Características de los soportes de información magnéticos y ópticos. Tipos de medios de almacenamiento, su clasificación y características Medios de almacenamiento magnéticos "

El primer medio de grabación magnético en el que se registró información en los dispositivos de Poulsen a finales del siglo XIX y XX fue alambre de acero hasta 1 mm de diámetro. A principios del siglo XX, para estos fines también se utilizó fleje de acero laminado. Sin embargo, las características de calidad de estos transportistas fueron muy bajas. Baste decir que se requirieron 2500 km de alambre con un peso aproximado de 100 kg para producir una grabación magnética de 14 horas de las conferencias del Congreso Internacional de Copenhague en 1908. Además, en el proceso de usar alambre y cinta de acero, surgió el problema insoluble de unir sus piezas separadas. Por ejemplo, el alambre anudado no atravesó el cabezal magnético. Además, se confundía fácilmente y la delgada banda de acero le cortó las manos. Acero disco magnetico, la primera patente que se emitió en 1906 no se solicitó en ese momento 1.

Solo a partir de la segunda mitad de la década de 1920, cuando se inventó. cinta magnética en polvo, comenzó el uso a gran escala de la grabación magnética. Fritz Pfeimer en Alemania obtuvo en 1928 una patente para la tecnología de aplicación de un polvo ferromagnético a una película. Inicialmente, el polvo magnético se aplicó a un sustrato de papel, luego a acetato de celulosa, hasta el uso de alta resistencia.

1 Vasilevskii Yu. A. Medios de grabación magnéticos. M., 1989, S. 5-6.

material - tereftalato de polietileno (lavsan). También se mejoró la calidad del polvo magnético. En particular, se comenzaron a utilizar polvos de óxido de hierro con la adición de cobalto, óxido de cromo, polvos metálicos magnéticos de hierro y sus aleaciones, lo que permitió incrementar varias veces la densidad de grabación. La capa de trabajo se aplica al sustrato mediante deposición al vacío o deposición electrolítica en forma de barniz magnético, que consta de polvo magnético, aglutinante, disolvente, plastificante y varios aditivos.

Además de la base flexible y la capa magnética de trabajo, la cinta puede tener capas adicionales: protectora - en la superficie de la capa de trabajo y antifricción - en la parte posterior de la cinta, para proteger la capa de trabajo del desgaste mecánico, aumentar la resistencia mecánica de la cinta y mejorar su deslizamiento sobre la superficie magnética. La capa antifricción también elimina las cargas eléctricas que se acumulan en la cinta magnética. La capa intermedia (subcapa) entre la base y la capa de trabajo sirve para mejorar la adherencia de las capas de trabajo y antifricción a la base.

A diferencia de los medios de grabación de sonido mecánicos, la cinta magnética es adecuada para múltiples grabaciones de información. El número de tales registros es muy grande y está limitado únicamente por la resistencia mecánica de la propia cinta magnética.

Las primeras grabadoras, que aparecieron en la década de 1930, fueron de carrete a carrete. En ellos, la cinta magnética estaba enrollada en carretes. Y al principio, eran bobinas enormes de 25,4 mm (1 pulgada) de ancho. Durante la grabación y reproducción, la cinta se rebobina de un carrete lleno a uno vacío.

En 1963, Philips desarrolló la denominada grabación en casete, que hizo posible el uso de cintas magnéticas muy delgadas. Su espesor máximo es de solo 20 micras con un ancho de 3,81 mm. En las grabadoras de casete, ambos carretes están en un especial casete compacto y el extremo de la película se fija previamente al carrete vacío. En otras palabras, aquí la cinta magnética y el casete son un solo mecanismo funcional. Grabación en casetes compactos - bidireccional. El tiempo total de grabación suele ser de 60, 90 y 120 minutos.

A finales de la década de 1970. apareció microcassettes tamaño 50x33x8 mm, es decir, el tamaño de una caja de cerillas, para grabadoras de voz portátiles y teléfonos con contestador automático, ya mediados de los años ochenta. - picocasetes- tres veces menos microcassettes.

Desde 1952, la cinta magnética se ha utilizado para registrar y almacenar información en computadoras electrónicas. La ventaja de la cinta magnética es la capacidad de grabar con mayor densidad debido al hecho de que el área de superficie total de la capa magnética de la cinta es mucho mayor que la de otros tipos de medios, y está limitada solo por la longitud de la cinta magnética. La cinta. Unidades de cinta de casete - cartuchos alcanzan una capacidad de varios TB, y en un futuro cercano su capacidad será de decenas de TB. Los mecanismos de unidad de cinta para cartuchos se denominan serpentinas(del inglés, corriente - corriente). En principio, son similares a una grabadora.

Sin embargo, la cinta magnética también tiene un serio inconveniente. No permite el acceso directo a la información registrada. Para hacer esto, la cinta primero debe rebobinarse en la ubicación deseada, lo que aumenta significativamente el tiempo para leer la información de ella. Los casetes de cinta magnética (cartuchos) también se caracterizan por sus grandes dimensiones. Por lo tanto, en la actualidad se utilizan principalmente en sistemas de respaldo en centros de datos, en empresas, en grandes centros de datos, así como para almacenar información en servidores y estaciones de trabajo de escritorio, donde confiabilidad, estabilidad de operación, gran capacidad, costo relativamente bajo. Los sistemas de respaldo le permiten garantizar la seguridad de la información en caso de errores, averías o desastres naturales.

En una cinta magnética, puede grabar no solo audio, sino también información de video. Cinta de video su estructura es similar a la de una cinta para grabación de audio. Sin embargo, su capa de trabajo suele tener una estructura más compleja. El hecho es que las señales de video de alta frecuencia se graban en la misma superficie de la capa de trabajo. Se pueden usar pequeñas partículas de metal para ellos. Las bajas frecuencias, en cambio, se transmiten mejor por partículas grandes, que conviene colocar en profundidad. Por lo tanto, la capa de trabajo de una cinta magnética para filmación de video puede constar de dos capas. La cinta magnética para la documentación en video también se carga en casetes especiales, que le brindan protección contra el estrés mecánico, la contaminación y la carga rápida en el equipo de video. Extendido en las décadas de 1980 y 1990. Las cintas de vídeo han dado paso ahora a medios de vídeo más prometedores.

Al principio, las computadoras electrónicas también usaban tambores magnéticos. En particular, en la gran máquina calculadora electrónica doméstica (BESM-6) se utilizaron tambores magnéticos que pesaban alrededor de 8 kg, pero con una capacidad de memoria de solo 1 MB.

Desde principios de la década de 1960. uso generalizado, principalmente en dispositivos de almacenamiento informático, recibido discos magnéticos. Se trata de discos de aluminio o plástico con un diámetro de 30 a 350 mm, cubiertos con una capa de trabajo de polvo magnético de varias micras de espesor. Al principio, el revestimiento magnético consistía en óxido de hierro, más tarde, en dióxido de cromo.

En una unidad de disco, como en una grabadora, la información se registra utilizando un cabezal magnético, solo que no a lo largo de la cinta, sino en pistas magnéticas concéntricas ubicadas en la superficie de un disco giratorio, generalmente en ambos lados. Los discos magnéticos son duros y flexibles, extraíbles e integrados en una computadora personal. Sus principales características son: capacidad de información, tiempo de acceso a la información y velocidad de lectura consecutiva.

Discos duros no extraíbles en una computadora se combinan estructuralmente en una sola unidad con una unidad de disco. Se ensamblan en paquetes en un eje. El paquete de discos se coloca en una caja sellada, que proporciona la limpieza necesaria y la presión constante de aire libre de polvo. En la actualidad, en lugar de aire, se ha iniciado el uso de gas inerte de helio como relleno, lo que permite, por su menor densidad, aumentar significativamente la eficiencia energética.

Cada disco contiene el mismo número de pistas consecutivas (pistas). El ancho de la pista magnética es de aproximadamente 1 µm. El primer modelo del disco duro, creado en 1973, tenía 30 pistas de 30 sectores, lo que coincidió con el calibre "30/30" del famoso rifle de caza Winchester y dio lugar al nombre en jerga de discos duros magnéticos - "Winchester "," Winchesters ". Las pistas son círculos concéntricos correspondientes a las áreas de magnetización remanente creadas por las cabezas magnéticas. A su vez, cada una de las pistas se divide en sectores ubicados secuencialmente.

