第五章 外存储技术及设备
? 软磁盘机的发展
1972年,IBM3740 —— 8″,单面，单密度,400KB
1976年,SA400——5.25″,单面，单密度,48TPI，
125KB
为扩大容量，由单面 ->双面，
单密度 ->倍密度 ->倍道密度 - >高密度
微型软磁盘,3″~ 4″
3.5″,135TPI
5.1 软磁盘机
一、概述
? 软磁盘的磁道格式,为方便地从软磁盘中查出存储
的文件，要对软磁盘预先进行格式化。
扇区,为了存取数据的方便, 每个磁道又分为许多称之为扇区
的小区段 。 每个磁道 (不管是里圈还是外圈 )上的扇区数是一样
的
扇区 01
扇区 02
扇区 03
00道
01道
盘地址,
园柱号（磁道号）
磁头号（面号）
扇区号
磁
道
首
部
SY
NC
AM1 ID CRC SY
NC
AM2 DAT
A
CRCGA
P1
GA
P3
GA
P2
区段 1
ID DATA
确定磁道起始和终止的点
非格式化容量 =
f * t * 磁道数 * 面数
格式化容量 =
扇区字节数 * 扇区数
* 磁道数 * 面数
3.5英寸软盘分为高密盘和低密盘。例如在 DOS环
境下,3.5英寸低密盘的每个盘面划分为 0～ 79(80)个
磁道，每个磁道分割为 9个扇区，每个扇区存放 512个
字节，存储容量为 720KB； 3.5英寸高密度磁盘的盘面
划分为 80个磁道，每个磁道又分割为 18个扇区，存储
容量为 1.44MB。
某 3.5英寸软盘机，转速为 300rpm，数据传输率为
500Kb/s,2面，每面有 80个磁道，每道 18个扇区，每扇
区 512字节，该盘片因为格式化用掉的存储容量为多少？
非格式化容量 = f * t * 磁道数 * 面数
= 500 * (60/300) * 80 * 2 (Kb)
= 16000 Kb
= 2 MB
格式化容量 = 扇区字节数 * 扇区数 * 磁道数 * 面数
= 512 * 18 * 80 * 2 ( B )
= 1.44 MB
格式化用掉的容量 = 2 - 1.44
= 0.56 MB
二、软盘驱动器的结构
● 磁头及磁头支持机构
● 磁盘驱动定位机构
● 磁头定位机构
● 磁头加载机构
● 磁盘保护机构
1、磁头
软盘磁头具有适应软盘驱动器和介质互换性的能
力，为此：
R/W 头两侧备有抹头 。
抹头的缝隙宽度小于道间隙宽，这样，在不抹除
有效信息的情况下，可以保证道间数据与数据之间的
间隔，防止道间串扰，弥补磁头中心不能完全对准磁
道中心的不足，降低了磁头定位精度的要求。
2、磁盘驱动定位机构
将软盘准确地定位于主轴中心位置，并使其匀速
转动。
由磁盘插入引导机构、主轴驱动机构、磁盘夹紧
机构和磁盘弹射机构等组成。
磁盘插入引导机构使软盘初步定位于主轴中心位
置，以使磁盘夹紧机构能将盘片压紧在主轴上。
主轴驱动机构用来带动盘片匀速转动，现在，使
用的是薄型直流直接驱动电机。
磁盘夹紧机构用来把盘片固位在主轴上，并使之
旋转。
磁盘弹射机构使盘片自动弹出。
磁盘夹紧机构分以下两种：
1,利用磁盘的中心孔直接夹紧,有圆柱形和杯形结
构。
2,在磁盘上预先安装一个金属或塑料卡毂,利用这
个卡毂使磁盘与主轴夹紧,
夹紧孔
定位孔
电机
托盘 驱动销主轴
磁盘安装时 定位动作开始 定位结束
3、磁头定位机构
作用, 准确地将磁头驱动道指定的磁道位置,以保证
互换性。
组成,大部分采用步进电机开环控制，由步进电机、
传动件、磁头小车、小车导轨等组成。常用的传动件
有：钢带、丝杆和螺旋凸轮等。
4、磁头加载机构
作用, 给磁头一个外加力,以保证磁头与盘面良好接
触。
有电磁铁加载和直接加载。
5、磁盘保护机构
三、软盘机的控制电路
● 盘选择电路
● 主轴恒速驱动电路
● 状态检测电路
● 磁头定位电路
● 写入和读出电路
● 接口
1,盘选择电路
F
D
C
DS1
Head Select
DS0
2,主轴恒速驱动电路
给定电压 比较器
校正网络
> 功放
整形f/v转换器
