Magnetyczne optyczne elektroniczne nośniki informacji. Rodzaje nośników informacji, ich klasyfikacja i charakterystyka. Wymiary i możliwości nowoczesnych dysków twardych

Zapis magnetyczny

Cyfrowy zapis magnetyczny jest wykonywany na materiałach wrażliwych magnetycznie, do których należą niektóre rodzaje tlenków żelaza, niklu, kobaltu, związki metali ziem rzadkich z kobaltem, magnetoplasty i magnetoelasty z wiązaniem tworzyw sztucznych i gumy, materiały magnetyczne z mikroproszkiem. W zależności od zawartości tlenków żelaza kolor materiału magnetycznego może mieć charakterystyczny ciemnobrązowy odcień. Powłoka magnetyczna jest bardzo cienka (kilka mikrometrów), a im cieńsza, tym wyższa jakość zapisu magnetycznego. Powłoka jest nakładana na niemagnetyczne podłoże, które wykorzystuje różne tworzywa sztuczne do taśm magnetycznych i dyskietek oraz aluminiowe lub szklane kółka do dysków twardych. Rozmiary (współczynniki kształtu) dysków twardych (zwanych również dyskami twardymi): 3,5 cala (ryc. 1,9 po lewej), 2,5 cala (dla laptopów, ryc. 1,9 po prawej)), 1 cal („microdrive” - do sprzętu fotograficznego , Pocket PC, iPody itp.).

Figa. 1.9. Winchester 3,5-calowy Sumsung SpinPoint T133 (400 GB, 3 talerze po lewej) i 2,5-calowy Winchester Sumsung SpinPoint M60 (120 GB, 1 talerz, prawy)

Aby zwiększyć pojemność dysków twardych, nie zaleca się zwiększania liczby powierzchni i głowic magnetycznych (zwiększa to hałas podczas pracy, grzania i procent błędów podczas zapisywania i odczytu danych), ale zmniejsza rozmiar cząstek ferromagnetycznych. Na przykład Samsung opracował dyski o pojemności 400 GB (rysunek 1.19 po lewej) dla komputerów stacjonarnych i serwerów oraz 120 GB dla laptopów (rysunek 1.19 po prawej), wykorzystując magnetyczne głowice TMR oparte na technologii Tunneling Magneto Resistanse (TMR). ...

Powłoka dysków składa się z wielu maleńkich domen magnetycznych - jednorodnie namagnesowanych obszarów, oddzielonych od sąsiednich obszarów cienkimi warstwami przejściowymi (granicami domen). Na rys. 1.10 przedstawia rozkład wektorów indukcji magnetycznej atomów w domenach ferromagnetyków. Wraz ze spadkiem wielkości ferromagnesu drgania termiczne cząsteczek prowadzą do spontanicznej utraty orientacji domen; w celu zmniejszenia tego efektu stosuje się podłoże antyferromagnetyczne. W antyferromagnesie momenty magnetyczne sąsiednich atomów są skierowane przeciwrównolegle, tak że całkowity moment magnetyczny dowolnego obszaru wynosi zero. Praktyczna maksymalna pojemność jednej płytki (3,5 cala) przy podłużnej orientacji domen (Rys. 1.11 po lewej) wynosi 150-200 GB.

Wyższą gęstość zapisu zapewnia poprzeczne ułożenie domen (ryc. 1.10 i 1.11 po prawej). Pierwsze dyski twarde (dyski twarde) wykorzystujące zapis prostopadły powstały w 2005 roku.
(rys. 1.22). Firma Hitachi Global Storage Technology planuje zwiększyć pojemność dysków 3,5-calowych do 1 TB (1 TB \u003d 1000 GB).

Figa. 1.10. Rozkład wektorów indukcji magnetycznej w domenach ferromagnetyków

Figa. 1.11. Schemat rejestracji wzdłużnej (po lewej) i poprzecznej (po prawej) na dysku magnetycznym: A - warstwa ferromagnetyczna, B - podłoże antyferromagnetyczne, C - głowica elektromagnetyczna. ...

Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego wewnętrzne pola magnetyczne domen są zorientowane zgodnie z kierunkiem linii pola magnetycznego. Po ustaniu wpływu pola zewnętrznego na powierzchni domeny powstają strefy namagnesowania resztkowego - na dysku gromadzona jest informacja o działającym polu magnetycznym. Zmiana kierunku prądu zapisu powoduje odpowiednią zmianę kierunku strumienia magnetycznego w rdzeniu głowicy, co prowadzi do pojawienia się na powierzchni nośnika obszarów o przeciwnym namagnesowaniu (rys. 1.13).

Figa. 1.12. Winchester Momentos 5400,3 (2,5 cala, 160 GB, prędkość obrotowa dysku 5400 obr / min) z nagrywaniem prostopadłym wyprodukowane przez firmę Seagate

Figa. 1.13. Zmiana kierunku strumienia magnetycznego w uzwojeniu głowicy odczytująco-zapisującej

Kiedy dysk obraca się względem szczeliny głowicy magnetycznej, takie obszary indukują w niej podczas odczytu siłę elektromotoryczną (np.). Zmiana w kierunku emf przez pewien czas jest utożsamiany z binarnym, a brak tej zmiany - z zerem. Określony okres czasu nazywany jest jednostką bitową.

Do prawidłowego zapisu informacji wymagane jest wstępne sformatowanie - logiczny podział dysku na ścieżki i sektory (rys. 1.14 po lewej) poprzez naniesienie etykiet ułatwiających znalezienie niezbędnych pozycji zapisu. Szybki dostęp do dowolnej części powierzchni dyskietki lub dysku twardego zapewnia obracanie go i przesuwanie magnetycznej głowicy odczytująco-zapisującej wzdłuż promienia dysku (Rys. 1.14 po prawej).

Figa. 1.14. Ścieżki i sektory dysku magnetycznego (po lewej) oraz organizacja bezpośredniego dostępu do informacji (po prawej)

Ze względu na szybki obrót tarczy, opóźnienie podczas przemieszczania się z jednego punktu dowolnej części obwodu dysku do drugiego jest niewielkie. Prędkość obrotowa dyskietki (dyskietki) wynosi 300-360 obr / min, dyski twarde to 5400 i 7200 obr / min.

Dyski magnetyczne są klasyfikowane jako nośniki danych z bezpośrednim dostępem, ponieważ masz bezpośredni dostęp do dowolnej części zapisanych danych (rys. 1.24). Powierzchnia płyty podzielona jest na koncentryczne pierścienie - ścieżki zapisu (Rys. 1.24), zaczynając od zewnętrznej krawędzi. Na dyskietkach (3,5 ", 1,44 MB) liczba ścieżek wynosi 80, a na dyskach twardych od kilkuset do kilku tysięcy. Ścieżki są identyfikowane liczbą (zewnętrzna ścieżka ma numer zero). Pierścień ścieżki jest podzielony na sekcje (zwykle 17-18), nazywane sektorami (Rys. 1.24). Standardowo przyjmuje się rozmiar sektora 512 bajtów.Sektorom na ścieżce przypisane są numery zaczynające się od 0. Sektor z numerem zero na każdej ścieżce jest zarezerwowany do identyfikacji zapisywanych informacji, a nie do przechowywania danych Najmniejszy obszar dysku, jaki system operacyjny obsługuje podczas przydzielania miejsca na zapis pliku, nazywa się klastrem. Składa się z kilku sektorów. Dysk twardy (dysk twardy) jest zwykle pakietem (zespołem) kilku dysków (po lewej stronie rys. 1.19). Boki dysków są identyfikowane numery zaczynając od zera (górna strona) Wszystkie ścieżki znajdujące się jednocześnie pod głowicami odczytu / zapisu nazywane są cylindrem. Boki płyty są przesunięte do środka ścieżek na dolnej stronie.

W latach 2002-2003 rozpoczęło się przejście z równoległego interfejsu dysku EIDE, czyli ATA (PATA) na szeregowy (Serial ATA 1.0, SATA) i wypuszczono pierwsze dyski z tym interfejsem, karty kontrolerów PCI i chipsety ze zintegrowanymi kontrolerami SATA. Od tego czasu dyski twarde i napędy optyczne z tym interfejsem coraz częściej zastępują urządzenia PATA. W 2006 r. Prognozowany jest gwałtowny spadek produkcji dysków twardych ATA. Następna generacja Serial ATA II będzie zawierać osiem nowych funkcji, w tym algorytm optymalizacji Native Command Queuing (NCQ) i prędkość transferu danych do 3 Gb / s (300 MB / s), które są dostępne w wielu modelach. Przykładami są dyski twarde Samsung SATA 3 Gb / s pokazane na rys. 1.19, które są również dostępne z interfejsem równoległym Ultra ATA / 100 w celu zapewnienia zgodności ze starszymi komputerami. Zgodnie z wynikami testów magazynu Hard and Soft, najlepszą wydajność w 2005 roku wykazały 3,5-calowe dyski twarde Sumsung SpinPoint P120S (250 i 200 GB, 2 talerze) z interfejsem SATA 3 Gb / si obsługą technologii NCQ i kosztujące 0,5 USD / GB.

Zapis optyczny

Podczas nagrywania informacji na dyskach optycznych tworzone są na nich naprzemienne obszary (kreski, wgłębienia) o różnych właściwościach odblaskowych. Binarny jeden jest reprezentowany na dysku jako granica między obszarami, które odbijają światło dobrze i słabo, a binarne zero jako obszary o tym samym współczynniku odbicia. Gdy sekcje dysku są oświetlane półprzewodnikową wiązką lasera i rejestrowane jest światło odbite, odczytywana jest informacja. Podczas kodowania 1 bajtu (8 bitów) informacji na dysku zapisywanych jest 14 bitów plus 3 bity scalające . Podstawową jednostką informacyjną jest ramka (ramka) zawierająca 24 zakodowane bajty lub 588 bitów (24 * (14 + 3) + 180 bitów do korekcji błędów). Ramki na dysku tworzą sektory i bloki. Sektor zawiera 3234 zakodowane bajty (2352 bajty informacyjne i 882 bajty korekcji błędów i kontrolne). Taka organizacja zapisu danych na płycie CD-ROM oraz zastosowanie algorytmów korekcji błędów pozwala na zapewnienie wysokiej jakości odczytu informacji ze stopą błędu 10-10 bitów na bit. Zgodnie z przyjętymi normami powierzchnia dysku podzielona jest na trzy obszary (rysunek 1.15):

· Wprowadzenie - obszar w formie pierścienia o szerokości 4 mm, najbliżej środka krążka. Odczytywanie informacji z dysku rozpoczyna się dokładnie od katalogu wejściowego, w którym znajduje się spis treści (Spis treści - TOC), adresy rekordów, liczba tytułów, całkowity czas nagrywania (wolumen), nazwa dysku (etykieta dysku).

· Główny obszar danych lub system plików (pierścień o szerokości 33 mm).

· Katalog wyjściowy (wyprowadzenie) ze znakiem końca dysku.

