1.3.1.Пам’ять на магнітній дротині

П

Рис. 1.8. Телеграфон Паульсена

ам’ять на магнітній дротині (англ.: plated wire memory) [4] використовувалась в магнітофонах до запровадження в якості носія магнітної стрічки. Вперше як носій інформації магнітна дротина була застосована у 1898 році в телеграфоні Паульсена (див. рис. 1.8). На циліндр, який міг обертатись з постійною швидкістю, щільно намотувався металевий дріт діаметром 0,5мм. Вздовж циліндра по направляючій рухалась електромагнітна головка зі швидкістю 2,1м/c, яка могла намагнічувати певні ділянки дроту. Для відтворення запису процеси відбувались у зворотному напрямку.

Слід зазначити, що при використанні дроту в якості носія виникала проблема з’єднання окремих його відрізків.

Останнім часом пам’ять на магнітній дротині використовується в авіаційних „чорних скриньках”, оскільки цей носій має високу стійкість до зовнішнього впливу екстремальних температур, тисків, дії агресивних середовищ тощо.

1.3.2. Пам’ять на магнітній стрічці

Пам’ять на магнітній стрічці (англ.: magnetic tape memory, стрімер) відноситься до економного засобу зберігання інформації. Вона застосовується для зберігання великого обсягу відповідальних даних, які використовуються досить рідко або не вимагають малого часу доступу [4].

Вперше приводи на магнітній стрічці були випущені корпорацією ІВМ у 1952 році. В цих пристроях з цифровим зберіганням інформації використовувалась перша комерційна комп’ютерна стрічка, розроблена компанією 3М. Мета 3М полягала в розробці магнітної стрічки із щільністю запису близько 100біт/дюйм² (bpi) і загальної ємності до 2МБ.

У

Рис. 1.9. Силові лінії магнітного поля біля зазору записуючої головки

1957 році в якості основи магнітної стрічки почала використовуватись попередньо витягнута тонка поліефірна плівка. Перші магнітні стрічки містили від 7 до 9 доріжок (треків), а їх щільність досягала 488 доріжок на дюйм (lpi). Робочий шар стрічки покривався тонким шаром пластику для захисту стрічки від деформації головкою, а також – від впливу вологості. Крім того, вперше бобіни магнітної стрічки було вкладено в картриджі. Така конструкція зменшувала чутливість стрічки до умов навколишнього середовища і механічних впливів. Вона стала більш придатною для використання в автоматичному режимі, полегшуючи пошук та управління інформацією.

Параметри сучасних магнітних стрічок наступні:

1. Ширина стрічки – від 3,81мм до 12,5мм.

2. Ширина треку на магнітній стрічці – 1,5мкм.

3. Щільність доріжок (lpi) – 488 доріжок на дюйм.

4. Лінійна щільність бітів інформації в найновіших зразках стрічок становить 150000 біт/дюйм.

5. Матеріал основи: ацетилцелюлоза, полівінілхлорид, поліефірна смола. Товщина основи – 20-45мкм.

6. Загальна кількість інформації на одній стрічці – до 8ТБ.

Матеріалом феромагнітного робочого шару служить сухий лак, в якому знаходиться феромагнітний матеріал (Fe₂O₃, сплав Co - Ni, CrO₂, металізоване покриття (МР)). Феромагнітний матеріал з лаком має назву - феролак. Товщина феролаку – 5-20мкм. Частинки феромагнетику можуть мати кубічну або голкову форму при довжині голок – 0,1-1мкм. Голки розміщуються вздовж стрічки. Феромагнетик робочого шару складає близько 30% від об’єму лаку.

Використовується тож магнітні стрічки з подвійним барій-феритовим робочим шаром, що дозволяє в декілька разів підвищити щільність інформації на стрічці.

В якості головок читання використовуються GMR-головки.

В цілому запис і читання інформації на магнітну стрічку відбувається за фізичними принципами приведеними в параграфі 1.2, але існує низка обмежень до матеріалу робочого шару стрічки, її швидкості відносно головки читання, величини зазору головки та ін.

