Носители информации магнитные это: Носители данных магнитные и оптические. Характеристика магнитных и оптических носителей информации

Содержание

от перфокарт до DVD — Ferra.ru

Источник изображения

Последней вехой в развитии CD стал выпуск стандарта CD-RW (Compact Disc-Rewritable). В отличие от CD-R, записывать такой диск можно было многократно. Конструкция CD-RW была аналогична CD-R, за исключением слоя между поликарбонатом и отражателем. Если в CD-R использовался органический краситель, то в CD-RW его сменил специальный неорганический активный материал. Под воздействием мощного лазерного луча этот материал также темнел и имитировал питы. Затемнение происходило в результате перехода материала из агрегатного состояния в кристаллическое.

Пик популярности CD пришелся на 90-е и 2000-е годы. И даже при этом говорить об этом стандарте в прошедшем времени как-то неправильно, ведь компакт-диски используются и по сей день.

Стандарт DVD

Стандарт DVD (Digital Versatile Disc) был представлен публике в 1996 году. Разработка формата началась примерно за 5 лет до анонса. Точнее, изначально предполагалось создание двух независимых стандартов. Компании Philips и Sony трудились над технологией MMCD (Multimedia Compact Disc), а альянс из 8 компаний, в число которых входили Toshiba и Time Warner, разрабатывали Super Disc. Стараниями компании IBM усилия всех разработчиков удалось объединить — американской компании уж очень не хотелось повторения истории с конкуренцией между кассетными стандартами VHS и Betamax 70-х годов. Так и появился стандарт DVD.

Интересно, что изначально технология разрабатывалась с прицелом на видеоконтент. Ожидалось, что DVD придет на смену устаревающим видеокассетам. Именно поэтому первое время аббревиатура расшифровывалась как Digital Video Disc. К счастью, диск идеально подошел для хранения данных любых форматов, и расшифровку быстро сменили на Digital Versatile Disc.

Если вы думаете, что между DVD и CD очень большая разница, то вы ошибаетесь. Конструктивно DVD во многом повторяет своего предшественника. Главным отличием является то, что для считывания DVD использует красный лазер с длиной волны 650 нм, что на 130 нм меньше, чем у CD. Это позволило уменьшить размер светового пятна, а значит, и минимальный размер ячейки информации. Другими словами, увеличилась плотность записи. В итоге DVD мог вместить в 6,5 раз больше информации, чем CD.

Магнитные носители информации. Запись информации на магнитные носители (Реферат)

Доклад по физике

по теме:

Магнитная запись.

Магнитные носители информации”

Технология записи информации на магнитные носители появилась сравни-тельно недавно — примерно в середине 20-го века (40-ые — 50-ые годы). Но уже нес-колько десятилетий спустя — 60-ые — 70-ые годы — это технология стала очень рас-пространённой во всём мире.

Очень давно появилась на свет первая грам-пластинка. Которая использова-лась в качестве носителя различных звуковых данных — на неё записывали различ-ные музыкальные мелодии, речь человека, песни.

Сама технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи специального аппарата в специальном мяг-ком материале, виниле, делались засечки, ямки, полоски. И из этого получалась плас-тинка, которую можно было прослушать при помощи специального аппарата — патифона или проигрывателя. Патифон состоял из: ме-ханизма, вращающего пластинку вокруг сво-ей оси, иглы и трубки.

Приводился в действие механизм, вра-щающий пластинку, и ставилась игла на пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая при этом различные звуки — в зависимости от глубингы канавки, её ширины, наклона и.т.д., используя явление резонанса. А после труба, находившаяся около самой иголки, усиливала звук, “высекаемый” иголкой. (рис. 1)

Почти такая же система и используется в современных (да и использовалась раньше тоже) устройствах считывания магнитной записи. Функции составных час-тей остались прежними, только поменялись сами составные части — вместо винило-вых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху слоем маг-нитных частиц; а вместо иголки — специальное считывающее устройство. А трубка, усиливающая звук, исчезла совсем, и на её место пришли динамики, использующие уже болдее новую технологию воспроизведения и усиления звуковых колебаний. А в некоторых отраслях, в которых применяются магнитные носители (например, в ком-пьютерах) пропала необходимость использования таких трубок.

Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается” информация.

Процесс записи также похож на про-цессс записи на виниловые пластинки — при помощи магнитной индукционной вмес-то специального апарата.

На головку подаётся ток, который при-водит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в за-висимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.

А при воспроизведении записи наблюдается процесс обратный записи: намаг-ниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают дальше в динамик. (рис. 2)

Данные, используемые в компьютерной технике, записываются на магнитные носители таким же образом, с той разницей, что для данных нужно меньше места на плёнке, чем для звука. Просто вся информация, записываемая на магнитный носи-тель в компьютерах, записывается в двоичной системе — если при чтении с носите-ля головка “чувствует” нахождение под собой домена, то это означает, что значение данной частички данных равно “1”, если не “чувствует”, то значение — “0”. А дальше уже система компьютера преобразует данные, записанные в двоичной системе, в более понятную для человека систему.

Сейчас в мире присутсвует множество различных типов магнитных носителей: дискеты для компьютеров, аудио- и видеокассеты, бабинные ленты, жёсткие диски внутри компьютеров и.т.д.

Но постепенно открываются новые законы физики, и вместе с ними — новые возможности записи информации. Уже несколько десятилетий назад появилось мно-жество носителей информации, базирующихся на новой технологии — считывания информации при помощи линз и лазерного луча. Но всё-равно технология магнит-ной записи просуществует ещё довольно долго из-за своего удобства в использова-нии.

Носители информации

Дискеты

 

Дискета — портативный магнитный носитель информации , используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — конце 1990-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура

ГМД — «гибкий магнитный диск » (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопитель на гибких магнитных дисках»).

 

Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или жёсткой. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода гибких дисков (флоппи-дисковода).

 

 

Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

 

Наиболее распространены 3,5-дюймовые дискеты. Их магнитный диск помещен в прочный пластмассовый корпус. Зона контакта магнитных головок с поверхностью диска закрыта специальной шторкой (задвижкой), отодвигаемой только внутри накопителя. Скорость чтения/записи для 3,5-дюймового дисковода составляет около 63 Кбайт/с, среднее время поиска — порядка 80 мс.

 

Как и любой другой магнитный дисковый носитель, гибкий диск дискеты в процессе форматирования разбивается на концентрически расположенные дорожки, которые, в свою очередь, разбиваются на секторы. Перемещение головки для доступа к различным дорожкам осуществляется при помощи специального привода позиционирования головки, который перемещает в радиальном направлении блок магнитных головок от одной дорожки к другой. Нумерация дорожек начинается с 0, а секторов с 1. Эта система впоследствии перешла на жесткие диски.

 

По степени надежности дискеты уступают многим другим сменным носителям (компакт-дискам, флэш-памяти), так как хранящиеся на них данные могут быть повреждены вследствие (даже не очень значительного) механического или магнитного воздействия, размагничивания при длительном хранении.

 

Объем продаж флоппи-дисководов и гибких магнитных дисков на мировом рынке в последние годы начал неуклонно снижаться. Более того, корпорация Microsoft рассматривала вопрос об исключении флоппи-дисковода из спецификации PC2002. Это вызвано рядом причин и, в частности, заметно возросшей конкуренцией других носителей, среди которых ведущую роль занимают перезаписываемые оптические диски (CD-RW, DVD-RW) и флэш-память.

 

Лазерные диски

 

Лазерные, или оптические, диски внешне напоминают обычный музыкальный компакт-диск . Благодаря незначительным размерам и большому объему хранимой информации, надежности и долговечности лазерные диски стали популярными носителями информации. Объем информации, хранящейся на лазерном диске диаметром 120 мм , достигает 650 Мбайт.

Название диска определяется методом: записи и считывания информации. Информация на дорожке создается мощным лазерным лучом, выжигающим на зеркальной поверхности диска впадины, и представляет собой чередование впадин и отражающих участков.

При считывании информации зеркальные островки отражают свет лазерного луча и воспринимаются как единица, впадины не отражают луч и соответственно воспринимаются как ноль.

Бесконтактный способ считывания информации с помощью лазерного луча определяет долговечность и надежность компакт-дисков. Как и магнитные диски, оптический диск относится к устройству с произвольным доступом к информации. Оптическому диску присваивается первая свободная буква латинского алфавита, неиспользованная для имени жесткого диска.

Обычно компьютеры оснащаются дисководами, которые имеют источник слабого лазерного луча, способного только считывать информацию с лазерного диска, поэтому их называют Compact Disk Read Only Memory, или сокращенно: CD-ROM.

Лазерный диск, информация которого может быть изменена, называется CD-R (Recordable). Информация на перезаписываемых компакт-дисках может быть изменена с помощью специального дисковода, оптическая система которого имеет источник мощного лазерного луча.

 

Флеш — карты

 

На смену «болванкам» пришли более компактные, быстрые и удобные устройства — флэш-накопители. Потребности в информации растут прямо пропорционально ее объему, и ранее умопомрачительные 512 Мб на борту накопителя сейчас выглядят довольно скромно. Поэтому производители начали гонку за максимальной вместительностью флэшек (до 64 Мб).

 

 

Без сомнения, полтора десятка гигабайт в кармане и в бешеном темпе современной цифровой жизни лишними не будут. К тому же, JetFlash 2A не только отличается вместительностью, а еще и может выполнять функции электронного ключа для блокировки ПК. Также новую флэшку можно использовать для отправки и получения почты, восстановления и синхронизации данных.

Производитель дает пожизненную гарантию на устройство, что позволяет не сомневаться в стабильности работы накопителя. Для функционирования устройства никакие драйвера не нужны, поэтому мороки с программным обеспечением не предвидится.

 

 

Хранилище данных на магнитных лентах

Современное человечество производит информации не меньше, чем отходов. Каждый день создается около 500 млн новых твитов, пересылается 300 млрд электронных писем, обрабатывается 5 млрд поисковых запросов, Instagram пополняется 95 млн новых картинок. Один только Большой адронный коллайдер  генерирует 90 петабайт данных в год (петабайт — ​1015 байт). Почти все они хранятся на магнитных дисках и лентах. Эти носители информации — ​близкие родственники, работающие на одном и том же базовом принципе.

В современном виде технология появилась в 1928 году, когда Фриц Пфлеймер научился напылять порошок оксида железа на клейкую бумажную ленту. Намагниченность частиц железа на разных участках ленты можно менять, равномерно протягивая ее через записывающую головку с электромагнитом, на который подается сигнал. Это позволяет сохранять данные длинной дорожкой в виде череды по-разному намагниченных участков. Уже к концу 1930-х в Третьем рейхе так записывали звук, хотя технология оставалась засек­реченной вплоть до конца Второй мировой войны, когда попала в руки союзников в числе прочих репараций.

Это было время бурного развития вычислительной техники, и компьютерам срочно требовались новые носители информации. Что-нибудь поудобнее и повместительнее перфокарт и перфолент, ведущих историю еще с ткацких станков эпохи промышленной революции. И в 1952 году IBM выпустила первую коммерческую систему хранения данных Model 726 — ​с магнитными лентами на полимерной основе. Она вмещала 2,3 мегабайта, весила почти полтонны и могла заменить около 25 тыс. перфокарт, быстро став популярной на молодом IT-рынке. Однако уже в 1953-м та же IBM представила первый жесткий диск.

Объем и его значение

Как и на лентах, данные на дисках кодируются в виде дорожек магнитных частиц. Однако здесь они располагаются не несколькими параллельными линиями, а длинной спиралью на поверхности быстро вращающегося диска. Такая форма сразу выглядела перспективнее длинной ленты, поскольку она обеспечивала произвольный доступ к данным. Легко смещаясь к центру или краю диска, магнитная головка находит нужный участок на нем почти моментально, не требуя долгой перемотки, как при использовании ленты. Поэтому технологии HDD развивались быстрее, и в 1980-х они обошли ленты не только по популярности, но и по плотности хранения информации.

Сегодня жесткие диски позволяют записать на единицу поверхности в сотни раз больше данных, чем ленты. Зато на стороне лент сама геометрия. Каждый картридж вмещает сотни метров намагниченной пленки, общая площадь которой на порядки больше, чем у любого «винчестера». Неудивительно, что с приходом глобальных сетей и больших данных магнитные ленты снова стали востребованными, и даже архив Большого адронного коллайдера использует именно их. Миллиарды столкновений элементарных частиц, а также базы генетических данных, петабайты оцифрованных кинофильмов, архивы электронной почты — ​любая информация, не требующая быстрого доступа, остается на «холодном» хранении на магнитных лентах.

Читать на Бизнес.ЦО.РФ

Сортировка мусора Как бизнесу избавляться от лишних данных и бороться с информационным ожирением

Данные — ​новая нефть. Но и новый мусор тоже. Люди постоянно создают информацию, а компании накапливают ее, надеясь повторить успех Amazon или Facebook. Обладатели больших данных часто не понимают, где их хранить и как использовать. Эта проблема уже получила яркое название: «инфоожирение»

Текущий стандарт таких накопителей, LTO (Linear Tape-Open) девятого поколения, позволяет записывать на один картридж до 18 терабайт. Промышленные системы хранения могут включать до 15–20 тысяч таких картриджей, размещенных на стойках, словно книги в биб­лиотеке. Помните знаменитую рекламу с Биллом Гейтсом, сидящим на высокой стопке листов, демонстрируя, какое внушительное количество бумаги заменяет один-единственный CD? Картинка легко продолжается накопителями на магнитных лентах. Объем такой системы хранения может достигать 300 петабайт. Это количество потребовало бы порядка 400 млн компакт-дисков — ​стопку высотой почти 500 км, куда вряд ли заберется даже основатель Microsoft.

Фактор времени

Для удобства производители маркируют свои картриджи разными цветами корпуса, по которым опытный специалист может определить поколение и компанию-производителя. Но чтобы управляться с тысячами отдельных носителей, большому LTO-архиву требуется «библио­текарь» расторопнее человека, поэтому сегодня они оснащаются роботизированными манипуляторами. Система автоматически находит нужный картридж, ориентируясь по штрихкоду на его ребре, и тут же размещает в стримере для чтения и записи.

LTO-картриджи стандартного формата Ultrium имеют корпус примерно 11 × 11 × 2 см и содержат около километра магнитной пленки, намотанной на одну катушку. Свободный кончик ленты крепится за направляющий штифт, который захватывают механизмы стримера и фиксируют на приемной катушке внутри самого устройства. Это обеспечивает высокую скорость прокручивания: на поиски нужного участка уходит в среднем 50 секунд, а для полной перемотки ленты требуется не более 80 секунд. К этому можно прибавить еще 10–15 секунд, которые требуются на установку, загрузку и инициализацию картриджа.

Такие задержки остаются неизбежным минусом LTO-накопителей, однако на их стороне едва ли не все остальные преимущества. Срок безопасного хранения ленты достигает 30 лет. Скоростью чтения и записи (до 1000 МБ/с) они превосходят и жесткие диски (до 160 МБ/с), и флеш-память (до 550 МБ/с). Магнитные ленты намного проще и дешевле их в производстве. Они годами могут спокойно лежать на полке, не расходуя энергию, как жесткие диски, которые приходится почти постоянно вращать на тысячах оборотов в минуту и все время охлаждать.

Память завтрашнего дня

«Дата-центров, которые используют накопители на магнитных лентах, с каждым годом становится все больше, — ​говорит старший IT-специалист компании 3Data Алексей Байков. — ​Объемы нашей ленточной библиотеки пока в 2–3 раза меньше, чем суммарно всех HDD и SSD-накопителей в ЦОДе. Суммарно — это 400 картриджей, часть из которых хранится «на полке», вне библиотеки. Многие клиенты, которым доступ к их данным и бэкапам требуется не слишком часто, предпочитают такой вариант. К тому же хранящиеся так ленты никак не связаны с интернетом и особо хорошо защищены: чтобы получить к ним доступ, нужно зайти в помещение. Но те, что нужны регулярно, остаются на своих местах в библиотеке».

