Устройство обеспечивающее запись и чтение информации хранящейся на диске

Обновлено: 06.07.2024

дать представление о долговременной (внешней) памяти компьютера;
познакомить с различными принципами записи и основными правилами эксплуатации;
учить выбирать технические средства с учетом целесообразности их использования;
проверка знаний по теме Устройства ПК.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование и материалы к уроку:

Компьютер, экран, мультимедийный проектор, презентация «Долговременная память», система MyTest, учебник Н. Д. Угриновича «Информатика и информационные технологии. 8 класс», раздаточное домашнее задание.

Организационный момент.
Актуализация знаний.
Объяснение нового материала. Лекция, с демонстрацией презентации.
Ответы на контрольные вопросы с целью оценки усвоения материала.
Домашнее задание.
Подведение итогов.
Тестирование.

II. Вопросы классу

Назовите устройства ПК, назовите 2 вида компьютерной памяти.

III. Объяснение нового материала

Сначала вводится понятие «долговременная память», «носитель информации», характеризуются особенности видов памяти (при выключении компьютера вся информация в оперативной памяти стирается, а в долговременной остается, внутренняя память хранит информацию, пока питается электроэнергией).

Дисковод, накопитель – устройство, обеспечивающее запись и считывание информации.

Носитель – объект, на котором записана информация.
Вопрос классу. Приведите примеры носителей информации, опираясь на свой опыт.
Информация на носителе записана в двоичном коде, то есть в виде последовательности нулей и единиц. Физический принцип записи нулей и единиц может быть различным:
– магнитный – чередование намагниченных (1) и ненамагниченных (0) участков;
– оптический – чередование участков с различной отражающей способностью.

Гибкий магнитный диск (дискета) – магнитный принцип записи. Информация расположена на концентрических дорожках. Информационная емкость 1, 44 Мбайт. В настоящее время выходят из употребления. Принцип работы дисковода со вставленной в него дискетой похож на принцип работы жесткого диска.

Жесткий магнитный диск (винчестер) – магнитный принцип записи. В металлическом корпусе заключено несколько тонких металлических дисков.

Для записи или считывания информации магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска и производится запись или считывание информации Сверхминиатюрные магнитные головки могут записывать или считывать информацию с сотен тысяч концентрических дорожек, поэтому информационная емкость жестких дисков очень велика и может достигать 1 терабайта.

Интересно. Емкость современного винчестера может достигать 1 Tб, а скорость чтения-записи – вплоть до сотни Мегабайт в секунду. Диаметр диска винчестера составляет 3,5”, 2,5”, сохраняется тенденция к дальнейшему уменьшению размеров. Наиболее известными изготовителями являются компании Western Digital, Seagate, Fujitsu (в основном для переносных компьютеров), Samsung.

Оптические дисководы и диски.

Существует несколько типов оптических дисков:
CD-диски – для записи и считывания информации с них используется инфракрасный лазер, на CD-диск может быть записано до 700 Мбайт информации;
DVD-диски – имеют значительно большую информационную емкость, чем СD-диски, так как для записи и считывания информации с них используется лазер с меньшей длиной волны и оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно. На одной стороне DVD-диска умещается 4,7 Гбайт информации, но бывают диски двухслойные, тогда объем может достигать 8,5 Гбайт.
В оптических дисководах используется оптический принцип записи и считывания информации. Информация на оптическом диске хранится на одной спиралевидной дорожке, идущей от центра диска к периферии и содержащей чередующиеся участки с плохой и хорошей отражающей способностью.

Оптический диск под микроскопом .

В последние годы на рынок поступили оптические диски HD DVD и Blu-Ray, информационная емкость которых в 3-5 раз превышает информационную емкость DVD-дисков за счет использования синего лазера с примерно в два раза меньшей длиной волны.

Энергонезависимая память (карты flash-памяти и flash-диски) не имеют движущихся частей и не требуют подключения к источнику питания.

