книги из ГПНТБ / Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие

физическом объеме имеет во много раз большую рабочую поверх­ ность носителя для запоминания информации.

На основе использования магнитных дисков созданы, с одной стороны, уникальные устройства с жестко закрепленными пакетами дисков большого диаметра (до 1 м) , способные хранить огромное количество информации (до 5 Юр дв. ед.), а с другой стороны —

Рис. 6-7. Общий вид З У с несколькими магнитными дисками.

недорогие, удобные для потребителя устройства со сменными паке­

но перемещающимися магнитными головками. Для придания кон­ струкции достаточной жесткости устройство установлено на массив­ ной раме Изображенное на рис. 6-8 ЗУ на магнитной ленте с гори­ зонтальным расположением бобин имеет промежуточное хранилище ленты вакуумного типа

Свойства электромеханических ЗУ большой емкости определяют­ ся следующими основными характеристиками:

1. Общий объем хранимой информации. Емкость З У зависит от типа устройства и его конструкции. Она находится в пределах от 200-10® дв ед. для ЗУ на барабанах и магнитных лентах и до 5 -109 дв ед. для ЗУ на несменных магнитных дисках.

Следует учитывать, что емкость некоторых устройств дополни­ тельно расширяется путем смены носителя (катушек с магнитной лептой, сменных пакетов, дисков и др.).

400

2. Максимальное время обращения, т. е. максимальное время поиска информации. Это время также зависит от типа ЗУ . В уст­ ройствах с произвольным обращением оно составляет доли секунды, а в устройствах с последовательным поиском информации может доходить до нескольких минут.

3. Скорость передачи данных, равная общему количеству дво­ ичных знаков, записываемых или считываемых в секунду. Она состав­

няемый для цифровой записи, может иметь три устойчивых состоя­ ния (уровня намагниченности): положительное насыщение, отрица­

внасыщенном состоянии.

Взависимости от характера используемых при записи сигналов различают импульсные и потенциальные методы. В первом случае

длительность протекания тока в записывающей головке значительно меньше длительности такта, т. е. интервала времени, в течение кото­ рого производится запись знака. Во втором случае ток в записываю­ щей головке создастся перепадом постоянных уровней на границах между тактами.

З а п и с і ю / н а р а з м а г н и ч е н н ы й н о с и т е л ь

Методы записи на размагиичедоый. носитель используют все три устойчивых состояния носителя.; Поэтому они получили также назва­ ние методов записи по трёмуровням (применяют также название «запись с возвращением к нулю»).

Н а рис. 6-9, а приведена временная диаграмма, поясняющая им­ пульсный способ записи по трем уровням ріок в записывающей го­

-б е - переключение двух встречно соединенных обмоток записывающей головки,-лнбѳ '-иэменение-направления токз-в--одной1обмет г а .

При считывании информации магнитный поток в сердечнике

считывающей головки, возникающий при прохождении мимо нее на­ магниченных участков носителя («магнитных отпечатков»), создает э. д. с. в обмотке. Эта э. д. с. поступает на вход усилителя чтения, где происходит дифференцирование сигнала, его усиление и формиро­ вание,-...

То обстоятельство, что э. д. с. возникает как при считывании 1, так и при считывании 0, может быть использовано для выработки синхронизирующих сигналов. В некоторых схемах канала считывания положительный продифференцированный сигнал, смешанный с пере­ вернутым отрицательным, образует сигнал синхронизации.

Возможность исключения дополнительной синхродорожки, на­ пример в случае необходимости чтения информации с нескольких до­ рожек магнитного носителя, является достоинством импульсного метода записи по трем уровням.

Существенный недостаток этого метода состоит в том, что он не позволяет получить высокую плотность записи. Кроме того, из-за необходимости производить в каждом такте размагничивание носи­ теля требуется дополнительное оборудование.

Запись по двум уровням

Исходным состоянием носителя при этом методе записи является одно из заранее выбранных состояний насыщения. Обычно намагни­

рис. 6-9, По сравнению с методом записи на размагниченный носи­ тель поток в сердечнике считывающей головки при чтении 1 увели­ чивается в 2 раза, в результате чего считываемый с головки сигнал также возрастает (приблизительно вдвое).

