Dom / Instalacja i konfiguracja/ Charakterystyka mediów magnetycznych i optycznych. Rodzaje nośników pamięci, ich klasyfikacja i charakterystyka Magnetyczne nośniki pamięci ”

Charakterystyka magnetycznych i optycznych nośników informacji. Rodzaje nośników pamięci, ich klasyfikacja i charakterystyka Magnetyczne nośniki pamięci ”

Pierwszym magnetycznym nośnikiem zapisu, na którym zapisano informacje w urządzeniach Poulsena na przełomie XIX i XX wieku, był stalowy drut do 1 mm średnicy. Na początku XX wieku do tych celów również wykorzystywano walcowana taśma stalowa. Jednak cechy jakościowe tych nośników były bardzo niskie. Dość powiedzieć, że do wyprodukowania 14-godzinnego zapisu magnetycznego wykładów na Międzynarodowym Kongresie w Kopenhadze w 1908 roku potrzeba było 2500 km drutu o wadze około 100 kg. Ponadto w procesie stosowania drutu i taśmy stalowej pojawił się nierozwiązywalny problem łączenia ich oddzielnych kawałków. Na przykład spleciony drut nie przeszedł przez głowicę magnetyczną. Ponadto łatwo się pomyliła, a cienka stalowa opaska przecięła jej ręce. Stal dysk magnetyczny, pierwszy patent, na który wydano go jeszcze w 1906 roku, nie został wówczas zastosowany 1.

Dopiero od drugiej połowy lat dwudziestych XX wieku, kiedy został wynaleziony proszkowa taśma magnetyczna, rozpoczęto szeroko zakrojone wykorzystanie zapisu magnetycznego. Patent na technologię nakładania proszku ferromagnetycznego na folię uzyskał w 1928 roku Fritz Pfeimer w Niemczech. Początkowo proszek magnetyczny nakładano na podłoże papierowe, następnie na octan celulozy, aż do zastosowania wysokowytrzymałego

1 Wasilewskij A. Magnetyczne nośniki zapisu. M., 1989. S. 5-6.

materiał - politereftalan etylenu (lavsan). Poprawiono również jakość proszku magnetycznego. W szczególności zaczęto stosować proszki tlenku żelaza z dodatkiem kobaltu, tlenku chromu, metaliczne proszki magnetyczne żelaza i jego stopów, co umożliwiło kilkukrotne zwiększenie gęstości zapisu. Warstwę roboczą nakłada się na podłoże metodą napylania próżniowego lub nanoszenia elektrolitycznego w postaci lakieru magnetycznego, który składa się z proszku magnetycznego, spoiwa, rozpuszczalnika, plastyfikatora i różnych dodatków.

Oprócz elastycznego podłoża i roboczej warstwy magnetycznej taśma może posiadać dodatkowe warstwy: ochronną – na powierzchni warstwy roboczej oraz antycierną – na spodzie taśmy, w celu ochrony warstwy roboczej przed zużyciem mechanicznym wytrzymałość mechaniczną taśmy oraz poprawę jej ślizgania się po powierzchni magnetycznej głowic. Warstwa przeciwcierna usuwa również ładunki elektryczne gromadzące się na taśmie magnetycznej. Pośrednia (podwarstwa) między podłożem a warstwą roboczą służy do poprawy przyczepności warstwy roboczej i przeciwciernej do podłoża.

W przeciwieństwie do mechanicznych nośników zapisu dźwięku, taśma magnetyczna nadaje się do wielokrotnych nagrań informacji. Liczba takich zapisów jest bardzo duża i ograniczona jedynie wytrzymałością mechaniczną samej taśmy magnetycznej.

Pierwsze magnetofony, które pojawiły się w latach 30. XX wieku, były magnetofonami szpulowymi. W nich taśma magnetyczna była nawinięta na szpule. Na początku były to ogromne szpulki o szerokości 1 cala (25,4 mm). Podczas nagrywania i odtwarzania taśma była przewijana z pełnej szpuli na pustą.

W 1963 roku firma Philips opracowała tak zwane nagrywanie kasetowe, które umożliwiło użycie bardzo cienkich taśm magnetycznych. Ich maksymalna grubość to zaledwie 20 mikronów przy szerokości 3,81 mm. W magnetofonach kasetowych obie szpule są w specjalnej kaseta kompaktowa a koniec folii jest wstępnie przymocowany do pustej szpuli. Innymi słowy, taśma magnetyczna i kaseta to jeden funkcjonalny mechanizm. Nagrywanie na kasetach kompaktowych - dwukierunkowe. Całkowity czas nagrywania wynosi zwykle 60, 90 i 120 minut.

Pod koniec lat siedemdziesiątych. pojawiło się mikrokasety rozmiar 50x33x8 mm, czyli rozmiar pudełka zapałek, do przenośnych dyktafonów i telefonów z automatyczną sekretarką, a w połowie lat 80-tych. - pikokasety- trzy razy mniej mikrokaset.

Od 1952 roku taśma magnetyczna jest używana do zapisu i przechowywania informacji w komputerach elektronicznych. Zaletą taśmy magnetycznej jest możliwość zapisu z podwyższoną gęstością ze względu na fakt, że całkowita powierzchnia warstwy magnetycznej taśmy jest znacznie większa niż w przypadku innych rodzajów nośników i jest ograniczona jedynie długością taśma. Kasetowe napędy taśmowe — naboje osiągną pojemność kilku TB, aw niedalekiej przyszłości ich pojemność wyniesie kilkadziesiąt TB. Mechanizmy napędów taśmowych dla kaset nazywa się serpentyny(z angielskiego, strumień - strumień). W zasadzie są podobne do magnetofonu.

Jednak taśma magnetyczna ma również poważną wadę. Nie pozwala na bezpośredni dostęp do zarejestrowanych informacji. Aby to zrobić, taśmę należy najpierw przewinąć do żądanego miejsca, co znacznie wydłuża czas odczytywania z niej informacji. Kasety z taśmą magnetyczną (kasety) charakteryzują się również dużymi wymiarami. Dlatego obecnie wykorzystywane są głównie w systemach backupu w centrach danych, w przedsiębiorstwach, w dużych centrach danych, a także do przechowywania informacji na serwerach i stacjach roboczych, gdzie niezawodność, stabilność działania, duża pojemność, stosunkowo niski koszt. Systemy backupu pozwalają zapewnić bezpieczeństwo informacji w przypadku wystąpienia błędów, awarii czy klęsk żywiołowych.

Na taśmie magnetycznej możesz nagrywać nie tylko dźwięk, ale także informacje wideo. Taśma wideo jego struktura jest podobna do taśmy do nagrywania dźwięku. Jednak jego warstwa robocza ma zwykle bardziej złożoną strukturę. Faktem jest, że sygnały wideo o wysokiej częstotliwości są rejestrowane na samej powierzchni warstwy roboczej. Można do nich użyć małych cząstek metalu. Z drugiej strony niskie częstotliwości są lepiej przenoszone przez duże cząstki, które zaleca się umieszczać na głębokości. Dlatego warstwa robocza taśmy magnetycznej do filmowania wideo może składać się z dwóch warstw. Taśma magnetyczna do dokumentacji wideo jest również ładowana do specjalnych kaset, które zapewniają jej ochronę przed naprężeniami mechanicznymi, zanieczyszczeniami oraz szybkim ładowaniem do sprzętu wideo. Rozpowszechniony w latach 80. - 90. XX wieku. taśmy wideo ustąpiły miejsca bardziej obiecującym mediom wideo.

Początkowo używano również komputerów elektronicznych bębny magnetyczne. W szczególności w krajowej dużej elektronicznej maszynie liczącej (BESM-6) zastosowano bębny magnetyczne o wadze około 8 kg, ale o pojemności pamięci zaledwie 1 MB.

Od początku lat sześćdziesiątych. powszechne zastosowanie, głównie w komputerowych urządzeniach pamięci masowej, odebrane dyski magnetyczne. Są to krążki aluminiowe lub plastikowe o średnicy od 30 do 350 mm, pokryte warstwą roboczą proszku magnetycznego o grubości kilku mikronów. Początkowo powłoka magnetyczna składała się z tlenku żelaza, później z dwutlenku chromu.

W napędzie dyskowym, podobnie jak w magnetofonie, informacje są rejestrowane za pomocą głowicy magnetycznej, tylko nie wzdłuż taśmy, ale na koncentrycznych ścieżkach magnetycznych znajdujących się na powierzchni wirującego dysku, zwykle po obu stronach. Dyski magnetyczne są twarde i elastyczne, wymienne i wbudowane w komputer osobisty. Ich głównymi cechami są: pojemność informacyjna, czas dostępu do informacji oraz szybkość czytania z rzędu.

Nieusuwalne dyski twarde w komputerze są konstrukcyjnie połączone w jedną jednostkę z napędem dyskowym. Składane są w pakiety na jednej osi. Pakiet dysków umieszczony jest w szczelnej obudowie, co zapewnia niezbędną czystość i stałe ciśnienie bezpyłowego powietrza. Obecnie zamiast powietrza zaczęto stosować jako wypełniacz hel jako gaz obojętny, który dzięki mniejszej gęstości pozwala na znaczne zwiększenie efektywności energetycznej.

