《《微机接口技术》电子教案 第8章 磁盘接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《微机接口技术》电子教案 第8章 磁盘接口（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 磁盘接口,8.1 磁盘概述 8.2 软盘驱动器接口电路 8.3 硬盘驱动器接口电路 8.4 现代硬盘及接口技术的发展 8.5 磁盘驱动器接口软件,本章学习目标,l 磁盘的工作原理 l 软盘接口电路的组成和原理 l 硬盘接口电路的组成和原理 l 磁盘接口电路的中断服务程序的应用,返回本章首页,8.1 磁盘概述,8.1.1 磁记录原理 8.1.2 写入数据原理 8.1.3 读出数据原理及过程 8.1.4 读写过程 8.1.5 磁盘的种类 8.1.6 软盘驱动器的类型 8.1.7 磁盘数据和数据格式 8.1.8 其他外部存储设备,返回本章首页,8.1.1 磁记录原理,磁记录是以磁介质受外磁场
2、的磁化，当去掉外磁场后仍有介质剩余磁化状态这一性质为基本原理。磁盘机（HDD、FDD）是由介质、读写磁头、读写电路、马达及伺服驱动电路等组成。磁盘的读写原理如图8.1所示。,图8.1 磁盘读写原理示意图,返回本节,8.1.2 写入数据原理,当要记录的电流通过线圈时，为了保持磁化强度，记录信号的脉冲需要一个周期内使磁场方向改变一次，当磁头中写电流从正向稳态变为反向稳态时，使记录在介质上的正向饱和磁化强度翻转到反向饱和磁化强度。,返回本节,8.1.3 读出数据原理及过程,读出是写入的逆过程。当磁头与磁介质作相对运动时，由于磁介质与磁头铁芯的缝隙相接触，使铁芯中出现原记录的散磁通，并且在读出线圈两端
3、产生感生电动势。经过读出电路就可还原成读出电流，读出电流的方向、大小正好与原记录信号相同，使原数据信号还原。,返回本节,8.1.4 读写过程,读写磁头与转动平面垂直接触，在读写窗做前后方向运动；当线圈通过不同方向电流时，在磁铁芯中形成磁场，并产生不同方向的磁通；磁通透过读写缝隙与涂磁盘面接触，使磁化因子运动。这样盘面上的磁化运动与代表数据的电流构成了关系。磁盘读写电路如图8.2所示。,图8.2 磁盘读写控制电路示意图,返回本节,8.1.5 磁盘的种类,1硬磁盘（如图8.3、表8.1所示） 2软盘驱动器,图8.3 硬盘的外形图,正面,反面,接口面,表8.1 常见硬盘的主要性能参数,返回本节,8.
4、1.6 软盘驱动器的类型,软盘驱动器一般分为5.25英寸及3.5英寸，5.25英寸的磁盘容量一般为1.2MB和360KB两种；3.5英寸的磁盘容量一般为1.44MB和720KB两种类型。现在使用的是3.5英寸，且容量为1.44MB。,1软盘驱动器的工作原理： 当软磁盘放入驱动器时，通过软盘驱动器控制电路指示主轴电机和磁头步进电机动作，进行读/写操作。 2磁盘数据的错误校验： 常用数据校验的方法主要有循环冗余码校验及补码校验。,返回本节,8.1.7 磁盘数据和数据格式,1磁盘的磁道和扇区,磁盘基本是按磁道来存储数据的，都含有三类字段：索引字段、标识字段和数据字段。这三种字段有时组合起来，构成几个
5、区域，如地址区、数据区等。 一般1.44MB软盘的磁道为80个磁道，每个磁道为9个扇区。,2磁盘数据的编码格式,图8.4 磁记录的编码,返回本节,8.1.8 其他外部存储设备,其他存储设备主要是光盘。一般光盘驱动器主要有CD-ROM、MO磁光盘、CD-RW、DVD-ROM驱动器等。光盘盘片的尺寸一般为5.25英寸。光盘介质的存储容量各不相同。如CD-ROM光盘的存储容量一般为650MB；MO光盘的存储容量一般为230MB；DVD-ROM的存储容量可达4.7GB。,返回本节,8.2 软盘驱动器接口电路,8.2.1 软盘适配器 8.2.2 软盘控制器 8.2.3 FDC控制器命令与端口寄存器,返回