Информационная емкость flash-памяти достигает 16 Гбайт. Карты flash-памяти представляют собой БИС памяти, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для записи и считывания с карт памяти используются специальные адаптеры, которые могут быть встроены в мобильные устройства или подключаются к настольным компьютерам с помощью USB-разъема.
Карты flash-памяти представляют собой БИС памяти, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для записи и считывания с карт памяти используются специальные адаптеры, которые могут быть встроены в мобильные устройства или подключаются к настольным компьютерам с помощью USB-разъема.
Flash-диск представляет собой БИС памяти, помещенную в миниатюрный корпус. Flash-диск подключается к USB-разъему компьютера.

Задание. Из характеристики компьютера в сокращенном виде выделить характеристику жесткого диска и информацию о наличии дисковода. Например, Intel Celeron 700MHz / 128 Mb /Hdd 250 Gb /CD RW /DVD.

Модули ОП оберегать от электростатических зарядов при установке;
Дискеты оберегать от нагревания и сильных магнитных полей;
Жесткие диски оберегать от ударов при установке;
Оптические диски оберегать от загрязнений и царапин;
Flash-память оберегать от неправильного отключения от компьютера.

IV. Закрепление

В качестве первичного закрепления отвечаем на контрольные вопросы на с.50-51.

V. Домашнее задание

1. Заполнить таблицу «Носители информации» , §2.2.5.

2. Расположите недорогие носители информации (компакт диск, накопитель с flash-памятью, жесткий диск, оперативная память), в порядке увеличения их стоимости на единицу объема.

Решение: Решение: средняя стоимость недорогих жестких дисков составляет 6-8 руб/Гб, компакт дисков – 10-15 руб/Гб, накопителей с flash-памятью 100-150 руб/Гб, оперативной памяти DDR – 600-1200 руб/Гб

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Магнитный принцип записи и считывания информации. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции.

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнито-мягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.

В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).

При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью (рис. 4.6).

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Рис. 4.6. Жесткий магнитный диск

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Оптический принцип записи и считывания информации. В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM - рис. 4.7) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Рис. 4.7. CD-ROM и DVD-ROM

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWntable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

Flash-память. Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash-памяти (рис. 1.8) не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.).

Рис. 4.8. Карты flash-памяти

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт.

К недостаткам flash-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают несовместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти.

1. Каковы основные правила хранения и эксплуатации различных типов носителей информации?

4.4. Составить сравнительную таблицу основных параметров устройств хранения информации (емкость, скорость обмена, надежность хранения информации, цена хранения одного мегабайта).

Тема урока: Запись и считывание информации. Носители информации.

1.Сформировать у учащихся знания о способах хранения информации, процессах записи и считывания информации с носителей.

2 Развивать у учащихся познавательный интерес к предмету;

3 .Воспитывать ответственность.

Тип урока : комбинированный

Оснащенность урока: презентация «Носители информации»

1.Орг.момент(текущий инструктаж по ТБ, проверка отсутствующих).

2.Формирование новых знаний.

Во время работы компьютера все устройства, хотя бы временно, бывают носителями информации. Однако, как правило, этот термин используется в случаях продолжительного хранения данных.

Информация может сохраняться на разных материальных носителях, которые обеспечивают ее запись, хранение и воспроизведение. Различают магнитные, оптические, перфорированные, бумажные и экранные носители. К магнитным носителям относятся магнитные ленты и диски, к оптическим — компакт-диски, к перфорированным — перфокарты и перфоленты, к бумажным — бумага печатных устройств, к экранным — экраны дисплеев.
Основными магнитными носителями информации являются магнитные диски — жесткие и гибкие (дискеты). Первые жесткие магнитные диски имели диаметр около полуметра и собирались в пакеты. У современных магнитных дисков в персональных компьютерах размеры значительно меньше. Несмотря на разницу в размерах и объеме запоминаемых данных, диски имеют одинаковый принцип записи информации. Данные на магнитных дисках размещаются на концентрических дорожках, количество которых зависит от качества дисков. Дорожки, в свою очередь, делятся на секторы. Магнитная головка — устройство записи-чтения — перемещается вдоль радиуса вращающегося диска.
Плотность записи на дорожках бывает разной, и в соответствии с этим разным может быть объем памяти. Так, для дискет диаметром 3,5" объем памяти может равняться 720 Кб; 1,44 Мб; 2 Мб; 2,88 Мб.
На оптических дисках (ком-пакт-дисках) данные сохраняются на спиральных дорожках, состоящих из впадин и ровных участков. При считывании информации лазерным лучом впадины интерпретируются как нули, а ровные участки, хорошо отражающие свет, — как единицы.

Система магнитной записи
На рисунке показаны носитель и головка записи кольцевого типа. Головка состоит из сердечника с обмоткой. В сердечнике имеется зазор шириной 0,1-10 мкм. При включении в обмотку тока записи (входной сигнал) в области зазора возникает магнитное поле рассеяния (поле записи), которое воздействует на прилегающую к головке область рабочего слоя движущегося магнитного носителя, например магнитной ленты

Процесс магнитной записи: 1 — носитель записи, 2 — головка записи. Внизу показана последовательность участков с противоположным направлением намагниченности

В цифровой магнитной записи, используемой в компьютерной технике, в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание и перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя. При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка чередующихся участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. В итоге сигнал, поступающий в головку записи, оставляет на движущемся носителе след, то есть магнитную запись. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью.

После записи информации на магнитном носителе остаются участки, обладающие разным магнитным состоянием. При двоичном кодировании принято обозначать одно состояние цифрой 0, а другое — цифрой 1. Цифры 0 и 1 и соответствующие им участки носителя называются битами. Определенная последовательность из фиксированного количества нулей и единиц соответствует тому или иному символу, например: букве алфавита, цифре, знаку препинания и т.д. Таким образом, создавая в рабочем слое носителя нужную очередность намагниченных и перемагниченных участков, можно осуществить запись информации.
Материал основы магнитных носителей должен обладать вполне определенными физико-механическими свойствами. Так, у магнитной ленты основа должна иметь высокую прочность на растяжение, хорошую износостойкость, гладкую поверхность, равномерную толщину, быть эластичной. Основным материалом для изготовления основы лент и гибких дисков является полиэтилентерефталат (лавсан). Материалом основы жестких дисков является алюминиевый сплав. Он должен быть пригоден для полировки, обладать высокой твердостью и износостойкостью, в нем не должны образовываться микротрещины в процессе его обработки. В качестве запоминающей (регистрирующей) среды в магнитных носителях используются ферролаковые рабочие слои. Ферролаковый слой готовят путем введения в состав лака магнитного порошка, который представляет собой систему, состоящую из микрочастиц размером менее микрона. Частицы должны быть максимально однородными. Магнитные поля, в которых перемагничиваются частицы, должны иметь близкие значения. Поверхность частиц должна быть идеально гладкой. Наличие на поверхности частиц различных неровностей, дефектов приводит к снижению их магнитной однородности.
Гибкие магнитные диски
Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.
При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).
Жесткие магнитные диски
Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.
За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Конструкция жёсткого диска
Жёсткий диск состоит из двух основных частей: гермоблока и контроллера.
Гермоблок — это герметичная камера, заполненная чистым, не содержащим пыли воздухом, и содержащая в себе пакет магнитных дисков и блок магнитных головок (БМГ).
Магнитные диски состоят из основы, сделанной обычно из алюминия, реже из стекла или керамики и магнитного покрытия, в виде тонкой плёнки магнитотвёрдого материала (ферромагнетика), который служит собственно носителем информации. Магнитные диски собраны в пакет, находящийся на оси шпиндельного электродвигателя со стабильной скоростью вращения.
Блок магнитных головок перемещается вдоль поверхности диска от края к центру посредством сервопривода. На первых винчестерах сервопривод производился шаговым двигателем. Впоследствии стала применяться электромагнитная катушка (англ. сoil), подобная катушке магнито-электрического стрелочного прибора. Для управления головками в винчестере хранятся так называемые адаптивы — индивидуальные для каждого винчестера данные о физических характеристиках сервопривода головок — необходимые амплитуды и времена сигналов управления электромагнитом. Адаптивы обеспечивают быстрое и почти безошибочное позиционирование головки и уверенное удержание её на треке.
В выключенном положении головки лежат на дисках в специальной зоне парковки. Во избежание повреждений при транспортировке, головки в этом положении заблокированы, и не могут перемещаться до тех пор, пока диски не крутятся. При работе головки парят над поверхностью вращающихся дисков на расстоянии порядка от десятых долей до единиц микрометров. Таким образом поверхность дисков не изнашивается (как это происходит у дискет).
Внутри гермоблока вместе на блоке магнитных головок или рядом с ним расположен коммутатор, обеспечивающий переключение активных головок и предварительное усиление сигнала магнитного датчика. Если у жёсткого диска одна рабочая поверхность, то коммутатор выполняет только функции усилителя.
Контроллер представляет собой электронную схему, выполняющую функции управления органами гермоблока и преобразование информации, передаваемой между компьютером и головками. Конструктивно контроллер обычно выполнен в виде печатной платы, монтируемой на одной стороне гермоблока. На контроллере расположены узлы питания, управления шпиндельным двигателем, сервоприводом БМГ, чтения и записи информации на диски, обмена по внешнему интерфейсу, разъёмы интерфейса, питания, соединения с гермоблоком, а также технологические выводы и элементы конфигурации (джамперы).