En el desarrollo de discos duros, la tendencia principal es claramente visible: un aumento gradual en la densidad de grabación, acompañado de un aumento en la velocidad de rotación del cabezal del husillo y una disminución en el tiempo de acceso a la información y, en última instancia, un aumento en productividad. La capacidad del disco, que originalmente alcanzó varios GB, alcanzó los 10 TB a mediados de la segunda década del siglo XXI (el crecimiento anual de la capacidad del disco duro de las computadoras es del 35-40 por ciento). Colocar tal volumen de información se hizo posible en discos con un método de grabación perpendicular, que apareció en 2007. En un futuro cercano, este método aumentará la capacidad a 85 TB (puede grabar 86 millones de fotografías en color o 21,5 mil películas).

Los discos duros están diseñados para el almacenamiento permanente de información, incl. necesario cuando se trabaja con una computadora (software del sistema, paquetes de aplicaciones, etc.). Sobre la base de discos duros, también se producen dispositivos de almacenamiento externo con una capacidad de hasta varios TB.

Discos magnéticos de plástico flexible (disquetes, del inglés, floppy - free colgando) fueron hechos de película artificial - mylar, cubiertos con ferrolaca resistente al desgaste, y fueron colocados uno por uno en estuches especiales de plástico duro - casetes, que brindan protección mecánica para los medios. El casete del disquete se llama disquete.

El primer disquete apareció en 1967. Tenía un diámetro de 8 pulgadas y una capacidad de almacenamiento de 100 KB. En 1976, el tamaño del disquete se redujo a 5,25 pulgadas, y en 1980, Soni desarrolló el disquete y la unidad de disquete de 3,5 pulgadas, que se produjeron principalmente en las décadas siguientes.

Para leer y escribir información, se utiliza un dispositivo electrónico-mecánico especial: una unidad de disco, donde se coloca un disquete. El disquete tiene un orificio central para el eje de la disquetera, y en el estuche hay un orificio que se puede cerrar con un obturador metálico para acceder a los cabezales magnéticos, a través del cual se lee y escribe la información. La grabación en un disquete se realiza según el mismo principio que en una grabadora. También existe un contacto mecánico directo del cabezal con la capa de trabajo magnética, lo que conduce a un desgaste relativamente rápido del soporte de material.

La capacidad de un disquete de 3,5 pulgadas era normalmente de 1,0 a 2,0 MB. Los disquetes estándar tenían una capacidad de 1,44 MB. Sin embargo, se han desarrollado disquetes de 3,5 pulgadas con capacidades de hasta 250 MB.

Los disquetes resultaron ser un medio bastante delicado. Son menos resistentes al desgaste que los discos duros y son susceptibles a campos magnéticos y temperaturas elevadas. Todo esto a menudo conducía a la pérdida de datos registrados. Por lo tanto, los disquetes se utilizaron principalmente para el almacenamiento operativo de información documentada. Ahora están siendo reemplazados por medios de almacenamiento flash más confiables y eficientes.

En el último cuarto del siglo XX en muchos países del mundo, y desde la década de los noventa. - y en Rusia, el llamado tarjetas de plastico, que representa un dispositivo para un método magnético de almacenamiento de información y gestión de datos.

Los predecesores de las tarjetas de plástico fueron las tarjetas hechas de cartón para confirmar la solvencia del titular fuera del banco. En 1928, una de las empresas estadounidenses comenzó a producir tarjetas metálicas de 63 por 35 mm. Estaban en relieve con el nombre del propietario, la ciudad, el estado y otra información. Dichas tarjetas se emitieron a clientes habituales en grandes tiendas. Al pagar los productos, el vendedor pasó la tarjeta a través de una máquina especial, como resultado de lo cual las letras y los números exprimidos se imprimieron en el recibo de venta. Este cheque con el monto de la compra escrito a mano se envió al banco para su redención. La primera tarjeta de crédito moderna, sobre la base de la cual surgió el sistema de pago VISA, fue emitida en 1958 por Bank of America.

Las tarjetas de plástico constan de tres capas: una base de poliéster, sobre la que se aplica una fina capa de trabajo, y una capa protectora. Se suele utilizar como base el cloruro de polivinilo, que es fácil de procesar, resistente a la temperatura, al estrés químico y mecánico. Sin embargo, en algunos casos, la base de las tarjetas magnéticas es el llamado pseudoplástico: papel grueso o cartón con laminado de doble cara.

La capa de trabajo (polvo ferromagnético) se aplica al plástico mediante estampado en caliente en forma de tiras estrechas separadas. Según sus propiedades físicas y ámbito de aplicación, las tiras magnéticas se dividen en dos tipos: alta eritrítica y baja eritrítica. Las rayas muy ercéticas son negras. Son resistentes a los campos magnéticos. Se necesita más energía para grabarlos. Se utilizan como tarjetas de crédito, permisos de conducir, etc., es decir, en los casos en que se requiera mayor durabilidad y seguridad. Las bandas magnéticas de baja EMC son marrones. Son menos seguros, pero más fáciles y rápidos de escribir. Se utiliza en tarjetas con fechas de vencimiento limitadas.

La capa protectora de las tarjetas de plástico magnéticas consta de una película de poliéster transparente. Está diseñado para proteger la capa de trabajo del desgaste. Ocasionalmente se utilizan recubrimientos anti-falsificación y anti-copia. La capa protectora proporciona hasta dos decenas de miles de ciclos de escritura y lectura.

Cabe señalar que, además de la magnética, existen otras formas de registrar información en una tarjeta plástica: grabación gráfica, gofrado (extrusión mecánica), codificación de barras, grabación láser.

Hoy en día, los chips electrónicos se utilizan cada vez más en tarjetas de plástico en lugar de bandas magnéticas. Tales tarjetas, en contraste con las magnéticas simples, comenzaron a llamarse inteligentes o tarjetas inteligentes(del inglés, smart -smart). El microprocesador integrado en ellos permite almacenar una cantidad importante de información, posibilita realizar los cálculos necesarios en el sistema de pagos bancarios y comerciales, convirtiendo así las tarjetas plásticas en portadores de información multifuncionales.

Por vía de acceso al microprocesador (interfaz), las tarjetas inteligentes pueden ser:

• - con una interfaz de contacto (es decir, al realizar una operación, la tarjeta se inserta en el terminal electrónico);
• - con doble interfaz (pueden actuar tanto de contacto como sin contacto, es decir, el intercambio de datos entre la tarjeta y los dispositivos externos se puede realizar a través de un canal de radio).

Los tamaños de las tarjetas de plástico están estandarizados. De acuerdo con la norma internacional ISO-7810, su longitud es de 85,595 mm, ancho - 53,975 mm, grosor - 3,18 mm.

El ámbito de aplicación de las tarjetas magnéticas de plástico y pseudoplástico, así como las tarjetas inteligentes, es bastante amplio. Además de los sistemas bancarios, se utilizan como un portador de información compacto, un identificador para sistemas automatizados de contabilidad y control, certificados, pases, tarjetas de Internet, tarjetas SIM móviles, boletos de transporte, pasaportes electrónicos (biométricos), etc.

Los soportes de grabación magnéticos tangibles se mejoran constantemente junto con las tecnologías de documentación electromagnética. Existe una tendencia al aumento de la densidad de grabación de información en soportes magnéticos con una disminución de su tamaño y una reducción del tiempo de acceso a la información. Se están desarrollando tecnologías que, en un futuro no muy lejano, permitirán aumentar la capacidad de memoria de un medio estándar en varios miles de veces en comparación con los dispositivos actualmente operativos. Y a más largo plazo, se espera que aparezca un portador, donde los átomos individuales desempeñarán el papel de partículas magnéticas. Como resultado, su capacidad, según los desarrolladores, superará los estándares existentes en miles de millones de veces.

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El primer medio de grabación magnético que se utilizó en el aparato de Poulsen a finales del siglo XIX y XX fue el alambre de acero con un diámetro de hasta 1 mm. A principios del siglo XX, también se utilizaron bandas de acero laminado para estos fines. Al mismo tiempo (en 1906) se emitió la primera patente para un disco magnético. Sin embargo, las características de calidad de todos estos transportistas fueron muy bajas. Baste decir que se necesitaron 2500 km o unos 100 kg de alambre para producir la grabación magnética de 14 horas de las conferencias del Congreso Internacional de Copenhague en 1908.

Fue solo en la segunda mitad de la década de 1920, cuando se inventó la cinta con núcleo de flujo magnético, que la grabación magnética comenzó a ser ampliamente utilizada. Inicialmente, el polvo magnético se aplicó a un sustrato de papel, luego a acetato de celulosa, hasta que comenzó el uso de material de tereftalato de polietileno de alta resistencia (lavsan) como sustrato. También se mejoró la calidad del polvo magnético. En particular, se empezaron a utilizar polvos de óxido de hierro con la adición de cobalto, polvos metálicos magnéticos de hierro y sus aleaciones, lo que permitió incrementar varias veces la densidad de grabación.

En 1963, Philips desarrolló la denominada grabación en casete, que hizo posible el uso de cintas magnéticas muy delgadas. Los casetes compactos tienen un grosor máximo de cinta de solo 20 µm y un ancho de 3,81 mm. A finales de la década de 1970. aparecieron microcassettes, de 50 x 33 x 8 mm, ya mediados de los años ochenta. - picocassettes: tres veces menos que los microcassettes.

Desde principios de la década de 1960. Los discos magnéticos se utilizan ampliamente, principalmente en dispositivos de almacenamiento informáticos. Un disco magnético es un disco de aluminio o plástico con un diámetro de 30 a 350 mm, cubierto con una capa de trabajo de polvo magnético de varias micras de espesor. En una unidad de disco, como en una grabadora, la información se registra utilizando un cabezal magnético, solo que no a lo largo de la cinta, sino en pistas magnéticas concéntricas ubicadas en la superficie de un disco giratorio, generalmente en ambos lados. Los discos magnéticos son duros y flexibles, extraíbles e integrados en una computadora personal. Sus principales características son: capacidad de información, tiempo de acceso a la información y velocidad de lectura consecutiva.

Los discos magnéticos de aluminio (discos duros (Winchester) no extraíbles) se combinan estructuralmente en una computadora en un solo bloque con una unidad de disco. Se disponen en paquetes (pilas) de 4 a 16 piezas. La escritura de datos en un disco magnético duro, así como la lectura, se realiza a velocidades de hasta 7200 rpm. La capacidad del disco supera los 9 GB. Estos medios están destinados al almacenamiento permanente de información que se utiliza cuando se trabaja con una computadora (software del sistema, paquetes de aplicaciones, etc.).

Los discos magnéticos de plástico flexible (disquetes, del inglés floppy - free hanging) están hechos de plástico flexible (lavsan) y se colocan uno a uno en casetes de plástico especiales. Un cartucho de disquete se denomina disquete. Los disquetes más comunes son de 3,5 y 5,25 pulgadas. La capacidad de un disquete suele ser de 1,0 a 2,0 MB. Sin embargo, ya se ha desarrollado un disquete de 3,5 pulgadas con una capacidad de 120 MB. Además, existen disquetes diseñados para trabajar en condiciones de mayor cantidad de polvo y humedad.

Las llamadas tarjetas de plástico, que son dispositivos para un método magnético de almacenar información y administrar datos, han encontrado una amplia aplicación, principalmente en los sistemas bancarios. Son de dos tipos: simples e inteligentes. En tarjetas simples, solo hay una memoria magnética que le permite ingresar datos y cambiarlos. En las tarjetas inteligentes, que a veces se denominan tarjetas inteligentes (del inglés smart - smart), además de la memoria, también hay un microprocesador incorporado. Permite realizar los cálculos necesarios y hace que las tarjetas de plástico sean multifuncionales.

Cabe señalar que, además del magnético, existen otros métodos de grabación de información en la tarjeta: grabación gráfica, repujado (extrusión mecánica), codificación de barras, y desde 1981 - también grabación láser (en una tarjeta láser especial que permite almacenar una gran cantidad de información, pero aún así es muy costoso).

Para grabar sonido en dictáfonos digitales, en particular, se utilizan minitarjetas, que tienen apariencia de disquetes con una capacidad de memoria de 2 o 4 MB y proporcionan grabación durante 1 hora.

Actualmente, los medios de grabación magnéticos tangibles se clasifican:

por forma geométrica y tamaño (forma de cinta, disco, tarjeta, etc.);

por la estructura interna de los soportes (dos o más capas de diferentes materiales);

por el método de grabación magnética (medios para grabación longitudinal y perpendicular);

por el tipo de señal grabada (para grabación directa de señales analógicas, para grabación de modulación, para grabación digital).

Las tecnologías y los soportes de material de la grabación magnética se mejoran constantemente. En particular, existe una tendencia al aumento de la densidad de grabación de información en discos magnéticos con una disminución de su tamaño y una disminución del tiempo medio de acceso a la información.

Soporte de información (soporte de información): cualquier objeto material utilizado por una persona para almacenar información. Esto puede ser, por ejemplo, piedra, madera, papel, metal, plásticos, silicio (y otros tipos de semiconductores), cinta con una capa magnetizada (en bobinas y casetes), material fotográfico, plástico con propiedades especiales (por ejemplo, en discos ópticos) y etc., etc.

El portador de información puede ser cualquier objeto desde el que sea posible leer (leer) la información disponible en él.

Los soportes de información se utilizan para:

• registros;
• almacenamiento;
• leyendo;
• transmisión (distribución) de información.

A menudo, el soporte de información se coloca en una carcasa protectora, lo que aumenta su seguridad y, en consecuencia, la confiabilidad del almacenamiento de información (por ejemplo, las hojas de papel se colocan en una cubierta, un chip de memoria se coloca en plástico (tarjeta inteligente), se coloca una cinta magnética en un estuche, etc.) ...

Los medios electrónicos incluyen medios para una única grabación o regrabación (generalmente digital) de forma eléctrica:

• discos ópticos (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
• semiconductor (memoria flash, disquetes, etc.);
• Discos CD (CD - Disco compacto, disco compacto), que pueden almacenar hasta 700 MB de información;
• Discos DVD (DVD - Digital Versatile Disk, disco digital versátil), que tienen una capacidad de información mucho mayor (4,7 GB), ya que las pistas ópticas en ellos son más delgadas y más densamente empaquetadas;
• Discos HR DVD y Blu-ray, cuya capacidad de información es 3-5 veces mayor que la de los discos DVD, gracias al uso de un láser azul con una longitud de onda de 405 nanómetros.

Los medios electrónicos tienen ventajas significativas sobre los de papel (hojas de papel, periódicos, revistas):

• por el volumen (tamaño) de la información almacenada;
• por el costo unitario de almacenamiento;
• sobre la eficiencia y eficiencia de proporcionar información relevante (destinada al almacenamiento a corto plazo);
• si es posible, proporcionar información en una forma conveniente para el consumidor (formateo, clasificación).

También hay desventajas:

• fragilidad de los lectores;
• peso (masa) (en algunos casos);
• dependencia de fuentes de alimentación;
• la necesidad de un lector / escritor para cada tipo y formato de medio.

Una unidad de disco duro (magnético), HDD, HMDD), un disco duro es un dispositivo de almacenamiento (dispositivo de almacenamiento de información) basado en el principio de grabación magnética. Es el principal dispositivo de almacenamiento de datos en la mayoría de las computadoras.

A diferencia de un "disquete" (disquete), la información en una unidad de disco duro se graba en placas duras cubiertas con una capa de material ferromagnético: discos magnéticos. El disco duro utiliza una o más placas en un eje. Las cabezas lectoras en el modo de funcionamiento no tocan la superficie de las placas debido a la capa intermedia del flujo de aire entrante que se forma en la superficie durante la rotación rápida. La distancia entre la cabeza y el disco es de varios nanómetros (en los discos modernos alrededor de 10 nm), y la ausencia de contacto mecánico asegura una larga vida útil del dispositivo. En ausencia de rotación de los discos, los cabezales se ubican en el eje o fuera del disco en una zona segura ("estacionamiento"), donde se excluye su contacto anormal con la superficie de los discos.

Además, a diferencia de un disquete, un medio de almacenamiento generalmente se combina con una unidad, una unidad y una unidad electrónica. Estos discos duros se utilizan a menudo como medios de almacenamiento no extraíbles.

Los discos ópticos (láser) son actualmente el medio de almacenamiento más popular. Utilizan el principio óptico de registrar y leer información mediante un rayo láser.

Los DVD pueden ser de doble capa (capacidad de 8,5 GB), y ambas capas tienen una superficie reflectante que transporta información. Además, la capacidad de información de los DVD se puede duplicar aún más (hasta 17 GB), ya que la información se puede grabar en ambas caras.

