Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

4.2.5. Внешние запоминающие устройства

ВЗУ — это, в основном, электромеханические запоминающие устройства, которые характеризуются большим объемом хранимой информации (сотни гигабайт) и низким (но сравнению с электронной памятью) быстродействием. К ВЗУ относятся: накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД), накопители на оптических дисках (НОД). К ВЗУ можно отнести полностью электронную Flash-память.

Накопители на оптических дисках часто называют' английским термином CD-ROM (Compact Disk Read Only Мэтогу). В переводе эта английская аббревиатура означает: компактный диск для чтения. Произносится сокращение гак: сиди-ром. Однако этим же термином обозначают и сами оптические диски, поэтому здесь возможны смысловые ошибки. Поэтому разумнее устройства называть накопителями на оптических дисках (НОД), проигрывателями или приводами.

В зависимости от типа носителя ВЗУ можно подразделить на накопители на магнитной ленте, дисковые магнитные накопители, дисковые оптические накопители и электронную память.

Носитель — эго материальный объект, способный хранить информацию. Например, в первых ЭВМ носителями информации являлись бумажные ленты и карты, на которых были пробиты (перфорированы) отверстия. Наличие или отсутствие отверстия соответствовали логической единице и логическому нулю.

При магнитной записи информации с помощью записывающей головки происходит изменение намагниченности носителя. Носитель изготавливают из ферромагнитного материала с прямоугольной петлёй гистерезиса. Располагается носитель на подложке, в качестве которой может выступать пластмассовая пленка, металлические или стеклянные диски.

На рисунке показан график изменения индукции носителя В при изменении напряженности внешнего магнитного ноля Н. Этот фафик называется петлей гистерезиса. Особенностью ферромагнетиков является то, что при увеличении и уменьшении напряженности внешнего магнитного поля Н индукция В принимает разные значения. Следует обратить внимание на следующий момент: если напряженность внешнего магнитного поля равна нулю, то индукция носителя в зависимости от предыстории может принять одно из двух значений Вг или -Вг.

Эги значения называются остаточной индукцией. Одно из них ставят в соответствии логической единице, а второе значение остаточной индукции ставят в соответствие лог ическому нулю.

Реализация записи логических единиц и логических нулей осуществляется следующим образом.

Ток, протекающий но обмотке записывающей головки, создает в сердечнике (магнитонроводе) магнитный поток. Через узкий зазор в сердечнике магнитный ноток намагничивает носитель в одном из двух направлений, что зависит от направления протекающего но обмотке тока. Разные направления намагниченности носителя соответствуют логическому нулю и логической единице.

Таким образом, записывающая головка — эго маленький электромагнит, который своим электромагнитным полем изменяет ориентацию магнитных доменов в носителе, в зависимости от полярности протекающего по обмотке тока.

При считывании информации с ленты или диска движущийся намагниченный носитель индуцирует в считывающей головке электродвижущую силу. Полярность возникающего на обмотке напряжения зависит от направления намагниченности носителя.

Винчестер (жёсткий диск) содержит набор пластин, представляющих собой чаще всего металлические диски, покрытые магнитным материалом (гамма-феррит-оксид, феррит бария, окись хрома и т. п.) и соединенные между собой при помощи шпинделя (вала, оси).

Жесткие диски изготавливаются из алюминия, латуни, керамики или стекла (толщина примерно 2 мм). Для записи данных используются обе поверхности дисков. Вращение дисков и радиальное перемещение головок осуществляется с помощью двух электродвигателей.

Данные записываются или считываются с помощью головок записи и считывания, по одной на каждую поверхность диска. На следующем рисунке упрощенно показаны головки, расположенные только с одной стороны диска (фактически их в 2 раза больше).

Запись информации на диск ведется по строго определенным местам — концентрическим дорожкам (трекам), причем дорожки делятся на секторы. В одном секторе может размещаться 128, 256, 512 или 1024 байт- информации. Число секторов на внешних дорожках больше, чем число секторов на внутренних дорожках. Обмен данными между НМД и ОЗУ осуществляется последовательно целым числом секторов.

Специальный двигатель с помощью кронштейна позиционирует головку над заданной дорожкой (перемещает ее в радиальном направлении). При повороте диска головка располагается над нужным сектором. Очевидно, что все головки перемещаются одновременно и считывают информацию с одинаковых дорожек разных дисков. Дорожки винчестера с одинаковыми порядковыми номерами, расположенные на разных дисках, называются цилиндром.