USB-флеш-накопитель ( сленг. флешка , флэшка , флеш-драйв) — запоминающее устройство , использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB .

Основное назначение USB-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование , загрузка операционных систем ( LiveUSB ) и др. Разработан умещающийся на флешку пакет программ для автоматического снятия улик с компьютера неквалифицированным полицейским ( COFEE ).

USB-флешки обычно съёмные и перезаписываемые.

Основные компоненты флешки:

USB-интерфейс (Стандарт-А) — обеспечивает физическое соединение с компьютером.

Контроллер — небольшой микроконтроллер со встроенными ROM и RAM.

NAND-чип — хранит информацию.

Осциллятор — генерирует синхронизирующий сигнал (12 MHz) и управляет выводом данных.

Запоминающие устройства - тип носителей информации, предназначенный записи и хранения информации. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. При современном уровне технологии компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее достигается за счет создания иерархической структуры, включающей в себя сверхоперативный, основной, внешний и архивный уровни. Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти ( внешние запоминающие устройства ( ВЗУ ), контроллеры ВЗУ , а также носители информации и хранилища).

Классификация запоминающих устройств

По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

Постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, CD-ROM ). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.
Полупостоянные ЗУ, в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R ).
Многократно перезаписываемые ЗУ (например, CD-RW ).
Оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе ее обработки. Разновидностью ОЗУ являются динамические ЗУ, в которых информация исчезает после отключения от источника тока (например, память на триггерах).

По типу доступа ЗУ делятся на:

Устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).
Устройства с произвольным доступом ( RAM ) (например, магнитные диски).

По геометрическому исполнению:

дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);
ленточные (магнитные ленты, перфоленты);
барабанные (магнитные барабаны);
карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты и другие).

По физическому принципу:

Перфолента
Перфокарта
с магнитной записью
ферритовые сердечники
магнитные диски
НЖМД
Дискеты (НГМД)
магнитные ленты
магнитные карты
оптические
CD
DVD
HD-DVD
Blu-Ray
Магнитооптические:
CD-M

По форме записанной информации выделяют:

аналоговые запоминающие устройства
цифровые запоминающие устройства

Основными техническими характеристиками ВЗУ являются:

информационная емкость определяет наибольшее количество единиц данных, которое может одновременно храниться в ВЗУ. Она зависит от площади и объема носителя, а также от плотности записи;

плотность записи - число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (по дорожке), и поперечную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости (число дорожек);

время доступа, т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока.

скорость передачи данных определяет количество данных, считываемых или записываемых в единицу времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа каналов и т.п.