Для конечного пользователя, работающего с ленточным хранилищем, процесс мало отличается от обычных операций с файлами. К своему архиву он обращается как к сетевому диску и может производить все нужные действия с файлами: искать, читать, копировать и т.  п. «Весь обмен производится через особый кеш хранилища — ​систему жестких дисков для быстрой записи и чтения, — ​объясняет Алексей Байков. — ​Если пользователю нужен файл, система обращается к ленте, прочитывает его и сохраняет в кеш, откуда его уже может забирать пользователь. Задержка на манипуляции с самими картриджами не превышает нескольких минут. Тот же кеш накапливает и пользовательские файлы для последующей записи на ленту».

Жесткие диски переживают сегодня нечто вроде застоя. В одних сферах их понемногу теснят более скоростные SSD-накопители, в других — ​магнитные ленты. Даже увеличение плотности записи на HDD затормозилось. Для прогресса в этой области требуется использовать как можно более крошечные металлические частицы. Однако после определенного предела в них начинают проявляться новые (суперпарамагнитные) свойства. Полярность таких частиц меняется под действием случайных флуктуаций, быстро уничтожая любую запись. Производители жестких дисков уже столкнулись с этими проблемами. А вот магнитным лентам до этой границы еще далеко, поэтому емкость новых поколений LTO-картриджей продолжает расти и расти.

Разработчики экспериментируют с новыми видами магнитных частиц, новыми способами их нанесения и распределения. Десятое поколение LTO, которое должно появиться в ближайшие годы, сможет сохранять до 36 терабайт на одном картридже. А в конце 2020-го разработчики IBM продемонстрировали экспериментальную технологию, которая позволит записывать на картридже уже до 580 терабайт. В 2025 году, когда общее количество накопленных данных вырастет по сравнению с 2020-м еще втрое, такие объемы нам очень ­пригодятся.

Александр Киселев, Руководитель отдела телевизионных серверных систем национального спортивного телеканала «Матч-ТВ»

Данные, хранящиеся у нас на лентах, — ​это не просто архив, это ценный актив. За оцифровку старых матчей и других событий были заплачены большие деньги, и сегодня они не только используются в наших передачах, но и продаются сами по себе. Эти записи занимают большую часть нашей библиотеки. Магнитные ленты — ​самый экономичный по стоимости владения способ хранения таких объемов информации. Наша библиотека потребляет всего три киловольт-ампера электрической мощности, фактически как утюг, и при этом не требует поддержания особых условий температуры и влажности. Даже кондиционер ей не слишком нужен. Единственное, чего боятся ленты, — ​это пыль. Однако их рабочий ресурс ограничен. Хотя современные картриджи могут быть рассчитаны даже на 12 тысяч циклов перемотки, библиотека постоянно работает. По нашей статистике, простой считывающего устройства не превышает пяти минут в сутки. Для снижения износа создается иерархическое хранилище, и ленты — ​лишь один, хотя и центральный, элемент этой инфраструктуры. Здесь есть «центральное хранилище», которое использует диски HDD и обеспечивает быстрый обмен данными между основными узлами системы. Есть промежуточный кеш — ​виртуальный аналог ленточной библиотеки, воспроизведенный на магнитных дисках. И лишь затем ​сама библиотека на лентах. Такая схема снижает износ картриджей и накладные расходы, а кроме того, обеспечивает быстрый обмен данными для наших творческих сотрудников. Напрямую с библиотекой они не контактируют. Все запросы к ней обрабатывает система управления медиаактивами (MAM), которой пользуются через «тонкого клиента» в браузере. Запись в систему тоже производится автоматически. Мы можем сохранять поток по определенному расписанию, если речь идет, например, о трансляции заранее запланированного матча, или в виде файлов с внешних носителей, если корреспонденты привозят видеоматериалы, записанные на стадионе, во время спортивных мероприятий.

История вычислительной техники, ч.8 Магнитные носители информации.

: pogorily — LiveJournalМагнитные носители информации.

Поскольку они часто будут упоминаться в дальнейшем, опишу их в одном месте.

Магнитная запись (любая) основана на свойстве магнитных материалов после воздействия магнитного поля сохранять некоторую намагниченность. Магнитное поле при записи создается записывающей головкой, затем при считывании в воспроизводящей головке (это может быть отдельная головка или та же, что при записи, если та же, она называется универсальной) наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения магнитного потока. Или (если воспроизводящая головка на магниторезисторе) сопротивление магниторезистора меняется в соответствии с магнитным потоком.

В качестве материала, на котором ведется магнитная запись, используется либо ферролак (лак, в который добавлены микроскопические частицы гамма-окиси железа или другого магнитного материала), либо тонкая пленка магнитного металлического сплава.

Достоинство магнитной записи состоит в том, что не надо создавать структуры, отвечающие за запись каждого бита (например, в памяти на ферритовых сердечниках один бит — одно ферритовое кольцо) или (при аналоговой записи) значения сигнала за короткий период времени. Поверхность магнитного носителя — просто слой с определенными свойствами, структура на нем создается в процессе записи.

Магнитная запись пришла в компьютерную технику из звукозаписи, где она начала использоваться гораздо раньше. Запись на магнитную проволоку известна с 1898 года, на ленту (первоначально бумажную) со слоем ферролака — с 1927 года. С 1932 года выпускались магнитофоны (фирмой AEG, Германия), пленку для них производила фирма BASF (тоже Германия). С 1941 года выпускались студийные магнитофоны с весьма приличным качеством записи.

Существует (если не считать экзотики вроде магнитных карт) 4 вида компьютерных устройств магнитной записи.
1. Магнитная лента.
2. Магнитный барабан.
3. Жесткий диск.
4. Гибкий диск (флоппи-диск).

Из них лента и гибкий диск используют гибкий носитель, находящийся в контакте с головками, барабан и жесткий диск — жесткий носитель, у них есть зазор между его поверхностью и головками (трение жесткого по жесткому — срок службы будет совсем малый). Магнитные ленты и дискеты — дешевый расходный материал, с небольшим сроком службы (истираются). Механизмы накопителей на магнитных лентах и гибких дисках служат долго, как и барабаны, и жесткие диски.

Магнитная лента (слой ферролака, нанесенный на прочную пластиковую пленку) в компьютерных ленточных устройствах используется на катушках. Выглядит накопитель на магнитной ленте так

Видно, что под каждой из катушек находится узкий глубокий карман, в который при работе опускается петля магнитной ленты. В центре находится блок головок и ведущий малоинерционный валик. Карманы для лены нужны потому, что катушки обладают большой инерцией и не могут быстро разогнаться или остановиться. Каждую катушку вращает свой двигатель, управляемый от фотодатчиков, определяющих, сколько ленты в кармане. Двигатель управляется так, чтобы нижняя часть петли ленты находилась примерно посередине кармана. Петли ленты в карманах дают возможность быстро начинать и прекращать протяжку ленты, давая время, за которое катушки разгонятся или остановятся.
Время доступа к данным может достигать нескольких минут и в основном определяется временем перемотки ленты к нужному месту.

Магнитный барабан — цилиндр, покрытый магнитным слоем. Цилиндр при работе постоянно вращается электродвигателем, у поверхности цилиндра находятся многочисленные магнитные головки. Они неподвижны — одна головка на дорожку, это обеспечивает высокое быстродействие (не надо ждать, пока головка переместится к нужной дорожке). Среднее время доступа — порядка миллисекунд, определяется временем, за которое нужный участок барабана подойдет к головке.
Выглядит магнитный барабан так

Справа виден электродвигатель, по всей длине барабана — магнитные головки, установленные в несколько рядов. Есть открытый сектор (в работающих устройствах он закрыт стеклом, чтобы пыль не проникала), через который видна поверхность барабана. На этот сектор смотрят, чтобы определить, нет ли задиров, возникающих, если головка коснется барабана. Если задир есть, эта дорожка неисправна и используют резервную дорожку (для чего в барабанах всегда было несколько резервных головок и соответствующих им дорожек), подключая резервную головку взамен той, что на поврежденной дорожке.
В более поздних барабанах ось цилиндра обычно была вертикальной, чтобы сила тяжести не создавала дополнительных биений при вращении.

Жесткий магнитный диск представляет собой один или несколько дисков, покрытых магнитным слоем. При этом в одном и том же объеме можно получить площадь магнитной поверхности гораздо больше, чем в барабане, а значит, записать гораздо больше данных.
Головка обычно одна на каждую поверхность, сервопривод перемещает ее на нужную дорожку. Из-а этого диск медленнее барабана, требуется время для перемещения головки на нужную дорожку.
Выглядит современный магнитный диск так

Устройство его, полагаю, понятно из надписей на рисунке. На рисунке диск показан без крышки, а в действительности он закрыт крышкой, для защиты от пыли и загрязнений.
Первоначально жесткие диски были несъемные, потом стали съемными, потом опять несъемными.

Что такое дискета (гибкий магнитный диск), надеюсь, все еще помнят. Желающие освежить в памяти — могут заглянуть сюда https://ru. wikipedia.org/wiki/Дискета
Дискеты всегда были сменными, а дисководы для дискет — устроены довольно примитивно, для удешевления. В частности, для перемещения головок на дорожку используется шаговый двигатель с червячной или ленточной передачей. Может использоваться как одна, так и обе стороны дискеты (при этом удваивается емкость). Скорость вращения, скорость передачи данных довольно низкие, время доступа велико в сравнении с жесткими дисками — потому что эти параметры для дискет, используемых в основном для обмена данными между компьютерами, не очень актуальны, в отличие от стоимости.

Основные форматы дискет:
— 8 дюймов (203 мм), емкость 80-1000 килобайт, с 1971 года.
— 5.25 дюйма (133 мм), емкость 110, 360, 720, 1200 килобайт, с 1976 года.
— 3.5 дюйма (89 мм), емкость 720, 1440, 2880 килобайт (2880 широкого распространения не получили, т.к. хватало и 1440, а потом появились флэшки гораздо большей емкости), с 1984 года.

Кто первым применил в компьютерах магнитную ленту и магнитный барабан — трудно установить точно. Идеи были достаточно очевидны и реализованы практически сразу, как возникла потребность.

Первый жесткий диск — 1956 год, см. https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_305_RAMAC
Он имел объем 5 миллионов 6-битных символов (3.75 млн привычных нам 8-битных байт), занимал полтора квадратных метра площади, состоял из пятидесяти 24-дюймовых (610 мм) дисков, 100 рабочих поверхностей, на каждой 100 дорожек (емкость дорожки около 400 байт). Имелось два независимых держателя головок, перемещавшихся сначала между дисками, а потом вдоль радиуса диска на нужную дорожку. Среднее время доступа 0.6 секунды, скорость вращения 1200 оборотов в минуту, темп пересылки 8800 символов в секунду. Арендная плата за компьютер, основной частью которого был этот диск, составляла $3200 ($27 тысяч в ценах 2016 г.) в месяц. По стоимости это устройство было доступно только крупным организациям (как и все компьютеры тех времен). Как видим, все параметры с тех времен улучшились во много раз.
Выпущено около 1000 таких устройств, производство прекращено в 1961 году, сняты с эксплуатации последние из них в 1969.

Впоследствии диски стали содержать одну головку на рабочую поверхность, это значительно ускорило доступ, т.к. стало не нужно перемещать головки между дисками.

Первый жесткий диск со сменным носителем — IBM1311, 1962 год, емкость 2 млн 6-битных символов (1.5 мегабайт).

В 1965 году был выпущен жесткий диск со сменным носителем IBM2311 (для IBM-360). Он имел объем 7.25 мегабайт, впрочем, это номинальная цифра, достигаемая только при формате «один сектор на дорожку», реальный его объем был (при обычной длине секторов) около 5 мегабайт. Каждый сектор включает заголовок, и между секторами есть промежуток, поэтому чем больше секторов на дорожку, тем меньше объем. Диаметр дисков 14 дюймов (360 мм), 6 дисков, 10 рабочих поверхностей (внешние поверхности крайних дисков не использовались), среднее время доступа 85 мс, темп пересылки 156 кбайт/сек.
Впоследствии были выпущены диски со сменным носителем на 29, 100, 200 мегабайт (также в номинальных цифрах, фактически меньше), того же диаметра, 360 мм. Дисков в них стало больше при той же высоте (например, 29-Мб диск имел 11 дисков, 20 рабочих поверхностей), в основном емкость росла за счет увеличения числа дорожек на поверхность и плотности записи. Другие параметры также улучшались, так, 200-мегабайтный имел время доступа 30 мс и темп пересылки 806 кбайт/сек.

В 1973 году выпущен «Винчестер» — накопитель с дисками уменьшенного размера, сменный модуль был в закрытой оболочке с магнитными головками. Тем самым было исключено открытое состояние диска, имевшее место для более ранних жестких дисков, когда их ставили или снимали, защита от пыли и загрязнений резко улучшилась. «Винчестером» он назван потому, что типовой была конфигурация из контроллера и двух дисков, каждый по 30 мегабайт. Это напоминает название винтовки Винчестер 30-30, образца 1894 года, весьма популярной в США. Жесткие диски, в которых носитель постоянно заключен в корпус, защищающий его от загрязнений, с тех пор называют «винчестеры».

В 1980 году были созданы первые жесткие диски в формате 5. 25 дюйма, емкостью 5 мегабайт (ST-506 фирмы Seagate), а в 1981 — 10 мегабайт, использовавшиеся в персональных компьютера.

В 1979 — IBM 3370, первый диск с тонкопленочными магнитными головками.

В 1983 — первый жесткий диск в формате 3.5 дюйма, вскоре ставшем основным форматом для персональных компьютеров (и остающемся основным поныне). 1988 — первый «низкопрофильный» диск этого формата, высота 1 дюйм. Именно такой формат (3.5 х 1 дюйм) имеют практически все современные диски для настольных компьютеров.

В 1990 году был выпущен диск IBM 0681, впервые использующий метод кодирования PRML (модификация его применяется во всех современных дисках), в 1991 — IBM 0663, впервые использующий магниторезистивные головки для чтения (также принадлежность всех современных дисков).

С повышением быстродействия магнитных дисков магнитные барабаны устарели и перестали применяться.
За время своего существования барабаны также резко улучшили свои характеристики. Например, применявшийся в М-1 барабан (1951) имел емкость 1. 6 килобайт, а в 1970-е в СССР выпускались барабаны на 4.3 мегабайта (с двумя телами вращения, т.е. собственно барабанами, размещенными в одном шкафу), т.е. емкость на одно тело вращения возросла более чем в 1300 раз примерно за 25 лет.

Магнитные ленты.

Первоначально магнитные ленты имели довольно низкую плотность записи, в 1960 году в США переходили с продольной плотности 4 бит/мм на 8 бит/мм. Лента IBM времен 7-мегабайтного диска (1964-1965) имела плотность 32 бит/мм на каждую дорожку, 9 дорожек (8 информационных и контроль по нечетности) и объем 20 мегабайт на катушку, вмещавшую 750 метров ленты, причем поддерживался и прежний, 8 бит/мм формат.
Со временем емкость лент возрастала, но актуальность этого носителя с большим временем доступа для оперативного хранения информации падала. С распространением дискет (гораздо более компактных, чем катушки с лентой) ленты постепенно перестали применяться и для переноса данных между компьютерами. В настоящее время ленты (в кассетах) применяются только в стримерах — устройствах резервного копирования данных (до 4 терабайт, т. е. миллионов мегабайт, на кассету).

Как это все работает.

Магнитная цифровая запись может производиться либо по трем уровням, либо по двум.
Запись по трем уровням — на предварительно стертую ленту единица пишется импульсом одной полярности, ноль другой. Достоинство этого вида записи — самосинхронизация, каждый бит дает импульс при чтении (точнее, при чтении обычной магнитной головкой — два импульса разной полярности, но они легко преобразуются в один интегрирующей цепочкой из одного резистора и одного конденсатора). 1 или 0 — определяется полярностью импульса.
Запись по двум уровням — одному направлению намагниченности носителя присваивается (условно) значение 0, другому 1. Запись ведется намагничиванием носителя до насыщения в одном из двух направлений.
Запись по трем уровням требует предварительного стирания перед записью, что усложняет устройство, и амплитуда импульсов при чтении у нее вдвое меньше, чем при записи по двум уровням. Поэтому очень скоро то записи по трем уровням отказались.

Если требуется одиночная запись, т.е. запись одного бита (что характерно для ранних барабанов, использовавшихся как оперативная память, там все биты слова читались или писались впараллель), можно единицу писать как 010, а 0 как 000. При чтении единицы импульс есть, при чтении нуля нет. Нули, окружающие записываемое значение, нужны, чтобы стереть края предыдущей записи, если новая не в точности совпадает с ней по времени. Самосинхронизация не нужна — на барабане есть серводорожка, где записаны все единицы, они и показывают, когда читать очередное слово.

Во всех остальных случаях запись на магнитный носитель делается блоками из многих последовательно записываемых бит.

Распространение получила запись по двум уровням NRZ-1 (Non Return to Zero 1, по русски БВН-1, Без Возвращения к Нулю). При этом методе направление намагничивания (определяемое направлением тока в записывающей головке) не меняется при записи нуля, меняется при записи единицы. При чтении импульс появляется только при чтении единицы. Этот метод не является самосинхронизирующимся — очень трудно отличить 50 записанных подряд нулей от 51. Поэтому самосинхронизацию приходится вводить тем или иным методом.
Например, в лентах формата IBM (9 дорожек), пишутся на 8 дорожек 8 бит данных, а на девятую — бит дополнения по нечетности. Если все 8 бит данных равны нулю, бит дополнения равен 1, т.е. хотя бы одна единица имеется. Собрав по схеме «или» импульсы со всех 9 головок, получим импульс, означающий «читаем очередной байт».

Методы с самосинхронизацией.

Двухчастотные методы. Их два — фазовой и частотной манипуляции (ФМ и ЧМ).
ФМ — единицу пишем как 01 (здесь 0 и 1 — направления намагниченности ленты), ноль как 10. Получаем в середине битового интервала импульс положительной полярности (чтение 1) или отрицательной (чтение 0). Между битовыми интервалами импульс может быть (если биты одинаковые, записывается при битах 11 — 0101, при 00 1010) или не быть (01 — пишем 1001, 10, пишем 0110), его игнорируем. Следующий импульс ждем через 1 битовый интервал после принятого.
ЧМ — при единице есть переход в середине битового интервала, при нуле нет, между битовыми интервалами переход есть всегда. То есть биты 01 пишем как 0010 (если в конце предыдущего битового интервала был 1) или как 1101 (если в конце предыдущего битового интервала был 0). При чтении между битовыми интервалами импульс есть всегда, по нему синхронизируемся, в середине битового интервала импульс либо есть (1), либо нет (0).
В начале блока записываем синхропоследовательность, содержащую только нужные (к которым синхронизируемся) переходы. Для ФМ это 010101.., переходы только в центрах битовых интервалов. для ЧМ 0000 — переходы только на границах битовых интервалов.
Методы очень простые в реализации, их недостаток — возможны два перехода на бит (в отличие от БВН-1, где не более одного перехода на бит), что снижает плотность записи.

Трехчастотный метод МФМ (модифицированная фазовая модуляция).
Берем последовательность, полученную ФМ методом и модифицируем — переключаем направление намагниченности только на переходах 01, иначе не меняем его. Получается последовательность с интервалами между переключениями, равными 1, 1.5 или 2 битовых интервалам. Декодируется такая запись так: если в середине битового интервала есть импульс — это единица, иначе ноль. Поскольку интервал между импульсами не больше двух битовых интервалов, самосинхронизация не является серьезной проблемой, хотя сложнее, чем при двухчастотном методе.

Метод перекодирования 4-5.
Если расписать все возможные 5-битные последовательности (их тридцать две), видно, что 17 из них содержат не более одного нуля в начале и конце, а внутри не более двух нулей, обрамленных единицами. 16 из них можно использовать для записи шестнадцами 4-битных кодов, еще одну — как синхропоследовательность, используемую в промежутках, где ничего нет (например, не при магнитной записи, а при последовательной передаче данных по одной линии синхропоследовательность посылается, когда нет передачи данных).
Перекодировав таким образом 4 бита в 5, записываем полученный код по методу БВН-1. При этом получается трехчастотный код, интервал между переходами равен 1, 2 или 3 битовых интервала. Поскольку 1, 2 и 3 различать проще, чем 1, 1.5 и 2 при МФМ, это повышает плотность записи, хотя пишутся 5 бит, а не 4.

Существуют и другие подобные коды. Так, МЧМ основан на таком же преобразовании ЧМ, как используемое в МФМ преобразование ФМ. Кроме 4-5 существует множество других подобных методов перекодирования.

Общее название этих самосинхронизирующихся кодов — RLL (Run-length limited, т.е. ограниченная длина между переходами).
См. на английском https://en.wikipedia.org/wiki/Run-length_limited
Они широко используются в магнитной записи. Причем со временем, по мере того как аппаратура цифровой обработки все более дешевеет — все более сложные, но дающие больший выигрыш в плотности записи.

Следует отметить, что самосинхронизирующиеся коды имеют серьезное преимущество и при многодорожечной записи.
При плотности 32 бит/мм на дин бит приходится 30 мкм. Это значит, что все 9 головок блока должны быть выставлены параллельно с точностью лучше 10 мкм, т. е. (при ширине ленты 12.7 мм) с точностью лучше 0.1% ширины. Это ограничивает плотность записи при описанном выше методе записи БВН-1 на 9-дорожечную ленту. Повышение плотности в 2 раза (до 63 бит/мм) потребовало перехода на самосинхронизирующийся код МФМ. Разные биты одного байта при этом могут быть получены с некоторым разбросом по времени, но собрать их воедино после декодирования — не проблема.
Для магнитных дисков применение самосинхронизирующихся кодов обязательно, т.к. у них однодорожечная запись блока данных.

Использование кодов RLL — первый способ повышения плотности записи.

Второй способ — более сложные методы декодирования при чтении.
Простое пороговое обнаружение импульсов (выше порога — импульс, ниже — нет импульса) дает гораздо худшие результаты, чем корреляционная обработка, известная как PRML (Partial Response, Maximum Likelihood, т.е. максимальное подобие по частичным откликам). Поступающий воспроизводящей головки сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму, а затем сравнивается со всеми допустимыми RLL-кодами (используемыми в данном диске), и определяется, на какой из них он больше всего похож. Плотность записи с использованием этого метода повышается на 30-40%.
Теперь используется EPRML (Enhanced PRML), принцип тот же, но алгоритмы усовершенствованы. Он дает выигрыш не менее 20% (а возможно, до 70%) по сравнению с PRML.

Третий способ — улучшенное позиционирование головок на дорожке, с автоматическим отслеживанием положения дорожки. Для этого используется сервоинформация, записанная прямо на дорожке (она перемежается с данными). Это дает возможность увеличить плотность дорожек (их количество на миллиметр радиуса диска). Сервониформация — это две дорожки, сдвинутые относительно середины основной дорожки одна вправо, другая влево на половину ширины основной дорожки. На эти две дорожки пишутся разные сигналы, хорошо различимые (например, колебания разных частот). Когда головка позиционирована точно, эти сигналы равны. Если же один из них больше — надо сместить головку в соответствующую сторону, чтобы они стали равны. Если интервал между дорожками равен ширине дорожки (что типично), одна и та же дорожка сервоинформации является правой для дорожки слева от нее и левой для дорожки справа. Поэтому, чтобы знать, куда двигать головку, надо знать, к дорожке с четным или нечетным номером она позиционируется.

Четвертый способ — термокалибровка. Шаг между дорожками столь мал, что термическое расширение диска (при изменении его температуры) может привести к попадании головки на другую дорожку. Поэтому диск периодически проводит термокалибровку, считывая с дорожек информацию об их номере и внося на основании этого поправки в то, куда надо двигать головки для попадания на данную дорожку. С использованием встроенной сервоинформации потребность в термокалибровке уменьшилась, т.к. головкам теперь достаточно приблизительно попасть на дорожку, а дальше они по сервоинформации выставятся точно. Кроме того, по тому, насколько пришлось сдвинуть головку по сервоинформации, можно получить поправку, которую нужно ввести, чтобы сразу позиционироваться точно. Поэтому позиционирование по сервоинформации частично заменяет термокалибровку, а если часто идут обращения к дорожкам в разных частях диска, от самых внутренних до самых внешних, это заменяет термокалибровку полностью.
К сожалению, термокалибровка прерывает на некоторое время доступ к диску, что весьма нежелательно, например, при записи на CD-R, когда поток записываемых данных не должен прерываться. Поэтому встроенная сервоинформация, снижающая потребность в термокалибровке, полезна еще и в этом случае.

Пятый способ — уменьшение толщины носителя. В магнитных лентах для звукозаписи используется относительно толстый слой ферролака (6-16 мкм). В них важно получить высокий уровень считываемого сигнала во всем диапазоне звуковых частот. Верхние частоты записываются в самом верхнем слое (около 1 мкм толщиной), чем ниже частота, тем больше общая глубина записи и магнитный поток при чтении. В цифровой магнитной записи надо записывать короткие импульсы, а большой уровень сигнала на низких частотах не только не нужен, но и нежелателен, т.к. он повышает взаимовлияние участков и при чтении импульсы сдвигаются по времени. Поэтому в цифровой записи используется толщина носителя 1 мкм и даже меньше.

Шестой способ — приближение головок к носителю. Первоначально на магнитных барабанах головки располагались на расстоянии около 0.05-0.1 мм от поверхности носителя, что резко снижало плотность записи, т.к. частотная характеристика резко ухудшается при удалении головки от носителя (поэтому, кстати, при аудиозаписи верхние частоты пишутся только в самом верхнем слое носителя). При вращении диска или барабана возникает движение воздуха, увлекаемого им, и, придав головкам соответствующую форму, можно добиться, чтобы это движение создавало отталкивающую силу тем большую, чем ближе головки к носителю. Головки прижимаются к носителю пружинкой, а воздух отталкивает их при чрезмерном приближении к носителю, тем самым они скользят над поверхностью на малом расстоянии. Первоначально около 6 микрон, когда в 1962 году эта система была введена, в наше время гораздо ближе к носителю (сотые доли микрона при легких и миниатюрных тонкопленочных головках).

Седьмой способ — использование тонкопленочных магнитных головок. Такие головки изготовляются путем напыления слоев различных материалов (толщиной в микроны или доли микрона) на подложку. Головка получается весьма миниатюрная (что позволяет уменьшить расстояние между дисками) и с лучшими параметрами, чем изготовленная по обычной технологии.

Восьмой способ — использование магнеторезистивных головок чтения. Они основаны на гигантском магниторезистивном эффекте (GMR) https://ru.wikipedia.org/wiki/Гигантское_магнетосопротивление . Это квантовомеханический эффект (открыт в 1998 году), возникающий в тончайших (1 нанометр, т.е. миллионная доля миллиметра, и тоньше) чередующихся слоях из магнитного материала и немагнитного проводника. Такая структура очень сильно (гораздо сильнее, чем обычные магниторезисторы) меняет свое сопротивление под воздействием магнитного поля, почему эффект и назван гигантским. За его открытие в 2007 году дали Нобелевскую премию по физике. Магниторезистор в головке чтения фактически является усилителем, на нем получается сигнал гораздо больше, чем на обычной магнитной головке. Обычая магнитная головка преобразует в сигнал энергию, генерируемую магнитным полем (фактически это механическая энергия движения магнитного носителя, принцип тот же, что в электрогенераторах, т. е. создается тормозящая вращение диска сила, правда, в данном случае очень небольшая, много меньше силы трения). В магниторезистивной головке магнитное поле только управляет сопротивлением, а выходной сигнал создается за счет энергии от источника питания. Это, за счет роста чувствительности, позволяет сделать дорожки более узкими.

Девятый способ — перпендикулярная запись. Обычная продольная запись информации приводит к тому, что участки разного направления намагниченности представляют собой магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами. Это вызывает их взаимное размагничивание и снижает плотность записи. Если же намагничивать участки перпендикулярно плоскости носителя, у получающихся магнитов рядом находятся разноименные полюса, что способствует усилению их магнитного поля.
Для такой записи требуется специальный носитель — у него под слоем магнитно-жесткого материала, в котором и делается запись, находится слой магнитно-мягкий, служащий для замыкания магнитного поля, и специальная головка записи, у которой разные полюса — рабочий узкий, а второй, для замыкания магнитного поля, во много раз шире (в зазоре у широкого полюса создается слабое магнитное поле, которое не может ничего перемагнитить и поэтому безопасно для участков записи, над которыми находится).
Устройство головки для перпендикулярной записи и ее отличие от обычной головки ясно из рисунка. Там же видно расположение GMR-сенсора, осуществляющего чтение. Рисунок условный — в действительности вся конструкция (включая обмотку) единая, созданная по тонкопленочной технологии.

См. также http://www.oszone.net/3482_2/ и (английский язык) https://en.wikipedia.org/wiki/Perpendicular_recording

Десятый способ — разбивка диска на зоны. Ограничивающим фактором является продольная плотность записи в битах на миллиметр, поэтому, если на всем диске писать с одинаковой скоростью (в мегабитах в секунду), только на самой внутренней дорожке можно использовать полную плотность записи. При этом оптимальный радиус внутренней дорожки равен половине радиуса внешней дорожки (если сделать меньше, будут потери от снижения плотности записи, если больше — потери от снижения числа дорожек). Поэтому диск разбивают на несколько зон, в каждой из них своя скорость записи (чем дальше от центра диска, тем больше), так, чтобы в каждой зоне плотность записи была близка к максимальной. Это дает выигрыш в емкости диска около полутора раз.

Все это, в совокупности с общим прогрессом в технологиях, и привело к тому, что за 60 лет вес диска уменьшился более чем в 1000 раз (было почти тонна, стало меньше килограмма), цена также более чем в 1000 раз в сопоставимых ценах (было более 250 тыс долл в нынешних ценах, теперь примерно за 250 долл можно купить диск на 8 терабайт), при росте емкости в 2-3 миллиона раз (реально продаются диски на 10 терабайт, обещают 16 терабайт).

Методы повышения надежности магнитных носителей.

Сбой при чтении с магнитного носителя — явление рядовое. К счастью, в подавляющем большинстве случаев удается исправить ситуацию.
Этой проблеме приходится уделять много внимания.

Выявление сбоя при чтении обеспечивается наличием контрольной информации. Раньше широко применялся контроль по четности, а в наше время исключительно циклические контрольные коды.

Если произошел сбой при чтении, почти всегда удается исправить ситуацию повторным чтением. При этом может удалиться прилипшая к магнитной ленте соринка, давшая сбой. Но в основном успешность повторного чтения определяется более удачным сочетанием случайных факторов (соотношение по времени между считанными импульсами и тактовыми импульсами, шумы, расстояние между головкой и поверхностью, которое не строго постоянно и т.д.) Обычно пытаются читать десятки раз (и не так уж редко с десятого или сорокового раза читается успешно), и только если не удалось прочесть за много попыток, данные считаются нечитаемыми.

Еще один метод, широко используемый — коды с исправлением ошибок.
Для упомянутой выше 9-дорожечной ленты IBM применялся следующий метод. В ней имеется девятый бит (контроль по нечетности) для каждого записываемого байта (одновременно записываются на 9 дорожек 8 информационных бит и 1 контрольный), а после окончания блока данных на каждой дорожке пишется код продольного контроля.
Если по битам контроля по нечетности и кодам продольного контроля обнаруживается ошибка, и при этом код продольного контроля показывает ошибку только на одной дорожке, данные для этой дорожки восстанавливаются из информации по остальным восьми дорожкам — они должны быть такими, чтобы число единиц во всех 9 дорожках было нечетным.

В наше время на магнитных дисках используются коды с исправлением ошибок Рида-Соломона https://ru.wikipedia.org/wiki/Код_Рида_—_Соломона Эти коды позволяют исправлять целые группы ошибок.

Также широко используется обход дефектных участков носителя. На лентах это реализуется увеличением промежутка между блоками, если блок попал на дефектный участок. На дисках создаются резервные сектора, которыми подменяются неисправные.

