信息記錄材料磁記錄第一頁，共八十八頁，2022年，8月28日§2-1磁記錄概述一、磁記錄的起源標(biāo)志性事件：人們一般認(rèn)為磁記錄是從1898年丹麥人普爾生(ValdemarPoulsen)發(fā)明鋼絲錄音機(jī)開始的。這是磁記錄技術(shù)的開端！人們稱他為“磁記錄之父”第二頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、磁記錄的起源時(shí)間：1888年—早在普爾生發(fā)明磁性錄音機(jī)十年前人物：美國人奧·史密斯(0berlinSmith)事件：發(fā)表了關(guān)于磁性錄音可能性的論文觀點(diǎn)：史密斯認(rèn)為將隨時(shí)間變化的聲音轉(zhuǎn)換為電流進(jìn)而轉(zhuǎn)換為磁性的變化而被記錄，再以相反的過程重放是可行的意義：這一觀點(diǎn)為今天的磁記錄奠定了基礎(chǔ)第三頁，共八十八頁，2022年，8月28日時(shí)間：1898年人物：普爾生事件：發(fā)明鋼絲錄音機(jī)，即在鋼絲上記錄聲音，再把它再生出來，并用聽筒聽所錄的聲音意義：標(biāo)志著磁記錄技術(shù)的開端一、磁記錄的起源第四頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、磁記錄的起源時(shí)間：1900年人物：普爾生事件：在巴黎萬國博覽會(huì)上，展出“鋼絲錄音機(jī)”這一發(fā)明，轟動(dòng)了整個(gè)博覽會(huì)。后續(xù)：由于鋼絲錄音機(jī)發(fā)出的聲音太小，后來他又發(fā)現(xiàn)使用一定的直流電流通過電磁鐵可以得到較大的輸出，于是在1907年他又發(fā)明了直流偏磁的錄音方式第五頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、磁記錄的發(fā)展歷程1.模擬磁記錄通過磁頭把輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為變化的磁場來磁化磁介質(zhì)，并通過磁頭把磁介質(zhì)上的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出（或把信號(hào)擦除）2.數(shù)字磁記錄將數(shù)字代碼信息以電流的形式輸入到磁頭線圈中，形成磁場后磁化磁介質(zhì)，并以磁化狀態(tài)的形式保存在磁記錄介質(zhì)上。通過磁頭把磁介質(zhì)上的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再還原成數(shù)字形式輸出第六頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.模擬磁記錄的發(fā)展①磁錄音發(fā)展

