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單元七

單元七. 磁帶與磁帶機. 單元七 磁帶與磁帶機. 7-1 磁帶的特性與分類 7-2 磁性媒體讀寫原理 7-3 磁性定碼的方法 7-4 磁帶記憶容量與操作速度 7-5 磁帶資料格式 7-6 匣式磁帶機 7-7 卡式磁帶機. 7-1 磁帶的特性與分類. 磁帶的特性 磁帶是在多元酯塑膠帶表面塗上一層氧化鐵混合物質而成 氧化鐵為磁性物質，當磁帶經過讀寫頭，執行寫動作時，由於磁力線的變化而使其磁分子重新排列，並保持該狀態，即正磁化與負磁化的結果，使磁帶上記錄著 "0" 與 "1” 的數位資料。

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  1. 單元七 磁帶與磁帶機

  2. 單元七 磁帶與磁帶機 • 7-1 磁帶的特性與分類 • 7-2 磁性媒體讀寫原理 • 7-3 磁性定碼的方法 • 7-4 磁帶記憶容量與操作速度 • 7-5 磁帶資料格式 • 7-6 匣式磁帶機 • 7-7 卡式磁帶機

  3. 7-1 磁帶的特性與分類 • 磁帶的特性 • 磁帶是在多元酯塑膠帶表面塗上一層氧化鐵混合物質而成 • 氧化鐵為磁性物質，當磁帶經過讀寫頭，執行寫動作時，由於磁力線的變化而使其磁分子重新排列，並保持該狀態，即正磁化與負磁化的結果，使磁帶上記錄著"0"與"1”的數位資料。 • 當磁帶經過讀寫頭。執行讀動作時。磁帶上磁分子的排列方向將使讀寫頭的線圈因磁通的變化而感應-電流的變化，即磁帶上數位化的資料已被讀出，此時讀出的電流波形並非方波且信號電壓微弱。必須加以放大、整形之後，才可得到真正的數位資料

  4. 7-1 磁帶的特性與分類 • 磁帶的分類 • 依寬度分為下列三種: • 1/2吋(1.27公分)型。 • 1/4吋(0.635公分)型， • 0.15吋(0.381公分)型。 • 依包裝方式分為下列三種: • 盤式磁帶 • 匣式磁帶 • 卡式磁帶 • 盤式磁帶 • 寬度為1/2吋，長度為2400呎(732公尺)。盤子直徑為10 1/2吋 • 其儲存容量可達2OOGB • 匣式磁帶 • 寬度則為1/4吋，長度有300呎、450呎、600呎數種規格。 • 儲存容量約在1OOGB以下。 • 卡式磁帶 • 寬度只有0．15吋，其記憶容量較小，且其存取時間較前二者要長得多，速度較慢，但有體積小的優點。

  5. 7-2 磁性媒體讀寫原理 • 磁帶的讀寫原理 • 未磁化前，磁分子不規則排列，其磁場互相抵消而呈中性 • 磁化後 • 圖(b)和圖(c)所示為磁化後的情形，由於磁化電流有兩個方向，因此磁分子會形成二種不同的排列方向，可以用來代表二進位資料的 “O”與“1”兩種狀態， • 若以圖(b)的磁化(N極向左，S極向右)為正極化，代表“1”的狀態時，則圖(c)的磁化稱為負極化，用以代表"0"的狀態。

  6. 7-2 磁性媒體讀寫原理 • 寫入動作 • 寫頭有如-電磁鐵，資料經寫入驅動器放大後，形成一磁化電流流經線圈， • 磁力線通過磁頭間隙形成一個磁化迴路，位於磁頭間隙前方的磁性物質即受到磁化， • 磁性物質有剩磁的現象，磁性與磁化電流的方向有關，即將資料以其磁化方向來加以記錄。如此即可儲存"0"與"1。的資料。

  7. 7-2 磁性媒體讀寫原理 • 讀取資料 • 磁帶以等速通過磁頭間隙 • 磁帶上的磁場會使線圈上感應-電壓，電壓的極性與磁帶上磁分子的排列方向有關，經感應放大器放大及整形後，即可得到原先儲存的資料。 • 所有的讀寫動作必須在磁頭與磁帶在相對運動之下，才能完成，同時其相對運動速度必須非常穩定。 • 速度愈快時，其讀寫速率亦愈快。 • 磁帶的資料是串聯的方式，一個位元接一個位元的加以記錄，其讀寫速度較慢 • 使用多磁頭的方式。一個磁頭繞組就稱為一個軌道(track) • 大型電腦中， 一般使用七個或九個磁頭繞組。 • 在微型電腦中，若以卡式磁帶機來儲存資料，只有單一磁頭，其速度即較慢許多