测速计
直流电机
3,状态检测电路
（ 1）, 00” 道检测电路
光电检测器
微动开关
检测传感器
A相
DS
（ 2） 索引信号检测电路
光电检测器
光电检测器
DS
接
收
器
霍尔元件
（ 3） 写保护检测电路
光电检测器
微动开关
（ 4）“准备好”信号检测电路
微动开关
准备好状态,（ 1）被选中；
（ 2）盘片插好；
（ 3）主轴电机已旋转；
（ 4）磁头定位在 00道。
写数据
接收器
写数据
触发器
写电流
开 关
恒流源
写驱动 (1)
写驱动 (2)
抹 电 流
延迟电路 抹电流源
写数据 Q
Q
写选通
写保护
Vcc
i1
i2
4,写入电路
根据写入数据产生相应的写电流
原理框图
写选通
写数据
Q
Q
i1
i2
写入电路波形图
波形图
对写入电路的要求
（ 1）写电流应足够大；
（ 2）写电流应保持恒定；
（ 3）写电流过渡过程时间应短；
（ 4）提供合适的抹电流。
（ 5）在高密度软盘机中，在 43道以内的磁道，应减
小写电流。
抹电路
作用：产生抹电流，以修整磁道边缘，防止道间串扰。
抹电流应比写电流延迟导通和切断。
（为什么？）
5,读出电路
原理框图
读出电路原理框图
脉冲
整型
低通
滤波
微分
放大
鉴零
输出
前置
放大
波形图
磁化状态
前放
微分
鉴零
整形
5.2 硬磁盘机
硬盘机的发展经历了以下四个阶段：
（ 1） 固定头硬磁盘机
（ 2） 活动头、固定盘式硬磁盘机
（ 3） 活动头、可换盘式硬磁盘机
（ 4） 温式硬磁盘机（ 活动头、固定盘）
一,温式硬盘机 的特点 (P323)
（ 1）头盘组件和定位机构采用全封闭方式
（ 2）磁头采用接触式启停
(3) 主轴和电机一体化
磁头浮动原理 （ P330）
W
dF
正压：浮力垂直向上
负压：浮力垂直向下
二,温式 硬盘机的组成 (P324)
R/W
电路
接口电路
单片机
主轴电机
驱动电路
磁头驱动
电路 驱动电机
反馈信号
硬
盘
控
制
器 无刷直流电机
选头电路
前置放大
PCBA HDA
三、磁头定位系统
1、磁头定位控制方式 (P323,P326）
◆ 开环控制
中
央
控
制
器
转换
电路
驱动
电路
步进
电机 执行机构
步进
脉冲
方向
信号
◆ 半闭环控制
转换电路
与
阶梯信号
产生电路
数模转换
与
驱动电路
步进
电机 执行机构
步进
脉冲
方向
信号
伺服解码电路
◆ 闭环控制（ P326）
速度控制 （粗控）：道差 >1时，快速定位于目标道
位置控制 （精控）：道差 <1时，
尽可能快速地保证数据头稳定在数据磁道中心
驱
动
电
路
音圈
电机
执
行
机
构
速度
检测
速度
曲线
发生
器
微
处
理
器
位置补偿
滤波道差检测
+
-
伺服解码电路PES
2、闭环控制的伺服方式 （ P323）
◇ 面伺服
◇ 扇区伺服
◇ 埋入伺服
◇ 光电伺服
3、执行机构
◇ 旋转式
◇ 直线式
4、伺服信息编码
◇ 双位码
奇、偶伺服道上分别记录相位相差 180° 的双
位脉冲。
even
even
odd N N S S N N S S N N S S
S S N N S S N N
S S N NS S N N 伺服
头
读出波形
PES = Vo - Ve
+ -
◇ 二相双位码
伺服码,110110001010001010001010001010001101100
A B C D标
志
位
同
步
位
X=A-B Y=C-D
XY
四、硬盘的 CHS（ P334）
C,Cylinder-柱面
H,Head-磁头
S,Sector-扇区
硬盘存储容量,
磁头数 * 柱面数 * 扇区数
* 扇区字节数
512B
主轴
电机
磁道
五、高密度硬盘存储的关键技术 （ P338）
1、高密度磁头技术
铁氧体 -> MIG -> TF -> MR
MR头的工作原理,利用磁电阻效应检测磁强。
磁电阻效应是一种物质受到外加磁场作用后引起电
阻率（ ?） 发生改变的现象。
? = ?0 + △ ? cos2?