A．鋼絲錄音機(jī)：1898——20th30’sB．磁帶錄音機(jī)：20th30’s~50’s——至今推動(dòng)磁性錄音機(jī)達(dá)到實(shí)用程度美國人L．DeForest1906年發(fā)明三極管和1912年發(fā)明放大器之后20世紀(jì)30年代初人們又發(fā)現(xiàn)了交流偏磁的方法，顯著地改進(jìn)了鋼絲錄音機(jī)的質(zhì)量，在磁記錄的發(fā)展史上邁出了關(guān)鍵的一步第七頁，共八十八頁，2022年，8月28日①磁錄音發(fā)展20世紀(jì)30年代初德國的弗勒姆完成了塑料帶上涂布磁性粉末代替鋼絲錄音的塑料磁帶1935年德國人發(fā)明環(huán)形磁頭后，出現(xiàn)了最早的磁帶錄音機(jī)帶基：塑料帶基、醋酸纖維素帶基、聚酯薄膜磁粉：氧化鐵磁粉（Fe2O3）、γ-Fe2O3針狀磁粉磁帶代替了鋼絲以后，提高了記錄密度，改善了信噪比和動(dòng)態(tài)范圍，顯著地提高了記錄性能第八頁，共八十八頁，2022年，8月28日①磁錄音發(fā)展1940年，發(fā)明了超音頻偏磁法，較好地解決了磁性錄音系統(tǒng)的失真和噪聲問題1945年，美國M．Carmras開發(fā)成功了以α-FeOOH為起始原料的、經(jīng)水熱合成后制成的γ-Fe2O3針狀磁粉，并采用了外加靜磁場的磁定向技術(shù)，使磁帶各項(xiàng)特性顯著改善第九頁，共八十八頁，2022年，8月28日①磁錄音發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)后，磁記錄技術(shù)，特別是涂敷γ-Fe2O3磁粉的技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展1947年，美國3M公司研制的在醋酸纖維素帶基上涂布γ-Fe2O3磁粉的NOlll型磁帶開始銷售在一些國家中實(shí)現(xiàn)了磁帶錄音機(jī)的商品化許多國家的廣播事業(yè)也廣泛采用磁帶錄音技術(shù)1951年美國DuPont公司的Mylar聚酯薄膜開始用作磁帶帶基，為磁記錄材料的薄型化、小型化、大容量和慢速高密度發(fā)展開辟了道路。第十頁，共八十八頁，2022年，8月28日②磁錄像發(fā)展20世紀(jì)50年代是磁記錄進(jìn)入圖像記錄的時(shí)代1956年，美國Ampex公司研制出世界上公認(rèn)的用于電視廣播系統(tǒng)的第一臺(tái)彩色錄像機(jī)。1963年荷蘭Philips公司開發(fā)出3.81mm盒式錄音機(jī)和錄音磁帶，逐步取代盤式錄音系統(tǒng)1975年日本sony公司發(fā)明Betamax家用錄像機(jī)1976年JVC公司發(fā)明VHS家用錄像機(jī)家用錄像機(jī)的普及促進(jìn)了磁帶消費(fèi)的急速增長錄像磁帶和錄像機(jī)成為電視廣播的關(guān)鍵設(shè)備第十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.數(shù)字磁記錄的發(fā)展1947年開始用磁記錄方式來存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)從50年代開始，將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在磁性材料表面就成為計(jì)算機(jī)大容量存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)方式磁芯、磁盤（軟、硬）、磁鼓和磁帶一直是計(jì)算機(jī)中的重要記憶元件發(fā)展趨勢：高密度、大容量、小型微型化第十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日A．磁帶初期的計(jì)算機(jī)磁帶是1953年美國IBM公司發(fā)表的1/2英寸寬的開盤帶，記錄密度僅為100bpi，1973年就達(dá)到6250bpi，以后各種小型盒式帶陸續(xù)引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19世紀(jì)八十年代后，用于大型計(jì)算機(jī)的大容量的卡盤式計(jì)算機(jī)磁帶相繼實(shí)現(xiàn)商品化1984年的IBM3480卡式計(jì)算機(jī)磁帶，存儲(chǔ)量達(dá)200MB1991年的IBM3490E型，存儲(chǔ)量可達(dá)800MB1995年商品化IBM3590型，存儲(chǔ)容量高達(dá)10GB優(yōu)點(diǎn)：可以更換磁帶。缺點(diǎn)：工作方式為串行存取，取數(shù)據(jù)等待時(shí)間過長第十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日B．磁鼓由于磁帶串行存取的工作方式，取數(shù)的等待時(shí)間太長，不能滿足計(jì)算機(jī)快速數(shù)據(jù)交換的需要為了提高數(shù)據(jù)傳輸率，發(fā)明了磁鼓1954年美國IBM公司制造的IBM650型磁鼓缺點(diǎn)：體積龐大，記錄密度低，且存儲(chǔ)容量小

第十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日C．硬磁盤硬磁盤起源于1956年美國IBM研制成的IBM350型硬磁盤存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)量為40MB1975年被IBM3340型(溫徹斯特盤，簡稱溫盤)

