外存儲技術(shù)及設(shè)備1

第五章外存儲技術(shù)及設(shè)備

5.1軟磁盤機(jī)

一、概述

■軟磁盤機(jī)的發(fā)展

1972年,IBM3740——8”，單面,單密度,400KB

1976年,SA400-----5.25"，單面，單密度,48TPI,

125KB

為擴(kuò)大容量,由單面-＞雙面,

單密度4倍密度4借道密度-＞高密度

微型軟磁盤,3"~4"

35',135TPI

■軟磁盤的磁道格式：為方便地從軟磁盤中查出存儲

的文件,要對軟磁盤預(yù)先進(jìn)行格式化。

扇區(qū):為了存取數(shù)據(jù)的方便,每個(gè)磁道又分為許多稱之為扇區(qū)

的小區(qū)段。每個(gè)磁道（不管是里圈還是外圈）上的扇區(qū)數(shù)是一樣

的

扇區(qū)01

扇區(qū)02

盤地址:

園柱號（磁道號）扇區(qū)03

磁頭號（面號）

扇區(qū)號

00道

01道

確定磁道起始和終止的點(diǎn)

非格式化容量=

f*t*磁道數(shù)*面數(shù)

格式化容量=

扇區(qū)字節(jié)數(shù)*扇區(qū)數(shù)

*磁道數(shù)*面數(shù)

UU

II0Nzv0S

dN5CXsiXd

vAH0Avv0M

oSVSaD

IDJ卜DATA)

區(qū)段1

3.5英寸軟盤分為高密盤和低密盤。例如在DOS環(huán)

境下，3.5英寸低密盤的每個(gè)盤面劃分為0?79(80)個(gè)

磁道，每個(gè)磁道分割為9個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存放512個(gè)

字節(jié)，存儲容量為720KB；3.5英寸高密度磁盤的盤面

劃分為80個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分割為18個(gè)扇區(qū)，存儲

容量為L44MB。

某3.5英寸軟盤機(jī)，轉(zhuǎn)速為300rpm,數(shù)據(jù)傳輸率為

500Kb/s,2面，每面有80個(gè)磁道，每道18個(gè)扇區(qū)，每扇

區(qū)512字節(jié)，該盤片因?yàn)楦袷交玫舻拇鎯θ萘繛槎嗌?

非格式化容量=f*t*磁道數(shù)*面數(shù)

=500*(60/300)*80*2(Kb)

=16000Kb

=2MB

格式化容量=扇區(qū)字節(jié)數(shù)*扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)*面數(shù)

=512*18*80*2(B)

=1.44MB

格式化用掉的容量=2-1.44

=0.56MB

、軟盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)

?磁頭及磁頭支持機(jī)構(gòu)

?磁盤驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)

?磁頭定位機(jī)構(gòu)

?磁頭加載機(jī)構(gòu)

?磁盤保護(hù)機(jī)構(gòu)

1、磁頭

軟盤磁頭具有適應(yīng)軟盤驅(qū)動器和介質(zhì)互換性的能

力，為此：

R/W頭兩側(cè)備有抹頭。

抹頭的縫隙寬度小于道間隙寬，這樣，在不抹除

有效信息的情況下，可以保證道間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的

間隔，防止道間串?dāng)_，彌補(bǔ)磁頭中心不能完全對準(zhǔn)磁

道中心的不足，降低了磁頭定位精度的要求。

2、磁盤驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)

將軟盤準(zhǔn)確地定位于主軸中心位置，并使其勻速

轉(zhuǎn)動。

由磁盤插入引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)、磁盤夾緊

機(jī)構(gòu)和磁盤彈射機(jī)構(gòu)等組成。

磁盤插入引導(dǎo)機(jī)構(gòu)使軟盤初步定位于主軸中心位

置，以使磁盤夾緊機(jī)構(gòu)能將盤片壓緊在主軸上。

主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)用來帶動盤片勻速轉(zhuǎn)動，現(xiàn)在，使

