微机接口技术第11章 数据的磁存储原理及编码方式
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11.3 磁盘存储器的结构
软盘存储器及接口
微机系统中常见的软盘有3英寸和5英寸软盘。软盘的盘片 厚度几十微米，上面涂有磁层，封装在方形的外壳中。
外壳主要是为了防尘和保护盘面磁层不受损伤，以保护记 录的信息。外壳上有3个孔： 长形孔是供读写磁头寻找磁道用的； 中心大圆孔是供驱动电机旋转磁盘用的； 大孔旁边的小圆孔是用来检测磁道起始位的检索孔。
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11.2 磁盘数据编码方式
MFM制与FM制的比较
(a)时钟
(b)数据
(c)FM制编码 (d)MFM制编码 (e)同样最高频 率下的MFM 制的记录密度
12
11.2 磁盘数据编码方式
MFM制编码写电流变化规则只是在连续的“0”信 息之间电流方向才翻转一次，在“1” 信息的位中 央翻转一次。这样，保持了自同步能力，又使记 录密度提高，所以又称为倍密度记录方式。
利用记录信号变向，可生成同步脉冲。
+I 1 1 0 0 1 0 1
-I
6
11.2 磁盘数据编码方式
调频制编码方式FM（Frequency Modulation）
FM制编码规则： 位单元包含一个时钟信息和一个数据位信息， 是编码以后形成的脉冲序列。 每一个位单元都以一个时钟位开头，在两个相 邻的时钟位中间出现的是数据位。
• 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
返回 2
11.2 磁盘数据编码方式
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。
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）。
3
11.2 磁盘数据编码方式
归零制RZ制(Return to Zero)
4
11.2 磁盘数据编码方式
不归零制
不归零制NRZ（Not Returnt to Zero）有几种，其中不归零 逢１翻转制（NRZ-1）工作原理是：写电流只在写“1”时 改变方向，写“0”时写电流不变。
特点：各信息位之间没有空隙，记录密度高。没有自同步 能力。并且由于电流不回到零，功耗较大。
位周期
位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1
NRZ
NRZ-1
两种不归零制的波形图
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源自文库
11.2 磁盘数据编码方式
调相制PM（Phase Modulation）
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。
下图是写入1100101时的写电流波形。
+I 1 1 0 0 1 0 1
-I
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11.3 磁盘存储器的结构 磁盘存储器根据采用的盘体材料分为两种
如果盘体采用塑料（聚脂薄膜）做基体，两面涂 上磁粉，装在保护套内，则称为软磁盘，简称软 盘。
如果盘体采用金属（铝镁合金）做基体，两面涂 上磁粉，则称为硬磁盘。由于硬磁盘是由多个盘 片组成，所以也叫磁盘组。
第十一章 数据的磁存储原理、外存储器及接口 11.1 数据的磁存储原理 11.2 磁盘数据编码方式 11.3 磁盘存储器的结构 11.4 光盘存储器 11.5 外存储器接口
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11.1 数据的磁存储原理
后间隙 铁氧体
线圈 前间隙
磁记录介质
电流
• 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
M = 最多磁记化录翻位转次数´100%
10
11.2 磁盘数据编码方式
改进调频制编码方式MFM（Modified Frequency Modulation） MFM制的编码规则：
数据位仍然出现在位单元的中间。 只有同时满足当前这个位单元中无数据位１出现，且在
前面的位单元中也无数据位１出现，才允许在其中间插 入时钟位。 把MFM制与FM制作一比较，可直观看出它们的差异 MFM制的编码效率为100％，并且保留了FM制同步能力强 的优点。MFM制广泛应用于高密度磁盘机中和高密度数字 磁带机中。
一个单元包括一个时钟位（时钟位始终为1）和 一个数据位。
当数据位是0时，不出现脉冲；当数据位是1时， 出现脉冲。
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11.2 磁盘数据编码方式
(a)时钟
(b)数据 (c)FM制编码
FM制编码波形图
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11.2 磁盘数据编码方式
特点：
FM制编码记录数据１和记录数据０所对应的脉冲序列 频率不同，记录１是记录０时脉冲频率的两倍，因此称 为倍频制。
它是用一个正脉冲来表示二进制数据1，用幅度相等极性 相反的负脉冲来表示数据０。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。
+I 1 1 0 0 1 0 1
-I
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。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。
在两个信息位之间，写电流方向一定改变。写“1”时， 写电流的频率比写“0”时的频率高一倍。具有自同步能 力。
+I 1 1 0 0 1 0 1
-I
调频制写1100101时写电流波形图
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11.2 磁盘数据编码方式
编码效率 编码效率通常用磁介质的每次磁化翻转所存储 的有用数据位数的百分比表示， FM制的编码 效率M为50％。这种编码方式对应单密度磁盘。
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11.3 磁盘存储器的结构
磁盘的磁道、柱面和扇区
磁盘的每个盘面上密布着若干与盘心同心的闭合 圆环，称为磁道。最靠近圆心的称为末道，最远 离圆心的称为零道
由若干盘片组成的同轴盘片组中，距其轴心相同 位置的一组磁道构成了一个圆柱，称为柱面。柱 面从外到内顺序为零柱面至末柱面。
每个磁道或柱面按等弧度分为若干段，称做扇区， 是磁头读写的最小单位。
11.3 磁盘存储器的结构
软盘存储器及接口
微机系统中常见的软盘有3英寸和5英寸软盘。软盘的盘片 厚度几十微米，上面涂有磁层，封装在方形的外壳中。
外壳主要是为了防尘和保护盘面磁层不受损伤，以保护记 录的信息。外壳上有3个孔： 长形孔是供读写磁头寻找磁道用的； 中心大圆孔是供驱动电机旋转磁盘用的； 大孔旁边的小圆孔是用来检测磁道起始位的检索孔。
