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

воздушная подушка разрушается и лента прижимается к вращаю­ щемуся ведущему валу на дуге, равной приблизительно 80°. При использовании повышенного давления время пуска и остановки по сравнению с вакуумным ведущим механизмом сокращается в 1,5—

2 раза.

Одновальный ведущий механизм изображен на рис. 6-15. Магнит­ ная лента сцепляется с ведущим валом только за счет трения между его поверхностью и нерабочей поверхностью ленты. С целью увели­ чения трения угол охвата вала лентой выбирают достаточно боль­

шим и, кроме того, поверхность вала покрывают материалом с вы­ соким коэффициентом трения. Привод вала обычно осуществляется малоинерционным реверсивным электродвигателем, обладающим большим пусковым моментом. Двигатель управляется с помощью сервосистемы. В некоторых случаях применяют передачу движения малоинерционному ведущему валу от приводного двигателя с по­ стоянно вращающимися в разные стороны маховиками при помощи быстродействующего реверсивного механизма сцепления.

Одновальный ведущий механизм уменьшает деформацию под­ ложки и сокращает износ магнитного носителя.

Промежуточное хранилище ленты. При пуске и остановке лента движется с большими ускорениями. Катушки с лентой имеют срав­ нительно большой момент инерции и привод катушек не может в этих условиях поддерживать натяжение ленты в нужных пределах. Чтобы избежать недопустимых натяжений и разрывов ленты, а так­ же образования больших петель, нарушающих работу лентопротяж­ ного механизма, между быстродействующим стартстопным механиз­ мом и катушками с их инерционным приводом устраивают буферное хранилище со слабо натянутой петлей ленты.

410

Различают следующие типы промежуточных хранилищ: рычаж­ ные, рычажно-вакуумные и бункерные.

В рычажном промежуточном хранилище необходимый при раз­ гоне и торможении запас ленты, отделяющий быстродействующий стартстопный механизм от инерционных масс катушек, создается с помощью подвижного рычага, несущего легкие промежуточные роли­ ки. Эти ролики совместно с обводными роликами на неподвижной панели искусственно удлиняют путь ленты, которая образует не­ сколько петель. В нормальном рабочем состоянии рычаг, находя­ щийся под действием пружины и натяжения ленты, занимает неко­ торое промежуточное положение. При пуске и остановке ленты про­ исходит перемещение рычага, при котором он либо приближается

кобводным роликам, либо удаляется от них.

Всвязи с недостатками рычажного хранилища (сравнительно большая инерционность, возможность появления петель в различных частях лентопротяжного тракта при высоких скоростях и малом вре­ мени разгона и торможения) разработаны комбинированные рычаж­ но-вакуумные хранилища В этих хранилищах ленты (рис. 6-16) между стартстопным механизмом и рычагом помещена небольшая

вакуумная камера. При неподвижной ленте и постоянной скорости ее движения конец петли в камере устанавливается посередине про­ рези, которая соединяет камеру с вакуумным насосом. Равновесие нарушается, когда при пуске и торможении лента начинает дви­ гаться, так как при этом происходит изменение разрежения воздуха под лентой.

После того как рычаги, начав двигаться, выбирают излишек лен­ ты из камеры или пополняют ее запас в камере, равновесие восста­ навливается.

Вследствие того что быстродействующий стартстопный меха­ низм отделен от масс катушек буферным хранилищем рычажного ти­ па, а от инерционных масс рычага — петлей ленты в вакуумной ка­ мере, взаимодействие стартстопного механизма с лентой осуществля­

ля ленты помещается в камере (колонке). Разрежение создается специальным насосом. Длина петли ленты определяется разностью давления в камере над и под лентой. Хранилище имеет две колонки, помещенные по обе стороны стартстопного механизма. При разгонах и остановах ленты из-за разных скоростей ее движения в различ­ ных местах лентопротяжного тракта конец петли ленты передвига­ ется вдоль колонки в обе стороны от середины. При этом сохраняет­ ся постоянное натяжение ленты на всем тракте.