1976年研制出存儲(chǔ)容量為317MB的IMB3350系統(tǒng)1980年投放市場的IBM3380硬磁盤機(jī)存儲(chǔ)容量高達(dá)252MB盤片尺寸從14英寸逐步縮小到8英寸、5.25英寸，直至主流為3.5英寸筆記本電腦用的硬盤更小為2.5、1.8英寸等第十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日D．軟磁盤發(fā)展方向—高密度、大容量、小型微型化1972年，美國IBM公司研制成8英寸單面單密度軟磁盤FD，應(yīng)用于3470數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。1976年、美國Shugart公司研制成5.25英寸小型軟磁盤MD。雙面倍密度1980年，日本Sony公司開發(fā)出3.5英寸微型軟磁盤MF，后來被定為世界微型磁盤的標(biāo)準(zhǔn)，成為數(shù)據(jù)磁記錄介質(zhì)的主流第十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、磁記錄的特點(diǎn)磁記錄的優(yōu)點(diǎn)：a．存儲(chǔ)的內(nèi)容不易丟失，可長期保存b．存儲(chǔ)密度不斷提高，存儲(chǔ)的每一位信息占用的面積很小，存儲(chǔ)容量增大，能滿足計(jì)算機(jī)的發(fā)展需要c．寫入、讀出的速度比較快，而且可以蓋寫，具有重復(fù)使用性能d．價(jià)格相對(duì)較低第十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、磁記錄的特點(diǎn)磁記錄的缺點(diǎn)：存取速度不夠快，數(shù)據(jù)傳輸率比較低磁頭與磁介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，易磨損，壽命有限；存取速度進(jìn)一步提高受到限制；對(duì)機(jī)械加工的精度要求高體積相對(duì)較大目前，磁表面存儲(chǔ)器正面臨光盤和U盤等的挑戰(zhàn)第十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日§2-2磁記錄材料磁記錄材料(magneticrecordingmaterial)利用磁特性和磁效應(yīng)輸入（寫入）、記錄、存儲(chǔ)和輸出（讀出）信息的磁性材料

主要包括：磁記錄介質(zhì)材料主要完成信息的記錄和存儲(chǔ)功能磁頭材料主要完成信息的寫入和讀出功能第十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、物質(zhì)的磁性與磁化

1.幾個(gè)基本概念

磁疇

磁場強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁導(dǎo)率μ磁化、剩磁

2.鐵磁性物質(zhì)的磁化磁滯回線

3.鐵磁材料分類軟磁材料硬磁材料第二十頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.幾個(gè)基本概念

磁疇在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)有許多自發(fā)磁化區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)，當(dāng)原子的磁矩方向相同時(shí)即達(dá)到飽和磁化這種小區(qū)域稱為磁疇

磁場強(qiáng)度（H）表示磁場各點(diǎn)磁力大小和方向的量

磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）磁感應(yīng)強(qiáng)度與相垂直的面積的乘積叫該面積的磁通量，單位面積上的磁通量稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度

磁導(dǎo)率（μ）磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的比值，即：μ=B/H第二十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日

磁化鐵磁性物質(zhì)受外加磁場的作用而具有磁性，即鐵磁材料被磁化具體而言，指鐵磁材料在外磁場的作用下，磁疇內(nèi)的原子磁矩趨向于外磁場方向整齊排列

剩磁當(dāng)外磁場撤除后，鐵磁材料仍保留有一定的磁性，稱為剩磁第二十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.鐵磁性物質(zhì)的磁化

初始狀態(tài)