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11.2 磁盘数据编码方式
MFM制与FM制的比较
(a)时钟
(b)数据
(c)FM制编码 (d)MFM制编码 (e)同样最高频 率下的MFM 制的记录密度
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11.2 磁盘数据编码方式
MFM制编码写电流变化规则只是在连续的“0”信 息之间电流方向才翻转一次，在“1” 信息的位中 央翻转一次。这样，保持了自同步能力，又使记 录密度提高，所以又称为倍密度记录方式。
利用记录信号变向，可生成同步脉冲。
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11.2 磁盘数据编码方式
调频制编码方式FM（Frequency Modulation）
FM制编码规则： 位单元包含一个时钟信息和一个数据位信息， 是编码以后形成的脉冲序列。 每一个位单元都以一个时钟位开头，在两个相 邻的时钟位中间出现的是数据位。
• 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
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11.2 磁盘数据编码方式
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。
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）。
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11.2 磁盘数据编码方式
归零制RZ制(Return to Zero)
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11.2 磁盘数据编码方式
不归零制
不归零制NRZ（Not Returnt to Zero）有几种，其中不归零 逢１翻转制（NRZ-1）工作原理是：写电流只在写“1”时 改变方向，写“0”时写电流不变。
特点：各信息位之间没有空隙，记录密度高。没有自同步 能力。并且由于电流不回到零，功耗较大。
位周期
位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1
NRZ
NRZ-1
两种不归零制的波形图
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源自文库
11.2 磁盘数据编码方式
调相制PM（Phase Modulation）
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。
下图是写入1100101时的写电流波形。
+I 1 1 0 0 1 0 1
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11.3 磁盘存储器的结构 磁盘存储器根据采用的盘体材料分为两种
如果盘体采用塑料（聚脂薄膜）做基体，两面涂 上磁粉，装在保护套内，则称为软磁盘，简称软 盘。
如果盘体采用金属（铝镁合金）做基体，两面涂 上磁粉，则称为硬磁盘。由于硬磁盘是由多个盘 片组成，所以也叫磁盘组。
第十一章 数据的磁存储原理、外存储器及接口 11.1 数据的磁存储原理 11.2 磁盘数据编码方式 11.3 磁盘存储器的结构 11.4 光盘存储器 11.5 外存储器接口
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11.1 数据的磁存储原理
后间隙 铁氧体
线圈 前间隙
磁记录介质
电流
• 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
M = 最多磁记化录翻位转次数´100%
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11.2 磁盘数据编码方式
改进调频制编码方式MFM（Modified Frequency Modulation） MFM制的编码规则：
数据位仍然出现在位单元的中间。 只有同时满足当前这个位单元中无数据位１出现，且在
前面的位单元中也无数据位１出现，才允许在其中间插 入时钟位。 把MFM制与FM制作一比较，可直观看出它们的差异 MFM制的编码效率为100％，并且保留了FM制同步能力强 的优点。MFM制广泛应用于高密度磁盘机中和高密度数字 磁带机中。
一个单元包括一个时钟位（时钟位始终为1）和 一个数据位。
当数据位是0时，不出现脉冲；当数据位是1时， 出现脉冲。
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11.2 磁盘数据编码方式
(a)时钟
(b)数据 (c)FM制编码
FM制编码波形图
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11.2 磁盘数据编码方式
特点：
FM制编码记录数据１和记录数据０所对应的脉冲序列 频率不同，记录１是记录０时脉冲频率的两倍，因此称 为倍频制。
它是用一个正脉冲来表示二进制数据1，用幅度相等极性 相反的负脉冲来表示数据０。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。
+I 1 1 0 0 1 0 1
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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。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。
在两个信息位之间，写电流方向一定改变。写“1”时， 写电流的频率比写“0”时的频率高一倍。具有自同步能 力。
+I 1 1 0 0 1 0 1
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调频制写1100101时写电流波形图
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11.2 磁盘数据编码方式
编码效率 编码效率通常用磁介质的每次磁化翻转所存储 的有用数据位数的百分比表示， FM制的编码 效率M为50％。这种编码方式对应单密度磁盘。
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11.3 磁盘存储器的结构
磁盘的磁道、柱面和扇区
磁盘的每个盘面上密布着若干与盘心同心的闭合 圆环，称为磁道。最靠近圆心的称为末道，最远 离圆心的称为零道
由若干盘片组成的同轴盘片组中，距其轴心相同 位置的一组磁道构成了一个圆柱，称为柱面。柱 面从外到内顺序为零柱面至末柱面。
每个磁道或柱面按等弧度分为若干段，称做扇区， 是磁头读写的最小单位。