  8. 7-3 磁性定碼的方法 • 若直接將資料逐一寫入磁帶，在讀取時必然會引發許多問題，因此，必須對資料加以編碼之後，再寫入磁帶，讀回時再予以解碼還原。 • 大部份電腦中，均以位元組(byles)或字組(words)為處理單位，其界限亦應明顯地區分出來，才能正確地讀出全部資料。 • 對讀頭而言，其感應電流只有在磁偶極的排列方向改變時，才會產生極性的變化。因此當寫入的資料是010l0l時，不會有問題發生，但當寫入資料是01Il00時，就無法正確地讀出了

  9. 7-3 磁性定碼的方法 • 磁性定碼的方法 • 歸零(RZ)記錄法 • 當資料為“1”時，控制器送出一個正向脈波寫入磁頭，反之當資料為“0”時，控制器送出負向脈波寫入磁頭，在二資料間則電流歸回到零，沒有脈波寫入(即未磁化)。 • 在讀出時，讀出頭上的感應電壓將出現在有磁場變化時，且其極性與變化方向有關，如圖(b)所示 • 資料輸出只有在同步時脈(c)和讀出頭電流(b)均為正時，輸出才是“1”，否則為零，與寫入時相同。

  10. 7-3 磁性定碼的方法 • 不歸零(NRZ)記錄法 • RZ記錄法中，磁通變化次數極多。不但不經濟且其速度較慢。 • 不歸零(NRZ)記錄法是以偏壓的方式，使媒體處於正飽和或負飽和的狀態，並以此代表“0”的狀態，並以反向磁飽和代表“1 ” 的狀態。 • 磁頭的電流始終持續著，沒有中性區域產生。 • 寫頭的電流的變化只有在二位元兼有變化(0→1或1→0)時產生，因此變化次數較少，其記錄密度與效率均較RZ為高， • 由於NRZ使用正反器配合讀取資料，當有一位元資料漏讀時，以後的資料會因錯亂而無法讀回正確資料。

  11. 7-3 磁性定碼的方法

  12. 7-3 磁性定碼的方法 • 倒相不歸零(NRZI)記錄法 • 以磁通的轉態代表“1”，穩定不變的磁通時代表“0”。 • 寫頭電流只有在同步脈波和資料同時為”1“時，再激發T型正反器，使其輸出轉態，其它時問則維持穩定狀態。 • 讀取資料時，只有在同步脈波為1且讀頭的感應電流有變化(正向、負向均同1時，資料輸出為“1”，否則為“0”。 • 即使有一位元資料漏失時。只影響該位元而其後的資料仍可正確讀取，改正了NRZ的缺點。

  13. 7-3 磁性定碼的方法

  14. 7-3 磁性定碼的方法 • 相位編碼(PE)記錄法 • 以磁通變化的方向來決定資料位元是“1”或是“0”。當磁通變化為正向變化時代表“1”。負向變化時代表“0”。 • 即資料位元由“1“→ ”1”或由“0”→"0"則需變化兩次，即正→負→正和負→正→負

  15. 7-3 磁性定碼的方法

  16. 7-4 磁帶記憶容量與操作速度 • 盤式磁帶具有柑當大的儲存容量。 • 儲存容量與數位資料記錄方法、密度、磁帶長度有關。 • 1/2吋寬，2400呎長的盤式磁帶上，可以儲存18MB至2OOGB的資料，目前技術已可達到16OGB儲存容量。 • 資料密度 • 每吋磁帶可儲存的資料位元數。 • 以字元/吋(character per inch，CPI)或位元組/吋(byte per inch，BPI)為單位 • RZI記錄法的資料密度在2OOCPI到80OCPI之間。 • PE記錄法為160OCPI。 • 更高的組群編碼記錄法(group-coded recoding，GCR)則為625OCPI。

  17. 7-4 磁帶記憶容量與操作速度 • 操作速度 • 和磁帶驅動器的速度有關， • 通常在12.5吋/秒到200吋/秒之間。 • 錄間間隙 • 為使其由靜止到額定速率而不致漏失資料，因而在二筆資料記錄中保留一小空隙。稱為錄間間隙 • 資料傳輸速率和資料密度極磁帶速率有關， • 盤式磁帶系統中是以位元組/秒為單位， • 資料傳輸速率＝資料密度×磁帶速率。 • 以800位元組/吋的資料密度和25吋/秒的磁帶速度而言，其傳輸速率為＝800位元組/吋x25吋/秒＝20000位元組/秒。

  18. 7-5 磁帶資料格式 • 盤式磁帶依資料儲存格式的不同，可分為七軌式與九軌式兩種。 • 七軌式磁帶 • 七軌式磁帶的七軌是由二位元的區域位元和四位元的BCD數值位元和一位元的配類位元所組成，即以六位元來編碼代表不同 • 資料，共有26＝64種字碼。 • 如圖7-6所示為6位元碼，加上一位元的配類檢查位元共為七位元，每一位元為一軌(track)，一般採用偶數配類檢查法

