أجهزة التخزين الخارجية. كيف تتم كتابة المعلومات وقراءتها؟ الجهاز ومبدأ تشغيل القرص الصلب

الأقراص المغناطيسيةتُستخدم أجهزة الكمبيوتر لتخزين المعلومات على المدى الطويل (لا يتم محوها عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر). في هذه الحالة ، في عملية العمل ، يمكن حذف البيانات ، بينما يمكن كتابة البيانات الأخرى.

هناك أقراص صلبة وأقراص مرنة. ومع ذلك ، نادرًا ما يتم استخدام الأقراص المرنة الآن. كانت الأقراص المرنة شائعة بشكل خاص في الثمانينيات والتسعينيات.

الأقراص المرنة(الأقراص المرنة) ، التي تسمى أحيانًا الأقراص المرنة (الأقراص المرنة) ، عبارة عن أقراص مغناطيسية محاطة بأشرطة بلاستيكية مربعة بقياس 5.25 بوصة (133 ملم) أو 3.5 بوصة (89 ملم). تسمح لك الأقراص المرنة بنقل المستندات والبرامج من كمبيوتر إلى آخر ، وتخزين المعلومات ، وعمل نسخ أرشيفية من المعلومات الموجودة على القرص الثابت.

تتم كتابة المعلومات الموجودة على قرص مغناطيسي وقراءتها بواسطة رؤوس مغناطيسية على طول مسارات متحدة المركز. عند كتابة المعلومات أو قراءتها ، يدور القرص المغناطيسي حول محوره ، ويتم إحضار الرأس إلى المسار المطلوب باستخدام آلية خاصة.

تبلغ سعة الأقراص المرنة مقاس 3.5 بوصة 1.44 ميجابايت. هذا النوع من الأقراص المرنة هو الأكثر شيوعًا في الوقت الحالي.

على عكس الأقراص المرنة HDDيسمح لك بتخزين كميات كبيرة من المعلومات. يمكن أن تصل سعة محركات الأقراص الثابتة في أجهزة الكمبيوتر الحديثة إلى تيرابايت.

تم إنشاء أول محرك أقراص ثابتة بواسطة شركة IBM في عام 1973. سمحت بتخزين ما يصل إلى 16 ميغا بايت من المعلومات. نظرًا لأن هذا القرص يحتوي على 30 أسطوانة ، مقسمة إلى 30 قطاعًا ، فقد تم تحديده على أنه 30/30. قياسا على البنادق الأوتوماتيكية التي يبلغ عيارها 30/30 ، حصل هذا القرص على لقب "وينشستر".

القرص الصلب عبارة عن صندوق حديدي مغلق يضم قرصًا مغناطيسيًا واحدًا أو أكثر جنبًا إلى جنب مع مجموعة رأس القراءة / الكتابة ومحرك كهربائي. عند تشغيل الكمبيوتر ، يقوم المحرك الكهربائي بتدوير القرص المغناطيسي بسرعة عالية (عدة آلاف من الثورات في الدقيقة) ويستمر القرص في الدوران طالما كان الكمبيوتر قيد التشغيل. فوق القرص ، توجد رؤوس مغناطيسية خاصة "تحوم" ، والتي تكتب المعلومات وتقرأها بنفس طريقة الكتابة على الأقراص المرنة. تطفو الرؤوس فوق القرص بسبب سرعة دورانه العالية. إذا لامست الرؤوس القرص ، فإن قوة الاحتكاك ستؤدي بسرعة إلى فشل القرص.

يتم استخدام المفاهيم التالية عند العمل مع الأقراص الممغنطة.

مسار- دائرة متحدة المركز على قرص مغناطيسي ، وهي أساس تسجيل المعلومات.

اسطوانةعبارة عن مجموعة من المسارات المغناطيسية تقع واحدة فوق الأخرى على جميع أسطح العمل الخاصة بأقراص القرص الصلب.

قطاع- قسم من المسار المغناطيسي وهو من الوحدات الرئيسية لتسجيل المعلومات. كل قطاع له رقمه الخاص.

العنقودية- الحد الأدنى لعنصر القرص المغناطيسي الذي يتم تشغيله بواسطة نظام التشغيل عند العمل مع الأقراص. كل مجموعة تتكون من عدة قطاعات.

الاتصالات والاتصالات والالكترونيات والأجهزة الرقمية

تقع مجالات المواد المغناطيسية المستخدمة في التسجيل الطولي بالتوازي مع سطح الوسط. يستخدم هذا التأثير عند تسجيل البيانات الرقمية مع تغيير المجال المغناطيسي للرأس وفقًا لإشارة المعلومات. ستؤدي محاولات زيادة كثافة التسجيل السطحي عن طريق تقليل حجم الجسيمات إلى زيادة نسبة حجم منطقة عدم اليقين إلى حجم المنطقة المفيدة وليس لصالح الأخير ، وفي النهاية ، ستؤدي حتماً إلى ما يلي- يسمى التأثير المغنطيسي الفائق عندما تنتقل الجسيمات إلى المجال الأحادي ...

تقنيات التسجيل بالقرص المغناطيسي

التسجيل الطولي

استخدمت العينات الأولى من محركات الأقراص الثابتة ، التي ظهرت في السبعينيات من القرن العشرين ، تقنية تسجيل المعلومات الطولية. لهذا الغرض ، تم تغطية سطح القرص وكذلك سطح الشريط المغناطيسي بطبقة من ثاني أكسيد الكروم CrO 2 أو أكسيد الحديد ، مما يوفر مغنطة طولية لطبقة التسجيل. القوة القسرية لمثل هذا الناقلح ج = 28 كيلو أمبير / م.

تقنية تطبيق طبقة الأكسيد معقدة نوعًا ما. أولاً ، يُرش معلق من خليط من مسحوق أكسيد الحديد والبوليمر المنصهر على سطح قرص من الألومنيوم سريع الدوران. بسبب تأثير قوى الطرد المركزي ، يتم توزيعه بالتساوي على سطح القرص من مركزه إلى الحافة الخارجية. بعد بلمرة المحلول ، يتم صنفرة السطح ويتم وضع طبقة أخرى من البوليمر النقي عليه ، والتي تتمتع بقوة كافية ومعامل احتكاك منخفض. ثم يتم تلميع القرص أخيرًا. هذا النوع من محركات الأقراص بني أو أصفر.

