《计算机组成原理》课件第4章存储系统-4.6.ppt

1、第4章存储系统4.6辅助存储器4.6.1磁表面存储器 将磁性材料涂敷于基体上，制成磁记录载体，通过磁头与基体之间的相对运动来读写记录的存储器就是磁表面存储器。磁盘存储器在20世纪50年代研制成功，从1962年美国开始制造软磁盘，1972年IBM试制成功IBM3740单面软磁盘驱动器，1976年试制成双面软磁盘机，1977年试制成双面双密度软磁盘。由于在存取速度、存储容量、价格等方面的综合优势，近几十年来，磁盘存储器发展十分迅速，广泛应用于微机系统中。4.6.1磁表面存储器 （1）数据的磁存储原理 磁记录信息的基本原理是利用硬磁性材料的剩磁状态来存储二进制信息的。根据电磁感应原理，变化磁场穿过闭

2、合线圈时可以产生感应电势或电流。如果让已被磁化的磁性材料，在绕有线圈回路的磁头空隙处运动，使穿过线圈回路中的磁通量发生变化，那么在线圈中将会产生感应电信号，这样就把通过磁性材料的不同剩磁状态所表示的二进制信息，转换为电信号输出。4.6.1磁表面存储器 用绕有线圈的有间隙的铁芯，作为读/写磁头，完成电磁能量转换，实现对磁表面存储器的写入和读出信息。磁头结构见图4-334.6.1磁表面存储器 当写入信息时，由a至b在瞬间通过电流，磁头铁芯里将产生顺时针方向的磁通，磁头两端空隙处形成定向磁场。当载磁体在这个磁场作用下做相对运动时，磁层表面就被磁化成有相应极性的磁化单元。要读出磁表面的信息时，磁头和载

3、磁体之间相对运动，磁头铁芯中的磁力线发生变化，在磁头线圈回路中产生感应电势。由于磁化单元中剩磁的方向不同，因而在磁头线圈中产生的感应电势方向也不同，从而可以读出磁表面上的信息0或1。4.6.1磁表面存储器（2）磁盘数据编码方式 磁盘的数据编码方式，就是磁表面存储器记录二进制的方式。由于信息记录是在磁头中通以磁化电流来实现的，所以编码方式取决于写入电流波形的组合方式。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）

4、。现在常用的数据编码方式是调频制（FM）和改进型调频制（MFM）。4.6.1磁表面存储器（3）磁盘存储器 磁盘存储器根据采用的盘体材料，可以分为两种。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。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

5、做扇区，是磁头读写的最小单位。磁盘存储器主要由磁盘盘片、磁盘驱动器和磁盘控制器组成。4.6.2光盘存储器 光盘(Optical Disk)是利用光存储技术读写信息的一种介质圆盘。光存储技术是利用激光在某种介质上写入信息，再利用激光把信息读出的技术。20世纪60年代开发出的半导体激光技术，可以使高能量的激光束集中在一平方微米的范围内，把介质聚焦为一个凹点，然后用能量相对较小的激光束把介质上的信息读出来。这样，可以实现记录密度高，存储容量大，信息保存寿命长，工作稳定可靠、环境要求低等特点，得到了广泛应用。4.6.2光盘存储器（1）光盘的分类 光盘按读写类型分，目前光盘一般分为只读型、一次写入型和可

6、重写型三种。只读型光盘上所有的信息都以坑点的形式分布。一系列的坑点（信息元）形成信息记录道。这种坑点分布除了包含数据的编码信息外，还有用于读出和写入光点的引导信息。激光在旋转的光盘表面上聚焦，通过检测盘面上来的反射光的强弱，读出记录的信息。只读式光盘上记录的信息只能读出，用户不能修改或写入新的信息。只读型光盘是生产厂家制造的。4.6.2光盘存储器 一次写入型光盘又叫写入后立即读出式。它是用输出强度高得多的激光束，在光盘的光敏层上直接写入可读的数据，盘面材料的形状发生永久性变化，所以不能在原址重新写入信息。与只读式光盘的区别在于可由用户将数据写入光盘。可重写型光盘则是可以写入、擦除、重写的可逆型

7、记录系统。它利用激光照射，引起介质的可逆性物理变化完成信息记录的。4.6.2光盘存储器（2）光盘存储器的组成及读写原理 采用半导体激光器作为光源的情况下，为了记录输入的数据，信号首先要通过ECC电路和编码电路，去直接调制二极管激光器的输出。经过调制的高强度激光束经由光学系统会聚、平行校正，通过跟踪反射镜被导向聚焦透镜。聚焦透镜把调制过的记录光束聚焦成直径约1m的光点，正好落在数据存储介质的平面上。当高强度写入光点通过存储介质时，有一定宽度和间隔的记录光脉冲就在介质上形成一连串的物理标志，它们是相对于周围的背景在光学上能显示出反差的微小区域，如黑色线状单元或凹坑。在最简单的情况下，使用金属薄膜介

8、质，此时，物理标志就是金属薄膜上被熔化了的或烧蚀掉的微米大小的孔，有孔即代表存储了二进制代码1，无孔则代表0。4.6.2光盘存储器 光盘存储系统的工作原理图见4-34。4.6.2光盘存储器 当要读出光盘存储的数据时，需在二极管激光器上施加一较低的直流电压，产生与之相应的小功率、连续波输出。读出光束的功率必须小于存储介质的记录阈值，以免破坏盘面上已写入的信息。读出光束经过光学系统，在存储介质面上聚焦成微米大小的读出光点。根据数据道上有无光学标志的情况，读出光束的反射光强度受到调制。被调制的反射光由聚焦透镜收集，经由跟踪反射镜导向1/4波长板和偏振光束分离器。由于二极管激光器的输出是平面偏振光束，

9、因而把1/4波长板和偏振光束分离器组合在一起时，就能把反射回来的读出光束分离出来，并把它导至光检测元件。用一个半透明反射镜，可把反射的读出光束在数据光检测器和定位误差检测器之间分配开来。4.6.2光盘存储器 在数据道上没有凹坑的地方，入射的读出光束被反射，其中大部分返回到物镜。而有凹坑时，从凹坑反射回来的激光与从凹坑周围反射回来的激光相比，光路长度相差1/2波长，因而相互干扰，返回的反射光与入射光相消，入射光有相当一部分没有返回物镜，因此，光检测器的输出可减少到没有凹坑时的1/10。这样，反射光的强度表明了有无凹坑。这样就可以读出光盘上记录的凹坑信号，再由光检测器将介质上反射率的变化转变为电信号。经过数据检测、译码和ECC电路，即可把读出的数据输出。