用的是薄型直流直接驅(qū)動電機(jī)。

磁盤夾緊機(jī)構(gòu)用來把盤片固位在主軸上，并使之

旋轉(zhuǎn)。

磁盤彈射機(jī)構(gòu)使盤片自動彈出。

磁盤夾緊機(jī)構(gòu)分以下兩種:

1.利用磁盤的中心孔直接夾緊，有圓柱形和杯形結(jié)

構(gòu)。

2.在磁盤上預(yù)先安裝一個(gè)金屬或塑料卡轂,利用這

個(gè)卡轂使磁盤與主軸夾緊.

3、磁頭定位機(jī)構(gòu)

作用：準(zhǔn)確地將磁頭驅(qū)動道指定的磁道位置,以保證

互換性。

組成:大部分采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，由步進(jìn)電機(jī)、

傳動件、磁頭小車、小車導(dǎo)軌等組成。常用的傳動件

有：鋼帶、絲桿和螺旋凸輪等。

4、磁頭加載機(jī)構(gòu)

作用：給磁頭一個(gè)外加力，以保證磁頭與盤面良好接

觸。

有電磁鐵加載和直接加載。

5、磁盤保護(hù)機(jī)構(gòu)

三、軟盤機(jī)的控制電路

?盤選擇電路

?主軸恒速驅(qū)動電路

?狀態(tài)檢測電路

?磁頭定位電路

?寫入和讀出電路

?接口

1.盤選擇電路

DSO

DS1

F

DaHeadSelect

C

3.狀態(tài)檢測電路

(1)“00”道檢測電路

光電檢測器

微動開關(guān)

檢測傳感器

A相

DS

（2）索引信號檢測電路

光電檢測器

光電檢測器

DS

霍爾元件

接

收

器

(3)寫保護(hù)檢測電路

光電檢測器

微動開關(guān)

(4)“準(zhǔn)備好”信號檢測電路

微動開關(guān)

準(zhǔn)備好狀態(tài)：(1)被選中；

(2)盤片插好；

(3)主軸電機(jī)已旋轉(zhuǎn);

(4)磁頭定位在00道。

4.寫入電路

根據(jù)寫入數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的寫電流

原理框圖

對寫入電路的要求

(1)寫電流應(yīng)足夠大；

(2)寫電流應(yīng)保持恒定；

(3)寫電流過渡過程時(shí)間應(yīng)短；

(4)提供合適的抹電流。

(5)在高密度軟盤機(jī)中，在43道以內(nèi)的磁道，應(yīng)減

小寫電流。

抹電路

作用：產(chǎn)生抹電流，以修整磁道邊緣，防止道間串?dāng)_。

抹電流應(yīng)比寫電流延遲導(dǎo)通和切斷。

（為什么？）

5.讀出電路

原理框圖

讀出電路原理框圖

波形圖

5.2硬磁盤機(jī)

硬盤機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：

(1)固定頭硬磁盤機(jī)

(2)活動頭、固定盤式硬磁盤機(jī)

(3)活動頭、可換盤式硬磁盤機(jī)

(4)溫式硬磁盤機(jī)(活動頭、固定盤)

、溫式硬盤機(jī)的特點(diǎn)(P323)

(1)頭盤組件和定位機(jī)構(gòu)采用全封閉方式

(2)磁頭采用接觸式啟停

(3)主軸和電機(jī)一體化

磁頭浮動原理(P330)

W正壓：浮力垂直向上

~~亍負(fù)壓：浮力垂直向下

、溫式硬盤機(jī)的組成(P324)

選頭電路

硬前置放大

盤

控

制J驅(qū)動電機(jī)―

器無刷直

反饋信號流電機(jī)

主軸電機(jī)」

驅(qū)動電路I

PCBAHDA

三、磁頭定位系統(tǒng)

1、磁頭定位控制方式(P323、P326)

?開環(huán)控制

步進(jìn)

中脈沖

央---?