كما هو معروف ، فإن المواد المغناطيسية لها بنية مجال ، أي تتكون من مناطق مجهرية منفصلة -المجالات ، حيث يتم توجيه اللحظات المغناطيسية لجميع الذرات في اتجاه واحد. نتيجة لذلك ، يحتوي كل مجال على عزم مغناطيسي إجمالي كبير بما فيه الكفاية. مجالات المواد المغناطيسية المستخدمة في التسجيل الطولي موازية لسطح الوسط. إذا لم تتأثر المادة المغناطيسية بمجال مغناطيسي خارجي ، فإن اتجاه اللحظات المغناطيسية للمجالات الفردية يكون فوضوياً وأي اتجاه يكون محتملاً بنفس القدر. إذا تم وضع مثل هذه المادة في مجال مغناطيسي خارجي ، فإن اللحظات المغناطيسية للنطاقات ستميل إلى توجيه نفسها في الاتجاه الذي يتزامن مع اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي. يستخدم هذا التأثير عندما يتم تسجيل البيانات الرقمية بواسطة المجال المغناطيسي للرأس ، والذي يتغير وفقًا لإشارة المعلومات.

إن الحد الأدنى للعنصر (الخلية) في ذاكرة طبقة التسجيل المغناطيسية القادرة على تخزين بت واحد من المعلومات ليس مجالًا منفصلاً ، ولكنه جسيم (منطقة) يتكون من عدة عشرات من المجالات (70-100). إذا كان اتجاه العزم المغناطيسي الكلي لمثل هذا الجسيم يتزامن مع اتجاه حركة الرأس المغناطيسي ، فيمكن أن ترتبط حالته بـ "0" منطقي للبيانات ، إذا كانت الاتجاهات معاكسة ، - منطقي " 1 ".

ومع ذلك ، إذا كانت المناطق المجاورة لها الاتجاه المعاكس للحظات المغناطيسية ، فإن المجالات الموجودة على الحدود بينها ولمس القطبين اللذين يحملان الاسم نفسه سوف تتنافر وتغير اتجاهات اللحظات المغناطيسية في النهاية بطريقة غير متوقعة بالترتيب لتتخذ وضعا أكثر استقرارا من ناحية الطاقة. ... نتيجة لذلك ، على حدود المنطقتين ، يتم تشكيل منطقة عدم اليقين ، مما يقلل من حجم المنطقة التي تخزن بت المعلومات المسجلة ، وبالتالي مستوى الإشارة المفيدة أثناء القراءة (الشكل 5.6). في هذه الحالة ، يزداد مستوى الضوضاء بالطبع.

ستؤدي محاولات زيادة كثافة التسجيل السطحي عن طريق تقليل حجم الجسيمات إلى زيادة نسبة حجم منطقة عدم اليقين إلى حجم المنطقة المفيدة وليس لصالح الأخير ، وفي النهاية ، ستؤدي حتماً إلى ما يلي- مسمىتأثير مغنطيسي فائقعندما تذهب الجسيمات إلىدولة ذات مجال واحدولن تكون قادرًا على إصلاح المعلومات المسجلة ، لأن المجالات المجاورة ذات اللحظات المغناطيسية الموجهة بشكل معاكس ستغير اتجاهها فور إزالة المجال المغناطيسي لرأس التسجيل. ستصبح مادة طبقة التسجيل ممغنطة بشكل موحد في كامل الحجم.

وبالتالي ، نظرًا لوجود المغنطيسية الفائقة ، وصلت تقنية التسجيل الطولي بحلول منتصف العقد الأولالحادي والعشرون قرون من تسجيل كثافة تبلغ 120 جيجابت في البوصة 2 ، استنفدت قدراتها عمليًا ولم تعد قادرة على توفير زيادة كبيرة في سعة محركات الأقراص الثابتة. أجبر هذا المطورين على اللجوء إلى تقنيات أخرى خالية من هذا العيب.

تسجيل عمودي

تعتمد إمكانية الكتابة العمودية على حقيقة أنه في الأغشية الرقيقة التي تحتوي على الكوبالت والبلاتين وبعض المواد الأخرى ، تميل ذرات هذه المواد إلى الاتجاه بحيث تكون محاورها المغناطيسية متعامدة مع سطح الناقل. تقع المجالات المتكونة من هذه الذرات أيضًا بشكل عمودي على السطح الحامل.

يتم إنشاء الإشارة في الرأس المغناطيسي للقراءة فقط عندما تعبر خطوط القوة للمجال المغناطيسي للمجال ، أي في المكان الذي تكون فيه خطوط القوة هذه عمودية على سطح الناقل. بالنسبة للمجال الموازي لسطح الموجة الحاملة ، تكون خطوط قوة المجال المغناطيسي متعامدة على السطح فقط عند نهاياته ، حيث تخرج على السطح (الشكل 5.7 ، أ). عندما يتحرك الرأس بالتوازي مع المجال ، وبالتالي ، بالتوازي مع خطوط قوته ، لا توجد إشارة فيه. إن تقليل طول النطاق ، سعياً إلى زيادة كثافة التسجيل ، ممكن فقط حتى حدود معينة - حتى يبدأ التأثير المغنطيسي الفائق في الظهور. إذا كانت المجالات تقع بشكل عمودي على سطح الموجة الحاملة ، فإن خطوط القوة الخاصة بمجالاتها المغناطيسية ستكون دائمًا متعامدة مع السطح وستحتوي على معلومات (الشكل 5.7 ، ب). لن يكون هناك عمليات تشغيل "خاملة" بسبب طول المجال. نظرًا لعدم وجود مغناطيسية فائقة ، لأن المجالات ذات المغناطيسية المعاكسة لن تتنافر. من الواضح أنه يمكن الحصول على كثافة تسجيل أعلى على وسيط مع مغنطة عمودية.