Вся конструкция винчестера заключается в герметичный корпус. Внутренняя полость винчестера заполняется очищенным от ныли воздухом, а внутри корпуса поддерживается атмосферное давление. При вращении дисков они создают сильный поток воздуха, который постоянно очищается фильтром. Система очистки воздуха позволяет удалить частицы пыли, диаметр которых более 0,3 мкм.

При включении питания и достижении некоторой критической скорости вращения шпинделя аэродинамическая подъемная сила воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности дисков. В результате головки поднимаются («всплывают») над поверхностями дисков на высоту в несколько нанометров. С этого момента времени и до снижения скорости ниже критической головки «висяг» на воздушной подушке и не касаются поверхностей дисков.

Во время работы винчестера постоянно работает система слежения за радиальным положением головок над дисками. Из непрерывно считываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, который подается на схему обратной связи. Если головки отклоняются от середины дорожки, то мгновенно возникает управляющий сигнал, стремящийся с помощью специальных устройств вернуть их на место.

Производительность диска зависит от следующих величин: времени доступа и скорости передачи данных.

Время доступа — это время, необходимое для позиционирования (перемещения) головок на соответствующую дорожку и ожидания нужного сектора. Характерное среднее время перемещения головки между двумя случайно выбранными дорожками лежит в диапазоне 8—20 мс. Время перехода головок на соседнюю дорожку (можно сказать, на соседний цилиндр) значительно меньше и обычно составляет 2 мс. Чтобы нужный сектор повернулся до совмещения с головкой, требуется некоторое время. После этого данные могут быть записаны или считаны. Для современных дисков время их полного оборота лежит в пределах 8— 16 мс, а среднее время ожидания сектора составляет 4— 8 мс.

По способу организации записи и считывания оптические диски могут быть разделены на три класса: только для чтения (Read Only), с однократной записью и многократным считыванием (Write Once Read Many) и с многократной перезаписью информации (Erasable).

В основе записи информации с помощью лазера лежит модуляция интенсивности излучения лазера дискретными значениями 0 и 1. Излучение достаточно мощного лазера оставляет на поверхности диска метки, вызванные воздействием луча на металл. Поверхность диска предварительно покрывается тонким слоем металла — теллура.

При записи логической единицы луч мощного лазера прожигает в пленке теллура микроскопическое отверстие. Если единицы следуют одна за другой, то за счет вращения диска во время записи отверстие оказывается вытянутым вдоль дорожки. Начинается запись с внутренних дорожек. Запись ведется с большой плотностью — расстояние между соседними дорожками 1,6 мк. Длина всей спиральной дорожки более 5 км.

Таким способом изготавливается первичный «мастер-диск», с которого затем производится тиражирование всей партии дисков методом литья иод давлением. Полученные копии «мастер-диска» называют порой лазерными дисками, хотя более точное название — оптические диски.

При считывании информации с оптического диска луч считывающего лазера отражается от поверхности диска, кроме мест, выжженных при записи. Отраженные лучи с помощью оптической системы, сос тоящей из призм и линз, направляются на фотодетектор. Делитель луча отправляет отраженный луч света по отдельной траектории к фотодетектору. Напряжение на выходе фотодетектора будет некоторым образом воспроизводить (повторять) впадины и бугорки, имеющиеся на оптическом диске.

Технология записи информации на перезаписываемые диски иная.

Рассмотрим одну из них.

Запись информации в магнитооптических накопителях осуществляется на диск из стекла, на который нанесен магнитный слой из сплава тербия, железа и кобальта. Этот сплав имеет низкую температуру Кюри (около 145°С). Напомним, что температура Кюри— это такая температура, при которой появляется возможность перемагнитить данный сплав. Свое название эта температура получила в честь известного физика П. Кюри.

С помощью лазера нагревают небольшой участок диска до температуры Кюри и для записи информации прикладывают магнитное ноле нужного направления. После остывания данный участок запоминает направление намагниченности (направление внешнего магнитного поля).

Для считывания данных используют эффект Керра, который проявляется в изменении направления поляризации лазерного луча, отражённого

от намагниченной поверхности.

Электронная Flash-намять позволяет переносить информацию с одной ЭВМ на другую. Flash- намять представляет собой микросхему, которая подключается к компьютеру через порт. Отсутствие механических деталей (а значит высокая надежность), малые габариты и большие объемы памяти (от нескольких сотен мегабайт до нескольких гигабайт) делает этот вид памяти весьма популярным среди пользователей. Безусловным достоинством Flash-памяти является её энергонезависимость. Записанная информация может храниться в течении ста лет.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы