磁表面存储器是目前使用最广泛的外存储器。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。根据记录载体的外形，磁表面存储器有磁鼓、磁带、磁盘、磁卡等。而在计算机系统中广泛使用的是磁盘和磁带；特别是磁盘，几乎是稍具规模系统的基本配置。为了写入不同的信息，磁化电流按一定编码方法呈变化波形，随时间而变。在写入或读出过程中，记录介质与磁头之间相对运动，一般是记录介质运动而磁头不动。对此，采用分解的方法进行分析，不同时刻的电流变化、磁化状态、留下的剩磁状况、读出时的感应电势等。

记录介质与磁头(记录介质与磁头 读/写磁头)

读写原理(写入（位单元的形成） 读出)

记录介质与磁头

磁表面存储器是目前使用最广泛的外存储器。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。根据记录载体的外形，磁表面存储器有磁鼓、磁带、磁盘、磁卡等。而在计算机系统中广泛使用的是磁盘和磁带；特别是磁盘，几乎是稍具规模系统的基本配置。

记录介质与磁头

1. 基体与磁层

在磁表面存储器中，记录信息的介质是一层很薄的磁层，它需要依附于具有一定机械强度的基体之上。根据不同磁表面存储器的需要，基体分为软质基体与硬质基体两大类,它们所要求的磁层材料与制造工艺也相应不同。

(1)软质基体与磁层

磁带的运行方式要求采用软质基体，如聚酯薄膜带。软盘的盘片在工作时与磁头接触，为了减少磁头磨损，也要求用软质基体，如聚酯薄片。

将具有距磁特性的氧化铁微粒，渗入少量钴，用树脂粘合剂混合后，涂敷在基本

体之上加工形成约1微米厚的均匀磁层。这就是记录信息用介质，属于颗粒型材料。

（2）硬质基体与磁层

硬盘的运行方式对基体与磁层要求更高，一般采用铝合金硬质盘片作为基体。为了进一步提高片光洁度与硬度，一些新型硬盘采用工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体。

硬盘一般采用电镀工艺在盘片上形成一个很薄的磁层，所用材料为具有矩磁特性的铁镍钴合金。电镀形成的磁层属于连续型非颗粒型材料，又称薄膜介质，其均匀性与性能大为提高。磁层厚度大约只有0.1-0.2微米

，上面再镀一层保护膜，增加抗磨性和抗腐蚀性。 在更新的硬盘中，采用溅射工艺形成薄膜磁层，即用粒子撞击阴极，使阴极处的磁性材料原子淀积为磁性薄膜。其性能优于镀膜。

为了增加读出信号的幅度，希望选用材料的剩磁感应强度 比较大。但 过大，磁化状态翻转时间增加，因而影像记录密度。为了提高激励密度，要求磁层尽量薄。以减少磁化所需时间；磁层薄又使磁通变化量 减少，将影响读出信号幅度。这就要求改进读出放大的电子技术，以降低对磁层制造工艺的要求，或在相同工艺水平条件下，提高密度与可靠性。

此外，要求磁层内部无缺陷，表面组织致密、光滑、平整，磁层厚薄均匀，无污染，对环境温度不敏感，性能稳定。

读/写磁头

磁头是实现读/写的关键元件。写入时，将脉冲代码以磁化电流形式加入磁头线圈，使记录介质产生相应的磁化状态，即电磁转换。读出时，磁层中的磁化翻转使磁头的读出线圈产生感应信号，即磁电转换。

图3-1 磁头原理图

图3-1是磁头的原理性示意图。磁头由高导磁材料构成，上面绕有线圈，有一个线圈兼做写入磁化与读出，或分设读磁头与写磁头。磁头面向记录介质的部分开有间隙，称作磁头间隙，简称头隙。如果没有这个间隙，磁化电流产生的磁通将只在闭合磁路中流过，对记录介质没有作用。开了间隙后，大部分磁通将流经头隙所对应的记录介质局部区域，使该作用区留下某种磁化状态。读出时，记录信息的介质经过磁头，由于对着磁头的区域中存在磁化状态翻转，若由正向饱和变为负向饱和，或由负向饱和变为正向饱和，使磁头的磁路中发生磁通变化 。读出线圈产生感应电势，即读出信号。因此头曦部分的形状与尺寸至关重要，又称工作间隙。磁头的磁路其余部分既可做成环状，也可做成马蹄形，影响不大。

在磁盘或磁带进行读/写时，记录介质运动而磁头不动，磁头在记录介质上的磁化区形成磁道。磁化后，磁道中心部分达到磁饱和，而磁道两侧的边缘部分磁化不足。在写入后，常将两侧进行清洗，称为夹缝清除。

从磁头的任务来看，在磁盘中，每个记录面有一个磁头，兼做读磁头与写磁头，又称复合磁头。在磁带机中，经常一次并行地读/写几个磁道。每个磁道中有一对磁头：一个读磁头和一个写磁头，可以实现写后读出检查。将几个磁道的读磁头与写磁头装配为一体，道间加屏蔽，称为组合头快。

从制造工艺方面来看，分为早期的传统工艺磁头与近期的薄膜磁头。

在早期的制造工艺中，或是用高导磁率铁淦氧材料热压成形，或用高导磁率铁镍合金（坡莫合金）叠片组装成形。通常是先制成几部分其中一段绕有线圈，然后将他们粘接起来。用于软盘的磁头，将上述铁芯封装在特种塑料外壳里，外壳做成球面形或平面扣子形，便于安装和定位，并使磁头与盘面接触良好，工作时磨损小。用于硬盘的磁头，将铁芯封装在一个陶瓷块内，该陶瓷块称为浮动块，工作时可由气垫使其浮空于盘面上；后来又将铁芯和浮动块改为用同样的材料制成。

近期的硬盘采用薄膜磁头，用类似于半导体工艺的淀积和成形技术，在基板上形成坡莫合金的铁芯，和具有一定匝数的线圈，如平面螺旋式导体线圈。由于制造成型过程中使用掩模光刻技术，精度很高，可以获得比较理想的极尖形状和工作间隙；然后在基板上烧固一层氧化铝和碳化钛，再切割加工成浮动块。相比之下，薄膜磁头在各方面的性能均优于传统工艺磁头。

读写原理

写入（位单元的形成）

在t→t1 时线圈中流过正向电流 ，则磁头下方将出现一个与此对应的磁化区。磁通进入磁层的一侧为S极，离开磁层的一侧为N极。如果磁化电流足够大，S极与N极之间被磁化到正向磁饱和，以后将留下剩磁 ，用箭头 表示。由于磁层是距磁材料，剩磁 的大小与饱和磁感应强度 相差无几。

从t=t1 （电流方向变化前），由于记录磁层向左运动，而磁化电流维持 不变，相应地出现（b）所示磁化状态。即S极左移一段距离 ，而N极仍位于磁头作用区右侧不变。

当t→t2 时，磁化电流改变方向， ，相应地磁层中的磁化状态也出现翻转，如（c）所示。移离磁头作用区的S极以及一段 区，维持原来磁化状态不变（剩磁）。而磁头作用区下出现新的磁化区，左侧为N极，右侧为S极，N-S之间是负向磁饱和区 ，用箭头 表示。

图3-2 读/写过程示意图

于是，在记录磁层中留下一个对应于 的位单元，它的起始处与结束处两侧各有一个磁化状态的转变区。根据转变区的存在及其性质（位置、方向、频率等），体现所存储的信息。

读出

读出时，磁头线圈不加磁化电流，作为读出线圈使用。当已经磁化的记录磁层位于磁头下方时，由于铁芯部分的磁阻远小于头隙磁阻，则记录磁层与磁头铁芯形成一个闭合磁路。大部分磁通将流经铁芯再回到磁层。如果记录磁层在磁头下方运动，则各位单元将依次经过磁头下方。每当转变区经过磁头下方时，铁芯中的磁通方向也将随之改变，于是在读出线圈产生相应的感应电势。

感应电势e即读出信号，它的方向取决于记录磁层转变区方向（由 变为 ，或者由 变为 ），其幅值大小则与 值有关（最大变化量 ）。

如果记录磁层中没有转变区，维持一种剩磁状态（ 或 ），则磁层经过磁头下方时，铁芯中磁通没有变化，也就没有读出信号。

根据上述读/写原理，归纳磁表面存储器具有如下特点：

①记录信息可以长期保存，属于非易失性存储器（原则上允许记录介质脱机保存，但要注意防止外界强磁场破坏其剩磁状态）；

②非破坏性读出，读出不影响所存信息；

③记录介质可以重复使用；

④由于是连续记录，所以存取方式基本上是顺序存取方式，不能如RAM那样随机访问；

⑤由于是连续记录，需要比较复杂的寻址定位系统；

⑥由于在相对运动中进行读写，可靠性低于半导体存储器，需要比较复杂的校验技术。