Результати розрахунку магнітного поля біля зазору записуючої головки приведені на рис. 1.9, де зображені силові лінії магнітного поля. При імпульсній зміні струму i(t) в обмотці головки запису на стрічці утворюються ділянки, напрямок вектора намагнічення яких або співпадає з напрямком руху стрічки для імпульсів струму однієї полярності, або протилежний напрямку руху стрічки для імпульсів струму протилежної полярності. Орієнтовно можна вважати, що довжина ділянки l намагніченості доріжки стрічки становить

, (1.10)

де τ – час імпульсу струму в головці, s – величина зазору, – швидкість руху стрічки.

Для того, щоб вектор намагнічення ділянки треку стрічки мав однорідне значення, необхідно щоб на ньому була присутня достатньо велика кількість голок феромагнетику. Тому необхідне виконання умови: l>>l_г, (1.11)

де l_г – середня довжина однієї голки.

Для розділення намагнічених ділянок, що відповідають двом послідовним імпульсам в котушці головки необхідно, щоб за час паузи між імпульсами струму намагнічена ділянка встигла вийти із магнітного поля в зазорі осердя. Для цього повинна виконуватись умова: < . (1.12)

Співвідношення (1.10) і (1.12) показують, що допустима щільність запису інформації на доріжці при заданій швидкості її руху збільшується при зменшенні ширини зазору осердя записуючої головки. Однак, довільно зменшувати ширину зазору s неможливо, оскільки при цьому буде зменшуватись розсіювання магнітного поля і глибина його проникнення в робочий шар стрічки. В результаті цього буде зменшуватись і величина вектора намагнічення. Крім того, створення вузьких і в той же час достатньо однорідних по товщині зазорів є технічно важкою задачею.

Всі ці фактори, а також умова (1.11) обмежують граничну щільність магнітного запису на стрічку та інші магнітні носії.

25

Технології запису даних на магнітну стрічку

Технології, що використовуються при створенні стрічкових накопичувачів, залежать від декількох обставин. Вони повинні оптимізувати ширину стрічки і метод розміщення запису на ній, забезпечити максимальну швидкість руху і мінімальне число перегинів при перемотуванні, знайти спосіб зниження тертя між стрічкою і головками запису/читання тощо. Інший комплекс проблем пов’язаний з вибором способу запису на плівку та визначенням методу зчитування інформації, в тому числі і компресії даних. Але найголовніше – знайти оптимальне поєднання, що забезпечує найшвидший доступ до даних, високу їх пропускну здатність та надійність зберігання. У пошуках оптимального рішення фірми-виробники розробляють власні системи. Проте, незважаючи на конструктивні відмінності, в усіх стрічкових пристроях використовується лише два базових методи запису:

1. Лінійний магнітний запис (DLT/SDLT, SLR, LTO);

2. Похило-рядковий магнітний запис (DAT/DDS, AIT, S-AIT, VXA).

Л

Рис. 1.10. Лінійний (І) і похило-рядковий (ІІ) магнітний запис: а) магнітна стрічка, б) доріжки, в) фіксована магнітна головка, г) магнітні головки, що обертаються

інійна технологія (серпантинний запис) (див. рис. 1.10.І) передбачає рух магнітної стрічки вздовж нерухомих записуючої і читаючої головок. Операції запису/читання виконуються як при прямому, так і при зворотному русі стрічки. Таким чином, інформація записується по доріжках, розташованих вздовж магнітної стрічки. При записі/читанні стрічка рухається в обох напрямках вздовж нерухомої головки; по досягненні кінця стрічки головка зсувається на одну доріжку, а стрічка рухається в протилежному напрямку. Для збільшення швидкості запису/читання встановлюється декілька головок, які працюють з декількома доріжками одночасно.

Переваги:

1. Можливість створення простого і надійного механізму протягування стрічки.

2. Незначне зношування магнітної стрічки.

3. Висока надійність зберігання даних.

Недоліки:

1. Відносно низька щільність запису інформації.

2. Залежність швидкості запису/читання від швидкості руху магнітної стрічки.

У системах з похило-рядковим записом (спіральний запис) кілька записуючих/читаючих головок розміщують на барабані, що обертається (див. рис. 1.10.ІІ). Цей барабан встановлюється під деяким кутом до вертикальної осі. Доріжки запису розміщуються під кутом до напрямку швидкості магнітної стрічки, тобто вони мають невелику скінчену довжину. При обертанні барабану, головка описує спіраль відносно рухомої стрічки весь час попадаючи на нову доріжку. Оскільки абсолютна швидкість руху стрічки невелика, процеси старту і зупинки запису/читання займають менше часу і створюють менші механічні навантаження на стрічку.

Переваги:

1. Можливе використання більш тонких стрічок.

2. Щільність розташування доріжок (lpi) в декілька разів вища ніж при лінійній технології.

Недоліки:

1. Складна (а отже, ненадійна) конструкція протягування стрічки.

2. Сильне зношування магнітної стрічки при експлуатації.

26

В розглянутих технологіях реалізуються різні способи запису даних на магнітну стрічку.

Розглянемо два найпростіші з них:

1.Запис з поверненням до нуля

В цьому способі запису стрічка намагнічується до насичення лише під час проходження послідовності коротких імпульсів. В проміжку між імпульсами стрічка залишається ненамагніченою. Такий запис ще називають записом з проміжками.

Для прикладу розглянемо запис і читання з поверненням до нуля коду 10110001 (див. рис. 1.11). На малюнку показані:

1) Заданий код, поданий разом з тактовими синхроімпульсами (рядок 2). 3) Форма струму намагнічення і(t) в записуючій головці, що відповідає заданому коду. 4) Орієнтація намагнічених ділянок на стрічці J(х), розділених не намагніченими ділянками. Наступні рядки показують процес відтворення запису. Їм відповідають:

5) Полярність імпульсів е. р. с. ε_і(t) і силі струму в головці читання. 6) Імпульси на виході дешифратора запису. 7) Синхроімпульси, які разом з сигналами на виході дешифратора дозволяють відтворити записаний код (рядок 8).

На головку запису обов’язково попадають синхроімпульси. Це імпульси, які дозволяють дані на стрічці розміщувати рівномірно. При подачі синхроімпульсу на головку запису одночасно з ними п

Рис. 1.11. Запис з поверненням до нуля

одаються струми намагнічення. З рис. 1.11 видно, що при запису з поверненням до нуля сигналу „1” відповідає струм намагнічення позитивної полярності, „0” – негативної. Відповідно до подачі струму намагнічення в магнітній стрічці будуть намагнічуватись відповідні її ділянки. При зчитуванні інформації в котушці головки зчитування виникають по два імпульси ЕРС на одну ділянку намагнічення доріжки.

Для розшифрування такого запису потрібен дешифратор, який видає імпульси, при умові, що на початку синхроімпульсу має місце негативний викид струму відтворення і не видає імпульси, якщо на початку синхроімпульсу струм читання позитивний. В якості дешифраторів використовуються тригерні схеми, які будуть розглянуті в розділі 2.

Недоліки:

Не економність. Та обставина, що кожному біту інформації відповідає два імпульси струму читання приводить до зношування головок. Крім того на магнітній доріжці є ділянки, на які не записується інформація, що знижує загальну щільність запису і об’єм пам’яті.

2.Запис без повернення до нуля (запис без проміжків)

Такий вид запису на стрічку показаний на рис. 1.12.

П

Рис. 1.12. Запис без повернення до нуля

ри такому виді запису напрямок струму в котушці запису змінюється на протилежний лише при зміні „0” на „1” і навпаки. Струм в обмотці запису не зникає, а лише змінює напрямок на протилежний.

Недоліки:

Великі вимоги до дешифратора. Якщо в записі є велика кількість „1”, підряд, то дешифратор повинен працювати неперервно, що накладає обмеження на електричну схему тригера. Можливі помилкові включення тригера, а також пропуски тригером сигналів, що вносить суттєві помилки при відтворенні.

27