Кратковременное перемагничивание носителя при записи 1 про­ изводится логической схемой при поступлении синхроимпульсов. Синхроимпульсы необходимы также для распознавания 0 при счи­ тывании информации, так как при записи 0 состояние носителя не из­ меняется. Признаком 1 является совпадение информационного им-

402

Информиці/’я

двум уровням с переключением потока; г — запись по двум уровням с фазо­ вой модуляцией; д — запись по двум уровням с частотной модуляцией; і—ток в головке записи; М — намагниченность носителя; е — э. д. с. считывания.

пульса С синхроимпульсом, а признаком 0 — наличие только синхро­ импульса (отсутствие информационного импульса).

Если нет возможности при записи информации записывать на специальной дорожке носителя синхроимпульсы, то в канале считы­ вания применяют генераторы синхроимпульсов. Однако поскольку скорость движения носителя не постоянна, то в этом случае должна быть заранее установлена длина массива записанной на нем инфор­ мации, содержащего только 0, которая может быть считана без ис­ кажений.

Данный метод, так же как метод записи по трем уровням, поз­ воляет производить перезапись каждого знака в массиве уже запи­ санной информации. Плотность записи при использовании этого ме­ тода такая же, как при методе записи по трем уровням.

Запись по двум уровням с переключением потока

Этот метод характеризуется быстрым переходом носителя из со­ стояния насыщения одного знака в состояние насыщения другого знака при записи одного из двоичных знаков. Метод является потен­ циальным, так как на записывающую головку подаются сигналы непосредственно с триггерных схем. По сравнению с рассмотренными импульсными методами записи, для которых характерно возвраще­ ние носителя к исходному состоянию (размагниченному состоянию или состоянию насыщения определенного знака), метод записи с пе­ реключением потока позволяет сократить вдвое частоту переключе­ ния тока в записывающей головке и тем самым повысить плотность записи.

При считывании информации в обмотке считывающей головки возникают однополярные импульсы в отличие от двухполярного сиг­ нала при использовании методов записи с возвратом носителя к ис­ ходному состоянию. Наиболее часто применяется метод записи по

исходит только при записи 1, то считывающая головка будет разли­

Достоинством метода является возможность записи на носитель новой информации без стирания предыдущей. Следует отметить, что при записи по методу переключения потока плотность записи по срав­ нению с импульсными методами повышается менее чем в 2 раза. Это обусловлено тем, что длительности считанных сигналов для каж­ дого из методов соизмеримы, и необходимо учитывать эффект вза­ имного наложения сигналов.

Метод записи по двум уровням с фазовой модуляцией

Метод характеризуется тем, что в каждом такте записи происхо­ дит смена полярности тока в записывающей головке и, следователь­ но, смена магнитных состояний носителя. Полярность тока изменя­ ется в одном направлении при записи 0 (например, с отрицательной полярности к положительной) и в противоположном направлении — при записи 1. Происходит как бы изменение фазы тока записи. Л о ­

404

6-3. У С И Л И Т Е Л И З А П И С И И С Ч И Т Ы В А Н И Я

Усилители записи

Усилитель является важной составной частью канала записи ин­ формации. Характеристики усилителя определяются параметрами головки записи, логической схемой, управляющей усилителем, и при­ нятым методом записи. Усилитель должен создавать в обмотке го­ ловки ток, требуемый для изменения состояния магнитного носителя. При этом время нарастания и спадания тока должно быть малым по сравнению со временем, необходимым для записи на носитель маг­ нитного отпечатка минимальной длины.

Рис. 6-10. Схема усилителя записи

иформа сигналов в различных

точках.

Для перемагничивания носителя в соответствии с принятым ме­ тодом записи цифровой информации либо изменяется направление тока через обмотку головки (в однообмоточных записывающих го-

406

У с и л и т е л и с ч и т ы в а н и я

Сигнал, снимаемый головкой считывания с магнитного носителя электромеханического запоминающего устройства, требует усиления и формирования для того, чтобы устранить изменения амплитуды * импульсов, вызванные недостатками магнитного покрытия, измене­ ниями частоты следования импульсов и влияниями помех (перекрест­ ные наводки и др.). Поэтому при проектировании канала считыва­ ния ставится задача получения на выходе усиленного сигнала посто­ янной амплитуды.

На рис. 6-11 представлена блок-схема канала считывания ЗУ на магнитных лентах. Первым каскадом является усилитель напря­

ны методом пикового детектирова­ ния.

лее узкие импульсы образуются после усиления и ограничения 3. Если осуществлять синхронизацию считываемой информации по фронту этих импульсов, то будет возникать ошибка синхронизации, которая при считывании с нескольких дорожек носителя эквивалент-

407

на ошибке перекоса. Для устранения этих ошибок применяют так называемый метод пикового детектирования, который позволяет осу­

ществлять точную синхронизацию.

С этой целью выпрямленный и сформированный сигнал дифферен­ цируется. Моменты времени, в которых продифференцированный сиг­ нал переходит через нуль, соответствуют максимумам считываемого сигнала. Из отрицательной части продифференцированного сигнала формируются импульсы 4. Затем осуществляется вторичное диффе­ ренцирование сигнала. Полученные при этом отрицательные импуль­ сы 6 служат для управления триггерной схемой. На выходе схемы сигналы имеют вид импульсов стандартной длины 7.

6-4. О С Н О В Н Ы Е УЗЛ Ы ЗУ НА М А ГН И Т Н О Й Л Е Н Т Е

Наиболее дешевым и распространенным в настоящее время внешним электромеханическим ЗУ для хранения больших объемов информации является устройство на магнитной ленте.

Характеристики ЗУ в значительной степени определяются кон­ структивным выполнением и схемой основных узлов. К ним отно­ сятся: стартстопный механизм (узел протягивания ленты); промежу­ точное хранилище ленты; следящий привод катушек.

408

Стартстопный механизм предназначен для быстрого пуска ленты, перемещения ее в прямом или обратном направлении с постоянной скоростью, реверсирования и быстрой остановки ленты. Имеется не­ сколько типов лентопротяжных механизмов:

1)узел протяжки с ведущим валом и прижимным роликом;

2)вакуумный ведущий механизм;

3)пневматический ведущий механизм;

4)одновальный механизм.

Наиболее типичные конструкции лентопротяжных механизмов показаны на рис. 6-4, 6-13, 6-14 и 6-15. Приводной механизм с двумя непрерывно вращающимися в разные стороны с постоянной скоро­ стью ведущими валами и двумя прижимными роликами изображен на рис. 6-4. Прижимный ролик перемещается с помощью электромаг­ нита (на рисунке не показан), который должен обеспечивать при по­ ступлении управляющего сигнала достаточно большое тяговое усилие, чтобы при пуске и остановке ленты быстро преодолевать инерцию всех подвижных частей механизма. В процессе эксплуатации необ­ ходимо тщательно следить за износом отдельных деталей (особенно эластичного прижимного ролика) и проводить регулировку механиз­ ма, чтобы избежать нежелательной деформации ленты и порчи ее покрытия.

В вакуумном ведущем механизме (рис. 6-13) имеется тонкостен­ ный полый цилиндр, у которого вдоль образующих сделаны каналыщели. Внутри вращающегося полого цилиндра помещен неподвиж­ ный цилиндр, снабженный воздушной камерой в виде сектора с дугой приблизительно 90°. Лента охватывает полый цилиндр своей нерабо­ чей поверхностью на участке, против которого расположена камера внутреннего цилиндра. В камере с помощью вакуумного насоса со­ здается разрежение. В исходном состоянии между лентой и по­ верхностью ведущего вала имеется тонкая воздушная пленка, пре­ пятствующая движению ленты. При поступлении управляющего сиг­ нала пневмоклапан (на рисунке не показан) открывает путь воздуху в камеру через каналы в полом цилиндре. Под действием избыточно­ го давления лента плотно прижимается к ведущему цилиндру и при­ ходит в движение.

Существуют приводные механизмы с одним или двумя вакуумны­ ми валами. Наиболее часто используется механизм с двумя веду­ щими валами. Здесь изменение направления движения ленты до­ стигается, как и в механизме с двумя прижимными роликами, за счет торможения ленты и возбуждения пневмоклапана другого ва­ куумного вала.

Вакуумный ведущий механизм отличается высоким быстродейст­ вием. Так как отсутствуют прижимные устройства и лента касается магнитным слоем только головок, то повышается надежность ЗУ . Н е­ достатками привода этого типа являются сложность, высокие тре­

(рис. 6-14), вращающихся в разные стороны. Вал имеет прорезы на поверхности вдоль образующих. При вращении вала между этими прорезами и нерабочей стороной ленты возникает воздушная подуш­ ка, лента отходит от ведущего вала и между ними поддерживается некоторый зазор. Для того чтобы привести ленту в движение, через воздухопровод с большим количеством отверстий, охватывающий ведущий вал, поступает воздух под давлением. В результате этого

409