當(dāng)外磁場未作用時(shí)，鐵磁材料未被磁化此時(shí)：H=0，B=0接下來，將經(jīng)歷的狀態(tài)：

初始→飽和→剩磁→歸零→反向飽和→……第二十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日初始→飽和外加一磁場作用，當(dāng)H↑時(shí)，使得B↑；B隨曲線OVP上升到達(dá)P點(diǎn)；此時(shí)，H=Hm，B=Bm；此后，再增大H值，B值也不再增加第二十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日飽和→剩磁當(dāng)H↓時(shí)，隨之B↓；但不是沿著原來的軌跡返回零點(diǎn)，而是沿著另一段曲線減小到Br；當(dāng)H=0時(shí)，B=Br；Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度這種現(xiàn)象稱為剩磁現(xiàn)象第二十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日剩磁→歸零要使B值減小為零,需加一反向的磁場隨反向磁場逐漸增強(qiáng)，B值逐漸減小；當(dāng)H=-Hc時(shí),B=0Hc稱為矯頑力,即：矯正部分剩磁所需的磁力第二十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日→反向飽和當(dāng)反向磁場繼續(xù)增強(qiáng)時(shí)，鐵磁性物質(zhì)被反向磁化；當(dāng)H=-Hm時(shí),B=-Bm；

即達(dá)到“反向飽和”狀態(tài)。第二十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日→剩磁反向飽和后再令H=0時(shí),B=-Br第二十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日→歸零

要使B值從-Br減為零；則又需加一磁場；當(dāng)H=Hc時(shí),B=0第二十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日“磁滯回線”令H↑，則B↑；當(dāng)H=Hm時(shí)，B=Bm；即回到飽和狀態(tài)；這種現(xiàn)象叫做：“磁滯現(xiàn)象”；該過程形成的閉合曲線，叫做：“磁滯回線”第三十頁，共八十八頁，2022年，8月28日小結(jié)：

磁滯現(xiàn)象在外磁場作用的過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是落后于磁場強(qiáng)度H的變化這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象

表征磁記錄介質(zhì)磁性的主要參量：

Bm―最大飽和磁化強(qiáng)度Br―剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc―最大矯頑力第三十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日

剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br

表示外磁場撤銷后，鐵磁材料保留磁性的強(qiáng)弱

Br越大，表明鐵磁材料保留磁性越強(qiáng)

剩磁狀態(tài)反應(yīng)了鐵磁性物質(zhì)具有記憶的特性；

矯頑力反映了這種記憶能力的可靠性和穩(wěn)定性；

Hc越大，表明越可靠和穩(wěn)定第三十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.鐵磁材料分類

鐵磁性材料分類

①軟磁性材料當(dāng)外磁場撤銷后，立即回到未磁化狀態(tài)；②硬磁性材料當(dāng)外磁場撤銷后，仍保持磁化狀態(tài)。第三十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日①軟磁性材料的特點(diǎn)

磁導(dǎo)率μ(μ=B/H)大；矯頑力Hc小；磁滯回線呈細(xì)長條狀；這種材料容易磁化，但退磁也容易；適合做磁頭材料！第三十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日②硬磁性材料的特點(diǎn)

磁導(dǎo)率μ(μ=B/H)小；矯頑力Hc大；磁滯回線較寬，接近矩形（短粗胖型）；這種材料磁化后能保留較強(qiáng)的剩磁，而且不容易被消除；適合做磁性記錄介質(zhì)材料！第三十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日磁記錄基礎(chǔ)磁滯現(xiàn)象、電磁感應(yīng)現(xiàn)象是磁記錄的基礎(chǔ)記錄介質(zhì)屬硬磁材料，即遠(yuǎn)離磁頭之后，會(huì)在介質(zhì)中留下剩磁Br；如果介質(zhì)中各點(diǎn)的Br值依次與記錄電流成比例的變化，就可實(shí)現(xiàn)磁記錄過程！磁記錄就是電信號(hào)通過磁頭產(chǎn)生的磁場，在磁性介質(zhì)上使微小磁粉（粒子）磁化產(chǎn)生剩磁，并與電信號(hào)波形相對(duì)應(yīng)地排列起來的過程。第三十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、磁記錄介質(zhì)材料

