Лекція 12
Зовнішні запам'ятовуючі пристрої
Класифікація та характеристики зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв
План
1. Класифікація зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв.
2. Основи магнітного запису.
3. Схеми запису і відтворення.
4. Представлення цифрової інформації на зовнішньому носії.
1. Класифікація зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв
Для ефективної обробки даних необхідно забезпечити при мінімальнихвитратах зберігання великих обсягів інформації і швидкий доступ до неї. Цівимоги суперечливі і при сучасному рівні технології компромісміж ємністю, швидкодією пам'яті і витратами на неї досягається зарахунок створення ієрархічної структури, що включає в себе сверхоператівний,основний, зовнішній і архівний рівні. Зовнішній і архівний рівні утворюютьсистему зовнішньої пам'яті. До її складу входять різнорідні зовнішні запам'ятовуючіпристрої (ВЗП), контролери ВЗП, а також носії інформації та сховищадля них.
Контролери ВЗП, як правило, розміщуються в системному блоці ПЕОМ тареалізують функції контролю справності ВЗП, перешкодостійкого кодування,виявлення помилок при зчитуванні, завдання формату даних, формуваннясигналів інтерфейсу відповідно до протоколу та ін
За типом носія розрізняють ВЗП з рухомим і нерухомим носієм. Якщопошук, запис і зчитування інформації супроводжуються механічнимпереміщенням носія, то такі ВЗП називають накопичувачами з рухомимносієм. До цієї категорії відносять накопичувачі на магнітних стрічках (НМЛ),магнітних дисках (НМД) і оптичних дисках (НОД). Накопичувачі на основіциліндричних магнітних доменів (ЦМД) відносяться до накопичувачів другукатегорії. Рідше у ВЗП використовують об'ємну запис - напівпровідникові ЗУ,прилади з зарядної зв'язком.
За способом доступу до інформації все ВЗП поділяються на накопичувачі зпослідовним (НМЛ) і прямим (довільним) доступом (НГМД, НЖМД).
Основними технічними характеристиками ВЗП є:
1) інформаційна ємність визначає найбільшу кількість одиницьданих, яке може одночасно зберігатися в ВЗП. Вона залежить від площіта обсягу носія, а також від щільності запису;
2) щільність запису - кількість біт інформації, записаних на одиниціповерхні носія. Розрізняють подовжню щільність (біт/мм), тобто числобіт на одиниці довжини носія уздовж вектора швидкості його переміщення (подоріжці), і поперечну щільність (біт/мм), тобто число біт на одиницю довжининосія в напрямку, перпендикулярно вектору швидкості (кількість доріжок);
3) час доступу, тобто інтервал часу від моменту запиту (читання абозапису) до моменту видачі блоку. Цей час включає в себе час пошукуінформації на носії та час читання або запису;
4) швидкість передачі даних визначає кількість даних, що прочитуютьсяабо записуваних в одиницю часу і залежить від швидкості руху носія,щільності запису, числа каналів і т.п.
2. Основи магнітного запису
Запис і зчитування інформації відбуваються в процесі взаємодіїмагнітного носія та магнітної голівки (МГ), яка представляє собоюелектромагніт. Матеріал магнітного покриття можна уявити безліччюхаотично розташованих магнітних доменів, орієнтація яких змінюєтьсяпід дією зовнішнього магнітного поля (мал. 12.1), що створюється при МГподання до її обмотку струму запису. Якщо МГ призводить до орієнтації доменів вплощині носія (рис. 12.1, б, в), то магнітну запис називаютьгоризонтальній, а якщо - до орієнтації доменів перпендикулярно площиніносія (рис. 12.1, г, д), то магнітну запис називають вертикальною. Хочавертикальна запис потенційно дозволяє домогтися більш високої щільностізапису, найбільш поширена горизонтальна запис.
Для реєстрації інформації використовується перехід від одного станунамагніченості в протилежне. Цей перехід є «відбитком»,який може бути виявлений за допомогою МР читання.
Для горизонтального магнітного запису МГ запису має невеликий зазор,через який замикається магнітний потік. Під дією струму в обмотцідомени носія орієнтуються в одному напрямку. Якщо змінитинапрямок струму запису Iw, то орієнтація доменів буде протилежної
(рис. 12.2). Кількість переходів, що розміщуються на одиниці площі носія,називають фізичної щільністю запису. Цей параметр залежить від методумагнітного запису, величини зазору в МГ і її конструкції, відстані між
МГ і покриттям носія та ін
Якщо щільність запису дуже велика, то сусідні переходи впливають один наодного і це повинно враховуватися при побудові схем запису івідтворення.
Магнітна головка читання дозволяє визначити моменти часу, коли прирусі носія під нею виявляються кордону між ділянками зпротилежними станами намагніченості. Магнітний потік, що створюєтьсядоменами носія, частково замикається через магнітопровід МГ читання. Дляскорочення тривалості імпульсу відтворення зменшують зазор в голівці,товщину магнітного покриття і відстань між МГ і покриттям.
Якщо відстань від МР до покриття дорівнює нулю, то реалізується контактназапис (ІМЛ, НГМД). Тертя між носієм і МГ викликає їх знос іобмежує швидкість руху носія. При використанні НЖМД реалізуютьбезконтактну запис, при якій МГ знаходиться на відстані 0,2-5 мкм надповерхнею носія.
3. Схеми запису і відтворення
Щоб створити магнітний потік МР, в її обмотці повинен протікати струм Iwабо-Iw в процесі запису, а щоб запобігти руйнуванню збереженіінформації при зберіганні та зчитуванні, ток записи мають.
Цього можна досягти за допомогою наступної схеми (рис. 12.3, а). МГ записумає дві обмотки W1 і W2, включені зустрічно. За наявності дозволяєсигналу запису WR струм від джерела через резистор R протікає по обмотці W1
, Переводячи носій до одного з станів намагніченості. Протилежнастан намагніченості створюється при протіканні струму 2Iw по обмотці W2.
Цей струм формується підсилювачем запису при наявності сигналу дозволузапису і сигналу від схем кодування.
Використання елементів з трьома станами (Кл - ключ, перемикач)дозволяє зменшити енергетичні витрати і декілька підвищитишвидкодія, так як вимагає комутації менших струмів (рис. 12.3, б).
При зчитуванні необхідно виділяти слабкі корисні сигнали на тлі перешкод іамплітудно-частотних спотворень.
4. Представлення цифрової інформації на зовнішньому носії
Способи запису встановлюють відповідність відбитків на поверхніносія значень «0» і «1». Найбільш поширеними є способизапису без повернення до нуля (БВН), частотної (ЧМ) і фазової (ФМ) модуляції,групового кодування (ГК). Трактом або каналом запису-відтворенняназивають сукупність апаратних засобів, що дозволяють при операціях записуотримувати відбитки і відновлювати записану кодову послідовністьпри операціях читання. При магнітного запису основними компонентами трактує головка запису і відтворення, підсилювачі запису івідтворення, детектори інформаційних і синхронізуючих сигналів,схеми управління.
Розглянемо найбільш поширений спосіб запису - «без повернення донулю ». Суть цього способу полягає в тому, що при записі «1» напрямструму змінюється, а при записі «0» - не змінюється і відбитків наповерхні носія не залишається. Запис і читання здійснюються запостійній швидкості переміщення носія. Для відтворення «0» івідділення їх від «1» використовуються синхроімпульсів (мал. 12.4), які призчитуванні можуть відтворюватися автономним тактовим генератором абозчитуватися як службова інформація зі службовою доріжки носія.
Питання до лекції
1. Які характеристики намагаються поліпшити при розробці ВЗП для тогощоб підвищити швидкість передачі даних? За рахунок яких технічних рішеньце досягається?
-----------------------
Рис. 12.4. Тимчасова діаграма процесу запису і відтворення цифрової інформації на магнітному носії способом БВН
Рис. 12.3 Схеми запису (а) і відтворення (б)
б)
а)
(
( < p> W2
W1
Рис. 12.2 Вплив струму на різні ділянки носія при його русі
