）调相制（PE）பைடு நூலகம்
I0 0 1
1
01
0
t
写1时电流正跳变，写0时电流负跳变。
转变区多，有自同步能力。用于常规磁带机。
（3）调频制（FM）
I0 0 1
1
01
0
t
写1时电流变二次，写0时电流变一次。 转变区多，有自同步能力。用于早期磁盘。
可查表获得
不同出错位对应不同余数。生成多项式
余数循环。
第五章复习提纲
1.半导体存储器逻辑设计(地址分配、片 选逻辑、框图)。 2.记录方式(NRZ1、PE、FM、MFM、GCR)的 特点与应用。 3.磁盘信息分布、寻址信息、指标(速度、 容量)。 4.循环校验码的编码、译码原理。
磁表面存储器
地址寄存器 译码
存储体
数据B 数据
相联存储器
常规存储器是按地址访问的,即送入一个地址编码, 常规存储器是按地址访问的,即送入一个地址编码,选中 相应的一个编址单元,然后进行读/写操作. 相应的一个编址单元,然后进行读/写操作. 而在信息检索一类的工作中,需要的却是按信息内容选中相 而在信息检索一类的工作中, 应单元,进行读/ 如查询学生成绩, 应单元,进行读/写.如查询学生成绩,送出的检索依据是该生 的姓名. 的姓名. 相联存储器又称为联想存储器.它不是根据地址而是根据 相联存储器又称为联想存储器. 所存储信息的全部特征或部分特征进行存取的, 所存储信息的全部特征或部分特征进行存取的,即一种按内容寻 址的存储器. 址的存储器. 输入信息可以同时与所有字进行对应位比较.而常规的存 输入信息可以同时与所有字进行对应位比较. 储器是每次只能读出一个字(一个编址单元)进行比较. 储器是每次只能读出一个字(一个编址单元)进行比较.
dΦ e = dt
读出信号
4.4.3 磁记录方式
◆ 定义 写电流波形的组成方式. 写电流波形的组成方式. 增大写波幅度, 提高可靠性 :增大写波幅度,以提高读出 信号幅度. 信号幅度. 解决 减少转变区数目, 减少转变区数目,使位单 提高记录密度 元长度缩短. 元长度缩短. 自同步能力 具有自同步能力, 具有自同步能力, 使位单 元长度缩短. 元长度缩短. 内同步, 内同步,即能从自身读出 信号序列中提取同步信号, 信号序列中提取同步信号, 以区分位单元. 以区分位单元.
◆ 常见的记录方式
1.不归零-1制(NRZ1) 1.不归零NRZ1) 不归零
I 0 0 0 1 1 0 1 t
写1时电流变,写0时电流不变. 时电流变, 时电流不变. 读出时,逢0没有读出信号,逢1有转变区,就有读 读出时, 没有读出信号, 有转变区, 出的感应电势;即有读出信号为1 无读出信号为0 出的感应电势;即有读出信号为1,无读出信号为0. 转变区少, 无自同步能力. 用于早期低速磁带机. 转变区少, 无自同步能力. 用于早期低速磁带机.
存储器磁表面M
浮动磁头驱动器示意图信息,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,亦即利用激 光在磁记录介质上存储信息,就称为磁光存储.
• 光盘的分类 • ⑴只读型光盘(CD-ROM) • ⑵只写一次型光盘(WORM) • ⑶可擦写型光盘 • ⑷光盘库(光盘自动换盘机)
MR磁头
• 利用磁致电阻效应(magneto resistive,简称MR)磁头 能在高密度记录的情况下读出信号. 什么是磁致电阻效 应? 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.
MR元件中通以恒定电流 I,由磁介质中记录的 “1”或“0”信号来提供 MR元件的外加磁场,MR 元件的电阻率随记录的 信息(“1”或“0”)而变化, 这样通过测量电压降便 可读出磁介质中记录的 信息.
• 调频制（FM）
• 在记录单元起始处不论是记录0还是1，都要 改变电流方向，产生翻转；在一个记录单元 中间点，记录1时改变电流方向，产生翻转， 记录0时不改变电流方向，不产生翻转。这样 记录1的频率是记录0的频率的1倍。
• 改进型调频制（MFM）
• 当二进制信息中出现连续0时，其记录单元 的交界处翻转一次。在其它情况下（0>1,1->0,1->1)其记录单元的交界处不翻转 ；
扇区（定长记录格式） 记录块（不定长记录格式），无扇区化分。
4.3.4 校验码
1.码距的概念
（1）码距定义
一种编码体制中，各组合法代码间的不同位数称距离，其 最小距离为该编码的码距。
（2）码距作用 衡量一种编码查错与纠错的能力。
计算机组成原理(4.4磁表面存储器的存储原理
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
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（1）不归零-1制（NRZ1）
I0 0 1
1
01
0
t
写1时电流变，写0时电流不变。
转变区少，无自同步能力。用于早期低速磁带机。
（2）调相制（PE）
I001
1
01
0
t
写1时电流正跳变，写0时电流负跳变。 转变区多，有自同步能力。 用于常规磁带机。
（3）调频制（FM）
从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数据
信息必须要有时间基准信号，称为同步信号。 外同步：从专门设置用来记录同步信号的磁道中
取得同步信号。
自同步:就是指能从读出数据（脉冲序列）中提
取同步信号。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
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自同步能力（续）
自同步能力是指从单个磁道读出的脉冲序列中
提取同步时钟脉冲的难易程度。
在一个具有缝隙的环形导磁体上绕上线圈，就构成了磁头。 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。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 纪录介质而存储信息。间隙越大，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。
e = − n d ϕ = − n d ϕ ⋅ dl = − nv d ϕ
dt
dl dt
dl
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读写原理
后间隙
写入线圈
Iw
第8章辅助存储器
固定盘存储器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。这种结构的磁盘存储器称为温彻斯特磁 盘(WinchesterDisk)。
所谓温彻斯特磁盘实际上是一种技术，这
种技术是由IBM公司位于美国加州坎贝尔市 温彻斯特大街的研究所研制的，它于1973年 首先应用于IBM3340硬磁盘存储器中，因此 将这种技术称作温彻斯特技术。
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，一个是与主机的接口 ，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。前者称为系统级接口，后者称为 设备级接口。
主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑如图
8．12所示。