磁記錄介質(zhì)材料

指主要完成信息的記錄和存儲(chǔ)功能的材料將磁性材料薄薄地涂布在基體表面制成本部分主要討論兩個(gè)問題1.對(duì)磁記錄介質(zhì)材料的要求

2.磁記錄介質(zhì)材料的種類第三十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.對(duì)磁記錄介質(zhì)材料的要求①具有硬磁特性，要求具有較高的剩磁Br值，適當(dāng)?shù)某C頑力Hc值，磁滯回線接近矩形；②磁層表面組織致密，厚薄均勻，平整光滑，無針孔麻點(diǎn)，能經(jīng)受磁頭碰撞和摩擦而不劃傷表面；③記錄密度高；磁層越薄，記錄密度越高；④對(duì)周圍環(huán)境的溫度、濕度變化不敏感，無明顯的加熱退磁現(xiàn)象，能長期保持磁化狀態(tài)；⑤輸出信號(hào)幅度大，分辨率高，噪聲低；⑥價(jià)格低廉，易于高效率生產(chǎn)第三十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日上述性能的實(shí)現(xiàn)不但取決于磁性材料的特性，而且取決于生產(chǎn)工藝水平如何減少磁層厚度，是提高記錄密度，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一！磁層越薄，則垂直磁場小，從而磁擴(kuò)散面積小，因此記錄密度高第四十頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.磁記錄介質(zhì)材料的種類常用磁記錄介質(zhì)主要有γ-Fe2O3系、CrO2系、Fe-Co系和Co-Cr系材料等；按形態(tài)分類：⑴顆粒涂布型材料⑵連續(xù)薄膜型材料第四十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑴顆粒涂布型材料制造工藝形態(tài)是一些針狀的磁粉金屬氧化物：如γ-Fe2O3、Fe3O4和CrO2等金屬微粒：Fe、Co、Ni等第四十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑵連續(xù)薄膜型材料連續(xù)型材料

主要是Co合金，包括：Co-Ni-P、Fe-Ni-Co、Co-P等，以及這些材料的不同比例的組合制造方法

薄膜介質(zhì)的制造方法有電鍍法、化學(xué)沉積法、真空沉積法、濺射法等；用以在基體表面形成連續(xù)的磁性薄膜第四十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、磁頭

功能主要完成信息的寫入和讀出功能

本部分主要討論三個(gè)問題：1.對(duì)磁頭材料的要求2.常用磁頭材料3.磁頭的分類第四十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日磁頭

磁頭既可將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成介質(zhì)上的磁化狀態(tài)又可將介質(zhì)上的磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)磁頭是電磁轉(zhuǎn)換的橋梁，是磁表面存儲(chǔ)器的關(guān)鍵元件之一！第四十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.對(duì)磁頭材料的要求①具有軟磁特性，即當(dāng)外磁化場撤銷后，立即回到未磁化狀態(tài)；②具有高的飽和磁化強(qiáng)度Bm，高的磁導(dǎo)率μ；③低Hc，以降低磁頭的損失；④低剩余磁化強(qiáng)度Br，有利于抹除不需要的殘余磁跡，并降低剩磁引起的噪聲；⑤高電阻率，可以降低鐵芯的渦流損耗；高截止頻率，以提高使用頻率的上限；⑥具有較好的熱穩(wěn)定性。第四十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.常用磁頭材料①合金材料例如：坡莫合金、鐵硅鋁合金和非晶態(tài)合金等②鐵氧體材料例如：Mn-Zn錳鋅鐵氧體、Ni-Zn鎳鋅鐵氧體等坡莫合金機(jī)械加工性能好，矯頑力低，飽和磁化強(qiáng)度大，但電阻率低，耐磨性差，多用于磁帶機(jī)磁頭；非晶態(tài)合金軟材料如鈷鐵、鈷鐵鈮等具有很高的導(dǎo)磁率和磁化強(qiáng)度，矯頑力低，耐磨性好，多用于薄膜磁頭和垂直記錄磁頭上；鐵氧體材料電阻率高，耐磨，耐腐蝕，但磁導(dǎo)率和磁通密度不高，機(jī)械加工性能差，多用于軟磁盤機(jī)和硬磁盤機(jī)磁頭上。第四十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.磁頭的分類（1）根據(jù)磁頭功能分①記錄（寫入）磁頭②讀出（重放）磁頭③抹除（消磁）磁頭主要應(yīng)用于磁帶，為記錄介質(zhì)消磁、抹去磁帶上記錄的信號(hào)，以便重新使用；