6、本章首页,8.2.1 软盘适配器,图8.5 软盘适配器电路框图,1总线缓冲器 2FDC NEC765A软盘控制器 3时钟时序电路 4数字信号控制电路（如图8.6所示） 5译码器 6写预补偿电路（如图8.7所示）。 7数据分离电路其原理图（如图8.8所示） 8信号驱动电路 9总线上的接口信号 10传输数据线,图8.6 数字信号控制与译码器示意图,图8.7 软盘适配器写预补偿电路,图8.8 数据分离电路示意图,表8.2 软盘驱动器线缆各引脚信号用途,返回本节,8.2.2 软盘控制器,软盘控制器是磁盘控制的主要部件。通常采用驱动器专用微控制器芯片。软盘控制器的接口部件主要由三部分组成，与系统接口的D
7、MA控制逻辑、MPU控制逻辑；与驱动器控制信号接口的驱动器控制逻辑；与磁盘读写串行数据接口的串行控制逻辑。,1FDC NEC765A的主要特点,FDC可分别受CPU和DMA的控制来自主机系统或直接存储器存取DMA的数据传送；可连接并控制4个磁盘驱动器，可以按MFM/RLL方式读/写单密度或双密度磁盘；可编程记录长度分别为：128、256、512、1024字节；可以与大多数微型计算机系统的CPU相兼容；NEC765A FDC采用LSI DIP的封装形式。,图8.9 软盘驱动器控制器（FDC）内部框图,2NEC765A FDC控制器的接口信号,NEC765A FDC控制器的引脚可分为三类：,（）系
8、统接口信号 （）经过串行控制接口（如图8.10所示） （）由驱动器控制接口的若干信号,图8.10 软盘驱动器控制器（FDC）NEC765A外形图,返回本节,8.2.3 FDC控制器命令与端口寄存器,1软盘驱动器的控制命令,软盘驱动器的控制命令如下： READ DATA 读扇区、磁道及磁面数据 READ DELETE 读删除数据的扇区、磁道及磁面 数据 WRITE DATA 写数据到扇区、磁道及磁面数据 WRITE DELETE DATA 写删除的数据到扇区、,磁道及磁面数据 REDA A TRACK 读一个完整磁道上的数据 READ ID 读扇区标识 FORMAT TRACK 格式化所选择的扇
9、区、磁道及磁面数据 SCAN EQUAL 查找信息相等时设置标志 SCAN LOW & EQUAL 查找信息小于相等时设置标志,SCAN HIGH & EQUAL 查找信息大于相等时设置标志 RECALIBRATE 磁头复位 SENSE INTERRUPT STATUS 检测驱动器的中断状态 SPECIFY 设置参数 SENSE DRIVE STATUS 检测驱动器中断状态 SEEK 搜索,2软盘控制器的端口寄存器,软盘控制器FDC共有4个端口寄存器： 3F2H（写）：方式选择寄存器 3F4H（读）：主状态寄存器 3F5H（写）：命令系列寄存器 3F5H（读）：结果系列寄存,图8.11 FDC
10、 3F2H方式选择寄存器各位说明,3各寄存器内容,图8.12 FDC 3F4H主状态寄存器各位说明,返回本节,8.3 硬盘驱动器接口电路,8.3.1 硬盘驱动器的组成原理 8.3.2 硬盘适配器 8.3.3 硬盘驱动器数据线的线缆标准 8.3.4 增强IDE（EIDE或ATA-2）接口,返回本章首页,8.3.1 硬盘驱动器的组成原理,硬盘驱动器是将硬盘机构与控制机构的电路密封在一起构成的，硬盘驱动器通过数据电缆线与计算机主板中的硬盘适配器相连。硬盘适配器电路主要包括硬盘接口电路、硬盘控制器电路。其结构如图8.13所示。,图8.13 硬盘驱动器的基本组成示意图,1硬盘主轴系统,主轴的作用是传递硬
11、盘主轴电机的转速，使硬盘盘片以额定的速度稳定地转动。硬盘主轴系统由主轴电机和电机控制电路组成。其工作过程如图8.14所示。,图8.14 主轴电机稳速电路示意图,2硬盘读写磁头系统,硬盘读写磁头系统由悬浮式或浮式磁头、读写头控制电路组成。硬盘采用悬浮式磁头而不是软盘驱动器的接触式磁头，读写头电路如图8.15所示，由磁头选择逻辑、磁头写驱动电路、磁头驱动线圈、读出电路及状态检测电路组成。,图8.15 硬盘写电路组成示意图,3磁头定位系统,（）初始定位 （）准备定位 （）检查出错标志 （）磁头小车启动 （）返回信息,需要分成以下几步进行：,4硬盘驱动器的控制逻辑,硬盘驱动器的控制逻辑包括控制与检测两