控制器和驱动器之间的交界面可以设在图8．12的A处， 驱动器只完成读写和放大，数据分离和以后的控制逻辑构成 磁盘控制器。ST506／412接口就是这种方式。 如果将交界面设在B处，则在驱动器上要完成数据分离和编 码译码操作，然后再将数据传到控制器。磁盘控制器由串／ 并转换、格式控制和DMA控制等逻辑构成。属于这种方式 的接口有增强型小型设备接口ESDI等。 第三种方式是将接口的交界面设在C处；磁盘控制器的功能 转移到设备中，主机与设备之间采用标准的通用接口。小型 计算机系统接口SCSI接口就是这种形式。现在的趋势是增强 设备(磁盘驱动器)的功能，以使设备相对独立。
高速缓存利用了被访问数据的空间局部性和时
从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数 据信息必须要有时间基准信号，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，就是指能从读出数据(脉冲序列) 中提取同步信号。
计算机硬件技术基础(第2版) 习题答案 耿增民 孙思云 第4章 习题答案
第四章习题答案1．名词解释磁表面存储器磁表面存储器，它们都是利用涂敷在载体表面薄层磁性材料来记录信息的，载体和表面磁性材料统称为记录介质。
存储密度磁表面存储器单位长度或单位面积磁层表面所能存储的二进制信息量。
存储密度分为道密度、位密度和面密度。
寻址时间磁头的寻道时间和等待时间之和。
圆柱面硬盘的每张盘片的上、下两面都会划分数目相等的磁道，而盘片上相同位置的磁道看上去就像在同一个圆柱体的表面上，于是我们就称之为柱面（Cylinder）。
蓝光光盘蓝光光盘（Blu-ray Disc，缩写为BD），即蓝光DVD，是DVD光碟的下一代光碟格式。
蓝光光盘的存储原理为沟槽记录方式，采用传统的沟槽进行记录，然而通过更加先进的抖颤寻址实现了对更大容量的存储与数据管理，蓝光光盘的命名是来自其利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据（DVD采用的是650nm波长的红光读写器，CD采用的是780nm 波长），通过广角镜头上比率为0.85的数字光圈，成功地将聚焦的光点尺寸缩得极小程度。
单倍速按照光驱的数据传输率，可以把光驱分为单速和倍速两大类，单速光驱的传输率为150KB/s。
数据传输率数据传输率D r是指磁表面存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，单位为位/秒或字节/秒。
磁道磁盘盘片的每一面都包含许多看不见的同心圆，盘上一组同心圆环形的信息区域称为磁道，它由外向内编号。
可读写式光盘可读写式光盘（Rewritable或Erasable）CD-RW也叫可擦写型光盘，用户可以写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写，就像使用软盘和硬盘一样，能反复多次使用。
这种光盘是利用激光照射，引起记录介质的可逆性物理变化来记录信息。
这种光盘按照存储介质工作机理不同又可分为磁化光盘（MO，Magneto Optical）和相变光盘（PC，Phase Change）两种。
存储介质存储介质是指存储数据的载体。
2．填空题（1）固定头、移动头（2）平均寻道时间、平均访问时间、道至道时间、最大寻道时间、平均等待时间。
4.3磁表面存储器的存储原理
3.磁盘基本操作
（1） 寻址 寻道： 磁头径向移动 （ 2） 读/写 串行读/写 操作 寻找扇区： 操作 DMA方式传送 盘片旋转
4.3.3 校验码
1.码距的概念 （1）码距定义 一种编码体制中，各组合法代码间的不同位 数称距离，其最小距离为该编码的码距。 （2）码距作用 衡量一种编码查错与纠错的能力。 （3）查错与纠错的基本出发点 1）约定某种规律，作为检测的依据。 有效信息位+校验位 校验码 译码检测 2）增大码距，从信息量上提供指错的可能。 2.几个例子 例1. 8421码 码距d= 1 无查错、纠错能力。
例2. 奇偶校验码 有效信息位+1位校验位 校验码 检测依据（编码规则）： 约定校验码中1的个 数为奇数/偶数。 如：偶校验 10110010 10110111 码距d=2 通过统计校验码中1的个数是否为偶数来查错。 可检测一位错， 不能纠错。用于主存校验。 例3. 海明校验码 检测依据：多重奇偶校验。 代码分组 各组进行奇偶校验 形成多位 指误字状态对应出错位序 指误字 =全0 无错 号，将出错位变反纠错。 ≠全0 有错
