Магнитные диски

Таким образом, по строению и материалу, применяемому в рабочем  слое, можно выделить следующие основные группы носителей магнитной записи: с оксидным порошковым рабочим слоем; с металлическим порошковым рабочим  слоем; со сплошным металлическим или  металлооксидным рабочим слоем; с двумя рабочими слоями из различных материалов (порошковые или сплошные металлические слои в различной комбинации); сплошные металлические носители.

Порошковые рабочие слои имеют толщину от 1 до 10-20 мкм. Толщина  сплошных металлических и металлооксидных слоев порядка 0,1 мкм.

Кроме рабочих носитель может  содержать дополнительные немагнитные  слои, выполняющие различные функции (3, 4, 5 и 6 на рисунке, в). Слой 6, нанесенный на рабочую поверхность носителя, и называемый защитным слоем, защищает рабочий слой от износа, улучшает транспортирование  носителя и предотвращает статическую  электризацию носителя. Перечисленные  функции слой 6 может выполнять  одновременно или служить для  выполнения только какой-либо одной  из них.

Носители могут иметь  все четыре дополнительных слоя одновременно или какой-либо один, два или три из них. Толщина дополнительных слоев колеблется от толщины, соответствующей мономолекулярному слою, до нескольких микрометров.

Большая часть носителей  магнитной записи выпускается в  виде двухслойной магнитной ленты, состоящей из рабочего слоя и полиэтилентерефталатной  основы.

Способы магнитной записи

По способу записи выделяют носители для продольной и перпендикулярной магнитной записи. На рисунке а, б и в приведено строение носителя для продольной записи, которая получила наибольшее распространение. Оба вида носителей могут иметь два рабочих слоя. Отличительная особенность второго слоя, расположенного под верхним рабочим слоем, у носителей для перпендикулярной записи состоит в том, что его изготовляют из магнитно-мягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, тогда как рабочие слои носителей для продольной записи изготовляют из магнитно-твердого материала. Второй слой у носителей для перпендикулярной записи играет роль магнитного шунта и называется замыкающим. Он служит для снижения магнитного сопротивления потоку носителя и, соответственно, для увеличения этого потока. При продольной записи слой из магнитно-мягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, расположенный под наружным рабочим слоем, вызвал бы снижение внешнего потока носителя, проходящего под его рабочей поверхностью, т.е. привел бы к ухудшению его свойств.

Виды записываемого сигнала

По виду записываемого  сигнала можно выделить носители для прямой и модуляционной аналоговой записи, а также для цифровой записи. Эта классификация связана с  различием форм записываемых сигналов и условий записи, откуда возникают  различия в требованиях, предъявляемых  к носителям, и в их свойствах.

При прямой аналоговой записи требуется, чтобы мгновенное значение и частотный спектр записанного  на носителе сигнала были аналогичны (с соответствующими масштабными  коэффициентами) мгновенному значению и спектру записываемого сигнала. Примером прямой записи аналоговых сигналов служит обычная звукозапись. Важно, чтобы система записи-воспроизведения  была линейна в возможно более  широком диапазоне уровней сигнала. Это понятно, поскольку мгновенный уровень остаточного магнитного потока носителя должен соответствовать  мгновенному уровню записываемого  процесса, который может изменяться в очень широких пределах. Чтобы  преодолеть трудности, связанные с  нелинейностью характеристики намагничивания носителя, прямая запись происходит с высокочастотным подмагничиванием.

При модуляционной аналоговой записи записываемый сигнал модулирует частоту, амплитуду или фазу несущей. Наиболее употребительна запись сигналов, модулированных по частоте, которая  широко применяется в видеозаписи  и инструментальной технике. Носитель в этом случае намагничивается таким  образом, чтобы отдача приобрела  максимально достижимое значение для  данной длины волны записи. Информация определяется не мгновенным уровнем  остаточного магнитного потока носителя, а распределением мест или точек  носителя, у которых поток меняет свое направление на обратное. Запись сигналов, модулированных по частоте, происходит без высокочастотного подмагничивания.

При цифровой записи на носителе записывают цифровые или импульсные сигналы. Применяют различные способы  записи цифровых сигналов (цифровые коды) (см. запись цифровых данных на магнитный  носитель, цифровая запись звука, двоичный код). Ниже приведены некоторые особенности  различных видов записи.

