辅助存储器的特点是容量大、成 本低、通常在断电后仍能保存信息， 是“非易失性”存储器。其中大部分存 储介质还能脱机保存信息。在现代计算机系统中，使用各种 类型的存储器构成多层次存储系统， 很好地解决了速度、成本、容量之间 的矛盾，提高了计算机的性能价格比 。7.18.1辅助存储器的种类与技术指标8.1.1辅助存储器的种类 一、磁表面存储器磁表面存储器是将磁性材料沉积在盘片（或带） 的基体上形成记录介质。 1.数字式磁记录：硬盘、软盘、磁带； 2.模拟式磁记录：录音设备、录像设备。二、光存储器主要是光盘，光盘的记录原理不同于磁盘，它是 利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。光 盘的容量大，是很有发展前途的新型辅助存储器。8.1辅助存储器的种类与技术指标8.1.2辅助存储器的技术指标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。 一、存储密度 1.概念：是指单位长度或单位面积磁层表面所存储的 二进制信息量。 它包括道密度和位密度。 道密度：是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数。 道密度=磁道数/存储区域的长度 单位：道/英寸（TPI）或道/毫米（TPM） 位密度：是磁道单位长度上可以记录的二进制代码位 数。 位密度=磁道容量/内圈的周长 单位：位/英寸（bpi）或位/毫米（bpm）8.1辅助存储器的种类与技术指标磁盘：用道密度和位密度表示，也可以用两者的乘积 面密度表示。 磁带：主要用位密度表示。 2.磁道：指的是存储介质表面上的信息的磁化轨迹。 磁盘：是磁盘表面上的许多同心圆。 磁带：是沿着磁带长度方向的直线。对于磁盘来说，虽然磁道的周长各不相同，但其 磁道容量是相同的，所以内圈的位密度最大，外圈的 位密度最小，一般位密度是指内圈的位密度。8.1辅助存储器的种类与技术指标二、存储容量 1.概念：是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。 2.容量： 格式化容量：是指按照某种特定的记录格式所能 存储信息的总量。 格式化容量=记录面数每面的磁道数扇区数记录块的字节数 非格式化容量：是指磁记录表面可以利用的磁化 单元总数。 非格式化容量=记录面数每面的磁道数磁道容量将磁盘存储器用于计算机系统中，必须首先进行 格式化操作，然后才能供用户记录信息，格式化容量 一般约为非格式化容量的60%70%。8.1辅助存储器的种类与技术指标三、寻址时间是指从读写命令发出后，磁头从某一起始位置出 发移动到新的纪录位置，再到开始从盘片表面读出或 写入信息所需的时间，它包括找道时间和等待时间。1.磁盘寻址时间：包括两部分 ts：磁头寻找目标磁道所需的找道时间。 tw：找到磁道以后，磁头等待所需要读写的区段旋 转到它的下方所需的等待时间。 平均寻址时间：Ta=Tsa+Twa 2.磁带寻址时间：是指磁带空转到磁头应访问记录区 所在的位置的时间。8.1辅助存储器的种类与技术指标2.要求为确保主机与磁表面存储器之间传输信息不丢失 ，传输率与存储设备和主机接口逻辑两者有关。从设备方面考虑，传输率等于记录密度和记录介 质的运动速度的乘积。从主机接口逻辑考虑，应有足 够快的传送速度接受/发送信息，以便主机与辅存之 间的传输正确无误。四、数据传输率 1.概念：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。平均数据传输率=每道扇区数扇区容量盘片转数8.1辅助存储器的种类与技术指标六、价格 位价格：位价格是设备价格除以容量。通常用位价格来比较存储器，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。五、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。8.1辅助存储器的种类与技术指标例：一台三个盘片的磁盘组，共有四个记录面，转速 为7200转/分，盘面有效记录区的外径为30cm，内径 为20cm，记录位密度为250bit/mm，磁道密度8道/mm, 盘面分16个扇区，每扇区1024字节，设磁头移动速度 为2m/s。 求： 1、计算盘组的非格式化容量和格式化容量。 2、计算该磁盘的数据传输率、平均找道时间和平均 等待时间。解： 1、磁盘的记录区域为：(30-20)/2=5cm 磁盘的磁道数：510mm8道/mm=400道 非格式化容量=记录面数每面的磁道数磁道容量 =440020103.14250=31400000B31.4MB 格式化容量=记录面数每面的磁道数扇区数记 录块的字节数 =4400161024=26214400B26.2MB 2、磁盘的数据传输率=每道扇区数扇区容量盘片 转数 =1610247200/60=1966080B/s1.966MB/s 平均找道时间=磁头移动400道的时间/2 =50/2000/2=12.5ms 平均等待时间=转一周时间/2 =60/7200/2=4.15ms8.2 磁盘记录原理与记录方式8.2.1记录原理 一、材料的磁特性 1.硬磁特性：励磁电流消失后，仍然存在剩磁。8.2 磁盘记录原理与记录方式2.软磁特性：励磁电流次消失后，剩磁为0。8.2 磁盘记录原理与记录方式从磁滞回线可以看出，磁性材料被磁化以后，工作点 总是在磁滞回线上。只要外加的正向脉冲电流(即外加磁 场)幅度足够大，那么在电流消失后磁感应强度B并不等于 零，而是处在+Br状态(正剩磁状态)。反之，当外加负向 脉冲电流时，磁感应强度B将处在-Br状态(负剩磁状态)。 这就是说，当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁 状态，就像触发器电路有两个稳定的状态一样。如果规定 用+Br状态表示代码“1”，-Br状态表示代码“0”，那么 要使磁性材料记忆“1”，就要加正向脉冲电流，使磁性 材料正向磁化；要使磁性材料记忆“0 ”，则要加负向脉 冲电流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈现剩磁状态 的地方形成了一个磁化元或存储元，它是记录一个二进制 信息位的最小单位。7.108.2 磁盘记录原理与记录方式二、磁性特点 1.盘片：硬磁特性：正剩磁为“1”；负剩磁为“0” 。 2.磁头：电磁传感器，软磁特性。三、磁表面存储器的读写原理 在磁表面存储器中，利用一种称为磁头的装置来 形成和判别磁层中的不同磁化状态。磁头实际上是由 软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁。8.2 磁盘记录原理与记录方式前间隙后间隙铁氧体线圈电流磁记录介质磁头结构和电磁转换示意图磁头，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8.2 磁盘记录原理与记录方式1.写操作当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁芯内 就产生一定方向的磁通。由于铁芯是高导磁率材料， 而铁芯空隙处为非磁性材料，故在铁芯空隙处集中很 强的磁场。在这个磁场作用下，载磁体就被磁化成相 应极性的磁化位或磁化元。若在写线圈里通入相反方 向的脉冲电流，就可得到相反极性的磁化元。如果我 们规定按图中所示电流方向为写“1 ”，那么写线圈 里通以相反方向的电流时即为写“0”。上述过程称 为写入。显然，一个磁化元就是一个存储元，一个磁 化元中存储一位二进制信息。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。8.2 磁盘记录原理与记录方式2.读操作 当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯是 良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而 形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方 向是不同的。当磁头对载磁体作相对运动时，由于磁 头铁芯中磁通的变化，使读出线圈中感应出相应的电 动势e，其值为负号表示感应电势的方向与磁通的变化方向相反 。不同的磁化状态，所产生的感应电势方向不同。这 样，不同方向的感应电势经读出放大器放大鉴别，就 可判知读出的信息是“1”还 是“0”。8.2 磁盘记录原理与记录方式3.磁表面存储器存取信息的原理：通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流 ，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩 磁状态；反之，通过磁-电变换，利用磁头读出线圈 ，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转 换成电信号输出。8.2 磁盘记录原理与记录方式8.2.2 磁记录介质与磁头 一、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 。 1.按照基底不同分：软性介质、硬性介质。 2.按照磁性材料分：颗粒材料、连续材料。 3.按照涂布工艺方式分：平涂工艺、甩涂工艺。8.2 磁盘记录原理与记录方式8.2.2 磁记录介质与磁头 二、磁头 1.感应式磁头：采用电磁感应原理读出和记录信号。 2.MR磁头：利用磁致电阻效应读出信息。MR磁头能在高密度记录的情况下读出信号，它是 专用于读出的磁头，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入磁头 配合使用。 3.按照磁头的工作方式分：接触式磁头、浮动式磁头 。4.磁致电阻效应：将某些磁性材料放在磁场中，如果 通以一恒定电流，当外加磁场改变时，该材料的电阻 率也随之改变，这就是磁致电阻效应。8.2 磁盘记录原理与记录方式 8.2.3 磁记录方式形成不同写入电流波形的方式，称为记录方式。 记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二进 制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写 控制电路实现这种转换。在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位 、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。常用 记录方式可分为不归零制(NRZ)，调相制(PM)，调频 制(FM)几大类。 一、不归零制(NRZ) 特点是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)，因此不归零制记录方 式的抗干扰性能较好。 8.2 磁盘记录原理与记录方式二、见“1”就翻不归零制(NRZ1) 与 NRZ0制的相同处：磁头线圈中始终有电流通过 。不同处：记录“0”时电流方向不变，只有遇到1时 才改变方向。 三、调相制(PM) 特点是在一个位周期的中间位置，电流由负到正 为1，由正到负为0，即利用电流相位的变化进行写 “1”和“0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改 变一次，这种记录方式中“1”和“0”的读出信号相 位不同，抗干扰能力较强。另外读出信号经分离电路 可提取自同步定时脉冲，所以具有自同步能力。磁带 存储器中一般采用这种记录方式。8.2 磁盘记录原理与记录方式 四、调频制(FM)特点如下： (1)无论记录的代码是1或0，或者连续写“1”或写 “0”，在相邻两个存储元交界处电流都要改变方向 ； (2)记录1时电流一定要在位周期中间改变方向，写 “1”电流的频率是写“0”电流频率的2倍，故称为 倍频法。这种记录方式的优点是记录密度高，具有自 同步能力。FM可用于单密度磁盘存储器。五、改进调频制(MFM) 与调频制的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 是在每个位周期的起始处都翻转，因而进一步提高了 记录密度。MFM可用于双密度磁盘存储器。8.2 磁盘记录原理与记录方式 常用磁记录方式波形图NRZNRZ1PMFMMFM位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1位周期8.2 磁盘记录原理与记录方式六、评价一种记录方式优劣的标准编码效率、自同步能力、检读分辨力、信息相关 性、抗干扰能力、信道带宽、编码译码电路的复杂性 等。 1.编码效率：是指位密度与最大磁化翻转密度之比， 也就是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多 少。 2.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。自同步能力的大 小可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比 值R来衡量。R越大，自同步能力越高。8.2 磁盘记录原理与记录方式3、检读分辨率：磁记录系统对读出信号的分辨能力 。4、信