磁道
盘片旋转一周 的磁头作用区
最外层为0道。
扇区
注: 各磁道容量相同, 各道位密度不同, 内圈位密度最高。
非格式化容量 =内圈位密度×内圈周长×道数/面×面数 格式化容量 =字节数/扇区×扇区数/道×道数/面×面数 2）寻址信息 驱动器号、磁头号、磁道号、扇区号、扇区数 （2）硬盘信息分布与寻址信息 1）信息分布 盘组：多个盘片，双面记录。 圆柱面： 各记录面上相同序号的磁道构成一圆柱 （柱面数=道数/面） 面。 数据块 扇区（定长记录格式） 记录块（不定长记录格式）， 无扇区划分。
3.循环校验码（CRC） （1）约定规律 校验码能被某代码除尽。 设有效信息为A，约定代码为G。 校验码 A R 余数 A-R = Q + = Q G G G （2）编码方法 例.有效信息A=1100，约定代码G=1011 将有效信息与余数拼在一起形成校验码 K r K：有效信息位数 r：余数位数 n n：校验码位数 1）A左移r位 （r=3）： 1100000 余数 1100000 =1110 + 010 2）求余数： 1011 1011
4.4 磁表面存储原理[9页]
![4.4 磁表面存储原理[9页]](https://img.taocdn.com/s3/m/2b66c5e7a5e9856a5712601c.png)
为正：0； 电势为负：1
8/9
(3)调频制（FM, frequency modulation） 每位的起始处写入电流跳变1次，以作为同步信号， 在中间位置：写0则不变、写1则跳变
0 0 1101
I
t
e t
自带同步
t
时间 窗口 2T/3
读数据时，时间窗当中：无电势：0；有电势：1
6/9
(1)不归零-1制（NRZ1，no return to zero-1）
写0：电流不变；写1：电流翻转 0 0 110 1
I
t
e t
外同步 信号
t
不归零-1制的读写原理
外加同步信号。 无电势：0； 有电势：1
7/9
(2)调相制（相位调制PM，相位编码PE, phase） 写0：在中间位置让写入电流负跳变 写1：在中间位置让写入电流正跳变
3/9
（2）读写原理
存储介质：磁层； 读/写部件：磁头；
✓ 数据写入 磁头线圈中加磁化电流（写入电流），磁层移动，形 成连续的小段磁化区（位单元区）。 ✓ 读出数据 线圈中不加电流，磁层移动。当位单元的转变区经过 磁头下方时，线圈两端会产生感应电势e
读出数据
e
=
－
dΦ dt
磁通量Φ变化
4/9
写入 +I
第4.4 磁表面存储原理
1/9
4.4.1 存储介质与磁头
1、基体与磁层
存储介质：磁层材料
读/写磁头：
+I
电流
-I
S
N磁
层
2/9
2、读写原理
（1）两种磁化方式 :水平磁化\垂直磁化
环形 磁头
电流
磁存储技术的原理
磁存储技术的原理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：一、磁存储技术的原理磁存储技术的工作原理是通过改变磁粒子的极性来在磁性介质上记录数据。
在读取数据时，磁头将存储介质上的磁粒子极性转换成相应的电脉冲信号，并转换成计算机可以识别的数据形式。
进行写操作的原理也是如此。
要使用硬盘等介质上的数据文件，通常需要依靠操作系统所提供的文件系统功能，文件系统维护着存储介质上所有文件的索引。
因为效率等诸多方面的考虑，在我们利用操作系统提供的指令删除数据文件的时候，磁介质上的磁粒子极性并不会被清除。
操作系统只是对文件系统的索引部分进行了修改，将删除文件的相应段落标识进行了删除标记。
目前主流操作系统对存储介质进行格式化操作时，也不会抹除介质上的实际数据信号。
正是操作系统在处理存储时的这种设定，为我们进行数据恢复提供了可能。
值得注意的是，这种恢复通常只能在数据文件删除之后相应存储位置没有写入新数据的情况下进行。
因为一旦新的数据写入，磁粒子极性将无可挽回的被改变从而使得旧有的数据真正意义上被清除。
另外，除了磁存储介质之外，其它一些类型存储介质的数据恢复也遵循同样的原理，例如U盘、CF卡、SD卡等等。
