Hem / Installation och konfiguration/ Egenskaper hos magnetiska och optiska medier. Typer av lagringsmedia, deras klassificering och egenskaper Magnetiska lagringsmedia "

Egenskaper hos magnetiska och optiska informationsbärare. Typer av lagringsmedia, deras klassificering och egenskaper Magnetiska lagringsmedia "

Det allra första magnetiska inspelningsmediet på vilket information registrerades i Poulsens apparater vid sekelskiftet 1800- och 1900-talet var ståltråd upp till 1 mm i diameter. I början av XX-talet användes också för dessa ändamål valsat stålband. Kvalitetsegenskaperna hos dessa bärare var dock mycket låga. Det räcker med att säga att det krävdes 2500 km tråd som vägde cirka 100 kg för att producera en 14-timmars magnetisk inspelning av föreläsningarna vid den internationella kongressen i Köpenhamn 1908. Dessutom, i processen att använda tråd och ståltejp, uppstod det svårlösta problemet att sammanfoga deras separata delar. Till exempel gick den knutna tråden inte genom magnethuvudet. Dessutom blev hon lätt förvirrad, och det tunna stålbandet skar hennes händer. Stål magnetisk skiva, det första patentet som utfärdades redan 1906 ansöktes inte vid den tiden 1.

Först från andra hälften av 1920-talet, då den uppfanns pulver magnetband, den storskaliga användningen av magnetisk inspelning började. Ett patent för tekniken att applicera ett ferromagnetiskt pulver på en film erhölls 1928 av Fritz Pfeimer i Tyskland. Inledningsvis applicerades det magnetiska pulvret på ett papperssubstrat, sedan på cellulosaacetat, tills användningen av höghållfasthet

1 Vasilevskii Yu. A. Magnetiska inspelningsmedia. M., 1989. S. 5-6.

material - polyetylentereftalat (lavsan). Kvaliteten på det magnetiska pulvret förbättrades också. I synnerhet började järnoxidpulver med tillsats av kobolt, kromoxid, metallmagnetiska pulver av järn och dess legeringar användas, vilket gjorde det möjligt att öka inspelningstätheten flera gånger. Arbetsskiktet appliceras på substratet genom vakuumavsättning eller elektrolytisk avsättning i form av en magnetisk lack, som består av magnetiskt pulver, bindemedel, lösningsmedel, mjukgörare och olika tillsatser.

Förutom den flexibla basen och det magnetiska arbetsskiktet kan tejpen ha ytterligare skikt: skyddande - på ytan av arbetsskiktet och antifriktion - på baksidan av tejpen, för att skydda arbetsskiktet från mekaniskt slitage, öka bandets mekaniska styrka och för att förbättra dess glidning på den magnetiska ytan. Antifriktionsskiktet tar också bort elektriska laddningar som samlas på magnetbandet. Mellanskiktet (underskiktet) mellan basen och arbetsskiktet tjänar till att förbättra vidhäftningen av arbets- och antifriktionsskikten till basen.

Till skillnad från mekaniska ljudinspelningsmedia är magnetband lämplig för flera inspelningar av information. Antalet sådana poster är mycket stort och begränsas endast av den mekaniska styrkan hos själva magnetbandet.

De första bandspelare, som dök upp på 1930-talet, var rulle-till-rulle. I dem var magnetbandet lindat på spolar. Och i början var dessa enorma bobiner 1 tum (25,4 mm) breda. Under inspelning och uppspelning spolades bandet tillbaka från en full rulle till en tom.

1963 utvecklade Philips den så kallade kassettinspelningen, som gjorde det möjligt att använda mycket tunna magnetband. Deras maximala tjocklek är bara 20 mikron med en bredd på 3,81 mm. I kassettbandspelare är båda rullarna i en special kompakt kassett och filmens ände är försäkrad på den tomma spolen. Här är med andra ord magnetbandet och kassetten en enda funktionell mekanism. Inspelning på kompakta kassetter - tvåvägs. Den totala inspelningstiden är vanligtvis 60, 90 och 120 minuter.

I slutet av 1970-talet. dök upp mikrokassetter storlek 50x33x8 mm, det vill säga storleken på en tändsticksask, för bärbara röstinspelare och telefoner med telefonsvarare, och i mitten av 1980-talet. - pikokassetter- tre gånger färre mikrokassetter.

Sedan 1952 har magnetband använts för att spela in och lagra information i elektroniska datorer. Fördelen med magnetband är förmågan att spela in med ökad densitet på grund av det faktum att den totala ytan av det magnetiska lagret på bandet är mycket högre än för andra typer av media, och begränsas endast av längden på bandet. bandet. Kassettbandenheter - patroner nå en kapacitet på flera TB, och inom en snar framtid kommer deras kapacitet att vara tiotals TB. Banddrivningsmekanismerna för kassetter kallas streamers(från engelska, stream - stream). I princip liknar de en bandspelare.

Men magnetband har också en allvarlig nackdel. Den tillåter inte direkt åtkomst till den registrerade informationen. För att göra detta måste bandet först spolas tillbaka till önskad plats, vilket avsevärt ökar tiden för att läsa information från den. Magnetbandkassetter (patroner) kännetecknas också av sina stora dimensioner. Därför används de för närvarande huvudsakligen i säkerhetskopieringssystem i datacenter, i företag, i stora datacenter, såväl som för att lagra information i servrar och stationära arbetsstationer, där tillförlitlighet, driftsstabilitet, stor kapacitet, relativt låg kostnad. Säkerhetskopieringssystem gör att du kan säkerställa informationens säkerhet i händelse av fel, funktionsfel eller naturkatastrofer.

På ett magnetband kan du spela in inte bara ljud, utan även videoinformation. Videoband dess struktur liknar band för ljudinspelning. Emellertid har dess arbetsskikt vanligtvis en mer komplex struktur. Faktum är att högfrekventa videosignaler spelas in på själva ytan av arbetsskiktet. Små metallpartiklar kan användas för dem. Låga frekvenser, å andra sidan, överförs bättre av stora partiklar, som det är lämpligt att placera på djupet. Därför kan arbetslagret på ett magnetband för videofilmning bestå av två lager. Magnetbandet för videodokumentation laddas också i speciella kassetter, som ger den skydd mot mekanisk påfrestning, föroreningar och snabb laddning i videoutrustning. Utbredd på 1980-1990-talet. videoband har nu gett vika för mer lovande videomedia.

Till en början användes också elektroniska datorer magnetiska trummor. I synnerhet i den inhemska stora elektroniska beräkningsmaskinen (BESM-6) användes magnetiska trummor som vägde cirka 8 kg, men med en minneskapacitet på endast 1 MB.

Sedan början av 1960-talet. utbredd användning, främst i datorlagringsenheter, mottagits magnetiska skivor. Dessa är aluminium- eller plastskivor med en diameter på 30 till 350 mm, täckta med ett magnetiskt pulverarbetsskikt flera mikron tjockt. Till en början bestod den magnetiska beläggningen av järnoxid, senare - av kromdioxid.

I en diskenhet, som i en bandspelare, registreras information med hjälp av ett magnethuvud, bara inte längs bandet, utan på koncentriska magnetiska spår placerade på ytan av en roterande skiva, vanligtvis på båda sidor. Magnetiska skivor är hårda och flexibla, löstagbara och inbyggda i en persondator. Deras huvudsakliga egenskaper är: informationskapacitet, tid för åtkomst till information och läshastighet i rad.

Ej flyttbara hårddiskar i en dator är strukturellt kombinerade i en enda enhet med en diskenhet. De är sammansatta i paket på en axel. Förpackningen med skivor placeras i ett förseglat fodral, vilket ger den nödvändiga renheten och konstant tryck av dammfri luft. För närvarande, istället för luft, har användningen av helium inert gas som fyllmedel börjat, vilket gör det möjligt att avsevärt öka energieffektiviteten på grund av dess lägre densitet.