Прямая запись: относительно высокая амплитудная погрешность  передаваемого сигнала (обычно не менее 0,5%); высокая верхняя граничная  частота; нижняя граничная частота  более 0 Гц (обычно не ниже 20 Гц).

Модуляционная запись (запись сигналов, модулированных по частоте): амплитудная погрешность передаваемого  сигнала существенно меньше; верхняя  граничная частота ниже; нижняя граничная  частота до 0 Гц включительно.

Цифровая запись: амплитудная  погрешность передаваемого сигнала  еще меньше; верхняя граничная  частота еще более снижена; нижняя граничная частота до 0 Гц включительно.

Области применения носителей

Все многообразие применений магнитной записи можно разбить  на четыре основные области: звукозапись, видеозапись, вычислительная техника, инструментальная техника. В соответствии с применением производят и специализацию носителей магнитной записи, поскольку в разных областях применения различна форма и условия записи сигнала, а, следовательно, различны и требования к носителям записи и их свойствам. Следует отметить, что с развитием техники записи происходит сближение этих требований. При существующей тенденции перехода к записи сигналов с высокой плотностью (когда длина намагниченных участков носителя соизмерима с толщиной рабочего слоя или меньше ее) требования к свойствам носителя все меньше зависят от формы записываемого сигнала. Другая причина сближения связана с развитием цифровой записи, требования в которой не зависят от области применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жёсткие магнитные диски.

 

 

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винче́стер», «винт», «хард», «харддиск» — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого»  диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм[1]), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого  диска, носитель информации совмещён с  накопителем, приводом и блоком электроники  и (в персональных компьютерах в  подавляющем количестве случаев) обычно установлен внутри системного блока  компьютера

Принцип работы жесткого диска

Жесткий диск (или как его еще  называют - винчестер, HDD) является одним  из самых сложных устройств в  современном персональном компьютере. На жестком диске хранятся огромные объемы данных, которые передаются с большой скоростью. Жесткий  диск состоит из механических и электронных  элементов.

Основные принципы работы жестких  дисков почти не изменились с момента  его изобретения. Устройство жесткого диска напоминает обыкновенный проигрыватель  грампластинок. Только внутри корпуса  может быть несколько пластин, имеющих  общую ось, и головки могут  считывать данные сразу с обеих  сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин постоянна и является одной из главных характеристик  жесткого диска. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном  расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания данных, и тем больше может быть плотность записи данных.

Если посмотреть на жесткий диск, то можно увидеть только прочный  металлический корпус, полностью  герметичный и защищающий диск от пыли. Корпус экранирует жесткий диск от электромагнитных помех. Внутри корпуса  находятся все механизмы и  некоторые электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на которых хранятся данные, головки, которые записывают и считывают данные 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.

Количество дисков может быть различным (от 1 до 5), количество рабочих поверхностей, соответственно, в два раза больше (по две на каждом диске).

Магнитные головки считывают и  записывают данные на диски. Принцип  записи в целом похож на тот, который  используется в обычном магнитофоне. Цифровые данные 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 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, расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин.

Головки жесткого диска перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя, они как бы плывут на расстоянии в доли микрона от поверхности  диска, не касаясь его. На поверхности  дисков в результате записи данных 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.

Для хранения программ и данных в  персональных компьютерах используют различного рода накопители, общая  емкость которых, как правило, в  сотни раз превосходит емкость оперативной памяти. По отношению к компьютеру накопители могут быть внешними и встраиваемыми (внутренними). Внешние накопители имеют собственный корпус и источник питания, что экономит пространство внутри корпуса компьютера и уменьшает нагрузку на его блок питания. Встраиваемые накопители крепятся в специальных монтажных отсеках (drive bays), что позволяет создавать компактные системы, которые совмещают в системном блоке все необходимые устройства. Сам накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.

Накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств  с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными  характеристиками. Основным свойством  и назначением накопителей информации является хранение и воспроизведение  информации. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории  в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и  смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован  на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. В связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные, перфорационные и другие устройства. Магнитные запоминающие устройства

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных  свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые устройства и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости круглого носителя. Ленточные носители имеют продольно расположенные поля – дорожки. Запись производится, как правило, в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.