RAID-массив (аббревиатура RAID — Redundant Array of Independent Disks, избыточный массив из независимых дисков). Используется несколько дисков, при этом обеспечивается защита от пропадания информации. Варианты могут быть разные — от дублирования (пишем на два диска, читаем с одного, если не читается — читаем со второго) до распределения информации и контрольных данных по нескольким дискам так, чтобы при отказе одного диска всю информацию можно было восстановить с использованием того, что на остальных дисках (RAID 3 и 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском четности).
https://ru.wikipedia.org/wiki/RAID

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology, технология самоконтроля, анализа и отчетов) — эта технология, реализуемая находящимся в жестком диске контроллером, анализируя такие факторы, как количество дефектных секторов и частота образования новых дефектных секторов, частота ошибок чтения (вызвавших повторное чтение), а также общее время работы, число перемещений головок и т.д., позволяет оценить степень износа диска и заранее предупредить о его возможном отказа, что позволяет вовремя заменить диск и избежать потери данных.

Современный магнитный диск включает в себя компьютер довольно большой производительности, с большим объемом памяти (до 256 мегабайт дисковый кэш, чтобы можно было принять данные для записи сразу, а записать когда головки будут в нужном месте, а при чтении реализовать, например, чтение впрок, прочитав и находящиеся непосредственно за запрашиваемым сектором данные, а потом, когда к ним обратятся, выдать их сразу), с быстрым микроконтроллером и спецвычислителем цифровой обработки данных. Микроконтроллер реализует многие функции диска, столь сложные, что их можно реализовать только программно.

Структура данных на диске.

На каждой дорожке имеется заголовок дорожки, содержащий информацию о дорожке. Остальная часть дорожки разбита на сектора. Ранее были популярны сектора переменной длины, в настоящее время они фиксированной длины, сформированы на заводе при разметке диска. Логический сектор — 512 байт (каждый из секторов можно писать и читать по отдельности), физический — обычно 4096 байт (т.е. чтобы записать один логический сектор, диск читает все 4096 байт, подменяет в них нужные 512 байт записываемыми и опять пишет весь физический сектор). Каждый сектор состоит из заголовка сектора и собственно данных. В заголовке сектора хранится номер дорожки (это нужно, чтобы убедиться, что головка позиционировалась на нужную дорожку), номер сектора, другие служебные данные. Если сектор дефектный — в заголовке хранится номер замещающего сектора и контроллер диска, прочтя эту информацию, обращается к замещающему сектору. Чтобы избежать проблем в случае дефекта поверхности там, где расположен заголовок сектора, при дефектном секторе на его информационную часть (все равно неиспользуемую) записывают столько копий заголовка сектора, сколько поместится. Если хотя бы одна из них читается, перенаправление на замещающий сектор пройдет успешно.

1. Магнитные носители информации . Магнитные карты и ПК

Существует большое количество различных видов магнитных носителей: видео- и аудиокассеты, дискеты, проездные билеты на метро, талоны на парковку, морские, авиационные и железнодорожные билеты и другие магнитные карты. Даже самый обыкновенный чек имеет в нижней части поля ряд нанесенных магнитными чернилами цифр, что позволяет производить их машинное считывание.

Некоторые документы (паспорта, сберегательные книжки) также снабжены магнитной лентой, расположенной на их обложке. Отличаясь друг от друга внешне, все магнитные носители информации работают по одному и тому же принципу, разработанному еще в 20-х годах XX века.

ОСНОВЫ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

Именно между 1920 и 1940 годами преимущественно в Германии были проведены фундаментальные исследования, заложившие основу для создания различных устройств магнитной записи. Даже самые современные профессиональные цифровые системы магнитной записи формата DAT — это потомки первых магнитофонов, сконструированных еще до 1930 года и записывавших звук на стальную проволоку. В антикварных магазинах еще можно найти старые журналы, содержащие публикации на эту тему. Теперь она интересует только коллекционеров.

В качестве основы для работы всех магнитозаписывающих аппаратов выступает элементарное физическое явление — остаточный магнетизм, которое заключается в способности того или иного материала приобретать значительную намагниченность при соприкосновении с постоянным магнитом или электромагнитом. Именно этот факт позволял многим поколениям школьников мастерить компасы, для чего нужно было всего-навсего тщательно, потереть швейную иглу о постоянный магнит. Остаточный магнетизм сильно выражен у ряда магнитных материалов, которые трудно получать и в особенности хранить.

Принцип магнитной записи информации на постоянный носитель заключается в создании на магнитной проволоке или ленте участков с различной степенью намагниченности. Для этого участок ленты, на который мы хотим осуществить запись, протягивается с определенной скоростью перед записывающей магнитной головкой.

Магнитная головка по конструкции напоминает специальный электромагнит, с которым контактирует движущийся магнитный носитель (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Конструкция и принцип действия магнитной головки

Сердечник магнитной головки обычно выполняется из наборного листового железа или феррита. В отличие от сердечника трансформатора он разомкнут, то есть имеет воздушный зазор. Для повышения прочности сердечника и предотвращения его возможного механического повреждения в зазор помещают вставку из немагнитного материала (бакелита, латуни и т.  п.).

Поскольку величина магнитной проницаемости зазора гораздо ниже, чем сердечника, магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, встречает в зазоре сильное магнитное сопротивление. По этой причине замыкание потока происходит через магнитный слой носителя данных как среды с большой магнитной проницаемостью.

Если носитель выполнен из пластика, бумаги или картона, то магнитный слой наносится в виде специального лака, который содержит мельчайшие частички ферромагнетика. Эти частички подобны пигментам, используемым для изготовления красок. Довольно часто сверху дополнительно наносится прочный защитный слой, препятствующий быстрому стиранию магнитного слоя (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структура магнитного слоя носителя данных

Наиболее широко в качестве магнитного материала используется оксид железа Fe2O3, имеющий гамма-кристаллическую структуру и состоящий из микроскопических частиц. Каждая частица приблизительно в 500 раз тоньше волоса и имеет длину около одного микрона, что делает ее едва различимой даже при наблюдении в самые мощные оптические микроскопы.

Если при изготовлении аудио- и видеокассет в качестве магнитного материала обычно используется оксид хрома, то при выпуске магнитных карт и билетов предпочтение отдается ферритам бария. Этот оксид имеет вид небольших кристаллов с гексагональной структурой. Железо в чистом виде, применяемое при записи на проволоку в специальных случаях, а также иногда для качественной записи звуковой информации, по нашим сведениям, при изготовлении карт не используется.

В момент прохождения магнитного носителя перед записывающей головкой частицы ферромагнетика, находящиеся перед зазором, попадают в магнитное поле. Его напряженность пропорциональна силе тока, проходящего по обмотке возбуждения. Здесь необходимо упомянуть о том, что каждый кристалл магнитного материала состоит из одного или нескольких доменов, представляющих собой элементарные постоянные магниты.

Задать определенную пространственную ориентацию кристаллам можно только в процессе нанесения магнитного слоя и до затвердевания связующего вещества. Предварительное ориентирование на этом этапе улучшает магнитные свойства дорожки. Однако внутри каждого кристалла ориентация доменов, происходящая на молекулярном уровне, может быть изменена. Это делается путем приложения к кристаллу внешнего магнитного поля.

На рис. 1.3 показано, как вектора магнитных моментов доменов постепенно поворачиваются до совпадения их направления с направлением приложенного внешнего магнитного поля. Причем процесс ориентации ускоряется при увеличении напряженности внешнего поля Н.

Процесс ориентации происходит тем быстрее, чем выше магнитная проницаемость материала. Факт совпадения направления векторов магнитных моментов доменов с направлением внешнего поля выражается появлением магнитной индукции в самом материале.

Петлей гистерезиса называется кривая значений индукции В как функции напряженности магнитного поля Н. Форма этой кривой отражает тот факт, что нарастание индукции В происходит с запаздыванием по отношению к увеличению напряженности Н. Причина такого отставания — в наличии энергетических барьеров, которые необходимо преодолевать в процессе намагничивания или размагничивания материала.

Рис. 1.3. Ориентирование доменов по направлению магнитного поля

Кривая, обозначенная на рис. 1.4 пунктиром, называется кривой первоначального намагничивания. Она соответствует процессу намагничивания с начальными условиями В = 0, Н = 0. При таких начальных условиях магнитные моменты доменов ориентированы случайным образом, уравновешивая друг друга, и полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю.

Рис. 1.4. Пример типичной петли гистерезиса

При проведении магнитной записи особенно важно то, что индукция В не уменьшается до нуля при снижении величины напряженности внешнего поля Н. В данном случае величина Н уменьшается при удалении магнитного носителя от зазора головки. Получаемая намагниченность, или остаточный магнетизм, выражаются величиной BR, называемой остаточной индукцией. Наличие остаточной индукции свидетельствует о превращении участка магнитного слоя в подобие постоянного магнита.

При считывании записанной таким образом информации носитель, перемещаясь около магнитной головки, создаст в ее сердечнике магнитный поток. Этот поток вызовет появление на выводах обмотки магнитной головки напряжения, пропорционального интенсивности потока.

Из вышеизложенного принципа магнитной записи следует два важных вывода. Во-первых, амплитуда возникающего на клеммах обмотки напряжения (милливольты) растет вместе с увеличением скорости прохождения носителем головки. Во-вторых, напряжение на клеммах появляется только в случае изменения наводимого в сердечнике магнитного потока. Если носитель намагничен сильно, но равномерно по всей длине, то при его движении с постоянной скоростью напряжения на клеммах не будет.

Исключение из этого правила составляет группа специальных считывающих головок, называемых магниторезистивными. Они не используются для записи. Сердечники таких головок изготавливаются из материала, меняющего свое магнитное сопротивление в зависимости от интенсивности пересекающего их магнитного потока. Несмотря на свои достоинства, этот материал не получил широкого распространения.

ОБРАБОТКА ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Описанный выше принцип магнитной записи применяется также и для записи непрерывно изменяющихся во времени сигналов (аналоговых), например звуковых.

Непрерывное изменение тока, проходящего по обмотке возбуждения магнитной головки, приводит к изменению выходящего из зазора магнитного потока. Пульсация магнитного потока отражается, в свою очередь, на ориентации доменов, перемещающихся вместе с носителем перед зазором головки.

При считывании магнитный поток в сердечнике будет меняться в зависимости от ориентации доменов, непрерывно проходящих перед головкой. Возникающего при этом слабого переменного напряжения вполне достаточно, чтобы восстановить записанный ранее сигнал. Для этого сигнал, получаемый с обмотки считывающей головки, необходимо усилить и подкорректировать с учетом скорости перемещения носителя.

При работе же с цифровыми сигналами имеют место определенные сложности.

Так, если запись цифровых данных (последовательностей нулей и единиц) не создает никаких проблем, то их считывание вызывает некоторые трудности. Как различить несколько последовательных нулей или единиц, если переход между двумя аналогичными состояниями намагниченности вызывает лишь короткую смену амплитуды напряжения на выводах обмотки считывающей головки?

Это пример классической задачи на использование цифровых данных в средствах связи или записывающих устройствах.

Для решения этой проблемы используется частотная модуляция. Она реализуется при передаче информации с помощью модемов, MFM-кодирование применяется для записи на дискеты и т.  д.

ЗАПИСЬ ДВОИЧНЫХ ДАННЫХ

Самый простой способ записать информацию по принципу «есть или нет» на магнитный носитель заключается в подведении к записывающей головке переменного тока определенной величины. Тогда каждое изменение направления тока приводит к изменению направления магнитного потока в зазоре.

Таким образом, векторы магнитных моментов доменов соседних участков разворачиваются в диаметрально противоположных направлениях. Обеспечивает такой разворот ток намагничивания соответствующей величины.

Если кристаллы намагничиваемого материала уже были ориентированы в указанных направлениях при нанесении покрытия на носитель, то процесс намагничивания упрощается. В этом случае кристаллам необходимо лишь придать сильную продольную намагниченность с различным направлением поля, как это показано на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Запись с изменением направления магнитного потока

При считывании сигнал, снимаемый с выводов обмотки, изменяется. Подобное изменение происходит с прямоугольным электрическим сигналом, прошедшим через дифференцирующую схему (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Считывание и восстановление записанного сигнала

К счастью, простые электронные схемы позволяют по форме этих импульсов восстановить форму сигнала. Но для точного определения количества записанных нулей и единиц необходим синхронизирующий, или тактовый, сигнал.

При отсутствии такого сигнала невозможно точно выяснить, какому количеству единиц соответствует продолжительность импульса напряжения. Ситуация еще более усложняется при использовании ручного считывающего устройства. В этом случае скорость считывания нельзя определить заранее. Если же поменять местами выводы головки или использовать при считывании инвертирующий усилитель, то все нули превратятся в единицы, и наоборот.

Не решит проблему и использование при записи старт-бита и стопбита, как это делается при асинхронном методе передачи данных.

В данной ситуации может помочь метод кодирования F/2F, основанный на удвоении несущей частоты сигнала.

ЧАСТОТНОЕ КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ

Основа данного типа исключительно надежного кодирования заключается в идентичности длительности (другими словами, в одинаковой длине, занимаемой на дорожке) всех битов вне зависимости от их состояния: 1 или 0. Однако полезная информация заключена не в собственно полярности намагничивания, а только в частоте изменений направления магнитного потока или переходов. На рис. 1.7 показано, что каждый записанный бит независимо от предшествующего и следующего за ним битов всегда находится в «окружении» двух изменений направления магнитного потока, что позволяет декодеру уверенно выделить его.

Рис. 1.7. Кодирование по принципу удвоения частоты

В том случае, если каждая запись начинается, по крайней мере, с десятка последовательных 0 (или, по договоренности, 1), то соответствующему декодеру удается без труда синхронизировать свой внутренний тактовый генератор с тактовой последовательностью поступающих битов. Затем он может поддерживать такую синхронизацию бит за битом, даже если скорость прохождения магнитного носителя перед записывающей головкой сильно изменяется. В этом состоит одно из главных преимуществ данного типа кодирования, особенно удобного в случае прокручивания вручную.

ВЫСОКАЯ И НИЗКАЯ КОЭРЦИТИВНОСТЬ

Важная характеристика любого магнитного материала — его коэрцитивная сила Нс, которую также иногда называют напряженностью размагничивания. Речь здесь просто идет о его сопротивлении к размагничиванию, или, иными словами, о величине магнитного поля Н, необходимого для того, чтобы после полного намагничивания, свести индукцию В к нулю. Графически коэрцитивная сила Нс соответствует пересечению петли гистерезиса с осью абсцисс. Таким образом, в соответствии с рис. 1.8, можно выделить два значения упомянутого коэрцитивного поля, равных по абсолютному значению, но имеющих разные знаки.

Рис. 1.8. Определение коэрцитивной силы магнитного материала

В частном случае магнитных карт или билетов величина напряженности Нс, соответствующая используемому в них материалу, напрямую обуславливает их устойчивость к случайному стиранию, которое могут вызвать предметы, намагниченные в той или иной степени. Такое стирание, по некоторым источникам информации, зафиксировано во многих случаях замены неисправных банковских карт! Тем не менее существует и негативная сторона — имеется в виду сложность изготовления таких плёнок с высокой коэрцитивной силой и записи на них информации. В то же время считывание информации с них практически не вызывает никаких проблем. Хотя единицей СИ магнитного поля является ампер на метр (А/м), но напряженность магнитного поля материала практически всегда выражается в эрстедах (Э). Этой старой единице, официально не используемой, отдают предпочтение многие физики, которые находят, что ею проще манипулировать. Соотношение между двумя системами:

1 Э = 79,618 А/м или 1 А/м = 0,01256 Э.

Учитывая все вышесказанное, приведем несколько примеров, иллюстрирующих величину коэрцитивной силы различных материалов. У наиболее распространенных магнитных покрытий на базе окислов железа эта величина составляет около 300 Э. Что касается магнитомягких материалов (LoCo), в частности, ферритов, из которых изготавливают сердечники записывающих головок, то у них величина Нс колеблется в диапазоне между 0,004 и 12 Э. Они легко размагничиваются, причем чаще всего самопроизвольно от простого контакта с записанной дорожкой. Магнитотвердые материалы (HiCo), применяемые особенно для изготовления постоянных магнитов, могут иметь напряженность Нс в пределах от 125 до 40000 Э.

Тем не менее в домашних условиях редко встречаются магниты, напряженность которых превышает 2500 Э. При этом максимальное теоретическое значение напряженности магнитного поля магнитов, изготовленных из феррита бария, высококачественного и тем не менее широко применяемого материала, равно 4650 Э.

Величина Нсу магнитных покрытий типа HiCo, выпускаемых некоторыми изготовителями, может достигать 4000 Э, однако наиболее широко принятое значение составляет 2750 Э.

На основании выше изложенного приходим к следующим выводам:

• даже широкоприменяемые материалы магнитных дорожек относятся к категории магнитотвердых материалов (HiCo), то есть к категории постоянных магнитов;

• дорожку с невысокой напряженностью Нс(из магнитомягкого материала LoCo) легко стереть при помощи простого контакта с любым намагниченным предметом, например с намагниченной кнопкой или мебельным магнитом и даже с записанной дорожкой HiCo;

• дорожка HiCo не боится близко расположенных к ней слабых обычных магнитов, однако, может быть стерта сильными магнитами, которые можно встретить, скажем, в некоторых электрических двигателях или в громкоговорителях.

Эмпирически дорожку HiCo не трудно распознать по ее насыщенному темному цвету, тогда как дорожки из магнитомягкого материала (LoCo) имеют легкий оттенок ржавчины, что совершенно естественно для окислов железа.

Следует обратить внимание, что встречаются плёнки с покрытием из окислов хрома очень темного цвета, но и аудио- и видеокассеты, использующие этот материал, не принадлежат к типу HiCo. Что касается дорожек, окрашенных с помощью пигментов или покрытых декоративным слоем, то оценить их тип (коэрцитивную силу Нс) можно только с помощью стирания или записи. Как правило, все манипуляции, описанные в данной книге, проще выполнять с картами типа LoCo, хотя разработанные нами схемы вполне в состоянии работать с дорожками, коэрцитивная сила которых достигает 2750 Э.

ГОЛОВКИ СЧИТЫВАНИЯ И ЗАПИСИ

Двумя чрезвычайно важными характеристиками любой магнитной головки считаются ширина и высота воздушного зазора. При этом ширина фиксирует длину дорожки, которая может быть намагничена за данный период времени, а следовательно, при определенной скорости прохождения она определяет возможную плотность записи.

Хорошо известно из техники аудиозаписи, насколько узок должен быть воздушный зазор головки (рис. 1.9), чтобы обеспечить необходимую для нормального качества воспроизведения ширину полосы пропускания, и насколько низкой должна быть скорость движения ленты для обеспечения стандартной длительности записи.

Рис 1.9. Вид воздушного зазора магнитной головки через микроскоп (увеличено в 50 раз)

В табл. 1.1 приведены характеристики воздушного зазора, принятые для наиболее широко распространенных приложений.

Таблица 1.1. Характеристики ширины воздушного зазора головок для различных приложений

Однако приведенные выше цифры не должны рассматриваться как обязательные величины. Так, для схем, описанных в данной книге, нам удалось получить хорошие результаты записи с помощью магнитных головок, воздушный зазор которых достигал 120 мкм (то есть 0,12 мм), а для считывания использовались обыкновенные головки от кассетного магнитофона. Что касается высоты воздушного зазора, то она находится в прямой зависимости от ширины записываемой или считываемой дорожки.

Несмотря на то что логично задавать высоту воздушною зазора записывающей (или универсальной записывающей/считывающей) головки практически равной ширине дорожке, обычно используют считывающие головки с зазором существенно меньшей высоты и выровненным приблизительно по центру дорожки. И хотя в таком случае имеет место некоторое уменьшение амплитуды восстанавливаемого сигнала, зато значительно расширяется допуск на позиционирование и практически исчезает риск, связанный с перескакиванием на соседние дорожки. Не говоря уже о стандартах, можем констатировать, что ширина большинства дорожек магнитных билетов и карт близка к 2,8 мм, хотя можно часто встретить и более широкие дорожки (например, у билетов в метро).

Рекомендуемая высота воздушного зазора для считывающей головки составляет 1–2 мм, что сопоставимо с величиной в 1,4 мм монофонических головок кассетных магнитофонов (использующих полосу шириной 3,8 мм). Поэтому их можно прекрасно использовать, для создания экспериментальных считывающих устройств магнитных карт, естественно, при условии, что с них снят направляющий ограничитель. Что касается монофонических головок двухдорожечных катушечных магнитофонов (лента 6,3 мм), то у них воздушный зазор составляет 2,3 мм, что немного превышает ширину дорожки распространенных магнитных карт. Если производить предварительное стирание карт с помощью постоянного магнита, то такие головки можно вполне использовать для записи. Следует воздерживаться от применения стереофонических головок, расположение и высота двух воздушных зазоров которых сильно отличаются от аналогичных параметров головок двухдорожечных считывающих устройств для карт.

Стирающие головки также пригодны, но только для стирания информации карт, поскольку их воздушный зазор значительно шире требуемого, иногда даже вдвое.

Активное сопротивление головок зависит от числа витков обмотки, которое должно быть достаточным, чтобы обеспечить качественное преобразование электрических сигналов в магнитный поток и наоборот. Приемлемой может считаться величина от 200 до 500 Ом, хотя нам удалось получить также неплохие результаты с помощью несколько необычной головки с сопротивлением 2700 Ом.

С точки зрения намагничивания наиболее требовательными необходимо быть к головкам, предназначенным для записи. Для качественной двоичной записи, ведущейся до насыщения, нужно, чтобы в головке циркулировали токи, значительно превосходящие токи, которые используются в аудиозаписи.

В случае записи HiCo нередко приходится превышать значение тока в 50 мА (в случае LoCo обычно достаточно 1–2 мА), в то время как ток записи, используемый в аудиомагнитофонах, часто составляет порядка нескольких десятков мкА. Естественно, необходимо, чтобы головка была в состоянии выдерживать такую перегрузку без вхождения ее сердечника в состояние насыщения.

Понятие насыщения иллюстрируется на рис. 1.10. Индукция насыщения Bs достигается, когда поле в материале больше не в состоянии увеличиваться, даже если значение напряженности поля Н продолжает возрастать. Поскольку Н пропорциональна току, протекающему в обмотке возбуждения, а также числу ее витков (закон «амперов-витков»), становится ясно, что любое насыщение будет подавлять эффект увеличения тока.

Рис. 1.10. Определение насыщения магнитного материала

Обычно головки, имеющие слоистую структуру (выполняемые из пластин), насыщаются не слишком резко, однако отмечены значительные расхождения от одного сплава к другому. Личный опыт авторов подсказывает, что часто наиболее устойчивыми к насыщению оказываются самые старые головки. Головки с ферритовыми сердечниками насыщаются достаточно быстро, вследствие этого они не могут вести запись на дорожках HiCo. Тем не менее такие головки могут дать весьма неплохие результаты в записи, а также в считывании дорожек LoCo. Хотя эти головки сильно изнашивают магнитные носители, но обладают большой механической твердостью и потому имеют исключительно большой срок службы.

ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ

Наряду со стандартными магнитными картами, к разряду которых принадлежат практически все карты для ведения оплаты или кредитные карты, существует большое число «информационных носителей», в той или иной степени выходящих за традиционные нормы, но также широко распространенных. Наиболее известным примером тому может послужить билет на парижское метро и его более сложные производные, как, например, carte orange (проездной на месяц).

Магнитная дорожка шириной 5 мм достаточно грубо наносится непосредственно на бумагу. Это исключительно экономный, но в то же время эффективный способ, учитывая очень низкие требования к плотности записи. Встречаются также и другие варианты карт различных размеров, например пропуска для парковки или разнообразные билеты на посещение аттракционов.

В большинстве случаев дорожка расположена по продольной оси билета, что позволяет считывать его в обоих направлениях без большого увеличения числа необходимых головок. Когда речь заходит о более серьезных приложениях, то в таких случаях целесообразно применение карт с магнитными дорожками, нанесенными на пластиковую или картонную основу. При этом получается более качественная поверхность дорожки, позволяющая увеличить плотность записи и надежность. Часто встречаются карты с магнитными зонами, ширина которых соответствует стандартному размеру видеопленок, начиная с 12,7 мм, а также пленок других стандартных информационных носителей. Указанная ширина магнитной полоски может вместить три дорожки данных с достаточными защитными промежутками между ними.

Чтобы разместить четыре дорожки, проходящие через всю длину (20,3 см) билетов на поезд, самолет или паром, требуется уже ширина полоски несколько более 15 мм. Информационный объем при этом достигает более 500 знаков (почти треть обычной печатной страницы).

Также интересные результаты можно получить, если покрыть магнитным материалом всю поверхность носителя из тонкого пластика (0,2 мм) размером с телекарту (карты FULL фирмы Pyral). Такой тип продукта, занимающий промежуточное положение между традиционной магнитной картой с памятью и простым билетом, недорог и на сегодняшний день еще недостаточно широко распространен, хотя, возможно, у него большое будущее.

Наконец, магнитные технологии позволяют изготовить носители с дорожками, расположенными достаточно необычным образом, что позволяет бороться с некоторыми типами подделок, использующими стандартные устройства считывания/декодирования.

Расположение дорожек, показанное на рис. 1.11, является распространенным примером телефонных карте предварительной оплатой, выпускаемых некоторыми фирмами, которые и на сегодняшний день, во времена чипкарт, отдают предпочтение системам на базе магнитных принципов.

Рис. 1.11. Пример нестандартной магнитной карты

Несмотря на то что схемы и программы, которые будут представлены в следующих главах, могут быть без труда адаптированы к любому варианту расположения дорожек и к любому кодированию, наши читатели получат возможность их опробовать на картах, соответствующих стандартам ISO 7810–7813.

Магнитные носители записи — Энциклопедия по машиностроению XXL

МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАПИСИ  [c.255]

Свойства магнитных носителей записи Магнитные носители записи характеризуют тремя группами параметров физико-механиче скими, магнитными, рабочими.  [c.255]

Из сплавов Ni—Р, Со—Р, Со—Ni—P можно получать магнитные носители записи. Обеспечение необходимых магнитных свойств (Я = 1,5- 2,5 Э) достигается введением в раствор тиомочевины 0,16—0,50 г/л, а процесс осаждения ведут в магнитном поле (Я > 2,5 Э). При пропускании через раствор кислорода содержание Со в сплаве уменьшается, а при введении тиомочевины — увеличивается.  [c.133]


Анализатор хода пресс-поршня состоит из датчика скорости (а также пути и ускорения) и индикатора (рис. 99). Датчик скорости устанавливают непосредственно на одной из колонн машины. Принцип действия датчика заключается в перемеш е-НИИ машиной магнитного носителя записи со скоростью, равной скорости пресс-поршня перед магнитной головкой.  [c.173]

Внешние запоминающие устройства. Они позволяют увеличить емкость памяти ЭВМ до десятков и сотен гигабайтов, что необходимо для САПР, оперирующих с большими объемами справочной и проектной информации. В иерархической структуре памяти ЭВМ в качестве ЗУ большой емкости применяются устройства с записью информации на подвижный магнитный носитель (НМЛ, НМД, НМБ). Эти ЗУ внешние по отношению к ОЗУ и поэтому называются внешними (ВЗУ).  [c.37]

Основные конструктивные особенности накопителей типа Винчестер следующие герметизация магнитного носителя использование магнитной ориентации частиц оксида па покрытии диска. За счет герметизации магнитного носителя, достигаемой использованием единого блока головка — носитель, уменьшен зазор между диском и магнитной головкой по сравнению с другими накопителями и соответственно повышена плотность записи. Частицы пыли диаметром 0,3 мкм и более отфильтровываются во избежание повреждения магнитного слоя носителя. За счет магнитной ориентации частиц оксида удалось уменьшить ширину магнитной дорожки. Однако при этом требуется повышенная точность механизма позиционирования головки. В накопителях типа Винчестер часто используется электронная система позиционирования.  [c.42]

К основным достоинствам блокирования логических записей относят ускорение операций ввода — вывода и экономию места на внешнем носителе. Последнее вызвано тем, что на современных магнитных носителях информации отдельные физические записи обязательно должны разделяться межблочными промежутками определенного размера. Чем меньше физические блоки, тем чаще встречаются межблочные промежутки и тем больше места на магнитном носителе используется нерационально.  [c.118]

Применение ЭВМ для создания информационного обеспечения системы предполагает прежде всего разработку способов кодирования информации с целью удобства ее записи на магнитные носители и последую-236  [c. 236]

Исходная информация об измеряемых виброакустических параметрах динамических звеньев объекта контроля может обрабатываться в диагностических целях как непосредственно в ходе функционирования объекта (в реальном масштабе времени), так и постфактум — по результатам проведенного эксперимента. Во втором (часто и в первом) случае неизбежной оказывается регистрация измеряемых электрических эквивалентов виброакустических параметров на магнитных носителях с последующим многократным воспроизведением записей, обработкой и анализом их на специализированной аппаратуре для статистических исследований и ЭВМ. При этом к магнитным регистраторам предъявляют повышенные требования к точности и синхронности записи — воспроизведения многих параметров, идентичности соответствующих каналов по АЧХ и ФЧХ, возможности одновременной регистрации как низких (включая постоянную составляющую), так и высоких частот, управляемому изменению скоростей протяжки ленты. Этим условиям удовлетворяют специальные прецизионные многоканальные магнитные регистраторы с частотной модуляцией записываемых сигналов в диапазоне частот О—20 кГц и выше.[c.397]


Как известно, магнитная запись информации, представленной последовательностью электрических сигналов, основана на изменении намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя (магнитной ленты, диска и др.). Запись и воспроизведение осуществляются с помощью магнитной головки. При записи электрические сигналы возбуждают в головке магнитное поле, воздействующее на носитель и создающее статическое пространственное распределение намагниченности в носителе, кодирующее информацию. След, оставляемый записывающим элементом в носителе, называется дорожкой записи. При воспроизведении магнитный носитель движется относительно головки воспроизведения и часть его остаточного магнитного потока проходит через  [c.561]

Плотность записи. При продольной записи векторы намагниченности лежат в плоскости магнитного носителя и по обе стороны магнитного перехода магнитного потока направлены навстречу друг другу. Минимальная длина однородно намагниченных участков / (размер бита записанной информации) определяет линейную продольную плотность записи Р= 1/1. Магнитостатическая энергия взаимодействия двух соседних встречно намагниченных участков длиной / равна приблизительно  [c.567]

Магнитные носители данных позволяют накапливать большой объем информации и обладают рядом преимуществ по сравнению с перфоносителями возможностью многократного использования, высокой скоростью записи и считывания, компактностью. Запись на данные носители осуществляется путем изменения намагниченности ферромагнитного материала.  [c.307]

После заполнения таблицы ее содержание кодируется и записывается на каких-либо носителях записи (например, перфолентах, перфокартах или магнитных носителях) и вводится в ЭЦВМ.  [c.71]

Магнитный носитель, скользя по поверхности полюсов головки, проходит через поле рассеяния, в результате чего зерна ферромагнитного материала намагничиваются. Для записи высоких частот область, занимаемая полем рассеяния, должна быть очень узкой. Полезной компонентой поля рассеяния является Нх — напряженность поля, параллельная движению ленты. В идеале все зерна ферромагнитного порошка должны быть ориентированы своей длиной в направлении движения ленты. Направление длины игольчатого зерна — это направление наиболее легкого намагничения, в котором и действует компонента  [c.257]

На более высоких частотах крутизна подъема характеристики уменьшается, а затем начинается спад. Вид АЧХ в области верхних частот в значительной мере зависит от размеров и магнитных свойств головок и лент, а также от расположения носителя записи относительно головок. Иначе говоря, вид АЧХ в области верхних частот определяется геометрией магнитных полей головок и носителя записи.  [c.248]

Наибольшее распространение получили кольцевые головки (рис. 9.33). Сердечник 1 состоит из двух половинок, на которых размещена обмотка 2. С сердечником в области рабочего зазора 3 соприкасается ферромагнитный слой носителя записи 4. У записывающих головок имеется дополнительный зазор 5. Рабочий зазор служит для создания ограниченного по протяженности магнитного поля при записи и обеспечения сцепления магнитного поля фонограммы с сердечником при воспроизведении. Ширина рабочего зазора головок записи и воспроизведения — от долей до нескольких единиц микрометра. Дополнительный зазор служит для увеличения магнитного сопротивления сердечника с целью предотвращения его намагничивания броском тока в моменты коммутации электрического канала или головки. Ширина дополнительного зазора — 30. .. 40 мкм. Ширина рабочего зазора стирающих головок — 70. .. 200 мкм.  [c.252]