Varje skiva innehåller samma antal på varandra följande spår (spår). Bredden på det magnetiska spåret är ungefär 1 µm. Den första modellen av hårddisken, skapad 1973, hade 30 spår av 30 sektorer, som av en slump sammanföll med kalibern "30/30" av det berömda Winchester-jaktgeväret och gav upphov till slangnamnet på hårda magnetiska diskar - "Winchester ", "Winchesters". Spåren är koncentriska cirklar som motsvarar de områden av remanent magnetisering som skapas av magnethuvudena. I sin tur är vart och ett av spåren uppdelat i sekventiellt placerade sektorer.

I utvecklingen av hårddiskar är huvudtrenden tydligt synlig - en gradvis ökning av inspelningstätheten, åtföljd av en ökning av spindelhuvudets rotationshastighet och en minskning av åtkomsttiden till information, och i slutändan - en ökning av produktivitet. Diskkapaciteten, som ursprungligen nådde flera GB, nådde 10 TB i mitten av det andra decenniet av 2000-talet (den årliga ökningen av hårddiskkapaciteten på datorn är 35-40 procent). Att placera en sådan mängd information blev möjligt på diskar med en vinkelrät inspelningsmetod, som dök upp 2007. Inom en snar framtid kommer denna metod att öka kapaciteten till 85 TB (du kan spela in 86 miljoner färgfotografier eller 21,5 tusen filmer).

Hårddiskar är designade för permanent lagring av information, inkl. nödvändigt när du arbetar med en dator (systemprogramvara, applikationspaket etc.). På basis av hårddiskar produceras även externa lagringsenheter med en kapacitet på upp till flera TB.

Flexibla magnetiska plastskivor (disketter, från engelska, floppy - free hanging) var gjorda av konstgjord film - mylar, täckt med slitstark ferrolack, och placerades en efter en i speciella hårdplastfodral - kassetter, som ger mekaniskt skydd för media. Diskettkassetten kallas diskett.

Den första disketten dök upp 1967. Den hade en diameter på 8 tum och en lagringskapacitet på 100 KB. 1976 reducerades storleken på disketten till 5,25 tum, och 1980 utvecklade Soni 3,5-tums disketten och diskettenheten, som huvudsakligen tillverkades under de följande decennierna.

För att läsa och skriva information används en speciell elektronisk-mekanisk anordning - en diskenhet, där en diskett placeras. Disketten har ett centralt hål för spindeln på diskettenheten, och i fodralet finns ett hål som kan stängas med en metallslutare för åtkomst till magnethuvudena, genom vilken information läses och skrivs. Inspelning på en diskett sker enligt samma princip som i en bandspelare. Det finns också en direkt mekanisk kontakt mellan huvudet och det magnetiska arbetsskiktet, vilket leder till ett relativt snabbt slitage av materialbäraren.

Kapaciteten på en 3,5-tums diskett var vanligtvis 1,0 till 2,0 MB. Standarddisketter hade en kapacitet på 1,44 MB. Dock har 3,5-tums disketter utvecklats med kapaciteter upp till 250 MB.

Disketter visade sig vara ganska petiga media. De är mindre slitstarka än hårddiskar och är känsliga för magnetfält och förhöjda temperaturer. Allt detta ledde ofta till förlust av inspelad data. Därför användes disketter främst för operativ lagring av dokumenterad information. De ersätts nu av mer tillförlitliga och effektiva flashlagringsmedier.

Under den sista fjärdedelen av XX-talet i många länder i världen, och sedan 1990-talet. - och i Ryssland, den sk plastkort, representerar en anordning för en magnetisk metod för att lagra information och datahantering.

Föregångarna till plastkort var kort gjorda av kartong för att bekräfta innehavarens kreditvärdighet utanför banken. 1928 började ett av de amerikanska företagen tillverka metallkort som mätte 63 gånger 35 mm. De var präglade med ägarens namn, stad, stat och annan information. Sådana kort utfärdades till vanliga kunder i stora butiker. När säljaren betalade för varor rullade säljaren kortet genom en speciell maskin, vilket resulterade i att bokstäverna och siffrorna som pressades ut på det trycktes på försäljningskvittot. Denna check med det handskrivna köpesumman skickades sedan till banken för inlösen. Det allra första moderna kreditkortet, på grundval av vilket VISA-betalningssystemet uppstod, utfärdades 1958 av Bank of America.

Plastkort består av tre lager: en polyesterbas, på vilken ett tunt arbetslager appliceras, och ett skyddande lager. Polyvinylklorid används vanligtvis som bas, som är lätt att bearbeta, resistent mot temperatur, kemisk och mekanisk påfrestning. Men i vissa fall är grunden för magnetkort den så kallade pseudo-plasten - tjockt papper eller kartong med dubbelsidig laminering.

Arbetsskiktet (ferromagnetiskt pulver) appliceras på plasten genom varmstansning i form av separata smala remsor. Beroende på deras fysiska egenskaper och användningsområde är magnetremsor indelade i två typer: högercetiv och lågerytritisk. Mycket ercetiska ränder är svarta. De är resistenta mot magnetfält. Det krävs högre energi för att registrera dem. De används som kreditkort, körkort etc, det vill säga i de fall ökad hållbarhet och säkerhet krävs. Låg-EMC magnetiska remsor är bruna. De är mindre säkra, men enklare och snabbare att spela in. Används på kort med begränsade utgångsdatum.

Det skyddande lagret av magnetiska plastkort består av en transparent polyesterfilm. Den är utformad för att skydda arbetsskiktet från slitage. Ibland används anti-förfalskning och antikopieringsbeläggningar. Det skyddande lagret ger upp till två tiotusentals skriv- och läscykler.

Det bör noteras att det, förutom magnetiska, finns andra sätt att registrera information på ett plastkort: grafisk inspelning, prägling (mekanisk extrudering), streckkodning, laserinspelning.

Numera används elektroniska chip alltmer i plastkort istället för magnetremsor. Sådana kort, i motsats till enkla magnetiska, började kallas intelligenta eller smarta kort(från engelska, smart -smart). Mikroprocessorn som är inbyggd i dem gör att du kan lagra en betydande mängd information, gör det möjligt att göra nödvändiga beräkningar i systemet för bank- och handelsbetalningar, vilket gör plastkort till multifunktionella informationsbärare.

Genom åtkomst till mikroprocessorn (gränssnittet) kan smartkort vara:

- med ett kontaktgränssnitt (dvs. när du utför en operation sätts kortet in i den elektroniska terminalen);
- med ett dubbelt gränssnitt (de kan fungera både kontakt och icke-kontakt, det vill säga datautbyte mellan kortet och externa enheter kan utföras via en radiokanal).

Storlekarna på plastkort är standardiserade. I enlighet med den internationella standarden ISO-7810 är deras längd 85,595 mm, bredd - 53,975 mm, tjocklek - 3,18 mm.

Tillämpningsområdet för magnetiska plast- och pseudo-plastkort, såväl som smarta kort, är ganska omfattande. Förutom banksystem används de som en kompakt informationsbärare, en identifierare för automatiserade redovisnings- och kontrollsystem, certifikat, pass, internetkort, mobila SIM-kort, transportbiljetter, elektroniska (biometriska) pass, etc.

Påtagliga magnetiska inspelningsmedier förbättras ständigt tillsammans med elektromagnetisk dokumentationsteknik. Det finns en tendens till en ökning av tätheten av informationsinspelning på magnetiska medier med en minskning av deras storlek och en minskning av tiden för åtkomst till information. Teknologier utvecklas som inom en inte alltför avlägsen framtid kommer att göra det möjligt att öka minneskapaciteten på ett standardmedium med flera tusen gånger jämfört med nuvarande enheter. Och på längre sikt förväntas en bärare dyka upp, där enskilda atomer kommer att spela rollen som magnetiska partiklar. Som ett resultat kommer dess kapacitet, enligt utvecklarna, att överträffa de befintliga standarderna med miljarder gånger.

Vasilevsky Yu. A. dekret. op. S. 11, 225, 227-228; Levin V.I. op. av S. 23-24.
Manukov S. Hur man inte blir en kortidiot // Företag. 2009. Nr 27-28. S. 52.
Fradkin V. Informationsbärares förflutna, nutid och framtid // Computer Price. 2003. Nr 46.

Det allra första magnetiska inspelningsmediet, som användes i Poulsens apparat vid 1800- och 1900-talets skifte, var ståltråd med en diameter på upp till 1 mm. I början av 1900-talet användes även valsade stålband för dessa ändamål. Samtidigt (1906) utfärdades det första patentet för en magnetskiva. Kvalitetsegenskaperna hos alla dessa bärare var dock mycket låga. Det räcker med att säga att 2500 km, eller cirka 100 kg tråd, krävdes för att producera den 14-timmars magnetiska inspelningen av föreläsningarna vid den internationella kongressen i Köpenhamn 1908.

Det var först under andra hälften av 1920-talet, när magnetiskt flödeskärnat band uppfanns, som magnetisk inspelning började användas flitigt. Inledningsvis applicerades det magnetiska pulvret på ett papperssubstrat, sedan på cellulosaacetat, tills användningen av höghållfast polyetylentereftalat (lavsan) material som substrat började. Kvaliteten på det magnetiska pulvret förbättrades också. I synnerhet började järnoxidpulver med tillsats av kobolt, metallmagnetiska pulver av järn och dess legeringar användas, vilket gjorde det möjligt att öka inspelningstätheten flera gånger.

1963 utvecklade Philips den så kallade kassettinspelningen, som gjorde det möjligt att använda mycket tunna magnetband. Kompaktkassetter har en maximal tejptjocklek på endast 20 µm och en bredd på 3,81 mm. I slutet av 1970-talet. mikrokassetter dök upp, som mätte 50 x 33 x 8 mm, och i mitten av 1980-talet. - pico-kassetter - tre gånger mindre än mikrokassetter.

Sedan början av 1960-talet. Magnetiska skivor används i stor utsträckning, främst i datorlagringsenheter. En magnetisk skiva är en aluminium- eller plastskiva med en diameter på 30 till 350 mm, täckt med ett magnetiskt pulverarbetsskikt flera mikron tjockt. I en diskenhet, som i en bandspelare, registreras information med hjälp av ett magnethuvud, bara inte längs bandet, utan på koncentriska magnetiska spår placerade på ytan av en roterande skiva, vanligtvis på båda sidor. Magnetiska skivor är hårda och flexibla, löstagbara och inbyggda i en persondator. Deras huvudsakliga egenskaper är: informationskapacitet, tid för åtkomst till information och läshastighet i rad.

Magnetiska skivor av aluminium - hårda (Winchester) icke-borttagbara skivor - är strukturellt kombinerade i en dator i ett enda block med en diskenhet. De är ordnade i paket (staplar) från 4 till 16 stycken. Dataskrivning till en hårdmagnetisk disk, såväl som läsning, utförs med hastigheter upp till 7200 rpm. Diskkapaciteten når över 9 GB. Dessa medier är avsedda för permanent lagring av information som används vid arbete med en dator (systemprogramvara, applikationspaket etc.).

Flexibla plastmagnetskivor (disketter, från engelskan floppy - free hanging) är gjorda av flexibel plast (lavsan) och placeras en efter en i speciella plastkassetter. En diskettkassett kallas för en diskett. De vanligaste disketterna är 3,5 och 5,25 tum. Kapaciteten på en diskett är vanligtvis 1,0 till 2,0 MB. En 3,5-tums diskett med en kapacitet på 120 MB har dock redan utvecklats. Dessutom finns det disketter designade för arbete under förhållanden med ökad dammighet och fuktighet.

De så kallade plastkorten, som är anordningar för en magnetisk metod för att lagra information och hantera data, har fått bred tillämpning, främst i banksystem. De är av två typer: enkla och intelligenta. I enkla kort finns det bara ett magnetiskt minne som gör att du kan lägga in data och ändra den. I smartkort, som ibland kallas smartkort (av engelskan smart - smart), finns förutom minne även en inbyggd mikroprocessor. Det gör det möjligt att utföra nödvändiga beräkningar och gör plastkort multifunktionella.

Det bör noteras att det, förutom magnetiska, finns andra metoder för att registrera information på kortet: grafisk inspelning, prägling (mekanisk extrudering), streckkodning och sedan 1981 - även laserinspelning (på ett speciellt laserkort som tillåter dig att lagra en stor mängd information, men fortfarande mycket dyrt).

För att spela in ljud i digitala diktafoner används i synnerhet minikort, som liknar disketter med en minnesvolym på 2 eller 4 MB och ger inspelning i 1 timme.

För närvarande klassificeras påtagliga magnetiska inspelningsmedia:

genom geometrisk form och storlek (formen på ett band, disk, kort, etc.);

av bärarnas inre struktur (två eller flera lager av olika material);

genom metoden för magnetisk inspelning (media för längsgående och vinkelrät inspelning);

efter typen av den inspelade signalen (för direkt inspelning av analoga signaler, för moduleringsinspelning, för digital inspelning).

Teknikerna och materialbärarna för magnetisk inspelning förbättras ständigt. I synnerhet finns det en tendens till en ökning av tätheten av informationsinspelning på magnetiska skivor med en minskning av dess storlek och en minskning av den genomsnittliga tiden för åtkomst till information.

Informationsbärare (informationsbärare) - varje materiellt föremål som används av en person för att lagra information. Det kan till exempel vara sten, trä, papper, metall, plast, kisel (och andra typer av halvledare), tejp med magnetiserat skikt (i rullar och kassetter), fotografiskt material, plast med speciella egenskaper (till exempel i optiska skivor) och etc., etc.

Informationsbäraren kan vara vilket objekt som helst från vilket det är möjligt att läsa (läsa) den information som finns tillgänglig på den.

Informationsbärare används för:

uppgifter;
lagring;
läsning;
överföring (distribution) av information.

Ofta placeras själva informationsbäraren i ett skyddande skal, vilket ökar dess säkerhet och följaktligen tillförlitligheten för att lagra information (till exempel placeras pappersark i ett lock, ett minneschip placeras i plast (smartkort), ett magnetband placeras i ett fodral, etc.) ...

Elektroniska medier inkluderar media för engångs- eller ominspelning (vanligtvis digitalt) på ett elektriskt sätt:

optiska skivor (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
halvledare (flashminne, disketter, etc.);
CD-skivor (CD - Compact Disk, compact disk), som kan lagra upp till 700 MB information;
DVD-skivor (DVD - Digital Versatile Disk, digital versatile disk), som har en mycket större informationskapacitet (4,7 GB), eftersom de optiska spåren på dem är tunnare och tätare packade;
HR DVD- och Blu-ray-skivor, vars informationskapacitet är 3-5 gånger högre än DVD-skivors, på grund av användningen av en blå laser med en våglängd på 405 nanometer.

Elektroniska medier har betydande fördelar jämfört med pappersmedier (pappersark, tidningar, tidskrifter):

efter volymen (storleken) av lagrad information;
av enhetskostnaden för lagring;
om effektiviteten och effektiviteten av att tillhandahålla relevant (avsedd för korttidslagring) information;
om möjligt tillhandahålla information i en form som är lämplig för konsumenten (formatering, sortering).

Det finns också nackdelar:

läsarnas bräcklighet;
vikt (massa) (i vissa fall);
beroende av strömförsörjning;
behovet av en läsare/skribent för varje typ och format av media.

En hårddisk (magnetisk) hårddisk, HDD, HMDD, en hårddisk är en lagringsenhet (informationslagringsenhet) baserad på principen om magnetisk inspelning. Det är den huvudsakliga datalagringsenheten i de flesta datorer.

Till skillnad från en "diskett" (diskett) registreras information i en hårddisk på hårda plattor täckta med ett lager av ferromagnetiskt material - magnetiska skivor. Hårddisken använder en eller flera plattor på en axel. Läshuvudena i driftläget vidrör inte plattornas yta på grund av mellanskiktet av det inkommande luftflödet som bildas vid ytan under snabb rotation. Avståndet mellan huvudet och skivan är flera nanometer (i moderna skivor cirka 10 nm), och frånvaron av mekanisk kontakt säkerställer en lång livslängd för enheten. I avsaknad av rotation av skivorna är huvudena placerade vid spindeln eller utanför skivan i en säker ("parkering") zon, där deras onormala kontakt med skivornas yta är utesluten.