举个例子来说，目前几乎所有的数码相机都遵循DCIM 标准，该标准规定了设备以FAT形式来对存储器上的相片文件进行处理。
二、数据问题存储设备本身的损坏为物理性损坏，而对于非存储设备问题称之为逻辑性损坏。
在现实情况下遇到的大多数问题都属于逻辑性损坏之列。
实际遇到的绝大多数数据问题都是逻辑性损坏，所以可以根据情况，对相对要求较低的数据恢复任务，使用数据恢复软件进行低成本的数据恢复工作。
以对硬盘进行数据恢复为例，介绍在进行专业性的数据恢复工作时所执行的基本步骤。
所有恢复工作都是在具备国际百级要求的无尘净室（Clean Room）中进行的，并且所有的操作设备都会置于非写入状态，以防对数据产生破坏。
第9章磁存储器 PPT资料共33页
9.4.3 结构组成及工作原理
磁盘驱动动器主要有盘片(或盘组)、主轴 驱动机构、磁头、磁头驱动和定位机构、 读／写电路接口及控制电路等组成。
温式盘的主要特点
1．把磁头、小车、导轨、主轴和盘片等封装 在一个腔体内，制成一个整体组件，称之为 HDA(headdiskassembly)。 2．采用了质量轻、浮力小的磁头。采取了接 触 起 停 方 式 ， 又 称 CSS 方 式 ( contact startstop)。
(六)媒体和盘基的改进
媒体的改进经历了涂布媒体、电镀媒体、溅射 媒体的过程，盘基从铝合金、玻璃、陶瓷、塑 料到碳的发展过程。
随着计算机的微小型化，促使磁盘驱动器的微 小型化，经历了盘径从14英寸、8英寸、
5．25英寸、3．5英寸、2．5英寸、1．8英寸、 1．3英寸，驱动器厚度从82mm、41mm、 25．4mm、17mm的演变过程。
3．由于采用了接触起停的方式，磁头与盘面 有磨擦，为了延长使用寿命，除了在主轴电机 上装有制动机构，缩短停机摩擦过程外，盘面 上还涂有一层润滑剂，使CSS的次数由原来的1 000次提高到10 000次以上。
（图见P291）
9.4.4 接口
常用的控制器有4种： ST-506/ST-412接口 ESDI SCSI IDE EIDE（对IDE的扩展）
特点
存储容量大 随机存储 数据速率高 可靠性好
分类
按磁头的工作方式分类 按磁盘的可换性分类 按磁盘尺寸分类 按磁层分类 按盘片数目分类
硬盘内部结构
9.4.2 工作原理
磁盘存储器的数据读／写是靠磁头和盘片来实 现的，盘片是在圆形盘基表面上涂有一层磁介 质而制成的，工作时盘片在主轴电机驱动下匀 速旋转，读／写磁头浮动在盘片上。数据是按 磁道分布的。盘片上的磁道从外缘向圆心，按 0～N顺序编号(图1—10)。磁头通过磁头臂安 装在滑动小车上，在驱动和定位机构控制下， 磁头沿盘片径向作进、退运动，访问相应磁道。 一般盘片的两面都有读／写磁头。多片盘的情 况，各片盘上相同编号的磁道组成一个柱面， 柱面的编号与磁道号相同。
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3）形成校验码 1100000 + 010 = 1100010 （7，4）码 K=4 n=7 （3）译码与纠错
循环校验码 约定代码 余数为同出错数位 生成多项式
利用余数循环的特点，将出错位移至校验码最高 位，变反纠错。节省硬件。
（4）生成多项式
满足 三个 条件 出错，余数不为0。 可查表获得 不同出错位对应不同余数。 生成多项式 余数循环。
例2. 奇偶校验码 有效信息位+1位校验位 校验码 检测依据（编码规则）： 约定校验码中1的个 数为奇数/偶数。 如：偶校验 10110010 10110111 码距d=2 通过统计校验码中1的个数是否为偶数来查错。 可检测一位错， 不能纠错。用于主存校验。 例3. 海明校验码 检测依据：多重奇偶校验。 代码分组 各组进行奇偶校验 形成多位 指误字状态对应出错位序 指误字 =全0 无错 号，将出错位变反纠错。 ≠全0 有错
