| 词条 | 磁带存储器 |
| 释义 | § 概况 磁带运动示意图磁带存储器属于磁表面存储器，计算机的外存储器又称磁表面存储设备。所谓磁表面存储，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。磁带控制器是连接计算机与磁带机之间的接口设备，一个磁带控制器可以联接多台磁带机。它是计算机在磁带上存取数据用的控制电路设备，可控制磁带机执行写、读、进退文件等操作。磁带机是以磁带为记录介质的数字磁性记录装置，它由磁带传送机构、伺服控制电路、读写磁头、读写电路和有关逻辑控制电路等组成。磁带是一种柔软的带状磁性记录介质，它由带基和磁表面层两部分组成，带基多为薄膜聚酯材料，磁表面层所用材料多为γ-Fe2O3和CrO2等。磁带存储器是以顺序方式存取数据。存储数据的磁带可以脱机保存和互换读出。除此之外，它还有存储容量大、价格低廉、携带方便等特点，它是计算机的重要外围设备之一。 § 物理特性 模型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)。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。 § 记录方式 最新磁带机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。这些记录方式中代码0或1的写入电流波形。 不归零制(NRZ)： 不归零制(NRZ0)其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。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。 调相制(PM)： 调相制(PM)其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。 调频制(FM)： 调频制(FM)其特点如下：(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。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。 § 读写原理 磁带盒在磁带存储器中，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 (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 (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。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。 § 分类 分类磁带存储器分类： 按带宽分：有1/4英寸和1/2英寸； 按带长分：有2400英尺、1200英尺和600英尺； 按外形分：有开盘式磁带和盒式磁带； 按记录密度分：有800位/英寸、1600位/英寸、6250位/英寸； 按带面并行记录的磁道数分：有9道、16道等。 计算机系统中多采用1/2英寸开盘磁带和1/4英寸盒式磁带，它们是标准磁带 § 磁带机 磁带机磁带存储器也称为顺序存取存储器(SequentialAccessMemory，简称SAM)即磁带上的文件依次存放。磁带存储器存储容量很大，但查找速度慢，在微型计算机上一般用做后备存储装置，以便在硬盘发生故障时，恢复系统和数据。计算机系统使用的磁带机有三种类型： 按带速不同可分为高速机、中速机和低速机三种。 按磁带的缓冲方式，可分为真空缓冲箱式和摆杆式两种。 尽管磁带机的带速和结构不同，只要是按标准格式记录的磁带，都可在各种磁带机上读出，即具有磁带互换性。70年代末，出现了数据流磁带机。它不使用主动轮和缓冲机构,磁带由带盘电机直接驱动,虽不能快启停，但在连续运转时带速与中速机相仿，记录格式符合标准，能与常规的快启停磁带机互换读出。它在很低速度下也能从事启停式工作，常用作磁盘存储器的后备。这种磁带机结构简单、体积小、成本低。此外，在微型计算机中还采用盒式磁带机，有的直接用录音机作小容量辅助存储器。 原理图磁带机结构原理 普遍使用的磁带机是快启停式磁带机。它由主动轮和带盘驱动机构、磁带导向和缓冲机构、磁头、读写和驱动控制电路等组成。 ①磁带传动：以真空缓冲箱式磁带机为例，磁带由供带盘经右缓冲箱、磁头、主动轮、左缓冲箱到卷带盘。缓冲箱底抽气,保持一定的磁带张力,使磁带紧包在主动轮上，有足够大的摩擦力。主动轮由惯量小、转矩大的直流电机直接驱动,带动磁带运动。在启停时,主动轮只加速或减速缓冲箱内的一段磁带，使之能快速启停。主动轮在启动后有稳速控制，保持带速恒定。缓冲箱有带环位置检测装置，平时带环保持在某一平衡位置上。当带环下降时，检测装置产生控制信号，使带盘电机收带，带环升高时则控制其放带，以维持磁带的一定缓冲量。两个带盘的动作由箱内带环位置分别控制，称为带盘伺服控制。摆杆式磁带机磁带的张力靠摆杆的弹簧控制，动作原理与前者相同。磁带的正反转由来自磁带控制器的命令控制，磁带在启动到正常速度时才能读写数据。 ②磁带读写：磁带运动时与磁头接触。磁头线圈中通有电流时，磁头间隙附近产生磁场，将磁带上一个很小区域磁化。电流方向改变时，磁化方向也改变，这种磁化由一个方向改变到相反方向通常称磁通翻转。磁带移动时,在磁带上留下一道磁化的痕迹,通常称为磁道。写入的过程就是将一串二进制码转换成磁道上对应的一串磁通翻转信号。例如，不归零记录就是用一次磁通翻转表示一位二进制1，无磁通翻转表示0。读出时,每一磁通翻转在磁头线圈中感应出一小电压信号,经读放大器放大和处理，还原为二进制的数字信号。 ③数据组织：一盘磁带有始端标记(BOT)和尾端标记(EOT)，中间可记若干个文件。每个文件由1至若干个数据块组成，两个文件之间有带标隔开。在数据块之间和数据块与带标之间有规定长度的空白间隔。数据块内数据有规定的格式。数据块是磁带读写数据的基本单元。磁头在空白间隔内启停）。通常带宽为12.7毫米，有9个磁道，8道记数据,1道记数据的奇偶位，数据以字节串联记入。常用的标准格式有不归零(NRZI)、相位编码(PE)和成组编码(GCR)三种。记录密度分别为每毫米32位、63位和246位。它们各自有规定的检错和纠错的方法 ④磁带控制器：一个磁带控制器可联数台磁带机，控制磁带机执行写、读、进退文件、进退数据块等操作。 § 技术发展 20世纪 各种磁带存储器50年代初，磁带录音技术开始应用于计算机领域,遂出现了数据存储磁带机。此后，磁带机在磁带传动系统、磁头、记录方式等方面不断得到改进。磁带正反转的驱动由双主动轮改进为单主动轮，简化了驱动机构。磁头结构由单缝磁头改为双缝磁头，它是将一组写磁头和一组读磁头组装在一起，能够一边写入一边进行读出检查。磁头缝隙（工作间隙）改窄，同时改进记录方式，由增量不归零、相位编码到成组编码，显著提高了记录密度和存储容量。自动穿带的实现，使装带简便，减少对磁带的污染。到70年代中期，高档的磁带机已能自动穿带，记录密度比早期的磁带机提高60多倍，数据传输率提高160多倍。从60年代后期到70年代中期,逐步建立了磁带记录的国际标准。 [1] |
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