Магнитный принцип записи и считывания информации кратко

Обновлено: 30.06.2024

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ
способ записи информации путем изменения магнитного состояния носителя и создания в нем распределения намагниченности, соответствующего записываемому сигналу. МЗ изобретена и впервые осуществлена датским инженером Вальдемаром Поульсеном (1869 - 1942 гг.) в 1898г.

Магнитный носитель содержит материал, способный намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и сохранять приобретенную намагниченность практически неограниченно долгое время. К таким материалам относятся металлы - железо, кобальт и никель, а также некоторые оксиды металлов и ферриты, например гамма-модификация оксиде железа g -Fе₂О₃ диоксид хрома СгО₂, феррит бария BaFe₁₂O₁₉ (см. магнитные порошки, самопроизвольная намагниченность).

Свойство магнитных материалов намагничиваться и сохранять намагниченность характеризуется качественно одинаковой для них зависимостью намагниченности М от напряженности намагничивающего поля Н, показанной на рис.1. При увеличении напряженности поля, воздействующего на размагниченный материал, намагниченность материала растет по кривой 0 - 1' и при выключении поля не исчезает, а снижается по кривой 1' - 2', приобретая некоторое остаточное значение М_r.

Намагниченность материала может расти только до определенного значения, называемого намагниченностью насыщения, которому соответствует максимальная остаточная намагниченность М_R. При циклическом изменении напряженности поля от насыщения в положительном направлении до насыщения в отрицательном направлении намагниченность материала изменяется по кривой 1-2-3-4-1, называемой предельной петлей намагниченности. На петле, наряду с точками М_R и - М_R, есть также характерные точки Н_c и -Н_с, представляющие коэрцитивную силу материала, т.е. значение напряженности поля, при котором намагниченность равна 0. Чем больше коэрцитивная сила, тем выше способность материала противостоять размагничивающим полям. Если, например, материал намагничен до максимального значения остаточной намагниченности, то, как это видно из рис. 1, чем больше Н_с, тем большее по абсолютной величине поле надо приложить, чтобы его размагнитить.

В процессе магнитной записи (рис. 2) носитель транспортируется с постоянной скоростью относительно магнитной головки записи, которая представляет собой кольцевой электромагнит с зазором шириной 0,1 ё 10 мкм.

Рис.2. Процесс магнитной записи: 1 - носитель; 2 - магнитная головка записи; I - ток записи; v - относительная скорость движения носителя

При включении тока в обмотку головки в области зазора возникает магнитное поле рассеяния; оно выходит за пределы зазора и намагничивает движущийся через него носитель. Зависимость остаточной намагниченности носителя М_r от напряженности поля записи Н нелинейна, как это следует из рис.1. Однако, если в головку записи, наряду с током записываемого сигнала подавать дополнительный высокочастотный ток (см. высокочастотное подмагничивание), ее можно сделать практически линейной до значений

Где H_S - напряженность поля, при которой происходит магнитное насыщение носителя. Линеаризировать зависимость М(Н) необходимо при аналоговой записи звука. При цифровой записи звука, а также при аналоговой и цифровой магнитной видеозаписи эту зависимость не линеаризируют.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) процесса записи - зависимость остаточного магнитного потока носителя от частоты - равномерная со спадом на высоких частотах. Спад обусловлен так называемым размагничиванием в процессе записи (частичное размагничивание сигналов с малой длиной волны записи происходит из-за быстрого изменения направления тока записи: намагниченные участки носителя не успевают полностью выйти из области поля рассеяния головки), а также действием вихревых токов в сердечнике головки, вызывающих потери энергии сигнала, возрастающие с ростом частоты.

Рис.3. Процесс воспроизведения: 1 - носитель; 2 - магнитная головка воспроизведения; Ф и е - магнитный поток и ЭДС головки воспроизведения; v - относительная скорость

В процессе воспроизведения магнитной записи (рис.3) на воспроизводящую магнитную головку, имеющую аналогичное устройство с головкой записи, воздействует магнитный поток Ф, выходящий из намагниченных участков движущегося носителя. Сердечник головки воспроизведения, как и головки записи, изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью. Поэтому, когда головка находится в контакте с носителем, выходящий из него магнитный поток замыкается через сердечник, пронизывая находящуюся на нем обмотку. При движении носителя магнитный поток в сердечнике изменяется во времени так же, как и остаточный магнитный поток вдоль носителя. При этом в обмотке наводится ЭДС индукции, которая и представляет собой выходной сигнал головки.