3.循环校验码（CRC） （1）约定规律 校验码能被某代码除尽。 设有效信息为A，约定代码为G。 校验码 A R 余数 A-R = Q + = Q G G G （2）编码方法 例.有效信息A=1100，约定代码G=1011 将有效信息与余数拼在一起形成校验码 K r K：有效信息位数 r：余数位数 n n：校验码位数 1）A左移r位 （r=3）： 1100000 余数 1100000 =1110 + 010 2）求余数： 1011 1011
第四章复习提纲
1.半导体存储器逻辑设计(地址分配、片选 逻辑、框图)。
2. 动态刷新(定义、刷新方式)。 3.磁盘信息分布、寻址信息、指标(速度、 容量)。
4.基本概念如：随机存取、顺序存取、直接 存取、静态M的存储原理、动态M的存储原 理…等。
第四章作业
设计一半导体存储器，其中ROM区4KB， 选用ROM芯片（4K×4位/片）；RAM区3KB， 选用RAM芯片（2KB/片和 1K×4位/片）。 地址总线A15～A0（低）,双向数据总线 D7～D0（低），读/写信号线R/W。
1、给出芯片地址分配和片选逻辑；
2、画出该M逻辑框图（各芯片信号线的连接及 片选逻辑电路）。
磁介质 磁介质运动
(2) 读出
磁头线圈中不加电流, 磁层移动。当被磁化的记 转变区 录磁层(位单元)的转变区经过磁头下方时 , 在线 感应电势 圈两端产生感应电势。
d e – dt 读出信号
磁通变化的区域
2.技术指标 道密度： 单位长度内的磁道数。 （1）记录密度 位密度： 磁道上单位长度内的 二进制代码数。 非格式化容量： 总位数 （2）存储容量 用位密度计算。 格式化容量： 有效位数 （3）速度指标
4.3 磁表面存储器
4.3.1 存储原理与技术指标
1.读写原理 存储介质: 磁层
(如聚酯薄膜、铝合金、陶瓷等覆盖氧化铁物质等) 读/写部件: 磁头
读/写过程:
(1) 写入 在磁头线圈中加入磁化电流(写电流), 并使磁介 质移动, 在磁层上形成连续的小段磁化区域(位 单元)。被磁化的区域是存储的信息; 用不同磁 化方向来表示二进制信息“1”和“0”。 I
磁道
盘片旋转一周 的磁头作用区
最外层为0道。
扇区
注: 各磁道容量相同, 各道位密度不同, 内圈位密度最高。
非格式化容量 =内圈位密度×内圈周长×道数/面×面数 格式化容量 =字节数/扇区×扇区数/道×道数/面×面数 2）寻址信息 驱动器号、磁头号、磁道号、扇区号、扇区数 （2）硬盘信息分布与寻址信息 1）信息分布 盘组：多个盘片，双面记录。 圆柱面： 各记录面上相同序号的磁道构成一圆柱 （柱面数=道数/面） 面。 数据块 扇区（定长记录格式） 记录块（不定长记录格式）， 无扇区划分。
3.磁盘基本操作
（1） 寻址 寻道： 磁头径向移动 （ 2） 读/写 串行读/写 操作 寻找扇区： 操作 DMA方式传送 盘片旋转
4.3.3 校验码
1.码距的概念 （1）码距定义 一种编码体制中，各组合法代码间的不同位 数称距离，其最小距离为该编码的码距。 （2）码距作用 衡量一种编码查错与纠错的能力。 （3）查错与纠错的基本出发点 1）约定某种规律，作为检测的依据。 有效信息位+校验位 校验码 译码检测 2）增大码距，从信息量上提供指错的可能。 2.几个例子 例1. 8421码 码距d= 1 无查错、纠错能力。
用扇区內的数据块 长度计算。
带：平均等待时间 平均存取时间 盘：平均定位、平均旋转时间 衡量查找速度 ms b/s、B/s 数据传输率 衡量读/写速度
4.3.2 磁盘存储器
适用于调用较频繁的场合，常作为主存的直 接后援。 1.组成 磁盘控制器 + 接口 磁盘适配器 磁盘 盘片、磁头 磁盘驱动器 定位系统、传动系统 （1）软盘信息分布与寻址信息 1）信息分布 盘片：单片，双面记录。 磁道：盘片旋转一周，磁头的作用区域。 扇区：磁道上长度相同的区段。存放数据块。 各道容量相同,各道位密度不同,内圈位密度最高。
主轴
读/写臂 盘片
驱 动 电 机
圆柱面
小
车
2）寻址信息 驱动器号、圆柱面号、磁头号、扇区号（记 录号）、交换量。 选择盘面
选择磁盘组 扇区数
选择磁道
选择起始扇区
2.记录格式（磁道格式） 例：定长记录格式
索引脉冲 磁道 磁道时间 间隔 扇区1 扇区2 扇区n 间隔
标志区： 标志信息、CRC校验码 扇区i 数据区： 标志信息、CRC、数据字段