Носители информации магнитные это – 2.2. Магнитные носители информации.

История вычислительной техники, ч.8 Магнитные носители информации.: pogorily

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.

pogorily.livejournal.com

Магнитный носитель — информация — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Магнитный носитель — информация

Cтраница 1

Магнитные носители информации, нанесенные на диски, называют магнитными дисками, на карточки — магнитными картами, на цилиндры — магнитными барабанами. При изготовлении магнитных дисков и магнитных барабанов кроме ферролака используют также тонкие металлические покрытия Вне зависимости.  [1]

Магнитный носитель информации, выполненный в виде алюминиевой подложки, на которую электролитическим или каким-либо другим способом нанесен ( обычно с двух сторон) магнитный материал.  [2]

Магнитный носитель информации представляет собой немагнитную основу, на которую наносится магнитное покрытие толщиной 8 — 20 мкм из ферролака. Ферролак содержит до 25 — 45 % магнитного порошка, состоящего либо из, кристаллов окиси железа Fe2O3, либо из сплава кобальта с никелем. Процесс перемагничивания носителя характеризуется петлей гистерезиса. При записи информации условно принимают значение остаточной положительной магнитной индукции — — Вг за код единицы, а остаточной отрицательной — за код нуля. Таким образом, создавая различную остаточную магнитную индукцию, на носителе можно записать любую информацию, представленную в двоичном коде.  [5]

Назовите магнитные носители информации, используемые во внешних ЗУ. Каким образом осуществляются в них запись и считывание.  [6]

Для магнитных носителей информации существует еще понятие том — максимальный объем информации, который может быть установлен на одно устройство ввода-вывода.  [7]

Что представляют собой магнитные носители информации ВЗУ.  [8]

Срок хранения магнитных носителей информации, перфолент, вторичных носителей первичной информации и технологических паспортов на каждом предприятии может быть установлен как для каждого вида информации, так и для каждого типа носителя. Однако этот срок должен быть ограничен определенным отчетным периодом не менее одного месяца, в течение которого хранимая информация не утрачивает своего актуального значения.  [9]

В качестве магнитных носителей информации используются магнитные ленты, диски, барабаны, карты. Информация на этих носителях представляется в виде намагниченных участков магнитного слоя, нанесенного на поверхность носителя. Изменение магнитного состояния слоя производится с помощью магнитных головок ( см. гл.  [10]

В качестве магнитного носителя информации первоначально использовалась стальная проволока.  [11]

Широкое использование магнитных носителей информации объясняется возможностью их многократного применения, экономичностью, компактностью при большой емкости и надежностью. Благодаря этим преимуществам, а также высокой скорости считывания информации магнитные носители ( особенно ленты и диски) широко применяют в запоминающих устройствах ЭВМ, а также для хранения информации вне машины.  [12]

В качестве поверхностных магнитных носителей информации наибольшее распространение получили тонкие, порядка нескольких десятков микрон, магнитные покрытия из ферролака на немагнитной основе.  [13]

ЗУ с магнитными носителями информации принято называть накопителями. В накопителях на магнитных барабанах ( НМБ) применяются барабаны диаметром от 100 до 500 мм и длиной от 100 до 800 мм, скорость вращения барабана может составлять 1000 — 10 000 об / мин. Магнитные барабаны могут иметь от 75 до 1000 дорожек при плотности записи в пределах 20 — 30 зн / мм. Емкость НМБ различного назначения изменяется от 0 2 до 100 млн. двоичных знаков при среднем времени доступа порядка 3 — 300 мсек.  [14]

МАГНИТНАЯ ЛЕНТА — магнитный носитель информации

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Магнитные накопители  | Носители информации

  Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero – NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности.

  Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на перемены направления потока, а лишь задают последовательность их распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы, при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным данным

Дискета — портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — начале 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», жаргонный вариант — флоповод от английского floppy-disk).

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 прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода (флоппи-дисковода).Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Первая дискета была сконструирована в 1950 году сотрудником Токийского университета Йосиро Накамацу. Дискету, которая используется в компьютерах, он изобрел, когда ему было 24 года, и все права на её изготовление и использование купила компания «IBM», всего было куплено компанией у Йосиро Накамацу 16 лицензий. 