يتطلب القرص المصمم للتسجيل العمودي تقنية تصنيع خاصة. قاعدة اللوحة مصقولة بعناية ، ثم يتم وضع طبقة تسوية من فوسفات النيكل على سطحها عن طريق الترسيب الفراغيارتشف بسماكة حوالي 10 ميكرون ، والتي ، أولاً ، تقلل من خشونة السطح ، وثانياً ، تزيد من الالتصاق بالطبقات اللاحقة (الشكل 5.8).

بعد ذلك ، يتم تطبيق طبقة من مادة مغناطيسية ناعمة ، مما يجعل من الممكن قراءة البيانات من طبقة التسجيل ، وتتكون طبقة التسجيل نفسها من مادة ذات اتجاه عمودي للمجالات المغناطيسية. الكوبالت (كو) ، البلاتين ( Pt) ، البلاديوم (Pd ) وسبائكها مع بعضها البعض ومع الكروم (سجل تجاري ) وكذلك هياكل متعددة الطبقات تتكون من أغشية رقيقة من هذه المعادن بسمك عدة ذرات.

يتم تطبيق فيلم واقية من الزجاج والسيراميك بسمك يصل إلى جزء من مئات الميكرون فوق طبقة التسجيل.

تسجيل المعلومات على طبقة التسجيل مع مغنطة عمودية لها خصائصها الخاصة. من أجل ضمان مستوى إشارة مقبول وضمان نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة ، يجب أن تكون خطوط قوة المجال المغناطيسي التي يولدها رأس التسجيل ، التي تمر عبر طبقة التسجيل ، قريبة مرة أخرى من قلب الرأس. لهذا الغرض ، تعمل الطبقة الفرعية المغناطيسية اللينة ، الواقعة أسفل طبقة التسجيل ، (الشكل 5.9).

وفقًا للتوقعات الأولية للمتخصصين ، ستسمح تقنية التسجيل العمودي بتحقيق كثافة تسجيل تصل إلى 500 جيجابت / بوصة. 2 ... في هذه الحالة ، ستكون سعة محرك الأقراص مقاس 3.5 بوصة 2 تيرابايت ، 2.5 بوصة - 640 جيجابايت ، 1 بوصة - 50 جيجابايت. ومع ذلك ، هذه مجرد توقعات أولية. من الممكن أن يكون الحد الأعلى هو 1 تيرابايت / بوصة 2 وحتى اكثر. المستقبل سيخبرنا.

تقنيات التسجيل المغناطيسي المتقدمة

تقنية التسجيل العمودي في مرحلة التطوير النشط حاليًا ولا تزال بعيدة عن القيم الحدية لكثافة التسجيل. ومع ذلك ، ستأتي هذه اللحظة يومًا ما. ربما في وقت أبكر مما يبدو الآن. لذلك ، يجري بالفعل البحث في اتجاه إيجاد تقنيات تسجيل مغناطيسي جديدة عالية الكفاءة.

واحدة من هذه التقنيات هي التسجيل الحراري المغناطيسيHAMR (التسجيل المغناطيسي بمساعدة الحرارة)، بمعنى آخر. التسجيل مع التسخين المسبق للوسائط. توفر هذه الطريقة تسخينًا قصير المدى (1 بيكو ثانية) لمنطقة وسط التسجيل ، التي يتم التسجيل عليها ، بواسطة شعاع ليزر مركّز - تمامًا كما هو الحال في التسجيل المغناطيسي البصري.يتجلى الاختلاف بين التقنيات في طريقة قراءة المعلومات من القرص. في محركات الأقراص المغناطيسية الضوئية ، تتم قراءة المعلومات بواسطة شعاع ليزر يعمل بطاقة أقل من أثناء التسجيل ، وأثناء التسجيل المغنطيسي الحراري ، تتم قراءة المعلومات بواسطة رأس مغناطيسي بنفس طريقة قراءة القرص الصلب التقليدي.ومن المخطط أن تكون كثافة التسجيل هنا أعلى بكثير من التنسيقات المغناطيسية الضوئية. MD أو CD - MO أو DVD - MO - حتى 10 تيرا بايت في الثانية 2 ... لذلك ، هناك حاجة إلى مواد أخرى هنا كوسيط تسجيل. الآن ، مثل هذه المواد ، يتم اعتبار مركبات مختلفة من البلاتين والكوبالت والنيوديميوم والساماريوم وبعض العناصر الأخرى: 14 Nd 2 B ، CoPt ، FePt ، Co 5 Sm ، إلخ. هذه المواد باهظة الثمن - بسبب التكلفة العالية للعناصر الأرضية النادرة المدرجة في تكوينها ، وبسبب التعقيد والتكلفة العالية للعملية التكنولوجية لإنتاجها وتطبيقها على سطح قاعدة الناقل المقصود. تصميم رأس القراءة / الكتابة في التكنولوجياحمر يُفترض أيضًا أن يكون مختلفًا تمامًا عن التسجيل المغناطيسي البصري: يجب وضع الليزر على نفس جانب الرأس المغناطيسي ، وليس على العكس ، كما هو الحال في المسجلات المغناطيسية الضوئية (الشكل 5.10). من المفترض أن يتم التسخين حتى درجة حرارة حوالي 100 درجة مئوية ، وليس 180 درجة.

الاتجاه الواعد الآخر في تطوير التسجيل المغناطيسي هو استخدام المواد كطبقة تسجيل ، حيث يتم ترتيب الجسيمات في مصفوفة مجال منظمة بشكل واضح (وسائط منقوشة بت ). باستخدام هذه البنية ، سيتم تخزين كل جزء من المعلومات في مجال خلية واحد فقط ، وليس في مصفوفة من 70-100 مجال (الشكل 5.11).

يمكن إنشاء مثل هذه المادة إما بشكل مصطنع باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية (الشكل 5.12) ، أو يمكن العثور على سبيكة ذات هيكل مناسب ذاتي التنظيم.