Każda płyta zawiera taką samą liczbę kolejnych utworów (utworów). Szerokość toru magnetycznego wynosi około 1 µm. Pierwszy model dysku twardego, stworzony w 1973 roku, miał 30 ścieżek po 30 sektorów, które przypadkowo zbiegły się z kalibrem „30/30” słynnego karabinu myśliwskiego Winchester i dały początek slangowej nazwie twardych dysków magnetycznych - „Winchester ”, „Winchesters”. Ścieżki są koncentrycznymi okręgami odpowiadającymi obszarom namagnesowania szczątkowego wytworzonego przez głowice magnetyczne. Z kolei każdy z torów jest podzielony na kolejno zlokalizowane sektory.

W rozwoju dysków twardych wyraźnie widać główny trend – stopniowy wzrost gęstości zapisu, któremu towarzyszy wzrost prędkości obrotowej głowicy wrzeciona i skrócenie czasu dostępu do informacji, a docelowo – wzrost wydajność. Pojemność dysku, która pierwotnie sięgała kilku GB, do połowy drugiej dekady XXI wieku osiągnęła 10 TB (roczny wzrost pojemności dysków twardych komputerów to 35-40 proc.). Umieszczenie takiej ilości informacji stało się możliwe na dyskach z metodą zapisu prostopadłego, która pojawiła się w 2007 roku. W niedalekiej przyszłości ta metoda zwiększy pojemność do 85 TB (można nagrać 86 mln kolorowych fotografii lub 21,5 tys. filmów).

Dyski twarde przeznaczone są do stałego przechowywania informacji, m.in. niezbędne podczas pracy z komputerem (oprogramowanie systemowe, pakiety aplikacji itp.). Na bazie dysków twardych produkowane są również zewnętrzne urządzenia pamięci masowej o pojemności do kilku TB.

Elastyczne plastikowe dyski magnetyczne (dyskietki, z angielskiego, floppy - free hanging) zostały wykonane ze sztucznego filmu - mylaru, pokrytego odpornym na ścieranie ferrolakierem i zostały umieszczone pojedynczo w specjalnych twardych plastikowych pudełkach - kasetach, które zapewniają mechaniczną ochronę nośników. Kaseta dyskietek nazywa się dyskietka.

Pierwsza dyskietka pojawiła się w 1967 roku. Miała średnicę 8 cali i pojemność 100 KB. W 1976 roku rozmiar dyskietki został zmniejszony do 5,25 cala, aw 1980 roku Soni opracowała 3,5-calową dyskietkę i napęd dyskietek, które były produkowane głównie w następnych dziesięcioleciach.

Do odczytywania i zapisywania informacji służy specjalne urządzenie elektroniczno-mechaniczne - stacja dysków, na której umieszczana jest dyskietka. Dyskietka posiada centralny otwór na wrzeciono napędu dyskowego, a w przypadku jest to otwór, który można zamknąć metalową przesłoną umożliwiającą dostęp do głowic magnetycznych, przez które odczytywane i zapisywane są informacje. Zapis na dyskietce odbywa się na tej samej zasadzie, co w magnetofonie. Występuje również bezpośredni kontakt mechaniczny głowicy z magnetyczną warstwą roboczą, co prowadzi do stosunkowo szybkiego zużycia nośnika materiału.

Pojemność jednej dyskietki 3,5 cala wynosiła zwykle od 1,0 do 2,0 MB. Standardowe dyskietki miały pojemność 1,44 MB. Opracowano jednak dyskietki 3,5-calowe o pojemności do 250 MB.

Dyskietki okazały się dość wybrednym nośnikiem. Są mniej odporne na zużycie niż dyski twarde i podatne na pola magnetyczne i podwyższone temperatury. Wszystko to często prowadziło do utraty zarejestrowanych danych. Dlatego dyskietki były używane głównie do operacyjnego przechowywania udokumentowanych informacji. Obecnie są one zastępowane przez bardziej niezawodne i wydajne nośniki pamięci flash.

W ostatniej ćwierci XX wieku w wielu krajach świata, a od lat 90. XX wieku. - a w Rosji tzw. plastikowe karty, reprezentujący urządzenie do magnetycznego sposobu przechowywania informacji i zarządzania danymi.

Poprzednikami kart plastikowych były karty wykonane z tektury w celu potwierdzenia zdolności kredytowej posiadacza poza bankiem. W 1928 roku jedna z amerykańskich firm zaczęła produkować karty metalowe o wymiarach 63 na 35 mm. Były na nich wytłoczone imię i nazwisko właściciela, miasto, stan i inne informacje. Takie karty wydawane były stałym klientom w dużych sklepach. Sprzedający płacąc za towar przeturlał kartę przez specjalną maszynę, w wyniku czego wyciśnięte na niej litery i cyfry zostały odciśnięte na paragonie. Ten czek z odręcznie wypisaną kwotą zakupu został następnie wysłany do banku w celu umorzenia. Pierwsza nowoczesna karta kredytowa, na podstawie której powstał system płatności VISA, została wydana w 1958 roku przez Bank of America.

Karty plastikowe składają się z trzech warstw: podkładu poliestrowego, na który nakładana jest cienka warstwa robocza oraz warstwy ochronnej. Jako bazę stosuje się najczęściej polichlorek winylu, który jest łatwy w obróbce, odporny na temperaturę, obciążenia chemiczne i mechaniczne. Jednak w niektórych przypadkach podstawą kart magnetycznych jest tzw. pseudoplastik - gruby papier lub karton z dwustronną laminacją.

Warstwa robocza (proszek ferromagnetyczny) jest nakładana na tworzywo metodą hot-stampingu w postaci oddzielnych wąskich pasków. Ze względu na właściwości fizyczne i zakres zastosowania, paski magnetyczne dzielą się na dwa typy: wysokoercetywne i niskoerytrytyczne. Bardzo ercetyczne paski są czarne. Są odporne na pola magnetyczne. Do ich zarejestrowania potrzebna jest większa energia. Wykorzystywane są jako karty kredytowe, prawa jazdy itp., czyli tam, gdzie wymagana jest zwiększona trwałość i bezpieczeństwo. Paski magnetyczne Low-EMC są brązowe. Są mniej bezpieczne, ale łatwiejsze i szybsze w pisaniu. Używane na kartach z ograniczonymi datami ważności.

Warstwa ochronna plastikowych kart magnetycznych składa się z przezroczystej folii poliestrowej. Przeznaczony jest do ochrony warstwy roboczej przed zużyciem. Sporadycznie stosowane są powłoki zapobiegające podrabianiu i kopiowaniu. Warstwa ochronna zapewnia do dwóch dziesiątek tysięcy cykli zapisu i odczytu.

Należy zauważyć, że poza magnetycznym istnieją inne sposoby zapisu informacji na karcie plastikowej: zapis graficzny, tłoczenie (wytłaczanie mechaniczne), kodowanie kreskowe, zapis laserowy.

Obecnie chipy elektroniczne są coraz częściej stosowane w kartach plastikowych zamiast pasków magnetycznych. Takie karty, w przeciwieństwie do prostych kart magnetycznych, zaczęto nazywać inteligentnymi lub karty inteligentne(z angielskiego, smart -smart). Wbudowany w nie mikroprocesor pozwala na przechowywanie znacznej ilości informacji, umożliwia dokonywanie niezbędnych obliczeń w systemie płatności bankowych i handlowych, zamieniając plastikowe karty w wielofunkcyjne nośniki informacji.

W drodze dostępu do mikroprocesora (interfejsu) karty inteligentne mogą być:

- z interfejsem kontaktowym (tj. podczas wykonywania operacji karta jest wkładana do terminala elektronicznego);
- z podwójnym interfejsem (mogą działać zarówno stykowo, jak i bezdotykowo, czyli wymiana danych między kartą a urządzeniami zewnętrznymi może odbywać się drogą radiową).

Rozmiary kart plastikowych są znormalizowane. Zgodnie z międzynarodową normą ISO-7810 ich długość wynosi 85,595 mm, szerokość 53,975 mm, grubość 3,18 mm.

Zakres zastosowania magnetycznych kart plastikowych i pseudoplastikowych oraz kart inteligentnych jest dość obszerny. Oprócz systemów bankowych wykorzystywane są jako kompaktowy nośnik informacji, identyfikator do automatycznych systemów księgowych i kontrolnych, certyfikaty, przepustki, karty internetowe, mobilne karty SIM, bilety komunikacyjne, paszporty elektroniczne (biometryczne) itp.

Namacalne magnetyczne nośniki zapisu są stale ulepszane wraz z technologiami dokumentacji elektromagnetycznej. Istnieje tendencja do zwiększania gęstości zapisu informacji na nośnikach magnetycznych wraz ze spadkiem ich wielkości i skróceniem czasu dostępu do informacji. Rozwijane są technologie, które w niedalekiej przyszłości pozwolą na kilkutysięczne zwiększenie pojemności pamięci standardowego nośnika w porównaniu z obecnie działającymi urządzeniami. A w dalszej perspektywie oczekuje się pojawienia się nośnika, w którym poszczególne atomy będą odgrywać rolę cząstek magnetycznych. W rezultacie jego pojemność, zdaniem twórców, przekroczy istniejące standardy miliardy razy.

Vasilevsky Yu A. Dekret. op. S. 11, 225, 227-228; Levin V.I. op. 23-24.
Manukov S. Jak nie zostać idiotą kart // Firma. 2009. Nr 27-28. s. 52.
Fradkin V. Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość nośników informacji // Cena komputera. 2003. nr 46.