История

1971 — Первая дискета диаметром в 200 мм (8″) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM. Обычно само изобретение приписывается Алану Шугерту, работавшему в конце 1960-х годов в IBM.
1973 — Алан Шугерт основывает собственную фирму Shugart Associates.
1976 — Алан Шугерт разработал дискету диаметром 5,25″.
1978 — фирма TEAC представляет первый в мире дисковод для чтения 5,25″-дискет.
1981 — Sony выводит на рынок дискету диаметром 3,5″ (90 мм). В первой версии объём составляет 720 килобайт (9 секторов). Поздняя версия имеет объём 1440 килобайт или 1,40 мегабайт (18 секторов). Именно этот тип дискеты становится стандартом (после того, как IBM использует его в своём IBM PC).Позже появились так называемые ED-дискеты (от англ. Extended Density — «расширенная плотность»), имевшие объём 2880 килобайт (36 секторов), которые так и не получили широкого распространения.  Форматы
 Хронология возникновения форматов дискет

  Следует отметить, что фактическая ёмкость дискет зависела от способа их форматирования. Поскольку кроме самых ранних моделей, практически все флоппи-диски не содержали жёстко сформированных дорожек, дорога для экспериментов в области более эффективного использования дискеты была открыта для системных программистов. Результатом стало появление множества не совместимых между собою форматов дискет даже под одними и теми же операционными системами. Например, для RT-11 и её адаптированных в СССР версий количество находящихся в обороте несовместимых форматов дискеты превышало десяток. (Наиболее известные — MX, MY).Дополнительную путаницу внёс тот факт, что компания Apple использовала в своих компьютерах Macintosh дисководы, применяющие иной принцип кодирования при магнитной записи, чем на IBM PC. В результате, не смотря на использование идентичных дискет, перенос информации между платформами на дискетах не был возможен до того момента, когда Apple внедрила дисководы высокой плотности SuperDrive, работавшие в обоих режимах.

  Стандартные» форматы дискет IBM PC различались размером диска, количеством секторов на дорожке, количеством используемых сторон (SS обозначает одностороннюю дискету, DS — двухстороннюю), а также типом (плотностью записи) дисковода. Тип дисковода маркировался как SD — одинарная плотность, DD — двойная плотность, QD — четверная плотность (использовался в клонах, таких как Robotron-1910 — 5,25″ дискета 720 К , Amstrad PC, ПК Нейрон — 5,25″ дискета 640 К, HD — высокая плотность (отличался от QD повышенным количеством секторов), ED — расширенная плотность.8-дюймовые дисководы долгое время были предусмотрены в BIOS и поддерживались MS-DOS, но точной информации о том, поставлялись ли они потребителям, нет (возможно, поставлялись предприятиям и организациям и не продавались физическим лицам).Кроме вышеперечисленных вариаций форматов, существовал целый ряд усовершенствований и отклонений от стандартного формата дискет.Наиболее известные — 320/360 Кб дискеты Искра-1030/Искра-1031 — фактически представляли из себя SS/QD дискеты, но бут-сектор их был отмаркирован как DS/DD. В результате стандартный дисковод IBM PC не мог прочесть их без использования специальных драйверов, а дисковод Искра-1030/Искра-1031, соответственно, не мог читать стандарные дискеты DS/DD от IBM PC. 

 Специальные драйверы-расширители BIOS 800, pu_1700 и ряд других позволяли форматировать дискеты с произвольным числом дорожек и секторов. Поскольку дисководы обычно поддерживали от одной до 4 дополнительных дорожек, а также позволяли, в зависимости от конструкционных особенностей, отформатировать на 1-4 сектора на дорожке больше, чем положено по стандарту, эти драйвера обеспечивали появление таких нестандартных форматов как 800 Кб (80 дорожек, 10 секторов) 840 Кб (84 дорожки, 10 секторов) и т. д. Максимальная ёмкость, устойчиво достигавшаяся таким методом на 3,5″ HD-дисководах, составляла 1700 Кб.Эта техника была впоследствии использована в Windows 98, а также Микрософтовском формате дискет DMF, расширившим ёмкость дискет до 1,68 Мб за счёт форматирования дискет на 21 сектор в аналогичном IBMовском формате XDF.XDF использовался в дистрибутивах OS/2, а DMF — в дистрибутивах различных программных продуктов от Микрософт.Драйвер pu_1700 позволял также обеспечивать форматирование со сдвигом и интерливингом секторов — это ускоряло операции последовательного чтения-записи, но лишало совместимости даже при стандартном количестве секторов, сторон и дорожек.Наконец, достаточно частой модификацией формата дискет 3,5″ является их форматирование на 1,2 Мб (с пониженным числом секторов). Эта возможность обычно может быть включена в BIOS современных компьютеров. Такое использование 3,5″ характерно для Японии и ЮАР. В качестве побочного эффекта, активация этой настройки BIOS обычно даёт возможность читать дискеты, отформатированные с использованием драйверов типа 800.