Dessutom, till skillnad från en diskett, är ett lagringsmedium vanligtvis kombinerat med en enhet, en enhet och en elektronikenhet. Sådana hårddiskar används ofta som icke-flyttbara lagringsmedia.

Optiska (laser)skivor är för närvarande det mest populära lagringsmediet. De använder den optiska principen att registrera och läsa information med hjälp av en laserstråle.

DVD-skivor kan ha dubbla lager (8,5 GB kapacitet), där båda lagren har en reflekterande yta som bär information. Dessutom kan informationskapaciteten för DVD-skivor fördubblas ytterligare (upp till 17 GB), eftersom information kan spelas in på båda sidor.

Det finns tre typer av optiska skivenheter:

utan möjlighet att skriva - CD-ROM och DVD-ROM (ROM - Read Only Memory, read-only memory). CD-ROM- och DVD-ROM-skivor innehåller information som spelades in på dem under tillverkningsprocessen. Att skriva ny information till dem är omöjligt;
skriv en gång och flera läsningar - CD-R och DVD ± R (R - inspelningsbar). Information kan spelas in på CD-R och DVD ± R-skivor, men bara en gång;
rewritable - CD-RW och DVD ± RW (RW - Rewritable). På CD-RW och DVD ± RW-skivor kan information spelas in och raderas många gånger.

Huvudfunktioner hos optiska enheter:

diskkapacitet (CD - upp till 700 MB, DVD - upp till 17 GB)
hastigheten för dataöverföring från bäraren till RAM - mätt i bråkdelar som är multiplar av hastigheten på 150 Kbyte / sek för CD-enheter;
åtkomsttid - den tid som krävs för att söka information på skivan, mätt i millisekunder (för CD 80–400 ms).

För närvarande används 52x-hastighets CD-enheter i stor utsträckning - upp till 7,8 MB/sek. CD-RW-skivor bränns med lägre hastighet (till exempel 32x). Därför är CD-enheter märkta med tre siffror "läshastighet x skrivhastighet CD-R x skrivhastighet CD-RW" (till exempel "52x52x32").
DVD-enheter är också märkta med tre siffror (till exempel "16x8x6").

Med förbehåll för reglerna för lagring (förvaring i upprättstående lådor) och drift (utan att orsaka repor och smuts), kan optiska medier lagra information i tiotals år.

Flashminne - hänvisar till halvledare i elektriskt programmerbart minne (EEPROM). På grund av tekniska lösningar, låg kostnad, stor volym, låg strömförbrukning, hög drifthastighet, kompakthet och mekanisk styrka, är flashminne inbäddat i digitala bärbara enheter och lagringsmedia. Den största fördelen med denna enhet är att den är icke-flyktig och inte behöver elektricitet för att lagra data. All information som lagras i flashminnet kan läsas ett oändligt antal gånger, men antalet kompletta skrivcykler är tyvärr begränsat.

Flash-minne har sina fördelar framför andra enheter (hårddiskar och optiska enheter), och dess egna brister, som du kan bekanta dig med från tabellen nedan.

Drivtyp	Fördelar	nackdelar
HDD	Stor mängd lagrad information. Hög arbetshastighet. Billig lagring av data (per 1 MB)	Stora dimensioner. Vibrationskänslighet. Ljud. Värmeavledning
Optisk skiva	Bekvämlighet med transport. Det billiga med informationslagring. Replikeringsmöjlighet	Liten volym. Du behöver en läsare. Begränsningar av verksamheten (läsa, skriva). Låg arbetshastighet. Vibrationskänslighet. Ljud
Flashminne	Hög hastighet för dataåtkomst. Ekonomisk energiförbrukning. Vibrationsmotstånd. Bekvämt att ansluta till en dator. Kompakta mått	Begränsat antal skrivcykler

Behovet av att lagra all information hos människor dök upp i förhistorisk tid, för vilket ett levande exempel är bergkonsten, som har överlevt till denna dag. Hällristningar kan med rätta kallas det mest hållbara lagringsmediet för tillfället, även om det finns vissa svårigheter med portabilitet och användarvänlighet. Med tillkomsten av datorer (och i synnerhet datorer) har utvecklingen av rymliga och lättanvända lagringsmedier blivit särskilt relevant.

Pappersbärare

De första datorerna använde hålkort och perforerad papperstejp lindad på spolar, kallad håltejp. Dess förfäder var automatiserade vävstolar, i synnerhet Jacquard-maskinen, vars slutversion skapades av uppfinnaren (som den döptes efter) 1808. Perforerade plattor användes för att automatisera filamentmatningsprocessen:

Hålkort är kartongkort som använde en liknande metod. Det fanns många varianter av dem, både med hål, som var ansvariga för "1" i den binära koden, och textmässiga. Det vanligaste var IBM-formatet: kartans storlek var 187x83 mm, informationen på den fanns i 12 rader och 80 kolumner. I moderna termer rymde ett hålkort 120 byte med information. För att ange information måste hålkort lämnas in i en viss sekvens.

Stansad tejp använder samma princip. Information lagras på den i form av hål. De första datorerna, skapade på 40-talet av förra seklet, arbetade både med data som matades in med hjälp av hålband i realtid, och använde någon form av direktminne, främst med hjälp av katodstrålerör. Pappersmedia användes aktivt under 20-50-talet, varefter de gradvis började ersättas av magnetiska medier.

Magnetiska media

På 50-talet började en aktiv utveckling av magnetiska bärare. Fenomenet elektromagnetism (bildandet av ett magnetfält i en ledare när en ström passerar genom den) togs som grund. Den magnetiska bäraren består av en ferromagnetisk belagd yta och ett läs-/skrivhuvud (lindad kärna). En ström flyter genom lindningen, ett magnetfält med en viss polaritet uppträder (beroende på strömriktningen). Magnetfältet verkar på ferromagneten och de magnetiska partiklarna i den polariseras i fältets riktning och skapar remanent magnetisering. För att skriva data till olika områden appliceras ett magnetfält med olika polaritet, och vid läsning av data registreras zoner i vilka riktningen för den remanenta magnetiseringen av ferromagneten ändras. De första sådana medierna var magnetiska trummor: stora metallcylindrar belagda med en ferromagnet. Läshuvuden installerades runt dem.

Efter dem dök en hårddisk upp 1956, det var 305 RAMAC från IBM, som bestod av 50 skivor med en diameter på 60 cm, var jämförbar i storlek med ett stort kylskåp av det moderna Side-by-Side-formatet och vägde en lite mindre än ett ton. Dess volym var otrolig för de gångerna 5 MB. Huvudet rörde sig fritt över skivans yta och arbetshastigheten var högre än för magnetiska trummor. Laddar 305 RAMAC på planet:

Volymen började expandera snabbt och i slutet av 1960-talet släppte IBM en höghastighetsdisk med dubbla enheter på 30 MB. Tillverkarna arbetade hårt för att minska storleken och 1980 var hårddisken storleken på en 5,25-tumsdisk. Sedan dess har design, teknologi, volym, densitet och dimensioner genomgått kolossala förändringar och de mest populära formfaktorerna har blivit 3,5, 2,5 tum, minst 1,8 tum, och volymerna når redan tio terabyte på en enda bärare.

Under en tid användes även IBM Microdrive-formatet, som var en miniatyrhårddisk i formfaktorn av ett CompactFlash-minneskort. typ II. Släpptes 2003, såldes senare till Hitachi.

Parallellt utvecklades magnetband. Den dök upp tillsammans med lanseringen av den första amerikanska kommersiella datorn UNIVAC I 1951. Återigen gjorde IBM sitt bästa. Magnetbandet var en tunn plastremsa med en magnetiskt känslig beläggning. Det har använts i en mängd olika formfaktorer sedan dess.

Från rullar, bandkassetter till kompakta kassetter och VHS-band. De användes i datorer från 70-talet till 90-talet (redan i mycket mindre mängder). Ofta användes en plug-in bandspelare som ett externt medium till en PC.

Bandenheter som kallas Streamers används fortfarande idag, främst inom industri och storföretag. För närvarande används spolar av standarden. Linear Tape-Open (LTO), och rekordet sattes i årIBM och FujiFilm, efter att ha lyckats skriva 154 terabyte information på en standardrulle. Det tidigare rekordet var 2,5 terabyte, LTO 2012.

En annan typ av magnetiska media är disketter eller disketter. Här appliceras ett lager av ferromagnet på en flexibel, lätt bas och placeras i ett plastfodral. Sådana medier var enkla att tillverka och var billiga. Den första disketten hade en formfaktor på 8 tum och dök upp i slutet av 60-talet. Skaparen är återigen IBM. År 1975 hade kapaciteten nått 1 MB. Även om diskettens popularitet förtjänades tack vare immigranter från IBM, som grundade sitt eget företag Shugart Associates släppte också en 5,25-tums diskett 1976 med en kapacitet på 110 KB.År 1984 var kapaciteten redan 1,2 MB, och Sony drev i förväg med en mer kompakt 3,5-tums formfaktor. Sådana disketter finns fortfarande i många hem.

Iomega släppte Bernoulli Box magnetiska skivkassetter på 1980-talet, med en kapacitet på 10 och 20 MB, och 1994 - den s.k.Zip-storlek 3,5 tum med en volym på 100 MB, fram till slutet av 90-talet användes de ganska aktivt, men de var för tuffa för att konkurrera med CD-skivor.

Optiska media

Optiska medier är skivformade och läses med hjälp av optisk strålning, vanligtvis en laser. Laserstrålen riktas mot ett speciellt lager och reflekteras från det. När den reflekteras moduleras strålen av de minsta skårorna på ett speciellt lager; under registrering och avkodning av dessa förändringar återställs informationen som registrerats på skivan. Den första optiska inspelningstekniken som använder ljussändande media utvecklades av David Paul Gregg 1958 och patenterades 1961 och 1990, och 1969 skapade Philips den så kallade LaserDisc, i vilken ljus reflekterades. LaserDisc visades första gången för allmänheten 1972 och började säljas 1978. Den liknade vinylskivor i storlek och var avsedd för filmer.

På sjuttiotalet började utvecklingen av nya optiska medier, som ett resultat av vilket Philips och Sony introducerade CD-formatet (Compact Disk) 1980, vilket först demonstrerades 1980. CD-skivor och utrustning började säljas 1982. Används ursprungligen för ljud, tog upp till 74 minuter. 1984 skapade Philips och Sony CD-ROM-standarden (Compact Disc Read Only Memory) för alla typer av data. Volymen på disken var 650 MB, senare - 700 MB. De första skivorna som kunde spelas in hemma och inte på fabriken släpptes 1988 och kallades CD-R (Compact Disc Inspelningsbar) och CD-RW, som tillåter flera omskrivningar av data på en skiva, dök upp redan 1997.

Formfaktorn ändrades inte, inspelningstätheten ökade. 1996 dök DVD-formatet (Digital Versatile Disc) upp, som hade samma form och diameter på 12 cm, och en volym på 4,7 GB eller 8,5 GB för ett dubbellager. För att arbeta med DVD-skivor släpptes motsvarande enheter, bakåtkompatibla med CD-skivor. Flera fler DVD-standarder släpptes under de följande åren.

År 2002 introducerades två olika och inkompatibla nästa generations optiska skivformat till världen: HD DVD och Blu-ray Disc (BD). I båda fallen används en blå laser med en våglängd på 405 nm för att skriva och läsa data, vilket gjorde det möjligt att ytterligare öka densiteten. HD DVD kan lagra 15 GB, 30 GB eller 45 GB (ett, två eller tre lager), Blu-ray 25, 50, 100 och 128 GB. Den senare blev mer populär och 2008 övergav Toshiba (en av skaparna) HD DVD.

Halvledarmedia

1984 introducerade Toshiba halvledarmedia som kallas NAND-flashminne, som blev populärt ett decennium efter dess uppfinning. Den andra varianten av NOR föreslogs av Intel 1988 och används för att lagra programkoder som BIOS. NAND används nu i minneskort, flashenheter, SSD:er och hybridhårddiskar.

NAND-tekniken gör att du kan skapa chips med hög inspelningstäthet, den är kompakt, mindre strömkrävande att använda och har en högre driftshastighet (jämfört med hårddiskar). Den största nackdelen för tillfället är den ganska höga kostnaden.

Molnlagring

Med utvecklingen av det världsomspännande nätverket, ökningen av hastigheter och mobilt internet har många molnlagringar dykt upp, där data lagras på flera servrar distribuerade över nätverket. Uppgifterna lagras och bearbetas i en så kallad virtuell moln och användaren har tillgång till dem om det finns tillgång till Internet. Rent fysiskt kan servrar placeras på distans från varandra. Det finns både specialiserade tjänster som Dropbox och alternativ från mjukvaru- eller enhetsföretag. Microsoft har OneDrive (tidigare SkyDrive), Apples iCloud, Google Drive och så vidare.

Diskettenheter: funktionsprincip, specifikationer, huvudkomponenter. Hårddiskar: formfaktorer, funktionsprincip, typer, huvudegenskaper, driftsätt. Konfigurera och formatera magnetiska skivor. Verktyg för underhåll av hårda magnetiska diskar. Logisk struktur och format för magnetoptiska och cd-skivor. CD-R (RW), DVD-R (RW), ZIP-enheter: funktionsprincip, huvudkomponenter, tekniska egenskaper. Magneto-optiska enheter, streamers, flash-enheter. Genomgång av de viktigaste moderna modellerna.

Eleven ska veta:

Funktionsprincipen och huvudkomponenterna i FDD-enheten;

Hårddiskens egenskaper och driftsätt;

Principen för drift av enheter av magneto-optiska och kompakta diskar;

Optiska och magneto-optiska skivformat;

Eleven ska kunna:

Spela in information på olika medier;

Använd programvara för underhåll av hårddisken;

Bestäm huvudegenskaperna för enheter;

Lektionens mål:

Att bekanta eleverna med huvudkomponenterna i informationslagringsenheter.

Undersök typerna av lagringsmedia och deras egenskaper.

Utbildning av informationskultur av studenter, uppmärksamhet, noggrannhet, disciplin, uthållighet.

Utveckling av kognitiva intressen, självkontrollförmåga, förmågan att ta anteckningar.

Lektionens förlopp:

Teoretisk del.

Datalagring på magnetiska media

Nästan alla persondatorer lagrar information på media som använder magnetiska eller optiska principer. Magnetisk lagring driver binära data till små, magnetiserade metallpartiklar som är "mönstrade" på en platt skiva eller ett band. Detta magnetiska "mönster" kan därefter avkodas till en binär dataström.

Magnetiska media — hårddiskar och diskettenheter — är baserade på elektromagnetism. Dess väsen ligger i det faktum att när en elektrisk ström passerar genom en ledare, bildas ett magnetfält runt den (fig. 1). Detta fält verkar på det ferromagnetiska ämne som är fångat i det. När strömriktningen ändras ändras även magnetfältets polaritet. Fenomenet elektromagnetism används i elmotorer för att generera krafter som verkar på magneter som är monterade på en roterande axel.

Men det finns också den motsatta effekten: en elektrisk ström uppstår i en ledare som utsätts för ett växelmagnetiskt fält. När magnetfältets polaritet ändras ändras även den elektriska strömmens riktning (Fig. 2).

Läs-/skrivhuvudet i valfri diskenhet består av en U-formad ferromagnetisk kärna och en spole (lindad) runt den, genom vilken en elektrisk ström kan flöda. När ström passerar genom lindningen skapas ett magnetfält i huvudets kärna (magnetkrets) (fig. 3). När riktningen för den strömmande strömmen ändras ändras även magnetfältets polaritet. Huvudena är i huvudsak elektromagneter, vars polaritet kan ändras mycket snabbt genom att byta riktning för den passerade elektriska strömmen.