АЧХ процесса воспроизведения - зависимость выходного сигнала головки от частоты - неравномерная с подъемом в области средних частот и спадом в области высоких частот (рис.4). Подъем обусловлен явлением электромагнитной индукции, на котором основано действие большинства магнитных головок воспроизведения; спад - влиянием потерь в зазоре, пространственных потерь и вихревых токов в сердечнике головки.

В процессе стирания записи движущийся носитель проходит через переменное магнитное поле зазора стирающей головки. Последняя в принципе отличается от головки записи только большей шириной зазора, обычно равной 100 - 200 мкм. Если в процессе записи задача состоит в том, чтобы каждый элемент носителя довести до определенной намагниченности, например, до значения М 3 потокопереходам/мм или 6 · 10 3 бит/мм. Поверхностная плотность МЗ ограничена из-за ее относительно низкой поперечной плотности. Максимально достигнутая в настоящее время поперечная плотность МЗ равна 100 дорожек/мм. МЗ имеет также наиболее высокую из всех известных способов объемную плотность записи, которая достигает 60 Мбит/мм 3 .

МЗ характеризуется технологичностью и универсальностью: простотой проведения процессов записи, воспроизведения и стирания; возможностью записи информации как в аналоговой, так и в цифровой форме; возможностью многократного использования носителя без какой-либо его обработки. МЗ происходит практически мгновенно, а интервал времени между включением сигнала на вход головки записи и его откликом на выходе головки воспроизведения определяется только конструктивными параметрами системы МЗ (скоростью носителя и расстоянием между зазором головок записи и воспроизведения). МАГНИТНАЯ ЛЕНТА
магнитный носитель в форме ленты (см. классификация магнитных носителей, магнитные ленты для компакт-кассет). МАГНИТНЫЕ ЛЕНТЫ ДЛЯ КОМПАКТ-КАССЕТ
Ширина таких лент З,81 - 0,05 мм; толщина зависит от длительности записи-воспроизведения, на которую рассчитана компакт-кассета, и составляет 18, 12 или 9 мкм соответственно для компакт-кассет в международных обозначениях С-60, С-30 и С-120.

Ленты с модифицированными магнитными порошками
гамма-оксида железа и диоксида хрома

Требования, предъявляемые к электроакустическим характеристикам компакт-кассет, а также применение в них очень тонких лент, способствовали разработкам новых магнитных носителей, специально предназначенных для кассетной звукозаписи. К 1966 г. были разработаны так называемые малошумные магнитные ленты (LN) и малошумные магнитные ленты с высоким выходным уровнем записи (LH). В них применялся малошумный магнитный порошок оксида железа ( g -Fe₂0₃) и усовершенствованный малошумный порошок оксида железа с плотной упаковкой частиц в рабочем слое. На указанных лентах уже можно было получать стереофонические кассетные записи приемлемого качества.

Следующий этап развития компакт-кассет связан с появлением около 1970 г. нового магнитного порошка - диоксида хрома (СrO₂). Ленты с ним имеют более высокие коэрцитивную силу (450 Э) и максимальную остаточную индукцию (до 1400 Гс), чем ленты LN и LH (соответствующие магнитные параметры последних - 320 Э и 1150 Гс). Частицы порошка диоксида хрома характеризуются высокой однородностью структуры и хорошей способностью к ориентированию в рабочем слое ленты, что наряду с высокими магнитными свойствами позволило значительно улучшить максимальный рабочий уровень лент как на низких, так и на высоких частотах (см.измерение электроакустических характеристик магнитных лент). По модуляционным шумам ленты с диоксидом хрома также превосходят ленты с магнитными порошками но базе оксида железа.

