(2)浮動式
硬盤盤片采用鋁合金硬質基體,在磁層表麵的光潔度,磁層均勻度以及盤片運轉的平穩等方麵均優於軟盤,允許將記錄密度做得更高些。但由於采用硬質基體,不允許讓磁頭接觸記錄磁層,否則會劃傷磁層,所以要采用浮動式工作方式。當盤片旋轉達到一定速度時,在磁頭與盤片之間的氣流形成氣墊,其浮力將磁頭抬起,與盤片間保持一個氣隙,約0.4~0.5Hm。
常見的硬盤驅動器采用接觸啟停方式實現浮動磁頭的啟停。平時磁頭停在靠近中心部位的一個起停區,接觸盤片。啟動後盤片速度逐漸增加,浮力加大,磁頭起飛,浮離盤片,然後進人記錄區,自動對準0道。當使用完畢時,應先通過鍵盤輸入磁頭返回起停區命令,使磁頭離開記錄區,返回起停區,然後可斷電,讓磁頭落下,與盤片接觸。
4.主軸驅動
盤片一般用直流電機帶動旋轉,在要求較高的硬盤驅動器中,用一套調速係統,使盤片旋轉速度保持穩定。
5.定位係統
每一個記錄麵都有一對與之相應的讀寫磁頭。驅動器允許多個記錄麵,例如軟盤有兩個麵,小型溫盤有兩片四麵,大型溫盤的記錄麵數更多,因此驅動器中有多對讀寫磁頭。這些磁頭裝在一個“小車”上,可以沿徑向移動,以尋找所需的磁道。在軟盤驅動器和小容量溫盤中,磁頭小車由步進電機驅動,每發一個驅動脈衝,步進電機轉動一定角度,稱為一步,相應地磁頭移一個磁道距離,即由一道移向相鄰一道。在大容量溫盤中,用一種“直線電機,,(音圈電機)驅動,並為此設置速度控製與位置控製係統,保證磁頭能精確地定位在所尋找的磁道上。
軟盤驅動器便用較長一段時間後,安裝磁頭的零件可能發生鬆動,磁頭不再能準確定位,導致驅動器不能工作。可以用一種CE校準盤片幫助,進行磁頭位置的調整,當然這是一件法較精細的工作,要十分小心。
6.信息分布
使用者往往希望了解在磁盤存儲器中的信息是如何分布與組織的。從物理上講,信息分布一般分為三級:圓柱麵、磁道、扇區或不定長數據塊。
(1)磁道
盤麵上並沒有肉眼可以分辨的道,它是由磁頭留下的磁化區所形成的。磁盤旋轉一周,一個磁頭的作用區就構成一個磁道,即一個閉合的磁化圓環。磁頭沿徑向移動一定距離,再作用一圈,又留下一個磁道。這樣就可以將一個記錄麵分為許多磁道,一組同心圓環。最外圈的磁道編號為0道,往內,道號增加。
在一條磁道上,串行地記錄信息,沿磁道周長,單位長度上所能記錄的位數稱為位密度。沿徑向,單位長度上的磁道數稱為道密度。
(2)扇區(定長數據塊)與不定長數據塊
剛才提到,信息沿磁道串行地分布,每八位構成一個字節。為了便於組織信息,將一個磁道分為若幹數據塊,每個數據塊有若幹字節。一種做法是讓每個數據塊的長度(字節數)一定,即定長數據塊,於是將一個磁道等分為若幹扇區(段),每個扇區存放一個定長數據塊。例如將一道分為9個扇區,每個扇區為256字節。還有一種做法是允許各數據塊的長度不等,按文件中信息分塊的需要,需長則長,需短則短。
(3)圓柱麵
一個驅動器中有若幹個記錄麵,而幾個磁頭又是同步尋道的,某一時刻,大家都位於同一序號的磁道上。我們將各記錄麵上相同序號的磁道組成一個“圓柱麵”,如0圓柱麵、1圓柱麵……等。假定某磁盤驅動器有兩片四麵,每麵612道,則該驅動器有612個圓柱麵,每個圓柱麵有4個分布於不同記錄麵上的磁道。一般將一個文件首先存於同一圓柱麵內,如果存不下,再存於相鄰圓柱麵.