Ris. 1. När en ström passerar genom en ledare bildas ett magnetfält runt den

Ris. 2. När en ledare förflyttas i ett magnetfält genereras en elektrisk ström i den

Ris. 3. Läs/skrivhuvud

Det magnetiska fältet i kärnan sprider sig delvis in i det omgivande utrymmet på grund av närvaron av ett gap "genomsågat" vid basen av bokstaven U. Om en annan ferromagnet är belägen nära gapet (bärarens arbetslager), då magnetfält är lokaliserat i det, eftersom sådana ämnen har ett lägre magnetiskt motstånd än luft ... Det magnetiska flödet som korsar gapet stängs genom bäraren, vilket leder till polarisering av dess magnetiska partiklar (domäner) i riktningen för fältverkan. Fältets riktning och därför den remanenta magnetiseringen av bäraren beror på polariteten hos det elektriska fältet i huvudlindningen.

Böjliga magnetiska skivor görs vanligtvis på lavsan, och hårddiskar är gjorda på ett aluminium- eller glassubstrat, på vilket ett lager av ferromagnetiskt material appliceras. Arbetsskiktet består huvudsakligen av järnoxid med olika tillsatser. De magnetiska fälten som skapas av individuella domäner på en ren skiva är slumpmässigt orienterade och kompenserar ömsesidigt för varje utökat (makroskopiskt) område på skivytan, så dess remanenta magnetisering är noll.

Om en del av skivans yta utsätts för ett magnetfält när den dras nära huvudgapet, riktas domänerna in i en specifik riktning och deras magnetfält tar inte längre ut varandra. Som ett resultat uppstår restmagnetisering i detta område, som sedan kan detekteras. I vetenskapliga termer kan vi säga: det kvarvarande magnetiska flödet som bildas av ett givet område på skivytan blir noll.

Läs/skriv huvuddesigner

Med utvecklingen av teknik för produktion av diskenheter har designen av läs-/skrivhuvuden också förbättrats. De första huvudena var lindade kärnor (elektromagneter). Med moderna standarder var deras dimensioner enorma, och inspelningstätheten var extremt låg. Genom åren har huvuddesigner kommit långt från de första huvudena med ferritkärnor till moderna typer.

De mest använda huvudena är av följande fyra typer:

ü ferrit;

ü med metall i springan (MIG);

ü tunnfilm (TF);

ü magnetoresistiv (MR);

ü jättemagnetoresistiv (GMR).

· Ferrithuvuden

Klassiska ferrithuvuden användes först i IBMs Winchester 30-30-enhet. Deras kärnor är gjorda på basis av pressad ferrit (baserad på järnoxid). Magnetfältet i gapet uppstår när en elektrisk ström flyter genom lindningen. I sin tur, med förändringar i magnetfältstyrkan nära gapet i lindningen, induceras en elektromotorisk kraft. Således är huvudet mångsidigt, d.v.s. kan användas både för att skriva och läsa. Dimensionerna och vikten på ferrithuvuden är större än för tunnfilmshuvuden; därför, för att förhindra deras oönskade kontakt med ytorna på skivorna, är det nödvändigt att öka gapet.

Under existensen av ferrithuvuden har deras ursprungliga (monolitiska) design förbättrats avsevärt. I synnerhet har så kallade glas-ferrit (komposit) huvuden utvecklats, vars liten ferritkärna är installerad i en keramisk kropp. Kärnans bredd och det magnetiska gapet hos sådana huvuden är mindre, vilket gör det möjligt att öka tätheten hos inspelningsspåren. Dessutom minskar deras känslighet för extern magnetisk störning.

· Huvuden med metall i springan

Metal-In-Gap (MIG)-huvuden är resultatet av förbättringar i utformningen av kompositferrithuvudet. I sådana huvuden är det magnetiska gapet som finns på baksidan av kärnan fyllt med metall. På grund av detta reduceras kärnmaterialets tendens till magnetisk mättnad avsevärt, vilket gör det möjligt att öka den magnetiska induktionen i arbetsgapet och därför skriva till skivan med högre densitet. Dessutom är gradienten för det magnetiska fältet som skapas av huvudet med metallen i gapet högre, vilket innebär att magnetiserade områden med mer uttalade gränser bildas på skivytan (bredden på skyltomkastningszonerna minskar).

Dessa huvuden tillåter användning av media med hög tvångskraft och ett tunnfilmsskikt. Genom att minska den totala vikten och förbättra designen kan sådana huvuden placeras närmare ytan på bäraren.

Huvuden med metall i gapet är av två typer: ensidiga och tvåsidiga (dvs med en och två metalliserade luckor). I ensidiga huvuden är ett mellanskikt av magnetisk legering endast placerat i det bakre (icke-fungerande) gapet, och i tvåsidiga huvuden, i båda. Ett lager av metall appliceras genom vakuumdeponering. Mättnadsinduktionen för en magnetisk legering är ungefär dubbelt så stor som för ferrit, vilket, som redan nämnts, tillåter inspelning på media med en hög tvångskraft, som används i högkapacitetsenheter. Vändbara huvuden är bättre än ensidiga i detta avseende.

· Tunna filmhuvuden

Tunnfilmshuvuden (TF) tillverkas med nästan samma teknik som integrerade kretsar, d.v.s. genom fotolitografi. Flera tusen huvuden kan "skrivas ut" på ett substrat samtidigt, som blir små och lätta som ett resultat.

Arbetsgapet i tunnfilmshuvuden kan göras mycket smalt och dess bredd justeras under produktionen genom att bygga upp ytterligare lager av omagnetisk aluminiumlegering. Aluminium fyller helt ut arbetsgapet och skyddar det väl från skador (kantflisning) i händelse av oavsiktlig kontakt med skivan. Själva kärnan är gjord av en legering av järn och nickel, vars mättnadsinduktion är 2–4 gånger högre än för ferrit.

De områden med remanent magnetisering som bildas av tunnfilmshuvuden på skivans yta har tydligt definierade gränser, vilket gör det möjligt att uppnå en mycket hög inspelningstäthet. På grund av huvudens lätta vikt och små dimensioner är det möjligt att avsevärt minska gapet mellan dem och ytorna på skivorna i jämförelse med ferrit- och MIG-huvuden: i vissa enheter överstiger dess värde inte 0,05 mikron. Som ett resultat ökar för det första den remanenta magnetiseringen av bärarens ytareor och för det andra ökar signalamplituden och signal-brusförhållandet i avläsningsläget förbättras, vilket i slutändan påverkar tillförlitligheten av dataregistrering och läsning.

Idag används tunnfilmshuvuden i de flesta drivenheter med hög kapacitet, särskilt i små modeller, som praktiskt taget förskjuter huvuden med metall i gapet. Deras design och egenskaper förbättras ständigt, men sannolikt kommer de inom en snar framtid att ersättas av magnetoresistiva huvuden.

· Magnetoresistiva huvuden

Magneto-resistiva (MR) huvuden är relativt nya. De är utvecklade av IBM och gör det möjligt att uppnå de högsta värdena för inspelningstäthet och hastighet för lagringsenheter. Magnetoresistiva huvuden installerades först i en IBM 1GB (3,5 ") hårddisk 1991.

Alla huvuden är detektorer, d.v.s. registrerar förändringar i magnetiseringszonerna och omvandlar dem till elektriska signaler som kan tolkas som data. Det finns dock ett problem med magnetisk inspelning: när medias magnetiska domäner minskar, minskar huvudets signalnivå och det finns en möjlighet att missförstå bruset för den "riktiga" signalen. För att lösa detta problem är det nödvändigt att ha ett effektivt läshuvud, som mer tillförlitligt kan bestämma närvaron av en signal.

Magnetoresistiva huvuden är dyrare och mer komplexa än andra typer av huvuden, eftersom det finns ytterligare element i deras design, och den tekniska processen innehåller flera ytterligare steg. Följande är de viktigaste skillnaderna mellan magnetoresistiva huvuden och konventionella huvuden:

v ytterligare ledningar måste anslutas till dem för att mata mätströmmen till motståndssensorn;

v 4–6 extra masker (fotomasker) används i produktionsprocessen;

v På grund av sin höga känslighet är magnetoresistiva huvuden mer mottagliga för externa magnetfält, så de måste skyddas noggrant.

