Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Архитектура ЭВМ и систем

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Глава 11. Магнитные запоминающие устройства

11.1. Принципы построения и действия магнитных ЗУ

О способностях ферромагнетиков хранить информацию

В любом материале при движении электронов вокруг ядра атома и одновременном вращении вокруг своей оси возникает внутримолекулярное магнитное поле. В материале существуют области, называемые доменами, в которых внутримолекулярное магнитное поле действует в одном направлении. Размеры домена составляют сотые доли миллиметра, а результирующий магнитный момент в 10...15 раз превышает магнитный момент одного атома. Между доменами располагаются переходные слои, называемые доменными стенками, в которых внутримолекулярное магнитное поле действует в разных направлениях. Таким образом, в любом материале имеется неоднородность намагниченности. В исходном состоянии, когда отсутствует внешнее магнитное поле, материал имеет нулевую намагниченность, так как домены ориентированы в разных направлениях (рис. 11.1,а). При воздействии внешнего магнитного поля И все домены ориентируются в одном направлении, благодаря чему в материале создается внутреннее магнитное поле (рис. 11.1,6). Для хранения двоичных данных используются ферромагнетики, к которым относятся железо, никель, кобальт и их сплавы. В отличие от немагнитных материалов ферромагнетики сохраняют ориентацию доменов (внутреннее магнитное поле) при снятии внешнего поля. Ферромагнетики обладают свойством намагничиваться в слабых полях. Создаваемая при намагничивании напряженность внутреннего магнитного поля может превышать напряженность внешнего поля в 105... 106 раз.

О способностях ферромагнетиков хранить данные можно судить по кривой намагничивания, представляющей собой зависимость индукции b ферромагнитного материала от напряженности h намагничивающего поля.

При циклическом перемагничивании кривая намагничивания имеет форму замкнутой, гистерезисной петли (рис. 11.2,я). По гистерезисной петле определяются следующие параметры:

  • индукция насыщения, соответствующая напряженности магнитного поля, при которой индукция b ферромагнетика достигает максимального значения и остается неизменной;
  • остаточная индукция, соответствующая напряженности магнитного поля. Значениепри отсутствии внешнего магнитного поля свидетельствует о способности ферромагнетика сохранять два возможных состояния,и, с помощью которых можно кодировать логические уровни 0 и 1 данных в цифровой технике. Чем больше значение, тем надежней распознавание логических уровней;
  • коэрцитивная сила, при которой в процессе размагничивания индукция bстановится равной 0. Чем больше, тем меньше вероятность стирания хранимых ферромагнетиком данных при воздействии внешних паразитных полей;
  • мощность потерьна гистерезис, отражающая работу на перемаг- ничивание материала. Мощность потерь прямо пропорциональна площади петли гистерезиса.

Для хранения данных используются магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 11.2,6), для которых остаточная индукция достигает максимальной величины, а максимальная напряженность магнитного поляпереключения логических уровней несколько превышает значение коэрцитивной силы

Ориентация доменов при отсутствии (а) и при наличии (6) магнитного поля

Рис. 11.1. Ориентация доменов при отсутствии (а) и при наличии (6) магнитного поля

Формы гистерезисной петли магнитного материала

Рис. 11.2. Формы гистерезисной петли магнитного материала

Состав и принципы построения магнитного ЗУ. В магнитное ЗУ входят две основные части (рис. 11.3):

магнитный носитель информации, выполняющий функции хранения информации. Носитель информации представляет собой подложку, на которую нанесено магнитное покрытие.

В качестве подложки используются лавсан, ацетилцеллюлоза и другие немагнитные материалы. Толщина подложки составляет десятки микрометров.

Значение коэрцитивной силы Hc материала магнитного покрытия выбирается из компромиссных соображений. C точки зрения энергетических затрат на перемагничивание ферро-

Магнитное запоминающее устройство

Рис. 11.3. Магнитное запоминающее устройство

магнетика при записи информации материал должен иметь малое значение Яс, а для защиты информации от возможного стирания при воздействующих внешних магнитных полях необходимо выбирать материал с большим значением Нс. Как показано выше, большее значение остаточной индукции Вг способствует более надежному распознаванию логических уровней хранимой информации. Поэтому поверхность носителя выполняется из магнито- твердого материала со сравнительно большими значениями коэрцитивной силы Нс = 12 000...80 000 А/м и остаточной индукции Br= 0,2...0,6 Тл. В качестве магнитного покрытия используется ферролак, состоящий из порошка окисла железа и немагнитных связок, или металлические сплавы на основе никеля, кобальта, вольфрама. Ферролак толщиной 5...20 мкм наносится на подложку путем распыления, металлическое покрытие толщиной 0,01...1 мкм – гальваническим способом;

  • магнитная головка, выполняющая функции записи информации на магнитный носитель и/или считывания с него. Магнитная головка представляет собой магнитопровод с зазором, на котором размещена обмотка. При записи через обмотку пропускают ток записи /3, при считывании с обмотки снимается напряжение считывания ис. В магнитопроводе используется магнитомягкий материал (железоникелевые сплавы), обладающий:
  • • малой коэрцитивной силой Нс, чтобы уменьшить влияние магнитных полей, создаваемых магнитопроводом при отсутствии тока в обмотке, на магнитный носитель информации;
  • • большой остаточной индукцией Z?s, чтобы повысить чувствительность магнитной головки при считывании данных.

Для снижения потерь на вихревые токи, возникающие при протекании тока записи по обмотке, магнитопровод изготавливается из холоднокатаных лент или изолированных пластин толщиной менее 0,2 мм.

Зазор магнитопровода заполняется прокладкой из сплавов, обладающих высоким магнитным сопротивлением. Его ширина А определяет плотность записи данных на носитель и составляет доли микрометров.

Магнитная головка располагается у поверхности магнитного носителя с небольшим зазором 8 (рис. 11.3) при бесконтактной записи или без зазора при контактной записи. В последнем случае участки магнитопровода, примыкающие к поверхности магнитного носителя, и магнитное покрытие носителя должны обладать повышенной износоустойчивостью и малой шероховатостью.

Кроме магнитного накопителя (МН), магнитных головок записи (МГЗ) и считывания (МГС) магнитное запоминающее устройство содержит:

  • блок кодирования (БК) для получения требуемой для записи кодовой последовательности. При записи с самосинхронизацией кодовая последовательность помимо данных содержит информацию о синхроимпульсах (СИ). При использовании способов группового кодирования, о чем будет сказано ниже, осуществляется перекодировка исходной кодовой последовательности;
  • усилитель записи (УЗ) для повышения уровня тока записи до величи

ны, обеспечивающей насыщение магнитного материала носителя;

  • усилитель считывания (УС) для повышения уровня напряжения считываемых данных;
  • блок обработки (БО) для получения исходного кода данных и синхроимпульсов СИ.

Перечисленные аппаратные средства образуют канал записи/считывания, схема которого приведена на рис. 11.4.

Канал записи/считывания

Рис. 11.4. Канал записи/считывания

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>