Обеспечиваемое диоксидом хрома улучшение максимального рабочего уровня на высоких частотах оказалось настолько значительным, что стало возможным уменьшить глубину коррекции в канале воспроизведении, т.е. постоянную времени коррекции АЧХ уровня записи, со 120 мкс до 70 мкс и получить в результате выигрыш в динамическом диапазоне на 3 - 4 дБ. Из-за более высокой коэрцитивной силы ток оптимального высокочастотного подмагничивания (ВЧП) для лент с диоксидом хрома в зависимости от ширины зазора головки записи на 3 - 5 дБ выше, чем для лент с оксидом железа.

В большинстве современных кассетных магнитофонов возможно переключение режима работы для лент с диоксидом хрома, т.е. увеличение тока ВЧП и уменьшение глубины коррекции АЧХ уровня записи со 120 до 70 мкс. Такое переключение может быть автоматическим с помощью нормированного гнезда на задней стенке компакт-кассет, заряженных лентой с диоксидом хрома, расположенного рядом с предохранительным упором для предотвращения случайного стирания записи (см. рис. 3 к статье компакт-кассета).

С применением диоксида хрома кассетная запись впервые смогла удовлетворить тем же требованиям, что и к высококачественной звукозаписи на катушечных магнитофонах.

Высокие свойства диоксида хрома стимулировали дальнейшее развитие порошков оксида железа. Возникло новое поколение лент с оксидом железа, так называемые высокоплотные ленты, в которых - применены порошки оксида железа с большой однородностью и весьма малым размером частиц. Эти порошки характеризуются еще более плотной упаковкой частиц в рабочем слое, чем порошки в лентах LN и LH. Магнитные свойства высокоплотных лент: коэрцитивная сила - 300 Э, максимальная остаточная индукция - 1600Гс и максимальный удельный магнитный поток - около 630 мМкс/см (см. также уровень записи).

Достоинства нового поколения лент с оксидом железа - низкий уровень шума паузы; улучшенный приблизительно на 3 дБ по сравнению с лентами LN, LH и СгО₂ максимальный рабочий уровень на средних частотах; сниженные в 2 -3 раза по сравнению с лентами СгО₂ нелинейные искажения при номинальном уровне записи - позволили получить у них примерно такое же качество воспроизведения, как у лент с диоксидом хрома. Имеется в виду, что последние сохранили свои преимущества по таким характеристикам, как максимальный рабочий уровень на высоких частотах и уровень модуляционного шума.

Ленты с двумя рабочими слоями

Замысел, положенный в основу создания лент с двумя рабочими слоями, состоит в том, чтобы получить ленту, имеющую в области низких и средних частот максимальный рабочий уровень (при К₃ = 5%) высокоплотной ленты, а в области высоких частот - максимальный рабочий уровень ленты с диоксидом хрома.

При записи и воспроизведении низких и средних частот используется вся толщина рабочего слоя, а при записи и воспроизведении высоких частот - только его часть, прилегающая к поверхности ленты. Отсюда возникло предложение применить в ленте два рабочих слоя: нижний толщиной 4 -5 мкм с магнитным порошком, как у высокоплотных лент, и верхний толщиной 1 - 2 мкм с порошком диоксида хрома.

Ленты с двумя слоями получили наименование FeCr. Они применяются в компакт-кассетах 2x30 и 2x45 и совмещают в себе достоинства высокоплотных лент и лент с диоксидом хрома. Их максимальная остаточная индукция -1600 Гс, постоянная времени коррекции АЧХ уровня записи -70 мкс.

Ток оптимального ВЧП лент FeCr имеет среднее значение между током оптимального ВЧП лент с оксидом железа и с диоксидом хрома. Однако, если в магнитофоне нет переключения тока ВЧП для лент FeCr или переключатель тока ВЧП вообще не предусмотрен, то данные ленты можно применять в обычном режиме ВЧП для лент с оксидом железа. Происходящее при этом некоторое подчеркивание записи высоких частот компенсирует часто встречающуюся на практике нехватку высокочастотных составляющих в записываемом сигнале.

