Лекции по курсу "Периферийные устройства компьютеров"

Контроллеры ВЗУ, как правило, размещаются в системном блоке ПЭВМ и реализуют функции контроля исправности ВЗУ, помехоустойчивого кодирования, обнаружения ошибок при считывании, задания формата данных, формирования сигналов интерфейса в соответствии с протоколом и др. По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождаются механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем. К этой категории относят накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных дисках (НМД) и оптических дисках (НОД). Накопители на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) относятся к накопителям второй категории. Реже во ВЗУ используют объемную запись - полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядной связью. По способу доступа к информации все ВЗУ делятся на накопители с последовательным (НМЛ) и прямым (произвольным) доступом (НГМД, НЖМД). Основными техническими характеристиками ВЗУ являются: 1) 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; 2) 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); 3) время доступа, т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока. Это время включает в себя время поиска информации на носителе и время чтения или записи; 4) 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. 2. Основы магнитной записи 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 (рис. 12.1), создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. 12.1, б, в), то магнитную запись называют горизонтальной , а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис. 12.1, 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 I w , то ориентация доменов будет противоположной (рис. 12.2). Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физич е ской плотностью записи . Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя и др.

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. 3. Схемы записи и воспроизведения Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток I w или -I w 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. 12.3,а). МГ записи имеет две обмотки W 1 и W 2 , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W 1 , переводя носитель в одно из состояний намагниченности.

Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2I w по обмотке W 2 . 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. 12.3, б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.

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.