?0, 电阻率的固定部分
△ ?,磁场作用后所导致的电阻率
的变化（与磁化强度 M 有关）
?,磁化矢量与电流矢量
MR头两端产生周期性电压脉冲，即
△ V= △ R · I,其中
△ R=△ ? · R0 / ?0
△ V= R0 · I · △ ?/ ?0
2、低信噪比下的信号处理技术
PRML,Viterbi信号处理技术
3、高矫顽力、低噪音的记录介质技术
4、精密伺服定位技术
（ 1）先进的伺服跟踪技术，如光伺服
（ 2）采用两级定位器
5、采用高速通道、高速缓存和超级数字信号处理
（ Ultra DSP）技术
6、提高主轴电机转速（ 采用流体动压轴承 HDB）
7、盘阵列技术以实现并行处理
5.3 光存储技术
一、概述
1、光存储技术的特点 （ P342）
? 存储密度高
? 存储寿命长
? 非接触式读写
? 数据传输率较低
2、光存储设备分类 （ P342）
? 只读存储
? 一次写入多次读出
? 可镲除重写存储
相变型、磁光型
3,CD—ROM存储器技术指标 （ P370）
（ 1）数据传输率
单速驱动器, 150 KB/s（ 记为 1X）
倍速驱动器, 300 KB/s （ 记为 2X）
16倍速驱动器, 16 *150 KB/s （ 记为 16X）
* 光盘转动速度为 CLV方式（恒定线速度） （ P372）
ECC
编码 激光器
译码
ECC
定位误差
光检测器
跟踪
控制
聚焦
控制
速度
控制
数据光
检测器
驱动
电机
准直
系统
偏 振
分束器 1/4波片
跟踪
反射
镜
半透明
反射镜
光盘数据输入
数据输出
二、光盘存储器的组成 （ P358）
1,激光器和与之相连形成读 /写光点的光学系统 ;
2,检测和校正读 /写光点与数据道之间的定位误差的
光电伺服系统 ;
3,检测和读出数据的光电系统 ;
4,移动光头的机构 ;
5,写 /读数据通道中的编 /译码及 ECC电路 ;
6,光盘 ------ 数据存储媒体 ;
7,光盘主轴机构 ;
8,光盘机的电子线路 ;
1,只读式
记录方式：坑点
1.6?m
0.5?m 1?m
0.11?m1.2mm
折射率 1.58
的透明树脂
铝反射层
保护层
三、光盘存储系统的记录机理 （ P350）
2,一次写入多次读出
记录方式
? 烧蚀型,存储介质为金属等
? 起泡型,聚合物 -高熔点金属两层薄膜
? 熔绒型,离子刻蚀过的硅
? 合金化型,铂 -硅等双层结构
? 相变型,硫化合物或金属合金
3,可重写
（ 1）相变型
写入,利用高功率和短脉宽激光束聚焦于记录介质薄
膜上，介质吸热后迅速升至熔点并在骤冷条件下形成
非晶态。
擦除,利用适当功率和较长脉宽的激光束再作用于记
录点，使该点温度上升至低于材料的熔点而高于非晶
态的转变温度，使产生重结晶而恢复成为晶态。
读出,由于晶态和非晶态材料的折射率和反射率不同，
故记录点反射率与周围区域有明显反差，利用小功率
激光束检出此反射率的差异。
（ 2） 磁光型
H<Hc
H<Hc
Hc减小
??k
检偏器的透过轴
四、光盘的伺服系统
功能, 以亚微米级的精度使扫描光点保持在焦点和
信道上,实现光点的三维伺服,
聚焦伺服
径向跟踪伺服
切向跟踪伺服
1,聚焦伺服
功能, 自动移动物镜以确保光盘的记录介质平面保
持在焦深范围内,
聚焦误差信号的检测方法,
a,像散法
像散, 物点发出的窄光束经透镜后不再交于一点的
现象,
P363柱面镜 4象限探测器
光束分离器
光盘物镜
x
y
y
x
+
-
— 正好聚焦,e=0
— 间距偏小,e>0
— 偏远,e<0
e=y-x
b,刀口法
在反射光束中非对称地设置一刀刃状物，把二象
限探测器放在成象点处。
e=0
e<0
+
-
+
-
e>0+
-
焦点平面
2,径向跟踪伺服
a,三光束 (三点 ) 法
由衍射光栅产生读写用的主光束,径向跟踪用