Кроме лент FeCr известны и другие с двумя рабочими слоями. Например, ленты со слоем на основе порошка оксида железа, толщиной 4 ~ 5 мкм, поверх которого нанесен сплошной металлический слой толщиной 0,2 мкм.

Ленты с металлическим магнитным порошком

Дальнейшее развитие лент для компакт-кассет связано с применением металлических магнитных порошков. Такие ленты иногда условно называют лентами с порошком чистого металла (Metal), желая подчеркнуть отличие от лент с оксидными магнитными порошками.

Ленты с металлическими порошками имеют коэрцитивную силу 1000 Э и максимальную остаточную индукцию 3000 Гс и дают выигрыш в максимальном рабочем уровне на высоких частотах на 7 - 10 дБ по сравнению с лентами с диоксидом хрома.

Высокое значение коэрцитивной силы требует большой напряженности поля ВЧП. Поэтому ток оптимального ВЧП для лент с мeталлическим порошком приблизительно на 6 дБ выше, чем для лент с диоксидом хрома, т.е. генератор высокой частоты магнитофона должен обладать большой мощностью. По этой же причине в магнитофонах, работающих с металлопорошковыми лентами, вместо ферритовых магнитных головок применяют головки из материала с более высокой индукцией насыщения, чем у ферритов, например из сплава 10 СЮ-ВИ (сплав системы Fe-Al-Si; сендаст).

Постоянная времени коррекции АЧХ уровня записи для лент с металлическим магнитным порошком сохранена на уровне 70+3180 мкс, что обеспечивает некоторый запас усиления на высоких частотах (см. также типы магнитных лент для компакт-кассет). МАГНИТНЫЕ ПОРОШКИ
активные материалы рабочего слоя носителей магнитной записи. Основные разновидности МП приведены в таблице.

Общая схема функционирования
В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнито-мягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.
При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Система магнитной записи
На рисунке показаны носитель и головка записи кольцевого типа. Головка состоит из сердечника с обмоткой. В сердечнике имеется зазор шириной 0,1-10 мкм. При включении в обмотку тока записи (входной сигнал) в области зазора возникает магнитное поле рассеяния (поле записи), которое воздействует на прилегающую к головке область рабочего слоя движущегося магнитного носителя, например магнитной ленты

Процесс магнитной записи: 1 — носитель записи, 2 — головка записи. Внизу показана последовательность участков с противоположным направлением намагниченности

В цифровой магнитной записи, используемой в компьютерной технике, в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание и перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя. При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка чередующихся участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. В итоге сигнал, поступающий в головку записи, оставляет на движущемся носителе след, то есть магнитную запись. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью.

После записи информации на магнитном носителе остаются участки, обладающие разным магнитным состоянием. При двоичном кодировании принято обозначать одно состояние цифрой 0, а другое — цифрой 1. Цифры 0 и 1 и соответствующие им участки носителя называются битами. Определенная последовательность из фиксированного количества нулей и единиц соответствует тому или иному символу, например: букве алфавита, цифре, знаку препинания и т.д. Таким образом, создавая в рабочем слое носителя нужную очередность намагниченных и перемагниченных участков, можно осуществить запись информации.

Материал основы магнитных носителей должен обладать вполне определенными физико-механическими свойствами. Так, у магнитной ленты основа должна иметь высокую прочность на растяжение, хорошую износостойкость, гладкую поверхность, равномерную толщину, быть эластичной. Основным материалом для изготовления основы лент и гибких дисков является полиэтилентерефталат (лавсан). Материалом основы жестких дисков является алюминиевый сплав. Он должен быть пригоден для полировки, обладать высокой твердостью и износостойкостью, в нем не должны образовываться микротрещины в процессе его обработки. В качестве запоминающей (регистрирующей) среды в магнитных носителях используются ферролаковые рабочие слои. Ферролаковый слой готовят путем введения в состав лака магнитного порошка, который представляет собой систему, состоящую из микрочастиц размером менее микрона. Частицы должны быть максимально однородными. Магнитные поля, в которых перемагничиваются частицы, должны иметь близкие значения. Поверхность частиц должна быть идеально гладкой. Наличие на поверхности частиц различных неровностей, дефектов приводит к снижению их магнитной однородности.

В магнитных носителях применяют магнитные порошки с частицами, которые представляют собой в основном однодоменные образования. Коэрцитивная сила порошка должна быть достаточно большой. Кроме того, магнитные порошки должны обладать высокими значениями намагниченности насыщения. Частицы порошка могут иметь разную форму: игольчатую, сферическую и пластинчатую. В настоящее время предпочтение отдают порошкам, имеющим частицы игольчатой формы.
В качестве среды записи в магнитных носителях выступают ферромагнетики, отличительной особенностью которых является наличие микроскопических однородно намагниченных объемов вещества, называемых доменами. В отсутствие внешнего поля хаотично ориентированные магнитные моменты отдельных доменов взаимно компенсируют друг друга, поэтому результирующее поле ферромагнетика близко к нулю.

Гибкие магнитные диски
Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

Конструкция дискеты
Основными компонентами дискеты являются магнитный диск, хранящий информацию и конверт, выполняющий защитную функцию для диска. В конверте сделано два основных отверстия: одно в центре для того, чтобы шпиндельный двигатель мог захватить и вращать магнитный диск, другое вытянуто от центра к краю, и служит для того, чтобы головки могли касаться поверхности диска. На конверте также располагается окошко или вырез для защиты от записи.

Организация информации на дискете
Данные на дискету записываются концентрическими дорожками, вдоль направления вращения диска. Стандартно на стороне дискеты помещается 40 или 80 дорожек. Обычно есть возможность записать ещё 2-4 дорожки, но это уже определяется механическими ограничителями.

Каждая дорожка при этом разбита на несколько секторов. Посекторная запись обеспечивает произвольный доступ достаточно небольшими фрагментами. Некоторые системы производят чтение и запись дорожки целиком, и тогда разбитие на сектора может либо не производиться, либо быть чисто логическим. Обычно размер сектора составляет 512 Б, хотя некоторые системы используют значения от 128 до 1024 Б. 512-битных секторов обычно помещается на дискету 9 (двойная плотность записи), 15 (5-дюймовые дискеты высокой плотности) или 18 (3-дюймовые дискеты высокой плотности).

Жесткие магнитные диски
Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Конструкция жёсткого диска
Жёсткий диск состоит из двух основных частей: гермоблока и контроллера.
Гермоблок — это герметичная камера, заполненная чистым, не содержащим пыли воздухом, и содержащая в себе пакет магнитных дисков и блок магнитных головок (БМГ).
Магнитные диски состоят из основы, сделанной обычно из алюминия, реже из стекла или керамики и магнитного покрытия, в виде тонкой плёнки магнитотвёрдого материала (ферромагнетика), который служит собственно носителем информации. Магнитные диски собраны в пакет, находящийся на оси шпиндельного электродвигателя со стабильной скоростью вращения.

Блок магнитных головок перемещается вдоль поверхности диска от края к центру посредством сервопривода. На первых винчестерах сервопривод производился шаговым двигателем. Впоследствии стала применяться электромагнитная катушка (англ. сoil), подобная катушке магнито-электрического стрелочного прибора. Для управления головками в винчестере хранятся так называемые адаптивы — индивидуальные для каждого винчестера данные о физических характеристиках сервопривода головок — необходимые амплитуды и времена сигналов управления электромагнитом. Адаптивы обеспечивают быстрое и почти безошибочное позиционирование головки и уверенное удержание её на треке.

В выключенном положении головки лежат на дисках в специальной зоне парковки. Во избежание повреждений при транспортировке, головки в этом положении заблокированы, и не могут перемещаться до тех пор, пока диски не крутятся. При работе головки парят над поверхностью вращающихся дисков на расстоянии порядка от десятых долей до единиц микрометров. Таким образом поверхность дисков не изнашивается (как это происходит у дискет).

Внутри гермоблока вместе на блоке магнитных головок или рядом с ним расположен коммутатор, обеспечивающий переключение активных головок и предварительное усиление сигнала магнитного датчика. Если у жёсткого диска одна рабочая поверхность, то коммутатор выполняет только функции усилителя.