Классификация. В аппаратах магнитной записи используют носители записи в форме ленты, диска барабана, проволоки. Чаще всего используют ленточные носители записи. Носители записи в форме диска или барабана применяют в запоминающих устройствах. Такая форма обеспечивает малое время поиска нужной информации. Магнитную проволоку используют в малогабаритных магнитофонах и диктофонах.  [c.255]

Достоинства ленточных носителей записи удобство эксплуатации (легкость механического монтажа, удобство намотки и хранения), хорошие параметры качества, возможность независимого установления магнитных и физико-механических свойств, сравнительная дешевизна.  [c.255]

Особым видом носителя записи является капроновая или нейлоновая нить, покрытая ферромагнитным слоем или наполненная магнитным порошком.  [c.255]


Диктофоны имеют простую, достаточно прочную конструкцию, поскольку при перезаписи текста приходится многократно останавливать ленту, возвращать ее назад с помощью так называемого отката, часто включать и выключать аппарат. В диктофонах используют ленту шириной 6,25 и 38,1 мм, магнитную проволоку, магнитные диски и петлевые носители записи.[c.264]

Входная информация в этом случае используется в виде космофотоснимков (КФС), а также магнитных носителей записей сигналов бортовых датчиков космических аппаратов при наблюдении заданных районов земной поверхности в видимом (ТВ), инфракрасном (ИК) и радиолокационном (Р/Л) диапазонах электромагнитного спектра.  [c.184]

Ведомость магнитных носителей записей (МНЗ), содержащая сведения о МН, составе и расположении документов, записанных на МН, применяют при передаче и хранении ДМ. Ее не включают в состав комплекта гЬкументов.  [c.289]

Магнитные носители записи характеризуются также некоторой нестабильностью толщины рабочего слоя (разнотолщинностью d x),d t)), шероховатостью поверхности (dm(х), dm(t)), непостоянством остаточной магнитной индукции В х), Br t)) и коэрцитивной силы (Н х), (t)). Кроме того, флуктуации параметров ТМЗВ могут быть вызваны случайным попаданием в рабочий слой носителей записи частиц ныли. Величины перечисленных нестабильностей невелики, порядка единиц процентов (и даже менее процента) от их среднего значения.  [c.40]

Установки типа Лайнолог состоят из трех основных блоков, соединенных между собой универсальными замками. Первый блок является приводным. Он содержит источник питания для всех электронных устройств и снабжен ершевидными резиновыми манжетами для центрирования и образования уплотнения у стенки трубы, необходимого для перемещения установки потоками нефти или газа. Второй блок — измерительный, состоит из электромагнита и преобразователей. В третьем блоке размещены все электронные измерительные и регистрирующие узлы установки. Сигналы преобразователей после усиления записываются на магнитной ленте. Число каналов записи зависит от типоразмеров контролируемых труб и при больших диаметрах достигает 32. На магнитный носитель записываются также пройденный путь, угловая ориентация установки, время работы устройства для маркировки и другие вспомогательные данные.[c.337]

Юбки поршней F 16 J 1/04-1/06 Юнгстрема турбины F 01 D 1/24-1/28 Юстировка электрической аппаратуры Н 05 К 13/00 магнитных головок относительно носителей записи G 11 В 5/56 оптических элементов G 02 В 7/00, 27/62)  [c.223]

Рис. 2. Кривац вамагвичивания (а) и элементы магнитной памяти аа ферритовом кольце (б), движущемся магнитном носителе (в), цилиндрическом магнитном домене (г) 1 — подложка 2 — магнитный носитель 3 — головка ааписи/чтения информации 4 — система проводников ГЗ и ГЧ — головки записи и считывания.
По конструктивному признаку все способы регистрации делят на контактные, квазиконтактные и бесконтактные. К контактным принадлежат такие способы регистрации (механический, химический и др.), при которых вещество или энергия от органа записи к носителю могут быть переданы только через надежный контакт между ними. При квазпконтактных способах (электростатическом, магнитном и др ) этот контакт не обязателен, но расстояние между органом и носителем записи даажно быть того же порядка, что и размер рабочей части органа записи. При бесконтактных способах (световых, электронно-лучевых и некоторых магнитных) энергия, необходимая для регистрации, передается на расстояния, значительно превышающие размеры рабочей части органа записи.  [c.248]

Эти технические усовершенствования, естественно, были непосредственно связаны с развитием радиотехники и, в частности, техники усиления электрических колебаний, так что в современном ее виде магнитная запись появилась лишь в 30-х годах нашего столетия. С тех пор она получила широкое распространение в самых различных технических областях. Это связано с тем, что в современных аппаратах магнитнои записи удается на весьма небольшой площади материала — носителя записи разместить значительное количество записываемых сигналов. Так, например, распространенными стандартами являются записи на ленту со скоростью 4,7 п 9,5 см/с. При ширине ленты 6 мм на (ней укладываются две дорожки. 180 м ленты обычной толщины умещаются на кассете диамет-  [c.232]

При прохождении носителя через зону поля рассеяния головки с ультразвуковым смещающим полем процесс намагничения схож с безгистерезисным, так как при сбегании элемента носителя с головки амплитуда переменного поля постепенно уменьшается. Однако между процессом идеального безгистерезисного намагничения и намагничения магнитного носителя, проходящего мимо головки, имеется различие, состоящее в том, что вместо постоянного поля здесь действует поле сигнала, также убывающее при выходе носителя из зоны за-лиси. Характеристики такого процесса записи, носящего название квазибезгистерезисного процесса намагничения, схожи с характеристиками идеального безгистерезисного процесса лишь до некоторого максимального значения выше которого д Вост дН начинает спадать.  [c.263]

Когда магнитный носитель с осгаточным намагничением записи находится у полюсов головки воспроизведения, конфигурация магнитного потока, создаваемого элементарными объемами намагниченного носителя, подобна той, которая имела место при записи.[c.264]

Магнитную запись на движущийся ферромагнитный носитель производят с помощью особого электромагнита — магнитной головки — ъ обмотку которого подают ток сигнала. Магнитное поле электромагнита намагничивает носитель записи, в качестве которого чаще всего используют пластмассовую ленту, покрытую порошком окислов ферромГагнитных металлов или (реже) металлическим ферромагнитным слоем. В ряде случаев в качестве носителя записи используют ферромагнитную проволоку, а также диски и цилиндры, покрытые ферромагнитным слоем.  [c.222]


Способу магнитной записи присущ большая зависимость коэффициента передачи сквозного канала записи — воспроизведения от частоты. Частотные искажения возникают как в процессе взаимодействия головки записи с носителем записи, так и в процессе взаимодействия фонограммы с головкой воспроизведения. В области нижних и средних частот ам-плитудно-частотная характеристика имеет вид наклонной прямой. Крутизна наклона составляет 6 дБ на октаву, т. е. каждому удвоению частоты записанного сигнала соответствует увеличение вдвое ЭДС головки воспроизведения (рис. 9.29). Это объясняется тем, что головка воспроизведения реагирует на скорость изменения магнитного потока фонограммы при синусоидальном сигнале ЭДС пропорциональна частоте  [c.247]

На прохождение элемента носителя записи в поле головки записи требуется некоторое время. Это время при высоких частотах становится соизмеримым с периодом записываемых колебаний. Следовательно, за время нахождения элемента записи в поле головки записи напряженность поля может значительно изменяться по величине и даже по знаку. Действие напряженности поля обратного знака приведет к ослаблению намагниченности ленты. Если ца участке спадания поля записывающей головки напряженность магнитного поля несколько раз поменяет свое направление, произойдет почти полное размагничивание элемента носителя записи. В этом—физическая сущность явления самостирания.  [c.248]

Для записывающих головок необходимо, чтобы индукция 1асыщения материала сердечника в несколько раз превышала индукцию насыщения носителя записи. В противном случае магнитная цепь сердечника будет вносить дополнительные нелинейные искажения. Относительная магнитная проницаемость сердечника должна быть не менее ста. Материал сердечника должен иметь небольшую коэрцитивную силу для уменьшения потерь на гистерезис и большое удельное электрическое сопротивление для уменьшения потерь на вихревые токи.  [c.253]

Специальные магнитофоны имеют разнообразную конструкдию в зависимости от области применения. Важнейшим требованием к этим магнитофонам является высокая надежность. Многократное воспроизведение записанной в автоответчиках информации заставляет применять высокостойкие носители записи, например магнитную резину. Для умень-  [c.263]

В магнитной записи звуковых и других сигналов в качестве носителя записи применяют различные твердые магнитные материалы. Одним из методов создания магнитных покрытий для носителя записи является метод гальванического осаждения сплавов, который особенно удобен тем, что магнитное покрытие необходимой толщины может быть нанесено на изделия любой формы, например цилиндры, проволоку, плоскости и т. д. В отдельных случаях магнитное покрытие можно наносить даже на непроводники. Электроосажденные сплавы могут быть использов.- ны также для создания постоянных магнитов небольших толщин заданной конфигурации или на заданной основе.  [c.223]

Одновременно в головку поступает ток вьгсокой частоты (ток намагничивания). Носитель записи 3 (лента или барабан) перемещается с постоянной скоростью над зазором записывающей головки. Основной частью магнитной головки является сердечник (рис. 129, б), состоящий из двух полуколец, набранных из листового пермаллоя (сплав с большой магнитной проницаемостью). В рабочей части головки, обращенной к ленте, между половинками сердечника 5 сохраняется зазор б = 0,01- 0,02 мм. На сердечнике головки расположены две катушки с обмотками 4.  [c.225]

В этих условиях осаждается покрытие, применяемое в качестве магнитного звукоснимателя в случае, когда необходимо высокочастотное стирание информации. Еще большую коэрцитивную силу (до 800 эрст) имеют покрытия из сплава никель — кобальт — фосфор. Это покрытие применяется для записи звуковых и незвуковых сигналов и может не только быть носителем записи, но и используется для создания постоянных магнитов небольшой толщины заданной конфигурации.  [c.70]

Для чтения-записи гибких дисков служат внешние магнитные накопители, называемые дисководами. В настольных моделях персональных компьютеров флоппи-дисководы монтируются в системный блок, в переносных компьютерах они часто подключаются как внешние устройства. Для работы с магнитными носителями применяются специальные устройства и интерфейсы ввода-вывода — магнитные накопители и их контроллеры. Дисковод 3,5 дюйма защелкивается автоматически. На передней панели флоппи-дисковода находится световой индикатор, который активизируется в моменты обращения к дискете. Флоппи-дисководы устроены так, что пользователь имеет возможность на всякий случай запретить запись на гибкий диск. Дискеты 3,5 дюйма снабжены окошком, запись невозможна, если оно открыто.  [c. 39]

Магнитные носители жестких дисков изготовлены не на гибкой, а на твердой основе, вместе с головками чтения-записи вмонтированы непосредственно в дисковод и изолированы от внешней среды. Поэтому жесткие диски называют также несъемными дисками (non-removable drive). Емкость и скорость жестких дисков значительно выше, чем у флоппи-дисков.  [c.40]


Магнитные носители записи – обзор

11.5.2.1 Магнитные носители записи

Биаксиально-ориентированные пленки полиэфирного ПЭТ часто используются в области магнитных носителей записи, таких как аудиокассеты, видеокассеты, компьютерные ленты и дискеты. С тенденцией к уменьшению размера и веса электрического и электронного оборудования и повышению его производительности требования становятся все более строгими.

Например, в области магнитных носителей записи пленка-основа должна быть достаточно тонкой, чтобы обеспечить запись в течение длительного времени и уменьшить размер и вес. В типичном линейном запоминающем устройстве на магнитной ленте, если допустимо несовпадение дорожек в 10 %, желательна поперечная деформация менее примерно 5 мкм [87]. В то же время важно сохранить жесткость пленки за счет улучшения модуля упругости. В некоторых случаях чрезвычайно тонкая базовая пленка, сформированная из обычного ПЭТФ, неудовлетворительна с точки зрения модуля упругости.

Механические и термические свойства пленок ПЭТФ, ПЭН и ПА подробно охарактеризованы [88–90]. ПЭН превосходит ПЭТ по эластичности, но уступает ПЭТ по вязкоупругим свойствам.Было обнаружено, что пленки PEN обладают лучшими демпфирующими свойствами, чем пленки PET. Это означает, что они могут иметь лучшие эксплуатационные характеристики во время изготовления ленты. Однако ПЭН-пленка имеет более низкую прочность на разрыв и, следовательно, более низкую устойчивость к расслаиванию, чем обычная ПЭТ-пленка.

В частности, когда он растягивается как биаксиально ориентированная пленка, прочность на разрыв промежуточного или конечного продукта в процессе формования во многих случаях низкая. Поэтому пленка разрывается так часто, что продукт не может быть получен, например, в процессе производства последовательно биаксиально ориентированной пленки ПЭН.Даже если получается продукт, получается легко рвущаяся в определенном направлении пленка.

Сополимер PEN, содержащий небольшое количество компонента IPA или компонента декалин-2,6-дикарбоновой кислоты, полезен для улучшения механических свойств [91]. Кислотные компоненты предпочтительно используют в виде сложных метиловых эфиров. Кроме того, количество фрагментов диэтиленгликоля, образующихся в результате побочных реакций, должно быть менее 3 мол.%. Если количество компонента диэтиленгликоля превышает 3 мольных %, сопротивление расслаиванию полученной пленки увеличивается, тогда как кристалличность теряется, в результате чего механическая прочность значительно снижается.Для подавления образования диэтиленгликоля при получении модифицированного ПЭН целесообразно максимально сократить время, необходимое для этерификации.

Из модифицированных полиэфиров биаксиально ориентированные пленки могут быть получены обычными способами. Биаксиально ориентированные пленки могут быть получены с модулями Юнга 500 кгмм-2 или более как в продольном, так и в поперечном направлениях. Однако, если модули Юнга слишком высоки, сопротивление расслаиванию становится недостаточным.

Желаемая плотность 1,350 г/см3 или более. Если плотность ниже этого значения, ориентационная кристаллизация становится недостаточной, и механическая прочность материала ухудшается. Кроме того, сопротивление расслаиванию становится неудовлетворительным. С другой стороны, чтобы поверхность пленки оставалась плоской, желательна плотность 1,362 г/см3 или менее.

Биаксиально ориентированная пленка обладает превосходными свойствами против скручивания. Свойство предотвращения скручивания означает, что пленка почти не остается свернутой, если ее свернуть один раз, а затем развернуть.Побеление редко наблюдается в месте сгиба, когда пленка сложена. Это свойство называется устойчивостью к расслаиванию и является важным показателем для оценки как основной пленки для магнитного записывающего носителя, так и основной пленки для фотопленки.

Сопротивление расслаиванию выражается как ширина отбеливания при расслаивании по линии сгиба или коэффициент отбеливания при расслаивании по линии сгиба. Желателен коэффициент отбеливания отслоения по линии сгиба 10% или менее.

Пленки могут быть толщиной от 0.5–250 мкм. Одной из особенностей пленки-основы для магнитного носителя записи является то, что пленка-основа имеет шероховатость поверхности 2,0 нм или меньше. Если клейкий слой, барьерный слой или магнитный слой нанесен на пленку-основу, имеющую шероховатость поверхности более 2,0 нм, плоскостность пленки ухудшается; таким образом, например, невыгодно ухудшаются характеристики электромагнитного преобразования.

Кристаллизации надлежащим образом препятствует сополимеризация компонента IPA или компонента декалин-2,6-дикарбоновой кислоты для уменьшения шероховатости поверхности, вызванной ростом мелких кристаллов при термоусадке. Чтобы сделать поверхность более плоской, существует метод, в котором температура термофиксации снижается, чтобы предотвратить кристаллизацию с образованием пятен, и метод, в котором поверхность пленки кристаллизуется, когда полимер, экструдированный из матрицы, охлаждается литьем. барабан. Эти методы являются наиболее эффективными.

В этих методах температура литейного барабана поддерживается на уровне 40–80 °C, а на пленку на литейном барабане выливается холодная вода для ее охлаждения.

Что такое магнитный накопитель? — Определение из WhatIs.ком

От

Магнитное хранение — это манипулирование магнитными полями на носителе для записи аудио, видео или других данных.