消磁磁頭是用來消除已記錄在介質(zhì)上的信息，即消除磁記錄介質(zhì)上的任何剩余磁化第四十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）根據(jù)磁頭與介質(zhì)是否接觸分

①接觸式磁頭

在讀寫時(shí)，磁頭與磁記錄介質(zhì)直接相接觸

應(yīng)用：常用于磁帶機(jī)和軟磁盤機(jī)中

②浮動(dòng)式磁頭

由介質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣流，在磁頭和介質(zhì)表面之間形成一層極薄的空氣薄膜（氣墊）使磁頭與介質(zhì)表面脫離接觸而浮動(dòng)

應(yīng)用：硬磁盤采用浮動(dòng)式磁頭第四十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日（3）根據(jù)磁頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分①固定磁頭

環(huán)狀磁頭固定，磁帶沿著縱向方向運(yùn)行，與磁頭接觸實(shí)現(xiàn)縱向或垂直記錄，例如：磁帶錄音機(jī)

②旋轉(zhuǎn)磁頭磁頭裝在旋轉(zhuǎn)的磁鼓上，磁帶沿縱向運(yùn)行，磁頭在橫向（橫向掃描）或斜向（螺旋掃描）與磁帶接觸使之磁化實(shí)現(xiàn)橫向和斜向記錄，例如：磁帶錄像機(jī)第五十頁，共八十八頁，2022年，8月28日（4）根據(jù)磁頭讀寫原理的不同

①感應(yīng)式磁頭讀出信號(hào)與通過磁頭感應(yīng)線圈的磁通變化率成正比，記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度越快，讀出信號(hào)越大。②磁阻磁頭采用感應(yīng)寫、磁阻讀的分離式設(shè)計(jì)，以便針對(duì)讀寫的不同特性分別進(jìn)行優(yōu)化由于磁頭是通過阻值變化而非電流變化來感應(yīng)信號(hào)幅度，因而對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，讀取準(zhǔn)確率高第五十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日§2-3磁記錄技術(shù)

一、磁記錄原理1.寫入過程2.讀出過程

二、磁記錄模式

1.縱向磁記錄2.橫向磁記錄

3.垂直磁記錄三、數(shù)字磁記錄編碼方式第五十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、磁記錄原理從存儲(chǔ)原理上看，硬磁盤、軟磁盤、磁帶、光磁盤等均屬于磁表面存儲(chǔ)器所謂“磁表面”，是在帶狀或圓片狀的載體上涂敷了薄薄的一層磁性材料而形成的，其厚度一般在0.2~0.5um。

以磁介質(zhì)的兩種不同剩磁狀態(tài)（不同剩磁方向）來表示二進(jìn)制數(shù)字信息“0”&“1”第五十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日

磁記錄本質(zhì)磁表面存儲(chǔ)器的信息記錄和讀出過程都是電、磁信息轉(zhuǎn)換的過程磁記錄的實(shí)現(xiàn)通過磁頭和運(yùn)動(dòng)著的磁介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的第五十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.“寫入”過程磁頭用鐵磁性材料做磁芯，上面繞有讀/寫線圈磁頭位于貼近磁表面的上方，載體相對(duì)磁頭做勻速運(yùn)動(dòng)磁頭上開有一條很窄的縫隙，稱工作間隙（頭隙或前隙）第五十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日如何“寫入”