  19. 7-5 磁帶資料格式

  20. 7-5 磁帶資料格式 • 九軌式磁帶 • 九軌式磁帶的磁頭有九組讀寫頭組成，同時可讀取九個位元的資料 • 一般採用EBCDIC碼，使用8位元編碼。再加上一位元的同位位元而成為9位元碼。

  21. 7-6 匣式磁帶機 • 匣式磁帶 • 將兩個磁帶盤和磁帶都裝在塑膠匣盒中，具有防塵及防止手印行染的效果。 • 磁帶如同音樂卡式磁帶般，己預先固定於帶盤上。 • 常用的匣式磁帶的尺寸有兩種， • 300型。磁帶寬度為1/4吋，裝在4.0x6.0x0.7吋的塑膠盒內。 • 100型，磁帶寬度為0.15吋。裝在2.4x3.2x0.5吋的塑膠盒內。 • 100型的儲存容量為614k位元組。300型儲存容量則可達4.3M位元組 • 匣式磁帶一般用於硬式磁碟資料備份之用。 • 由於寬度不同，使用的匣式磁帶機亦隨之而異， • 依磁帶機的驅動方式又分起動/停止式(start/slop)及連續式兩種，目前的市場以1/4吋匣式磁帶機的佔有率較高。

  22. 7-6 匣式磁帶機 • 早期匣式磁帶機由於缺點甚多。因此並不普遍，目前由於機能、容量及準確性三方面的改良，所以漸受歡迎。 • 機能之改良 • 早期匣式磁帶機只能單向記錄，因此在第一磁軌讀寫完畢之後，必須重新回到起點，現在的匣式磁帶機則為雙向記錄機能。可直接反向記錄，方便又節省時間。 • 容量的提高 • 早期匣式磁帶機使用四軌磁頭，使用磁帶長度為300呎，記錄密度在1600一640OBPl間，因此儲存容量約12G位元組，現在的匣式磁帶機則使用六軌或九軌磁頭，使用磁帶亦增加至450呎或600呎，儲存容量高達45M位元組到80M位元組，甚至可達4OGB，用來儲存硬碟上的資料相當好用。

  23. 7-6 匣式磁帶機 • 錯誤之減少 • 利用硬式磁碟機的漂浮磁頭的原理，使匣式磁帶插入後，自動將磁頭移至定位，標準地讀取資料，不致於再讀入錯誤的資料。 • 匣式磁帶機廣泛用於 • 文書處理、銀行交易資料的儲存，各類控制程式及數據的儲存等 • 硬式磁碟資料的備份。在硬碟內資料受損或受到破壞時，即可重新存回使用。

  24. 7-7 卡式磁帶機 • 卡式磁帶 • 有體積小、易於攜帶的特點 • 儲存容量較少，且磁帶機的速度較慢。因此只適於不要求快速且容量不大的場合。 • 早期蘋果牌電腦AppleII即採用卡式磁帶來儲存程式及資料。 • 資料讀寫時較容易產生錯誤，因此發展出數種不同的記錄格式與錄製方法，彼此之間並沒有相容性，所以無法直接互換使用。 • 除了以專屬的卡式磁帶機來儲存資料之外。一般音響用卡式錄音機，也可以拿來儲存電腦程式或資料， • 缺點一：速度太慢 • 每秒1.875吋的移動速度，使其傳輸速率僅3Obps 而已。 • 而磁碟機每秒可傳送一百萬位元組。 • 缺點二：只能單向播放。沒有倒轉尋找檔案的能力。

  25. 7-7 卡式磁帶機 • 卡式錄音機 • 速度為1.85吋/秒(IPS)。 • 磁帶長度約為560呎 • 雙面60分鐘的卡式磁帶，資料儲存容量約10OOk位元組， • 傳輸速率在300鮑~3000鮑之間。 • 鮑(baud)是資料傳輸速度的單位，意即每秒傳送的訊息數 • 由於調變技術不同，每一訊息可能代表一個位元，也可能是2位元 • 卡式錄音機係供音樂的錄製與再生之用， • 一般使用非飽和的磁性記錄方式，增加其傳真度，與數位資料錄製的要求不合。 • 以卡式錄音機來儲存數位資料，必須利用編碼記錄技術來克服下列問題: • 將數位資料先轉為類比波形後再儲存，讀回時需解調還原為數位信號 • 必須克服馬達速度不穩定的問題。

  26. 7-7 卡式磁帶機 • 編碼系統 • KIM-I • 肯薩斯市 • 塔貝爾 • CUTS • Commodore PET • Radio Shack • 由於硬碟及光碟技術的大幅改良。磁帶已漸漸少人使用了，目前只剩匣式磁帶機用於資料的備份用途，因其結構及技術改良。在速度及儲存容量方面亦有相當大的改良。

  27. 7-7 卡式磁帶機

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