Основы магнитной записи

Состояния материала носителя: размагниченное (а); намагниченное (б) - (д)

Запись и считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного носителя и магнитной головки ( МГ ), которая представляет собой электромагнит. Материал магнитного покрытия можно представить множеством хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля, создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. б, в), то магнитную запись называют горизонтальной, а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис. г, д), то магнитную запись называют вертикальной. Хотя вертикальная запись потенциально позволяет добиться более высокой плотности записи, наиболее распространена горизонтальная запись.

Для регистрации информации используется переход от одного состояния намагниченности в противоположное. Этот переход является " отпечатком ", который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.

Для горизонтальной магнитной записи МГ записи имеет небольшой зазор, через который замыкается магнитный поток. Под действием тока в обмотке домены носителя ориентируются в одном направлении. Если изменить направление тока записи Iw, то ориентация доменов будет противоположной Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя и др.

Воздействие тока на различные участки носителя при его движении

Если плотность записи очень большая, то соседние переходы влияют друг на друга и это должно учитываться при построении схем записи и воспроизведения.

Магнитная головка чтения позволяет определить моменты времени, когда при движении носителя под ней оказываются границы между участками с противоположными состояниями намагниченности. Магнитный поток, создаваемый доменами носителя, частично замыкается через магнитопровод МГ чтения. Для сокращения длительности импульса воспроизведения уменьшают зазор в головке, толщину магнитного покрытия и расстояние между МГ и покрытием.

Если расстояние от МГ до покрытия равно нулю, то реализуется контактная запись (НМЛ, НГМД). Трение между носителем и МГ вызывает их износ и ограничивает скорость движения носителя. При использовании НЖМД реализуют бесконтактную запись, при которой МГ находится на расстоянии 0,2-5 мкм над поверхностью носителя.

Схемы записи и воспроизведения

Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток Iw или -Iw в процессе записи, а чтобы предотвратить разрушение записанной информации при хранении и считывании, ток записи должен отсутствовать. Этого можно добиться с помощью следующей схемы (рис. ,а). МГ записи имеет две обмотки W1 и W2 , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W1, переводя носитель в одно из состояний намагниченности. Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2Iw по обмотке W2 . Этот ток формируется усилителем записи при наличии сигнала разрешения записи и сигнала от схем кодирования.

Использование элементов с тремя состояниями ( Кл - ключ, переключатель) позволяет уменьшить энергетические затраты и несколько повысить быстродействие, так как требует коммутации меньших токов (рис. б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.

Представление цифровой информации на внешнем носителе

Способы записи устанавливают соответствие отпечатков на поверхности носителя значениям "0" и "1". Наиболее распространенными являются способы записи без возврата к нулю (БВН), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции, группового кодирования (ГК). Трактом или каналом записи-воспроизведения называют совокупность аппаратных средств, позволяющих при операциях записи получать отпечатки и восстанавливать записанную кодовую последовательность при операциях чтения. При магнитной записи основными компонентами тракта являются головка записи и воспроизведения, усилители записи и воспроизведения, детекторы информационных и синхронизирующих сигналов, схемы управления.

Рассмотрим наиболее распространенный способ записи - " без возврата к нулю ". Суть этого способа состоит в том, что при записи "1" направление тока изменяется, а при записи "0" - не изменяется и отпечатков на поверхности носителя не остается. Запись и чтение осуществляются при постоянной скорости перемещения носителя. Для воспроизведения "0" и отделения их от "1" используются синхроимпульсы которые при считывании могут воспроизводиться автономным тактовым генератором или считываться как служебная информация со служебной дорожки носителя.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД)

Устройство НГМД включает ГМД, пять основных систем (приводной механизм, механизм позиционирования, механизм центрования и крепления, систему управления и контроля, систему записи-считывания) и три специальных датчика (датчик индексного отверстия, датчик запрета записи, датчик дорожки 00).

Дисковод имеет две головки для чтения и записи данных, т.е. головки приводятся в движение устройством, которое называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Головки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск.

Верхняя и нижняя головка монтируются на одном держателе и двигаются. Головки представляют собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа.

Цилиндр - это общее количества дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок.

Кластер - это ячейка размещения данных, отдельный кластер представляет собой наименьшую область диска, которую DOS может использовать при записи файла. Кластер занимает один или несколько секторов.