若給磁頭線圈通以一定方向的脈沖電流，磁頭中將產(chǎn)生磁場在磁頭工作間隙處，磁力線通過載體表面磁層形成一個(gè)閉合回路這樣，磁表面被脈沖電流對(duì)應(yīng)的磁場磁化，從而形成了一個(gè)磁化單元“L”“電信號(hào)→磁信號(hào)”的過程，即為“寫入”操作第五十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日如何表示“0”&“1”由于流入磁頭線圈中電流方向不同，磁介質(zhì)上被磁化的方向也不同；用“不同的磁化方向”來代表二進(jìn)制信息的“0”和“1”隨著寫入電流的變化和磁介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，就可以將二進(jìn)制信息序列轉(zhuǎn)化為介質(zhì)表面的磁化單元序列，從而完成信息的記錄過程（即“寫入”信息）第五十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.“讀出”過程磁記錄介質(zhì)和磁頭做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)上曾被磁化的區(qū)域在經(jīng)過磁頭前隙時(shí)，磁力線穿過磁頭被切割，磁頭中的磁通發(fā)生變化，在讀／寫線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁頭中磁通量的變化成正比，極性與磁通變化的極性相反!第五十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日如何“讀出”當(dāng)磁通由零增大時(shí)，磁頭線圈中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)e當(dāng)磁通由大變小時(shí)，磁頭線圈中產(chǎn)生一個(gè)正e這樣一正一負(fù)兩個(gè)脈沖，把磁信號(hào)又變成了電信號(hào)磁頭中的磁通變化與感應(yīng)電動(dòng)勢

第五十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日電脈沖信號(hào)再經(jīng)過放大、限幅、整形和選通后，獲得符合要求的數(shù)字信息我們稱讀出過程，就是將磁介質(zhì)上記錄的磁化單元序列還原成電脈沖序列的過程！“磁信號(hào)→電信號(hào)”的過程，即為“讀出”操作第六十頁，共八十八頁，2022年，8月28日磁記錄原理圖

記錄介質(zhì)磁頭第六十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、磁記錄模式1.縱向磁記錄2.橫向磁記錄

3.垂直磁記錄第六十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.縱向磁記錄記錄特點(diǎn)磁化矢量與磁化介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向平行在磁介質(zhì)平面內(nèi)第六十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日應(yīng)用縱向磁記錄是磁記錄中最容易實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用最廣的一種記錄方式環(huán)狀磁頭的發(fā)明，確定了縱向記錄的基礎(chǔ)至今人們身邊的磁記錄系統(tǒng)幾乎都是縱向記錄，所盛行的各種磁記錄技術(shù)都與該記錄方式有關(guān)

通常是磁頭固定，介質(zhì)作相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)第六十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日

2.橫向磁記錄特點(diǎn)磁化矢量與磁化介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向垂直位于磁介質(zhì)薄膜平面內(nèi)應(yīng)用用于電視錄像帶中第六十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.垂直磁記錄特點(diǎn)磁化矢量垂直于磁化介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向和磁介質(zhì)薄膜的表面第六十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日應(yīng)用

縱向磁記錄適于記錄波長較長的情況，更適合于模擬信號(hào)的記錄

垂直磁記錄更適用于高密度短波長的數(shù)字式磁記錄，有利于高密度化，在視頻記錄和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域展示了良好的發(fā)展前景第六十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日實(shí)現(xiàn)垂直磁記錄的重要條件垂直磁頭磁頭應(yīng)該和記錄介質(zhì)的磁層膜面保持嚴(yán)格垂直并且能產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)、分布尖銳的磁場垂直記錄介質(zhì)具有垂直各向異性、在垂直于磁介質(zhì)膜面的方向有易磁化軸的材料作為垂直記錄介質(zhì)第六十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、數(shù)字磁記錄編碼方式編碼的概念在數(shù)字磁記錄中，將計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成磁化單元的方式，稱為編碼方式編碼方式又稱記錄方式意義選用或設(shè)計(jì)合適的編碼方式，可以提高磁記錄介質(zhì)的信息存儲(chǔ)密度，擴(kuò)大磁記錄設(shè)備的存儲(chǔ)容量，降低單位信息的存儲(chǔ)成本，提高數(shù)據(jù)傳輸率第六十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日磁記錄編碼方式分類①非編碼記錄方式a．歸零制（RZ）b．不歸零制（NRZ）c．不歸零1制（NRZ1）②編碼記錄方式A．按位編碼記錄方式a．調(diào)頻制（FM）b．改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）c．改進(jìn)的改進(jìn)調(diào)頻制（M2FM）d．調(diào)相制（PE）B．成組編碼記錄方式（GCR）a．GCR（4/5）b．GCR（4/15）c．三位調(diào)制碼（3PM）C．游程長度受限編碼方式（RLLC）a．RLL（2，7）碼b．RLL（1，7）碼第七十頁，共八十八頁，2022年，8月28日§2-4磁介質(zhì)存儲(chǔ)器常見的磁介質(zhì)存儲(chǔ)器主要包括軟盤、硬盤、磁帶、磁卡及其他大容量軟盤等本節(jié)要點(diǎn)

