硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器

1、7.4.3 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器 1.磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器是一種精密的電子和機(jī)械裝置，因此各部件的加工安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對(duì)溫盤驅(qū)動(dòng)器，還要求在超凈環(huán)境下組裝。各類磁盤驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。圖7.15是磁盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。 1 在可移動(dòng)磁頭的磁盤驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤面徑向位置運(yùn)動(dòng)以尋找目標(biāo)磁道位置的機(jī)構(gòu)叫磁頭定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由驅(qū)動(dòng)部件、傳動(dòng)部件、運(yùn)載部件（磁頭小車）組成。當(dāng)磁盤存取數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭小車的平移運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)磁頭進(jìn)入指定磁道的中心位置，并精確地跟蹤該磁道。目前磁頭小車的驅(qū)動(dòng)方式主要采用步進(jìn)電機(jī)和音圈電機(jī)兩種。步進(jìn)電機(jī)

2、靠脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，整個(gè)驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制，因此定位精度較低，一般用于軟磁盤驅(qū)動(dòng)器和道密度不高的硬磁盤驅(qū)動(dòng)器。音圈電機(jī)是線性電機(jī)，可以直接驅(qū)動(dòng)磁頭作直線運(yùn)動(dòng)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)是一個(gè)帶有速度和位置反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)速度快，定位精度高，因此用于較先進(jìn)的磁盤驅(qū)動(dòng)器。 主軸系統(tǒng)的作用是安裝盤片，并驅(qū)動(dòng)它們以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。其主要部件是主軸電機(jī)和有關(guān)控制電路。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的作用是控制數(shù)據(jù)的寫入和讀出，包括磁頭、磁頭選擇電路、讀寫電路以及索引、區(qū)標(biāo)電路等。2.磁盤控制器 磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口。由于磁盤存儲(chǔ)器是高速外存設(shè)備，故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。作為主機(jī)與驅(qū)

3、動(dòng)器之間的控制器，它需要有兩個(gè)方面的接口：一 個(gè)是與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個(gè)是與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī) 命令控制設(shè)備的操作。前者稱為系統(tǒng)級(jí)接口，后者稱為設(shè)備級(jí)接口。主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如圖所示： 磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串-并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)DMA（直接存儲(chǔ)器傳送）控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線。 2 由于控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的任務(wù)分工沒(méi)有明確的界限，因而控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的交界面劃分有多種方式。如果交界面設(shè)在A處，驅(qū)動(dòng)器只完成讀寫和放大，因而數(shù)據(jù)分離以后的控制邏輯構(gòu)成磁盤控制器，例如 ST5

4、06磁盤控制器是插在 PC機(jī)總線上的一塊電路板，控制器與設(shè)備之間就采用了這種形式的接口。如果交界面設(shè)在B處，則在驅(qū)動(dòng)器中包含數(shù)據(jù)分離器，而磁盤控制器僅有串-并變換、格式控制等邏輯構(gòu)成。例如 ESDI（增強(qiáng)型小型設(shè)備接口）屬于這種形。第三種方式是將接口交界面設(shè)在C處，磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備中，主機(jī)與設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口。例如SCSI（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）、IPI（智能外設(shè)接口）屬于這種形式。 目前的發(fā)展趨勢(shì)是采用B，C兩種接口形式，增強(qiáng)設(shè)備的功能，以使設(shè)備相對(duì)獨(dú)立。 37.4.4 磁盤上信息的分布 盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道

5、。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)。如下圖所示。 磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。扇區(qū)的編號(hào)有多種方法，可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用n磁道m(xù)扇區(qū)的磁盤地址找到實(shí)際磁盤上與之相對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。除了磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)之外，還有記錄面的面號(hào)，以說(shuō)明本次處理是在哪一個(gè)記錄面上。例如對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來(lái)說(shuō)，磁盤地址是由記錄面號(hào)(也稱磁頭號(hào))、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)三部分組成。 在磁道上，信息是按區(qū)存放的，每個(gè)區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，各個(gè)區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的。為進(jìn)行讀/寫操作，要求定出磁道的起始位置，這個(gè)起始 4 位置稱為“索引”。索引標(biāo)志在傳感器檢索下可產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再通過(guò)磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置。 磁盤存儲(chǔ)器的每個(gè)扇區(qū)記錄定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，因此讀寫操作是以扇區(qū)為單位一位一位串行進(jìn)行的。每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)記錄塊。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下圖所示。 每個(gè)扇區(qū)開(kāi)始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個(gè)扇區(qū)的開(kāi)始。兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域即為一個(gè)扇區(qū)（一記錄塊）。每個(gè)記錄塊由頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段及尾部空白段組成。其