的 ± 1级辅助光束，辅助光束在信道中心正负错开,
跨在信道上,由于信道的平均反射率低于信道间反
射率,当信道中心与两跟踪光点中心距离不等时,就
会产生非零差分信号,自动调节输出为零,即实现自
动跟踪伺服。
衍射光栅
~10um
~0.5um
读出光点，全部功率的 60%
跟踪光点,20%
b,推挽法
利用导向槽边缘所产生的光的衍射实现。
1.67um0.6um
0.07um
-1次光 0次光 +1次光
+
-
5.4 网络存储技术
一,DAS（ Direct Attached Storage)
传统存储技术
?存储系统结构（画图说明）
?特点
?局限性
二,NAS（ Network Attached Storage)
附网存储
?存储系统结构（画图说明）
?优点
?缺点
三,SAN（ Storage Area Network)
存储局域网
?存储系统结构（画图说明）
?优势
?存在的问题
四、提出一种新的存储技术
五、展望网络存储技术的发展趋势
5.5 磁盘阵列技术
冗余磁盘阵列技术,即 RAID
( Redundant Arrays of Inexpensive Disks )
是指通过利用多块硬盘按照一定的规则组成阵列
的形式来达到提高数据传输率或提供更高容错性，保
证数据安全的技术。
一,RAID结构
根据阵列容错方式和数据分布方式的不同，通常有
RAID 0,1,2,3,4,5 几种级别。
1,RAID 0
采用数据分块技术，数据被分成大小相等的块写入
阵列中的不同硬盘。存放格式如下：
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D3 D4
D5 D6 D7 D8
D9 D10 D11 D12
D13 D14 D15 D16
特点,效能较高（盘空间全被利用），但安全性差。
对视频编辑和广告制作等需要高速传输和大容量
的应用很有好处
2,RAID 1
采用镜像容错结构，每个数据盘都有一个与之成镜
像的磁盘，两者保持完全相同的数据。
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D1 D2
D3 D4 D3 D4
D5 D6 D5 D6
D7 D8 D7 D8
特点,效能很低（盘空间浪费厉害），但可靠性高。
适合于对数据安全要求较高的用户，如设计人
员，网络服务器
3,RAID 2
位交叉,海明码纠错。
数据盘 (G个 ) 校验盘 (C个 )
2C – C >= G + 1
特点,冗余度虽比 RAID 1小,但仍很大,且没有奇偶校
验方式好,未被广泛采用。
… …
4,RAID 3
位交叉,单盘奇偶校验。
校验盘第 1位 = 盘 1第 1位 ? 盘 2第 1位 ? 盘 3第 1位
特点,冗余度较小。由于单盘冗错,校验盘的读写是
“瓶颈”,但读写涉及几个磁盘,不适合小数据传输,
适合高数传率及数据量大但 I/O请求频率不高的系统,
如科学计算及图像处理等。
5,RAID 4
块交叉,单盘奇偶校验。
特点,小数据传输比 RAID 3 快,
6,RAID 5
块交叉,奇偶校验信息分散存放。
特点,避免了单校验盘的读写“瓶颈”。系统的读
写负载平衡。
适合于处理 I/O吞吐率较高的事物处理应用。
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D3 P1
D6 D5 P2 D4
D9 P3 D7 D8
P4 D10 D11 D12
7,RAID 6
块交叉,双纠错阵列。
二,RAID的实现
两种实现方法：硬件 RAID
软件 RAID
? 软磁盘机的发展
1972年,IBM3740 —— 8″,单面，单密度,400KB
1976年,SA400——5.25″,单面，单密度,48TPI，
125KB
为扩大容量，由单面 ->双面，
单密度 ->倍密度 ->倍道密度 - >高密度