В буферном хранилище бункерного или камерного типа, изобра­ женном на рис. 6-4, лента в виде петель свободно лежит в бункере. Хотя размеры такого хранилища невелики, в нем может скапливать­ ся довольно большое количество ленты. Так же как в хранилище рычажного типа, в бункерном хранилище большое число петель маг­ нитной ленты приводит к ее излишним пёрегибам и, следовательно, к повышенному износу.

Следящий привод катушек во многом определяет характеристики запоминающего устройства. Хотя он предназначен для управления приводным двигателем катушек, его работа тесно связана с про­ межуточными хранилищами ленты и другими частями лентопротяж­ ного тракта.

411

Работа следящего привода имеет ряд особенностей. Они обуслов­ лены, во-первых, тем, что момент инерции катушек с лентой изменя­ ется в больших пределах. Кроме того, на следящий привод налага­ ется требование обеспечивать нормальную работу при воздействии возмущений, имеющих широкий частотный спектр. Основными эле­ ментами следящего привода являются датчики положения ленты в промежуточном хранилище, блок усилителей сигнала рассогласова­ ния, приводной двигатель и устройства, вырабатывающие сигнал обратной связи. Блок-схема следящей системы представлена на рис. 6-17.

Рис. 6-17. Блок-схема следящей системы при­ вода катушек.

обратной связи по скорости; 9 — цепь управления раз­ моткой ленты; 10 — цепь управления намоткой ленты.

Датчики положения петли ленты в хранилище могут быть раз­ личных типов — фотоэлектрическими, пневматическими, емкостными, электромеханическими, электронными, весовыми и др. В хранилищах рычажного типа в качестве датчика положения ленты применяют потенциометр или вращающийся трансформатор. В бункерных храни­ лищах количество ленты определяется либо по весу, либо с помощью датчиков емкостного типа. В первом случае лента действует своим весом на подвижное дно, которое закреплено на коромысле и урав­ новешивается грузом. Во втором случае стенки бункера являются обкладками конденсатора, емкость которого меняется по мере за­ полнения бункера.

В блоке усилителя происходит сравнение эталонного напряжения уставки с напряжением от датчика положения ленты. Знак разно­ сти этих напряжений соответствует направлению, в котором должна вращаться катушка, чтобы петля ленты в хранилище вернулась в среднее положение. Сигнал разности напряжений после усиления подается на приводной двигатель. В качестве устройства обратной связи служит тахогенератор.

412

6-5. П Р Е Д С Т А В Л Е Н И Е И Н Ф О Р М А Ц И И НА М А ГН И Т Н Ы Х Л Е Н Т А Х И Д И С К А Х

Во внешних запоминающих устройствах информация на магнит­ ном носителе размещается либо в последовательной форме, либо в последовательно-параллельной форме.

Наиболее простой является последовательная форма представ­ ления информации, которая используется в ЗУ на магнитных дисках,

П Т ^ Г І

М аркер качала

лем/пі/

Ѵет кост і

(нечетность)

Неменее

-Резрлі/пару/ощее каораЗлекае оааасР

-16

Рис. 6-18. Размещение информации на магнитной ленте.

ПКИ — строка циклического контроля; ПКИ —строка продольного контроля.

банах. При этой форме представления сообщение в виде машинного слова записывается на одной дорожке последовательно разряд за разрядом.

Последовательно-параллельная форма нашла применение в З У на магнитных лентах, картах и в ряде конструкций ЗУ на магнитных барабанах и дисках. При таком размещении информации машинное слово разбивается на слоги, а каждый слог располагается на несколь­ ких дорожках перпендикулярно направлению движения магнитного носителя. Группа машинных слов, расположенных на магнитном но­ сителе компактно (без промежутков) и записываемых, а также счи­ тываемых одной командой вычислительной машины, образует блок информации.

При любой форме размещения, кроме основной информации, на магнитный носитель должна быть записана информация служебно­

413

го характера. В эту информацию входят признаки для нахождения и выбора нужных массивов данных, для обнаружения и исправления ошибок в записываемых данных, синхронизации и др.