Hay tres tipos de unidades de disco óptico:

• sin capacidad de escritura - CD-ROM y DVD-ROM (ROM - Memoria de solo lectura, memoria de solo lectura). Los CD-ROM y DVD-ROM contienen información que se grabó en ellos durante el proceso de fabricación. Escribirles nueva información es imposible;
• escritura única y lectura múltiple: CD-R y DVD ± R (R: grabable). La información se puede grabar en discos CD-R y DVD ± R, pero solo una vez;
• regrabable: CD-RW y DVD ± RW (RW: regrabable). En los discos CD-RW y DVD ± RW, la información se puede grabar y borrar muchas veces.

Características clave de las unidades ópticas:

• capacidad de disco (CD - hasta 700 MB, DVD - hasta 17 GB)
• la velocidad de transferencia de datos desde la portadora a la RAM, medida en fracciones que son múltiplos de la velocidad de 150 Kbytes / seg para unidades de CD;
• tiempo de acceso: el tiempo necesario para buscar información en el disco, medido en milisegundos (para CD 80–400 ms).

Actualmente, las unidades de CD de 52x de velocidad se utilizan ampliamente, hasta 7,8 MB / seg. Los discos CD-RW se graban a una velocidad menor (por ejemplo, 32x). Por lo tanto, las unidades de CD están marcadas con tres números "velocidad de lectura x velocidad de escritura CD-R x velocidad de escritura CD-RW" (por ejemplo, "52x52x32").
Las unidades de DVD también están etiquetadas con tres números (por ejemplo, "16x8x6").

Sujeto a las reglas de almacenamiento (almacenamiento en estuches en posición vertical) y operación (sin causar rayones ni suciedad), los medios ópticos pueden almacenar información durante decenas de años.

Memoria flash: se refiere a semiconductores de memoria programable eléctricamente (EEPROM). Debido a las soluciones técnicas, bajo costo, gran volumen, bajo consumo de energía, alta velocidad de operación, compacidad y resistencia mecánica, la memoria flash está integrada en dispositivos portátiles digitales y medios de almacenamiento. La principal ventaja de este dispositivo es que no es volátil y no necesita electricidad para almacenar datos. Toda la información almacenada en la memoria flash se puede leer un número infinito de veces, pero el número de ciclos completos de escritura, lamentablemente, es limitado.

La memoria flash tiene sus ventajas delante de otras unidades (discos duros y unidades ópticas), y sus propias deficiencias, que puede conocer en la tabla a continuación.

Tipo de unidad	Ventajas	desventajas
HDD	Gran cantidad de información almacenada. Alta velocidad de trabajo. Almacenamiento de datos económico (por 1 MB)	Grandes dimensiones. Sensibilidad a las vibraciones. Ruido. Disipación de calor
Disco óptico	Conveniencia de transporte. La baratura del almacenamiento de información. Posibilidad de replicación	Pequeño volumen. Necesitas un lector. Restricciones a las operaciones (lectura, escritura). Baja velocidad de trabajo. Sensibilidad a las vibraciones. Ruido
Memoria flash	Alta velocidad de acceso a datos. Consumo energético económico. Resistencia de vibracion. Conveniencia de conectarse a una computadora. Dimensiones compactas	Número limitado de ciclos de escritura

La necesidad de almacenar cualquier información en humanos apareció en tiempos prehistóricos, para lo cual un vívido ejemplo es el arte rupestre, que ha sobrevivido hasta nuestros días. Los grabados rupestres pueden considerarse legítimamente como el medio de almacenamiento más duradero en este momento, aunque existen algunas dificultades con la portabilidad y la facilidad de uso. Con la llegada de las computadoras (y las PC en particular), el desarrollo de medios de almacenamiento amplios y fáciles de usar se ha vuelto especialmente relevante.

Soportes de papel

Las primeras computadoras usaban tarjetas perforadas y cinta de papel perforada enrollada en carretes, llamada cinta perforada. Sus progenitores fueron los telares automatizados, en particular la máquina Jacquard, cuya versión final fue creada por el inventor (de quien recibió su nombre) en 1808. Se utilizaron placas perforadas para automatizar el proceso de alimentación de filamentos:

Las tarjetas perforadas son tarjetas de cartón que utilizan un método similar. Había muchas variedades, tanto con agujeros, que eran responsables del "1" en el código binario, como textuales. El más común fue el formato IBM: el tamaño del mapa era de 187x83 mm, la información en él estaba ubicada en 12 líneas y 80 columnas. En términos modernos, una tarjeta perforada contenía 120 bytes de información. Para ingresar información, las tarjetas perforadas tenían que enviarse en una secuencia específica.

La cinta perforada utiliza el mismo principio. La información se almacena en él en forma de agujeros. Las primeras computadoras, creadas en los años 40 del siglo pasado, funcionaban tanto con datos ingresados ​​mediante cinta perforada en tiempo real, como con algún tipo de memoria de acceso aleatorio, principalmente mediante tubos de rayos catódicos. Los medios de papel se utilizaron activamente en los años 20-50, después de lo cual comenzaron a ser reemplazados gradualmente por medios magnéticos.

Medios magnéticos

En los años 50 se inició el desarrollo activo de los portadores magnéticos. Se tomó como base el fenómeno del electromagnetismo (la formación de un campo magnético en un conductor cuando pasa una corriente a través de él). El portador magnético consta de una superficie con revestimiento ferromagnético y un cabezal de lectura / escritura (núcleo enrollado). Una corriente fluye a través del devanado, aparece un campo magnético de cierta polaridad (dependiendo de la dirección de la corriente). El campo magnético actúa sobre el ferromagnético y las partículas magnéticas que contiene se polarizan en la dirección del campo y crean una magnetización remanente. Para escribir datos en diferentes áreas, se aplica un campo magnético de diferente polaridad, y al leer los datos, se registran zonas en las que cambia la dirección de magnetización remanente del ferromagnético. Los primeros de estos medios fueron los tambores magnéticos: grandes cilindros de metal recubiertos con un ferromaimán. Se instalaron cabezas de lectura a su alrededor.

Tras ellos, apareció un disco duro en 1956, era el 305 RAMAC de IBM, que constaba de 50 discos con un diámetro de 60 cm, era comparable en tamaño a un gran frigorífico del moderno formato Side-by-Side y pesaba un poco menos de una tonelada. Su volumen era increíble para esos tiempos de 5 MB. La cabeza se movía libremente sobre la superficie del disco y la velocidad de funcionamiento era mayor que la de los tambores magnéticos. Cargando el 305 RAMAC en el avión:

El volumen comenzó a expandirse rápidamente y, a fines de la década de 1960, IBM lanzó una unidad de disco doble de 30 MB de alta velocidad. Los fabricantes trabajaron duro para reducir el tamaño y en 1980 el disco duro tenía el tamaño de una unidad de 5,25 pulgadas. Desde entonces, el diseño, la tecnología, el volumen, la densidad y las dimensiones han sufrido cambios colosales y los factores de forma más populares se han convertido en 3,5, 2,5 pulgadas, al menos 1,8 pulgadas, y los volúmenes ya alcanzan los diez terabytes en un solo portador.

Durante algún tiempo, también se utilizó el formato IBM Microdrive, que era un disco duro en miniatura con el factor de forma de una tarjeta de memoria CompactFlash. tipo II. Lanzado en 2003, luego vendido a Hitachi.

Paralelamente, se desarrolló la cinta magnética. Apareció junto con el lanzamiento de la primera computadora comercial estadounidense UNIVAC I en 1951. Una vez más, IBM hizo todo lo posible. La cinta magnética era una tira de plástico delgada con un recubrimiento sensible al magnetismo. Se ha utilizado en una amplia variedad de factores de forma desde entonces.

Desde carretes, cartuchos de cinta hasta casetes compactos y cintas VHS. Fueron utilizados en computadoras desde los años 70 hasta los 90 (ya en cantidades mucho menores). A menudo, se utilizaba una grabadora enchufable como medio externo a una PC.

Las unidades de cinta denominadas Streamers todavía se utilizan hoy en día, principalmente en industria y grandes empresas. Por el momento, se utilizan bobinas del estándar. Linear Tape-Open (LTO), y el récord se estableció este añoIBM y FujiFilm, habiendo logrado escribir 154 terabytes de información en un carrete estándar. El récord anterior fue de 2,5 terabytes, LTO 2012.