微型软磁盘,3″~ 4″
3.5″,135TPI
5.1 软磁盘机
一、概述
? 软磁盘的磁道格式,为方便地从软磁盘中查出存储
的文件，要对软磁盘预先进行格式化。
扇区,为了存取数据的方便, 每个磁道又分为许多称之为扇区
的小区段 。 每个磁道 (不管是里圈还是外圈 )上的扇区数是一样
的
扇区 01
扇区 02
扇区 03
00道
01道
盘地址,
园柱号（磁道号）
磁头号（面号）
扇区号
磁
道
首
部
SY
NC
AM1 ID CRC SY
NC
AM2 DAT
A
CRCGA
P1
GA
P3
GA
P2
区段 1
ID DATA
确定磁道起始和终止的点
非格式化容量 =
f * t * 磁道数 * 面数
格式化容量 =
扇区字节数 * 扇区数
* 磁道数 * 面数
3.5英寸软盘分为高密盘和低密盘。例如在 DOS环
境下,3.5英寸低密盘的每个盘面划分为 0～ 79(80)个
磁道，每个磁道分割为 9个扇区，每个扇区存放 512个
字节，存储容量为 720KB； 3.5英寸高密度磁盘的盘面
划分为 80个磁道，每个磁道又分割为 18个扇区，存储
容量为 1.44MB。
某 3.5英寸软盘机，转速为 300rpm，数据传输率为
500Kb/s,2面，每面有 80个磁道，每道 18个扇区，每扇
区 512字节，该盘片因为格式化用掉的存储容量为多少？
非格式化容量 = f * t * 磁道数 * 面数
= 500 * (60/300) * 80 * 2 (Kb)
= 16000 Kb
= 2 MB
格式化容量 = 扇区字节数 * 扇区数 * 磁道数 * 面数
= 512 * 18 * 80 * 2 ( B )
= 1.44 MB
格式化用掉的容量 = 2 - 1.44
= 0.56 MB
二、软盘驱动器的结构
● 磁头及磁头支持机构
● 磁盘驱动定位机构
● 磁头定位机构
● 磁头加载机构
● 磁盘保护机构
1、磁头
软盘磁头具有适应软盘驱动器和介质互换性的能
力，为此：
R/W 头两侧备有抹头 。
抹头的缝隙宽度小于道间隙宽，这样，在不抹除
有效信息的情况下，可以保证道间数据与数据之间的
间隔，防止道间串扰，弥补磁头中心不能完全对准磁
道中心的不足，降低了磁头定位精度的要求。
2、磁盘驱动定位机构
将软盘准确地定位于主轴中心位置，并使其匀速
转动。
由磁盘插入引导机构、主轴驱动机构、磁盘夹紧
机构和磁盘弹射机构等组成。
磁盘插入引导机构使软盘初步定位于主轴中心位
置，以使磁盘夹紧机构能将盘片压紧在主轴上。
主轴驱动机构用来带动盘片匀速转动，现在，使
用的是薄型直流直接驱动电机。
磁盘夹紧机构用来把盘片固位在主轴上，并使之
旋转。
磁盘弹射机构使盘片自动弹出。
磁盘夹紧机构分以下两种：
1,利用磁盘的中心孔直接夹紧,有圆柱形和杯形结
构。
2,在磁盘上预先安装一个金属或塑料卡毂,利用这
个卡毂使磁盘与主轴夹紧,
夹紧孔
定位孔
电机
托盘 驱动销主轴
磁盘安装时 定位动作开始 定位结束
3、磁头定位机构
作用, 准确地将磁头驱动道指定的磁道位置,以保证
互换性。
组成,大部分采用步进电机开环控制，由步进电机、
传动件、磁头小车、小车导轨等组成。常用的传动件
有：钢带、丝杆和螺旋凸轮等。
4、磁头加载机构
作用, 给磁头一个外加力,以保证磁头与盘面良好接
触。
有电磁铁加载和直接加载。
5、磁盘保护机构
三、软盘机的控制电路
● 盘选择电路
● 主轴恒速驱动电路
● 状态检测电路
● 磁头定位电路
● 写入和读出电路
● 接口
1,盘选择电路
F
D
C
DS1
Head Select
DS0
2,主轴恒速驱动电路
给定电压 比较器
校正网络
> 功放
整形f/v转换器
测速计
直流电机
3,状态检测电路
（ 1）, 00” 道检测电路
光电检测器
微动开关
检测传感器
A相
DS
（ 2） 索引信号检测电路
光电检测器
光电检测器
DS
接
收
器
霍尔元件
（ 3） 写保护检测电路
光电检测器
微动开关
（ 4）“准备好”信号检测电路
微动开关
准备好状态,（ 1）被选中；
（ 2）盘片插好；
（ 3）主轴电机已旋转；
（ 4）磁头定位在 00道。
写数据
接收器
写数据
触发器
写电流
开 关
恒流源
写驱动 (1)
写驱动 (2)
抹 电 流
延迟电路 抹电流源
写数据 Q
Q
写选通
写保护
Vcc
i1
i2
4,写入电路
根据写入数据产生相应的写电流
原理框图
写选通
写数据
Q
Q
i1
i2
写入电路波形图
波形图
对写入电路的要求
（ 1）写电流应足够大；
（ 2）写电流应保持恒定；
（ 3）写电流过渡过程时间应短；
（ 4）提供合适的抹电流。
（ 5）在高密度软盘机中，在 43道以内的磁道，应减
小写电流。
抹电路
作用：产生抹电流，以修整磁道边缘，防止道间串扰。
抹电流应比写电流延迟导通和切断。
（为什么？）
5,读出电路
原理框图
读出电路原理框图
脉冲
整型
低通
滤波
微分
放大
鉴零
输出
前置
放大
波形图
磁化状态
前放
微分
鉴零
整形
5.2 硬磁盘机
硬盘机的发展经历了以下四个阶段：
（ 1） 固定头硬磁盘机
（ 2） 活动头、固定盘式硬磁盘机
（ 3） 活动头、可换盘式硬磁盘机
（ 4） 温式硬磁盘机（ 活动头、固定盘）
一,温式硬盘机 的特点 (P323)
（ 1）头盘组件和定位机构采用全封闭方式
（ 2）磁头采用接触式启停
(3) 主轴和电机一体化
磁头浮动原理 （ P330）
W
dF
正压：浮力垂直向上
负压：浮力垂直向下
二,温式 硬盘机的组成 (P324)
R/W
电路
接口电路
单片机
主轴电机
驱动电路
磁头驱动
电路 驱动电机
反馈信号
硬
盘
控
制
器 无刷直流电机
选头电路
前置放大
PCBA HDA
三、磁头定位系统
1、磁头定位控制方式 (P323,P326）
◆ 开环控制
中
央
控
制
器
转换
电路
驱动
电路
步进
电机 执行机构
步进
脉冲
方向
信号
◆ 半闭环控制
转换电路
与
阶梯信号
产生电路
数模转换
与
驱动电路
步进
电机 执行机构
步进
脉冲
方向
信号
伺服解码电路
◆ 闭环控制（ P326）
速度控制 （粗控）：道差 >1时，快速定位于目标道
位置控制 （精控）：道差 <1时，
尽可能快速地保证数据头稳定在数据磁道中心
驱
动
电
路
音圈
电机
执
行
机
构
速度
检测
速度
曲线
发生
器
微
处
理
器
位置补偿
滤波道差检测
+
-
伺服解码电路PES
2、闭环控制的伺服方式 （ P323）
◇ 面伺服
◇ 扇区伺服
◇ 埋入伺服
◇ 光电伺服
3、执行机构
◇ 旋转式
◇ 直线式
4、伺服信息编码
◇ 双位码
奇、偶伺服道上分别记录相位相差 180° 的双
位脉冲。
even
even
odd N N S S N N S S N N S S
S S N N S S N N
S S N NS S N N 伺服
头
读出波形
PES = Vo - Ve
+ -
◇ 二相双位码
伺服码,110110001010001010001010001010001101100
A B C D标
志
位
同
步
位
X=A-B Y=C-D
XY
四、硬盘的 CHS（ P334）
C,Cylinder-柱面
H,Head-磁头
S,Sector-扇区
硬盘存储容量,
磁头数 * 柱面数 * 扇区数
* 扇区字节数
512B
主轴
电机
磁道
五、高密度硬盘存储的关键技术 （ P338）
1、高密度磁头技术
铁氧体 -> MIG -> TF -> MR
MR头的工作原理,利用磁电阻效应检测磁强。
磁电阻效应是一种物质受到外加磁场作用后引起电
阻率（ ?） 发生改变的现象。
? = ?0 + △ ? cos2?