من غير المحتمل تطوير الطريقة الأولى ، نظرًا للحصول على مادة تسمح بكثافة تسجيل لا تقل عن 1 تيرا بايت / بوصة 2 يجب أن يكون حجم الجسيم الواحد 12.5 نانومتر كحد أقصى. لا توفر تقنية الطباعة الحجرية الحالية ولا تقنية الطباعة الحجرية المخطط لها للسنوات العشر القادمة ذلك. على الرغم من وجود بعض الحلول الذكية لتجنب رفض هذا النهج.

ابحث عن مواد مغناطيسية ذاتية التنظيم (SOMA - مصفوفة مغناطيسية مرتبة ذاتيًا) هو اتجاه واعد جدا. منذ عدة سنوات حتى الآن ، كانت Seagate تشير إلى ميزات سبيكة FePt التي تتبخر في مذيب الهكسان. المادة الناتجة لها بنية خلوية ناعمة تمامًا. حجم خلية واحدة 2.4 نانومتر. بالنظر إلى أن كل مجال يتمتع باستقرار عالٍ ، يمكننا التحدث عن كثافة التسجيل المسموح بها عند مستوى 40-50 تيرا بايت / بوصة. 2 ! يبدو أن هذا هو الحد الأقصى للتسجيل على الوسائط الممغنطة.

س

مناطق عدم اليقين

أرز. 5.6 مناطق عدم اليقين الناشئة عن التسجيل الطولي

هناك إشارة

لا توجد تغطية

أرز. 5.7 وسائط موازية (أ)

وعمودي (ب) مغنطة

طبقة فرعية مصنوعة من مادة مغناطيسية ناعمة

قاعدة القرص (Al)

طبقة التسوية (ارتشف)

تسجيل طبقة مع مغنطة عمودية

طبقة حامية

أرز. 5.8 هيكل القرص الصلب مع عمودي

مغنطة

طبقة تسجيل مغناطيسية صلبة

طبقة سفلية ناعمة مغناطيسياً

أرز. 5.9. مواد التسجيل المتعامدة

مغنطة

تسجيل القطب

عودة القطب القطب

أرز. 5.10. رأس مغناطيسي بصريضرر وتلف

أرز. 5.11. البنية المجهرية لـ BPM: 1 - المنطقة المقابلة لجزء واحد من المعلومات أثناء التسجيل العادي ؛ 2 - مصفوفة تتوافق حدودها مع حدود المجالات ؛ 3 - مجال قادر على تخزين بت واحد من البيانات

أرز. 5.12. طبقة التسجيل التي تم الحصول عليها عن طريق الطباعة الحجرية الضوئية

وأيضًا الأعمال الأخرى التي قد تهمك
21435.		تغيير الأشخاص في الالتزام	20.2 كيلو بايت
	لذلك ، يتم التنازل دائمًا بالفعل وفاءً بالالتزام الحالي. في معظم الالتزامات ، يكون للطرف حقوق والتزامات.إن التنازل عن الحقوق هو في نفس الوقت تحويل للدين ، أي أنه مرتبط بتغيير الأشخاص وهكذا لن يحدث ذلك الفقرة 5 من الخطاب: من الممكن إذا تم تقسيم موضوع الالتزام. اتفاقية ائتمان: المادة 812 من القانون المدني: لا يمكن تقديمها إلا من قبل بنك أو مؤسسة ائتمانية أخرى ، أي بناءً على طلب الدائن ، يتم الوفاء بالالتزام السلبي ...
21436.		موضوع أداء الالتزام	21.06 كيلوبايت
	تنطبق المتطلبات الخاصة على الالتزامات النقدية ، المادة 317 من القانون المدني: يتم دفعها بالروبل ، باستثناء تلك المحددة من قبل البنك المركزي للاتحاد الروسي.عقد الحفاظ على الحياة مفهرس بمعدل التضخم بالترتيب و ...
21437.		المسؤولية القانونية المدنية	22.54 كيلوبايت
	نتيجة للجريمة ، يجب أن تأتي هذه النتائج السلبية على الجاني ، والتي يمكن أن تمنع الجرائم في المستقبل ؛ يمكن أن تكون هذه النتائج السلبية إما الحرمان الشخصي ، أو الاعتقال أو الحرمان من الممتلكات ، أو المصادرة ، أو المصادرة ، أو الغرامة ، أو التعويض عن الأضرار في أوسيتيا الجنوبية ، وهذه هي عواقب الجريمة المرتكبة ، والتي يتم التعبير عنها في الحرمان الشخصي ، غير مرغوب فيه للجاني. .
21438.		نظرية السبب	16.29 كيلوبايت
	المصلحة الخاصة للضحية في GP لا تتمثل في تعريض المخالف للحرمان الشخصي ، ولكن للتعويض عن الخسائر التي تكبدها من GP ، فإن المسؤولية تقع دائمًا على عاتق أحد أفراد GP تجاه موضوع آخر من GP. ، هذا يختلف عن AP. ترجع الميزة إلى حقيقة أن GP ينظم المنظمة غير الحكومية من أجل تلبية المصالح الخاصة للمشاركين في هذه العلاقات والمصالح الخاصة للمشاركين ...
21439.		الذنب	20.36 كيلو بايت
	يحدث الذنب عندما يتضح من سلوك الشخص أن هذا الشخص إما رغب في ارتكاب جريمة أو لم يُظهر درجة العناية والتقدير التي كانت مطلوبة منه بسبب طبيعة الالتزام وشروط التداول لمنع وقوع جريمة. جريمة طريقة أخرى لمفهوم الذنب: الشعور بالذنب ليس له علاقة بالعمليات العقلية هو Sukhanov Vetryansky: خطأ المدين يحدث عندما لا يفي ...
21440.		مفهوم ثبات حلول المعادلات التفاضلية	673 كيلو بايت
	يمكن اختزال التحقيق في استقرار بعض حلول نظام المعادلات 1 إلى التحقيق في استقرار حل تافه لنقطة ثابتة تقع في الأصل. تقع في أصل النقطة الثابتة لنظام المعادلات. دعونا نصيغ شروط الاستقرار كما هو مطبق على النقطة الثابتة. النقطة الثابتة للنظام 5 مستقرة بمعنى Lyapunov إذا كان لكل واحد أن يختار  مثل ذلك من ...
21441.		ملاحظات حول تصنيف نقاط الراحة	340.5 كيلوبايت
	لذلك ، بالنسبة لـ t كبير بما فيه الكفاية ، فإن نقاط المسارات التي تقع قيمها الأولية في أي حي من أصل الإحداثيات تقع في منطقة صغيرة عشوائية من الأصل ، ومن أجل الاقتراب اللامتناهي من الأصل m. النقاط الموجودة في البداية لحظة في جوار الأصل مع زيادة t ، اترك أي حي معين من الأصل m. إذا كانت هناك وظيفة قابلة للتفاضل تسمى وظيفة Lyapunov التي تفي بالشروط التالية في جوار الأصل: 1 حيث ...
21442.		دراسة الاستقرار بالتقريب الأول	209.5 كيلوبايت
	تذكر أن دراسة ثبات نقطة السكون في النظام 1 تعادل دراسة ثبات بعض الحلول لنظام المعادلات التفاضلية 2 م للجانب الأيمن من النظام 1 تتلاشى:. سنبحث في استقرار النقطة الثابتة للنظام الخطي 5 المسمى نظام المعادلات للتقريب الأول للنظام 4. النظام 1 ثابت في التقريب الأول ، ثم دراسة ...
21443.		معادلات تفاضلية جزئية من الدرجة الأولى	170 كيلو بايت
	المعادلة الخطية غير المتجانسة أو المعادلة التفاضلية الجزئية شبه الخطية من الدرجة الأولى هي معادلة للصيغة :. 2 هذه المعادلة خطية فيما يتعلق بالمشتقات ولكنها قد تكون غير خطية فيما يتعلق بالدالة غير المعروفة Z. إذا كانت المعاملات Xi لا تعتمد على z فإن المعادلة 2 تسمى خطية متجانسة.