Otro tipo de medio magnético son los disquetes o disquetes. Aquí se aplica una capa de ferromagnet a una base flexible y liviana y se coloca en una caja de plástico. Dichos medios eran fáciles de fabricar y económicos. El primer disquete tenía un factor de forma de 8 pulgadas y apareció a finales de los 60. El creador es nuevamente IBM. En 1975, la capacidad había alcanzado 1 MB. Aunque la popularidad del disquete se ganó gracias a inmigrantes de IBM, quienes fundaron su propia empresa Shugart Associates también lanzó un disquete de 5,25 pulgadas en 1976 con una capacidad de 110 KB. En 1984, la capacidad ya era de 1,2 MB, y Sony avanzó con un factor de forma más compacto de 3,5 pulgadas. Estos disquetes todavía se pueden encontrar en muchos hogares.

Iomega lanzó los cartuchos de disco magnético Bernoulli Box en la década de 1980, con una capacidad de 10 y 20 MB, y en 1994, el llamadoZip de 3,5 pulgadas con un volumen de 100 MB, hasta finales de los 90 se utilizaban de forma bastante activa, pero eran demasiado duros para competir con los CD.

Medios ópticos

Los medios ópticos tienen forma de disco y se leen mediante radiación óptica, generalmente un láser. El rayo láser se dirige a una capa especial y se refleja en ella. Cuando se refleja, el haz es modulado por las muescas más pequeñas en una capa especial; durante el registro y decodificación de estos cambios, se restaura la información grabada en el disco. La primera tecnología de grabación óptica que utiliza medios transmisores de luz fue desarrollada por David Paul Gregg en 1958 y patentada en 1961 y 1990, y en 1969 Philips creó el llamado LaserDisc, en el que se reflejaba la luz. El LaserDisc se mostró por primera vez al público en 1972 y salió a la venta en 1978. Tenía un tamaño similar a los discos de vinilo y estaba destinado a películas.

En los años setenta, comenzó el desarrollo de nuevos medios ópticos, como resultado de lo cual Philips y Sony introdujeron el formato CD (Compact Disk) en 1980, que se demostró por primera vez en 1980. Los CD y el equipo salieron a la venta en 1982. Usado originalmente para audio, tomó hasta 74 minutos. En 1984, Philips y Sony crearon el estándar CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) para todo tipo de datos. El volumen del disco fue de 650 MB, más tarde, 700 MB. Los primeros discos que se podían grabar en casa, y no en fábrica, se lanzaron en 1988 y se llamaron CD-R. (Disco compacto grabable) y Los CD-RW, que permiten la reescritura múltiple de datos en un disco, aparecieron ya en 1997.

El factor de forma no cambió, la densidad de grabación aumentó. En 1996 apareció el formato DVD (Digital Versatile Disc), que tenía la misma forma y diámetro de 12 cm, y un volumen de 4,7 GB o 8,5 GB para una doble capa. Para trabajar con DVD, se lanzaron las unidades correspondientes, compatibles con versiones anteriores de CD. En los años siguientes se lanzaron varios estándares de DVD más.

En 2002, se introdujeron en el mundo dos formatos de discos ópticos de próxima generación diferentes e incompatibles: HD DVD y Blu-ray Disc (BD). En ambos casos, se utiliza un láser azul con una longitud de onda de 405 nm para escribir y leer datos, lo que permitió aumentar aún más la densidad. El HD DVD puede almacenar 15GB, 30GB o 45GB (una, dos o tres capas), Blu-ray de 25, 50, 100 y 128GB. Este último se hizo más popular y en 2008 Toshiba (uno de los creadores) abandonó el HD DVD.

Medios semiconductores

En 1984, Toshiba introdujo un medio semiconductor llamado memoria flash NAND, que se hizo popular una década después de su invención. La segunda variante de NOR fue propuesta por Intel en 1988 y se utiliza para almacenar códigos de programa como BIOS. NAND ahora se usa en tarjetas de memoria, unidades flash, SSD y discos duros híbridos.

La tecnología NAND le permite crear chips con una alta densidad de grabación, es compacta, consume menos energía y tiene una mayor velocidad de funcionamiento (en comparación con los discos duros). La principal desventaja en este momento es el costo bastante alto.

Almacenamiento en la nube

Con el desarrollo de la red mundial, el aumento de las velocidades y de Internet móvil, han aparecido numerosos almacenamientos en la nube, en el que los datos se almacenan en varios servidores distribuidos por la red. Los datos se almacenan y procesan en un llamado virtual nube y el usuario tiene acceso a ellos si hay acceso a Internet. Físicamente, los servidores se pueden ubicar de forma remota entre sí. Existen tanto servicios especializados como Dropbox como opciones de empresas de software o dispositivos. Microsoft tiene OneDrive (anteriormente SkyDrive), iCloud de Apple, Google Drive, etc.

Unidades de disquete: principio de funcionamiento, especificaciones, componentes principales. Unidades de disco duro: factores de forma, principio de funcionamiento, tipos, características principales, modos de funcionamiento. Configurar y formatear discos magnéticos. Utilidades para mantenimiento de discos magnéticos duros. Estructura lógica y formato de discos compactos y magnetoópticos. CD-R (RW), DVD-R (RW), unidades ZIP: principio de funcionamiento, componentes principales, características técnicas. Unidades magnetoópticas, serpentinas, unidades flash. Revisión de los principales modelos modernos.

El alumno debe saber:

El principio de funcionamiento y los componentes principales de la unidad FDD;

Características y modos de funcionamiento de la unidad de disco duro;

El principio de funcionamiento de las unidades de discos magnetoópticos y compactos;

Formatos de discos ópticos y magnetoópticos;

El estudiante debe poder:

Registrar información en varios medios;

Utilice software de mantenimiento del disco duro;

Determinar las principales características de los accionamientos;

Objetivos de la lección:

Familiarizar a los estudiantes con los componentes principales de los dispositivos de almacenamiento de información.

Examine los tipos de medios de almacenamiento y sus características.

Educación de la cultura de la información de los estudiantes, atención, precisión, disciplina, perseverancia.

El desarrollo de intereses cognitivos, habilidades de autocontrol, capacidad para tomar notas.

Curso de la lección:

Parte teórica.

Almacenamiento de datos en medios magnéticos

Casi todas las computadoras personales almacenan información en medios que utilizan principios magnéticos u ópticos. El almacenamiento magnético convierte los datos binarios en pequeñas partículas de metal magnetizadas que están "modeladas" en un disco plano o cinta. Este "patrón" magnético se puede decodificar posteriormente en un flujo de datos binarios.

Los medios magnéticos (discos duros y unidades de disquete) se basan en el electromagnetismo. Su esencia radica en el hecho de que cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, se forma un campo magnético a su alrededor (Fig. 1). Este campo actúa sobre la sustancia ferromagnética atrapada en él. Cuando cambia la dirección de la corriente, también cambia la polaridad del campo magnético. El fenómeno del electromagnetismo se utiliza en motores eléctricos para generar fuerzas que actúan sobre imanes que están montados en un eje giratorio.

Sin embargo, también existe el efecto contrario: surge una corriente eléctrica en un conductor que está expuesto a un campo magnético alterno. Cuando cambia la polaridad del campo magnético, también cambia la dirección de la corriente eléctrica (Fig. 2).

El cabezal de lectura / escritura en cualquier unidad de disco consta de un núcleo ferromagnético en forma de U y una bobina (devanado) enrollada a su alrededor, a través de la cual puede fluir una corriente eléctrica. Cuando la corriente pasa a través del devanado, se crea un campo magnético en el núcleo (circuito magnético) de la cabeza (Fig. 3). Cuando se cambia la dirección de la corriente que fluye, la polaridad del campo magnético también cambia. En esencia, las cabezas son electroimanes, cuya polaridad se puede cambiar muy rápidamente cambiando la dirección de la corriente eléctrica pasada.

Arroz. 1. Cuando una corriente pasa a través de un conductor, se forma un campo magnético a su alrededor.

Arroz. 2. Cuando un conductor se mueve en un campo magnético, se genera una corriente eléctrica en él.