Магнитное хранилище существует во многих формах с 1888 года Оберланом Смитом, который опубликовал свою аудиозапись на проводе в журнале Electrical World. В общих чертах, магнитная память в основном работает очень похоже на запись Смита. Головки чтения и записи (комбинированные или раздельные) используются для выравнивания магнитных полей на носителе записи. Большое разнообразие аналоговых и цифровых устройств, использующих магнитную память.

Многие типы магнитных носителей включают в себя ленточный носитель, находящийся на реальном или в кассете, который перемещается головками чтения и записи. Подобные рабочие устройства включают в себя реальные ленты, 8-дорожечные ленты и аудиокассеты, а также носители видеоданных VHS, D-VHS и Betamax.

В основных компьютерных механизмах хранения обычно используется вращающийся диск или пластина и считывающие записывающие головки на якоре (хотя в прошлом также использовались ленточные накопители и магнитные барабаны).Решения для дисковых хранилищ включают дисководы для гибких дисков (8, 2,5 и 5,25 дюйма), магнитооптические перезаписываемые диски, а также жесткие диски, включая гелиевые жесткие диски. Эти технологии привели нас от килобайтов к многочисленным терабайтам и байтам в секунду до 100+ МБ в секунду. Жесткие диски с магнитной памятью с лазерной коммутацией обещают повысить производительность в 1000 раз в будущем.

MRAM (магниторезистивная память с произвольным доступом) потенциально является будущей компьютерной оперативной памятью и основным форматом хранения.Хранение битов данных с использованием магнитных зарядов вместо электрических зарядов, используемых в DRAM, показало превосходные скорости MRAM. Еще одним преимуществом является энергонезависимая природа MRAM.

Последний раз это было обновлено в августе 2014 года.

Продолжить чтение О магнитном накопителе

Магнитный накопитель: носитель, который не умрет

Вместо того, чтобы замедляться с возрастом, технология магнитных жестких дисков ускорилась.Начиная с 1997 года, когда IBM представила первую гигантскую магниторезистивную головку чтения и записи, плотность удваивалась каждый год. Полупроводниковая память, напротив, по-прежнему подчиняется закону Мура: для удвоения плотности требуется 18 месяцев. Теперь исследователи ожидают, что плотность дискового хранилища продолжит удваиваться, по крайней мере, до середины этого десятилетия. Отмечая эту тенденцию, Дэвид Томпсон, директор передовой лаборатории магнитной записи в Исследовательском центре IBM Almaden в Сан-Хосе, Калифорния, заявил: «В ближайшие 10 лет не существует альтернативных технологий, которые могли бы вытеснить магнитную запись из ее нынешней рыночной ниши.»

Это не первый случай, когда технология магнитных дисков оказалась более надежной, чем ожидалось сообществом систем хранения данных. С 1977 года инженеры делали прогнозы о том, сколько данных в конечном итоге можно было бы втиснуть в заданную область диска, и раз за разом эти потолки нарушались. Хотя инженеры по-прежнему видят проблемы с выводом на рынок последних лабораторных достижений Fujitsu, все согласны с тем, что емкость магнитных накопителей будет продолжать расти.

Находка Fujitsu не только ускоряет прогресс в области дисков — она пересматривает представления шестилетней давности о потенциальных границах магнитных технологий.Явление, называемое суперпарамагнитным эффектом, предсказывает, что, как только металлические зерна, удерживающие магнитное поле, достигают некоторого минимального размера (указывающего своей полярностью на наличие бита 1 или 0 на диске), зерна самопроизвольно размагничиваются при комнатной температуре. температура.

Фото: Корпорация IBM

При каком именно размере зерна это произойдет, все еще исследуется, но, по-видимому, он составляет порядка 10 нм или около того. Поскольку мельчайшие частицы в конечном итоге определяют, сколько данных может быть упаковано в заданную область, определение максимальной плотности поверхности диска, как предсказывает суперпарамагнитный эффект, является неточной задачей.Было широко распространено мнение, что при плотности около 6 Гбит/см 2 частицы, хранящие биты, будут настолько малы, что тепловые эффекты заставят их самопроизвольно стереться в кратчайшие сроки.

Чтобы предотвратить эту деградацию, Fujitsu использует новую двухслойную схему поверхности записи и утверждает, что в конечном итоге это позволит достичь плотности 50 Гбит/см 2 — в восемь раз выше, чем считалось возможным. Компания планирует доказать пригодность своей технологии, поставив коммерческий привод в первой половине 2001 года.

Диск с одним диском диаметром 95 мм, размером, используемым в ПК, может вмещать 78 ГБ с использованием продемонстрированной в настоящее время технологии Fujitsu. Но и у Fujitsu, и у IBM другая цель. Они нацелены на последнее поколение небольших портативных электронных устройств. Прошлым летом IBM поставила свои новые микродиски емкостью 1 ГБ, чей 27-мм диск имеет плотность 2,4 ГБ/см 2 , производителям небольших персональных цифровых помощников и цифровых камер [см. фотографии справа] .Новый привод Fujitsu, вероятно, будет близок по размеру к Microdrive 36 x 43 x 5 мм и, вероятно, сможет предложить емкость, равную 4,7 ГБ DVD.

Удержание рынка

Такое увеличение необходимо, если производители хотят сохранить свой прибыльный рынок магнитных накопителей, которые являются рабочими лошадками компьютерной индустрии и контролируют львиную долю рынка памяти. По словам Джеймса Н. Портера, президента исследовательской фирмы Disk/Trend, Маунтин-Вью, Калифорния. , мировые продажи дисководов в 1999 году достигли максимума в 32 миллиарда долларов США. Dataquest, подразделение по исследованию рынка информационных технологий Gartner Group Inc., Стэмфорд, Коннектикут, утверждает, что продажи микросхем динамической оперативной памяти в том же году принесли всего 23,1 миллиарда долларов.

Естественно, такой большой рынок возбуждает аппетит предпринимателей, которые хотели бы заменить магнетизм собственными новыми технологическими подходами. Однако попытка конкурировать с жесткими дисками неоднократно оказывалась рискованной.Спросите тех, кто когда-то предполагал, что магнитооптические диски заменят магнитные диски.

Корпорация TeraStor, например, открыла магазин в Сан-Хосе, штат Калифорния, в 1995 году для разработки технологии, называемой записью в ближнем поле, которая сочетала в себе магнитное и оптическое хранение. Первоначальные прототипы достигли плотности всего в несколько мегабит на квадратный сантиметр.

Но исследование, проведенное AT&T Bell Laboratories, Холмдел, штат Нью-Джерси, в 1992 году, показало, что запись в ближнем поле не будет подвержена влиянию суперпарамагнитного эффекта, и TeraStor прогнозирует, что ее технология может достичь плотности около 30 Гб/см 2 . Запись в ближнем поле станет «прорывной технологией… обеспечивающей устойчивое десятикратное преимущество в емкости [по сравнению с] всеми существующими технологиями хранения данных», — заявил один из основателей компании, ветеран индустрии Гордон Найт. Когда суперпарамагнитный эффект заставил обычные магнитные накопители иссякнуть, запись в ближнем поле стала его логическим преемником.

Компания TeraStor надеялась к 1997 году предложить коммерческие 130-мм диски емкостью 20 Гбайт. Но производство новых компонентов оказалось трудным.К середине 1998 года компания отказалась от своей первоначальной цели, пообещав к концу года выпустить образец 10-гигабайтного 130-мм диска. Но такие компании, как Seagate Technology Inc., Скоттс-Вэлли, Калифорния, и Quantum Corp., Милпитас, Калифорния, уже поставляли производителям ПК обычные 130-мм жесткие диски емкостью 12 ГБ. В этом году, когда окно возможностей было закрыто достижениями в области стандартной плотности дисков, TeraStor навсегда закрыла свои двери.

«Конкуренту, новой технологии, очень трудно прийти и поразить цель, которая меняется на 100 процентов в год», — сказал IEEE Spectrum Билл Хиггинс, передовой инженер-разработчик компании Quantum (которая первоначально инвестировала в ТераСтор).С такой скоростью улучшается не только производительность, но и цена. По данным Disk/Trends, за последние несколько лет, хотя емкость удвоилась, стоимость мегабайта снизилась вдвое и сегодня составляет около 0,01 доллара США за МБ.

Выход за пределы

Однако в 1995 году игра TeraStor казалась разумной. Казалось, что магнитные носители действительно ударяются о стену с плотностью от одной четверти до половины плотности, которую могут достигать носители ближнего поля, — до этого года, когда Fujitsu не нашла способ обойти суперпарамагнитный эффект, изменив структуру диска. .

Современные магнитные диски состоят из подложки, на которую напыляется один слой магнитного материала для формирования записывающего слоя [Рис. 1,]. Fujitsu использует нижний слой из кобальта, рутения и кобальта, получивший название синтетической ферримагнитной (SFM) структуры, который соединяется с обычным записывающим слоем над ним. Утверждается, что связь повышает стабильность магнитного поля записывающего слоя и предотвращает спонтанную потерю данных, но среди исследователей пока нет единого мнения о том, как работает этот процесс.

[1] При обычной записи на магнитный диск [вверху], если площадь каждого горизонтально хранимого бита слишком мала, тепловые эффекты вызывают быструю потерю намагниченности частиц материала.
Компания Fujitsu обнаружила, что добавление подслоя для усиления намагниченности битов позволяет сделать их более узкими [внизу]. Кроме того, возможны еще большие битовые плотности, если материал намагничивается вертикально [внизу, снова]. В конечном итоге, по мнению Fujitsu, это может увеличить плотность в восемь раз до 50 Гбит/см. 2 . Нажмите на картинку, чтобы увеличить.

Fujitsu считает, что при таком подходе сможет хранить до 50 Гбит/см 2 , и заявляет, что будет использовать перпендикулярную запись [рис. 1,] метод, который изучают другие. «Это активная область исследований в отрасли», — сказал Стивен Ламберт, директор по передовым головным и мультимедийным технологиям компании Quantum, которая в октябре объединилась с конкурирующей компанией Maxtor Corp., соседней компанией в Милпитасе. Его компания с неназванными партнерами также разрабатывает перпендикулярные техники.

Ламберт отмечает, что, строго говоря, идея не нова: «Перпендикулярная запись была популярной темой для исследований в течение как минимум десяти лет, и она вызвала большой энтузиазм». Но он отмечает, что он никогда не поставлялся в виде жесткого диска, потому что более традиционные улучшения, такие как лучшие магнитные материалы, преодолели прежние ограничения. «С учетом того, что сейчас существует проблема суперпарамагнитного предела, перпендикулярная запись предлагает некоторые преимущества в расширении технологии записи. »

Прочие проблемы

Простого увеличения количества битов на диске недостаточно для создания более качественного диска. Во-первых, уменьшение площади также снижает силу магнитного поля, которое она может удерживать (рис. 2]. Таким образом, считывающая головка должна быть более чувствительной, чтобы обнаруживать меньшее поле. К счастью, введение гигантской магниторезистивной головки IBM в 1997 году стало большим шагом вперед, и исследователи находят новые способы адаптировать ее для обнаружения более мелких частиц. [См. «Голова своего времени»]

[2] При используемой в настоящее время технологии одного магнитного слоя, если металлические зерна станут намного меньше 10 нм, они могут самопроизвольно потерять свое магнитное поле, тем самым потеряв ранее сохраненные данные.Дорожка на типичном магнитном диске [микрофотография справа] записывается с помощью 1s [темные полосы] и 0s [светлые полосы], которые составляют 100-200 нм вдоль дорожки.
Бит может иметь сотни гранул, каждая из которых имеет соответствующую полярность для обозначения 1 или 0, как видно на границе [черная линия, вверху в центре] между битами 1 и 0. Новые технологии повышают плотность битов за счет уменьшения количества необходимых зёрен. Нажмите на картинку, чтобы увеличить.

Поскольку данные занимают меньше места, дорожки, на которых они хранятся, могут быть уже и ближе друг к другу.По большей части сегодняшние треки имеют ширину всего 1 мкм, а треки шириной 0,5 мкм только начинают появляться. Чтобы вывести на рынок повышенную плотность, Fujitsu планирует продукты с 1,6 дорожками на микрометр, тем самым уменьшая ширину дорожек до 0,5 мкм.

Эта разработка делает необходимым точное позиционирование считывающей головки. Любое непреднамеренное движение самого диска, вызванное вибрацией или дрожанием диска, а не ударом, может привести к смещению считывающей головки и неправильному считыванию данных.

Чтобы предотвратить это, IBM, Fujitsu, Quantum и другие компании переходят на стеклянные подложки, поскольку они более жесткие, чем современные диски с алюминиевой подложкой, но при этом не увеличивают вес. Quantum также увеличивает количество сигналов положения, выдаваемых при каждом обороте диска. «Мы чаще получаем больше информации о том, где находится голова, что позволяет нам лучше контролировать ее положение», — объяснил Ламберт из Quantum. Кроме того, простое уменьшение размеров дисков снижает вибрацию, поэтому 27-мм диски, подобные тем, что используются в IBM Microdrive, скорее всего, получат широкое распространение.

Ожидание своего часа

Несмотря на то, что они видят будущее для магнитных дисков, лидеры отрасли и исследователи все еще экспериментируют с возможными заменами. Среди них органически выращенные магнитные тонкие пленки и узорчатые среды.

NanoMagnetics Ltd., Бат, Великобритания, дочерняя компания Бристольского университета в Бристоле, выращивает тонкие магнитные пленки — буквально. Он использует белок, называемый ферритином, в качестве реакционного сосуда после химического удаления его ядра (рис.3]. Затем внутри белка выращивают магнитный материал одинакового размера.

[3] NanoMagnetics Ltd. производит плотную магнитную тонкую пленку для покрытия дисков [справа], сделанную из молекул модифицированного белка ферретина [белые сферы с темно-синими центрами]. Химический процесс освобождает середину молекулы диаметром 12 нм и выталкивает ионы железа и кислорода в полость диаметром 8 нм [слева], постепенно формируя ядро ​​[квадратную синюю плиту] из магнетита, заполняющую полость. Нажмите на картинку, чтобы увеличить.

Исследователи говорят, что они могут производить зерна размером до 8 нм в диаметре, что составляет менее половины размера минимального зерна на сегодняшний день; когда технология будет полностью разработана, пленки смогут хранить до 700 Гбит/см 2 . Они считают, что это может заменить обычные магнитные пленки на дисках.

Идея другого нового подхода, называемого узорчатой ​​средой, заключается в создании регулярного массива изолированных магнитных островов, каждый из которых состоит из одного металлического зерна [Рис. 4]. Как отмечалось ранее, биты сегодня состоят из нескольких сотен или тысяч зерен. Уменьшение их числа увеличивает площадную плотность. Используя одно зерно, исследователи из Стэнфордского университета и IBM надеются производить стабильные биты размером до 50 нм.

[4] Другой режим хранения данных основан на так называемых шаблонных носителях [слева], разрабатываемых IBM. Он основан на равномерно расположенном узоре приподнятых кругов шириной 50 нм, каждый из которых представляет собой отдельный кусочек, состоящий из одного зерна.Это зерно больше, чем используемые сегодня зерна размером 10 нм, но требуется только одно. IBM также экспериментирует с тонкими пленками из железо-платиновых частиц [справа] диаметром всего 4 нм. Нажмите на картинку, чтобы увеличить.

IBM также изучает возможность использования атомно-силового микроскопа для обнаружения очень маленьких битов и хранения данных в форме голографического куба, в котором различная информация хранится в плоскостях на разной глубине. Но станут ли когда-нибудь нужны такие экзотические технологии, сказать сложно.Как заметил Томпсон из IBM, «прошлые попытки предсказать окончательные пределы магнитной записи потерпели неудачу».

Для дальнейшего исследования

Magnetic Recording: The First 100 Years , под редакцией Эрика Д. Дэниэла, К. Дениса Ми и Марка Х. Кларка (IEEE Press, Piscataway, NJ, 1998) дается широкий обзор развития магнитных носителей. Полное техническое объяснение магнитной записи см. в статье «Магнитный гистерезис» Эдварда Делла Торре (также IEEE Press, 1999).

Ограничения магнитной записи см. на http://www.almaden.ibm.com/st/projects/limits/. Подробная информация о суперпарамагнитном эффекте содержится в «Thermal Stability of Recorded Information at High Densities», Stanley H. Charap, Pu-Ling Lu, and Yanjun He, IEEE Transactions on Magnetics , Vol. 33, 1997, стр. 978-83.