الأقراص المغناطيسيةتُستخدم أجهزة الكمبيوتر لتخزين المعلومات على المدى الطويل (لا يتم محوها عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر). في هذه الحالة ، في عملية العمل ، يمكن حذف البيانات ، بينما يمكن كتابة البيانات الأخرى.

هناك أقراص صلبة وأقراص مرنة. ومع ذلك ، نادرًا ما يتم استخدام الأقراص المرنة الآن. كانت الأقراص المرنة شائعة بشكل خاص في الثمانينيات والتسعينيات.

الأقراص المرنة(الأقراص المرنة) ، التي تسمى أحيانًا الأقراص المرنة (الأقراص المرنة) ، عبارة عن أقراص مغناطيسية محاطة بأشرطة بلاستيكية مربعة بقياس 5.25 بوصة (133 ملم) أو 3.5 بوصة (89 ملم). تسمح لك الأقراص المرنة بنقل المستندات والبرامج من كمبيوتر إلى آخر ، وتخزين المعلومات ، وعمل نسخ أرشيفية من المعلومات الموجودة على القرص الثابت.

تتم كتابة المعلومات الموجودة على قرص مغناطيسي وقراءتها بواسطة رؤوس مغناطيسية على طول مسارات متحدة المركز. عند كتابة المعلومات أو قراءتها ، يدور القرص المغناطيسي حول محوره ، ويتم إحضار الرأس إلى المسار المطلوب باستخدام آلية خاصة.

تبلغ سعة الأقراص المرنة مقاس 3.5 بوصة 1.44 ميجابايت. هذا النوع من الأقراص المرنة هو الأكثر شيوعًا في الوقت الحالي.

على عكس الأقراص المرنة HDDيسمح لك بتخزين كميات كبيرة من المعلومات. يمكن أن تصل سعة محركات الأقراص الثابتة في أجهزة الكمبيوتر الحديثة إلى تيرابايت.

تم إنشاء أول محرك أقراص ثابتة بواسطة شركة IBM في عام 1973. سمحت بتخزين ما يصل إلى 16 ميغا بايت من المعلومات. نظرًا لأن هذا القرص يحتوي على 30 أسطوانة ، مقسمة إلى 30 قطاعًا ، فقد تم تحديده على أنه 30/30. قياسا على البنادق الأوتوماتيكية التي يبلغ عيارها 30/30 ، حصل هذا القرص على لقب "وينشستر".

القرص الصلب عبارة عن صندوق حديدي مغلق يضم قرصًا مغناطيسيًا واحدًا أو أكثر جنبًا إلى جنب مع مجموعة رأس القراءة / الكتابة ومحرك كهربائي. عند تشغيل الكمبيوتر ، يقوم المحرك الكهربائي بتدوير القرص المغناطيسي بسرعة عالية (عدة آلاف من الثورات في الدقيقة) ويستمر القرص في الدوران طالما كان الكمبيوتر قيد التشغيل. فوق القرص ، توجد رؤوس مغناطيسية خاصة "تحوم" ، والتي تكتب المعلومات وتقرأها بنفس طريقة الكتابة على الأقراص المرنة. تطفو الرؤوس فوق القرص بسبب سرعة دورانه العالية. إذا لامست الرؤوس القرص ، فإن قوة الاحتكاك ستؤدي بسرعة إلى فشل القرص.

يتم استخدام المفاهيم التالية عند العمل مع الأقراص الممغنطة.

مسار- دائرة متحدة المركز على قرص مغناطيسي ، وهي أساس تسجيل المعلومات.

اسطوانةعبارة عن مجموعة من المسارات المغناطيسية تقع واحدة فوق الأخرى على جميع أسطح العمل الخاصة بأقراص القرص الصلب.

قطاع- قسم من المسار المغناطيسي وهو من الوحدات الرئيسية لتسجيل المعلومات. كل قطاع له رقمه الخاص.

العنقودية- الحد الأدنى لعنصر القرص المغناطيسي الذي يتم تشغيله بواسطة نظام التشغيل عند العمل مع الأقراص. كل مجموعة تتكون من عدة قطاعات.

أي قرص مغناطيسي له هيكل منطقي يتضمن العناصر التالية:

• قسم الاحذية؛
• جداول تخصيص الملفات؛
• منطقة البيانات.

قسم الاحذيةيحتل (سجل التمهيد) رقم القطاع 0. ويحتوي على برنامج صغير IPL2 (تحميل البرنامج الأولي 2) ، والذي من خلاله يحدد الكمبيوتر القدرة على تمهيد نظام التشغيل من هذا القرص.

تتمثل إحدى ميزات محرك الأقراص الثابتة في وجود منطقة أخرى ، بالإضافة إلى قطاع التمهيد ، - قطاع التمهيد الرئيسي(سجل التمهيد الرئيسي). النقطة المهمة هي أنه يمكن تقسيم محرك أقراص ثابت واحد إلى عدة محركات أقراص منطقية. يتم تخصيص القطاع الفعلي 1 دائمًا لقطاع التمهيد الرئيسي على القرص الثابت. يحتوي هذا القطاع على برنامج IPL1 (تحميل البرنامج الأولي 1) ، والذي يحدد قرص التمهيد عند تنفيذه.

جدول تخصيص الملفاتتستخدم لتخزين المعلومات حول موقع الملفات على القرص. بالنسبة للأقراص الممغنطة ، عادةً ما يتم استخدام نسختين من الجداول ، والتي تتبع واحدة تلو الأخرى ، ومحتوياتها متطابقة تمامًا. يتم ذلك في حالة حدوث أي أعطال على القرص ، فيمكن دائمًا "إصلاح" القرص باستخدام نسخة ثانية من الجدول. في حالة تلف النسختين ، ستفقد كل المعلومات الموجودة على القرص.

منطقة البياناتتشغل (منطقة البيانات) الجزء الأكبر من مساحة القرص وتعمل مباشرة لتخزين البيانات.

في HDD ، تُستخدم طريقتان رئيسيتان للتسجيل: طريقة تشكيل التردد (FM) (الشكل 13.2) وطريقة FM المعدلة. في وحدة التحكم (المحول) لمحرك الأقراص المرنة ، تتم معالجة البيانات في رمز ثنائي وإرسالها إلى محرك الأقراص المرنة في رمز تسلسلي.

طريقة الترددالتحوير هو تردد مزدوج. عند التسجيل في بداية فاصل الساعة ، يتم تحويل التيار إلى MG ويتغير اتجاه مغنطة السطح. يشير تبديل تيار الكتابة إلى بداية دورات الكتابة ويستخدم أثناء القراءة لتوليد إشارات التزامن. وبالتالي ، فإن هذه الطريقة لها خاصية المزامنة الذاتية... تتم كتابة "1" و "0" في منتصف فترة الساعة ، وعند كتابة "1" في منتصف فترة الساعة ، يتم عكس التيار ، وعند كتابة "0" - لا. عند القراءة في لحظات منتصف فاصل الساعة ، يتم تحديد وجود إشارة قطبية عشوائية. يتوافق وجود إشارة في هذه اللحظة مع "1" والغياب - إلى "0".

3. تنسيق لتسجيل المعلومات على قرص مرن

يفترض تنظيم وضع المعلومات على قرص مرن موقع بيانات المستخدم جنبًا إلى جنب مع معلومات الخدمة اللازمة لترقيم المناطق الفردية ، وفصلها عن بعضها البعض ، للتحكم في المعلومات ، إلخ.

الخامس تستخدم محركات الأقراص الثابتة تنسيقات معلومات قياسية لتوحيد (تعميم) محركات الأقراص الثابتة ومحولاتها. يتم تقسيم كل مسار على قرص مرن إلى قطاعات. حجم القطاع هو السمة الرئيسية للتنسيق ويحدد أصغر كمية من البيانات التي يمكن كتابتها في عملية إدخال / إخراج واحدة. تختلف التنسيقات المستخدمة في محرك الأقراص المرنة في عدد القطاعات لكل مسار وحجم قطاع واحد. يتم تحديد الحد الأقصى لعدد القطاعات لكل مسار بواسطة نظام التشغيل. يتم فصل القطاعات عن بعضها بفواصل زمنية لا يتم فيها تسجيل المعلومات. يحدد ناتج عدد المسارات حسب عدد القطاعات وعدد جوانب القرص المرن سعة المعلومات الخاصة به.

يتضمن كل قطاع (الشكل 13.3) منطقتين: مجال علوي وحقل بيانات. معلومات الخدمةيؤلف معرّف قطاع لتمييزه عن غيره.

علامة العنوانهو رمز خاص يختلف عن البيانات ويشير إلى بداية قطاع أو حقل بيانات. رقم الرأسيشير إلى أحد المجموعتين MG الموجودتين على الجوانب المقابلة للقرص المرن. رقم القطاع- هذا رمز قطاع منطقي قد لا يتطابق مع رقمه المادي. طول القطاعيشير إلى حجم حقل البيانات. بايت التحكممصممة للتحكم في أخطاء القراءة.

متوسط ​​وقت الوصولإلى القرص بالمللي ثانية يقدر بالتعبير التالي:

t cf = (N-1) t 1/3 + t 2 ، (17.1)

حيث N هو عدد المسارات على سطح عمل HDM ؛ ر 1 - وقت حركة MG من مسار إلى آخر ؛ t 2 هو وقت الاستقرار لنظام تحديد المواقع.

4. محولات لمحركات الأقراص المرنة

يقوم مهايئ محرك الأقراص المرنة بترجمة الأوامر القادمة من BIOS ROM إلى إشارات كهربائية تتحكم في محرك الأقراص المرنة ، كما يحول تدفق النبضات المقروءة من قرص MG المرن إلى معلومات يراها الكمبيوتر. من الناحية الهيكلية ، يمكن وضع المعدات الإلكترونية للمحول على اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي أو دمجها مع معدات مهايئات أخرى على لوحة منفصلة من وحدات التوسيع. من الممكن برمجة طول سجل البيانات ، وسرعة الانتقال من المسار إلى المسار ، ووقت تحميل وتفريغ MG ، وكذلك نقل البيانات في DMA أو وضع المقاطعة.

يظهر في الشكل أحد خيارات إنشاء مخطط هيكلي لمحول محرك الأقراص المرنة. 13.4.