Представление информации на магнитных лентах. В настоящее время в ЗУ на магнитных лентах применяется главным образом по­ следовательно-параллельное размещение информации. Строка ин­ формации, записанная поперек ленты, соответствует обычно одному машинному слогу (байту) и может рассматриваться как «ленточное слово». Машинное слово занимает на ленте несколько строк.

В З У на магнитных лентах блоки информации помещаются в от­ дельные зоны. Зоны разделяются между собой промежутками, назы­ ваемыми междузонными расстояниями. Эти расстояния выбираются таким образом, чтобы пуск и останов ленты не вызывали потери информации.

При записи на магнитную ленту в ряде случаев используют зоны фиксированной длины. Лента при такой записи должна быть пред­ варительно размечена на зоны. Если в зоны фиксированной длины приходится записывать разное количество информации, то исполь­ зование поверхности носителя будет неполным.

Значительно большие возможности для использования ЗУ на магнитных лентах в вычислительных машинах и системах дает за­ пись в зоны, размеры которых могут изменяться в широких пределах. Размер зоны может устанавливаться при решении той или иной зада­

магнитной ленте. -Следует отметить, что запись очень короткими зо­ нами приводит к плохому использоавнию поверхности магнитного но­ сителя, так как доля общей длины носителя, приходящаяся на проме­ жутки между зонами, может быть весьма значительной.

Из общего количества дорожек, расположенных на поверхности магнитной ленты, часть дорожек может быть выделена для записи служебной информации (рис. 6-18). Они предназначаются для син­ хросигналов, признаков начала (или конца) зоны или ее номера, а также для разрядов, контролирующих правильность записи ин­ формации.

Широко распространен контроль правильности записи в строке (поперечный контроль) и правильности в зоне (продольный конт­ роль). Поперечный контроль обычно осуществляется по нечетности (или четности) суммы единиц всех разрядов строки, что дает воз­ можность обнаружить в строке при считывании единичную ошибку. Для контрольного разряда нечетности (четности) выделяется спе­ циальная дорожка. Для продольного контроля в конце каждой зо­ ны записывается отдельная контрольная строка. Эта строка отделена от информационных строк на значительно большее расстояние, чем промежуток между информационными строками (определяемый при­ нятой продольной плотностью записи).

В ряде случаев, например при записи информации на магнитные ленты, предназначенные для обмена между различными потребителя­ ми, применяется дополнительный, так называемый циклический контроль. Строка циклического контроля размещается в конце зоны, после информационных строк. Она предшествует строке продоль­ ного контроля. Циклический контроль дает возможность обнару­

живать и исправлять при чтении одиночные и групповые ошибки по,, одной дорожке.

414

415

Для того чтобы различать начало или конец зоны, применяют разные способы. Одним из способов является использование специ­ альных кодовых комбинаций, т. е. некоторой части записанной в зо­ ну информации.

Другой способ основан на использовании в качестве признака начала (конца) зоны синхроимпульсов, которые записываются на магнитную ленту одновременно с информацией. В промежутках меж­ ду зонами синхроимпульсы отсутствуют и потому факт их поступле­

в каждой строке записана по крайней мере одна единица. В таких устройствах нет обычно специальной дорожки для синхроимпульсов, а в качестве синхроимпульсов используется сборка (операция И ЛИ ) информационных сигналов (включая и сигнал с контрольной дорож­ ки). Граница между зонами здесь устанавливается по отсутствию каких-либо сигналов с носителя в течение определенного времени.

При подходе магнитной головки к физическому краю ленты (на­ чалу или концу) необходимо вырабатывать сигналы для автоматиче­ ского останова ленты или предупреждения о приближении края лен­ ты. С этой целью на ленту наносят тем или иным способом маркеры начала и конца ленты *. Эти маркеры устанавливаются на некотором расстоянии от края, которое выбирается так, чтобы осуществлялось надежное торможение ленты.