Figa. 1.15. Organizacja danych na dysku CD-ROM

Skoki są rozmieszczone wzdłuż spiralnej ścieżki, której odległość między sąsiednimi zwojami wynosi 1,6 μm, co odpowiada gęstości 16000 zwojów / cal (625 zwojów / mm). Długość linii na torze rejestracyjnym waha się od 0,8 do 3,3 µm, pojemność płyty 4,72 ”to 700 MB. Wyższą gęstość zapisu zapewnia format DVD (Digital Versatle Disk), którego standard przyjęto w 1995 roku. Parametry powierzchni roboczych dysków CD-ROM i DVD (Digital Versatle Disk) przedstawiono na rys. 1.16. Istnieją dyski jednostronne i dwustronne z jedno- i dwuwarstwowym zapisem na każdej stronie, a ich pojemność sięga 17 GB.

Możliwe jest zwiększenie pojemności dysków poprzez zwiększenie liczby warstw (wkrótce do 4) i zwiększenie gęstości zapisu poprzez zapis i odczyt danych za pomocą wiązki laserowej o mniejszej długości fali (nie czerwonej, ale niebiesko-fioletowej). Obecnie finalizowane są przygotowania do masowej produkcji płyt w nowych formatach: Blue-ray (blue ray ze względu na wskazaną specyfikę koloru) firmy Sony oraz HD DVD (High Density DVD - „High Density DVD” firmy Toshiba Corporation. Różnice między formatami dotyczą m.in. Ze względu na zwiększoną ochronę formatu Blue Ray jest obsługiwany przez firmy filmowe, nie biorąc pod uwagę jego niedogodności dla konsumentów. Wręcz przeciwnie, HD DVD jest kompatybilny z istniejącym formatem DVD. Napędy komputerowe zostały wydane pod koniec 2005 r. Blue-ray Jeden z pierwszych modeli Pioneetr BDR-101A może odczytywać i zapisywać jednowarstwowe płyty BD-R (Blue-ray Disc Recordable) i BD-RE (Blue-ray Disc REwritable) o pojemności 25 GB (dwuwarstwowe - 50 GB), i czyta jedno- i dwuwarstwowe dyski BD-ROM oraz może czytać i zapisywać dyski DVD ± R (w tym dwuwarstwowe) i DVD ± RW.

Figa. 1.16. Elementy powierzchni roboczej płyt CD-ROM i DVD

Dyski kompaktowe są wytwarzane poprzez tłoczenie przy użyciu metalowych matryc (które zapewniają do 10.000 bezbłędnych cykli odczytu danych) oraz poprzez laserowe nagrywanie (wypalanie) czystych płyt CD-R, DVD-R (Reciable) lub CD-RW, DVD RW (wielokrotnego zapisu). Płyta CD-R pokryta jest specjalną warstwą termoczułą z barwnikiem oraz warstwą złota. Kiedy informacja jest zapisywana na dysku, wiązka lasera nagrzewa warstwę złota i warstwę barwnika i powoduje reakcję chemiczną, która zmienia kolor powierzchni dysku i zmniejsza jego współczynnik odbicia. Warstwa barwnika i złota warstwa odblaskowa pod spodem nadają płytom CD-R zielonkawo-złoty kolor. Zapis na dyski CD-RW (ciemniejszy kolor) odbywa się przy użyciu kombinacji technologii CD-R i podwójnej zmiany fazy. Wiązka lasera stapia poszczególne obszary powłoki dysku z dużą dokładnością, po ochłodzeniu przechodzą one w stan krystaliczny (o wyższym współczynniku odbicia) lub w stan amorficzny (o niższym współczynniku odbicia). Umożliwia to co najmniej 1000-krotne przepisanie.

Napędy dyskietek: zasada działania, specyfikacja, główne podzespoły. Dyski twarde: współczynniki kształtu, zasada działania, typy, główne cechy, tryby działania. Konfiguracja i formatowanie dysków magnetycznych. Narzędzia do konserwacji twardych dysków magnetycznych. Struktura logiczna i format dysków magnetooptycznych i kompaktowych. Napędy CD-R (RW), DVD-R (RW), ZIP: zasada działania, główne podzespoły, charakterystyka techniczna. Napędy magnetooptyczne, streamery, pendrive'y. Przegląd głównych nowoczesnych modeli.

Student powinien wiedzieć:

Zasada działania i główne elementy napędu FDD;

Charakterystyka i tryby pracy dysku twardego;

Zasada działania napędów magnetooptycznych i dysków kompaktowych;

Formaty dysków optycznych i magnetooptycznych;

Student powinien umieć:

Zapisuj informacje w różnych mediach;

Użyj oprogramowania do konserwacji dysku twardego;

Określić główne cechy napędów;

Cele Lekcji:

Zapoznanie studentów z głównymi składnikami przechowywania informacji.

Zbadaj rodzaje nośników danych i ich właściwości.

Edukacja uczniów w zakresie kultury informacyjnej, uważności, dokładności, dyscypliny, wytrwałości.

Rozwój zainteresowań poznawczych, umiejętności samokontroli, umiejętności robienia notatek.

Przebieg lekcji:

Część teoretyczna.

Przechowywanie danych na nośnikach magnetycznych

Prawie wszystkie komputery osobiste przechowują informacje na nośnikach wykorzystujących zasady magnetyczne lub optyczne. Magazyn magnetyczny przetwarza dane binarne na małe, namagnesowane cząsteczki metalu, które są „ukształtowane” na płaskim dysku lub taśmie. Ten „wzór” magnetyczny można następnie zdekodować do postaci binarnego strumienia danych.

Nośniki magnetyczne - dyski twarde i dyskietki - są oparte na elektromagnetyzmie. Jego istota polega na tym, że podczas przepuszczania prądu elektrycznego przez przewodnik powstaje wokół niego pole magnetyczne (rys. 1). Pole to działa na uwięzioną w nim substancję ferromagnetyczną. Kiedy zmienia się kierunek prądu, zmienia się również polaryzacja pola magnetycznego. Zjawisko elektromagnetyzmu wykorzystywane jest w silnikach elektrycznych do generowania sił działających na magnesy osadzone na obracającym się wale.

Istnieje jednak również efekt odwrotny: prąd elektryczny powstaje w przewodniku, który jest narażony na zmienne pole magnetyczne. Gdy zmienia się biegunowość pola magnetycznego, zmienia się również kierunek przepływu prądu elektrycznego (rys. 2).

Głowica do odczytu / zapisu w dowolnym napędzie dyskowym składa się z rdzenia ferromagnetycznego w kształcie litery U i nawiniętej wokół niego cewki (uzwojenia), przez którą może przepływać prąd elektryczny. Gdy przez uzwojenie przepływa prąd, w rdzeniu (obwodzie magnetycznym) głowicy powstaje pole magnetyczne (rys. 3). Przy zmianie kierunku przepływającego prądu zmienia się również polaryzacja pola magnetycznego. W istocie głowice są elektromagnesami, których polaryzację można bardzo szybko zmienić, odwracając kierunek przepuszczanego prądu elektrycznego.

Figa. 1. Podczas przepływu prądu przez przewodnik wokół niego powstaje pole magnetyczne

Figa. 2. Podczas przesuwania przewodnika w polu magnetycznym generowany jest w nim prąd elektryczny

Figa. 3. Głowica do odczytu / zapisu

Pole magnetyczne w rdzeniu częściowo rozchodzi się w otaczającą przestrzeń ze względu na obecność „przepiłowanej” szczeliny u podstawy litery U. Jeżeli w pobliżu szczeliny znajduje się inny ferromagnes (warstwa robocza nośnika), to w nim zlokalizowane jest pole magnetyczne, gdyż takie substancje mają niższy opór magnetyczny niż powietrze ... Strumień magnetyczny przechodzący przez szczelinę jest zamykany przez nośnik, co prowadzi do polaryzacji jego cząstek magnetycznych (domen) w kierunku działania pola. Kierunek pola, a co za tym idzie, pozostające namagnesowanie nośnika zależy od polaryzacji pola elektrycznego w uzwojeniu głowicy.

Elastyczne dyski magnetyczne są zwykle wykonane na lavsanie, a dyski twarde są wykonane na podłożu aluminiowym lub szklanym, na które nakładana jest warstwa materiału ferromagnetycznego. Warstwa robocza składa się głównie z tlenku żelaza z różnymi dodatkami. Pola magnetyczne wytwarzane przez poszczególne domeny na czystym dysku są zorientowane losowo i wzajemnie kompensują każdy rozszerzony (makroskopowy) obszar powierzchni dysku, tak więc jego resztkowe namagnesowanie wynosi zero.

Jeśli część powierzchni dysku jest wystawiona na działanie pola magnetycznego, gdy jest ona ciągnięta blisko szczeliny głowicy, domeny ustawiają się w określonym kierunku, a ich pola magnetyczne nie znoszą się już nawzajem. W rezultacie w tym obszarze pojawia się namagnesowanie szczątkowe, które można następnie wykryć. W kategoriach naukowych możemy powiedzieć: resztkowy strumień magnetyczny utworzony przez dany obszar powierzchni dysku staje się niezerowy.

Odczyt / zapis projektów głowic

Wraz z rozwojem technologii dysków twardych poprawiły się również konstrukcje głowic do odczytu / zapisu. Pierwsze głowice były rdzeniami nawijanymi (elektromagnesami). Jak na współczesne standardy, ich wymiary były ogromne, a gęstość zapisu była wyjątkowo niska. Z biegiem lat projekty głowic przeszły długą drogę od pierwszych głowic z rdzeniem ferrytowym do nowoczesnych typów.

Najczęściej używane są cztery rodzaje głowic:

ü ferryt;

ü z metalem w szczelinie (MIG);

ü cienkowarstwowy (TF);

ü magnetorezystywny (MR);

ü gigantyczny magnetorezystywny (GMR).

· Głowice ferrytowe

Klasyczne głowice ferrytowe zostały po raz pierwszy zastosowane w napędzie IBM Winchester 30-30. Ich rdzenie są wykonane na bazie sprasowanego ferrytu (na bazie tlenku żelaza). Pole magnetyczne w szczelinie występuje, gdy prąd elektryczny przepływa przez uzwojenie. Z kolei wraz ze zmianami natężenia pola magnetycznego w pobliżu szczeliny w uzwojeniu indukowana jest siła elektromotoryczna. Dzięki temu głowica jest wszechstronna, tj. może być używany zarówno do pisania, jak i czytania. Wymiary i waga głowic ferrytowych są większe niż w przypadku głowic cienkowarstwowych; dlatego aby zapobiec ich niepożądanemu kontaktowi z powierzchniami tarcz konieczne jest zwiększenie szczeliny.

W okresie istnienia głowic ferrytowych ich oryginalna (monolityczna) konstrukcja uległa znacznej poprawie. W szczególności opracowano tak zwane głowice szklano-ferrytowe (kompozytowe), których mały rdzeń ferrytowy jest umieszczony w korpusie ceramicznym. Szerokość rdzenia i szczelina magnetyczna takich głowic jest mniejsza, co pozwala na zwiększenie gęstości ścieżek nagraniowych. Ponadto zmniejsza się ich wrażliwość na zewnętrzne zakłócenia magnetyczne.

· Głowice z metalem w szczelinie

Głowice Metal-In-Gap (MIG) są wynikiem udoskonalenia konstrukcji kompozytowej głowicy ferrytowej. W takich głowicach szczelina magnetyczna znajdująca się z tyłu rdzenia jest wypełniona metalem. W efekcie znacznie zmniejsza się skłonność materiału rdzenia do nasycenia magnetycznego, co pozwala na zwiększenie indukcji magnetycznej w szczelinie roboczej, a tym samym zapis na dysku o większej gęstości. Ponadto gradient pola magnetycznego wytwarzanego przez głowicę z metalem w szczelinie jest większy, co oznacza, że \u200b\u200bna powierzchni dysku powstają namagnesowane obszary o bardziej wyraźnych granicach (zmniejsza się szerokość stref zmian znaku).

Głowice te pozwalają na użycie mediów o dużej sile koercji i cienkowarstwowej warstwie roboczej. Zmniejszając masę całkowitą i poprawiając konstrukcję, takie głowice można umieścić bliżej powierzchni nośnika.

Głowice z metalem w szczelinie są dwojakiego rodzaju: jednostronne i dwustronne (tj. Z jedną i dwiema metalizowanymi szczelinami). W głowicach jednostronnych warstwa stopu magnetycznego znajduje się tylko w tylnej (niepracującej) szczelinie, aw głowicach dwustronnych w obu. Warstwę metaliczną nakłada się metodą osadzania próżniowego. Indukcja nasycenia stopu magnetycznego jest około dwa razy większa niż ferrytu, co, jak już wspomniano, umożliwia nagrywanie na nośnikach z dużą siłą koercji, które są stosowane w napędach o dużej pojemności. Pod tym względem głowy dwustronne są lepsze niż jednostronne.

· Cienkie głowice filmowe

Głowice cienkowarstwowe (TF) są produkowane przy użyciu niemal tej samej technologii co układy scalone, tj. przez fotolitografię. Na jednym podłożu można jednocześnie „wydrukować” kilka tysięcy głowic, dzięki czemu są one małe i lekkie.

Szczelina robocza w matrycach cienkowarstwowych może być bardzo wąska, a jej szerokość jest regulowana podczas produkcji poprzez budowanie dodatkowych warstw niemagnetycznego stopu aluminium. Aluminium całkowicie wypełnia szczelinę roboczą i dobrze zabezpiecza ją przed uszkodzeniem (odpryskiwaniem krawędzi) w przypadku przypadkowego kontaktu z tarczą. Sam rdzeń jest wykonany ze stopu żelaza i niklu, którego indukcja nasycenia jest 2–4 razy większa niż w przypadku ferrytu.

Obszary pozostałej namagnesowania utworzone przez cienkowarstwowe głowice na powierzchni dysku mają wyraźnie określone granice, co pozwala na osiągnięcie bardzo dużej gęstości zapisu. Dzięki niewielkiej wadze i niewielkim wymiarom głowic istnieje możliwość znacznego zmniejszenia szczeliny między nimi a powierzchniami dysków w porównaniu do głowic ferrytowych i MIG: w niektórych napędach jego wartość nie przekracza 0,05 mikrona. W efekcie, po pierwsze, wzrasta remanentne namagnesowanie pól powierzchni nośnej, po drugie wzrasta amplituda sygnału i poprawia się stosunek sygnału do szumu w trybie odczytu, co ostatecznie wpływa na niezawodność zapisu i odczytu danych.

Obecnie głowice cienkowarstwowe są używane w większości napędów o dużej pojemności, zwłaszcza w modelach o małych rozmiarach, praktycznie wypierając głowice z metalem w szczelinie. Ich konstrukcja i właściwości są stale ulepszane, ale najprawdopodobniej w najbliższej przyszłości zostaną zastąpione głowicami magnetooporowymi.

· Głowice magnetooporowe

Głowice magneto-rezystancyjne (MR) są stosunkowo nowe. Są rozwijane przez IBM i pozwalają na osiągnięcie najwyższych wartości gęstości zapisu i szybkości urządzeń pamięci masowej. Głowice magnetorezystywne zostały po raz pierwszy zainstalowane na dysku twardym IBM 1 GB (3,5 cala) w 1991 roku.

Wszystkie głowice są detektorami, tj. rejestruje zmiany w strefach namagnesowania i przetwarza je na sygnały elektryczne, które mogą być interpretowane jako dane. Z zapisem magnetycznym jest jednak jeden problem: wraz ze zmniejszaniem się domen magnetycznych nośnika spada poziom sygnału głowicy i istnieje możliwość pomylenia szumu z sygnałem „rzeczywistym”. Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest posiadanie efektywnej głowicy czytającej, która może w bardziej niezawodny sposób określić obecność sygnału.

Głowice magnetorezystywne są droższe i bardziej złożone niż inne typy głowic, ponieważ w ich konstrukcji znajdują się dodatkowe elementy, a proces technologiczny obejmuje kilka dodatkowych etapów. Poniżej przedstawiono główne różnice między głowicami magnetorezystywnymi a głowicami konwencjonalnymi:

v należy do nich podłączyć dodatkowe przewody doprowadzające prąd pomiarowy do czujnika rezystancyjnego;

v 4-6 dodatkowych masek (fotomasek) jest używanych w procesie produkcyjnym;

v Głowice magnetooporowe ze względu na swoją wysoką czułość są bardziej wrażliwe na zewnętrzne pola magnetyczne, dlatego należy je starannie ekranować.

We wszystkich wcześniej rozważanych głowicach „pracowała” ta sama szczelina w procesie pisania i czytania, aw głowicy magnetorezystywnej są dwie - każda do własnej obsługi. Projektując głowice z jedną szczeliną roboczą, istnieje kompromis w wyborze jej szerokości. Faktem jest, że aby poprawić parametry głowicy w trybie odczytu, konieczne jest zmniejszenie szerokości szczeliny (zwiększenie rozdzielczości), a podczas pisania szczelina powinna być szersza, ponieważ strumień magnetyczny wnika w warstwę roboczą na większą głębokość („namagnesowuje” ją grubość). W głowicach magnetorezystywnych z dwoma szczelinami każda z nich może mieć optymalną szerokość. Inną cechą rozpatrywanych głowic jest to, że ich część nagrywająca (cienkowarstwowa) tworzy na dysku szersze ścieżki niż jest to konieczne do działania czytnika (magnetorezystywny). W tym przypadku głowica odczytująca „zbiera” mniej zakłóceń magnetycznych z sąsiednich ścieżek.

· Gigantyczne głowice magnetorezystywne

W 1997 roku IBM ogłosił nowy typ głowicy magnetorezystywnej o znacznie większej czułości. Nazwano je gigantycznymi głowicami magnetorezystywnymi (GMR). Nazwę tę otrzymały od zastosowanego efektu (chociaż były mniejsze niż standardowe głowice magnetorezystywne). Efekt GMR odkryto w 1988 roku w kryształach umieszczonych w bardzo silnym polu magnetycznym (około 1000 razy większym niż pole magnetyczne stosowane w dyskach twardych).

Metody kodowania danych

Dane magnetyczne są przechowywane w postaci analogowej. Jednocześnie same dane są prezentowane w formie cyfrowej, ponieważ jest to ciąg zer i jedynek. Podczas nagrywania informacje cyfrowe docierające do głowicy magnetycznej tworzą na dysku domeny magnetyczne o odpowiedniej biegunowości. Jeśli dodatni sygnał dociera do głowy podczas nagrywania, domeny magnetyczne są spolaryzowane w jednym kierunku, a jeśli jest ujemne, w przeciwnym. Kiedy zmienia się polaryzacja zarejestrowanego sygnału, zmienia się również polaryzacja domen magnetycznych.

Jeżeli podczas odtwarzania głowica zarejestruje grupę domen magnetycznych o tej samej polaryzacji, to nie generuje żadnych sygnałów; lasowanie występuje tylko wtedy, gdy głowa wykryje zmianę polaryzacji. Te momenty odwrócenia biegunowości nazywane są odwróceniem znaków. Każda zmiana znaku powoduje, że głowica odczytująca emituje impuls napięciowy; to właśnie te impulsy rejestruje urządzenie podczas odczytu danych. Ale w tym przypadku głowica czytająca generuje sygnał, który nie jest dokładnie tym, który został zapisany; w rzeczywistości tworzy ciąg impulsów, z których każdy odpowiada momentowi zmiany znaku.

Aby optymalnie ustawić impulsy w sygnale rejestracyjnym, surowe dane są przesyłane przez specjalne urządzenie zwane koderem / dekoderem. To urządzenie konwertuje dane binarne na sygnały elektryczne, które są zoptymalizowane do umieszczania stref odwrócenia znaku na ścieżce nagrywania. Podczas odczytu koder / dekoder wykonuje odwrotną transformację: rekonstruuje sekwencję danych binarnych z sygnału. Przez lata opracowano kilka metod kodowania danych, przy czym głównym celem twórców było osiągnięcie maksymalnej wydajności i niezawodności zapisu i odczytu informacji.

Podczas pracy z danymi cyfrowymi synchronizacja ma szczególne znaczenie. Podczas czytania lub pisania bardzo ważne jest dokładne określenie momentu każdej zmiany znaku. Jeśli nie ma synchronizacji, to moment zmiany znaku może zostać określony nieprawidłowo, w wyniku czego utrata lub zniekształcenie informacji jest nieuniknione. Aby temu zapobiec, działanie urządzeń nadawczych i odbiorczych musi być ściśle zsynchronizowane. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tego problemu. Najpierw zsynchronizuj działanie dwóch urządzeń, przesyłając specjalny sygnał synchronizacyjny (lub sygnał synchronizacji) przez oddzielny kanał komunikacyjny. Po drugie, połącz sygnał synchronizacji z sygnałem danych i przesyłaj je razem tym samym kanałem. To jest istota większości metod kodowania danych.

Chociaż opracowano bardzo wiele z najbardziej różnorodnych metod, obecnie stosuje się tylko trzy z nich:

ü modulacja częstotliwości (FM);

ü zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM);

ü kodowanie z ograniczeniem długości pola rekordu (RLL).

Modulacja częstotliwości (FM)

Metoda kodowania FM (modulacja częstotliwości) została opracowana przed innymi i była używana podczas nagrywania na dyskietkach o tak zwanej pojedynczej gęstości (pojedynczej gęstości) we wczesnych komputerach PC. Pojemność tych jednostronnych dyskietek wynosiła tylko 80 KB. W latach 70. nagrywanie FM było używane w wielu urządzeniach, ale teraz zostało całkowicie zarzucone.

Zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM)

Głównym celem twórców metody MFM (Modified Frequency Modulation - zmodyfikowana modulacja częstotliwości) było zmniejszenie liczby stref zmiany znaku do rejestracji tej samej ilości danych w porównaniu z kodowaniem FM, a tym samym zwiększenie potencjalnej pojemności nośnej. Dzięki tej metodzie nagrywania, liczba obszarów zmiany znaków używanych tylko do synchronizacji jest zmniejszona. Przejścia synchronizacyjne są zapisywane tylko na początku komórek z zerowym bitem danych i tylko wtedy, gdy jest poprzedzone zerowym bitem. We wszystkich innych przypadkach strefa odwrócenia znaku synchronizacji nie jest tworzona. Dzięki takiemu zmniejszeniu liczby stref zmieniających znak przy tej samej dopuszczalnej gęstości ich rozmieszczenia na płycie, pojemność informacyjna jest podwojona w porównaniu z zapisem metodą FM.