Контроллер представляет собой электронную схему, выполняющую функции управления органами гермоблока и преобразование информации, передаваемой между компьютером и головками. Конструктивно контроллер обычно выполнен в виде печатной платы, монтируемой на одной стороне гермоблока. На контроллере расположены узлы питания, управления шпиндельным двигателем, сервоприводом БМГ, чтения и записи информации на диски, обмена по внешнему интерфейсу, разъёмы интерфейса, питания, соединения с гермоблоком, а также технологические выводы и элементы конфигурации (джамперы).

Носители информации

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

записи;
хранения;
чтения;
передачи (распространения) информации.

Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);
CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;
DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;
диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

по объёму (размеру) хранимой информации;
по удельной стоимости хранения;
по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;
по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

хрупкость устройств считывания;
вес (масса) (в некоторых случаях);
зависимость от источников электропитания;
необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;
с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;
с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Основные характеристики оптических дисководов:

емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)
скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;
время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).

При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.

У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) , так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы, расположенной ниже.

№ слайда 1

Магнитный принцип записи/считывания информации

№ слайда 2

Магнитный принцип записи и считывания информации Для долговременного хранения информации, её накопления и передачи из поколения в поколение используются материальные носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной: молекулы ДНК, которые хранят генетическую информацию; бумага, на которой хранятся тексты и изображения; магнитная лента, на которой хранится звуковая информация; фото- и киноплёнки, на которых хранится графическая информация; микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и данные в компьютере и т.д.

№ слайда 3

Запись/считывание информации В процессе записи информации на гибкие и жёсткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожёсткого носителя (большая остаточная намагниченность). В процессе записи информации на магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. При считывании информации, наоборот, намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

№ слайда 4

№ слайда 5

Характеристики Ёмкость— количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension) — почти все современные (2002—2008 гг.) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Время произвольного доступа (англ. random access time) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ. 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.

№ слайда 6

Характеристики Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств. Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки 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 60,0 до 111,4 Мб/с Объём буфера: Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу.

№ слайда 7

Жёсткий диск состоит из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники. Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок. Вопреки расхожему мнению, жесткие диски не герметичны. Внутренняя полость жесткого диска сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень мелкие (несколько мкм) частицы. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса.

№ слайда 8

Принцип работы: Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

№ слайда 9

Пластиковые дискеты Первые дискеты представляли собой гибкие пластиковые диски диаметром 8 дюймов, покрытые оксидом железа и помещенные в защитную оболочку, к которой с внутренней стороны была приклеена специальная ткань, очищающая поверхность диска при его вращении. Эти давно устаревшие диски были выпущены корпорацией IBM в 1971 году специально для компьютеров с операционной системой System 370. Действительно, цветные квадраты из пластика со стороной 3,5 дюйма (а именно так выглядит большинство современных гибких дисков) на первый взгляд не имеют ничего общего со своим названием, однако следует помнить, что термин этот обозначает предмет, который выпускался много лет назад, а теперь давно уже скрыт от глаз и помещен в пластиковый корпус. Первые дискеты были в виде гибких пластиковых дисков диаметром 8 дюймов

№ слайда 10

По мере того как компьютеры становились все более компактными, то же самое происходило и с дисками. Дискета диаметром 5,25 дюйма появилась в 1976 году. Говорят, что ее размеры соответствуют размерам салфеток для коктейля, которыми пользовались разработчики, обсуждавшие детали нового проекта в одном из бостонских баров. Сегодня же наиболее популярными являются дискеты диаметром 3,5 дюйма, выпущенные корпорацией Sony в 1981 году. Несмотря на то что они уже практически не применяются для переноса файлов с одного компьютера на другой, большинство машин по-прежнему оснащено отсеками для размещения этих небольших накопителей. В результате некоторые мудрые (или, наоборот, сумасшедшие) пользователи до сих пор продолжают копировать на дискеты содержимое своих жестких дисков.

№ слайда 11

Гибкие магнитные диски Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

№ слайда 12

Логическое устройство Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

№ слайда 13

Принцип работы Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Читайте также: