Сделай Сам Свою Работу на 5

Узлы накопителей на магнитных дисках.





 

Узел привода диска состоит из электродвигателя привода, на валу которого находится шпиндель и механизма центровки и крепления диска к шпинделю. В качестве электродвигателей привода диска в малогабаритных накопителях применяют двигатели постоянного тока с неподвижными катушками и вращающимся магнитом. Они имеют плоскую форму и позволяют уменьшать габариты (высоту) накопителя.

Схема управления двигателем обеспечивает переключение тока в его обмотках, а также поддерживает постоянной частоту вращения якоря. Двигатели снабжаются датчиком частоты вращения (тахогенераторами).

Этот узел обеспечивает перемещение головки с одной дорожки на другую и удерживание головок на выбранной дорожке. Для определения положения головок в механизм позиционирования введен датчик положения. В накопителях на гибких магнитных дисках наиболее часто применяются шаровые электродвигатели, позволяющие избавиться от необходимости применять датчики положения и фиксаторы. Положение головки однозначно зависит от уровня сигнала «направление» и количества импульсов «шаг», а удержание головки на дорожке обеспечивается сохранением напряжения на одной из обмоток двигателя.



Преобразование вращательного вала электродвигателя в поступательное движение суппорта осуществляется винтовой парой (винт-гайка) или ленточным механизмом. Ленточка или гайка крепятся к суппорту и обеспечивают его линейное перемещение по направляющим при вращении вала шагового электродвигателя. (Рис 80 и 81).

 
 

Рис. 80. Кинематическая схема винтового механизма преобразования вращательного движения в поступательное.

1. Шаговый электродвигатель. 2. Вал электродвигателя. 3. Винт. 4. Опора винта. 5. Гайка. 6. Каретка механизма позиционирования. 7. Направляющие каретки. 8. Магнитная головка. 9. Магнитный диск.

 
 

 

Рис. 81. Кинематическая схема ленточного механизма преобразования вращательного движения в поступательное.

1. Вал шагового электродвигателя. 2. Ленточка. 3. Суппорт каретки магнитных головок. 4. Магнитная головка. 5. Магнитный диск. 6. Винты крепления ленточки.

 

 

При конструировании современных накопителей ставятся задачи увеличения объема информации записывания на диск (пакет). Существенно увеличить объем записывания информации можно только за счет увеличения плотности записи до 20 ¸ 30 дорожек на мм радиуса диска. При такой плотности для управления механизмом применяются следующие системы с обратной связью. (сервосистемы). В накопителях со сменными пакетами дисков одна из поверхностей пакета выделяется для записи специальной служебной информации, необходимой для управления механизмом позиционирования головок. Эта поверхность называется обслуживающей или сервоповерхностью. На нее изготовителем записывается однородная информация по каждой дорожке. Рис. 82.



 
 

 

Рис. 82. Взаимное расположение рабочих дорожек и дорожек сервоповерхности, а также головок и дорожек.

 

Запись на двух соседних дорожках находится в противофазе. Поэтому, когда сервоголовка находится между двумя дорожками, напряжения на ней равно нулю. Это является признаком того, что рабочие головки расположены точно над дорожками рабочих поверхностей. Для привода каретки с головками в этом случае применяются линейные или поворотные электродвигатели.

При позиционировании на другую дорожку напряжения, на сервоголовке то возрастает, то уменьшается. Количество импульсов равно количеству пройденных дорожек (цилиндров). Частота этих импульсов зависит от скорости перемещения головок. (Рис. 83.)

 

 
 

Рис. 83. Временные диаграммы напряжений сервоголовки.

а). Скорость перемещения головок относительно велика. б). Скорость перемещения головок небольшая. Uсг – напряжение сервоголовки после преобразования и усиления.



 

Сервосистема позиционирования головок может иметь такой режим работы, когда после позиционирования отслеживается положение рабочей головки относительно дорожки.

В накопителе на не сменных, жестких магнитных дисках информация, необходимая для работы сервосистемы может быть получена при чтении рабочей дорожки. Применение сервосистемы позволило довести объем записываемой информации на пакет не сменных, жестких дисков до нескольких десятков гигабайт.

В некоторых случаях строятся накопители на сменных магнитных модулях (типа «винчестер»). Модуль представляет собой совокупность пакета дисков, шпинделя, на котором он установлен и механизма позиционирования с головками, объединенных в один герметизированных корпус. Такой модуль устанавливается на собственно накопитель, где располагается электродвигатель привода диска (пакета) и вся электрическая часть (источники вторичного электропитания, логические схемы, схемы управления, схемы сопряжения с интерфейсом).

Развитие интегральных технологий и техники микромашин в последние годы позволило выпускать миниатюрные накопители на жестких магнитных дисках, имеющие емкость несколько десятков гигабайт. Они используются в качестве внутренней постоянно переписываемой памяти персональных компьютеров. Кроме того такие накопители могут служить средством обмена информацией между пользователями и называются «винчестерами».

Запись и чтение информации на магнитных дисках может быть как контактной когда головка касается поверхности диска, так и бесконтактный, когда головка удерживается на некотором расстоянии от поверхности диска за счет аэродинамической силы в несколько миркометров или специальной смазки (несколько нанометров). Контактный способ записи и чтения используется при низких скоростях движения носителя (гибких магнитных дисках). Бесконтактный способ – в накопителях на жестких дисках. Частота вращения диска в этом случае составляет несколько тысяч оборотов в минуту. Увеличение скорости движения носителя позволяет увеличить скорость обмена информацией.

При записи информации на магнитные диски используется туннельное стирание, т.е. стирание участков поверхности диска между дорожками. Это необходимо для калибровки ширины дорожки и уменьшения помех от соседних дорожек при чтении, также позволяет увеличить поперечную плотность записи. Туннельное стирание осуществляется после записи.

В качестве примера рассмотрим конструкцию и принцип работы одного из накопителей на гибких магнитных дисках ЕС 5323

НГМД ЕС 5323 предназначен для записи информации на гибких магнитных дисках диаметром 130 мм (5 дюймов). Применяется этот накопитель в качестве ВЗУ персональных ЭВМ. Структурная схема накопителя приведена на рисунке 84.

 

 
 

Рис. 84. Структурная схема накопителя информации на гибких магнитных дисках ЕС 5323.

1. ГМД – гибкий магнитный диск.

2. Вырез конверта для защиты записи

3. Индексное отверстие диска (конверта)

4. Отверстие в конверте для доступа головки к диску

5. Посадочное отверстие диска

6. Электродвигатель привода диска

7. Регулятор частоты вращения вала электродвигателя привода диска

8. Логика привода диска (схема управления движением).

9. Магнитные головки (верхняя и нижняя).

10. Шаговый электродвигатель позиционирования головки

11. Коммутатор фаз шагового электродвигателя.

12. Усилитель записи.

13. Усилитель чтения.

14. Формирователи сигналов записи и чтения.

15. Датчик «защита записи»

16. Логика защиты записи.

17. Формирователь сигнала «ИНДЕКС».

18. Формирование сигнала «ИНДЕКС».

19. Датчик нулевой дорожки.

20. Формирователь сигнала «Дорожка 00».

 

Для питания электронных схем накопителя необходимы два напряжения питания. +5В (питание логических схем) и +12В (питание электродвигателей) относительно общего привода. При установке диска в накопитель перекрывается излучение датчика «защита записи» и вырабатывается сигнал, который поступает в логику управления двигателем и вызывает включение двигателя привода диска. При закрывание двери, диск прижимается к вращающемуся шпинделю, что обеспечивает лучшую его центровку относительно оси шпинделя. Через некоторое время двигатель привода выключается.

Для логического подключения накопителя к контроллеру, контроллером выдается сигнал «ВЫБОР».

На плате логики управления двигателем имеются перемычки, позволяющие выбрать условие включения привода диска:

1. по сигналу «ВЫБОР»

2. по сигналу «СТАРТ»

3. при наличии двух сигналов «ВЫБОР» и «СТАРТ».

 

При вращении диска формируются сигнал «ИНДЕКС», который поступает в контроллер и указывает, что в момент возникновения сигнала около зазора головки проходит начало дорожки. Кроме этого сигнал «ИНДЕКС» подается на логику управления двигателя, где анализируется его период, и, если период равен 200 ± 20 мс, вырабатывается сигнал «ГОТОВ». Только при наличии сигнала «ГОТОВ» контроллер продолжает управление накопителем. Формирование сигнала «ГОТОВ» может быть связано также с положение двери накопителя.

При загрузке рабочей программы контроллер выдает сигнал «НАПРАЛЕНИЕ» соответствующего уровня для движения головки назад и формирует серию сигналов «ШАГ». По импульсам «ШАГ» коммутатор фаз осуществляет переключение обмоток шагового электродвигателя в результате чего головки перемещаются в направлении края диска. Когда головка достигнет нулевой дорожки, соответствующий датчик вырабатывает сигнал «ДОРОЖКА 00». По этому сигналу контроллер прекращает подачу сигнала «ШАГ», затем контроллером выдается сигнал «ВЫБОР ПОВЕРХНОСТИ» такого уровня, чтобы включалась нижняя головка (нулевая дорожка). Сигнал «ЗАПИСЬ» при этом высокого уровня, поэтому канал записи-чтения включен в режим чтения и программа загружается в память ЭВМ. При необходимости контроллер осуществляет переключение головок и перемещение их на другие дорожки.

При вводе команды «ЗАПИСАТЬ» контроллер анализирует уровень сигнала «ЗАЩИТА ЗАПИСИ». Если уровень низкий, то запись запрещена Если уровень сигнала «ЗАЩИТА ЗАПИСИ» высокий, то в определенный момент времени контроллер выдает сигнал «ЗАПИСЬ» и сразу же «ДАННЫЕ ЗАПИСИ». Канал записи-чтения накопителя переключается в режим записи и формирует токи записи и туннельного стирания.

 

 

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА ОПТИЧЕСКИХ ДИСКАХ

 

В настоящее время широкое распространение получают устройства записи информации на оптические диски. Это объясняется тем, что оптические диски позволяют хранить и перенос больших объемов информации, надежное архивирование данных, хранение видео- и аудио- информации, резервирование важного программного обеспечения.

Оптические диски, предназначенные для записи информации, делятся на два типа – диски для однократной записи (CD-R) и диски для многократной записи (CD-RW).

Для однократной записи используются так называемые «болванки», представляющие собой обычный компакт-диск, в котором отражающий слой выполнен преимущественно из золотой или серебренной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает определенные точки металлической поверхности, которые нагреваются и нагревают соприкасающиеся с ними участки регистрирующего слоя. В результате они темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные питам штампованного компакт-диска.

На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках. Это позволяет при помощи соответствующего программного обеспечения записывать звуковые, фото- и видеодиски, которые могут затем проигрываться в бытовых звуковых и видеопроигрывателях. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже обычного, отчего некоторые устройства могут работать с ними неуверенно.

Для записи используется луч лазера длиной волны 780 нм, а интенсивностью более, чем в 10 раз сильнее, чем при чтении. Органический материал (краситель) при этом нагревается до температуры около 200оС.

 

В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под действием лазерного луча, свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно. В результате чего, меняется прозрачность этого слоя. Фиксация изменений состояния происходит благодаря тому, что материал регистрирующего слоя при нагреве свыше критической температуры 500оС переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической 200оС восстанавливает кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и дисков для однократной записи, что затрудняет их чтение в обычных устройствах.

Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру записи и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF (универсальный дисковый формат), позволяющая динамически создавать и уничтожать отдельные файлы на диске.

 

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА МАГНИТО-ОПТИЧЕСКИХ ДИСКАХ.

 

Магнитооптический диск представляет собой диэлектрическое основание, покрытое с двух сторон специальной магнитооптической пленкой. На пленке фрезеруются канавки разделяющие дорожки. Затем с обеих сторон диск покрывается прозрачным защитным лаком.

Запись осуществляется на предварительно очиненный от предыдущей записи диск. Вблизи поверхности диска располагается подмагничивающая головка, создающая магнитное поле, меняющееся по закону записываемой информации. При нормальных эксплуатационных температурах магнитооптическая пленка не подвержена действию внешних магнитных полей, поэтому подмагничивающая головка не воздействует на диск. Для записи информации дорожка диска нагревается лучом лазера до температуры выше точки Кюри (около 150оС). При такой температуре магнитооптическая пленка намагничивается в соответствии с внешним магнитным полем. Происходит это только в точке действия лазерного луча. При остывании пленки степень и направление ее намагниченности сохраняется.

Читается магнитооптический диск лучом лазера меньшей мощности. При этом отраженный от магнитооптической пленки луч поляризуется, причем направление поляризации (в соответствии с эффектом Керра) зависит от направления и интенсивности магнитного поля каждого пита. Отраженный от магнитооптической пленки луч затем проходит поляризационную пластину, в результате чего интенсивность потока падающего на фотоприемник меняется в соответствии с законом записанной информации.

Магнитооптические диски обеспечивают высокую степень сохранности записанной информации, т.к. не подвержены действию магнитных полей и радиации, допускают до миллиона циклов перезаписи без потери качества. Гарантированный фирмой, срок службы диска составляет десять лет. Магнитооптические диски являются весьма перспективными носителями информации.

Литература.

1. A.M. Ларионов, Н. Н Горнец. Периферийные устройства в вычислительных
системах. М, ВШ. 1991.

2. В.А.Семененко и др. Электронные вычислительные машины. М. ВШ. 1991.

3. Э. Фигурнов. IBM PC для пользователя. М.Инфра-М 1994.

6. A.А МячевСистемы ввода-вывода цифровыхЭВМ. М.Энергоиздат. 1983.

7. Журнал “Микропроцессоры и микропроцессорные системы”.

9. Сайты сети Internet.

12. Компьютерный журнал UPGRADE.

16. Персональный компьютер для всех. Под редакцией А.Я. Савельева. Книга 1. Хранение и обработка информации. М. ВШ. 1991.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.