В современных вычислительных машинах информация на носи­ телях, в том числе и на магнитных лентах, хранится, как правило, в виде так называемых файлов. Файлом называется совокупность записей, объединенных по некоторому общему смысловому признаку (или нескольким признакам). Например, в качестве файла может выступать набор сведений о заработной плате сотрудников предприя­ тия за текущий месяц, при этом каждая запись, входящая в этот файл, может содержать информацию об одном из работников пред­ приятия.

Запись, входящая в файл, может занимать целиком (5лок__информации на носителе, либо несколько записей может рыть'объеди­ нено в одном блоке. В последнем случае говорит о так "называемой сблокированной записи.

Файлы могут иметь различную длину. В связи с этим вводится понятие тома. Том — это стандартный для данного устройства типо­

вый том; с другой стороны, один файл может располагаться в не­ скольких томах — многотомный файл; наконец, один файл может занимать целиком один том — однотомный файл.

Для того чтобы правильно обрабатывать файлы различной дли­ ны и структуры, а также для автоматического исправления ошибок оператора, если он попытается установить на механизм не ту катуш­ ку, которую следует обрабатывать, на носитель помимо основной ин­ формации записывают служебную информацию, так называемые мет­ ки. Метки представляют собой специального вида записи, описываю-

1 Обычно маркерами служат наклеенные в начале и конце лен­ ты полоски фольги, отражающие свет на маркерный фотодиод.

416

На рис. 6-19 показано в упрощенной форме представление на ленте файлов различного вида (однотомный файл, многофайловый том, многотомный файл).

В начале каждого тома располагается метка «начало тома», опи­ сывающая данную катушку ленты (номер тома в данном вычисли­ тельном центре, имя владельца и т. п.).

Далее следует метка «начало файла», которая указывает наи­ менование файла, номер тома, в котором размещается файл, по­ рядковый номер тома в данном многотомном файле, номер модифи­ кации файла в процессе его обработки или подновления, дата созда­ ния файла и срок его хранения, секретность информации и др.

Окончание файла отмечается меткой «конец файла», которая подобна начальной метке, но, кроме того, обынно указывает количест­ во записей с основной информацией в данном файле.

Служебные записи (метки) отделяются от основных записей раз­ делительными маркерами. После окончания файла на катушке обычно записываются два подряд маркера. Во многотомном файле метка «конец файла» записывается в конце последнего тома, а каждый из предшествующих томов заканчивается меткой «конец тома» и одним (а не двумя) маркером.

Системы команд современных вычислительных машин предусмат­ ривают операции чтения, записи, стирания блоков информации, пере­ движения (вперед и назад) на один блок (одну зону) или до следу­ ющего разделительного маркера. Используя эти операции, а также данные, хранимые в служебных метках, программа может осуществ­ лять поиск и обработку записей внутри файла и поиск и идентифика­ цию томов и файлов.

Совместимость запоминающих устройств на магнитной ленте яв­ ляется одной из наиболее важных эксплуатационных характеристик. Это свойство позволяет использовать катушки с информацией, запи­ санной одним запоминающим устройством, для работы в запоминаю­ щих устройствах такого же типа или другого типа, включенных в со­ став различных вычислительных машин и систем. Таким образом, благодаря совместимости ЗУ имеется возможность производить об­ мен информацией, хранящейся на магнитных лентах, между различ­ ными потребителями.

Для совместимости ЗУ на магнитных лентах необходимо выпол­ нение ряда конструктивных и технологических требований. Эти тре­ бования сводятся к стандартизации размеров катушек и носителя информации, характеристик лентопротяжных механизмов, способов размещения информации на носителе, способов записи, расположения дорожек и их назначения, способов контроля информации, величины продольной плотности записи. Влияние лентопротяжных механизмов на совместимость запоминающих устройств выражается в разбросах величины шага записи и в перекосах строк (сдвиг на дорожках маг­ нитных отпечатков, связанных с информацией одной строки, по от­ ношению к линии, перпендикулярной базовому краю ленты).

Разбросы в величинах шага записи и перекосы строк вызываются в основном следующими факторами:

а) неточностью установок головок (смещение рабочих зазоров головок относительно прямой линии; неперпендикулярность линии рабочих зазоров базовому краю ленты);

б) разбросом скорости движения ленты при записи и считыбайий; в) разбросом временных характеристик каналов записи и чтения; г) вытягиванием подложки.

