Магнитные носители

Магнитные носители делятся на носители с прямым и последовательным доступом. Носители с прямым доступом имеют прямой доступ сразу к любой части носителя. К ним относятся все магнитные диски: дискеты, винчестеры. Быстрый доступ обеспечивается, во-первых, за счет вращения диска и, во вторых, передвижения магнитной головки чтения/записи по радиусу диска.

Ленточные носители имеют последовательный доступ: информация на ней записана от начала к концу, и данные, содержащиеся в произвольном участке ленты, могут быть считаны только после ее перемотки к этому участку. Это существенно увеличивает время обращения к нужному месту записи по сравнению с прямым доступом. К таким носителям относятся аудио- и видеокассеты.

Процессы магнитной записи и воспроизведения. Впервые магнитная запись была применена при записи звука, т.е. аналоговой информации, и только впоследствии была использована при цифровой записи. Магнитная запись производится на магниточувствительный материал. Магнитное покрытие наносится на немагнитную основу: различные пластмассы для магнитных лент и гибких дисков и алюминиевые круги или материал из стекла и керамики для жестких дисков. Магнитное покрытие очень тонкое – несколько микрометров. Чем тоньше покрытие, тем выше качество магнитной записи. Магнитное покрытие имеет доменную структуру, т. е. состоит из множества мельчайших частиц, намагниченных определенным образом.

Магнитный домен – это макроскопическая однородно намагниченная область, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами).

Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных силовых линий. После прекращения воздействия внешнего поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом, на носителе сохраняется информация о действовавшем магнитном поле.

Для записи информации на магнитную поверхность лент и дисков применяется один и тот же способ.

Для записи информации в цифровом виде (нули и единицы) поверхность рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых ассоциируется с битом информации. Для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают находить необходимые позиции записи, т. е. диски должны быть предварительно отформатированы – должно быть произведено логическое разбиение диска на дорожки и секторы.

Поверхность диска разбивается на концентрические кольца, на которых записываются данные, называемые дорожкой записи.

Например, в используемых ныне гибких 3,5 дюймовых магнитных дисках число дорожек равно 80, а число дорожек жесткого диска составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. Каждое кольцо дорожки разбивается на участки, называемые секторами. Кластер – ячейка размещения данных состоит из одного или нескольких секторов.

Аудиокассеты. Аудиокассеты используются для записи и воспроизведения аудиоинформации в диктофонах, автоответчиках, а также в некоторых устройствах записи данных на магнитную ленту с компьютера, называемых стримерами.

Аудиокассеты различаются типом используемой магнитной ленты, т. е. материалом рабочего слоя. По международной классификации: МЭК I Fe, МЭК II Cr, МЭК III и МЭК IV M.

Кроме того, аудиокассеты могут отличаться по времени звучания. Как правило, это либо 60, либо 90 минут записи/воспроизведения на двух сторонах. В 60-минутных кассетах используется лента толщиной 18, а в 90-минутных – 12 микрон.

МЭК I – это лента, рабочий слой которой представляет собой ферромагнитный слой окисла железа. По сравнению с современными разработками эта лента обладает невысокими эксплуатационными характеристиками, но из-за своей невысокой цены находит спрос в тех случаях, когда используется в относительно недорогой аппаратуре.

МЭК II – это лента, рабочий слой которой представляет собой двуокись хрома. Такая лента подороже, и её эксплуатационные характеристики значительно лучше. Главные из них: более высокая относительная чувствительность на верхних частотах и лучшее отношение сигнал/шум. Кассеты с такой лентой рекомендуется использовать в высококачественной аппаратуре.

МЭК III – это лента с многослойным рабочим покрытием, демонстрирует высокое качество.

МЭК IV – это лента, рабочий слой которой представляет собой мелкие иголки железа, наиболее энергонесущего материала, значительно улучшающего все эксплуатационные характеристики магнитной ленты. Она имеет самые большие из всех типов лент относительную чувствительность на верхних частотах, максимальные и предельные уровни, а также отношения сигнал/шум. Это самая дорогая лента, предназначенная для использования в высококлассных Hi-Fi компонентах.