Dlatego dyski MFM są często określane jako dyski o podwójnej gęstości. Ponieważ przy rozpatrywanej metodzie zapisu dwukrotnie więcej „użytecznych” danych przypada na taką samą liczbę stref zmiany znaku niż przy kodowaniu FM, podwojona jest również prędkość odczytu i zapisu informacji na nośnik.

Rekordowe kodowanie z ograniczoną długością pola (RLL)

Zdecydowanie najpopularniejszą metodą kodowania jest Run Length Limited (RLL). Pozwala na umieszczenie na płycie półtora raza więcej informacji niż przy nagrywaniu metodą MFM i trzykrotnie więcej niż przy kodowaniu FM. Przy zastosowaniu tej metody kodowane są nie pojedyncze bity, ale całe grupy, w wyniku których powstają określone sekwencje stref zmiany znaku.

Metoda RLL została opracowana przez IBM i została po raz pierwszy zastosowana w napędach dysków na dużych maszynach. Pod koniec lat 80. był używany w dyskach twardych komputerów PC, a obecnie jest używany w prawie wszystkich komputerach PC.

Pomiar pojemności pamięci

W grudniu 1998 r. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), norma elektrotechniczna, wprowadziła jako oficjalny standard system nazw jednostek i symboli używanych w przetwarzaniu danych i komunikacji. Do niedawna, przy jednoczesnym stosowaniu dziesiętnych i binarnych systemów pomiarowych, jeden megabajt mógł równać się zarówno 1 milionowi bajtów (106), jak i 1048 576 bajtom (220). Standardowe skróty jednostek używanych do pomiaru pojemności magnetycznych i innych urządzeń magazynujących podano w tabeli. 1.

Zgodnie z nowym standardem 1 MB (mebibajt) zawiera 220 (1 048 576) bajtów, a 1 MB (megabajt) zawiera 106 (1 000 000) bajtów. Niestety, nie ma ogólnie przyjętego sposobu na odróżnienie binarnych wielokrotności od jednostek dziesiętnych. Innymi słowy, angielski skrót MB (lub M) może oznaczać zarówno miliony bajtów, jak i megabajty.

Zwykle pojemność pamięci jest mierzona w jednostkach binarnych, ale pojemność jest zarówno dziesiętna, jak i binarna, co często prowadzi do nieporozumień. Zauważ również, że w wersji angielskiej bity i bajty (bajty) różnią się wielkością pierwszej litery (może to być mała lub duża litera). Na przykład w odniesieniu do milionów bitów używana jest mała litera „b”, w wyniku czego jednostką miary dla miliona bitów na sekundę jest Mb / s, podczas gdy MB / s oznacza milion bajtów na sekundę.

Co to jest dysk twardy

Najbardziej niezbędnym i jednocześnie najbardziej tajemniczym elementem komputera jest dysk twardy. Jak wiadomo, jest przeznaczony do przechowywania danych, a konsekwencje jego awarii są często katastrofalne. Aby komputer działał poprawnie lub modernizował, trzeba dobrze wiedzieć, czym jest - dysk twardy.

Główne elementy magazynu to kilka okrągłych aluminiowych lub niekrystalicznych szklanych płyt. W przeciwieństwie do dyskietek (dyskietek) nie można ich zginać; stąd nazwa dysk twardy (ryc. 4). W większości urządzeń są one niewymienne, więc czasami takie dyski nazywane są stałymi (dyskami stałymi). Istnieją również dyski wymienne, takie jak urządzenia Iomega Zip i Jaz.

Najnowsze osiągnięcia

W ciągu prawie 20 lat, które minęły od czasu, gdy dyski twarde stały się powszechnymi składnikami komputerów osobistych, ich parametry uległy radykalnej zmianie. Aby dać wyobrażenie o tym, jak daleko zaszedł proces ulepszania dysków twardych, oto najjaśniejsze fakty.

Zwiększono maksymalną pojemność dysków 5,25 cala z 10 MB (1982) do 180 GB lub więcej w przypadku dysków 3,5-calowych o połowie wysokości (Seagate Barracuda 180). Pojemność 2,5-calowych dysków o wysokości poniżej 12,5 mm, które są stosowane w laptopach, wzrosła do 32 GB (IBM Travelstar 32GH). Dyski twarde mniejsze niż 10 GB są rzadko używane w nowoczesnych komputerach stacjonarnych.

Szybkość przesyłania danych wzrosła z 85–102 KB / s na IBM XT (1983) do 51,15 MB / s na najszybszych systemach (Seagate Cheetah 73LP).

Średni czas wyszukiwania (tj. Czas ustawiania głowicy na żądaną ścieżkę) zmniejszył się z 85 ms w komputerze IBM XT (1983) do 4,2 ms na jednym z najszybszych dostępnych obecnie dysków twardych (Seagate Cheetah X15).

W 1982 roku dysk 10 MB kosztował ponad 1500 USD (150 USD za megabajt). Obecnie koszt dysków twardych spadł do pół centa za megabajt.

Figa. 4. Widok dysku twardego ze zdjętą górną pokrywą

Jak działają dyski twarde

Na dyskach twardych dane są zapisywane i odczytywane przez uniwersalne głowice odczytu / zapisu z powierzchni obracających się dysków magnetycznych, podzielonych na ścieżki i sektory (po 512 bajtów każdy), jak pokazano na rys. pięć.

Dyski zwykle mają wiele dysków, a dane są zapisywane po obu stronach każdego z nich. Większość napędów ma co najmniej dwa lub trzy dyski (co pozwala na nagrywanie na czterech lub sześciu stronach), ale są też urządzenia zawierające do 11 lub więcej dysków. Tory tego samego typu (równo rozmieszczone) ze wszystkich stron dysków są połączone w cylinder (ryc. 6). Każda strona dysku ma własną ścieżkę odczytu / zapisu, ale wszystkie głowice są zamontowane na wspólnym pręcie lub stojaku. Dlatego głowice nie mogą poruszać się niezależnie od siebie i poruszać się tylko synchronicznie.

Dyski twarde wirują znacznie szybciej niż dyskietki. Ich prędkość obrotowa nawet w większości pierwszych modeli wynosiła 3600 obr / min (czyli 10 razy więcej niż w stacji dyskietek) i do niedawna była niemal standardem dla dysków twardych. Ale obecnie prędkość obrotowa dysków twardych wzrosła. Na przykład w laptopie Toshiba dysk o pojemności 3,3 GB obraca się z prędkością 4852 obr / min, ale istnieją już modele o częstotliwościach 5400, 5600, 6400, 7200, 10 000, a nawet 15 000 obr / min. Szybkość konkretnego dysku twardego zależy od jego częstotliwości obrotu, prędkości ruchu systemu głowicy i liczby sektorów na torze.

Podczas normalnej pracy dysku twardego głowice odczytu / zapisu nie dotykają (i nie powinny dotykać!) Dysków. Ale kiedy wyłączysz zasilanie i zatrzymasz dyski, wypływają na powierzchnię. Podczas pracy urządzenia pomiędzy głowicą a powierzchnią obracającej się tarczy tworzy się bardzo mała szczelina powietrzna (poduszka powietrzna). Jeśli drobina kurzu dostanie się do tej szczeliny lub nastąpi wstrząs, głowica „zderzy się” z tarczą obracającą się „z pełną prędkością”. Jeśli cios jest wystarczająco silny, głowa pęknie. Konsekwencje tego mogą być różne - od utraty kilku bajtów danych po awarię całego dysku. Dlatego w większości napędów powierzchnie dysków magnetycznych są stopowane i powlekane specjalnymi środkami smarnymi, dzięki czemu urządzenia wytrzymują codzienne „wzloty” i „lądowania” głowic, a także bardziej poważne wstrząsy.

Figa. 5. Ścieżki i sektory dysku twardego

Figa. 6. Cylinder napędowy

na dyskach twardych

Tory i sektory

Ścieżka to jeden „pierścień” danych na jednej stronie płyty. Ścieżka nagrywania na płycie jest zbyt duża, aby mogła służyć jako jednostka pamięci. Na wielu dyskach jego pojemność przekracza 100 tysięcy bajtów, a przydzielanie takiego bloku do przechowywania małego pliku jest niezwykle marnotrawne. Dlatego ścieżki na płycie są podzielone na ponumerowane sekcje zwane sektorami.

Liczba sektorów może się różnić w zależności od gęstości ścieżek i typu napędu. Na przykład ścieżka dyskietki może mieć od 8 do 36 sektorów, a ścieżka dysku twardego od 380 do 700. Sektory utworzone przy użyciu standardowych programów formatujących mają pojemność 512 bajtów, ale jest możliwe, że w przyszłości wartość ta ulegnie zmianie.

Sektory na torze są numerowane od jednego, w przeciwieństwie do głowic i cylindrów, które liczone są od zera. Na przykład 3,5-calowa dyskietka HD (o dużej gęstości) (1,44 MB pojemności) zawiera 80 cylindrów, ponumerowanych od 0 do 79, napęd ma dwie głowice (ponumerowane 0 i 1), a każda ścieżka cylindra jest podzielona na 18 sektory (1-18).

Gdy dysk jest formatowany na początku i na końcu każdego sektora, tworzone są dodatkowe obszary, w których zapisywane są ich numery, a także inne informacje serwisowe, dzięki czemu kontroler identyfikuje początek i koniec sektora. Pozwala to na rozróżnienie między niesformatowanymi i sformatowanymi pojemnościami dysków. Po sformatowaniu pojemność dysku spada i trzeba to znosić, ponieważ aby zapewnić normalne działanie dysku, część miejsca na dysku musi zostać zarezerwowana na informacje serwisowe.

Na początku każdego sektora zapisywany jest jego nagłówek (lub część prefiksu), który określa początek i numer sektora, a na końcu - zakończenie (lub część sufiksu), które zawiera sumę kontrolną (sumę kontrolną) wymaganą do weryfikacji integralności danych ... Większość nowszych dysków używa tak zwanego rekordu No-ID zamiast nagłówka, który może pomieścić większą ilość danych. Oprócz wskazanych obszarów informacji serwisowej, każdy sektor zawiera obszar danych o pojemności 512 bajtów.

Dla jasności wyobraź sobie, że sektory to strony w książce. Każda strona zawiera tekst, ale nie wypełnia całego miejsca na stronie, ponieważ ma marginesy (górny, dolny, prawy i lewy). Informacje serwisowe są umieszczane na marginesach, na przykład nazwy rozdziałów (w naszej analogii będzie to odpowiadać numerom ścieżek i cylindrów) oraz numery stron (które odpowiadają numerom sektorów). Obszary na dysku, podobnie jak pola na stronie, są tworzone podczas formatowania dysku; wtedy informacje serwisowe są w nich również zapisywane. Ponadto podczas formatowania dysku obszary danych każdego sektora są wypełniane wartościami fikcyjnymi. Po sformatowaniu dysku możesz normalnie zapisywać informacje w obszarze danych. Informacje zawarte w nagłówkach sektorów i wnioskach nie zmieniają się podczas normalnych operacji zapisu danych. Możesz to zmienić tylko przez ponowne sformatowanie dysku.

Formatowanie dysków

Istnieją dwa rodzaje formatowania dysków:

ü formatowanie fizyczne lub niskopoziomowe;

ü formatowanie logiczne lub wysokiego poziomu.