I alla tidigare övervägda huvuden "fungerade" samma gap i processen att skriva och läsa, och i det magnetoresistiva huvudet finns två av dem, var och en för sin egen funktion. När du designar huvuden med ett arbetsgap måste du göra en kompromiss i valet av dess bredd. Faktum är att för att förbättra huvudets parametrar i avläsningsläget är det nödvändigt att minska gapets bredd (för att öka upplösningen), och under inspelningen bör gapet vara bredare, eftersom det magnetiska flödet tränger in i arbetsskikt till ett större djup ("magnetisera" det genom hela tjockleken). I magnetoresistiva huvuden med två mellanrum kan var och en av dem ha en optimal bredd. Ett annat särdrag hos de övervägda huvudena är att deras inspelningsdel (tunnfilms) bildar bredare spår på skivan än vad som är nödvändigt för driften av läsenheten (magnetoresistiv). I det här fallet "samlar" läshuvudet mindre magnetisk störning från intilliggande spår.

· Jätte magnetoresistiva huvuden

1997 tillkännagav IBM en ny typ av magnetoresistivt huvud med mycket större känslighet. De kallades Giant Magnetoresistive (GMR) huvuden. De fick detta namn baserat på effekten som användes (även om de var mindre i storlek än vanliga magnetoresistiva huvuden). GMR-effekten upptäcktes 1988 i kristaller placerade i ett mycket starkt magnetfält (ungefär 1 000 gånger magnetfältet som används i hårddiskar).

Datakodningsmetoder

Magnetisk data lagras i analog form. Samtidigt presenteras själva datan i digital form, eftersom det är en sekvens av nollor och ettor. När inspelning utförs skapar digital information som kommer till magnethuvudet magnetiska domäner med motsvarande polaritet på skivan. Om en positiv signal anländer till huvudet under inspelning polariseras de magnetiska domänerna i en riktning, och om de är negativa, i motsatt riktning. När polariteten för den inspelade signalen ändras ändras också polariteten för de magnetiska domänerna.

Om huvudet under uppspelning registrerar en grupp magnetiska domäner med samma polaritet genererar det inga signaler; lasring sker endast när huvudet upptäcker en förändring i polaritet. Dessa ögonblick av polaritetsomkastning kallas teckenomkastningar. Varje teckenändring får läshuvudet att avge en spänningspuls; det är dessa pulser som enheten registrerar under dataavläsning. Men samtidigt genererar läshuvudet en signal som inte precis är den som skrevs; i själva verket skapar den en serie impulser, som var och en motsvarar ögonblicket för teckenbytet.

För att optimalt placera pulserna i inspelningssignalen skickas rådata genom en speciell anordning som kallas kodare/avkodare. Den här enheten omvandlar binära data till elektriska signaler som är optimerade för placering av skyltomkastningszoner på inspelningsspåret. Under läsning utför kodaren/avkodaren den omvända transformationen: den rekonstruerar en sekvens av binära data från signalen. Under åren har flera metoder för datakodning utvecklats, med utvecklarnas huvudmål att uppnå maximal effektivitet och tillförlitlighet för inspelning och läsning av information.

När man arbetar med digital data är synkronisering av särskild vikt. Under läsning eller skrivning är det mycket viktigt att exakt bestämma ögonblicket för varje teckenbyte. Om det inte finns någon synkronisering kan ögonblicket för teckenändringen bestämmas felaktigt, vilket gör att förlust eller förvrängning av information är oundviklig. För att förhindra detta måste driften av de sändande och mottagande enheterna vara strikt synkroniserad. Det finns två sätt att lösa detta problem. Synkronisera först driften av två enheter genom att sända en speciell synkroniseringssignal (eller synksignal) över en separat kommunikationskanal. För det andra, kombinera synksignalen med datasignalen och överför dem tillsammans över samma kanal. Detta är kärnan i de flesta datakodningsmetoder.

Även om många av de mest olika metoderna har utvecklats, används idag bara tre av dem:

ü frekvensmodulering (FM);

ü modifierad frekvensmodulering (MFM);

ü kodning med begränsningen av längden på postfältet (RLL).

Frekvensmodulering (FM)

FM-kodningsmetoden (Frequency Modulation) utvecklades före andra och användes vid inspelning till disketter med den så kallade singeldensiteten (single density) i tidiga datorer. Kapaciteten för dessa enkelsidiga disketter var endast 80KB. På 1970-talet användes FM-inspelning i många enheter, men har nu helt övergivits.

Modifierad frekvensmodulering (MFM)

Huvudmålet för utvecklarna av MFM-metoden (Modified Frequency Modulation) var att minska antalet teckenändringszoner för att spela in samma mängd data jämfört med FM-kodning och följaktligen att öka bärarens potentiella kapacitet. Med denna inspelningsmetod reduceras antalet teckenändringsområden som endast används för synkronisering. Synkroniseringsövergångar skrivs endast i början av celler med en nolldatabit och endast om den föregås av en nollbit. I alla andra fall bildas inte zonen för ändring av synkroniseringstecken. På grund av en sådan minskning av antalet teckenbytezoner med samma tillåtna täthet av deras placering på skivan, fördubblas informationskapaciteten i jämförelse med inspelningen med FM-metoden.

Det är därför som MFM-skivor ofta kallas dubbeldensitetsskivor. Eftersom med den övervägda inspelningsmetoden, samma antal teckenskiftande zoner har dubbelt så mycket "användbar" data som med FM-kodning, fördubblas även hastigheten för att läsa och skriva information till mediet.

Record Field Length Constrained Encoding (RLL)

Den överlägset mest populära kodningsmetoden är Run Length Limited (RLL). Den låter dig placera en och en halv gånger mer information på en skiva än vid inspelning med MFM-metoden och tre gånger mer än vid FM-kodning. Vid användning av denna metod kodas inte enskilda bitar, utan hela grupper, som ett resultat av vilka vissa sekvenser av teckenändringszoner skapas.

RLL-metoden utvecklades av IBM och användes först i diskenheter på stora maskiner. I slutet av 1980-talet användes den i hårddiskar i PC, och idag används den i nästan alla PC.

Mätning av lagringskapacitet

I december 1998 introducerade International Electrotechnical Commission (IEC), en standard för elektroteknisk standardisering, ett system med namn och symboler för måttenheter för användning vid databehandling och överföring som en officiell standard. Tills nyligen, med samtidig användning av decimala och binära mätsystem, kunde en megabyte vara lika med både 1 miljon byte (106) och 1 048 576 byte (220). Standardförkortningar av enheter som används för att mäta kapaciteten hos magnetiska och andra lagringsenheter anges i tabellen. 1.

Enligt den nya standarden innehåller 1 MiB (mebibyte) 220 (1 048 576) byte och 1 MB (megabyte) innehåller 106 (1 000 000) byte. Tyvärr finns det inget allmänt accepterat sätt att skilja binära multiplar av enheter från decimala. Med andra ord kan den engelska förkortningen MB (eller M) stå för både miljoner byte och megabyte.

Vanligtvis mäts lagringskapaciteten i binära enheter, men lagringskapaciteten är i både decimala och binära enheter, vilket ofta leder till förvirring. Observera också att på engelska skiljer sig bitar och bytes åt när det gäller den första bokstaven (den kan vara versaler eller gemener). Till exempel, när man refererar till miljontals bitar, används den gemena bokstaven "b", vilket resulterar i att måttenheten för miljoner bitar per sekund är Mbps, medan MBps betyder miljoner byte per sekund.

Vad är en hårddisk

Den mest nödvändiga och samtidigt den mest mystiska komponenten i datorn är hårddisken. Som ni vet är den utformad för att lagra data, och konsekvenserna av dess misslyckande är ofta katastrofala. För att fungera eller uppgradera din dator korrekt måste du ha en god uppfattning om vad det är - en hårddisk.

Huvudelementen i förvaringen är flera runda aluminium- eller icke-kristallina glasartade plattor. Till skillnad från disketter (disketter) kan de inte böjas; därav dök namnet hårddisk upp (fig. 4). I de flesta enheter är de inte borttagbara, så ibland kallas dessa enheter för fixerade (fast disk). Det finns också flyttbara enheter som Iomega Zip och Jaz-enheter.