Качественные характеристики аудиокассет определяются ГОСТ 23963-86 "Ленты магнитные для бытовой звукозаписи", (соответствующий международному стандарту "Публикации МЭК 94, часть 5"), где определяются 11 электроакустических параметров, которыми характеризуются магнитные ленты. 5 из 11 параметров являются относительными, т.к. измеряются по отношению к соответствующим параметрам типовых лент. Такими лентами международным стандартом определены для МЭК I лента R 723 DG производства фирмы BASF (Германия), для МЭК II – U 564 W так же производства фирмы BASF, для МЭК IV – E 912 BH производства фирмы TDK (Япония).

Видеокассеты. Видеокассеты предназначены для записи и хранения видеоинформации. Для записи движущегося изображения приходится записывать сигналы с очень высокой скоростью (приблизительно в 10 000 раз большей, чем при записи звука). Вместо того, чтобы увеличить при записи и воспроизведении изображения скорость движения магнитной ленты, сигналы записываются не вдоль, а поперек ленты. Для этого магнитные головки в видеомагнитофоне сделаны вращающимися.

Основные форматы видеокассет. Существуют аналоговые и цифровые форматы видеозаписи.

Видеокассеты форматов VHS, VHS-C, S-VHS, Video8, Hi8 – используют аналоговый метод записи. Видеокассеты форматов D-VHS, MiniDV, Digital8, MICROMV используют цифровой метод записи.

Горизонтальное разрешение – число различаемых в строке элементов (телевизионных линий).

В 1995 году консорциум 55 ведущих производителей электроники, в том числе Sony, Philips, Hitachi, Panasonic и JVC принял цифровой формат видеозаписи на магнитную пленку DV (Digital Video). Цифровой видеофильм можно перенести с видеокамеры на винчестер компьютера и обратно, без всяких сложных преобразований.

Аналоговые форматы. VHS (Video Home System) – «домашнее видео», наиболее распространенный бытовой стандарт видеозаписи. Ширина магнитной пленки – 12,6 мм. Стандарт разработан и внедрен компанией JVC. Достоинства: просмотр отснятого материала без привлечения дополнительных устройств и перезаписи; наибольшая продолжительность записи на кассету – 240 мин (480 мин в режиме Long Play с соответствующей потерей качества). Недостатки: невысокое качество изображения (240 линий по горизонтали); сильное снижение качества при копировании отснятого материала, что характерно для аналоговой записи вообще; большие габариты и вес.

Для портативных видеокамер применяется уменьшенная кассета с пленкой той же ширины VHS-Compact. Для воспроизведения в видеомагнитофоне ее помещают в специальный адаптер, имеющий внешние размеры стандартной видеокассеты VHS. Недостатки: невысокая четкость изображения; ухудшение качества при копировании; небольшое время записи (90 мин в обычном режиме и 180 мин в Long Play).

S-VHS (Super-VHS) обеспечивает улучшенное качество записи (разрешение 400-420 линий по горизонтали), меньшие потери качества при перезаписи, чем у VHS и VHS-C. Недостатки: относительно высокая стоимость; большие габариты и вес; невозможность воспроизведения видеозаписей на обычном VHS-видеоплеере или видеомагнитофоне (просмотр возможен только при подключении к TV самой видеокамеры или S-VHS-видеомагнитофона); небольшое время записи (90 мин в обычном режиме и 180 мин в Long Play).

Формат S-VHC-С (Super-VHS-Compact) представляет собой малогабаритный вариант S-VHC формата с использованием компактной кассеты.

Video8 – малогабаритный формат для аналоговой видеозаписи с разрешением порядка 250 линий. Кассеты формата 8 мм обеспечивают большую продолжительность записи на более тонкой и легкой ленте по сравнению с VHS-C. Фирма Sony выпустила усовершенствованный вариант данного формата – Video8XR в увеличенным разрешением до 280 линий. Недостатки: воспроизведение записей возможно только при подключении самой камеры к TV или использовании дорогостоящего видеоплеера/видеомагнитофона формата Video8; невысокое качество изображения.