12、个过程。前者包括对主轴电机、磁头控制电机等进行的稳速控制、位置控制、启动停止控制过程；后者包括主轴索标传感器、位置传感器、速度传感器测量的索标周期、定位标记和磁头运动速度的检测过程。,返回本节,8.3.2 硬盘适配器,硬盘驱动器的控制电路主要包括两个部分，一是硬盘适配器部分它位于微机系统的一侧 ；二是读写逻辑，位于硬盘驱动器内。它们通过数据及控制电缆线相连接。,硬盘适配器的组成,1）扇区缓冲器 2）数据缓冲器 3）硬盘控制器 4）接口控制器 5）驱动器选择控制器 6）数据分离电路 7）写预补偿电路 8）驱动电路 9）系统接口信号 10）硬盘驱动器接口信号,（1）硬盘适配器（如图8.16所示）,
13、图8.16 硬盘适配器电路框图,常见几种硬盘接口的数据及信号电缆： 1）进出数据分离电路的信号线 2）到达写预补偿和同步电路的信号线 3）进出缓冲/接收（I/O）的信号线,（2）硬盘驱动器数据电缆信号,图8.17 Intel 8272A 内部结构示意图,（3）硬盘控制器INTEL 8272A,（4）HDC的硬盘命令及端口寄存器 （如表8.38.6、图8.18所示）,1）硬盘驱动器命令 2）硬盘驱动器控制器的端口 3）序列寄存器 4）端口编程,表8.3 硬盘驱动器控制器的端口寄存器地址、内容、用途,驱动器、工作模式等选择,表8.4 320H命令序列寄存器的内容,表8.5 320H错误序列寄存器字
14、节的格式,7 6 5 4 3 2 1 0,表8.6 命令序列寄存器字节0的错误类型,图8.18 321H硬件寄存器各位的含义,返回本节,8.3.3 硬盘驱动器数据线的线缆标准,硬盘驱动器最常用的数据线缆有五种线缆标准。变频锁相环（MFM/PLL）式数据线缆、行程长度受限制（RLLC）式线缆、增强小型设备接口（ESDI）线缆、小型计算机系统接口（SCSI）式线缆和集成驱动接口（IDE/EIDE）式线缆五种。,表8.7 增强小型设备接口（ESDI）20线数据线缆,1增强小型设备接口（ESDI）,表8.8 增强小型设备接口（ESDI）34线控制线缆,2小型计算机接口（SCSI）,小型计算机接口（SC
15、SI）的数据线缆有50线和80线两种形式的数据线缆。如表8.9所示为50线的SCSI数据线缆，其尺寸一般有5.25英寸和3.5英寸两种。,表8.9 SCSI接口驱动器50线缆,返回本节,8.3.4 增强IDE（EIDE或ATA-2）接口,EIDE接口规范中还通过一种被称为ATAPI的新标准，使IDE（或ATA）接口支持CD-ROM驱动器。EIDE接口外形如图8.21所示。应用在硬盘接口上时，EIDE接口一般都采用PIO模式，表8.11定义了EIDE传输模式及其最小总线周期时间。,图8.21 EIDE接口插座外形,表8.11 EIDE传输模式及其最小总线周期时间,1超级DMA/33接口协议,超级
16、DMA/33接口协议是一种用于数据传输的新型协议。通过标准的总线主控制器IDE的接口电路来启动和控制这种传输。超级DMA/33通过一个源同步信号协议来传输数据，以支持数据传输的突发操作。是采用总线主控制方式，在硬盘上安装控制硬盘读写的DMA控制器。,2超级DMA/33接口信号,当工作在超级DMA/33模式时，只是对一些标准的IDE控制信号进行了重新的定义，这些重新定义的信号如表8.12所示。从IDE设备到IDE接口的数据传输定义为读周期，从IDE接口到IDE设备的数据传输定义为写周期。,表8.12 超级DMA/33接口控制信号的重新定义,3超级DMA/33工作过程,使IDE接口工作在超级DMA/33模式时，必须预进行初始化编程，这种初始化编程分成两个部分：一个是对IDE接口的使能和配置，一个是对IDE设备的使能和配置。对于IDE接口，必须允