Pierwszym magnetycznym nośnikiem zapisu, który został zastosowany w aparacie Poulsena na przełomie XIX i XX wieku, był drut stalowy o średnicy do 1 mm. Na początku XX wieku do tych celów wykorzystywano również walcowane taśmy stalowe. W tym samym czasie (w 1906 r.) wydano pierwszy patent na dysk magnetyczny. Jednak cechy jakościowe wszystkich tych nośników były bardzo niskie. Dość powiedzieć, że do wykonania 14-godzinnego zapisu magnetycznego wykładów na Międzynarodowym Kongresie w Kopenhadze w 1908 roku potrzeba było 2500 km, czyli około 100 kg drutu.

Dopiero w drugiej połowie lat dwudziestych XX wieku, kiedy wynaleziono taśmę magnetyczno-rdzeniową, zapis magnetyczny zaczął być szeroko stosowany. Początkowo proszek magnetyczny nakładano na podłoże papierowe, następnie na octan celulozy, aż do rozpoczęcia stosowania jako podłoża materiału z politereftalanu etylenu o wysokiej wytrzymałości (lavsan). Poprawiono również jakość proszku magnetycznego. W szczególności zaczęto stosować proszki tlenku żelaza z dodatkiem kobaltu, metaliczne proszki magnetyczne żelaza i jego stopów, co umożliwiło kilkukrotne zwiększenie gęstości zapisu.

W 1963 roku firma Philips opracowała tak zwane nagrywanie kasetowe, które umożliwiło użycie bardzo cienkich taśm magnetycznych. Kasety kompaktowe mają maksymalną grubość taśmy tylko 20 µm i szerokość 3,81 mm. Pod koniec lat siedemdziesiątych. pojawiły się mikrokasety o wymiarach 50 x 33 x 8 mm, a w połowie lat 80. XX wieku. - piko-kasety - trzy razy mniej niż mikrokasety.

Od początku lat sześćdziesiątych. Dyski magnetyczne są szeroko stosowane, głównie w komputerowych urządzeniach pamięci masowej. Dysk magnetyczny to dysk aluminiowy lub plastikowy o średnicy od 30 do 350 mm, pokryty warstwą roboczą proszku magnetycznego o grubości kilku mikronów. W napędzie dyskowym, podobnie jak w magnetofonie, informacje są rejestrowane za pomocą głowicy magnetycznej, tylko nie wzdłuż taśmy, ale na koncentrycznych ścieżkach magnetycznych znajdujących się na powierzchni wirującego dysku, zwykle po obu stronach. Dyski magnetyczne są twarde i elastyczne, wymienne i wbudowane w komputer osobisty. Ich głównymi cechami są: pojemność informacyjna, czas dostępu do informacji oraz szybkość czytania z rzędu.

Aluminiowe dyski magnetyczne - twarde (Winchester) niewymienne dyski - są konstrukcyjnie połączone w komputerze w jeden blok z napędem dyskowym. Ułożone są w pakiety (stosy) od 4 do 16 sztuk. Zapis danych na twardym dysku magnetycznym oraz odczyt odbywa się z prędkością do 7200 obr./min. Pojemność dysku sięga ponad 9 GB. Nośniki te przeznaczone są do trwałego przechowywania informacji wykorzystywanych podczas pracy z komputerem (oprogramowanie systemowe, pakiety aplikacji itp.).

Elastyczne plastikowe dyski magnetyczne (dyskietki, z angielskiego floppy - wolnowiszące) wykonane są z elastycznego tworzywa sztucznego (lavsan) i są umieszczane pojedynczo w specjalnych plastikowych kasetach. Kaseta dyskietek nazywana jest dyskietką. Najpopularniejsze dyskietki to 3,5 i 5,25 cala. Pojemność jednej dyskietki wynosi zwykle od 1,0 do 2,0 MB. Opracowano już jednak 3,5-calową dyskietkę o pojemności 120 MB. Ponadto dostępne są dyskietki przeznaczone do pracy w warunkach zwiększonego zapylenia i wilgotności.

Tak zwane karty plastikowe, czyli urządzenia służące do magnetycznego przechowywania informacji i zarządzania danymi, znalazły szerokie zastosowanie, przede wszystkim w systemach bankowych. Są dwojakiego rodzaju: proste i inteligentne. W prostych kartach jest tylko pamięć magnetyczna, która pozwala na wprowadzanie danych i ich zmianę. W kartach inteligentnych, które czasami nazywa się kartami inteligentnymi (z angielskiego smart - smart), oprócz pamięci znajduje się również wbudowany mikroprocesor. Umożliwia wykonanie niezbędnych obliczeń oraz sprawia, że karty plastikowe stają się wielofunkcyjne.

Należy zauważyć, że oprócz magnetycznego istnieją inne metody zapisu informacji na karcie: zapis graficzny, tłoczenie (wytłaczanie mechaniczne), kodowanie kreskowe, a od 1981 roku także zapis laserowy (na specjalnej karcie laserowej, która umożliwia do przechowywania dużej ilości informacji, ale nadal bardzo drogie).

Do nagrywania dźwięku w dyktafonach cyfrowych stosuje się w szczególności minikarty, które przypominają dyskietki o pojemności pamięci 2 lub 4 MB i umożliwiają nagrywanie przez 1 godzinę.

Obecnie materialne magnetyczne nośniki zapisu są klasyfikowane:

według kształtu geometrycznego i rozmiaru (kształt taśmy, dysku, karty itp.);

przez wewnętrzną strukturę nośników (dwie lub więcej warstw różnych materiałów);

metodą zapisu magnetycznego (nośniki do zapisu wzdłużnego i prostopadłego);

według rodzaju rejestrowanego sygnału (do bezpośredniego zapisu sygnałów analogowych, do zapisu modulacyjnego, do zapisu cyfrowego).

Technologie i nośniki materiałowe zapisu magnetycznego są stale udoskonalane. W szczególności występuje tendencja do zwiększania gęstości zapisu informacji na dyskach magnetycznych wraz ze spadkiem ich wielkości oraz spadkiem średniego czasu dostępu do informacji.

Nośnik informacji (nośnik informacji) - dowolny przedmiot materialny, za pomocą którego dana osoba przechowuje informacje. Może to być np. kamień, drewno, papier, metal, tworzywa sztuczne, krzem (i inne rodzaje półprzewodników), taśma z warstwą namagnesowaną (w rolkach i kasetach), materiał fotograficzny, tworzywa sztuczne o specjalnych właściwościach (np. dysków optycznych) itp., itp.

Nośnikiem informacji może być dowolny obiekt, z którego można odczytać (odczytać) dostępne na nim informacje.

Nośniki informacji służą do:

dokumentacja;
składowanie;
czytanie;
transmisja (dystrybucja) informacji.

Często sam nośnik informacji umieszczony jest w powłoce ochronnej, co zwiększa jego bezpieczeństwo, a tym samym niezawodność przechowywania informacji (np. kartki papieru są umieszczone w okładce, chip pamięci jest umieszczony w plastiku (karta inteligentna), taśma magnetyczna jest umieszczona w etui itp.) ...

Nośniki elektroniczne obejmują nośniki do jednorazowego lub ponownego nagrania (zwykle cyfrowe) w sposób elektryczny:

dyski optyczne (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
półprzewodnik (pamięć flash, dyskietki itp.);
dyski CD (CD - Compact Disk, compact disk), które mogą przechowywać do 700 MB informacji;
dyski DVD (DVD - Digital Versatile Disk, digital universal disk), które mają znacznie większą pojemność informacyjną (4,7 GB), ponieważ ścieżki optyczne na nich są cieńsze i gęściej upakowane;
Płyty HR DVD i Blu-ray, których pojemność informacyjna jest 3-5 razy większa niż płyt DVD, dzięki zastosowaniu niebieskiego lasera o długości fali 405 nanometrów.

Media elektroniczne mają znaczną przewagę nad papierowymi (arkusze, gazety, czasopisma):

według objętości (rozmiaru) przechowywanych informacji;
według jednostkowego kosztu przechowywania;
w sprawie skuteczności i efektywności dostarczania odpowiednich (przeznaczonych do krótkoterminowego przechowywania) informacji;
w miarę możliwości udzielanie informacji w dogodnej dla konsumenta formie (formatowanie, sortowanie).

Są też wady:

kruchość czytelników;
waga (masa) (w niektórych przypadkach);
zależność od zasilaczy;
potrzeba czytelnika / pisarza dla każdego rodzaju i formatu mediów.

Dysk twardy (magnetyczny), HDD, HMDD), dysk twardy to urządzenie pamięci masowej (urządzenie do przechowywania informacji) oparte na zasadzie zapisu magnetycznego. Jest to główne urządzenie do przechowywania danych w większości komputerów.

W przeciwieństwie do dyskietki (dyskietki), informacje znajdujące się na dysku twardym zapisywane są na płytach twardych pokrytych warstwą materiału ferromagnetycznego - dyskach magnetycznych. HDD wykorzystuje jedną lub więcej płyt na jednej osi. Głowice odczytowe w trybie pracy nie stykają się z powierzchnią płytek ze względu na przekładkę napływającego powietrza tworzącego się na powierzchni podczas szybkiego obracania. Odległość między głowicą a dyskiem wynosi kilka nanometrów (w nowoczesnych dyskach około 10 nm), a brak kontaktu mechanicznego zapewnia długą żywotność urządzenia. W przypadku braku rotacji dysków głowice znajdują się na wrzecionie lub poza dyskiem w bezpiecznej ("parking") strefie, gdzie wykluczony jest ich nieprawidłowy kontakt z powierzchnią dysków.