可見主機在調用磁盤時,應當送出的尋址信息包含下述內容:驅動器台號、圓柱麵號、磁頭號、扇區號(數據塊號)。
7.磁道記錄格式
為了在一個磁道中劃分扇區,並提供有關控製信息,需要為每個扇區設置若幹標誌,因而每種計算機係統為其磁盤子係統規定了一種嚴格的磁道記錄格式。51英寸盤的磁道記錄格式。
盤片每旋轉一周,產生一個索引脈衝,脈衝的削沿標誌著一個磁道的開始,這樣我們就能在一個閉合的磁道圓環上,使所記錄的信息有確定的起始位置。
磁道起始部是一段間隔區G,對於密度(MFM)記錄方式,記錄了32字節的4EH信息。之後是若幹扇區,每一磁道可以等分為5、9、16扇區。磁道結束部是間隔區G4。
每一扇區又分為兩個區:標誌區與數據區,用間隔G2、G3分隔開。標誌區由同步字段SYNC(12字節的全0),地址標誌AM1(3字節A1與1字節FE),標誌信息ID(共4字節--磁道號C、磁頭號H、扇區號R、扇區長度N),校驗碼CRC等組成。數據區由同步字段SYNC(12字節全0),地址標誌AM2(3字節Al與1字節FB),數據段(如果每道分為9個扇區,則每扇區數據段512字節),校驗碼CRC等組成。
8.速度指標
與隨機存儲器RAM不同,磁盤的速度指標需要分成三個工作階段描述。
(1)平均尋道(定位)時間。磁道沿徑向尋找所需磁道,需要一定時間,與磁頭移動距離有關,對於磁盤存儲器這一整體,采用平均尋道時間指標,對常用51英寸軟盤,約為0.1秒。
(2)平均旋轉延遲時間。磁頭定位成功後,需沿磁道尋找起始扇區(數據塊),最好情況是,磁頭尋道完成後,立即有起始扇區經過。最慢的情況是,尋道完成時,起始扇區剛剛經過,需等待盤片旋轉一周後才能開始讀寫。所以用平均旋轉延遲指標。對常用51英寸軟盤,也約為0.1秒。
(3)數據傳送率。當找到起始扇區後,開始連續地讀或寫,以單位時間所能讀/寫的數據位數(波特率)表示速度,這個指標對係統總線與主存的工作有重要影響。軟盤機的數據傳送率約在125~250kb/s之間。
5.4輸入/輸出設備
我們常遇到這樣兩個術語:外圍設備,輸入/輸出設備。一般認為外圍設備(或稱外部設備;常簡稱外設)這個詞的含義要廣泛一點,即在主機範疇之外與計算機係統有關的設備。而輸入/輸出(I/O)設備一詞的含義稍為窄一些,指與主機直接相連接的外圍設備。其中輸入設備將原始信息,如數據、程序、控製命令等轉換為計算機所能識別的信息,並輸入計算機。輸出設備將計算機處理的結果或其它信息,以能為人接受的或能為其它計算機所接受的形式輸出。在許多場合下,人們常將外圍設備與I/O設備二詞視為同義詞。
在一套完整的計算機係統中,不論是設備數量還是硬件成本,外圍設備都占有主要的比重。因為CPU與主存所用的芯片集成度不斷迅速提高,成本下降,但外圍設備中的機電裝置卻改進緩慢,成本下降不多。與主機相比,外圍設備的故障率要高些,相應的維護工作量也占了較大比重。上述情況要求工作人員對外圍設備給予更多的注意。
外圍設備的種類極多,工作原理也各具特點。對於初學者應當首先抓住幾點--信息的表示與變換,信息的記錄或存儲部件,信息的傳送與控製方法。本節僅討論三種應用最多的I/O設備:鍵盤輸入裝置,針式打印機,CRT顯示裝置。
一、鍵盤
鍵盤是最基本的也是使用最多的輸入設備。我們關心的是:使用什麼樣的鍵,一個鍵盤能表示哪些信息,如何將按鍵信息轉換為相應的編碼並送人計算機。
可用的鍵有許多種,大致上可分為接觸式與無觸點式兩類,或者將感應式鍵從無觸點式鍵中獨立為一類。在接觸式(或稱機械式)鍵中有兩種常見結構:一種是普通觸點式鍵,按鍵的動作直接將一個觸點壓向另一個觸點,使其閉合發出電平信號,由恢複彈簧幫助快速斷開。另一種是幹簧式綠,將一對彈簧片式觸點安裝在封閉的玻璃管中,按鍵帶動一個磁鐵,靠磁力使玻管中的簧片觸點閉合。幹簧管式鍵響應速度較普通鍵為快,鍵點不易氧化,壽命較長。
無觸點式鍵中常用的是電容式鍵與霍爾鍵。目前微機中廣泛使用的是電容式鍵,鍵中有兩個固定片,一個由鍵杆帶動的活動片,當鍵按下時,活動片與固定片中仍保留一個很小的氣隙,約0.3mm,形成兩個串聯的平板電容,約30PF,允許脈衝信號通過,如同接通,可在另一固定極上檢測到脈衝信號。