Podczas formatowania dyskietek przy użyciu Eksploratora Windows 9x lub polecenia FORMAT DOS, wykonywane są obie operacje, ale muszą być wykonywane oddzielnie dla dysków twardych. Ponadto w przypadku dysku twardego istnieje trzeci etap między dwiema wskazanymi operacjami formatowania - podzielenie dysku na partycje. Partycjonowanie jest absolutnie niezbędne, jeśli zamierzasz używać wielu systemów operacyjnych na tym samym komputerze. Fizyczne formatowanie jest zawsze wykonywane w ten sam sposób, niezależnie od właściwości systemu operacyjnego i opcji formatowania wysokiego poziomu (które mogą być różne dla różnych systemów operacyjnych). Pozwala to na połączenie wielu systemów operacyjnych na jednym dysku twardym.

Podczas organizowania kilku partycji na jednym dysku, każda z nich może być używana do działania we własnym systemie operacyjnym lub reprezentować oddzielny wolumin (wolumin) lub dysk logiczny (dysk logiczny). Wolumin lub dysk logiczny to miejsce, do którego system przypisuje literę dysku.

Zatem formatowanie dysku twardego odbywa się w trzech krokach.

1. Formatowanie niskiego poziomu.

2. Organizacja partycji na dysku.

3. Formatowanie wysokiego poziomu.

Napędy magnetyczne i optyczne

Student powinien wiedzieć:

zasada działania i główne elementy napędu FDD;
charakterystyka i tryby działania dysku twardego;
zasada działania napędów magnetooptycznych i dysków kompaktowych;
formaty dysków optycznych i magnetooptycznych;

Student powinien umieć:

nagrywać informacje na różnych mediach;
używać oprogramowania do konserwacji dysku twardego;
określić główne cechy napędów;

Cele Lekcji:

- zapoznanie studentów z głównymi składnikami przechowywania informacji.
- badanie typów nośników informacji i ich właściwości.
- edukacja w zakresie kultury informacyjnej uczniów, uważności, dokładności, dyscypliny, wytrwałości.
- rozwój zainteresowań poznawczych, umiejętności samokontroli, umiejętności robienia notatek.

Część teoretyczna.

Przechowywanie danych na nośnikach magnetycznych

Figa. 2. Podczas przesuwania przewodnika w polu magnetycznym generowany jest w nim prąd elektryczny
Figa. 3. Głowica do odczytu / zapisu

Odczyt / zapis projektów głowic

Najczęściej używane są cztery rodzaje głowic:

ferryt;
z metalem w szczelinie (MIG);
cienka warstwa (TF);
magnetorezystywny (MR);
gigantyczny magnetorezystywny (GMR).
Głowice ferrytowe

Głowice z metalem w szczelinie

Cienkie głowice filmowe

Głowice magnetooporowe

należy do nich podłączyć dodatkowe przewody doprowadzające prąd pomiarowy do czujnika rezystancyjnego;
w procesie produkcyjnym używa się 4–6 dodatkowych masek (fotomasek);
głowice magnetooporowe ze względu na wysoką czułość są bardziej wrażliwe na zewnętrzne pola magnetyczne, dlatego należy je starannie ekranować.

Gigantyczne głowice magnetorezystywne

Metody kodowania danych

Chociaż opracowano bardzo wiele z najbardziej różnorodnych metod, obecnie stosuje się tylko trzy z nich:

modulacja częstotliwości (FM);
zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM);
kodowanie Record Field Length Limited (RLL).

Modulacja częstotliwości (FM)

Zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM)

Rekordowe kodowanie z ograniczoną długością pola (RLL)

Pomiar pojemności pamięci

Co to jest dysk twardy

Najnowsze osiągnięcia

Szybkość przesyłania danych wzrosła z 85–102 KB / s na IBM XT (1983) do 51,15 MB / s na najszybszych systemach (Seagate Cheetah 73LP).

W 1982 roku dysk 10 MB kosztował ponad 1500 USD (150 USD za megabajt). Obecnie koszt dysków twardych spadł do pół centa za megabajt.

Jak działają dyski twarde

Figa. 6. Cylinder dysku twardego

Tory i sektory

Formatowanie dysków

Istnieją dwa rodzaje formatowania dysków:

formatowanie fizyczne lub niskopoziomowe;
formatowanie logiczne lub wysokiego poziomu.

Zatem formatowanie dysku twardego odbywa się w trzech krokach.

Formatowanie niskiego poziomu.
Organizacja partycji na dysku.
Formatowanie na wysokim poziomie.

Formatowanie niskiego poziomu

Proces formatowania niskiego poziomu dzieli ścieżki na dysku na sektory. W tym przypadku nagłówki i wnioski z sektorów (przedrostki i sufiksy) są rejestrowane, a także tworzone są odstępy między sektorami i ścieżkami. Obszar danych każdego sektora jest wypełniony wartościami fikcyjnymi lub specjalnymi zestawami danych testowych. W dyskietkach liczba sektorów na ścieżkę zależy od typu dyskietki i napędu; liczba sektorów na ścieżkę dysku twardego zależy od napędu i interfejsu kontrolera.

Prawie wszystkie dyski IDE i SCSI używają tak zwanego nagrywania strefowego ze zmienną liczbą sektorów na ścieżkę. Ścieżki dalej od środka, a zatem dłuższe, zawierają więcej sektorów niż te znajdujące się blisko środka. Jednym ze sposobów zwiększenia pojemności dysku twardego jest podzielenie cylindrów zewnętrznych na więcej sektorów niż cylindrów wewnętrznych. Teoretycznie cylindry zewnętrzne mogą pomieścić więcej danych, ponieważ mają większy obwód. Jednak w dyskach, które nie wykorzystują metody rejestracji stref, wszystkie cylindry zawierają taką samą ilość danych, chociaż obwód cylindrów zewnętrznych może być dwukrotnie większy niż wewnętrzny. W rezultacie marnowana jest przestrzeń zewnętrznych torów, ponieważ jest wykorzystywana wyjątkowo nieefektywnie (rys. 7).

Nagrywanie strefowe dzieli cylindry na grupy zwane strefami, a w miarę zbliżania się do zewnętrznej krawędzi płyty ścieżki są dzielone na coraz więcej sektorów. We wszystkich cylindrach należących do jednej strefy liczba sektorów na torach jest taka sama. Możliwa liczba stref zależy od typu napędu; w większości urządzeń jest ich 10 lub więcej (rys. 8).

Figa. 7. Nagrywanie standardowe: liczba sektorów jest taka sama na wszystkich ścieżkach

Figa. 8. Nagrywanie strefowe: liczba sektorów na ścieżkach zmienia się w miarę przemieszczania się od środka dysku

Inną właściwością rejestrowania stref jest to, że prędkość wymiany danych z napędem może się zmieniać i zależy od strefy, w której w danym momencie znajdują się głowice. Dzieje się tak, ponieważ w strefach zewnętrznych jest więcej sektorów, a prędkość kątowa obrotu dysku jest stała (tj. Prędkość liniowa ruchu sektorów względem głowicy podczas odczytu i zapisu danych na torach zewnętrznych jest większa niż na torach wewnętrznych).

Organizowanie partycji dyskowych

Dzieląc dysk na obszary zwane partycjami, każdy z nich może utworzyć system plików odpowiadający określonemu systemowi operacyjnemu. Dzisiejsze systemy operacyjne używają najczęściej trzech systemów plików.

FAT (tabela alokacji plików). Jest to standardowy system plików dla DOS, Windows 9x i Windows NT. W partycjach FAT w systemie DOS dopuszczalna długość nazw plików to 11 znaków (8 znaków nazwy rzeczywistej i 3 znaki rozszerzenia), a wielkość woluminu (dysku logicznego) do 2 GB. W systemach Windows 9x i Windows NT 4.0 i nowszych poprawna długość nazwy pliku to 255 znaków.

FAT32 (tabela alokacji plików, 32-bitowa - 32-bitowa tabela alokacji plików). Używany z Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 i Windows 2000. W tabelach FAT 32 lokalizacje odpowiadają 32-bitowym liczbom. Przy takiej strukturze plików wolumen (dysk logiczny) może mieć do 2 TB (2048 GB).

NTFS (system plików Windows NT - system plików Windows NT). Dostępne tylko w systemie operacyjnym Windows NT / 2000. Nazwy plików mogą mieć do 256 znaków, a rozmiar partycji (teoretycznie) to 16 bajtów (16 x 1018 bajtów). NTFS zapewnia dodatkowe możliwości, których nie zapewniają inne systemy plików, takie jak zabezpieczenia.

Najbardziej rozpowszechnionym systemem plików jest FAT, ponieważ jest obsługiwany przez większość istniejących systemów operacyjnych.

Partycjonowanie na dysku odbywa się za pomocą programu FDISK dostarczanego z systemem operacyjnym, za pomocą którego można wybrać (zarówno w megabajtach, jak i procentowo) rozmiar partycji podstawowej i dodatkowej. Nie ma twardych wytycznych dotyczących tworzenia partycji na dysku - należy wziąć pod uwagę rozmiar dysku, a także instalowany system operacyjny.

Po utworzeniu partycji należy przeprowadzić formatowanie wysokiego poziomu przy użyciu narzędzi systemu operacyjnego.

Formatowanie na wysokim poziomie

Dzięki formatowaniu wysokiego poziomu system operacyjny (Windows 9x, Windows NT lub DOS) tworzy struktury do pracy z plikami i danymi. Każda partycja (dysk logiczny) zawiera sektor rozruchowy woluminu (sektor rozruchowy woluminu - VBS), dwie kopie tabeli alokacji plików (FAT) i katalog główny (katalog główny). Korzystając z tych struktur danych, system operacyjny przydziela miejsce na dysku, śledzi lokalizację plików, a nawet „omija” uszkodzone obszary na dysku, aby uniknąć problemów.

Zasadniczo formatowanie wysokiego poziomu dotyczy nie tylko formatowania, ale tworzenia spisu treści na dysku i tabel alokacji plików. Prawdziwe formatowanie to formatowanie niskiego poziomu, które dzieli dysk na ścieżki i sektory. W przypadku polecenia DOS FORMAT oba typy formatowania są wykonywane na dyskietce, a tylko formatowanie wysokiego poziomu dla dysku twardego. Aby wykonać formatowanie niskopoziomowe na dysku twardym, potrzebny jest specjalny program, zwykle dostarczany przez producenta dysku.

Główne węzły dysków twardych

Istnieje wiele różnych typów dysków twardych, ale prawie wszystkie z nich składają się z tych samych podstawowych elementów. Konstrukcje tych jednostek i jakość użytych materiałów mogą się różnić, ale ich podstawowe działanie i zasady działania są takie same. Główne elementy konstrukcyjne typowego dysku twardego (Rysunek 9) obejmują:

dyski;
głowice do odczytu / zapisu;
mechanizm napędu głowicy;
silnik napędu dysków;
płytka drukowana z obwodami sterującymi;
kable i złącza;
elementy konfiguracji (zworki i przełączniki).

Dyski, silnik napędu dysku, głowice i mechanizm napędowy są zwykle umieszczone w szczelnej obudowie zwanej HDA (Head Disk Assembly). Zwykle ten blok jest traktowany jako pojedynczy węzeł; prawie nigdy nie jest otwierany. Inne zespoły nie zawarte w HDA (płytka drukowana, ramka, elementy konfiguracyjne i części montażowe) są wyjmowane.