Ponadto, w przeciwieństwie do dyskietki, nośnik pamięci jest zwykle łączony z napędem, napędem i jednostką elektroniczną. Takie dyski twarde są często używane jako niewymienne nośniki pamięci.

Dyski optyczne (laserowe) są obecnie najpopularniejszymi nośnikami danych. Wykorzystują optyczną zasadę zapisu i odczytu informacji za pomocą wiązki laserowej.

Płyty DVD mogą być dwuwarstwowe (pojemność 8,5 GB), przy czym obie warstwy mają odblaskową powierzchnię, na której znajdują się informacje. Ponadto pojemność informacyjną płyt DVD można dodatkowo podwoić (do 17 GB), ponieważ informacje mogą być zapisywane po obu stronach.

Istnieją trzy rodzaje napędów dysków optycznych:

bez możliwości zapisu - CD-ROM i DVD-ROM (ROM - Read Only Memory, read-only memory). Dyski CD-ROM i DVD-ROM zawierają informacje, które zostały na nich zapisane podczas procesu produkcyjnego. Napisanie do nich nowych informacji jest niemożliwe;
jednokrotnego i wielokrotnego odczytu - CD-R i DVD ± R (R - zapisywalne). Informacje mogą być zapisywane na płytach CD-R i DVD ± R, ale tylko raz;
wielokrotnego zapisu - CD-RW i DVD ± RW (RW - Rewritable). Na płytach CD-RW i DVD ± RW informacje można wielokrotnie nagrywać i usuwać.

Kluczowe cechy napędów optycznych:

pojemność dysku (CD - do 700 MB, DVD - do 17 GB)
szybkość przesyłania danych z nośnika do pamięci RAM - mierzona w ułamkach będących wielokrotnościami prędkości 150 Kbajtów/sek dla napędów CD;
czas dostępu - czas potrzebny na wyszukanie informacji na płycie, mierzony w milisekundach (dla CD 80–400 ms).

Obecnie szeroko stosowane są napędy CD o prędkości 52x – do 7,8 MB/s. Płyty CD-RW są nagrywane z mniejszą prędkością (na przykład 32x). Dlatego napędy CD są oznaczone trzema liczbami „prędkość odczytu x prędkość zapisu CD-R x prędkość zapisu CD-RW” (na przykład „52x52x32”).
Napędy DVD są również oznaczone trzema numerami (na przykład „16x8x6”).

Z zastrzeżeniem zasad przechowywania (przechowywanie w skrzynkach w pozycji pionowej) i eksploatacji (bez powodowania zarysowań i zabrudzeń), nośniki optyczne mogą przechowywać informacje przez dziesiątki lat.

Pamięć Flash - odnosi się do półprzewodników pamięci programowalnej elektrycznie (EEPROM). Ze względu na rozwiązania techniczne, niski koszt, dużą pojemność, niskie zużycie energii, dużą szybkość działania, kompaktowość i wytrzymałość mechaniczną, pamięć flash jest osadzona w cyfrowych urządzeniach przenośnych i nośnikach danych. Główną zaletą tego urządzenia jest to, że jest nieulotne i nie potrzebuje prądu do przechowywania danych. Wszystkie informacje przechowywane w pamięci flash można odczytać nieskończoną ilość razy, ale liczba pełnych cykli zapisu jest niestety ograniczona.

Pamięć flash ma swoje zalety przed innymi napędami (dyski twarde i napędy optyczne), oraz jego własne niedociągnięcia, z którymi można się zapoznać z poniższej tabeli.

Typ napędu	Zalety	niedogodności
dysk twardy	Duża ilość przechowywanych informacji. Wysoka prędkość pracy. Tanie przechowywanie danych (za 1 MB)	Duże wymiary. Czułość na wibracje. Hałas. Rozpraszanie ciepła
Dysk optyczny	Wygoda transportu. Taniość przechowywania informacji. Możliwość replikacji	Mała objętość. Potrzebujesz czytelnika. Ograniczenia operacji (czytanie, pisanie). Niska prędkość pracy. Czułość na wibracje. Hałas
Pamięć flash	Wysoka prędkość dostępu do danych. Ekonomiczne zużycie energii. Odporność na wibracje. Wygoda podłączenia do komputera. Kompaktowe wymiary	Ograniczona liczba cykli zapisu

Potrzeba przechowywania jakichkolwiek informacji u ludzi pojawiła się w czasach prehistorycznych, czego żywym przykładem jest sztuka naskalna, która przetrwała do dziś. Rzeźby naskalne można słusznie nazwać obecnie najtrwalszym nośnikiem pamięci, chociaż istnieją pewne trudności związane z przenoszeniem i łatwością użytkowania. Wraz z pojawieniem się komputerów (w szczególności komputerów osobistych) rozwój pojemnych i łatwych w użyciu nośników danych stał się szczególnie istotny.

Nośniki papieru

Pierwsze komputery wykorzystywały karty dziurkowane i perforowaną taśmę papierową nawiniętą na szpule, zwaną taśmą dziurkowaną. Jego przodkami były zautomatyzowane krosna, w szczególności maszyna żakardowa, której ostateczna wersja została stworzona przez wynalazcę (od którego pochodzi nazwa) w 1808 roku. Płyty perforowane zostały wykorzystane do automatyzacji procesu podawania filamentu:

Karty dziurkowane to kartonowe karty, w których zastosowano podobną metodę. Było ich wiele odmian, zarówno z dziurami, które odpowiadały za „1” w kodzie binarnym, jak i tekstowymi. Najpopularniejszy był format IBM: rozmiar mapy wynosił 187x83 mm, informacje na niej znajdowały się w 12 wierszach i 80 kolumnach. Współcześnie jedna karta dziurkowana zawierała 120 bajtów informacji. Aby wprowadzić informacje, karty dziurkowane musiały być przesyłane w określonej kolejności.

Taśma dziurkowana działa na tej samej zasadzie. Informacje są na nim przechowywane w postaci dziur. Pierwsze komputery, powstałe w latach 40. ubiegłego wieku, pracowały zarówno z danymi wprowadzanymi za pomocą taśmy dziurkowanej w czasie rzeczywistym, jak i wykorzystywały rodzaj pamięci o dostępie swobodnym, głównie za pomocą lamp katodowych. Nośniki papierowe były aktywnie wykorzystywane w latach 20-50, po czym stopniowo zaczęto je zastępować nośnikami magnetycznymi.

Nośniki magnetyczne

W latach 50. rozpoczął się aktywny rozwój nośników magnetycznych. Za podstawę przyjęto zjawisko elektromagnetyzmu (powstawania pola magnetycznego w przewodniku, gdy przepływa przez niego prąd). Nośnik magnetyczny składa się z powierzchni pokrytej ferromagnetykiem oraz głowicy odczytująco-zapisującej (rdzeń nawojowy). Przez uzwojenie przepływa prąd, pojawia się pole magnetyczne o określonej polaryzacji (w zależności od kierunku prądu). Pole magnetyczne działa na ferromagnes, a znajdujące się w nim cząsteczki magnetyczne są spolaryzowane w kierunku pola i tworzą namagnesowanie szczątkowe. Aby zapisać dane w różnych obszarach, stosuje się pole magnetyczne o różnej polaryzacji, a podczas odczytu danych rejestrowane są strefy, w których zmienia się kierunek magnesowania szczątkowego ferromagnesu. Pierwszymi takimi nośnikami były bębny magnetyczne: duże metalowe cylindry pokryte ferromagnesem. Wokół nich zainstalowano głowice czytające.

Po nich w 1956 roku pojawił się dysk twardy IBM 305 RAMAC, który składał się z 50 dysków o średnicy 60 cm, był porównywalny rozmiarami do dużej nowoczesnej lodówki Side-by-Side i ważył nieco mniej niż tonę . Jego objętość była niesamowita jak na tamte czasy 5 MB. Głowica poruszała się swobodnie po powierzchni dysku, a prędkość robocza była wyższa niż w przypadku bębnów magnetycznych.Ładowanie 305 RAMAC do samolotu:

Wolumen zaczął szybko rosnąć, a pod koniec lat 60. IBM wypuścił szybki, dwudyskowy dysk o pojemności 30 MB. Producenci ciężko pracowali, aby zmniejszyć rozmiar i do 1980 r. dysk twardy miał rozmiar dysku 5,25 cala. Od tego czasu konstrukcja, technologia, objętość, gęstość i wymiary uległy kolosalnym zmianom, a najpopularniejsze formaty to 3,5, 2,5 cala, co najmniej 1,8 cala, a objętość sięga już dziesięciu terabajtów na jednym nośniku.

Przez pewien czas używany był również format IBM Microdrive, który był miniaturowym dyskiem twardym w kształcie karty pamięci CompactFlash. typ II. Wydany w 2003 roku, później sprzedany firmie Hitachi.

Równolegle rozwinęła się taśma magnetyczna. Pojawił się wraz z wydaniem pierwszego amerykańskiego komputera komercyjnego UNIVAC I w 1951 roku. Ponownie IBM starał się jak mógł. Taśma magnetyczna była cienkim plastikowym paskiem z powłoką wrażliwą na pole magnetyczne. Od tego czasu jest używany w wielu różnych formach.

Od rolek, kaset z taśmą po kasety kompaktowe i taśmy VHS. Stosowano je w komputerach od lat 70. do 90. (już w znacznie mniejszych ilościach). Często jako zewnętrzny nośnik do komputera PC używany był magnetofon typu plug-in.