Senaste prestationerna

Under de nästan 20 år som har gått sedan tiden då hårddiskar blev vanliga komponenter i persondatorer har deras parametrar förändrats radikalt. För att ge en uppfattning om hur långt processen med att förbättra hårddiskarna har kommit, här är några av de ljusaste fakta.

Maximal kapacitet för 5,25"-enheter har ökat från 10MB (1982) till 180GB eller mer för halvhöga 3,5"-enheter (Seagate Barracuda 180). Kapaciteten på 2,5-tumsdiskar med en höjd på mindre än 12,5 mm, som används i bärbara datorer, har vuxit till 32 GB (IBM Travelstar 32GH). Hårddiskar på mindre än 10 GB används knappast i moderna stationära datorer.

Dataöverföringshastigheterna har ökat från 85-102 KB/s på IBM XT (1983) till 51,15 MB/s på de snabbaste systemen (Seagate Cheetah 73LP).

Den genomsnittliga söktiden (dvs tiden för att ställa in huvudet på önskat spår) har minskat från 85 ms i IBM XT-datorn (1983) till 4,2 ms i en av de snabbaste diskenheterna som finns tillgängliga idag (Seagate Cheetah X15).

1982 kostade en 10MB-enhet över 1 500 $ (150 $ per megabyte). Nuförtiden har kostnaden för hårddiskar sjunkit till en halv cent per megabyte.

Ris. 4. Vy över hårddisken med topplocket borttaget

Hur hårddiskar fungerar

På hårddiskar skrivs och läses data av universella läs-/skrivhuvuden från ytan på roterande magnetiska skivor, uppdelade i spår och sektorer (512 byte vardera), som visas i fig. 5.

Enheter har vanligtvis flera diskar och data skrivs på båda sidor av varje. De flesta enheter har minst två eller tre skivor (som tillåter inspelning på fyra eller sex sidor), men det finns också enheter med upp till 11 eller fler skivor. Spår av samma typ (lika placerade) på alla sidor av skivorna kombineras till en cylinder (fig. 6). Varje sida av skivan har sitt eget läs-/skrivspår, men alla huvuden är monterade på en gemensam stav eller rack. Därför kan huvudena inte röra sig oberoende av varandra och rör sig endast synkront.

Hårddiskar snurrar mycket snabbare än disketter. Deras rotationshastighet även i de flesta av de första modellerna var 3600 rpm (dvs. 10 gånger mer än i en diskettenhet) och var tills nyligen nästan standarden för hårddiskar. Men nu har hårddiskarnas rotationshastighet ökat. Till exempel, i en bärbar dator från Toshiba roterar en 3,3 GB disk med 4 852 rpm, men det finns redan modeller med frekvenser på 5 400, 5 600, 6 400, 7 200, 10 000 och till och med 15 000 rpm. Hastigheten på en viss hårddisk beror på dess rotationsfrekvens, rörelsehastigheten för huvudsystemet och antalet sektorer på banan.

Under normal drift av hårddisken vidrör inte läs-/skrivhuvudena (och bör inte vidröra!) diskarna. Men när du slår av strömmen och stoppar skivorna sjunker de till ytan. Under drift av anordningen bildas ett mycket litet luftgap (luftkudde) mellan huvudet och ytan på den roterande skivan. Om en dammfläck kommer in i detta gap eller en stöt uppstår kommer huvudet att "krocka" med skivan, som roterar "med full hastighet". Om slaget är tillräckligt starkt kommer huvudet att gå sönder. Konsekvenserna av detta kan vara olika - från förlust av flera byte data till fel på hela enheten. Därför, i de flesta enheter, är ytorna på magnetiska skivor legerade och belagda med speciella smörjmedel, vilket gör att enheterna tål de dagliga "ups" och "landningar" av huvuden, såväl som mer allvarliga stötar.

Ris. 5. Spår och sektorer på hårddisken

Ris. 6. Drivcylinder

på hårddiskar

Spår och sektorer

Ett spår är en "ring" av data på ena sidan av skivan. Inspelningsspåret på skivan är för stort för att användas som lagringsenhet. På många enheter överstiger dess kapacitet 100 tusen byte, och det är extremt slösaktigt att tilldela ett sådant block för att lagra en liten fil. Därför är spåren på skivan uppdelade i numrerade sektioner som kallas sektorer.

Antalet sektorer kan variera beroende på spårens täthet och typ av drivning. Till exempel kan ett diskettspår vara från 8 till 36 sektorer och ett hårddiskspår kan vara från 380 till 700. Sektorer skapade med standardformateringsprogram har en kapacitet på 512 byte, men det är möjligt att detta värde kommer att ändras i framtiden.

Sektorer på ett spår numreras från en, till skillnad från huvuden och cylindrar, som räknas från noll. Till exempel innehåller en 3,5-tums HD-diskett (High Density) (1,44 MB kapacitet) 80 cylindrar numrerade 0 till 79, enheten har två huvuden (numrerade 0 och 1), och varje cylinderspår är uppdelad i 18 sektorer (1- 18).

När skivan formateras i början och slutet av varje sektor skapas ytterligare områden för att registrera deras nummer, såväl som annan serviceinformation, tack vare vilken styrenheten identifierar början och slutet av sektorn. Detta gör att du kan skilja mellan oformaterad och formaterad diskkapacitet. Efter formatering minskar diskkapaciteten, och du måste stå ut med detta, för för att säkerställa normal drift av enheten måste en del diskutrymme reserveras för serviceinformation.

I början av varje sektor skrivs dess rubrik (eller prefixdel), som bestämmer början och sektornumret, och i slutet - slutsatsen (eller suffixdelen), som innehåller kontrollsumman (kontrollsumman) som krävs för att verifiera dataintegritet... De flesta nyare enheter använder en så kallad No-ID-post istället för en header, som kan ta emot en större mängd data. Utöver de angivna områdena för serviceinformation innehåller varje sektor ett dataområde med en kapacitet på 512 byte.

För tydlighetens skull, föreställ dig att sektorerna är sidor i en bok. Varje sida innehåller text, men den fyller inte hela utrymmet på sidan, eftersom den har marginaler (överst, botten, höger och vänster). Serviceinformation placeras på marginalerna, till exempel rubrikerna på kapitel (i vår analogi kommer detta att motsvara antalet spår och cylindrar) och sidnummer (vilket motsvarar antalet sektorer). Områden på disken som liknar fält på en sida skapas när disken formateras; då registreras även serviceinformationen i dem. Dessutom, under diskformatering, fylls dataområdena för varje sektor med dummyvärden. Efter att ha formaterat skivan kan du skriva information i dataområdet som vanligt. Informationen i sektorrubrikerna och slutsatserna ändras inte under normala dataskrivningsoperationer. Du kan bara ändra det genom att formatera om disken.

Formatera diskar

Det finns två typer av diskformatering:

ü fysisk eller lågnivåformatering;

ü logisk eller högnivåformatering.

När du formaterar disketter med Explorer Windows 9x eller kommandot DOS FORMAT, utförs båda operationerna, men måste utföras separat för hårddiskar. Dessutom, för en hårddisk, finns det ett tredje steg, utfört mellan de två specificerade formateringsoperationerna, - partitionering av disken i partitioner. Partitionering är absolut nödvändigt om du tänker använda flera operativsystem på samma dator. Fysisk formatering görs alltid på samma sätt, oavsett operativsystemegenskaper och högnivåformateringsalternativ (som kan vara olika för olika operativsystem). Detta gör att flera operativsystem kan kombineras på en hårddisk.

När du organiserar flera partitioner på en enhet kan var och en av dem användas för att fungera under sitt eget operativsystem, eller representera en separat volym (volym) eller en logisk enhet (logisk enhet). En volym, eller logisk enhet, är vad systemet tilldelar en enhetsbeteckning till.

Att formatera en hårddisk är alltså en process i tre steg.

1. Lågnivåformatering.

2. Organisation av partitioner på disken.