Dyski

Zwykle dysk zawiera co najmniej jeden dysk magnetyczny. Z biegiem lat ustalono szereg standardowych rozmiarów dysków, które są określane głównie przez rozmiar dysków, a mianowicie:

5,25 cala (właściwie 130 mm lub 5,12 cala);
3,5 cala (w rzeczywistości 95 mm lub 3,74 cala);
2,5 cala (właściwie 65 mm lub 2,56 cala);
- 1 cal (właściwie 34 mm lub 1,33 cala).

Istnieją również dyski z większymi dyskami, na przykład 8 ", 14" lub nawet większymi, ale zazwyczaj nie są one używane w komputerach osobistych. Obecnie komputery stacjonarne i niektóre modele przenośne są najczęściej instalowane z dyskami 3,5-calowymi, a małe urządzenia (2,5-calowe i mniejsze) w systemach przenośnych.

Większość dysków ma co najmniej dwa dyski, chociaż niektóre mniejsze modele są wyposażone w jeden. Liczba dysków jest ograniczona fizycznymi wymiarami dysku, a mianowicie wysokością jego obudowy. Największa liczba dysków w dyskach 3,5-calowych to 11.

Warstwa robocza dysku

Niezależnie od tego, jaki materiał jest użyty jako podstawa dysku, jest on pokryty cienką warstwą substancji zdolnej do zachowania resztkowego namagnesowania po wystawieniu na działanie zewnętrznego pola magnetycznego. Warstwa ta nazywana jest roboczą lub magnetyczną i to w niej przechowywane są zapisane informacje. Najpopularniejsze są dwa rodzaje warstw roboczych:

tlenek;
cienki film.

Warstwa tlenku to powłoka polimerowa wypełniona tlenkiem żelaza.

Cienkowarstwowa warstwa robocza jest cieńsza, trwalsza, a jakość jej pokrycia znacznie wyższa. Technologia ta stała się podstawą do produkcji napędów nowej generacji, w których udało się znacznie zmniejszyć szczelinę między głowicami a powierzchniami dysków, co pozwoliło na zwiększenie gęstości zapisu.

W wyniku elektrolizy uzyskuje się cienkowarstwową ocynkowaną warstwę roboczą. Dzieje się to w podobny sposób jak przy chromowaniu zderzaka samochodu. Aluminiowe podłoże tarczy zanurza się kolejno w kąpielach z różnymi roztworami, w wyniku czego pokrywane jest kilkoma warstwami metalowej folii. Warstwa robocza jest warstwą ze stopu kobaltu o grubości zaledwie około 1 mikrocala (około 0,025 mikrona).

Głowice do odczytu / zapisu

Dyski twarde mają oddzielną głowicę do odczytu / zapisu dla każdej strony każdego dysku. Wszystkie głowice są zamontowane na wspólnej ruchomej ramie i poruszają się jednocześnie.

Na rys. 10 przedstawia typową konstrukcję siłownika z ruchomą cewką.

Gdy napęd jest wyłączony, głowice dotykają tarcz pod wpływem siły sprężyn. Kiedy tarcze się obracają, ciśnienie aerodynamiczne pod głowicami wzrasta i odrywają się od powierzchni roboczych („start”). Gdy dysk obraca się z pełną prędkością, odstęp między dyskiem a głowicami może wynosić 0,5–5 mikrocali (0,01–0,5 mikrona) lub więcej.

Figa. 10. Głowice odczytu / zapisu i siłownik obrotowy z ruchomą cewką

Mechanizmy napędowe

Być może nawet ważniejszą częścią napędu niż same głowice jest mechanizm, który ustawia je w żądanej pozycji i nazywany jest siłownikiem głowicy. To z jego pomocą głowice przesuwają się od środka do krawędzi tarczy i są montowane na danym cylindrze. Istnieje wiele konstrukcji mechanizmów wykonawczych, ale można je podzielić na dwa główne typy:

z silnikiem krokowym;
z ruchomą cewką.

Rodzaj napędu w dużej mierze decyduje o szybkości i niezawodności napędu, niezawodności odczytu danych, jego stabilności temperaturowej, wrażliwości na wybór pozycji roboczej oraz drgania. Powiedzmy od razu, że napędy z silnikami krokowymi są znacznie mniej niezawodne niż urządzenia z napędami z ruchomą cewką.

Napęd silnika krokowego

Silnik krokowy to silnik elektryczny, którego wirnik można obracać tylko krokowo, tj. pod ściśle określonym kątem. Jeśli ręcznie obrócisz wałek, usłyszysz ciche kliknięcia (lub trzaski podczas szybkiego obracania), które pojawiają się, gdy wirnik przechodzi do następnej ustalonej pozycji.

Napęd z ruchomą cewką

Napęd z ruchomą cewką jest stosowany w praktycznie wszystkich nowoczesnych urządzeniach magazynujących. W przeciwieństwie do systemów silników krokowych, w których głowice poruszają się na ślepo, siłownik z ruchomą cewką wykorzystuje sygnał sprzężenia zwrotnego, dzięki czemu położenie głowic względem torów może być dokładnie określone i skorygowane w razie potrzeby. System ten pozwala na szybszą reakcję, dokładność i niezawodność niż tradycyjne napędy z silnikami krokowymi.

Napęd z ruchomą cewką działa na zasadzie elektromagnetyzmu. Mechanizmy napędowe z ruchomą cewką są dwojakiego rodzaju:

liniowy;
obrócenie.

Te typy różnią się jedynie fizycznym rozmieszczeniem magnesów i cewek.

Napęd liniowy przesuwa głowice po linii prostej, ściśle wzdłuż linii promienia dysku. Cewki znajdują się w szczelinach magnesów trwałych. Główną zaletą siłownika liniowego jest to, że nie generuje on błędów azymutalnych typowych dla siłownika obrotowego. (Azymut to kąt pomiędzy płaszczyzną szczeliny roboczej głowicy a kierunkiem toru rejestracji.) Podczas przemieszczania się z jednego cylindra na drugi głowice nie obracają się i ich azymut się nie zmienia.

Jednak siłownik liniowy ma istotną wadę: jego konstrukcja jest zbyt masywna. Aby poprawić wydajność napędu, musisz zmniejszyć wagę mechanizmu napędowego i samych głowic. Im lżejszy mechanizm, tym większe przyspieszenie może przejść z jednego cylindra do drugiego. Napędy liniowe są znacznie cięższe niż napędy obrotowe, dlatego nie są stosowane w nowoczesnych napędach.

Siłownik obrotowy działa na tej samej zasadzie co siłownik liniowy, ale w nim końce dźwigni czołowych są przymocowane do ruchomej cewki. Gdy cewka porusza się względem magnesu stałego, dźwignie ruchu głowicy obracają się, przesuwając głowice do osi lub do krawędzi dysków. Taka konstrukcja dzięki niewielkiej wadze może poruszać się z dużymi przyspieszeniami, co może znacznie skrócić czas dostępu do danych. Szybki ruch głowic jest również ułatwiony przez fakt, że dźwignie dźwigni są wykonane inaczej: ta, na której są zamontowane głowice, ma dużą długość.

Wadą tego napędu jest to, że głowice obracają się podczas przemieszczania się od cylindrów zewnętrznych do wewnętrznych oraz zmienia się kąt pomiędzy płaszczyzną szczeliny magnetycznej głowicy a kierunkiem toru. Dlatego szerokość obszaru roboczego dysku (obszaru, w którym znajdują się gąsienice) jest często ograniczona (tak, że nieuniknione błędy azymutalne pozostają w dopuszczalnych granicach). Obecnie napęd obrotowy jest używany w prawie wszystkich urządzeniach magazynujących z ruchomą cewką.

Automatyczne parkowanie głowy

Po wyłączeniu zasilania dźwignie z głowicami opuszczają się na powierzchnię dysków. Dyski są w stanie wytrzymać tysiące „startów” i „lądowań” głowic, ale pożądane jest, aby występowały one w specjalnie wyznaczonych obszarach powierzchni dysku, na których nie są zapisywane żadne dane. Podczas tych startów i lądowań dochodzi do zużycia (ścierania) warstwy roboczej, gdyż spod głowic wylatują „chmury pyłu”, składające się z cząstek warstwy roboczej nośnika; jeśli napęd zostanie potrząśnięty podczas startu lub lądowania, prawdopodobieństwo uszkodzenia głowic i dysków znacznie wzrośnie.

Jedną z zalet napędu z ruchomą cewką jest automatyczne parkowanie głowicy. Gdy zasilanie jest włączone, głowice są ustawiane i utrzymywane na miejscu dzięki interakcji pól magnetycznych ruchomej cewki i magnesu trwałego. Po wyłączeniu zasilania znika pole utrzymujące głowice nad określonym cylindrem i zaczynają one w niekontrolowany sposób ślizgać się po powierzchniach dysków, które jeszcze się nie zatrzymały, co może spowodować uszkodzenia. Aby zapobiec ewentualnemu uszkodzeniu napędu, blok głowicy obrotowej jest połączony ze sprężyną powrotną. Gdy komputer jest włączony, siła magnetyczna zwykle przekracza sprężystość sprężyny. Ale gdy zasilanie jest wyłączone, głowice przesuwają się pod wpływem sprężyny w strefę parkowania, zanim tarcze się zatrzymają. Wraz ze spadkiem prędkości obrotowej dysków głowice z charakterystycznym trzaskaniem „lądują” właśnie w tym obszarze. Zatem, aby uaktywnić mechanizm parkowania głowicy w napędach z napędem od ruchomej cewki wystarczy wyłączyć komputer; nie są do tego potrzebne żadne specjalne programy. W przypadku nagłej awarii zasilania głowice są automatycznie parkowane.

Silnik napędu tarczowego

Silnik napędzający dyski jest często nazywany silnikiem wrzeciona. Silnik wrzeciona jest zawsze połączony z osią obrotu tarcz, nie wykorzystuje się do tego pasków napędowych ani przekładni. Silnik musi być cichy: wszelkie wibracje są przenoszone na dyski i mogą prowadzić do błędów w odczycie i zapisie.

Prędkość silnika musi być ściśle określona. Zwykle waha się od 3600 do 7200 obr./min lub więcej i jest stabilizowany za pomocą obwodu sterującego silnika ze sprzężeniem zwrotnym (autostrojeniem) w celu uzyskania wysokiej dokładności.

Tablica sterowania

Każdy dysk, w tym dyski twarde, ma co najmniej jedną kartę. Zawiera układy elektroniczne do sterowania silnikiem wrzeciona i napędem głowicy, a także do wymiany danych ze sterownikiem (przedstawione we wcześniej ustalonej formie). W napędach IDE kontroler jest instalowany bezpośrednio w napędzie, natomiast w przypadku SCSI należy użyć dodatkowej karty rozszerzeń.

Przewody i złącza do napędów

Większość dysków twardych ma wiele złączy interfejsów do podłączenia do systemu, zasilania, a czasem także do uziemienia obudowy. Większość dysków ma co najmniej trzy typy złączy:

złącze interfejsu (lub złącza);
złącze zasilania;

Największe znaczenie mają złącza interfejsu, ponieważ przekazują dane i polecenia do napędu iz powrotem. Wiele standardów interfejsów przewiduje podłączenie kilku napędów do jednego kabla (magistrali). Oczywiście w tym przypadku powinno być co najmniej dwóch z nich; SCSI umożliwia podłączenie do siedmiu napędów za pomocą jednego kabla (Wide SCSI-2 obsługuje do 15 urządzeń). Niektóre standardy (na przykład ST-506/412 lub ESDI) zapewniają oddzielne złącza dla danych i sygnałów sterujących, więc napęd i kontroler są połączone dwoma kablami, ale większość nowoczesnych urządzeń ISE i SCSI jest podłączonych za pomocą tego samego kabla.

Złącza zasilania dysków twardych są zwykle takie same, jak w przypadku napędów dyskietek. Większość napędów wykorzystuje dwa napięcia zasilania (5 i 12 V), ale 5 V jest wystarczające dla małych modeli przeznaczonych do laptopów.

Specyfikacje dysku twardego

Jeśli chcesz kupić nowy dysk lub po prostu chcesz zrozumieć, jakie są różnice między urządzeniami z różnych rodzin, porównaj ich parametry. Poniżej znajdują się kryteria, według których zwykle ocenia się jakość dysków twardych.

Niezawodność.
Szybkie działanie.
Wstrząsoodporne zawieszenie.
Koszt.

Niezawodność

W opisach napędów można znaleźć taki parametr jak średni czas między awariami (MTBF), który zwykle waha się od 20 do 500 tysięcy godzin lub więcej. Nigdy nie zwracam uwagi na te liczby, ponieważ są one czysto teoretyczne.

MĄDRY. Technologia Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) to nowy standard branżowy opisujący metody przewidywania błędów dysku twardego. Kiedy S.M.A.R.T. dysk twardy zaczyna monitorować pewne parametry, które są wrażliwe lub wskazują na awarie dysku. W wyniku tego monitorowania można przewidywać awarie dysków.

Prędkość

Ważnym parametrem dysku twardego jest jego wydajność. Ten parametr może się znacznie różnić dla różnych modeli. I jak to często bywa, najlepszym wskaźnikiem wydajności dysku jest jego cena. Prędkość napędu można oszacować za pomocą dwóch parametrów:

średni czas wyszukiwania;
prędkość przesyłu danych.

Średni czas wyszukiwania mierzony w milisekundach oznacza średni czas ruchu głowic z jednego cylindra na drugi (a odległość między tymi cylindrami może być dowolna). Możesz zmierzyć ten parametr, wykonując wiele operacji wyszukiwania dla losowo wybranych ścieżek, a następnie dzieląc całkowity czas spędzony na tej procedurze przez liczbę wykonanych operacji. Wynikiem będzie średni czas pojedynczego wyszukiwania.

Koszt

Ostatnio „koszt jednostkowy” dysków twardych spadł do 2 centów za megabajt (lub nawet mniej). Koszt dysków wciąż spada, a po chwili wydaje ci się, że nawet pół centa za megabajt to za drogie. Właśnie z powodu spadku cen dyski o pojemności poniżej 1 GB są obecnie praktycznie niedostępne, a najlepszym wyborem byłby dysk o pojemności powyżej 10 GB.

pojemność pierwotna w milionach bajtów;
sformatowana pojemność w milionach bajtów;
pojemność fizyczna w megabajtach (MB);
sformatowana pojemność w megabajtach (MB).

Pytania do samokontroli

Co to jest dyskietka?
Jaka jest istota magnetycznego kodowania informacji binarnych?
Jak działają dyskietki i dyski twarde?
Jakie są wady i zalety napędów CD-ROM?

Grebenyuk E.I., Grebenyuk N.A. Wydawnictwo środków technicznych informatyzacji "Akademia" -Moskwa 2007 / str.51-82/

Pierwszym magnetycznym nośnikiem zapisu, na którym zapisywano informacje w aparacie Poulsena na przełomie XIX i XX wieku, był stalowy drut do 1 mm średnicy. Na początku XX wieku również do tych celów wykorzystywano walcowana taśma stalowa. Jednak cechy jakościowe tych nośników były bardzo niskie. Dość powiedzieć, że do wykonania 14-godzinnego magnetycznego zapisu wykładów na Międzynarodowym Kongresie w Kopenhadze w 1908 r. Potrzeba było 2500 km drutu ważącego około 100 kg. Ponadto w trakcie stosowania drutu i taśmy stalowej powstał trudny do rozwiązania problem łączenia ich oddzielnych elementów. Na przykład spleciony drut nie przeszedł przez głowicę magnetyczną. Ponadto łatwo ją zdezorientowano, a cienka stalowa taśma przecięła jej ręce. Stal dysk magnetyczny, pierwszy patent, na który wydano go w 1906 r., nie był wówczas stosowany 1.

Dopiero od drugiej połowy lat dwudziestych XX wieku, kiedy został wynaleziony proszkowa taśma magnetyczna, rozpoczęto stosowanie na szeroką skalę zapisu magnetycznego. Patent na technologię nanoszenia na folię proszku ferromagnetycznego uzyskał w 1928 roku Fritz Pfeimer w Niemczech. Początkowo proszek magnetyczny nakładano na podłoże papierowe, następnie na octan celulozy, aż do zastosowania materiału o dużej wytrzymałości

1 Vasilevskii Yu.A. Magnetyczne nośniki danych. M., 1989 S. 5-6.

materiał - politereftalan etylenu (lavsan). Poprawiono również jakość proszku magnetycznego. W szczególności zaczęto stosować proszki tlenku żelaza z dodatkiem kobaltu, tlenku chromu, metaliczne proszki magnetyczne żelaza i jego stopów, co pozwoliło na kilkakrotne zwiększenie gęstości zapisu. Warstwę roboczą nakłada się na podłoże metodą osadzania próżniowego lub elektrolitycznego w postaci lakieru magnetycznego, który składa się z proszku magnetycznego, spoiwa, rozpuszczalnika, plastyfikatora i różnych dodatków.

Oprócz elastycznego podłoża i roboczej warstwy magnetycznej, taśma może mieć również dodatkowe warstwy: ochronną - na powierzchni warstwy roboczej oraz przeciwcierną - na tylnej stronie taśmy, w celu zabezpieczenia warstwy roboczej przed zużyciem mechanicznym, zwiększenia wytrzymałości mechanicznej taśmy oraz poprawienia jej ślizgania się po powierzchni magnetycznej. głowy. Warstwa przeciwcierna usuwa również ładunki elektryczne, które gromadzą się na taśmie magnetycznej. Środek pośredni (podwarstwa) pomiędzy podłożem a warstwą roboczą służy do poprawy przyczepności warstwy roboczej i przeciwciernej do podłoża.

W przeciwieństwie do mechanicznych nośników dźwięku, taśma magnetyczna nadaje się do ponownego nagrywania informacji. Liczba takich płyt jest bardzo duża i ogranicza ją jedynie wytrzymałość mechaniczna samej taśmy magnetycznej.

Pierwsze magnetofony, które pojawiły się w latach trzydziestych XX wieku, były szpulowe. W nich taśma magnetyczna była nawijana na szpulki. Na początku były to ogromne szpule o szerokości 1 cala (25,4 mm). Podczas nagrywania i odtwarzania taśma była przewijana z pełnej rolki na pustą.

W 1963 roku Philips opracował tzw. Nagrywanie kasetowe, które umożliwiło użycie bardzo cienkich taśm magnetycznych. Ich maksymalna grubość to zaledwie 20 mikronów przy szerokości 3,81 mm. W magnetofonach kasetowych obie szpule są wyjątkowe kompaktowa kaseta a koniec folii jest wstępnie przymocowany do pustej szpuli. Innymi słowy, tutaj taśma magnetyczna i kaseta są jednym funkcjonalnym mechanizmem. Nagrywanie na kasetach kompaktowych - dwukierunkowe. Całkowity czas nagrywania to zwykle 60, 90 i 120 minut.

Pod koniec lat 70. pojawiło się mikrokasety rozmiar 50x33x8 mm, czyli wielkość pudełka zapałek, na przenośne dyktafony i telefony z automatyczną sekretarką oraz w połowie lat 80. - pikokasety - trzykrotnie mniej mikrokaset.

Od 1952 r. Taśma magnetyczna jest używana do nagrywania i przechowywania informacji w komputerach elektronicznych. Zaletą taśmy magnetycznej jest możliwość nagrywania ze zwiększoną gęstością, ze względu na to, że całkowita powierzchnia warstwy magnetycznej taśmy jest znacznie większa niż w przypadku innych typów nośników i jest ograniczona jedynie długością taśmy. Napędy kasetowe - naboje osiągną pojemność kilku TB, aw najbliższej przyszłości ich pojemność wyniesie dziesiątki TB. Nazywa się mechanizm napędu taśmowego dla kaset serpentyny (z angielskiego, stream - stream). W zasadzie są podobne do magnetofonu.

Jednak taśma magnetyczna ma również poważną wadę. Nie pozwala na bezpośredni dostęp do zapisanych informacji. Aby to zrobić, taśmę należy najpierw przewinąć w żądane miejsce, co znacznie wydłuża czas odczytu z niej informacji. Kasety (wkłady) z taśmą magnetyczną charakteryzują się również dużymi wymiarami. Dlatego obecnie wykorzystywane są głównie w systemach backupu w centrach danych, w przedsiębiorstwach, w dużych centrach danych, a także do przechowywania informacji na serwerach i stacjach roboczych, gdzie niezawodność, stabilność działania, duża pojemność, relatywnie niska cena. Systemy kopii zapasowych pozwalają zapewnić bezpieczeństwo informacji w przypadku błędów, awarii czy klęsk żywiołowych.

Na taśmie magnetycznej można zapisać nie tylko dźwięk, ale także informacje wideo. Taśma wideo jego struktura jest podobna do taśmy do nagrywania dźwięku. Jednak jego warstwa robocza ma zwykle bardziej złożoną strukturę. Faktem jest, że sygnały wideo o wysokiej częstotliwości są rejestrowane na samej powierzchni warstwy roboczej. Można do nich użyć małych cząstek metalu. Z drugiej strony niskie częstotliwości są lepiej przenoszone przez duże cząstki, które zaleca się umieścić w głębi. Dlatego warstwa robocza taśmy magnetycznej do nagrywania wideo może składać się z dwóch warstw. Taśma magnetyczna do dokumentacji wideo jest również ładowana do specjalnych kaset, które zapewniają jej ochronę przed naprężeniami mechanicznymi, zanieczyszczeniami i szybkim ładowaniem do sprzętu wideo. Rozpowszechniony w latach 80. - 90. Taśmy wideo ustąpiły teraz miejsca bardziej obiecującym mediom wideo.

Początkowo używane były również komputery elektroniczne bębny magnetyczne. W szczególności w krajowej dużej elektronicznej maszynie liczącej (BESM-6) zastosowano bębny magnetyczne o masie około 8 kg, ale o pojemności zaledwie 1 MB.

Od wczesnych lat 60. otrzymano powszechne użycie, głównie w komputerowych urządzeniach pamięciowych dyski magnetyczne.Są to krążki aluminiowe lub plastikowe o średnicy od 30 do 350 mm, pokryte warstwą roboczą proszku magnetycznego o grubości kilku mikronów. Początkowo powłoka magnetyczna składała się z tlenku żelaza, później - z dwutlenku chromu.

W napędzie dyskowym, podobnie jak w magnetofonie, informacje są zapisywane za pomocą głowicy magnetycznej, tylko nie wzdłuż taśmy, ale na koncentrycznych ścieżkach magnetycznych znajdujących się na powierzchni wirującego dysku, zwykle po obu stronach. Dyski magnetyczne są twarde i elastyczne, wymienne i wbudowane w komputer osobisty. Ich główne cechy to: pojemność informacyjna, czas dostępu do informacji oraz szybkość czytania pod rząd.

Naprawiono dyski twarde w komputerze są strukturalnie połączone w jedną całość z dyskiem. Montowane są w pakiety na jednej osi. Pakiet krążków umieszczony jest w szczelnej obudowie, która zapewnia niezbędną czystość i stałe ciśnienie bezpyłowego powietrza. Obecnie zamiast powietrza rozpoczęto stosowanie jako wypełniacza helu jako gazu obojętnego, co pozwala dzięki jego mniejszej gęstości znacznie zwiększyć efektywność energetyczną.

Każda płyta zawiera taką samą liczbę następujących po sobie ścieżek (utworów). Szerokość ścieżki magnetycznej wynosi około 1 µm. Pierwszy model dysku twardego, stworzony w 1973 roku, miał 30 ścieżek po 30 sektorów, co przypadkowo pokrywało się z kalibrem „30/30” słynnego karabinu myśliwskiego Winchester i dało początek potocznej nazwie twardych dysków magnetycznych - „Winchester”, „Winchesters”. Ścieżki są koncentrycznymi okręgami odpowiadającymi obszarom pozostałej namagnesowania wytworzonym przez głowice magnetyczne. Z kolei każda ze ścieżek jest podzielona na kolejno położone sektory.

Głównym trendem w rozwoju dysków twardych jest stopniowy wzrost gęstości zapisu, któremu towarzyszy wzrost prędkości obrotowej głowicy wrzeciona oraz zmniejszenie czasu dostępu do informacji, a docelowo - wzrost produktywności. Pojemność dysku, która pierwotnie sięgała kilku GB, osiągnęła 10 TB w połowie drugiej dekady XXI wieku (roczny wzrost pojemności dysku twardego komputera wynosi 35-40 procent). Umieszczenie takiej ilości informacji stało się możliwe na dyskach z metodą zapisu prostopadłego, która pojawiła się w 2007 roku. W niedalekiej przyszłości ta metoda zwiększy pojemność do 85 TB (można zarejestrować 86 milionów kolorowych zdjęć lub 21,5 tysiąca filmów).

Dyski twarde są przeznaczone do trwałego przechowywania informacji, m.in. niezbędne przy pracy z komputerem (oprogramowanie systemowe, pakiety aplikacji itp.). W oparciu o dyski twarde produkowane są również zewnętrzne nośniki danych o pojemności do kilku TB.

Elastyczne plastikowe dyski magnetyczne (dyskietki, z angielskiego, floppy - free wiszące) wykonano ze sztucznego filmu - mylaru, pokrytego odpornym na ścieranie ferro-lakierem i umieszczano pojedynczo w specjalnych twardych plastikowych skrzynkach - kasetach, które zapewniają mechaniczną ochronę nośnika. Nazywa się kaseta dyskietki dyskietka.

Pierwsza dyskietka pojawiła się w 1967 roku. Miała średnicę 8 cali i pojemność 100 KB. W 1976 roku rozmiar dyskietki został zmniejszony do 5,25 cala, aw 1980 roku Soni opracował 3,5-calową dyskietkę i napęd dyskietek, które były produkowane głównie w następnych dziesięcioleciach.

Do odczytywania i zapisywania informacji używane jest specjalne urządzenie elektroniczno-mechaniczne - napęd dyskietek, w którym umieszczana jest dyskietka. Dyskietka posiada centralny otwór na wrzeciono napędu dyskietek, aw obudowie jest otwór, który można zamknąć metalową przesłoną umożliwiającą dostęp do głowic magnetycznych, przez które odczytywane są i zapisywane informacje. Nagrywanie na dyskietkę odbywa się na tej samej zasadzie, co w magnetofonie. Występuje również bezpośredni kontakt mechaniczny głowicy z magnetyczną warstwą roboczą, co prowadzi do stosunkowo szybkiego zużycia nośnika materiału.

Pojemność pojedynczej 3,5-calowej dyskietki wynosiła zwykle od 1,0 do 2,0 MB. Standardowe dyskietki miały pojemność 1,44 MB. Jednak dyskietki 3,5-calowe zostały opracowane o pojemności do 250 MB.

Dyskietki okazały się dość wybrednym nośnikiem. Są mniej odporne na zużycie niż dyski twarde i są podatne na działanie pól magnetycznych i podwyższonych temperatur. Wszystko to często prowadziło do utraty zarejestrowanych danych. Dlatego dyskietki były używane głównie do operacyjnego przechowywania udokumentowanych informacji. Są teraz zastępowane przez bardziej niezawodne i wydajne nośniki pamięci flash.

W ostatnim ćwierćwieczu XX wieku w wielu krajach świata oraz od lat 90-tych XX wieku. - aw Rosji tzw karty plastikowe, urządzenia reprezentujące magnetyczną metodę przechowywania informacji i zarządzania danymi.

Poprzednikami kart plastikowych były karty wykonane z kartonu w celu potwierdzenia zdolności kredytowej posiadacza poza bankiem. W 1928 roku jedna z amerykańskich firm zaczęła produkować metalowe karty o wymiarach 63 na 35 mm. Były wytłoczone imię i nazwisko właściciela, miasto, stan i inne informacje. Takie karty wydawano stałym klientom w dużych sklepach. Płacąc za towar, sprzedawca przetoczył kartę przez specjalną maszynę, w wyniku czego wyciśnięte z niej litery i cyfry zostały nadrukowane na paragonie. Ten czek z odręczną kwotą zakupu został następnie wysłany do banku w celu wykupu. Pierwsza nowoczesna karta kredytowa, na bazie której powstał system płatności VISA, została wydana w 1958 roku przez Bank of America.

Karty plastikowe składają się z trzech warstw: podłoża poliestrowego, na który nakładana jest cienka warstwa robocza oraz warstwy ochronnej. Jako podłoże najczęściej stosuje się polichlorek winylu, który jest łatwy w obróbce, odporny na temperaturę, obciążenia chemiczne i mechaniczne. Jednak w niektórych przypadkach podstawą dla kart magnetycznych jest tak zwany pseudoplastik - gruby papier lub karton z dwustronnym laminowaniem.

Warstwę roboczą (proszek ferromagnetyczny) nanosi się na tworzywo metodą tłoczenia na gorąco w postaci oddzielnych wąskich pasków. Ze względu na ich właściwości fizyczne i zakres zastosowania, paski magnetyczne dzielą się na dwa typy: wyższe i niższe. Wysoce ercetyczne paski są czarne. Są odporne na pola magnetyczne. Do ich zapisania potrzebna jest wyższa energia. Wykorzystywane są jako karty kredytowe, prawa jazdy itp. Czyli tam, gdzie wymagana jest zwiększona trwałość i bezpieczeństwo. Paski magnetyczne o niskiej EMC są brązowe. Są mniej bezpieczne, ale łatwiejsze i szybsze do nagrywania. Używany na kartach z ograniczonymi datami ważności.

Warstwa ochronna plastikowych kart magnetycznych składa się z przezroczystej folii poliestrowej. Ma za zadanie chronić warstwę roboczą przed zużyciem. Czasami stosuje się powłoki, aby zapobiec podrabianiu i kopiowaniu. Warstwa ochronna zapewnia do dwóch dziesiątek tysięcy cykli zapisu i odczytu.

Należy zaznaczyć, że oprócz magnetycznej istnieją inne sposoby zapisu informacji na karcie plastikowej: zapis graficzny, tłoczenie (wytłaczanie mechaniczne), kod kreskowy, zapis laserowy.

Obecnie chipy elektroniczne są coraz częściej stosowane w kartach plastikowych zamiast pasków magnetycznych. Takie karty, w przeciwieństwie do prostych magnetycznych, zaczęto nazywać inteligentnymi lub karty inteligentne (z angielskiego smart -smart). Wbudowany w nie mikroprocesor pozwala na przechowywanie znacznej ilości informacji, umożliwia dokonywanie niezbędnych obliczeń w systemie płatności bankowych i handlowych, zamieniając w ten sposób plastikowe karty w wielofunkcyjne nośniki informacji.

W drodze dostępu do mikroprocesora (interfejsu) karty inteligentne mogą być:

- z interfejsem stykowym (tj. podczas wykonywania operacji karta jest wkładana do terminala elektronicznego);
- z podwójnym interfejsem (mogą działać zarówno kontaktowo, jak i bezstykowo, czyli wymiana danych między kartą a urządzeniami zewnętrznymi może odbywać się za pośrednictwem kanału radiowego).

Rozmiary kart plastikowych są znormalizowane. Zgodnie z międzynarodową normą ISO-7810 ich długość wynosi 85,595 mm, szerokość - 53,975 mm, grubość - 3,18 mm.

Zakres stosowania kart magnetycznych plastikowych i pseudoplastycznych, a także kart chipowych jest dość szeroki. Oprócz systemów bankowych służą jako kompaktowy nośnik informacji, identyfikator do automatycznych systemów księgowych i kontrolnych, certyfikaty, przepustki, karty internetowe, komórkowe karty SIM, bilety transportowe, paszporty elektroniczne (biometryczne) itp.

Materialne magnetyczne nośniki zapisu są stale ulepszane wraz z technologiami dokumentacji elektromagnetycznej. Występuje tendencja do zwiększania gęstości zapisu informacji na nośnikach magnetycznych wraz ze zmniejszaniem ich wielkości i skróceniem czasu dostępu do informacji. Opracowywane są technologie, które w niezbyt odległej przyszłości pozwolą na kilkutysięczne zwiększenie pojemności pamięci standardowego nośnika w porównaniu z obecnymi urządzeniami. A w dalszej przyszłości spodziewane jest pojawienie się nośnika, w którym rolę cząstek magnetycznych będą odgrywać pojedyncze atomy. W efekcie jego pojemność, zdaniem deweloperów, przekroczy dotychczasowe standardy miliardy razy.

Vasilevsky Yu. A. Dekret. op. S. 11, 225, 227-228; Levin V.I. op. przez S. 23-24.
Manukov S. Jak nie zostać idiotą karty // Firma. 2009. Nr 27-28. Str. 52.
Fradkin V. Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość nośników informacji // Cena komputera. 2003. Nr 46.

Magnetyczne optyczne elektroniczne nośniki informacji. Rodzaje nośników informacji, ich klasyfikacja i charakterystyka. Wymiary i możliwości nowoczesnych dysków twardych

Przeczytaj także

Środowisko programistyczne Delphi Omówienie środowiska programowania wizualnego Delphi

Mikrokontrolery MCS-51: model programu, budowa, polecenia Zegar z wagi programu mcs 51

Podstawy teorii informacji i kodowania

DZWON