硬盤第七十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、硬盤簡介1.發(fā)展歷程1956年，美國IBM公司研制成的IBM350型硬磁盤存儲(chǔ)器1968年，美國IBM公司提出“溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，其要點(diǎn)是將磁盤、磁頭及其尋道機(jī)構(gòu)等組裝成一個(gè)組合體；增加封閉防塵結(jié)構(gòu)，與外界環(huán)境隔絕；采用體積小、質(zhì)量輕、負(fù)荷小的新型磁頭；盤片表面涂潤滑劑，實(shí)行接觸起停“溫盤”是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型第七十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.硬盤的特點(diǎn)存儲(chǔ)容量大隨機(jī)存取速度快性價(jià)比高，價(jià)格較便宜可靠性高

………………第七十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.硬盤的分類A．根據(jù)尺寸分：可分為3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸等B．根據(jù)介質(zhì)類型分：可分為顆粒型和連續(xù)型C．根據(jù)磁頭的工作方式分：可以分成移動(dòng)頭和固定頭第七十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、硬盤的結(jié)構(gòu)及工作原理硬盤的結(jié)構(gòu)示意圖第七十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日

1.硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個(gè)盤面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開始編號(hào)，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，稱之為磁盤的柱面磁盤的柱面數(shù)與一個(gè)盤面上的磁道數(shù)是相等的每個(gè)盤面都有自己的磁頭，因此盤面數(shù)等于總的磁頭數(shù)第七十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日

2.硬盤工作原理讀/寫過程從查找操作開始驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)柱面地址把磁頭向目標(biāo)磁道移動(dòng)，并定位在目標(biāo)磁道上等待有關(guān)信息區(qū)段旋轉(zhuǎn)到磁頭下，進(jìn)行讀/寫操作第七十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、硬盤的性能指標(biāo)1、轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速是硬盤所有指標(biāo)中除了容量以外最引人注目的性能參數(shù)單位：以r/min為單位第七十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日

2、存儲(chǔ)容量道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)稱為道密度Dt位密度：沿圓周單位長度上的信息比特?cái)?shù)稱為位密度Db面密度：位密度和道密度的乘積，即Dn=Dt*Db

Dn越大表明一個(gè)盤片上能存儲(chǔ)的信息量就越大第七十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日3、平均尋道時(shí)間

指的是磁頭到達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)所在磁道的平均時(shí)間，它直接影響硬盤的隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速度4、緩存

硬盤緩存的目的是為了解決系統(tǒng)前后級(jí)讀寫速度不匹配的問題，以提高硬盤的讀寫速度5、傳輸速度

指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s），包括內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率內(nèi)部傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉(zhuǎn)速度外部傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關(guān)第八十頁，共八十八頁，2022年，8月28日四、硬盤技術(shù)發(fā)展趨勢1、更高的主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2、“超級(jí)數(shù)字信號(hào)處理器”的應(yīng)用3、高速緩存技術(shù)4、提高單碟容量5、硬盤內(nèi)多盤片封裝技術(shù)6、OAW技術(shù)（光學(xué)輔助溫式技