[科普中国]-磁存储系统

组成

磁存储系统一般由磁头、记录介质、电路和伺服机械等部分组成。

磁头磁头是电磁转换器件，它是磁存储系统的核心部件之一，按其功能可分为记录磁头、重放磁头和消磁磁头三种。

记录磁头的作用是将输入的记录信号电流转变为磁头缝隙处的记录磁化场，并感应磁存储介质产生相应变化，将信息记录下来。

重放磁头的作用正好相反，当磁头经过磁介质时，磁存储介质的磁化区域就会在磁头导线上产生相应的电流，即把已记录信号的记录介质磁层表露磁场转变为线圈两端的电压(即重现电压)，经电路的放大和处理，从而读出已记录的声音、图像等信息]。

消磁磁头的作用则是将信息从磁存储介质上抹去，就是使磁层从磁化状态返回到退磁状态。2

记录介质磁记录介质也是磁存储系统的核心部件之一。各种磁记录介质的要求一般为：磁矫顽力适当高，以有效存储信息；饱和磁化强度高，以获得高的输出信息；矩形比高，以减小自退磁效应，提高信息记录效率；磁滞回线陡直，以提高记存信息分辨率；磁性温度系数低、老化效应小，以提高磁记录的稳定性；磁层表面均匀、光洁、耐磨。因此磁记录介质为硬铁磁性的粉体或薄膜材料，其产品包括磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡片等；从结构上可分为磁粉涂布型介质和连续薄膜型介质两大类，而从记录方式则可分为模拟记录和数字记录两类。2

电路随被记录信号的性质和记录方式的不同，电路的构成有很大差别。一般情况下，它包含记录信号电路、重放信号电路、伺服电路以及消抹电路等。记录信号电路，是在信号进入记录磁头线圈之前对信号进行放大或处理的电路。重放信号电路，是对由重放磁头线圈获得的重放电压进行放大或处理的电路。伺服电路的作用，是在同步信号的控制下使磁头和记录介质以一定方式准确而稳定地运动，伺服机械的准确性和一致性是由伺服电路来保证的。消抹电路是向消抹磁头线圈提供高频振荡电流的电路。高频振荡电流在消抹磁头缝隙处产生的高频磁场，能抹去以一定速率由此通过的记录介质上的信号。

伺服机械伺服就是自动跟踪控制，它是一个具有反馈环节的闭环控制系统。

磁迹的扫描方式不同，伺服机械的结构也不同。在一般情况下，它包含磁头运动的伺服机械和记录介质运动的伺服机械。这些机械通常都是十分精密和稳定的。特别是磁带录像机磁迹之间的距离只有几十微米，并要求重放过程磁头和磁带的运动与记录过程的情形完全同步。要达到这样的要求，伺服机械的结构必须十分精密。对于磁带录音机，伺服机械比较简单，主要的要求是对磁带提供稳定的和均匀的纵向运动。

伺服机械提供的磁头一记录介质相对运动的方式，是由选择的磁迹分布方式(或扫描方式)确定的，伺服机械的结构也相应确定。磁迹分布方式或扫描方式有多种。在录音中，磁迹是沿磁带的纵向分布的，称为纵向扫描。在录像机中，音频磁迹和控制磁迹也是纵向扫描的。视频磁迹，有的是沿磁带斜向分布的，称为斜向扫描，如二磁头录像机中的情形。有的是沿磁带横向分布的，称为横向扫描，如四磁头录像机中的情形。在磁盘机中，磁迹是沿磁盘的圆周方向分布的。

伺服机械的工作必须稳定、准确和可靠，所以，对部件的设计、加工和安装必须十分精密。3

原理磁存储器是利用表面磁介质作为记录信息的媒体，以磁介质的两种不同的剩磁状态或剩磁方向变化的规律来表示二进制数字信息的。

磁存储器的读/写工作过程是电、磁信息转换的过程，它们都是通过磁头和运动着的磁介质来实现读或写操作的。记录信号时，一般应先将需要记录的信号用适当的换能装置转变为电信号，再经记录信号电路的放大和处理，输至记录磁头线圈中，在记录磁头缝隙处产生记录磁化场，使按一定速率在此处经过的记录介质磁化。当记录介质移动的速率恒定时，沿着长度方向的剩余磁化的空间分布就反映了磁头线圈中电流的时间变化，从而完成了信号的记录过程。

当记录了信号的记录介质以一定的速率通过重放(读出)磁头缝隙时，由介质表面发出的磁通将被磁头铁芯截留，并在重放磁头线圈两端产生重放电压。这个电压经重放信号电路的放大和处理，输至换能装置，使信号以一定的形式重放出来，从而完成了信号的读取过程。

在记录和重放之间，记录信号有个存储过程。在这个过程中，不允许外加的杂散磁场超过用于记录的磁场的强度。如果用消抹磁头产生一个大于记录磁场强度的磁场，就可抹除原先记录的信号，使磁层处于退磁状态，记录介质又可准备记录新的信息。消抹磁头线圈中的高频电流来自消抹电路。在有些情况下，当记录磁头和重放磁头为同一磁头时，也可用信息的重写来消抹旧的信息。

在上述整个过程中，磁头(包括记录磁头、重放磁头和消抹磁头等)和记录介质在伺服机械的驱动下，以一定的方式运动。这种运动的准确性和稳定性，是由伺服电路控制的。3

磁记录方式磁记录是现在使用得非常广泛的一种信息技术。它利用了铁磁材料的特性与电磁感应的规律。用来记录信息(如声音、图像等)的铁磁材料常制成粉状而用粘结剂涂敷在特制的带、圆柱或圆盘的表面，而称为磁带、磁鼓或磁盘。磁记录可以分为模拟记录和数字记录两类，它们的记录原理简述如下。

模拟磁记录录音(录像)和放音(放像)是最常见的模拟磁记录过程。录音(录像)时需要一个磁头，它实际上是一个具有微小气隙的电磁铁。录音时使磁带靠近磁头的气隙走过。磁头的线圈内此时通入由声音或图像转化成的电信号，即强弱和频率都在改变着的电流，这电流将使铁芯的磁化状态以及缝隙中的磁场发生同步变化。这变化着的磁场将使在附近经过的磁带上的磁粉的磁化状态发生同步的变化，从而使磁粉离开磁头后，它的剩磁的强弱和极性变化对应于输入磁头的电流的变化，也就是对应于声音或图像信号的变化。这样就在磁带上记录下了声音或图像。

数字磁记录磁记录除了记录声音或图像这种模拟记录外，还有数字记录。它记录的是二进制数字“1“、”“0”，因此磁粉只能处于正或负两种磁化状态之一。这样，磁粉只能选用矩磁(指其磁化曲线呈矩形，磁化状态只有正向饱和及反向饱和两种)材料。这种记录方法广泛用于计算机的数据存储系统中。

数字磁表面记录分为读和写两个过程，其基本原理与模拟记录类似。写过程就是数据脉冲序列经过磁头线圈时，产生与数据相对应的磁场，磁化磁头缝隙下磁盘表面的磁层，完成“电一磁”转换。当磁盘在磁头下作恒速运动，输入的二进制数据脉冲序列不断改变磁头中电流的方向，也就是不断改变磁场的方向，则在磁盘的表面(磁介质)就刻下了一串与输入脉冲序列相对应的有规律的小的磁化单元，这就是磁盘记录数据的过程。