Napędy taśmowe zwane Streamerami są nadal używane, głównie w przemysł i wielki biznes. W tej chwili stosowane są szpulki standardu. Linear Tape-Open (LTO), a rekord został ustanowiony w tym rokuIBM i FujiFilm, które zdołały zapisać 154 terabajty informacji na standardowej szpuli. Poprzedni rekord wynosił 2,5 terabajta, LTO 2012.

Innym rodzajem nośników magnetycznych są dyskietki lub dyskietki. Tutaj warstwa ferromagnesu jest nakładana na elastyczną, lekką podstawę i umieszczana w plastikowej walizce. Takie media były proste w produkcji i niedrogie. Pierwsza dyskietka miała rozmiar 8 cali i pojawiła się pod koniec lat 60-tych. Twórcą ponownie jest IBM. Do 1975 roku pojemność osiągnęła 1 MB. Chociaż na popularność dyskietki zapracowali imigranci z IBM, którzy założyli własną firmę Shugart Associates wydał także w 1976 roku dyskietkę 5,25 cala o pojemności 110 KB. Do 1984 r. pojemność wynosiła już 1,2 MB, a Sony posuwało się naprzód z bardziej kompaktowym, 3,5-calowym formatem. Takie dyskietki wciąż można znaleźć w wielu domach.

Iomega wypuściła w latach 80. wkładki magnetyczne Bernoulli Box o pojemności 10 i 20 MB, a w 1994 roku tzw.Zip o rozmiarze 3,5 cala o pojemności 100 MB, do końca lat 90. były dość aktywnie używane, ale były zbyt trudne, by konkurować z płytami CD.

Nośniki optyczne

Nośniki optyczne mają kształt dysku i są odczytywane za pomocą promieniowania optycznego, zwykle lasera. Wiązka lasera kierowana jest na specjalną warstwę i od niej odbijana. Odbita wiązka jest modulowana najmniejszymi nacięciami na specjalnej warstwie, a podczas rejestracji i dekodowania tych zmian przywracane są informacje zapisane na dysku. Pierwsza technologia zapisu optycznego wykorzystująca nośniki przepuszczające światło została opracowana przez Davida Paula Gregga w 1958 roku i opatentowana w 1961 i 1990 roku, a w 1969 roku firma Philips stworzyła tak zwany LaserDisc, w którym odbijało się światło. LaserDisc został po raz pierwszy zaprezentowany publicznie w 1972 roku, a do sprzedaży trafił w 1978 roku. Miał podobny rozmiar do płyt winylowych i był przeznaczony do filmów.

W latach siedemdziesiątych rozpoczął się rozwój nowych nośników optycznych, w wyniku którego firmy Philips i Sony wprowadziły w 1980 roku format CD (dysk kompaktowy), który po raz pierwszy został zademonstrowany w 1980 roku. Płyty CD i sprzęt trafiły do sprzedaży w 1982 roku. Pierwotnie używany do audio, trwał do 74 minut. W 1984 r. firmy Philips i Sony stworzyły standard CD-ROM (pamięć Compact Disc Read Only Memory) dla wszystkich typów danych. Objętość dysku wynosiła 650 MB, później - 700 MB. Pierwsze płyty, które można było nagrać w domu, a nie w fabryce, zostały wydane w 1988 roku i nosiły nazwę CD-R (Nagrywanie na płytach kompaktowych) i Płyty CD-RW, które umożliwiają wielokrotne przepisywanie danych na płytę, pojawiły się już w 1997 roku.

Współczynnik kształtu nie zmienił się, zwiększyła się gęstość zapisu. W 1996 roku pojawił się format DVD (Digital Versatile Disc), który miał ten sam kształt i średnicę 12 cm oraz pojemność 4,7 GB lub 8,5 GB dla warstwy dwuwarstwowej. Do pracy z płytami DVD wydano odpowiednie napędy, wstecznie kompatybilne z płytami CD. W kolejnych latach wydano kilka kolejnych standardów DVD.

W 2002 roku na świecie pojawiły się dwa różne i niekompatybilne formaty dysków optycznych nowej generacji: HD DVD i Blu-ray Disc (BD). W obu przypadkach do zapisu i odczytu danych wykorzystywany jest niebieski laser o długości fali 405 nm, co pozwoliło na dalsze zwiększenie gęstości. HD DVD może pomieścić 15 GB, 30 GB lub 45 GB (jedna, dwie lub trzy warstwy), Blu-ray 25, 50, 100 i 128 GB. Ten ostatni stał się bardziej popularny i w 2008 roku Toshiba (jeden z twórców) porzucił HD DVD.

Media półprzewodnikowe

W 1984 roku firma Toshiba wprowadziła nośniki półprzewodnikowe zwane pamięciami flash NAND, które stały się popularne dekadę po wynalezieniu. Drugi wariant NOR został zaproponowany przez firmę Intel w 1988 roku i służy do przechowywania kodów programów, takich jak BIOS. NAND jest teraz używany w kartach pamięci, dyskach flash, dyskach SSD i hybrydowych dyskach twardych.

Technologia NAND pozwala na tworzenie chipów o dużej gęstości zapisu, jest kompaktowa, mniej energochłonna w użyciu i ma wyższą prędkość działania (w porównaniu do dysków twardych). Główną wadą w tej chwili jest dość wysoki koszt.

Magazyn w chmurze

Wraz z rozwojem ogólnoświatowej sieci, wzrostem prędkości i mobilnego Internetu pojawiły się liczne magazyny w chmurze, w którym dane są przechowywane na wielu serwerach rozproszonych w sieci. Dane są przechowywane i przetwarzane w tzw chmura, a użytkownik ma do nich dostęp, jeśli jest dostęp do Internetu. Fizycznie, serwery mogą być od siebie oddalone. Istnieją zarówno wyspecjalizowane usługi, takie jak Dropbox, jak i opcje od producentów oprogramowania lub urządzeń. Microsoft ma OneDrive (dawniej SkyDrive), Apple iCloud, Dysk Google i tak dalej.

Napędy dyskietek: zasada działania, dane techniczne, główne elementy. Dyski twarde: współczynniki kształtu, zasada działania, rodzaje, główne cechy, tryby działania. Konfiguracja i formatowanie dysków magnetycznych. Narzędzia do konserwacji twardych dysków magnetycznych. Struktura logiczna i format dysków magnetooptycznych i kompaktowych. Napędy CD-R (RW), DVD-R (RW), ZIP: zasada działania, główne elementy, parametry techniczne. Napędy magnetooptyczne, streamery, pendrive'y. Przegląd głównych nowoczesnych modeli.

Student powinien wiedzieć:

Zasada działania i główne elementy napędu FDD;

Charakterystyka i tryby działania dysku twardego;

Zasada działania napędów dysków magnetooptycznych i kompaktowych;

Optyczne i magnetooptyczne formaty dysków;

Student powinien umieć:

Nagrywaj informacje na różnych nośnikach;

Używaj oprogramowania do konserwacji dysku twardego;

Określ główne cechy napędów;

Cele Lekcji:

Zapoznanie studentów z głównymi elementami urządzeń do przechowywania informacji.

Zbadaj rodzaje nośników pamięci i ich charakterystykę.

Edukacja kultury informacyjnej studentów, uważności, dokładności, dyscypliny, wytrwałości.

Rozwój zainteresowań poznawczych, umiejętność samokontroli, umiejętność robienia notatek.

Przebieg lekcji:

Część teoretyczna.

Przechowywanie danych na nośnikach magnetycznych

Prawie wszystkie komputery osobiste przechowują informacje na nośnikach wykorzystujących zasady magnetyczne lub optyczne. Magnetyczna pamięć masowa przenosi dane binarne na małe, namagnesowane cząstki metalu, które są „wzorzyste” na płaskim dysku lub taśmie. Ten magnetyczny „wzór” można następnie zdekodować w binarny strumień danych.

Nośniki magnetyczne — dyski twarde i dyskietki — są oparte na elektromagnetyzmie. Jego istota polega na tym, że gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, wokół niego powstaje pole magnetyczne (ryc. 1). Pole to działa na uwięzioną w nim substancję ferromagnetyczną. Gdy zmienia się kierunek prądu, zmienia się również polaryzacja pola magnetycznego. Zjawisko elektromagnetyzmu jest wykorzystywane w silnikach elektrycznych do generowania sił działających na magnesy zamontowane na obracającym się wale.

Istnieje jednak również efekt odwrotny: w przewodniku wystawionym na działanie zmiennego pola magnetycznego powstaje prąd elektryczny. Gdy zmienia się polaryzacja pola magnetycznego, zmienia się również kierunek prądu elektrycznego (ryc. 2).

Głowica odczytująco-zapisująca w dowolnym napędzie dyskowym składa się z rdzenia ferromagnetycznego w kształcie litery U i nawiniętej wokół niego cewki (uzwojenia), przez którą może przepływać prąd elektryczny. Gdy prąd przepływa przez uzwojenie, w rdzeniu (obwodzie magnetycznym) głowicy powstaje pole magnetyczne (rys. 3). Po przełączeniu kierunku płynącego prądu zmienia się również polaryzacja pola magnetycznego. Zasadniczo głowice są elektromagnesami, których polaryzację można bardzo szybko zmienić, zmieniając kierunek przepływającego prądu elektrycznego.