Arroz. 3. Cabezal de lectura / escritura

El campo magnético en el núcleo se propaga parcialmente hacia el espacio circundante debido a la presencia de un espacio "cortado" en la base de la letra U. Si otro ferromaimán se encuentra cerca del espacio (la capa de trabajo del portador), entonces el El campo magnético está localizado en él, ya que tales sustancias tienen una resistencia magnética menor que el aire ... El flujo magnético que atraviesa el espacio se cierra a través del portador, lo que conduce a la polarización de sus partículas magnéticas (dominios) en la dirección de la acción del campo. La dirección del campo y, por tanto, la magnetización remanente del portador depende de la polaridad del campo eléctrico en el devanado del cabezal.

Los discos magnéticos flexibles generalmente se fabrican en lavsan y los discos duros se fabrican en un sustrato de aluminio o vidrio, sobre el cual se aplica una capa de material ferromagnético. La capa de trabajo se compone principalmente de óxido de hierro con varios aditivos. Los campos magnéticos creados por dominios individuales en un disco limpio están orientados aleatoriamente y compensan mutuamente cualquier área extendida (macroscópica) de la superficie del disco, por lo que su magnetización remanente es cero.

Si una parte de la superficie del disco se expone a un campo magnético cuando se tira cerca del espacio de la cabeza, los dominios se alinean en una dirección específica y sus campos magnéticos ya no se cancelan entre sí. Como resultado, aparece magnetización residual en esta área, que puede detectarse posteriormente. En términos científicos, podemos decir: el flujo magnético residual formado por un área determinada de la superficie del disco se vuelve distinto de cero.

Diseños de cabezales de lectura / escritura

Con el desarrollo de la tecnología para la producción de unidades de disco, también se han mejorado los diseños de los cabezales de lectura / escritura. Las primeras cabezas fueron núcleos enrollados (electroimanes). Según los estándares modernos, sus dimensiones eran enormes y la densidad de grabación era extremadamente baja. A lo largo de los años, los diseños de cabezales han recorrido un largo camino desde los primeros cabezales con núcleos de ferrita hasta los tipos modernos.

Los cabezales más utilizados son de los siguientes cuatro tipos:

ü ferrita;

ü con metal en el hueco (MIG);

ü película fina (TF);

ü magnetorresistivo (MR);

ü magnetorresistivo gigante (GMR).

· Cabezas de ferrita

Las cabezas de ferrita clásicas se utilizaron por primera vez en la unidad Winchester 30-30 de IBM. Sus núcleos están hechos a base de ferrita prensada (a base de óxido de hierro). El campo magnético en el espacio se produce cuando una corriente eléctrica fluye a través del devanado. A su vez, con cambios en la intensidad del campo magnético cerca del espacio en el devanado, se induce una fuerza electromotriz. Por lo tanto, la cabeza es versátil, es decir se puede utilizar tanto para escribir como para leer. Las dimensiones y el peso de los cabezales de ferrita son mayores que los de las de película delgada; por lo tanto, para evitar su contacto no deseado con las superficies de los discos, es necesario aumentar el espacio.

Durante la existencia de las cabezas de ferrita, su diseño original (monolítico) se ha mejorado significativamente. En particular, se han desarrollado los denominados cabezales de vidrio-ferrita (compuestos), cuyo pequeño núcleo de ferrita está instalado en un cuerpo cerámico. El ancho del núcleo y el espacio magnético de dichos cabezales es menor, lo que permite aumentar la densidad de las pistas de grabación. Además, se reduce su sensibilidad a las interferencias magnéticas externas.

· Cabezas con metal en el hueco.

Los cabezales Metal-In-Gap (MIG) son el resultado de mejoras en el diseño del cabezal de ferrita compuesto. En tales cabezas, el espacio magnético ubicado en la parte posterior del núcleo está lleno de metal. Debido a esto, la tendencia del material del núcleo a la saturación magnética se reduce significativamente, lo que permite aumentar la inducción magnética en el espacio de trabajo y, por lo tanto, escribir en el disco con una mayor densidad. Además, el gradiente del campo magnético creado por la cabeza con el metal en el espacio es mayor, lo que significa que se forman áreas magnetizadas con límites más pronunciados en la superficie del disco (el ancho de las zonas de inversión del signo disminuye).

Estos cabezales permiten el uso de medios con una alta fuerza coercitiva y una capa de trabajo de película fina. Al reducir el peso total y mejorar el diseño, dichos cabezales se pueden ubicar más cerca de la superficie del portador.

Las cabezas con metal en el hueco son de dos tipos: unilateral y bilateral (es decir, con uno y dos huecos metalizados). En los cabezales de un solo lado, una capa intermedia de aleación magnética está ubicada solo en el espacio posterior (que no funciona), y en los cabezales de dos lados, en ambos. Se aplica una capa de metal mediante deposición al vacío. La inducción de saturación de una aleación magnética es aproximadamente el doble que la de la ferrita, lo que, como ya se señaló, permite grabar en soportes con una alta fuerza coercitiva, que se utilizan en unidades de alta capacidad. Las cabezas reversibles son mejores que las unilaterales a este respecto.

· Cabezales de película fina

Los cabezales de película fina (TF) se fabrican utilizando casi la misma tecnología que los circuitos integrados, es decir, por fotolitografía. Se pueden "imprimir" varios miles de cabezas en un sustrato a la vez, que son pequeñas y ligeras como resultado.

El espacio de trabajo en los cabezales de película delgada se puede hacer muy estrecho y su ancho se ajusta durante la producción mediante la acumulación de capas adicionales de aleación de aluminio no magnética. El aluminio llena completamente el espacio de trabajo y lo protege bien contra daños (astillamiento del borde) en caso de contacto accidental con el disco. El núcleo en sí está hecho de una aleación de hierro y níquel, cuya inducción de saturación es de 2 a 4 veces mayor que la de la ferrita.

Las áreas de magnetización remanente formadas por los cabezales de película delgada en la superficie del disco tienen límites claramente definidos, lo que hace posible lograr una densidad de grabación muy alta. Debido al peso ligero y las pequeñas dimensiones de los cabezales, es posible reducir significativamente el espacio entre ellos y las superficies de los discos en comparación con los cabezales de ferrita y MIG: en algunas unidades, su valor no supera los 0,05 micrones. Como resultado, en primer lugar, aumenta la magnetización remanente de las áreas superficiales de la portadora y, en segundo lugar, aumenta la amplitud de la señal y mejora la relación señal / ruido en el modo de lectura, lo que finalmente afecta la confiabilidad de la grabación y lectura de datos.

Hoy en día, los cabezales de película delgada se utilizan en la mayoría de las unidades de alta capacidad, especialmente en modelos de tamaño pequeño, desplazando prácticamente los cabezales con metal en el espacio. Su diseño y características mejoran constantemente, pero lo más probable es que en un futuro próximo sean reemplazados por cabezales magnetorresistivos.

· Cabezales magnetorresistivos

Las cabezas magnetorresistivas (MR) son relativamente recientes. Están desarrollados por IBM y permiten alcanzar los más altos valores de densidad de grabación y velocidad de los dispositivos de almacenamiento. Los cabezales magnetorresistivos se instalaron por primera vez en un disco duro IBM de 1 GB (3,5 ") en 1991.

Todas las cabezas son detectores, es decir registra los cambios en las zonas de magnetización y los convierte en señales eléctricas que pueden interpretarse como datos. Sin embargo, existe un problema con la grabación magnética: a medida que disminuyen los dominios magnéticos de los medios, el nivel de señal del cabezal disminuye y existe la posibilidad de confundir el ruido con la señal "real". Para resolver este problema, es necesario tener un cabezal de lectura efectivo, que pueda determinar de manera más confiable la presencia de una señal.

Los cabezales magnetorresistivos son más costosos y más complejos que otros tipos de cabezales, ya que existen elementos adicionales en su diseño y el proceso tecnológico incluye varias etapas adicionales. Las siguientes son las principales diferencias entre los cabezales magnetorresistivos y los cabezales convencionales:

v deben conectarse cables adicionales para suministrar la corriente de medición al sensor de resistencia;

v Se utilizan de 4 a 6 máscaras (fotomáscaras) adicionales en el proceso de producción;

v Debido a su alta sensibilidad, los cabezales magnetorresistivos son más susceptibles a los campos magnéticos externos, por lo que deben protegerse cuidadosamente.