控方向轉(zhuǎn)換驅(qū)動

制信號電路電路

器

?半閉環(huán)控制

?閉環(huán)控制（P326）

執(zhí)

行

機(jī)

構(gòu)

速度控制（粗控）：道差＞1時(shí)，快速定位于目標(biāo)道

位置控制（精控）：道差＜1時(shí)，

盡可能快速地保證數(shù)據(jù)頭穩(wěn)定在數(shù)據(jù)磁道中心

2、閉環(huán)控制的伺服方式(P323)

?面伺服

?扇區(qū)伺服

?埋入伺服

?光電伺服

3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

?旋轉(zhuǎn)式

?直線式

4、伺服信息編碼

?雙位碼

奇、偶伺服道上分別記錄相位相差180的雙

位脈沖。

伺

N

evensSRN.-sSN服

oddNNSSkNNSs頭

sNN

evensSNNS

+I

PES=Vo、

讀出波形

?二相雙位碼

伺服碼：uonoooioioooioioooioioooioioooiionoo

X=A-BY=C-D

五、高密度硬盤存儲的關(guān)鍵技術(shù)(P338)

1、高密度磁頭技術(shù)

鐵氧體->MIG->TF->MR

MR頭的工作原理:利用磁電阻效應(yīng)檢測磁強(qiáng)。

磁電阻效應(yīng)是一種物質(zhì)受到外加磁場作用后引起電

阻率(p)發(fā)生改變的現(xiàn)象。

2、低信噪比下的信號處理技術(shù)

PRML,Viterbi信號處理技術(shù)

3、高矯頑力、低噪音的記錄介質(zhì)技術(shù)

4、精密伺服定位技術(shù)

(1)先進(jìn)的伺服跟蹤技術(shù)，如光伺服

(2)采用兩級定位器

5、采用高速通道、高速緩存和超級數(shù)字信號處理

(UltraDSP)技術(shù)

6、提高主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速(采用流體動壓軸承HDB)

7、盤陣列技術(shù)以實(shí)現(xiàn)并行處理

5.3光存儲技術(shù)

一、概述

1、光存儲技術(shù)的特點(diǎn)(P342)

?存儲密度高

?存儲壽命長

?非接觸式讀寫

?數(shù)據(jù)傳輸率較低

2、光存儲設(shè)備分類（P342）

?只讀存儲

?一次寫入多次讀出

?可鏢除重寫存儲

相變型、磁光型

3、CD—ROM存儲器技術(shù)指標(biāo)（P370）

（1）數(shù)據(jù)傳輸率

單速驅(qū)動器：150KB/s（記為IX）

倍速驅(qū)動器：300KB/s（記為2X）

16倍速驅(qū)動器：16*150KB/s（記為16X）

*光盤轉(zhuǎn)動速度為CLV方式（恒定線速度）（P372）

光盤存儲器的組成(P358)

1.激光器和與之相連形成讀/寫光點(diǎn)的光學(xué)系統(tǒng)；

2.檢測和校正讀/寫光點(diǎn)與數(shù)據(jù)道之間的定位誤差的

光電伺服系統(tǒng)；

3.檢測和讀出數(shù)據(jù)的光電系統(tǒng)；

4.移動光頭的機(jī)構(gòu)；

5.寫/讀數(shù)據(jù)通道中的編/譯碼及ECC電路；

6.光盤---數(shù)據(jù)存儲媒體；

7.光盤主軸機(jī)構(gòu)；

8.光盤機(jī)的電子線路；

、光盤存儲系統(tǒng)的記錄機(jī)理(P350)

2、一次寫入多次讀出

記錄方式

?燒蝕型：存儲介質(zhì)為金屬等

?起泡型：聚合物-高熔點(diǎn)金屬兩層薄膜

?熔絨型：離子刻蝕過的硅

?合金化型：粕-硅等雙層結(jié)構(gòu)