Ryż. 1. Gdy prąd przepływa przez przewodnik, wokół niego powstaje pole magnetyczne

Ryż. 2. Gdy przewodnik porusza się w polu magnetycznym, generowany jest w nim prąd elektryczny

Ryż. 3. Głowica odczytu/zapisu

Pole magnetyczne w rdzeniu częściowo rozprzestrzenia się w otaczającą przestrzeń dzięki obecności „przeciętej” szczeliny u podstawy litery U. Jeżeli w pobliżu szczeliny (warstwy roboczej nośnika) znajduje się inny ferromagnes, zlokalizowane jest w nim pole magnetyczne, ponieważ takie substancje mają niższy opór magnetyczny niż powietrze ... Strumień magnetyczny przechodzący przez szczelinę jest zamykany przez nośnik, co prowadzi do polaryzacji jego cząstek magnetycznych (domen) w kierunku działania pola. Kierunek pola, a tym samym namagnesowanie szczątkowe nośnika, zależy od biegunowości pola elektrycznego w uzwojeniu głowicy.

Elastyczne dyski magnetyczne są zwykle wykonywane na lavsan, a dyski twarde na podłożu aluminiowym lub szklanym, na które nakładana jest warstwa materiału ferromagnetycznego. Warstwa robocza składa się głównie z tlenku żelaza z różnymi dodatkami. Pola magnetyczne wytworzone przez poszczególne domeny na czystym dysku są zorientowane losowo i wzajemnie kompensują każdy rozszerzony (makroskopowy) obszar powierzchni dysku, dzięki czemu jego namagnesowanie szczątkowe wynosi zero.

Jeśli część powierzchni dysku jest wystawiona na działanie pola magnetycznego, gdy jest przyciągana w pobliżu szczeliny głowicy, domeny ustawiają się w określonym kierunku, a ich pola magnetyczne nie znoszą się nawzajem. W rezultacie w tym obszarze pojawia się namagnesowanie szczątkowe, które można później wykryć. W kategoriach naukowych możemy powiedzieć: resztkowy strumień magnetyczny utworzony przez dany obszar powierzchni dysku staje się niezerowy.

Czytaj / zapisuj projekty głów

Wraz z rozwojem technologii produkcji napędów dyskowych poprawiły się również konstrukcje głowic odczytująco-zapisujących. Pierwszymi głowicami były rdzenie nawojowe (elektromagnesy). Jak na współczesne standardy, ich gabaryty były ogromne, a gęstość zapisu niezwykle niska. Z biegiem lat projekty głowic przeszły długą drogę od pierwszych głowic z rdzeniami ferrytowymi do nowoczesnych typów.

Najczęściej używane głowice to cztery następujące typy:

ü ferryt;

ü z metalem w szczelinie (MIG);

ü cienkowarstwowe (TF);

ü magnetorezystancyjny (MR);

ü olbrzymi magnetorezystancyjny (GMR).

· Głowice ferrytowe

Klasyczne głowice ferrytowe zostały po raz pierwszy zastosowane w napędzie Winchester 30-30 firmy IBM. Ich rdzenie wykonane są na bazie prasowanego ferrytu (na bazie tlenku żelaza). Pole magnetyczne w szczelinie powstaje, gdy przez uzwojenie przepływa prąd elektryczny. Z kolei wraz ze zmianami natężenia pola magnetycznego w pobliżu przerwy w uzwojeniu indukowana jest siła elektromotoryczna. Głowica jest więc wszechstronna, tj. może być używany zarówno do pisania, jak i do czytania. Wymiary i waga głowic ferrytowych są większe niż głowic cienkowarstwowych; dlatego, aby zapobiec ich niepożądanemu kontaktowi z powierzchniami tarcz, konieczne jest zwiększenie szczeliny.

W okresie istnienia główek ferrytowych znacznie poprawiono ich oryginalną (monolityczną) konstrukcję. W szczególności opracowano tak zwane głowice szklano-ferrytowe (kompozytowe), których mały rdzeń ferrytowy jest osadzony w korpusie ceramicznym. Szerokość rdzenia i szczelina magnetyczna takich głowic jest mniejsza, co pozwala na zwiększenie gęstości ścieżek zapisu. Ponadto zmniejsza się ich wrażliwość na zewnętrzne zakłócenia magnetyczne.

· Głowy z metalem w szczelinie

Głowice Metal-In-Gap (MIG) są wynikiem udoskonaleń w konstrukcji kompozytowej głowicy ferrytowej. W takich głowicach szczelina magnetyczna znajdująca się z tyłu rdzenia jest wypełniona metalem. Dzięki temu tendencja materiału rdzenia do nasycenia magnetycznego jest znacznie zmniejszona, co umożliwia zwiększenie indukcji magnetycznej w szczelinie roboczej, a tym samym zapisanie na dysku o większej gęstości. Ponadto gradient pola magnetycznego wytworzonego przez głowicę z metalem w szczelinie jest wyższy, co oznacza, że na powierzchni dysku tworzą się obszary namagnesowane o wyraźniej zaznaczonych granicach (zmniejsza się szerokość stref odwrócenia znaku).

Głowice te pozwalają na stosowanie mediów o dużej sile koercji i cienkowarstwowej warstwie roboczej. Zmniejszając całkowitą wagę i ulepszając konstrukcję, takie głowice można umieścić bliżej powierzchni nośnika.

Główki z metalową szczeliną są dwojakiego rodzaju: jednostronne i dwustronne (tj. z jedną i dwiema metalizowanymi szczelinami). W głowicach jednostronnych przekładka ze stopu magnetycznego znajduje się tylko w tylnej (niepracującej) szczelinie, a w głowicach dwustronnych w obu. Warstwa metalu jest nakładana przez osadzanie próżniowe. Indukcja nasycenia stopu magnetycznego jest około dwa razy większa niż ferrytu, co, jak już wspomniano, umożliwia nagrywanie na nośnikach o dużej koercji, które są używane w napędach o dużej pojemności. Głowice odwracalne są pod tym względem lepsze niż jednostronne.

· Cienkie głowice filmowe

Głowice cienkowarstwowe (TF) produkowane są w niemal tej samej technologii co układy scalone, tj. przez fotolitografię. Na jednym podłożu można „wydrukować” kilka tysięcy główek, które w rezultacie są małe i lekkie.

Szczelina robocza w głowicach cienkowarstwowych może być bardzo wąska, a jej szerokość jest regulowana podczas produkcji poprzez nałożenie dodatkowych warstw niemagnetycznego stopu aluminium. Aluminium całkowicie wypełnia szczelinę roboczą i dobrze zabezpiecza ją przed uszkodzeniem (odpryskiwaniem krawędzi) w przypadku przypadkowego kontaktu z tarczą. Sam rdzeń jest wykonany ze stopu żelaza i niklu, którego indukcja nasycenia jest 2–4 razy większa niż ferrytu.

Obszary namagnesowania szczątkowego tworzone przez głowice cienkowarstwowe na powierzchni dysku mają wyraźnie określone granice, co umożliwia uzyskanie bardzo dużej gęstości zapisu. Ze względu na niewielką wagę i niewielkie wymiary głowic możliwe jest znaczne zmniejszenie szczeliny między nimi a powierzchniami dysków w porównaniu z głowicami ferrytowymi i MIG: w niektórych napędach jej wartość nie przekracza 0,05 mikrona. W efekcie, po pierwsze, zwiększa się namagnesowanie szczątkowe powierzchni nośnika, a po drugie zwiększa się amplituda sygnału i poprawia się stosunek sygnału do szumu w trybie odczytu, co ostatecznie wpływa na niezawodność zapisu i odczytu danych.

Dziś głowice cienkowarstwowe są stosowane w większości napędów o dużej pojemności, zwłaszcza w modelach małych rozmiarów, praktycznie wypierając głowice z metalem w szczelinie. Ich konstrukcja i właściwości są stale ulepszane, ale najprawdopodobniej w niedalekiej przyszłości zostaną zastąpione głowicami magnetorezystancyjnymi.

· Głowice magnetorezystywne

Głowice magnetooporowe (MR) są stosunkowo nowe. Są opracowywane przez IBM i pozwalają na osiągnięcie najwyższych wartości gęstości zapisu i szybkości urządzeń pamięci masowej. Głowice magnetorezystywne zostały po raz pierwszy zainstalowane na dysku twardym IBM 1 GB (3,5 ") w 1991 roku.

Wszystkie głowice są detektorami, tj. rejestruje zmiany w strefach namagnesowania i przetwarza je na sygnały elektryczne, które można interpretować jako dane. Z zapisem magnetycznym jest jednak jeden problem: wraz ze zmniejszaniem się domen magnetycznych nośnika spada poziom sygnału głowy i istnieje możliwość pomylenia szumu z sygnałem „rzeczywistym”. Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest posiadanie skutecznej głowicy czytającej, która może bardziej wiarygodnie określić obecność sygnału.

Głowice magnetorezystywne są droższe i bardziej złożone niż inne typy głowic, ponieważ w ich konstrukcji występują dodatkowe elementy, a proces technologiczny obejmuje kilka dodatkowych etapów. Poniżej przedstawiono główne różnice między głowicami magnetorezystancyjnymi a głowicami konwencjonalnymi:

v należy do nich podłączyć dodatkowe przewody w celu dostarczenia prądu pomiarowego do czujnika rezystancyjnego;

v 4–6 dodatkowych masek (fotomasek) jest wykorzystywanych w procesie produkcyjnym;

v Ze względu na wysoką czułość głowice magnetorezystancyjne są bardziej podatne na zewnętrzne pola magnetyczne, dlatego należy je starannie ekranować.

We wszystkich dotychczas rozważanych głowicach „pracowała” ta sama szczelina w procesie pisania i czytania, a w głowicy magnetorezystywnej są dwie, każda do własnego działania. Projektując głowice z jedną szczeliną roboczą, trzeba iść na kompromis w doborze jej szerokości. Faktem jest, że aby poprawić parametry głowicy w trybie odczytu, konieczne jest zmniejszenie szerokości szczeliny (w celu zwiększenia rozdzielczości), a podczas rejestracji szczelina powinna być szersza, ponieważ strumień magnetyczny wnika w warstwę roboczą na większą głębokość („namagnesowanie” na całej grubości). W głowicach magnetorezystywnych z dwiema szczelinami każda z nich może mieć optymalną szerokość. Inną cechą rozważanych głowic jest to, że ich część rejestrująca (cienka filmowa) tworzy na dysku szersze ścieżki niż jest to konieczne do pracy jednostki odczytującej (magnetorezystancyjne). W takim przypadku głowica czytająca „zbiera” mniej zakłóceń magnetycznych z sąsiednich torów.

· Gigantyczne głowice magnetorezystywne

W 1997 roku IBM ogłosił nowy typ głowicy magnetorezystywnej o znacznie większej czułości. Nazywano je głowicami Giant Magnetoresistive (GMR). Otrzymali tę nazwę w oparciu o zastosowany efekt (chociaż były mniejsze niż standardowe głowice magnetorezystywne). Efekt GMR odkryto w 1988 roku w kryształach umieszczonych w bardzo silnym polu magnetycznym (około 1000 razy większym od pola magnetycznego stosowanego w dyskach twardych).

Metody kodowania danych

Dane magnetyczne są przechowywane w formie analogowej. Jednocześnie same dane są prezentowane w postaci cyfrowej, ponieważ są to ciągi zer i jedynek. Podczas nagrywania, cyfrowe informacje docierające do głowicy magnetycznej tworzą na dysku domeny magnetyczne o odpowiedniej polaryzacji. Jeśli dodatni sygnał dociera do głowy podczas nagrywania, domeny magnetyczne są spolaryzowane w jednym kierunku, a jeśli jest ujemny, w przeciwnym. Gdy zmienia się polaryzacja zarejestrowanego sygnału, zmienia się również polaryzacja domen magnetycznych.

Jeśli podczas odtwarzania głowica zarejestruje grupę domen magnetycznych o tej samej polaryzacji, nie generuje żadnych sygnałów; laserowanie następuje tylko wtedy, gdy głowica wykryje zmianę polaryzacji. Te momenty odwrócenia biegunowości nazywane są odwróceniem znaku. Każda zmiana znaku powoduje, że głowica odczytująca emituje impuls napięcia; to właśnie te impulsy rejestruje urządzenie podczas odczytu danych. Ale jednocześnie głowica czytająca generuje sygnał, który nie jest dokładnie tym, który został zapisany; w rzeczywistości tworzy szereg impulsów, z których każdy odpowiada momentowi zmiany znaku.

Aby optymalnie pozycjonować impulsy w nagrywanym sygnale, surowe dane przechodzą przez specjalne urządzenie zwane enkoderem/dekoderem. To urządzenie konwertuje dane binarne na sygnały elektryczne, które są zoptymalizowane pod kątem umieszczania stref odwrócenia znaku na ścieżce nagrywania. Podczas odczytu koder/dekoder wykonuje transformację odwrotną: rekonstruuje sekwencję danych binarnych z sygnału. Na przestrzeni lat opracowano kilka metod kodowania danych, których głównym celem było osiągnięcie maksymalnej wydajności i niezawodności zapisu i odczytu informacji.

Podczas pracy z danymi cyfrowymi synchronizacja ma szczególne znaczenie. Podczas czytania lub pisania bardzo ważne jest dokładne określenie momentu każdej zmiany znaku. Jeśli nie ma synchronizacji, to moment zmiany znaku można określić błędnie, w wyniku czego nieunikniona jest utrata lub zniekształcenie informacji. Aby temu zapobiec, działanie urządzeń nadawczych i odbiorczych musi być ściśle zsynchronizowane. Problem ten można rozwiązać na dwa sposoby. Najpierw zsynchronizuj działanie dwóch urządzeń, przesyłając specjalny sygnał synchronizacji (lub sygnał synchronizacji) przez oddzielny kanał komunikacyjny. Po drugie, połącz sygnał synchronizacji z sygnałem danych i prześlij je razem na tym samym kanale. To jest istota większości metod kodowania danych.

Chociaż opracowano wiele najróżniejszych metod, obecnie stosuje się tylko trzy z nich:

ü modulacja częstotliwości (FM);

ü zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM);

ü kodowanie z ograniczeniem długości pola rekordu (RLL).

Modulacja częstotliwości (FM)

Metoda kodowania FM (Frequency Modulation) została opracowana przed innymi i była używana podczas nagrywania na dyskietki o tak zwanej pojedynczej gęstości (single density) we wczesnych komputerach osobistych. Pojemność tych jednostronnych dyskietek wynosiła tylko 80 KB. W latach 70. nagrywanie FM było używane w wielu urządzeniach, ale teraz zostało całkowicie porzucone.

Zmodyfikowana modulacja częstotliwości (MFM)

Głównym celem twórców metody MFM (zmodyfikowanej modulacji częstotliwości) było zmniejszenie liczby stref zmiany znaku w celu rejestrowania tej samej ilości danych w porównaniu do kodowania FM i odpowiednio zwiększenie potencjalnej pojemności nośnika. Dzięki tej metodzie rejestracji zmniejsza się liczba obszarów zmiany znaków używanych tylko do synchronizacji. Przejścia synchronizacyjne są zapisywane tylko na początku komórek z zerowym bitem danych i tylko wtedy, gdy jest poprzedzony bitem zerowym. We wszystkich innych przypadkach strefa zmiany znaku synchronizacji nie jest tworzona. Dzięki takiemu zmniejszeniu liczby stref zmiany znaku przy tej samej dopuszczalnej gęstości ich rozmieszczenia na dysku pojemność informacyjna jest podwojona w porównaniu z zapisem metodą FM.

Dlatego dyski MFM są często określane jako dyski o podwójnej gęstości. Ponieważ przy rozważanej metodzie zapisu ta sama liczba stref zmieniających znak zawiera dwa razy więcej „użytecznych” danych niż przy kodowaniu FM, prędkość odczytu i zapisu informacji na nośniku jest również podwojona.

Kodowanie ograniczone długości pola rekordu (RLL)

Zdecydowanie najpopularniejszą metodą kodowania jest Run Length Limited (RLL). Pozwala na umieszczenie na płycie półtora raza więcej informacji niż przy nagrywaniu metodą MFM i trzykrotnie więcej niż przy kodowaniu FM. Przy użyciu tej metody kodowane są nie pojedyncze bity, ale całe grupy, w wyniku czego powstają określone sekwencje stref zmiany znaku.

Metoda RLL została opracowana przez IBM i po raz pierwszy została zastosowana w napędach dysków na dużych maszynach. Pod koniec lat 80. był używany w dyskach twardych komputerów PC, a dziś jest używany w prawie wszystkich komputerach PC.

Pomiar pojemności pamięci

W grudniu 1998 roku Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), norma normalizacji elektrotechnicznej, wprowadziła jako oficjalny standard system nazw i symboli jednostek miar stosowanych w przetwarzaniu i transmisji danych. Do niedawna, przy jednoczesnym stosowaniu dziesiętnego i binarnego systemu pomiarowego, jeden megabajt mógł odpowiadać zarówno 1 milionowi bajtów (106), jak i 1 048 576 bajtom (220). Standardowe skróty jednostek stosowanych do pomiaru pojemności magnetycznych i innych urządzeń magazynujących podano w tabeli. 1.

Zgodnie z nowym standardem 1 MiB (mebibajt) zawiera 220 (1 048 576) bajtów, a 1 MB (megabajt) zawiera 106 (1 000 000) bajtów. Niestety nie ma ogólnie przyjętego sposobu odróżnienia binarnych wielokrotności jednostek od dziesiętnych. Innymi słowy, angielski skrót MB (lub M) może oznaczać zarówno miliony bajtów, jak i megabajty.

Zazwyczaj pojemności pamięci są mierzone w jednostkach binarnych, ale pojemności są podawane zarówno w jednostkach dziesiętnych, jak i dwójkowych, co często prowadzi do nieporozumień. Zwróć też uwagę, że w języku angielskim bity i bajty różnią się wielkością pierwszej litery (może to być duża lub mała litera). Na przykład, odnosząc się do milionów bitów, używana jest mała litera „b”, co powoduje, że jednostką miary dla miliona bitów na sekundę jest Mb/s, podczas gdy MBps oznacza milion bajtów na sekundę.

Co to jest dysk twardy

Najbardziej potrzebnym i zarazem najbardziej tajemniczym elementem komputera jest dysk twardy. Jak wiadomo, jest przeznaczony do przechowywania danych, a konsekwencje jego awarii są często katastrofalne. Aby prawidłowo obsługiwać lub ulepszać komputer, trzeba dobrze wiedzieć, czym jest - dysk twardy.