В связи с чрезвычайно важным значением совместимости запо­ минающих устройств на магнитных лентах разработан международ­ ный стандарт формата размещения информации на них. Стандартной является лента шириной 12,7 мм с девятью дорожками для записи

Дорожка диска

Рис. 6-20. Представление информации на магнитных дисках.

информации и контрольного разряда поперечной нечетности. Тол­ щина ленты 48 мк, длина ее на катушке около 750 м. Стандартом предусмотрен метод записи информации по двум уровням с переклю­ чением потока. Для обмена информацией, записанной на магнитных лентах в различных вычислительных центрах, принята стандартной плотность записи 80 и 320 дв. ед/см. Размещение информации на магнитной ленте, принятое в качестве международного стандарта, по­ казано на рис. 6-18.

Представление информации на магнитных дисках. Запись инфор­ мации на диск производится обычно последовательным кодом на концентрические дорожки на поверхности диска (число дорожек мо­ жет быть от десятков до нескольких сотен). Группа машинных слов (или байтов), записанная последовательно вдоль дорожки, образует блок информации, отделяемый от следующего блока на этой до­ рожке промежутком. В современных ЗУ на магнитных дисках ис­ пользуются как блоки фиксированной длины — секторы (для отно­ сительно простых и дешевых устройств), так и блоки переменной длины.

ЗУ на магнитных дисках обычно применяют в качестве носителя информации пакет сидящих на одном валу дисков. Дорожки одного и того же диаметра на разных дисках образуют как бы концентри­ ческие круговые цилиндры (рис. 6-6), Понятие цилиндра является важным для организации данных на диске. Расположение файла на одном цилиндре позволяет производить поиск и обработку записей,

4 1 8

Начало дорожки распознается с помощью метки начала обо­ рота, которая физически выполняется обычно в виде отверстия на одном из дисков пакета.

блоке.

В начале каждой дорожки помещается служебный блок, назы­ ваемый «собственным адресом». Собственный адрес определяет но­ мер цилиндра и номер магнитной головки внутри цилиндра для дан­ ной дорожки.

Вслед за собственным адресом размещается служебный блок «описание дорожки», описывающий степень заполнения дорожки дан­

для обработки записей, хранимых в блоке. В этом поле указывается номер цилиндра и головки, которые в случае исправности дорожки совпадают с соответствующими номерами в поле собственного ад­ реса. Если же дорожка неисправна, то указывается номер соответ­ ствующей альтернативной (запасной) дорожки. На альтернативной дорожке записываются номера цилиндра и головки основной до­ рожки.

Поле счетчика указывает также номер записи и длину остальных двух полей: поля ключа и поля данных.

Поле ключа предназначается для информации, идентифицирую­ щей данную запись (например, имя файла или какие-либо другие смысловые признаки). Поле данных хранит информацию, непосред­ ственно образующую саму запись или группу записей. Поле ключа или поле данных могут отсутствовать, при этом в поле счетчика указывается, что длина соответствующего поля равна нулю.

Рассмотренная выше структура информации на диске позволяет строить файлы различных видов, при этом часть рабочих записей используется для представления меток тома, файла, маркеров и дру­ гих идентификаторов, а в остальные записи заносятся запасаемые на диске данные.

Системы команд современных вычислительных машин предусмат­ ривают широкий набор операций с ЗУ на магнитных дисках: уста­ новка цилиндра, головки; поиск информации по собственному адресу, по номеру цилиндра и головки, номеру записи, ключу, данным (эта группа операций позволяет найти запись, в которой указанный ко­ мандный признак (соответствующий адрес, ключ, данные и т. п.) удовлетворяет указанному в команде условию (равен, больше или меньше по сравнению с некоторым кодом из ячейки О З У , адресован­ ной в команде)]; чтение, запись различных полей на диске (собст­ венного адреса, ключа, поля данных и др.).

27*