Магнитное хранилище будет в центре внимания в следующем месяце в Сан-Антонио, штат Техас, на Восьмой совместной конференции по магнетизму и магнитным материалам, также известной как Intermag. Для получения дополнительной информации обращайтесь в компанию Courtesy Associates, 2000 L St., N.W., Suite 710, Washington, DC 20036; телефон +1 202 973 8668; факс +1 202 973 8722; электронная почта: [email protected]

Для получения дополнительной информации о работе Кембриджского университета в Великобритании над усовершенствованными магниторезистивными головками посетите веб-сайт http://www-dmg.msm.cam.ac.uk/dmg/research/ Magneticareas.html.

Magnetic Storage Technologies — Datarecovery.com

Магнитный накопитель — это носитель, обычно используемый для хранения больших объемов данных (например,например, видео, изображение или данные дистанционного зондирования). Приводы на магнитной ленте используют магнитную ленту для хранения данных. Большие объемы данных хранятся на ленточных накопителях, потому что емкость накопителей огромна — три миллиарда (или три гигабита) данных на квадратный дюйм могут поместиться на одном магнитном диске.

Магнитный носитель состоит из тонкого слоя, который может записывать магнитный сигнал, поддерживаемый более толстой пленочной подложкой. Верхний слой состоит из магнитного пигмента. Связующее удерживает магнитные частицы вместе.Магнитный слой (верхний слой) записывает и хранит записанные на него магнитные сигналы. Защитная пленка поддерживает магнитное верхнее покрытие и уменьшает трение и искажения ленты.

History of Magnetic Storage Technologies

2001
Исследователи IBM установили новый мировой рекорд плотности магнитного хранения данных, который в пять раз превышает плотность самого передового жесткого диска, доступного сегодня.

2000
IBM объявила о спин-клапане, самой чувствительной магнитной записывающей головке в мире.Ожидается, что клапан будет использоваться, чтобы в конечном итоге превысить плотность 10 гигабит на квадратный дюйм.

1991
Представлен первый жесткий диск с записывающими головками MR.

1989
Лаборатория расширенной магнитной записи IBM сообщила, что плотность записи превысила 1 гигабит на квадратный дюйм.

1984
Тонкопленочная магниторезистивная (MR) записывающая головка впервые была использована в запоминающем устройстве, стримере IBM.

1978
Sony представила первые цифровые рекордеры.

1971
Представлен первый дисковод для гибких дисков.

1966
Представлен первый дисковод с ферритовой записывающей головкой с намотанной катушкой.

1963
Представлена ​​компактная аудиокассета, самый успешный продукт для магнитной записи звука.

1957
Первый магнитный жесткий диск для хранения данных стал частью новой машины RAMAC (Randon Access Method of Accounting and Control).До появления RAMAC не было возможности увеличить внутреннюю дисковую память, и в большинстве компьютеров все еще использовалась либо магнитная лента, либо система перфокарт.

1956
IBM представила первый магнитный жесткий диск для хранения данных используется для вещания.

1898
Датский изобретатель и инженер Вальдемар Поулсен изобрел первое устройство магнитной записи, первый телефонный автоответчик.

магнитная керамика | Британика

магнитная керамика , оксидные материалы, обладающие определенным типом постоянной намагниченности, называемым ферримагнетизмом. Коммерчески приготовленная магнитная керамика используется в различных устройствах с постоянными магнитами, трансформаторах, телекоммуникациях и записи информации. В этой статье описаны состав и свойства основных магнитных керамических материалов и обзор их основных коммерческих применений.

Ферриты: состав, структура и свойства

Магнитная керамика изготовлена ​​из ферритов, представляющих собой кристаллические минералы, состоящие из оксида железа в сочетании с каким-либо другим металлом.Им дана общая химическая формула M (Fe x O y ), где M представляет другие металлические элементы, кроме железа. Наиболее известным ферритом является магнетит, встречающийся в природе феррит железа (Fe[Fe 2 O 4 ] или Fe 3 O 4 ), широко известный как магнитный камень. Магнитные свойства магнетита использовались в компасе с древних времен.

Викторина Британника

Строительные блоки предметов повседневного обихода

Из чего сделаны сигары? К какому материалу относится стекло? Посмотрите, на что вы действительно способны, ответив на вопросы этого теста.

Магнитное поведение ферритов называется ферримагнетизмом; это сильно отличается от намагниченности (называемой ферромагнетизмом), которой обладают металлические материалы, такие как железо. В ферромагнетизме существует только один вид узлов решетки, и неспаренные электронные «спины» (движения электронов, вызывающие магнитное поле) выстраиваются в одном направлении внутри данной области. С другой стороны, в ферримагнетизме существует более одного типа узлов решетки, и спины электронов выстраиваются таким образом, чтобы противодействовать друг другу — некоторые из них имеют «спин вверх», а некоторые — «спин вниз» — в пределах данного домена.Неполная компенсация противоположных спинов приводит к общей поляризации, которая, хотя и несколько слабее, чем для ферромагнитных материалов, может быть довольно сильной.

Три основных класса ферритов превращаются в магнитокерамические изделия. По своей кристаллической структуре это шпинели, гексагональные ферриты и гранаты.

Шпинели

Шпинели имеют формулу M(Fe 2 O 4 ), где M обычно представляет собой двухвалентный катион, такой как марганец (Mn 2+ ), никель (Ni 2+ ), кобальт (Co 2+ ), цинк (Zn 2+ ), медь (Cu 2+ ) или магний (Mg 2+ ).M также может представлять собой катион одновалентного лития (Li + ) или даже вакансии, если это отсутствие положительного заряда компенсируется дополнительными катионами трехвалентного железа (Fe 3+ ). Анионы кислорода (O 2− ) имеют плотноупакованную кубическую кристаллическую структуру, а катионы металлов занимают междоузлия в необычном двухрешеточном расположении. В каждой элементарной ячейке, содержащей 32 аниона кислорода, 8 катионов координируются 4 атомами кислорода (тетраэдрические позиции), а 16 катионов координируются 6 атомами кислорода (октаэдрические позиции).Антипараллельное выравнивание и неполная компенсация магнитных спинов между двумя подрешетками приводит к постоянному магнитному моменту. Поскольку шпинели имеют кубическую структуру и не имеют предпочтительного направления намагниченности, они являются магнитно-мягкими; т. е. относительно легко изменить направление намагниченности посредством приложения внешнего магнитного поля.

Шестиугольные ферриты

Так называемые шестиугольные ферриты имеют формулу M(Fe 12 O 19 ), где M обычно представляет собой барий (Ba), стронций (Sr) или свинец (Pb).Кристаллическая структура сложна, но ее можно описать как шестиугольную с уникальной осью c или вертикальной осью. Это легкая ось намагничивания в базовой структуре. Поскольку направление намагниченности нельзя легко изменить на другую ось, шестиугольные ферриты называют «жесткими».

Ферриты-гранаты

имеют структуру силикатного минерала граната и химическую формулу M 3 (Fe 5 O 12 ), где M — ион иттрия или редкоземельного элемента.В дополнение к тетраэдрическим и октаэдрическим позициям, например, наблюдаемым в шпинели, гранаты имеют додекаэдрические (12-координированные) позиции. Таким образом, суммарный ферримагнетизм является сложным результатом антипараллельного выравнивания спинов среди трех типов узлов. Гранаты также магнитно-жесткие.

Обработка керамических ферритов

Керамические ферриты

производятся традиционными способами смешивания, прокаливания, прессования, обжига и финишной обработки. Необходим контроль катионного состава и газовой атмосферы. Например, намагниченность насыщения ферритов-шпинелей можно значительно увеличить путем частичной замены Ni(Fe 2 O 4 ) или Mn(Fe 2 O 4) на Zn(Fe 2 O 4 ). ).Катионы цинка предпочитают тетраэдрическую координацию и заставляют дополнительные Fe 3+ занимать октаэдрические позиции. Это приводит к меньшей компенсации спинов и большей намагниченности насыщения.

Усовершенствованная обработка также используется для производства феррита, включая соосаждение, сушку вымораживанием, обжиг распылением и обработку золь-гелем. (Эти методы описаны в статье Advanced Ceramics.) Кроме того, монокристаллы выращивают вытягиванием из плавленых расплавов (метод Чохральского) или градиентным охлаждением расплавов (метод Бриджмена).Ферриты также можно наносить в виде тонких пленок на подходящие подложки с помощью химического осаждения из паровой фазы (CVD), жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) и напыления. (Эти методы описаны в кристалле: Рост кристаллов: Рост из расплава.)

Применение

Магнитотвердые ферриты используются в качестве постоянных магнитов и в уплотнительных прокладках холодильников. Они также используются в микрофонах и прокладках динамиков. Самый большой рынок постоянных магнитов приходится на небольшие двигатели для беспроводных приборов и автомобилей.

Хотя керамические ферриты имеют меньшую намагниченность насыщения, чем магнитные металлы, их можно сделать намного более устойчивыми к электрическим токам. В мягких ферритах это достигается за счет окисления границ зерен во время обработки с образованием резистивных внутренних слоев. Большее удельное сопротивление снижает возникновение вихревых токов, которые вызываются быстро меняющимися магнитными полями и приводят к потере энергии сигнала в сторону нагрева. Благодаря уменьшению вихревых токов мягкие керамические ферриты используются в телекоммуникациях и трансформаторах, особенно на более высоких частотах.

Одно из первых применений керамических ферритов было в качестве канального фильтра в телефонии, хотя твердотельные фильтры и волоконная оптика делают это применение устаревшим. Ферриты используются в схемах генерации тона кнопочных телефонов и в качестве нагрузочных катушек в линиях передачи для уменьшения потерь сигнала на больших расстояниях. Основное применение — отклоняющие ярмы и обратноходовые трансформаторы для управления растрированием электронного луча в телевизорах. Ферриты также широко используются в качестве входных и выходных фильтров, импульсных регуляторов и высокочастотных силовых трансформаторов в электроэнергетических системах.

Что такое магнитный диск?

Что означает магнитный диск?

Магнитный диск — это запоминающее устройство, использующее процесс намагничивания для записи, перезаписи и доступа к данным. Он покрыт магнитным покрытием и хранит данные в виде дорожек, пятен и секторов. Жесткие диски, zip-диски и дискеты являются распространенными примерами магнитных дисков.

Techopedia объясняет магнитный диск

Магнитный диск в основном состоит из вращающейся магнитной поверхности (называемой диском) и механического рычага, который перемещается по нему.Вместе они образуют «гребенку». Механическая рука используется для чтения и записи на диск. Данные на магнитном диске считываются и записываются с использованием процесса намагничивания.

Диск продолжает вращаться с высокой скоростью, в то время как головка рычага перемещается по его поверхности. Поскольку все устройство герметично, голова плавает в тонкой воздушной пленке. Когда на головку подается небольшой ток, крошечные точки на поверхности диска намагничиваются, и данные сохраняются. И наоборот, к этим крошечным точкам на пластине может подаваться небольшой ток, когда головке нужно считать данные.

Данные организованы на диске в виде дорожек и секторов, где дорожки представляют собой круговые деления диска. Треки дополнительно делятся на сектора, которые содержат блоки данных. Все операции чтения и записи на магнитный диск выполняются по секторам. Плавающие головки требуют очень точного управления для чтения/записи данных из-за близости дорожек.

Ранним устройствам не хватало точности современных устройств, и они позволяли размещать на каждом диске только определенное количество дорожек. Большая точность головок позволила гораздо большему количеству дорожек быть плотно упакованными в последующих устройствах. Вместе с изобретением RAID (избыточный массив недорогих дисков), технологии, объединяющей несколько дисков, объем памяти более поздних устройств год за годом увеличивался.

Магнитные диски традиционно использовались в качестве вторичных запоминающих устройств в компьютерах и десятилетиями представляли собой основную технологию. С появлением твердотельных накопителей (SSD) магнитные диски перестали считаться единственным вариантом, но по-прежнему широко используются.

Первый магнитный жесткий диск, созданный IBM в 1956 году, представлял собой большую машину, состоящую из 50 дисков диаметром 21 дюйм (53 см). Несмотря на свой размер, он мог хранить всего 5 мегабайт данных. С тех пор магнитные диски увеличили свою емкость во много раз, а их размер соответственно уменьшился.

Размер современных жестких дисков составляет около 3,5 дюймов (около 9 см), а их емкость легко достигает одного или нескольких терабайт. Та же участь постигла и дискеты, размер которых сократился с исходных 8 дюймов конца 60-х до гораздо меньших 3.5 дюймов начала 90-х. Однако гибкие диски в конечном итоге устарели после появления компакт-дисков в конце 1990-х годов и теперь почти полностью исчезли.

7) A. Магнитные и оптические носители информации и их использование

Для надежных хранение данных, записывающий материал должен противостоять саморазмагничиванию, что происходит, когда магнитные домены отталкиваются друг от друга. Магнитные домены написанные слишком плотно друг к другу на слабо намагничиваемом материале, будут деградировать со временем из-за вращения магнитного момент один или несколько доменов, чтобы нейтрализовать эти силы.То домены поворачиваются боком на полпути, что снижает читаемость домен и снимает магнитные напряжения. В старых жестких дисках использовалось железо (III) оксид в качестве магнитного материала, но в современных дисках используется сплав на основе кобальта.

Пишущая головка намагничивает область, создавая сильное локальное магнитное поле, и считывает головка определяет намагниченность регионов. Ранние жесткие диски использовали электромагнит как чтобы намагнитить область, а затем прочитать ее магнитное поле с помощью электромагнитной индукции.Более поздние версии индуктивных головок, включая металлические головки Gap (MIG) и тонкие пленочные головы. По мере увеличения плотности данных считывайте головки с помощью магнитосопротивления (MR). вошла в обиход; электрическое сопротивление головки изменялось в зависимости от сила магнетизма от пластины. В более поздних разработках использовалась спинтроника; в считывающих головках магниторезистивный эффект был намного больше, чем в более ранних типов и получил название «гигантское» магнитосопротивление (ГМС). В сегодняшних головах элементы чтения и записи разделены, но тесно связаны между собой. близость, на головной части рычага привода.Элемент чтения обычно магниторезистивный в то время как запись элемент обычно тонкопленочный индуктивный.

Головы удерживаются от контакта с поверхностью диска воздухом, который находится очень близко к блюду; что воздух движется со скоростью диска или близкой к ней. Запись и Головка воспроизведения установлена ​​на блоке, называемом ползунком, а поверхность рядом с тарелка имеет такую ​​форму, что практически не соприкасается с ней. Это формирует тип воздушного подшипника.

Информация записывается и считывается с носителя данных по мере того, как она перемещается мимо устройств, называемых головками чтения и записи, которые работают очень близко (часто в десятках нанометров) от магнитной поверхности.Головка чтения и записи используется для обнаружения и изменения намагниченности материала непосредственно под ней. Есть две магнитные полярности, каждая из которых используется для обозначения 0 или 1.

Оптический накопитель

Оптическое хранилище  – это инженерный термин, относящийся к хранению данных на оптически читаемый носитель. Данные записываются путем создания меток в шаблоне, который можно прочитать с помощью света, обычно луча лазерного света точно сфокусирован на вращающемся диске. Старый пример, который не требует использование компьютеров – это микроформа. Есть и другие средства оптическое хранение данных и новые методы находятся в разработке. Оптическая память отличается от других методов хранения данных которые используют другие технологии, такие как магнетизм или полупроводники.

Оптическое хранилище может варьироваться от одного привода, читающего один компакт-диск, до несколько приводов, читающих несколько дисков, например оптический музыкальный автомат. Один компакт-диск (компакт-диск) может содержать около 700 МБ (мегабайт). и оптические музыкальные автоматы могут держать гораздо больше.


Оптический накопитель СМИ

Оптический носители данных предлагают более высокую плотность хранения по более низкой цене. Общепринятый магнитные носители информации в виде жестких дисков или съемных дисков традиционно используется в компьютерах в качестве вторичного носителя информации. Они предлагают низкие среднее время доступа и обеспечить достаточную емкость для общих компьютерных данных в приемлемая цена.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.