Дальнейшее развитие

В настоящее время дискеты практически повсеместно вытеснены более емкими и обладающими гораздо меньшей удельной стоимостью видами накопителей. К таковым относятся, прежде всего, накопители на флэш-памяти, записываемые CD и DVD-диски (в особенности DVD-RAM), которые в целом, помимо низкой удельной стоимости, обладают следующими преимуществами перед дискетами:Прочность, Длительный срок хранения информации, Большее фактическое предельное количество циклов перезаписи (несмотря на то, что у магнитных носителей оно теоретически не ограничено. Большая ёмкость

Жесткие Диски

 Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и электронные компоненты.  Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания. Устройство винчестера очень похоже на обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только под корпусом может быть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считывать информацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (у некоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и является одной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотность записи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы — это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже — из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Диски изготовлены. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.  

   Количество дисков может быть различным — от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным. 

  Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и «запомнить». Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и как бы «плывут» на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

(Материал 5 баллов жёсткий диск) 

 Что представлял собой первый накопитель на магнитных дисках? Первый жесткий диск был огромным шкафом, в котором находился пакет из 50 большущих пластин диаметром 24 дюйма (более 60 см) каждая. 

Диск носил имя RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) и был разработан в лаборатории IBM в калифорнийском городе Сан-Хосе (позднее ставшем сердцем Силиконовой долины). Пластины диска были покрыты «краской» из магнитного оксида железа — подобной той, что использовалась при строительстве знаменитого на весь мир моста Golden Gate в Сан-Франциско. 

Информационная емкость этого гиганта составляла 5 Мбайт (5 млн. байт), что по нынешним понятиям кажется смешной цифрой, но тогда это был High-End сегмента Enterprise. Пластины были смонтированы на вращающемся шпинделе, а механический кронштейн (один!) содержал головки чтения и записи и перемещался вверх-вниз на вертикальном стержне, причем время доставки головки до нужной магнитной дорожки составляло менее одной секунды. 

Как видим, данная концепция во многом послужила прототипом для всех последующих жестких дисков — вращающиеся жесткие пластины («блины») с магнитным покрытием, концентрические дорожки записи, быстрый доступ к любой случайно выбранной дорожке (см. название RAMAC). Только теперь для каждой магнитной поверхности используется отдельная пара головок чтения-записи, а не общие на весь диск. Метод быстрого доступа к произвольному месту носителя (random access) произвел настоящую революцию в устройствах хранения, поскольку по сравнению с главенствующими тогда магнитными лентами позволял резко увеличить производительность при доступе. Один такой RAMAC весил почти тонну (971 кг) и сдавался в аренду по цене 35 000 долларов в год (тогда это равнялось стоимости 17 новых легковых автомобилей)! 

  Что и дало причину называть его «Винчестером» — по аналогии со знаменитой  винтовкой 30-30 Winchester. Прогресс, кстати, коснулся не только конструкции и плотности записи, но и времени доступа, которое разработчикам удалось уменьшить до 25 миллисекунд (сравните это с 10-20 мс для современных куда более миниатюрных жестких дисков)! 
   Позднее в этом же 1973 году IBM выпустила и первый в мире малогабаритный жесткий диск FHD50, основанный на принципах IBM 3340: в полностью закрытый корпус были заключены магнитные пластины с головками, причем головки не перемещались между пластинами. 
   Кстати, само внедрение принципа «одна магнитная поверхность — одна пара головок» (то есть отказ от перемещения головок  между пластинами) произошло чуть ранее: в 1971 году IBM выпустила модель 3330-1 Merlin (названную в честь мифического средневекового волшебника), где и применила этот принцип. К этому же событию относится и первое внедрение серво-технологии для позиционирования головок на пластинах, позднее трансформировавшуюся в TrueTrack Servo Technology от IBM (только по ней у IBM более 40 патентов). В современных дисках сервометки располагаются на расстоянии примерно 240 нм друг от друга и позволяют позиционировать головку на дорожке с точностью до 7 нанометров! Любопытно, что накопители типа IBM 3340 предназначались для коллективного пользования, то есть компании могли арендовать место на этом жестком диске по цене 7,81 доллара за мегабайт в месяц. Поэтому необходимость в малогабаритных индивидуальных накопителях тоже была. 
В 1979 году IBM ввела в обращение тонкопленочную технологию изготовления магнитных головок. Это позволило довести плотность магнитной записи до 7,9 млн. бит на квадратный дюйм.   
  В 1982 году компания Hitachi, Ltd. удивила мир, впервые выпустив накопитель H-8598 объемом 1 Гбайт, то есть, преодолев психологически значимый рубеж.
Этот накопитель емкостью 1,2 Гбайт насчитывал десять 14-дюймовых пластин и два набора головок чтения/записи в двухактуатороной конфигурации. При скорости чтения в 3 Мбайт в секунду (для сравнения — в настольных винчестерах такая скорость была достигнута лишь примерно десятилетие спустя) модель H-8598 работала на 87% быстрее, чем продукты предшествующего поколения. Спустя 6 лет Hitachi снова поставила рекорд, выпустив накопитель емкостью 1,89 Гбайт, использующий 8 дисков диаметром по 9,5 дюймов. Эта модель H-6586 стала первым диском класса мэйнфреймов, который человек мог переносить (весила около 80 кг). 

В 80-х годах прошлого века произошло еще два знаменательных события для индустрии магнитных накопителей. Сначала были выпущены компактные накопители форм-фактора 5,25 дюйма, которые помещались в соответствующие отсеки персональных компьютеров IBM PC (первый IBM 5100 Portable Computer был создан в 1975 году, и некоторое время изделия этой линейки 51х0, а позднее и знаменитые IBM PC 5150 использовали кассетные накопители). А затем в конце 80-годов американская компания Conner Peripherals, основанная в 1986 году основателем Seagate Финисом Коннером (Finis Conner), первой в мире выпустила на рынок 3,5-дюймовые жесткие диски с соленоидным мотором. Это открыло новую эру в индустрии магнитных накопителей — данный форм-фактор уже давно считается основным для жестких дисков, а более крупные (по габаритам) винчестеры вскоре прекратили выпускать как бесперспективные. 
IBM не раз была пионером в выпуске как миниатюрных винчестеров для ноутбуков, так и первой в мире представила в 1999 году однодюймовый жесткий диск — знаменитый Microdirve. 
Любопытно, что эти сверхминиатюрные диски использовали ту же скорость вращения пластин (3600 об./мин.), что и гигантские модели H-8598 и H-6586, но их вместительность и скорость при этом оказалась заметно выше! И этот прогресс был достигнут всего за какие-то 10-15 лет! Если сравнивать Microdrive с RAMAC, то в пространство последнего поместятся 323 тысячи «микродрайвов», а их суммарная емкость составит 2 500 терабайт! В 2005 году Hitachi GST выпустила уже 10-миллионный Microdrive. А первый 2,5-дюймовый винчестер был выпущен именно IBM — в 1991 году — и носил имя Tanba-1 (появление линейки Travelstar). Он имел объем 63 Мбайт, весил всего 215 грамм (3,5-дюймовые диски той поры весили раза в 3 больше). Хотя ударостойкость этих носимых малюток была никудышная по нынешним меркам — в 60 раз меньше, чем у современных аналогов.

Характеристики

Интерфейс — способ, использующийся для передачи данных. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.
Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 1000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб.
Физический размер (форм-фактор) — почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Другие распространённые форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма
Время произвольного доступа (англ. random access time) — от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс[3]), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 [4]).
   Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).
    Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). Cм. также Технология SMART. (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.)
    Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.
Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.
Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.
Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включённом и выключенном состоянии.
Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate):
Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с
Внешняя зона диска: от 74,0 до 111,4 Мб/с  

                 Гибридные жёсткие диски: эволюция в мире HDD?
     
 Все мы прекрасно знаем, что жёсткий диск является «бутылочным горлышком» в системе ПК или лэптопа, и ощутимо снижает производительность системы в целом. Инженеры разрабатывали более скоростные интерфейсы для HDD, увеличивали скорость вращения шпинделя, оснащали свои продукты всё большим объёмом кэш-памяти, чтобы это самое «горлышко» расширить. Многие аналитики прогнозируют скорый закат hdd-эпохи и замену классических «винчестеров» флэш-накопителями. Да, это решение подразумевает уменьшенное энергопотребление и большую надёжность, но огромным минусом является очень высокая стоимость одного гигабайта информации (300 $ за 750 Гбайт 3.5″ HDD или Flash-HDD ёмкостью 16-32 Гбайт за те же деньги). Но разработчиками было найдено промежуточное решение. Очередным витком в спирали эволюции «винчестеров» стало изобретение так называемых Hybrid Hard Drives (H-HDD), т.е гибридных жёстких дисков. По сути, мы имеем тот же жёсткий диск, который содержит дополнительную flash-память для наиболее часто используемых данных. 
   Это решение позволяет помещать прикладные программы, которые часто запускаются, во временный буфер чтения-записи. Таким образом, шпиндельный двигатель жёсткого диска может быть остановлен, чтобы уменьшить потребление энергии в течение времен простоя. Первые шаги в разработке H-HDD предприняла компания Samsung. Коллегам с портала Tomshardware удалось протестировать «винчестер» Samsung SpinPointMH80, который имеет на борту 256 Мбайт флэш-памяти. Учитывая полученные данные, можно сделать вывод, что энергозависимость новых устройств упала на 70%-90%, гибридный НЖМД, используемый в ноутбуке, позволит сэкономить до 30 минут работы аккумулятора. Также возросла «ударопрочность» новых накопителей. Как ещё одно неоспоримое преимущество H-HDD, это более быстрая работа с Windows Vista, благодаря поддержке функции Ready Drive.

   Источники:

1. «Дисковые накопители информации», «Компьютеры Днепропетровска», №19 (1999) 
2.  http://ru.wikipedia.org/wiki/Дискета
3.  www.ixbt.com/storage/hdd50years.shtm
4.  http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_диск
5.  www.media74.ru/news/617

nositel.artisteer.net

Доклад — Магнитные носители информации. Запись информации на магнитные носители

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.

www.ronl.ru

Магнитные носители информации. Запись информации на магнитные носители

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.

            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.

            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.

coolreferat.com

9. Понятие носителя информации. Виды носителей.

Носитель информации– физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственную память человека можно назвать оперативной памятью. Здесь слово “оперативный” является синонимом слова “быстрый”. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.

Носитель информации— строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации.

Основа современных информационных технологий – это ЭВМ. Когда речь идет об ЭВМ, то можно говорить о носителях информации, как о внешних запоминающих устройствах (внешней памяти). Эти носители информации можно классифицировать по различным признакам, например, по типу исполнения, материалу, из которого изготовлен носитель и т.п. Вот один из вариантов классификация носителей информации :

Ленточные носители информации

Магнитная лента — носитель магнитной записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя. Рабочие свойства магнитной ленты характеризуются её чувствительностью при записи и искажениями сигнала в процессе записи и воспроизведения. Наиболее широко применяется многослойная магнитная лента с рабочим слоем из игольчатых частиц магнитно-твёрдых порошков гамма-окиси железа (у-Fе2О3), двуокиси хрома (СrО2) и гамма-окиси железа, модифицированной кобальтом, ориентированных обычно в направлении намагничивания при записи.

Дисковые носители информации относятся к машинным носителям с прямым доступом. Понятие прямой доступ означает, что ПК может «обратиться» к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию [1].

Накопители на дисках наиболее разнообразны:

• Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), они же флоппи-диски, они же дискеты

• Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), они же винчестеры (в народе просто «винты»)

• Накопители на оптических компакт-дисках:

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах — оптический принцип.

Гибкие магнитные дискипомещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.

Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).

Жесткие магнитные диски.

Жесткий диск (HDD — Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в 1973 г. и имел емкость 16 Кбайт. Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (7200 об./мин).

В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки — все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить. Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных. 

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Лазерные дисководы и диски.

В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью — Это лазерные диски и проигрыватели.

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1. Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения. На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления.  Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.

Устройства на основе flash-памяти.

Flash-память — это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах.

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти достигает 1024 Мбайт.

studfiles.net