第六章 辅助存储器

特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低,在掉电情况下能长期保存信息。 主存的后备和扩充，也称外存。 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低,在掉电情况下能长期保存信息。 磁表面存储器 光存储器 磁芯 磁盘 磁带

辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、 寻址时间等 1. 存储密度。 道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。 位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数。

2. 存储容量 3. 寻址时间 存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量、一般用字节为单位。 磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁头寻找目标磁道所需的找道时间ts。二是找到磁道以后，磁头等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间tw。由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面碰道所需的时间不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同。因此取它们的平均值，称作平均寻址时间Ta。它由平均找道时间tsa和平均等待时间twa组成: Ta=Tsa+Twa =(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2 磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁头寻找记录区的等待时间。

误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数、它等于从辅存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比。 4.数据传输率 磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数，叫数据传输率Dr 。从设备方面考虑，传输率等于记录密度D和记录介质的运动速度V的乘积。 5.误码率 误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数、它等于从辅存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比。

6.价格 通常用位价格来比较各种存储器。位价格是设备价格除以容量，在所有存储设备中，磁表面存储器和光盘存储器的位价格是很低的。例如，IBM PC机 3.5 英寸高密度软磁盘存储器共有 2个记录面、每面 80个磁道、每个磁道18个记录扇区、每个扇区可记录信息512个字节。因此其格式化容量为： 512*18*80*2≈1.44MB 该软磁盘机的转速为每分钟360转（360rPm），旋转一圈的时间为：60／360=0.167s；平均等待时间为旋转半圈的时间83ms、平均找道时间取决于不同驱动器的机电性能（直接给出）。

本节将讨论磁表面存储技术的基础——信息的存取原理、磁记录介质、磁头以及磁记录的编码方式。在此只作一般原理性的介绍。 磁盘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。 6.2.1 磁记录原理 写入：将计算机并行数据进行并-串变换，然后一位一位的由写电流驱动器将交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化。根据写入电流的方向决定是写“1”还是写“0”。当载磁体相对于磁头运动时，就可以连续写入一连串的二进制信息。 读出：磁盘匀速转动，磁化点顺序经过磁头，在磁头线圈中感应出相应的电动势，经过放大检测等一定的处理后，还原成原来存入的数据信号。由于数据是一位一位串行读出的，故要经串-并变换后，在将并行信号送至计算机。

磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体。可以脱机保存信息，并目可以作为不同系统之间信息交换的手段、因此又称为磁记录媒体。 6.2.2 磁记录介质与磁头 1、磁记录介质 磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体。可以脱机保存信息，并目可以作为不同系统之间信息交换的手段、因此又称为磁记录媒体。 2、 感应式磁头 磁头是实现电一磁转换的装置，用电脉冲表示的二进制代码，通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲。介质上信息的清除，则是通过磁头将介质上磁层向某一方向饱和磁化或去磁而得到。因此磁头的性能对读写、清除、记录密度和读出速度等均有影响。

3、 MR磁头 随着计算机对大容量硬盘驱动器的需求，促进高密度磁以录技术的发展。MR磁头是专用于读出的磁头，即它不能完成写人工作，但它具有高的输出灵敏度和与磁盘转速无关的输出特性，所以需要与专用的写人磁头配合使用。MR磁头已应用在大容量的硬盘驱动器中，但其价格较贵。

运动方向 磁层 载磁体 N S S N 读线圈 写线圈 铁芯

存储元的大小和缝隙宽度、磁头与磁表面距离、电 流 强度有关 目前软盘常用MFM编码方式,能达到较高的记录密度和较高的自同步能力.

6.2.3 磁记录方式 磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制数字信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。图8.5 给出几种常见的磁记录方式的写人电流波形。 （1）归零制（RZ） 写入线圈的正脉冲电流表示写如“1”，负脉冲表示记录“0”。在两位信息之间要保持线圈中的电流为零。

（2）不归零制（NRZ） 磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表1）就是反向电流（代表“0”），其抗干扰能力强。

（4）调相制（PM） 也就是说，假定记录数据“0’时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数据‘l’时从正变为负、当连续出现两个或两个以上‘1’或‘0”时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次。 （5）调频制（FM） 记录‘1’时不仅在位同期的中心产生磁化翻转，而在位与位之间也必须翻转。记录“0’时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。由于记录数据‘l’时磁化翻转的频率为记录数据“0’时的两倍，因此又称‘倍频制”。

（6）改进调频制（MFM） 这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据‘1’时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据‘0’时不翻转。区别在于只有连续记录两个或两个以上‘0’时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位同期的起始处都翻转。 除上述几种记录方式外，还有改进调频制（M2FM）、成组编码（GCR）以及游程长度受限码（RLLC）等。

游程长度受限码RLLC的编码实质是将原始数据序列变成“0”、“1”受限制的记录序列，其编码规则是将原始数据变换成“0”游程长度受限码，即任何两位相邻的“1”之间的“0”的最大位数和最小位数均受到限制的新编码。然后再用NRZ1制方式进行调制和写入。该码具有自同步能力，因而在高密磁盘中得到广泛应用。

自同步能力是指从读出数据（脉冲序列）中自动提取同步信号（时间基准信号）的能力。例如NRZ1没有自同步能力，而PM、FM、MFM记录方式具有自同步能力。其中FM方式的最大磁化翻转间隔是位周期T,而最小磁化翻转间隔是T/2,因此自同步能力R=T/2=0.5。