Głównymi elementami magazynu jest kilka okrągłych płyt aluminiowych lub niekrystalicznie szklistych. W przeciwieństwie do dyskietek (dyskietek), nie można ich zginać; stąd pojawiła się nazwa dysk twardy (rys. 4). W większości urządzeń są one nieusuwalne, więc czasami te dyski nazywane są stałymi (dyskami stałymi). Istnieją również dyski wymienne, takie jak urządzenia Iomega Zip i Jaz.

Najnowsze osiągnięcia

W ciągu prawie 20 lat, które minęły od czasu, gdy dyski twarde stały się powszechnymi komponentami komputerów osobistych, ich parametry zmieniły się radykalnie. Aby dać wyobrażenie o tym, jak daleko zaszedł proces ulepszania dysków twardych, oto niektóre z najjaśniejszych faktów.

Maksymalne pojemności dysków 5,25" wzrosły z 10 MB (1982) do 180 GB lub więcej w przypadku dysków 3,5" o połowie wysokości (Seagate Barracuda 180). Pojemność 2,5-calowych dysków o wysokości poniżej 12,5 mm, stosowanych w laptopach, wzrosła do 32 GB (IBM Travelstar 32GH). Dyski twarde o pojemności mniejszej niż 10 GB są rzadko używane w nowoczesnych komputerach stacjonarnych.

Szybkość przesyłania danych wzrosła z 85-102 KB/s na IBM XT (1983) do 51,15 MB/s na najszybszych systemach (Seagate Cheetah 73LP).

Średni czas wyszukiwania (tj. czas ustawienia głowicy na żądaną ścieżkę) zmniejszył się z 85 ms w komputerze IBM XT (1983) do 4,2 ms w jednym z najszybszych dostępnych obecnie dysków (Seagate Cheetah X15).

W 1982 roku dysk 10 MB kosztował ponad 1500 USD (150 USD za megabajt). Obecnie koszt dysków twardych spadł do pół centa za megabajt.

Ryż. 4. Widok dysku twardego ze zdjętą górną pokrywą

Jak działają dyski twarde

W dyskach twardych dane są zapisywane i odczytywane przez uniwersalne głowice odczytu/zapisu z powierzchni wirujących dysków magnetycznych, podzielone na ścieżki i sektory (po 512 bajtów), jak pokazano na ryc. 5.

Dyski zwykle mają wiele dysków, a dane są zapisywane po obu stronach każdego z nich. Większość napędów ma co najmniej dwa lub trzy dyski (pozwalając na nagrywanie z czterech lub sześciu stron), ale są też napędy zawierające do 11 lub więcej dysków. Tory tego samego typu (równo rozmieszczone) po wszystkich stronach tarcz są połączone w cylinder (rys. 6). Każda strona dysku ma swoją własną ścieżkę odczytu/zapisu, ale wszystkie głowice są montowane na wspólnym pręcie, czyli stojaku. Dlatego głowice nie mogą poruszać się niezależnie od siebie i poruszać się tylko synchronicznie.

Dyski twarde obracają się znacznie szybciej niż dyskietki. Ich prędkość obrotowa nawet w większości pierwszych modeli wynosiła 3600 obr/min (czyli 10 razy więcej niż w stacji dyskietek) i do niedawna była niemal standardem dla dysków twardych. Ale teraz wzrosła prędkość obrotowa dysków twardych. Na przykład w laptopie Toshiba dysk 3,3 GB obraca się z prędkością 4852 obr./min, ale są już modele o częstotliwościach 5400, 5600, 6400, 7200, 10 000, a nawet 15 000 obr./min. Szybkość konkretnego dysku twardego zależy od jego częstotliwości obrotowej, szybkości ruchu systemu głowicy oraz liczby sektorów na ścieżce.

Podczas normalnej pracy dysku twardego głowice odczytująco-zapisujące nie dotykają (i nie powinny dotykać!) dysków. Ale kiedy wyłączysz zasilanie i zatrzymasz dyski, opadają na powierzchnię. Podczas pracy urządzenia pomiędzy głowicą a powierzchnią wirującego dysku powstaje bardzo mała szczelina powietrzna (poduszka powietrzna). Jeśli drobinka kurzu dostanie się do tej szczeliny lub nastąpi wstrząs, głowica „zderzy się” z dyskiem, który obraca się „z pełną prędkością”. Jeśli cios jest wystarczająco silny, głowa pęknie. Konsekwencje tego mogą być różne – od utraty kilku bajtów danych po awarię całego dysku. Dlatego w większości napędów powierzchnie dysków magnetycznych są stopowane i powlekane specjalnymi smarami, co pozwala urządzeniom wytrzymać codzienne „wzloty” i „lądowania” głowic, a także poważniejsze wstrząsy.

Ryż. 5. Ścieżki i sektory dysku twardego

Ryż. 6. Siłownik napędowy

na dyskach twardych

Tory i sektory

Ścieżka to jeden „pierścień” danych po jednej stronie płyty. Ścieżka nagrywania na płycie jest zbyt duża, aby można ją było wykorzystać jako jednostkę pamięci. W wielu dyskach jego pojemność przekracza 100 tysięcy bajtów, a przeznaczenie takiego bloku na przechowywanie małego pliku jest niezwykle marnotrawstwem. Dlatego ścieżki na płycie są podzielone na ponumerowane sekcje zwane sektorami.

Liczba sektorów może być różna w zależności od gęstości ścieżek i typu napędu. Na przykład ścieżka dyskietki może mieć od 8 do 36 sektorów, a ścieżka dysku twardego od 380 do 700. Sektory utworzone przy użyciu standardowych programów do formatowania mają pojemność 512 bajtów, ale możliwe jest, że ta wartość zmieni się w przyszłość.

Sektory na torze są numerowane od jednego, w przeciwieństwie do głowic i cylindrów, które są liczone od zera. Na przykład 3,5-calowa dyskietka HD (High Density) (pojemność 1,44 MB) zawiera 80 cylindrów o numerach od 0 do 79, napęd ma dwie głowice (o numerach 0 i 1), a każda ścieżka cylindra jest podzielona na 18 sektorów (1- 18).

Formatując dysk na początku i końcu każdego sektora, tworzone są dodatkowe obszary do zapisywania ich numerów, a także innych informacji serwisowych, dzięki czemu kontroler identyfikuje początek i koniec sektora. Pozwala to odróżnić niesformatowane i sformatowane pojemności dysków. Po sformatowaniu pojemność dysku maleje, a trzeba się z tym pogodzić, ponieważ aby zapewnić normalne działanie dysku, trzeba zarezerwować część miejsca na dysku na informacje serwisowe.

Na początku każdego sektora zapisywany jest jego nagłówek (lub część prefiksu), który określa początek i numer sektora, a na końcu wniosek (lub część sufiksu), który zawiera sumę kontrolną (suma kontrolną) wymaganą do weryfikacji integralność danych ... Większość nowszych dysków używa tak zwanego rekordu No-ID zamiast nagłówka, który może pomieścić większą ilość danych. Oprócz wskazanych obszarów informacji o usługach, każdy sektor zawiera obszar danych o pojemności 512 bajtów.

Dla jasności wyobraź sobie, że sektory to strony w książce. Każda strona zawiera tekst, ale nie wypełnia całego miejsca na stronie, ponieważ ma marginesy (górny, dolny, prawy i lewy). Na marginesach umieszczane są informacje serwisowe, na przykład tytuły rozdziałów (w naszej analogii będą to odpowiadać numerom ścieżek i cylindrów) oraz numery stron (co odpowiada numerom sektorów). Obszary na dysku, które są podobne do pól na stronie, są tworzone podczas formatowania dysku; wówczas zapisywane są również w nich informacje serwisowe. Ponadto podczas formatowania dysku obszary danych każdego sektora są wypełniane wartościami fikcyjnymi. Po sformatowaniu płyty możesz normalnie zapisywać informacje w obszarze danych. Informacje zawarte w nagłówkach sektorów i konkluzjach nie zmieniają się podczas normalnych operacji zapisu danych. Możesz to zmienić tylko poprzez ponowne sformatowanie dysku.

Formatowanie dysków

Istnieją dwa rodzaje formatowania dysku:

ü formatowanie fizyczne lub niskopoziomowe;

ü formatowanie logiczne lub wysokiego poziomu.

Podczas formatowania dyskietek za pomocą Eksploratora Windows 9x lub polecenia DOS FORMAT wykonywane są obie operacje, ale muszą być wykonywane oddzielnie dla dysków twardych. Co więcej, w przypadku dysku twardego jest trzeci etap, wykonywany pomiędzy dwoma określonymi operacjami formatowania, - dzielenie dysku na partycje. Partycjonowanie jest absolutnie niezbędne, jeśli zamierzasz używać wielu systemów operacyjnych na tym samym komputerze. Formatowanie fizyczne jest zawsze wykonywane w ten sam sposób, niezależnie od właściwości systemu operacyjnego i opcji formatowania wysokiego poziomu (które mogą być różne dla różnych systemów operacyjnych). Umożliwia to łączenie wielu systemów operacyjnych na jednym dysku twardym.

Organizując kilka partycji na jednym dysku, każda z nich może działać w ramach własnego systemu operacyjnego lub reprezentować osobny wolumin (wolumin) lub dysk logiczny (dysk logiczny). Wolumin lub dysk logiczny jest tym, do którego system przypisuje literę dysku.

Tak więc formatowanie dysku twardego to trzyetapowy proces.

1. Formatowanie niskopoziomowe.

2. Organizacja partycji na dysku.