19

Лекция 11.

Магнитное хранение информации

Три основных физических принципа, на которых базируется магнитная запись данных.

Основные элементы конструкции жесткого диска.

Смысл терминов "дорожка", "сектор" и "цилиндр".

Размер одного хранимого на диске бита и почему этот размер не может быть произвольно малым

Почему иногда битам отводится для хранения больше места, чем необходимое.

Как математики и инженеры "прячут" ваши данные так, чтобы в последующем их можно было точно и надежно найти.

Различия способов кодирования данных.

Как введение небольшой дополнительной информации делает диск в сотни раз надежнее

Как коды с исправлением ошибок скрывают проблемы до тех пор, пока их нельзя исправить без потери некоторых данных.

Физические принципы

Главное назначение жесткого диска — хранить инфор­мацию и выдавать ее по запросу. Жесткие диски действуют аналогично ленточным магнитофонам: для хранения информации применяется местная намагниченность в тонком слое магнитного материала, находящегося на некотором носителе (называе­мом подложкой).

Различие между этими двумя способами состоит в том, что в магнитофоне носи­телем служит длинная пластиковая лента, намотанная на катушки, а в дисковых на­копителях применяются металлические диски. Гораздо важнее, однако, что на ленте информация хранится в аналоговой форме, т.е. магнитные сигналы прямо имити­руют хранимую звуковую информацию. Жесткие диски являются цифровыми уст­ройствами — в них магнитные сигналы хранят числа, представляющие информацию, подлежащую хранению.

Магнитный носитель в обоих случаях может поддерживать только два уровня на­магниченности: только в одном направлении или только в другом направлении. Дру­гими словами, носитель в каждой точке намагничен до насыщения. При записи ана­логовой информации добавляется аналоговый сигнал для смешения сигнала генера­тора иI записывается этот составной сигнал. Результирующая намагниченность колеб­лется между двумя уровнями насыщения, причем коэффициент заполнения отражает хранимый аналоговый сигнал. Для считывания такого сигнала головка считывания усредняет сигналы смещения и восстанавливает исходный аналоговый сигнал.

Хранение цифровых данных осуществляется совсем по-другому. Далее показано, что цифровые данные представлены блоками чисел, которые кодируются и хранятся в виде переходов намагниченности в четко определенных местах на поверхности дис­ка. Головка считывания воспринимает каждое из этих изменений, а схемы декодиро­вания преобразуют изменения в копии исходных чисел.

Последнее отличие состоит в том, что при аналоговой записи на ленту допуска­ются небольшие дефекты, например помехи или небольшие пропуски информации.

С другой стороны, подсистема жесткого диска в компьютере должка хранить цифро­вые данные абсолютно точно. Ошибка всего в одном бите из нескольких миллионов битов может существенно повлиять на работу компьютера.

Три важных физических факта

Ленточные магнитофоны и накопители на жестких дисках базируются на одних и тех же физических принципах. Для общего понимания их работы вам достаточно знать всего три факта. (Этого достаточно для понимания ра6оты устройств с магнит­ной записью, в которых применяются наиболее распространенные индуктивные го­ловки считывания-записи. Для устройств с головками, воспринимающими магнит­ный поток, потребуется еще один факт.

1. При пропускании тока через обмотку (или катушку) создается магнитное поле.

2. При воздействии достаточно сильного магнитного поля на ферромагнитное или ферромагнитное вещество поле "зависает", т.е. часть материала намагничива­ется в том же направлении, и эта остаточная намагниченность существует до подачи другого, достаточно сильного магнитного поля, которое намагничивает вещество в другом направлении. Этот процесс показывает, как записывается магнитная информация.

3. При изменении магнитного поля, проходящего через обмотку (или катушку), на ее зажимах появляется напряжение. Если, например, опускать постоянный магнит через катушку, можно обнаружить магнитное поле по наведенному в катушке напряжению. Этот процесс показывает, как можно считать записан­ную информацию.

В системах магнитной записи используются два типа магнитных материалов. Ма­териалы первого типа концентрируют и проводят силовые магнитные линии (магнит­ный поток). Они далее называются просто магнитными материалами. Такие матери­алы называются магнитомягкими.

Ко второму типу относятся материалы, которые обладают свойством остаточной намагниченности. Такие материалы не только концентрируют и проводят магнитные поля, но и сохраняют некоторую намагниченность после снятия внешнего поля. Эта группа материалов подразделяется на ферромагниты и ферримагниты.