?相變型：硫化合物或金屬合金

3、可重寫

(1)相變型

寫入：利用高功率和短脈寬激光束聚焦于記錄介質(zhì)薄

膜上，介質(zhì)吸熱后迅速升至熔點(diǎn)并在驟冷條件下形成

非晶態(tài)。

擦除：利用適當(dāng)功率和較長脈寬的激光束再作用于記

錄點(diǎn)，使該點(diǎn)溫度上升至低于材料的熔點(diǎn)而高于非晶

態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度，使產(chǎn)生重結(jié)晶而恢復(fù)成為晶態(tài)。

讀出：由于晶態(tài)和非晶態(tài)材料的折射率和反射率不同,

故記錄點(diǎn)反射率與周圍區(qū)域有明顯反差，利用小功率

激光束檢出此反射率的差異。

(2)磁光型

四、光盤的伺服系統(tǒng)

功能：以亞微米級的精度使掃描光點(diǎn)保持在焦點(diǎn)和

信道上，實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)的三維伺服：

聚焦伺服

徑向跟蹤伺服

切向跟蹤伺服

1.聚焦伺服■

功能：自動移動物鏡以確保光盤的記錄介質(zhì)平面保

持在焦深范圍內(nèi).

聚焦誤差信號的檢測方法：

a.像散法

像散:物點(diǎn)發(fā)出的窄光束經(jīng)透鏡后不再交于一點(diǎn)的

b.刀口法

在反射光束中非對稱地設(shè)置一刀刃狀物，把二象

限探測器放在成象點(diǎn)處。

焦點(diǎn):平面

2.徑向跟蹤伺服

a.三光束（三點(diǎn)）法

由衍射光柵產(chǎn)生讀寫用的主光束，徑向跟蹤用

的±1級輔助光束，輔助光束在信道中心正負(fù)錯開,

跨在信道上，由于信道的平均反射率低于信道間反

射率,當(dāng)信道中心與兩跟蹤光點(diǎn)中心距離不等時(shí)，就

會產(chǎn)生非零差分信號，自動調(diào)節(jié)輸出為零，即實(shí)現(xiàn)自

動跟蹤伺服。

5.4網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)

一、DAS(DirectAttachedStorage)

傳統(tǒng)存儲技術(shù)

?存儡2佞修構(gòu)(畫⑨錫明)

?綢皮

?局限傕

二、NAS(NetworkAttachedStorage)

附網(wǎng)存儲

?存儡算佞修構(gòu)(畫出錫明)

?優(yōu)點(diǎn)

?觸電

三、SAN(StorageAreaNetwork)

存儲局域網(wǎng)

?存儒S佞痣構(gòu)(畫圖短明)

?優(yōu)袈

?存在的向題

四、提出一種新的存儲技術(shù)

五、展望網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.5磁盤陣列技術(shù)

冗余磁盤陣列技術(shù)，即RAID

(RedundantArraysofInexpensiveDisks)

是指通過利用多塊硬盤按照一定的規(guī)則組成陣列

的形式來達(dá)到提高數(shù)據(jù)傳輸率或提供更高容錯性，保

證數(shù)據(jù)安全的技術(shù)。

、RAID結(jié)構(gòu)

根據(jù)陣列容錯方式和數(shù)據(jù)分布方式的不同，通常有

RAIDO,1,2,3,4,5幾種級別。

1、RAIDO

采用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，數(shù)據(jù)被分成大小相等的塊寫入

陣列中的不同硬盤。存放格式如下：

盤1盤2盤3盤4

DID2D3D4

D5D6D7D8

D9D1ODllD12

D13D14D15D16

特點(diǎn):效能較高（盤空間全被利用），但安全性差。

對視頻編輯和廣告制作等需要高速傳輸和大容量

的應(yīng)用很有好處

2、RAID1

采用鏡像容錯結(jié)構(gòu)，每個(gè)數(shù)據(jù)盤都有一個(gè)與之成鏡

像的磁盤，兩者保持完全相同的數(shù)據(jù)。

盤1盤2盤3盤4

DID2DID2

D3D4D3D4