Hi8 – улучшенный вариант аналогового формата Video8 с более четким изображением, которое достигается за счет высокого разрешения (до 420 строк в кадре) и с более качественной лентой (с теми же размерами и шириной). Увеличенное время записи (180 мин в обычном режиме и 360 мин в режиме Long Play). Фирма Sony выпустила усовершенствованную модель – Hi8 XR с увеличенным разрешением до 440 линий по горизонтали, меньшим уровнем помех цветности и яркости.

Цифровые форматы. MiniDV – цифровой стандарт, обеспечивающий высокую разрешающую способность (порядка 500 строк в кадре); более полную цветопередачу; аудиосопровождение CD-качества; улучшенную интеграцию с системами компьютерного видеомонтажа, а также отсутствие потерь качества при перезаписи; миниатюрные размеры кассет (66х48х12 мм с шириной ленты всего 6,35 мм). Цифровая запись практически лишена шумов цветности, свойственной аналоговой записи; высокое качество ленты позволяет долго хранить записи. Недостатки: невозможность воспроизведения записей на обычных видеоплеерах и видеомагнитофонах (только при подключении самой видеокамеры к TV или использовании дорогих DV-видеомагнитофонов); высокая стоимость самих видеокамер и видеокассет; небольшое время записи на одну кассету (60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play).

Формат Digital 8 был создан для удешевления и более широкого распространения цифрового видео. Цифровая запись звука и изображения с разрешением 500 линий по горизонтали, небольшое время записи на одну кассету (60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play).

Стремление уменьшить размеры видеокамер приводит к тому, что появляются очень маленькие видеокассеты. Существующий формат видеозаписи MICROMV использует кассету по размеру на 70% меньше обычной кассеты DV, ее размеры меньше спичечного коробка. Это формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG2. Технологической новинкой MICROMV кассеты является встроенный блок 64 килобит памяти. Это позволяет иметь доступ к информации о видеозаписи, хранимой на пленке: когда были записаны последние кадры, какова продолжительность последнего сеанса видеозаписи и как много места для записи еще осталось на кассете.

Жесткий диск. Жесткий диск (винчестер) отличается тем, что в нем используется жесткий носитель.

Принципы современной технологии изготовления жесткого диска были разработаны в 1973 американской фирмой Ай-Би-Эм (IBM). Новое устройство, которое могло хранить до 16 килобайт информации, имело 30 цилиндров (дорожек) для записи, каждый из которых был разбит на 30 секторов. Поэтому оно получило название 30/30. Известные винтовки винчестер имеют калибр 30/30, поэтому жесткие диски тоже стали называться «винчестерами». Кроме того, разрабатывался жесткий диск в американском городе Винчестере.

Жесткий диск обозначается аббревиатурой HDD (Hard Disk Drive).

Образец одной из современных моделей показан на рис. 9.

Как правило, жесткий диск несъемный, но существуют модели съемных (removable) винчестеров. Жесткий диск смонтирован на оси-шпинделе, который приводится в движение специальным двигателем. Он содержит от одного до десяти дисков (platters). Скорость вращения двигателя может составлять 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 12000, 15000 об/мин. В настоящее время наиболее распространены диски со скоростью вращения 5400 и 7200 об/мин.

Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины с магнитным покрытием – тонким слоем окиси железа (в более ранних моделях) или окиси хрома (в более поздних моделях), а также покрытие на основе тонких пленок. Каждый диск (platter) разбит на последовательно расположенные дорожки-секторы.

Важнейшей частью винчестера являются головки чтения и записи (read-write head). Как правило, они находятся на специальном позиционере (head actuator). В накопителях на жестких дисках для каждой стороны диска предусмотрена своя головка чтения/записи. Под пакетом дисков со шпинделем размещается двигатель.

Рис. 9. Жесткий диск. Модель Western Digital AB Series, емкость, Гбайт 20/30/40/60/80/100/120, скорость вращения, об/мин 5400,

число пластин 1/2/2/2/3/3/3,число головок 2/3/4/3/6/5/6

Основными параметрами, характеризующими накопители на жестких дисках, являются:

ü Быстродействие накопителя, которое в свою очередь оценивается по нескольким параметрам: среднее время поиска, среднее время доступа, скорость передачи данных.

ü Емкость накопителя.

Среднее время поиска ( измеряется в миллисекундах). Под средним временем поиска понимается среднестатистическое время, в течение которого магнитные головки перемещаются с одного цилиндра на другой.

Среднее время доступа. В отличие от среднего времени поиска этот параметр учитывает запаздывание при перемещении магнитной головки к искомому сектору на дорожке. Величина запаздывания равна половине периода вращения диска. Таким образом, среднее время доступа равно сумме среднего времени поиска и времени запаздывания. Современные винчестеры обеспечивают доступ к информации от 4 мс до 10 мс.

Скорость передачи данных – скорость, с которой дисковод может обмениваться данными с оперативной памятью компьютера после того, как головки позиционированы на нужном цилиндре и необходимая информация найдена. Скорость передачи данных зависит от многих характеристик компьютера: от применяемой технологии записи, быстродействия процессора, используемого интерфейса и т. д. У стандартных современных жестких дисков эта скорость составляет от 15 до 100 Мбайт/с.

Емкость жестких дисков постоянно увеличивается. За последние несколько лет емкость наиболее распространенных типов дисков увеличивалась следующим образом: 40 Мбайт (1990 г.), 200 Мбайт (1994 г.), 340-1200 Мбайт (1995-1996 г.), 1,2-2 Гбайт (1997 г.), 2-4 Гбайт (1998 г.), 4-9 Гбайт (1999 г.), 9-20 Гбайт (2000 г.), 20-40 Гбайт (2001 г.), 40-80 Гбайт (2002 г.). Это в среднем, поскольку на компьютерном рынке уже с начала 2000 года предлагаются устройства емкостью в 80-100 Гбайт и выше. В 2003 году уже производятся диски и в 200 Гбайт. Эта тенденция сохранится и далее, поскольку постоянно увеличивается плотность записи на жестких дисках.

Вследствие большой скорости вращения диска и малого расстояния расположения от его поверхности магнитной головки (тоньше человеческого волоса) частицы грязи и пыли, попавшие в накопитель, несут потенциальную угрозу разрушения рабочего материала диска. Для головки чтения/записи встреча с такими частицами сравнима с сильным ударом, что может привести к отклонению головки от ее рабочей траектории, касанию и повреждению диска. К повреждению поверхности диска магнитной головкой также может привести тряска или перемещение накопителя во время процесса чтения/записи.

Второй причиной сокращения срока службы накопителей на жестких дисках является высокая температура окружающей среды. Изготовители гарантируют безотказную работу компьютера в диапазоне температур от 0 до 50⁰ С, нормальной считается температура 20⁰ С.

Принцип работы: жесткий диск содержит от одного до десяти дисков, смонтированных на оси-шпинделе, которая вращается при помощи двигателя. Головки чтения/записи, расположенные на специальном позиционере, перемещаются относительно поверхности диска.

Магнитный диск 3,5 дюйма (дискета). Дискета – это тонкий пластмассовый диск, покрытый с обеих сторон очень тонким магнитным слоем. Емкость самого распространенного типа дискеты – 1,44Мб информации.

Первый образец дискеты был создан IBM в 1967 году. Она была диаметром 8 дюймов, имела емкость 100 Кбайт и получила название Flexible disk, то есть гибкий диск. Название флоппи-диск она получила позднее от английского слова flop, что означает «хлопать крыльями». В 1976 году размер гибкого диска уменьшили до 5,25 дюйма, и тогда появилось название уменьшительное название diskette – дискета. Сначала ее объем составлял 180 Кбайт, затем он вырос до 360 Кбайт и 1,2 Мбайт. Недостатком гибкого диска была слабая защита от механических повреждений.

В 1980 году Sony разработала дискету и дисковод на 3,5 дюйма. Носитель в ней был помещен в сплошной корпус из твердого пластика. Единственное отверстие для доступа головок к носителю было прикрыто металлической шторкой с возвратной пружиной. С этого времени дискета перестала быть гибкой.

Гибкий диск дискеты разбит на концетрически расположенные дорожки, которые, в свою очередь, разбиты на секторы. Перемещение головки для доступа к различным дорожкам осуществляется при помощи специального привода позиционирования головки, который перемещает в радиальном направлении блок магнитных головок от одной дорожки к другой. Доступ к различным секторам внутри дорожки осуществляется просто за счет вращения носителя. На дискетах предусмотрена возможность защиты от записи. На некоторых есть надпись тефлон – это значит, что магнитный диск защищен от попадания воды.