?0, 电阻率的固定部分
△ ?,磁场作用后所导致的电阻率
的变化（与磁化强度 M 有关）
?,磁化矢量与电流矢量
MR头两端产生周期性电压脉冲，即
△ V= △ R · I,其中
△ R=△ ? · R0 / ?0
△ V= R0 · I · △ ?/ ?0
2、低信噪比下的信号处理技术
PRML,Viterbi信号处理技术
3、高矫顽力、低噪音的记录介质技术
4、精密伺服定位技术
（ 1）先进的伺服跟踪技术，如光伺服
（ 2）采用两级定位器
5、采用高速通道、高速缓存和超级数字信号处理
（ Ultra DSP）技术
6、提高主轴电机转速（ 采用流体动压轴承 HDB）
7、盘阵列技术以实现并行处理
5.3 光存储技术
一、概述
1、光存储技术的特点 （ P342）
? 存储密度高
? 存储寿命长
? 非接触式读写
? 数据传输率较低
2、光存储设备分类 （ P342）
? 只读存储
? 一次写入多次读出
? 可镲除重写存储
相变型、磁光型
3,CD—ROM存储器技术指标 （ P370）
（ 1）数据传输率
单速驱动器, 150 KB/s（ 记为 1X）
倍速驱动器, 300 KB/s （ 记为 2X）
16倍速驱动器, 16 *150 KB/s （ 记为 16X）
* 光盘转动速度为 CLV方式（恒定线速度） （ P372）
ECC
编码 激光器
译码
ECC
定位误差
光检测器
跟踪
控制
聚焦
控制
速度
控制
数据光
检测器
驱动
电机
准直
系统
偏 振
分束器 1/4波片
跟踪
反射
镜
半透明
反射镜
光盘数据输入
数据输出
二、光盘存储器的组成 （ P358）
1,激光器和与之相连形成读 /写光点的光学系统 ;
2,检测和校正读 /写光点与数据道之间的定位误差的
光电伺服系统 ;
3,检测和读出数据的光电系统 ;
4,移动光头的机构 ;
5,写 /读数据通道中的编 /译码及 ECC电路 ;
6,光盘 ------ 数据存储媒体 ;
7,光盘主轴机构 ;
8,光盘机的电子线路 ;
1,只读式
记录方式：坑点
1.6?m
0.5?m 1?m
0.11?m1.2mm
折射率 1.58
的透明树脂
铝反射层
保护层
三、光盘存储系统的记录机理 （ P350）
2,一次写入多次读出
记录方式
? 烧蚀型,存储介质为金属等
? 起泡型,聚合物 -高熔点金属两层薄膜
? 熔绒型,离子刻蚀过的硅
? 合金化型,铂 -硅等双层结构
? 相变型,硫化合物或金属合金
3,可重写
（ 1）相变型
写入,利用高功率和短脉宽激光束聚焦于记录介质薄
膜上，介质吸热后迅速升至熔点并在骤冷条件下形成
非晶态。
擦除,利用适当功率和较长脉宽的激光束再作用于记
录点，使该点温度上升至低于材料的熔点而高于非晶
态的转变温度，使产生重结晶而恢复成为晶态。
读出,由于晶态和非晶态材料的折射率和反射率不同，
故记录点反射率与周围区域有明显反差，利用小功率
激光束检出此反射率的差异。
（ 2） 磁光型
H<Hc
H<Hc
Hc减小
??k
检偏器的透过轴
四、光盘的伺服系统
功能, 以亚微米级的精度使扫描光点保持在焦点和
信道上,实现光点的三维伺服,
聚焦伺服
径向跟踪伺服
切向跟踪伺服
1,聚焦伺服
功能, 自动移动物镜以确保光盘的记录介质平面保
持在焦深范围内,
聚焦误差信号的检测方法,
a,像散法
像散, 物点发出的窄光束经透镜后不再交于一点的
现象,
P363柱面镜 4象限探测器
光束分离器
光盘物镜
x
y
y
x
+
-
— 正好聚焦,e=0
— 间距偏小,e>0
— 偏远,e<0
e=y-x
b,刀口法
在反射光束中非对称地设置一刀刃状物，把二象
限探测器放在成象点处。
e=0
e<0
+
-
+
-
e>0+
-
焦点平面
2,径向跟踪伺服
a,三光束 (三点 ) 法
由衍射光栅产生读写用的主光束,径向跟踪用
的 ± 1级辅助光束，辅助光束在信道中心正负错开,
跨在信道上,由于信道的平均反射率低于信道间反
射率,当信道中心与两跟踪光点中心距离不等时,就
会产生非零差分信号,自动调节输出为零,即实现自
动跟踪伺服。
衍射光栅
~10um
~0.5um
读出光点，全部功率的 60%
跟踪光点,20%
b,推挽法
利用导向槽边缘所产生的光的衍射实现。
1.67um0.6um
0.07um
-1次光 0次光 +1次光
+
-
5.4 网络存储技术
一,DAS（ Direct Attached Storage)
传统存储技术
?存储系统结构（画图说明）
?特点
?局限性
二,NAS（ Network Attached Storage)
附网存储
?存储系统结构（画图说明）
?优点
?缺点
三,SAN（ Storage Area Network)
存储局域网
?存储系统结构（画图说明）
?优势
?存在的问题
四、提出一种新的存储技术
五、展望网络存储技术的发展趋势
5.5 磁盘阵列技术
冗余磁盘阵列技术,即 RAID
( Redundant Arrays of Inexpensive Disks )
是指通过利用多块硬盘按照一定的规则组成阵列
的形式来达到提高数据传输率或提供更高容错性，保
证数据安全的技术。
一,RAID结构
根据阵列容错方式和数据分布方式的不同，通常有
RAID 0,1,2,3,4,5 几种级别。
1,RAID 0
采用数据分块技术，数据被分成大小相等的块写入
阵列中的不同硬盘。存放格式如下：
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D3 D4
D5 D6 D7 D8
D9 D10 D11 D12
D13 D14 D15 D16
特点,效能较高（盘空间全被利用），但安全性差。
对视频编辑和广告制作等需要高速传输和大容量
的应用很有好处
2,RAID 1
采用镜像容错结构，每个数据盘都有一个与之成镜
像的磁盘，两者保持完全相同的数据。
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D1 D2
D3 D4 D3 D4
D5 D6 D5 D6
D7 D8 D7 D8
特点,效能很低（盘空间浪费厉害），但可靠性高。
适合于对数据安全要求较高的用户，如设计人
员，网络服务器
3,RAID 2
位交叉,海明码纠错。
数据盘 (G个 ) 校验盘 (C个 )
2C – C >= G + 1
特点,冗余度虽比 RAID 1小,但仍很大,且没有奇偶校
验方式好,未被广泛采用。
… …
4,RAID 3
位交叉,单盘奇偶校验。
校验盘第 1位 = 盘 1第 1位 ? 盘 2第 1位 ? 盘 3第 1位
特点,冗余度较小。由于单盘冗错,校验盘的读写是
“瓶颈”,但读写涉及几个磁盘,不适合小数据传输,
适合高数传率及数据量大但 I/O请求频率不高的系统,
如科学计算及图像处理等。
5,RAID 4
块交叉,单盘奇偶校验。
特点,小数据传输比 RAID 3 快,
6,RAID 5
块交叉,奇偶校验信息分散存放。
特点,避免了单校验盘的读写“瓶颈”。系统的读
写负载平衡。
适合于处理 I/O吞吐率较高的事物处理应用。
盘 1 盘 2 盘 3 盘 4
D1 D2 D3 P1
D6 D5 P2 D4
D9 P3 D7 D8
P4 D10 D11 D12
7,RAID 6
块交叉,双纠错阵列。
二,RAID的实现
两种实现方法：硬件 RAID
软件 RAID