En todos los cabezales antes considerados, un mismo hueco “funcionó” en el proceso de escritura y lectura, y en el cabezal magnetorresistivo hay dos de ellos, cada uno para su propio funcionamiento. Al diseñar cabezales con un espacio de trabajo, debe comprometerse en la elección de su ancho. El hecho es que para mejorar los parámetros del cabezal en el modo de lectura, es necesario reducir el ancho del espacio (para aumentar la resolución), y durante la grabación, el espacio debe ser más ancho, ya que el flujo magnético penetra en el capa de trabajo a una mayor profundidad ("magnetizándola" en todo el espesor). En cabezales magnetorresistivos con dos huecos, cada uno de ellos puede tener un ancho óptimo. Otra característica de los cabezales en consideración es que su parte de grabación (película delgada) forma pistas más anchas en el disco que las necesarias para el funcionamiento de la unidad de lectura (magnetorresistiva). En este caso, el cabezal de lectura "recolecta" menos interferencia magnética de las pistas adyacentes.

· Cabezas magnetorresistivas gigantes

En 1997, IBM anunció un nuevo tipo de cabezal magnetorresistivo con una sensibilidad mucho mayor. Fueron llamados cabezas magnetorresistivas gigantes (GMR). Obtuvieron este nombre en función del efecto utilizado (aunque eran más pequeños que los cabezales magnetorresistivos estándar). El efecto GMR se descubrió en 1988 en cristales colocados en un campo magnético muy fuerte (aproximadamente 1.000 veces el campo magnético utilizado en las unidades de disco duro).

Métodos de codificación de datos

Los datos magnéticos se almacenan en forma analógica. Al mismo tiempo, los datos en sí se presentan en forma digital, ya que es una secuencia de ceros y unos. Cuando se realiza la grabación, la información digital que llega al cabezal magnético crea dominios magnéticos de la polaridad correspondiente en el disco. Si llega una señal positiva al cabezal durante la grabación, los dominios magnéticos se polarizan en una dirección y, si es negativa, en la dirección opuesta. Cuando cambia la polaridad de la señal registrada, también cambia la polaridad de los dominios magnéticos.

Si durante la reproducción el cabezal registra un grupo de dominios magnéticos de la misma polaridad, no genera ninguna señal; el láser se produce solo cuando el cabezal detecta un cambio de polaridad. Estos momentos de inversión de polaridad se denominan inversiones de signo. Cada cambio de signo hace que el cabezal de lectura emita un pulso de voltaje; Son estos pulsos los que registra el dispositivo durante la lectura de datos. Pero al mismo tiempo, el cabezal de lectura genera una señal que no es exactamente la que se escribió; de hecho, crea una serie de impulsos, cada uno de los cuales corresponde al momento del cambio de signo.

Para posicionar de manera óptima los pulsos en la señal de grabación, los datos brutos sin procesar se pasan a través de un dispositivo especial llamado codificador / decodificador. Este dispositivo convierte datos binarios en señales eléctricas que están optimizadas para la ubicación de zonas de inversión de signos en la pista de grabación. Durante la lectura, el codificador / decodificador realiza la transformación inversa: reconstruye una secuencia de datos binarios a partir de la señal. A lo largo de los años, se han desarrollado varios métodos de codificación de datos, con el objetivo principal de los desarrolladores de lograr la máxima eficiencia y confiabilidad en la grabación y lectura de información.

Cuando se trabaja con datos digitales, la sincronización es de particular importancia. Durante la lectura o la escritura, es muy importante determinar con precisión el momento de cada cambio de signo. Si no hay sincronización, el momento del cambio de signo se puede determinar incorrectamente, por lo que la pérdida o distorsión de la información es inevitable. Para evitar esto, el funcionamiento de los dispositivos de transmisión y recepción debe estar estrictamente sincronizado. Hay dos formas de resolver este problema. Primero, sincronice el funcionamiento de dos dispositivos transmitiendo una señal de sincronización especial (o señal de sincronización) a través de un canal de comunicación separado. En segundo lugar, combine la señal de sincronización con la señal de datos y transmítalas juntas por el mismo canal. Ésta es la esencia de la mayoría de los métodos de codificación de datos.

Aunque se han desarrollado muchos de los métodos más diversos, en la actualidad solo se utilizan tres de ellos:

ü modulación de frecuencia (FM);

ü modulación de frecuencia modificada (MFM);

ü codificación con la limitación de la longitud del campo de registro (RLL).

Modulación de frecuencia (FM)

El método de codificación FM (modulación de frecuencia) se desarrolló antes que otros y se utilizó al grabar en disquetes de la denominada densidad única (densidad única) en las primeras PC. La capacidad de estos disquetes de una cara era de solo 80 KB. En la década de 1970, la grabación de FM se usaba en muchos dispositivos, pero ahora se ha abandonado por completo.

Modulación de frecuencia modificada (MFM)

El objetivo principal de los desarrolladores del método MFM (Modulación de frecuencia modificada) era reducir el número de zonas de cambio de signo para registrar la misma cantidad de datos en comparación con la codificación FM y, en consecuencia, aumentar la capacidad potencial de la portadora. Con este método de registro, se reduce el número de áreas de cambio de señal que se utilizan solo para la sincronización. Las transiciones de sincronización se escriben solo al comienzo de las celdas con un bit de datos cero y solo si están precedidas por un bit cero. En todos los demás casos, no se forma la zona de cambio de signo de sincronización. Debido a tal disminución en el número de zonas de cambio de señal con la misma densidad permisible de su ubicación en el disco, la capacidad de información se duplica en comparación con la grabación por el método FM.

Esta es la razón por la que los discos MFM a menudo se denominan discos de doble densidad. Dado que con el método de grabación considerado, el mismo número de zonas de cambio de signo tiene el doble de datos "útiles" que con la codificación FM, la velocidad de lectura y escritura de información en el medio también se duplica.

Codificación restringida de longitud de campo de registro (RLL)

Con mucho, el método de codificación más popular es Run Length Limited (RLL). Le permite colocar en un disco una vez y media más información que cuando graba con el método MFM, y tres veces más que con la codificación FM. Cuando se utiliza este método, no se codifican bits individuales, sino grupos completos, como resultado de lo cual se crean ciertas secuencias de zonas de cambio de signo.

El método RLL fue desarrollado por IBM y se utilizó por primera vez en unidades de disco en máquinas grandes. A fines de la década de 1980, se usaba en unidades de disco duro en PC, y hoy se usa en casi todas las PC.

Medir la capacidad de almacenamiento

En diciembre de 1998, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), un estándar de estandarización electrotécnica, introdujo un sistema de nombres y símbolos para unidades de medida para su uso en el procesamiento y transmisión de datos como estándar oficial. Hasta hace poco, con el uso simultáneo de sistemas de medición decimales y binarios, un megabyte podía equivaler tanto a 1 millón de bytes (106) como a 1.048.576 bytes (220). En la tabla se dan las abreviaturas estándar de las unidades utilizadas para medir la capacidad de los dispositivos magnéticos y otros dispositivos de almacenamiento. 1.

Según el nuevo estándar, 1 MiB (mebibyte) contiene 220 (1.048.576) bytes y 1 MB (megabyte) contiene 106 (1.000.000) bytes. Desafortunadamente, no existe una forma generalmente aceptada de distinguir los múltiplos binarios de unidades de los decimales. En otras palabras, la abreviatura en inglés MB (o M) puede representar tanto millones de bytes como megabytes.

Normalmente, las capacidades de almacenamiento se miden en unidades binarias, pero las capacidades de almacenamiento están en unidades decimales y binarias, lo que a menudo genera confusión. Tenga en cuenta también que en inglés, bits y Bytes difieren en el caso de la primera letra (puede ser mayúscula o minúscula). Por ejemplo, cuando se hace referencia a millones de bits, se utiliza la letra minúscula "b", lo que da como resultado que la unidad de medida para millones de bits por segundo sea Mbps, mientras que MBps significa millones de bytes por segundo.

Que es un disco duro

El componente más necesario y al mismo tiempo más misterioso de la computadora es la unidad de disco duro. Como sabe, está diseñado para almacenar datos y las consecuencias de su falla suelen ser catastróficas. Para operar o actualizar correctamente su computadora, debe tener una buena idea de lo que es: una unidad de disco duro.

Los elementos principales del almacenamiento son varias placas redondas de aluminio o vidriosas no cristalinas. A diferencia de los disquetes (disquetes), no se pueden doblar; de ahí que aparezca el nombre de disco duro (Fig. 4). En la mayoría de los dispositivos, no son extraíbles, por lo que a veces estas unidades se denominan fijas (disco fijo). También hay unidades extraíbles como dispositivos Iomega Zip y Jaz.