Практические советы по работе с дискетами:

o помещая данные на дискету, делайте обязательно 2 копии. Из-за износа дискеты или привода возможны сбои;

o при передаче многотомного архива создайте вначале образ архива на жестком диске, а затем скопируйте тома на дискету. Это позволит при сбое переписать только одну дискету, что экономит время;

o во время путешествия кладите их в багаж. Просвечивание рентгеновскими лучами менее вредно, чем электромагнитное поле металлоискателя;

o не забывайте передвигать пластиковый рычажок для защиты важных дискет от случайной перезаписи;

o избегайте повышенной температуры.

Супер-флоппи. Супер-флоппи – магнитный носитель большой емкости, предназначенный для резервного копирования.

Носитель на магнитных дисках Zip. В 1995 одним из первых на рынке суперфлоппи появился накопитель Zip производства компании Iomega. Дисководы Zip используют 3,5-дюймовые гибкие диски емкостью 100 и 250 Мбайт, несовместимые со стандартными флоппи-дисками. По внешнему виду дискеты Zip на 100 и 250 Мбайт абсолютно идентичны. Для отличия дискеты на 250 Мбайт маркируют особой, обычно желтой наклейкой.

Благодаря чрезвычайно активному маркетингу компании удалось завоевать значительную часть рынка сменных накопителей высокой емкости. В частности, это достигнуто благодаря включению Zip в качестве стандартного накопителя в новые компьютеры Apple, Compaq, Dell, Gateway 2000, Hewlett-Packard, IBM, Packard Bell. К началу 2000 г. потребители закупили более 16 млн приводов Zip и около 100 млн дискет Zip.

К недостаткам Zip можно отнести несовместимость с флоппи и техническую политику компании Iomega, препятствующую выходу технологии Zip на массовый рынок. Так, Iomega активно преследует компании, выпускающие Zip-совместимые носители. Так как Iomega является монополистом, то для дисков Zip характерна завышенная цена, медленное обновление модельного ряда и некоторые проблемы с качеством.

Магнитный диск LS-120. Приводы LS-120 (другие названия A-Drive, SuperDisk) основаны на технологии floptical – комбинации оптической и магнитной технологии записи данных, разработанной консорциумом фирм O. R. Technology, 3M Imation, MKE. На поверхности диска LS-120 лучом лазера нанесены тонкие отражающие дорожки, не несущие никакой полезной информации, но за которыми следит лазерная головка LS (Laser Servo) для более точного позиционирования магнитной головки на магнитных дорожках. Это позволяет повысить плотность записи. Внешне дискеты LS-120 очень похожи на обычные 3,5 дюймовые емкостью 1,44 Мб.

Привод LS-120 способен работать и со стандартными флоппи-дискетами емкостью 1,44 Мбайт, для чего используется совмещенная двухэлементная головка чтения/записи. Основным недостатком LS-120 является низкая производительность.

Магнитный диск HiFD. Накопитель HiFD (High Capacity Floppy Disk – флоппи-диск высокой емкости) разработан и выпускается компаниями Sony и FujiPhotofilm с конца 1998. Дискета HiFD создана на основе стандартной 3,5-дюймовой дискеты. В ней используется гибкий диск и бесконтактный метод записи. Емкость носителя составляет 200 Мбайт. На носителе предварительно записан сигнал, позволяющий позиционировать головку чтения/записи. Накопитель совместим со стандартными 3,5-дюймовыми дискетами на 1,44 Мбайт, причем для чтения/записи 1,44 и 200 Мбайт дисков используется разный зазор между поверхностью диска и головкой. Дискета HiFD внешне похожа на стандартный флоппи-диск. Ее отличает Т-образная металлическая шторка и бегунок блокировки записи, который расположен не справа, а слева. Лишние прорези в пластмассовом корпусе дискеты HiFD не позволяют по ошибке установить ее в обычный флоппи-дисковод.

Поиск по сайту: