磁盘存储器（magneticdiskstorage）以磁盘为存储介质的存储器。它是利用磁记录技术在涂有磁记录介质的旋转圆盘上进行数据存储的辅助存储器。具有存储容量大、数据传输率高、存储数据可长期保存等特点。在计算机系统中，常用于存放操作系统、程序和数据，是主存储器的扩充。发展趋势是提高存储容量，提高数据传输率，减少存取时间，并力求轻、薄、短、小。磁盘存储器通常由磁盘、磁盘驱动器（或称磁盘机）和磁盘控制器构成。

结构及原理

物理特性

分类

驱动器及控制器(磁盘驱动器 磁盘控制器)

技术指标(存储密度 存储容量 平均存取时间 数据传输率)

发展简史(第一台硬盘存储器 微硬盘的出现：)

结构及原理

磁盘存储器利用磁记录技术在旋转的圆盘介质上进行数据存储的辅助存储器。这是一种应用广泛的直接存取存储器。其容量较主存储器大千百倍，在各种规模的计算机系统中，常用作存放操作系统、程序和数据，是对主存储器的扩充。磁盘存储器存入的数据可长期保存，与其他辅助存储器比较，磁盘存储器具有较大的存储容量和较快的数据传输速率。典型的磁盘驱动器包括盘片主轴旋转机构与驱动电机、头臂与头臂支架、头臂驱动电机、净化盘腔与空气净化机构、写入读出电路、伺服定位电路和控制逻辑电路等。

磁盘以恒定转速旋转。悬挂在头臂上具有浮动面的头块（浮动磁头），靠加载弹簧的力量压向盘面，盘片表面带动的气流将头块浮起。头块与盘片间保持稳定的微小间隙。经滤尘器过滤的空气不断送入盘腔，保持盘片和头块处于高度净化的环境内，以防头块与盘面划伤。根据控制器送来的磁道地址（即圆柱面地址）和寻道命令，定位电路驱动直线电机将头臂移至目标磁道上。伺服磁头读出伺服磁道信号并反馈到定位电路，使头臂跟随伺服磁道稳定在目标磁道上。读写与选头电路根据控制器送来的磁头地址接通应选的磁头，将控制器送来的数据以串行方式逐位记录在目标磁道上；或反之，从选定的磁道读出数据并送往控制器。头臂装在梳形架小车上，在寻道时所有头臂一同移动。所有数据面上相同直径的同心圆磁道总称圆柱面，即头臂定位一次所能存取的全部磁道。每个磁道都按固定的格式记录。在标志磁道起始位置的索引之后，记录该道的地址（圆柱面号和头号）、磁道的状况和其他参考信息。在每一记录段的尾部附记有该段的纠错码，对连续少数几位的永久缺陷所造成的错误靠纠错码纠正，对有多位永久缺陷的磁道须用备分磁道代替。写读操作是以记录段为单位进行的。记录段的长度有固定段长和可变段长两种。

物理特性

磁盘两面涂有可磁化介质的平面圆片，数据按闭合同心圆轨道记录在磁性介质上，这种同心圆轨道称磁道。磁盘的主要技术参数记录密度包括位密度、道密度和面密度。位密度指盘片同心圆轨道上单位长度上记录多少位单元，用位/毫米(bpmm)表示；道密度是指记录面径向每单位长度上所能容纳的磁道数，常用道/毫米(tpmm)表示；面密度是指记录面上单位面积所记录的位单元，常用位/毫米2表示。磁盘的存储容量是磁盘上所能记录二进制数码的总量，常用千字节(KB)或兆字节(MB)来表示。存取时间包括磁头从一道移到另一道所需的时间、磁头移动后的稳时间、盘片旋转等待时间、磁头加载时间常用毫秒(ms)表示。误码率指在向设备写入一批数据并回读后，所检出的错误位数与这一批数据总位数的比值。

分类

磁盘是两面涂着可磁化介质的平面圆片，数据按闭合同心圆轨道记录在磁性介质上，这种同心圆轨道称磁道。因盘基不同，磁盘可分为硬盘和软盘两类。硬盘盘基用非磁性轻金属材料制成；软盘盘基用挠性塑料制成。按照盘片的安装方式,磁盘有固定和可互换（可装卸）两类。可互换的磁盘结构有下列几种：

单片盘片安装在塑料或金属扁盒内的部件称盘盒；几片盘片同轴连装在一起的部件称盘组；磁盘与磁头臂同装在一密闭容器内的部件称头盘组件。小型磁盘驱动器的盘片，直接安装在驱动器的主轴上，与驱动器结成一个整体。磁盘驱动器是驱动磁盘转动并在盘面进行写入读出动作的装置。盘组或盘盒装在驱动器上，以恒速旋转。磁头浮动在盘片表面,在磁盘控制器的控制下,经磁头的电磁转换在盘面磁层上按同心圆轨道写入、读出数据。磁盘驱动器分头臂固定型和头臂移动型两类；头臂移动型磁盘驱动器又有磁盘可换型和磁盘固定型两种。

温彻斯特磁盘存储器简称温盘。因采用温彻斯特技术而得名。温彻斯特技术主要包括：①密封的头盘组件。即将磁头、盘组和定位机构等密封在一个盘腔内，后来发展到连主轴电机等全部都装入盘腔，可进行整体更换。②采用小尺寸和小浮力的接触起停式浮动磁头。藉以得到超小的头盘间隙（亚微米级），以提高记录密度。③采用具有润滑性能的薄膜磁记录介质。④采用磁性流体密封技术。可防止尘埃、油、气侵入盘腔，从而保持盘腔的高度净化。⑤采用集成度高的前置放大器等。硬盘驱动器均采用了温彻斯特技术。它与可换式磁盘比，大幅度提高了记录密度，提高了磁盘机的可靠性，使其进一步小型化。

软磁盘存储器简称软盘，是一种封装在方形保护套内的、在软质基片上涂有氧化铁磁层的记录介质。软盘驱动器的磁头与盘面是在接触状态下工作，因而转速很低，其他工作原理与硬盘相类似。早期软盘盘径为8英寸(1英寸=2.54厘米），后来发展成5.25英寸，又广泛采用3.5英寸软盘。驱动器厚度也逐年减小。特别是薄型3.5英寸和5.25英寸软盘机发展很快，在微机和终端设备中得到了广泛应用。

固定头臂磁盘存储器或称每道一头型磁盘存储器。它不需要头臂定位机构，而是对应每个盘面安装尽可能多的头臂。为了减少平均等待时间，盘片的转速一般较高，例如每分钟6000转。固定头臂磁盘与磁鼓的性能特点相同，由于磁头的造价昂贵，应用范围很小。

驱动器及控制器

磁盘驱动器

磁盘驱动器驱动磁盘转动并在盘面上通过磁头进行写入读出动作的装置。磁盘装在驱动器上，以恒速旋转。磁头浮动在盘片表面。在磁盘控制器的控制下，经磁头的电磁转换在盘面磁层上进行读写数据操作。

硬磁盘驱动器分头臂固定型和头臂移动型两类。头臂移动型硬磁盘驱动器又可分为可互换式与固定式两类。新型固定式磁盘由于采用了温彻斯特技术，因此又称温彻斯特磁盘驱动器，简称温式磁盘机。

磁盘机每秒向计算机传输的最多数据位数称为数据传输率，用千字节/秒（KB/s）或兆字节/秒（MB/s）表示。

磁盘控制器

磁盘控制器即磁盘驱动器适配器。是计算机与磁盘驱动器的接口设备。它接收并解释计算机来的命令，向磁盘驱动器发出各种控制信号。检测磁盘驱动器状态，按照规定的磁盘数据格式，把数据写入磁盘和从磁盘读出数据。磁盘控制器类型很多，但它的基本组成和工作原理大体上是相同的。它主要由与计算机系统总线相连的控制逻辑电路，微处理器，完成读出数据分离和写入数据补偿的读写数据解码和编码电路，数据检错和纠错电路，根据计算机发来的命令对数据传递、串并转换以及格式化等进行控制的逻辑电路，存放磁盘基本输入输出程序的只读存储器和用以数据交换的缓冲区等部分组成。

技术指标

磁盘存储器的主要指标包括存储密度,存储容量,存取时间及数据传输率。

存储密度

存储密度分道密度，位密度和面密度。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸.位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸.面密度是位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。

存储容量

一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量.存储容量有格式化容量和非格式化容量之分，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,也就是用户可以真正使用的容量。非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进行格式化操作,然后才能供用户记录信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%―70%。3.5英寸的硬盘机容量可达4.29GB。

平均存取时间

存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置,到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间.这段时间由两个数值所决定：一个是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间,称为定位时间或找道时间；另一个是找道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间，称为等待时间,这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均值来表示。平均存取时间等于平均找道时间与平均等待时间之和。平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均值。平均找道时间为10―20ms，平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示，固定头盘转速高达6000转/分,故平均等待时间为5ms。

数据传输率

磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数,叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收/发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为每秒n转，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率Dr=nN(字节/秒)。也可以写成Dr=D·v(字节/秒)，其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度，磁盘存储器的数据传输率可达几十兆字节/秒。

发展简史

第一台硬盘存储器

世界第一台硬盘存储器是由IBM公司在1956年发明的，其型号为：IBM350RAMA（RandomAccessMethodofAccountingandControl）。这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘。

1968年，IBM公司提出“温彻斯特/Winchester”技术，其要点是将高速旋转的磁盘、磁头及其寻道机构等全部密封在一个无尘的封闭体中，形成一个头盘组合件（HDA），与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染，并采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停，这是现代绝大多数硬盘的原型。

1979年，IBM发明了薄膜磁头，进一步减轻了磁头重量，使更快的存取速度、更高的存储密度成为可能。

微硬盘的出现：

20世纪80年代末期，IBM公司又对磁盘技术作出一项重大贡献，发明了MR（MagnetoResistive)磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密比以往提高了数十倍。1991年，IBM生产的3.5英寸硬盘使用了MR磁头,度，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此，硬盘容量开始进入了GB数量级。IBM还发明了PRML（PartialResponseMaximumLikelihood）的信号读取技术，使信号检测的灵敏度大幅度提高，从而可以大幅度提高记录密度。

21世纪初，硬盘的面密度已经达到每平方英寸100Gb以上，是容量、性价比最大的一种存储设备。因而，在计算机的外存储设备中，还没有一种其他的存储设备能够对其统治地位产生挑战。硬盘不仅用于各种计算机和服务器中，在磁盘阵列和各种网络存储系统中，它也是基本的存储单元。

值得注意的是，随着微硬盘的出现和快速发展为移动存储提供了一种较为理想的存储介质。在闪存芯片难以承担的大容量移动存储领域，微硬盘可大显身手。尺寸为1英寸的硬盘，存储容量已达8GB，20GB容量的1英寸硬盘不久也会面世。