Метод записи называется туннельной подчисткой (дополнительные головки стирают внешние границы, аккуратно подравнивая их на диске).

Позиционирование - это расположение головок относительно дорожек, которые используются ими для чтения и записи.

Головки снабжены пружинами и прижимаются к диску под небольшим давлением. Это означает, что они находятся в непосредственном контакте с поверхностью диска во время чтения и записи.

В результате контакта между головками и диском на головках постепенно образуется налет оксидного материала диска. Этот слой должен периодически счищаться с головок во время профилактического ремонта или обычного обслуживания.

Привод головок

Это устройство с механическим двигателем, которое заставляет головки перемещаться над поверхностью диска (используется шаговый двигатель). Шаговый двигатель осуществляет перемещения в двух направлениях с определенным приращением (шагом). Этот двигатель поворачивается на точно определенный угол и останавливается. Шаговый двигатель выполняет перемещение между фиксированными ограничителями, или упорами, и должен останавливаться при определенном положении ограничител. Шаговые двигатели не могут осуществлять непрерывное позиционирование. Каждый шаг перемещения определяет дорожку на диске. Двигателем управляет контроллер диска.

Обычно шаговый двигатель соединен с держателем головок свернутой в спираль стальной лентой. Лента наматывается на ось шагового двигателя, что делает вращательное движение поступательным. В некоторых дисководах вместо ленты используется червячная передача. В устройствах этого типа головки монтируются на червячной передаче, приводимой в движение непосредственно валом шагового двигателя (устанавливается на дискетах диаметром 3,5 дюйма).

Двигатель привода диска

Этот двигатель вращает диск (скорость вращения 300-360 об/мин). В старых дисководах двигатель вращал ось диска с помощью ременной передачи (больший вращающий момент), но во всех современных дисководах используется система прямого привода. Она надежнее, дешевле и компактнее.

Платы управления

В дисководе всегда есть одна или несколько плат управления, или логических плат, на которых расположены схемы управления приводом головок, головками чтения/записи, вращающимся двигателем, датчиками диска и другими компонентами дисковода. Логическая плата осуществляет взаимодействие дисковода и платы контроллера в компьютере.

Во всех дисководах гибких дисков для ПК используется интерфейс Shugart Associates SA-400 , созданный Шугартом в 1970-х годах.

Контроллер

В первых моделях компьютеров НГМД подключались к плате расширения, установленной в разъем ISA системной платы. Позднее эти платы были усовершенствованы: кроме поддержки накопителя на гибких дисках, была добавлена поддержка последовательного и параллельного портов, интерфейса IDE/ ATA . В настоящее время все эти устройства интегрированы в системную плату.

Независимо от типа (внешний или интегрированный), контроллер использует следующие ресурсы:

запрос на прерывание - 6;
канал DMA - 2;
порты ввода-вывода - 3F0-3F5, 3F7 (ввод-вывод).
Эти ресурсы стандартизированы и изменять их не следует.

Один для подводимого к дисководу электрического питания, а другой для передачи сигналов управления и данных к дисководу и от него. Четырехконтактный линейный разъем Mate-N-Lock компании AMP большого и малогоразмеров используется дляподключения питания, а34-контактные разъемы - для сигналов данных и управления.

Pазъемы

Разъемы со стороны кабеля питания являются разъемами-"мамами". Они насаживаются на штыревой разъем ("папу"), который прикреплен к дисководу.

В 34-контактном кабеле линии 10-16 разрезаны и перекручены между разъемами дисководов. Это перекручивание переставляет первое и второе положения перемычки выбора дисковода и сигналы включения двигателя, а следовательно, меняет на противоположные установки DS для дисковода, находящегося за перекручиванием.

Полезная поверхность диска представляет собой набор дорожек, расположенных с определенным шагом. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки). Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Дорожка разбивается на отдельные участки записи равной длины - секторы. Начало участков записи-считывания на дорожках определяется имеющимся на диске специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении диска проходит под соответствующим окном кассеты, другой фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический импульс, по которому обнаруживается позиция начала дорожки.