تتعرف وحدة فك ترميز العنوان على العناوين الأساسية لسجلات المحول التي يمكن الوصول إليها من خلال البرامج. بالنسبة لوحدة المعالجة المركزية ، يتوفر محول محرك الأقراص الثابتة برمجيًا من خلال سجل التحكم ومنفذين لوحدة التحكم في محرك الأقراص الثابتة - سجل الحالة وسجل البيانات. تحدد قيم البتات الفردية لسجل التحكم اختيار محرك الأقراص المرنة ، وإعادة تعيين وحدة التحكم ، وتشغيل المحرك ، وتمكين المقاطعة ، و RAP.

ا الكتلة الوظيفية الرئيسية لمحول محرك الأقراص المرنة هي وحدة التحكم في محرك الأقراص المرنة ، والتي يتم تنفيذها عادةً هيكليًا في شكل LSI (الدوائر المتكاملة 8272 Intel ، 765 NEC ، إلخ). توفر وحدة التحكم هذه التحكم في عمليات محرك الأقراص المرنة وتحدد شروط التبادل مع المعالج المركزي. من الناحية الوظيفية ، تكون وحدة التحكم تابعة لوحدة المعالجة المركزية ومبرمجة بواسطتها. تحتوي وحدة التحكم على سجل حالة وسجل بيانات يتم فيه تخزين البيانات والأوامر والمعلمات المتعلقة بحالة محرك الأقراص المرنة. عند الكتابة ، يتم استخدام سجل البيانات كمخزن مؤقت يتم فيه تغذية البيانات من المعالج بالبايت. تستقبل وحدة التحكم البيانات من السجل وتحولها إلى رمز تسلسلي مستخدم في طريقة تسجيل التردد.

تقوم وحدة تحكم محرك الأقراص المرنة بتنفيذ ما يلي مجموعة الأوامر: تحديد الموضع والتنسيق والقراءة والكتابة والتحقق من حالة محرك الأقراص المرنة وما إلى ذلك. يتم تنفيذ كل أمر في ثلاث مراحل: التحضيري والتنفيذي والنهائي. الخامس المرحلة التحضيريةترسل وحدة المعالجة المركزية وحدات بايت التحكم إلى وحدة التحكم ، والتي تتضمن كود التشغيل والمعلمات المطلوبة لتنفيذ كود التشغيل. بناءً على هذه المعلومات في مرحلة التنفيذتقوم وحدة التحكم بتنفيذ الإجراءات المحددة بواسطة الأمر. في المرحلة النهائية ، تتم قراءة محتويات سجلات الحالة من خلال سجل البيانات ، الذي يخزن معلومات حول نتيجة تنفيذ الأمر وحالة محرك الأقراص المرنة. يتم تمرير شروط إتمام العملية إلى وحدة المعالجة المركزية.

الجدول 13.1

الغرض من إشارات واجهة محرك الأقراص المرنة

تعيين الإشارة	احالة الإشارة	اتجاه
	مؤشر / قطاع
	اختيار محرك 0
	اختيار محرك الأقراص 1
	تشغيل المحرك
	اتجاه الخطوة
	تسجيل البيانات
	قرار التسجيل
	المسار 00
	استنساخ البيانات
	اختيار السطح
	قيادة جاهزة

تعمل دائرة توليد إشارة التسجيل تحت سيطرة وحدة التحكم وهي مصممة لمنع تشويه المعلومات أثناء التسجيل. يشكل كاشف الطور ومذبذب الجهد (VCO) ومرشح تمرير منخفض (LPF) ووحدة التزامن دائرة لفصل نبضات المزامنة - فاصل... عند القراءة ، يتم تغذية البيانات من محرك الأقراص المرنة إلى دائرة الفاصل ، ويتم استلامها بواسطة وحدة التحكم ، التي تقوم بفك تشفيرها وتحويلها بايت بايت إلى رمز موازٍ. يتم تخزين البايت مؤقتًا في سجل البيانات ونقلها إلى ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر الشخصي.

يتم التحكم في التبادل بين وحدة المعالجة المركزية ومحول محرك الأقراص المرنة بواسطة دائرة الواجهة مع ناقل النظام. يطابق مولد البيانات ثنائي الاتجاه المعلمات الكهربائية لناقل البيانات للنظام والناقل الداخلي للمحول. يتم تبادل المعلومات بين المحول ووحدة المعالجة المركزية في وضعين: RAP والمقاطعات. يتم توفير دعم البرامج للمحول بواسطة برنامج التشغيل المضمن في نظام التشغيل.

تقترن الواجهة بين محرك الأقراص المرنة ومحول محرك الأقراص المرنة بكابل مرن. جميع إشارات واجهة HDD لها مستوى TTL القياسي (الجدول 13.1).

تجمع محركات الأقراص الثابتة بين وسيط (وسائط) وقارئ / كاتب وواجهة تسمى وحدة تحكم القرص الثابت في حاوية واحدة. التصميم النموذجي للقرص الصلب هو التنفيذ في شكل جهاز واحد - كاميرا ، يوجد بداخلها واحد أو أكثر من وسائط القرص المركبة على مغزل واحد وكتلة من رؤوس القراءة / الكتابة بآلية القيادة المشتركة (الشكل 1) . بجانب الوسائط وكاميرا الرؤوس توجد دوائر التحكم في الرأس والقرص وجزء الواجهة. تحتوي بطاقة واجهة الجهاز على واجهة جهاز القرص ، وتقع وحدة التحكم بواجهة الجهاز على الجهاز نفسه. يتم توصيل دوائر محرك الأقراص بمحول الواجهة باستخدام مجموعة من الحلقات.

الشكل 1. ترتيب القرص الصلب

يتم تسجيل المعلومات على مسارات متحدة المركز ، موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الوسط. في حالة وجود أكثر من قرص ، يسمى عدد الوسائط ، كل المسارات الموجودة أسفل بعضها البعض بالأسطوانة. يتم تنفيذ عمليات القراءة / الكتابة بالتتابع على جميع مسارات الأسطوانات ، وبعد ذلك تنتقل الرؤوس إلى موضع جديد.

تحمي الحجرة المختومة الوسائط ليس فقط من تغلغل جزيئات الغبار الميكانيكية ، ولكن أيضًا من تأثيرات المجالات الكهرومغناطيسية. لم يتم إغلاق الغرفة تمامًا مثل يتصل بالجو المحيط باستخدام مرشح خاص يوازن الضغط داخل وخارج الغرفة. الهواء داخل الغرفة خالٍ من الغبار قدر الإمكان. حتى أصغر الجسيمات يمكن أن تلحق الضرر بالطلاء المغناطيسي للأقراص وتؤدي إلى فقد البيانات ووظائف الجهاز.

تدور الأقراص باستمرار بسرعات وسائط تتراوح بين 4500 و 10000 دورة في الدقيقة للحصول على سرعات قراءة / كتابة عالية. حسب حجم قطر الوسائط ، غالبًا ما يتم إنتاج أقراص مقاس 5.25،3.14،2.3 بوصة.

حاليًا ، الأكثر شيوعًا هي المحركات السائر والمحركات الخطية لآليات تحديد المواقع وآليات تحريك الرؤوس بشكل عام.

في الأنظمة ذات آلية السائر والمحرك ، تتحرك الرؤوس بمقدار معين يتوافق مع المسافة بين المسارات. يعتمد التمييز في الخطوات إما على خصائص المحرك المتدرج ، أو يتم تعيينه بواسطة علامات مؤازرة على القرص ، والتي يمكن أن تكون ذات طبيعة مغناطيسية أو بصرية.

في الأنظمة ذات المحرك الخطي ، يتم تحريك الرؤوس بواسطة مغناطيس كهربائي ، ولتحديد الموضع المطلوب ، يتم استخدام إشارات الخدمة الخاصة وتسجيلها على الوسط أثناء إنتاجها وقراءتها أثناء تموضع الرؤوس. تستخدم العديد من الأجهزة سطحًا كاملاً ورأسًا مخصصًا أو مستشعرًا ضوئيًا لإشارات المؤازرة.

تحرك المحركات الخطية الرؤوس بشكل أسرع بكثير من محركات السائر ، كما أنها تسمح بحركات شعاعية صغيرة "داخل" المسار ، مما يجعل من الممكن تتبع مركز محيط مسار السيرفو. يحقق هذا أفضل وضع للرأس للقراءة من كل مسار ، مما يزيد بشكل كبير من موثوقية بيانات القراءة ويلغي الحاجة إلى إجراءات التصحيح التي تستغرق وقتًا طويلاً. عادةً ما تحتوي جميع أجهزة القيادة الخطية على آلية وقوف تلقائي لرأس القراءة / الكتابة عند إيقاف تشغيل الجهاز.

مبادئ التسجيل على القرص الصلب المغناطيسي

يعتمد مبدأ التسجيل المغناطيسي للإشارات الكهربائية على وسيط مغناطيسي متحرك على ظاهرة مغنطة المواد المغناطيسية المتبقية. يتم تسجيل وتخزين المعلومات على وسيط مغناطيسي عن طريق تحويل الإشارات الكهربائية إلى التغيرات المقابلة في المجال المغناطيسي ، مما يؤثر على الوسط المغناطيسي ويحفظ آثار هذه التأثيرات في المادة المغناطيسية لفترة طويلة ، بسبب الظاهرة من المغناطيسية المتبقية. يتم إجراء إعادة إنتاج الإشارات الكهربائية عن طريق التحويل العكسي. يتكون نظام التسجيل المغناطيسي من وسيط تسجيل ورؤوس مغناطيسية تتفاعل معها (الشكل 2).

الشكل 2. مبدأ تسجيل وقراءة المعلومات من وسيط مغناطيسي

من خلال التسجيل المغناطيسي الرقمي ، يتم توفير تيار للرأس المغناطيسي ، حيث يغير مجال التسجيل اتجاهه إلى الاتجاه المعاكس على فترات منتظمة. نتيجة لذلك ، تحت تأثير المجال الشارد للرأس المغناطيسي ، يحدث انعكاس مغنطة أو مغنطة لأقسام فردية من الناقل المغناطيسي المتحرك.

مع التغيير الدوري في اتجاه مجال التسجيل في طبقة العمل الخاصة بالناقل ، تنشأ سلسلة من الأقسام ذات الاتجاه المعاكس للمغنطة ، والتي تكون على اتصال مع بعضها البعض بنفس القطبين. يسمى نوع التسجيل المدروس ، عندما يتم ممغنط أجزاء من طبقة العمل للناقل على طول حركته ، التسجيل الطولي (الشكل 3).

المناطق المتناوبة ذات الاتجاهات المختلفة للمغنطة ، والتي نشأت في الغلاف المغناطيسي ، هي مجالات مغناطيسية (خلايا بت). كلما كان حجم الخلية أصغر ، زادت كثافة تسجيل المعلومات. ومع ذلك ، مع انخفاض حجم الخلية ، يزداد التأثير المتبادل لمجالات إزالة المغناطيسية الخاصة بهم ، الموجهة في الاتجاه المعاكس للمغنطة في الخلايا ، والتي ، عندما تنخفض خلية البت إلى ما دون القيمة الحرجة ، يؤدي إلى إزالة المغناطيسية تلقائيًا.

الشكل 3. تسلسل المقاطع مع الاتجاه المعاكس للمغنطة

للتسجيل المغناطيسي ، يتم استخدام الوسائط على شكل ألواح مغناطيسية (أقراص). يتم تصنيع الرقائق من خلال عملية رش أغشية معدنية متعددة وطبقة طلاء واقية على طبقة زجاجية مسطحة للغاية وخالية من العيوب أو طبقة من الألومنيوم. يتم ترتيب المعلومات في دوائر متحدة المركز تسمى المسارات (الشكل 4). في محركات الأقراص الصلبة الحديثة ، تصل كثافة المسار إلى 4.3 * 104 مسار لكل سنتيمتر من نصف قطر اللوحة.

الشكل 4. وضع المسارات على سطح القرص