Últimos logros

En los casi 20 años que han pasado desde la época en que los discos duros se convirtieron en componentes comunes de las computadoras personales, sus parámetros han cambiado radicalmente. Para dar una idea de lo lejos que ha llegado el proceso de mejora de los discos duros, aquí hay algunos de los hechos más brillantes.

Las capacidades máximas para las unidades de 5,25 "han aumentado de 10 MB (1982) a 180 GB y más para las unidades de media altura de 3,5" (Seagate Barracuda 180). La capacidad de las unidades de 2,5 pulgadas con una altura inferior a 12,5 mm, que se utilizan en ordenadores portátiles, ha aumentado a 32 GB (IBM Travelstar 32GH). Los discos duros de menos de 10 GB apenas se utilizan en las computadoras de escritorio modernas.

Las tasas de transferencia de datos han aumentado de 85-102 KB / s en IBM XT (1983) a 51,15 MB / s en los sistemas más rápidos (Seagate Cheetah 73LP).

El tiempo de búsqueda promedio (es decir, el tiempo para colocar el cabezal en la pista deseada) ha disminuido de 85 ms en la computadora IBM XT (1983) a 4.2 ms en una de las unidades de disco más rápidas disponibles en la actualidad (Seagate Cheetah X15).

En 1982, una unidad de 10 MB costaba más de $ 1,500 ($ 150 por megabyte). Hoy en día, el costo de los discos duros se ha reducido a medio centavo por megabyte.

Arroz. 4. Vista del disco duro sin la cubierta superior

Como funcionan los discos duros

En los discos duros, los datos se escriben y leen mediante cabezales de lectura / escritura universales desde la superficie de los discos magnéticos giratorios, divididos en pistas y sectores (512 bytes cada uno), como se muestra en la Fig. 5.

Las unidades suelen tener varios discos y los datos se escriben en ambos lados de cada uno. La mayoría de las unidades tienen al menos dos o tres discos (lo que permite grabar en cuatro o seis caras), pero también hay unidades con hasta 11 o más discos. Las pistas del mismo tipo (igualmente ubicadas) en todos los lados de los discos se combinan en un cilindro (Fig. 6). Cada lado del disco tiene su propia pista de lectura / escritura, pero todos los cabezales están montados en una barra o bastidor común. Por lo tanto, las cabezas no pueden moverse de forma independiente entre sí y solo se mueven sincrónicamente.

Los discos duros giran mucho más rápido que las unidades de disquete. Su velocidad de rotación, incluso en la mayoría de los primeros modelos, era de 3.600 rpm (es decir, 10 veces más que en una unidad de disquete) y hasta hace poco era casi el estándar para los discos duros. Pero ahora ha aumentado la velocidad de rotación de los discos duros. Por ejemplo, en un portátil Toshiba un disco de 3,3 GB gira a 4.852 rpm, pero ya existen modelos con frecuencias de 5.400, 5.600, 6.400, 7.200, 10.000 e incluso 15.000 rpm. La velocidad de un disco duro en particular depende de su frecuencia de rotación, la velocidad de movimiento del sistema de cabezal y el número de sectores en la pista.

Durante el funcionamiento normal del disco duro, los cabezales de lectura / escritura no tocan (¡y no deben tocar!) Los discos. Pero cuando apaga la alimentación y detiene los discos, se hunden a la superficie. Durante el funcionamiento del dispositivo, se forma un espacio de aire muy pequeño (colchón de aire) entre la cabeza y la superficie del disco giratorio. Si una mota de polvo entra en este espacio o se produce un golpe, la cabeza "chocará" con el disco, que está girando "a toda velocidad". Si el golpe es lo suficientemente fuerte, la cabeza se romperá. Las consecuencias de esto pueden ser diferentes, desde la pérdida de varios bytes de datos hasta la falla de todo el disco. Por lo tanto, en la mayoría de los accionamientos, las superficies de los discos magnéticos están aleadas y recubiertas con lubricantes especiales, lo que permite que los dispositivos resistan los “altibajos” y “aterrizajes” diarios de los cabezales, así como los golpes más graves.

Arroz. 5. Pistas y sectores del disco duro

Arroz. 6. Cilindro impulsor

en discos duros

Pistas y sectores

Una pista es un "anillo" de datos en una cara del disco. La pista de grabación del disco es demasiado grande para usarse como unidad de almacenamiento. En muchas unidades, su capacidad excede los 100 mil bytes y es extremadamente inútil asignar un bloque de este tipo para almacenar un archivo pequeño. Por lo tanto, las pistas del disco se dividen en secciones numeradas llamadas sectores.

El número de sectores puede ser diferente según la densidad de las pistas y el tipo de unidad. Por ejemplo, una pista de disquete puede tener de 8 a 36 sectores, y una pista de disco duro puede tener de 380 a 700. Los sectores creados usando programas de formateo estándar tienen una capacidad de 512 bytes, pero es posible que este valor cambie en el futuro.

Los sectores de una pista se numeran desde uno, a diferencia de las cabezas y los cilindros, que se cuentan desde cero. Por ejemplo, un disquete HD (alta densidad) de 3,5 pulgadas (1,44 MB de capacidad) contiene 80 cilindros numerados del 0 al 79, la unidad tiene dos cabezales (numerados 0 y 1) y cada pista de cilindro se divide en 18 sectores (1- 18).

Cuando se formatea el disco al principio y al final de cada sector, se crean áreas adicionales para registrar sus números, así como otra información de servicio, gracias a lo cual el controlador identifica el inicio y el final del sector. Esto le permite distinguir entre capacidades de disco formateadas y sin formato. Después del formateo, la capacidad del disco disminuye, y tiene que aguantar esto, porque para garantizar el funcionamiento normal de la unidad, se debe reservar algo de espacio en el disco para la información de servicio.

Al comienzo de cada sector, se escribe su encabezado (o porción de prefijo), que determina el comienzo y el número de sector, y al final, una conclusión (o porción de sufijo), que contiene una suma de comprobación (suma de comprobación) necesaria para verificar la integridad de los datos ... La mayoría de las unidades más nuevas utilizan un registro sin identificación en lugar de un encabezado, que puede acomodar una mayor cantidad de datos. Además de las áreas de información de servicio indicadas, cada sector contiene un área de datos con una capacidad de 512 bytes.

Para mayor claridad, imagine que los sectores son páginas de un libro. Cada página contiene texto, pero no llena todo el espacio de la página, ya que tiene márgenes (superior, inferior, derecho e izquierdo). La información de servicio se coloca en los márgenes, por ejemplo, los títulos de los capítulos (en nuestra analogía, esto corresponderá a los números de pistas y cilindros) y los números de página (que corresponden a los números de sectores). Las áreas del disco que son similares a los campos de una página se crean cuando se formatea el disco; entonces la información del servicio también se registra en ellos. Además, durante el formateo del disco, las áreas de datos de cada sector se llenan con valores ficticios. Después de formatear el disco, puede escribir información en el área de datos como de costumbre. La información contenida en los encabezados y las conclusiones del sector no cambia durante las operaciones normales de escritura de datos. Puede cambiarlo solo formateando el disco.

Formateo de discos

Hay dos tipos de formateo de disco:

ü formateo físico o de bajo nivel;

ü formato lógico o de alto nivel.

Al formatear disquetes con Explorer Windows 9x o el comando DOS FORMAT, se realizan ambas operaciones, pero deben realizarse por separado para los discos duros. Además, para un disco duro, hay una tercera etapa, que se realiza entre las dos operaciones de formateo especificadas: particionar el disco en particiones. La creación de particiones es absolutamente esencial si tiene la intención de utilizar varios sistemas operativos en la misma computadora. El formateo físico siempre se realiza de la misma manera, independientemente de las propiedades del sistema operativo y las opciones de formato de alto nivel (que pueden ser diferentes para diferentes sistemas operativos). Esto permite combinar varios sistemas operativos en un disco duro.

Al organizar varias particiones en una unidad, cada una de ellas se puede utilizar para operar bajo su propio sistema operativo, o representar un volumen separado (volumen) o una unidad lógica (unidad lógica). Un volumen, o unidad lógica, es a lo que el sistema asigna una letra de unidad.

Por lo tanto, formatear un disco duro es un proceso de tres pasos.

1. Formateo de bajo nivel.

2. Organización de particiones en el disco.

3. Formateo de alto nivel.