Файл: Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие.pdf

формации и считывание ее с носителя осуществляются через опера­ тивное запоминающее устройство (ОЗУ) вычислительной машины, то группировка на носителе двоичных знаков тесно связана с разме­ рами машинного слова. Машинные слова при записи на носитель раз­ биваются на слоги, а группы слов составляют блоки (зоны).

Запоминающие устройства на магнитной ленте относятся к уст­ ройствам с последовательным поиском информации. Действительно, чтобы прочитать информацию, записанную в некоторой зоне магнит­ ной ленты, оказывается необходимым последовательно считывать (без занесения в оперативную память) все зоны, отделяющие нужную зо­ ну от головок считывания.

Поиск нужной зоны на магнитной ленте может продолжаться несколько минут. Поэтому, используя в вычислительной системе лишь устройства с последовательными поиском информации, невозможно во многих случаях обрабатывать информацию с высокой производи­ тельностью, что особенно важно при обработке данных в натураль­ ном масштабе времени.

В связи с этим возникла необходимость в создании ЗУ доста­ точно большой емкости, но с произвольным обращением к информа­ ции *, чтобы время обращения практически не зависело от места рас­ положения нужной информации на носителе. Обычно в таких уст­ ройствах осуществляется непрерывное циклическое движение носи­ теля информации относительно блока считывания и записи. В вы­ числительной технике используются ЗУ с произвольным обращением к информации на магнитных барабанах и дисках. В таких устрой­ ствах время выборки любых данных не превышает 1 сек.

Основу процесса цифровой магнитной записи составляет взаи­ модействие движущегося магнитного носителя информации и магнит­ ных головок.

В качестве материала магнитного покрытия для лент применяют синтетическую пленку (подложку). Толщина подложки составляет 25—50 мк. Для покрытия барабанов и дисков наряду с ферролаком используются сплавы на основе никеля и кобальта, наносимые на подложку гальваническим путем. В качестве материала подложки для магнитного слоя в З У на дисках и барабанах обычно применяют медь. Для уменьшения веса диски изготавливают из алюминиевого сплава, на который наносят медную подложку. В ЗУ на дисках и барабанах толщина подложки колеблется от 25 до 100 мк.

Магнитное покрытие должно обладать однородностью магнит­ ных свойств. Количество деффектных участков магнитного покрытия должно быть минимальным. Электромагнитные свойства носителя оп­

* Употребляются также термины «со случайным порядком вы­ борки информации» или «с произвольным доступом».

392

ный носитель остается в насыщении после того, как магнитное поле удалено.

Магнитные головки представляют собой миниатюрные электро­ магниты, располагаемые у поверхности магнитного носителя с не­ большим зазором (бесконтактная запись) или без зазора (контакт­ ная запись). Сердечник магнитной головки изготавливается из мате­ риала с малой коэрцитивной силой и большим значением индукции насыщения.

Рис. 6-1. Принципы магнитной записи цифровой информации.

нитном носителе: / — дорожки; 2 — направление движения носителя.

Для запоминания двоичной информации используют два проти­ воположных состояния насыщения магнитного материала носителя, которые создаются положительными и .отрицательными импульсами или потенциальными сигналами в обмотке магнитной головки.

Рисунок 6-1 поясняет принцип магнитной записи цифровой ин­ формации. Чтобы записать на носитель кодовую комбинацию единиц и нулей, посылают в обмотку магнитной головки соответствующую последовательность положительных и отрицательных импульсов. В этом случае на носителе вдоль дорожки, проходящей под головкой, образуется последовательность элементарных магнитиков (магнит­ ных отпечатков), полярность которых будет чередоваться так же, как единицы и нули в записываемой кодовой комбинации.

Информация, записанная на поверхности носителя, считывается при помощи головок считывания. Головки записи и считывания име­ ют одинаковую конструкцию, а в ряде устройств одни и те же головки используются и для записи и для считывания (универсальные го­ ловки). При прохождении под головкой дорожки носителя с намаг­ ниченными участками образуемый ими магнитный поток шунтируется

393

головкой. Поток замыкается через магнитопровод головки и сцеп­ ляется с ее обмоткой При движении носителя сцепление потока с го­ ловкой изменяется и в обмотке головки возникают импульсы э. д. с., полярность (фаза) которых показывает, записана ли на данном участке дорожки единица или нуль (рис. 6-2).

Конструкция магнитных головок в значительной степени опреде­ ляет характеристики ЗУ. В режиме записи головка должна создавать

Для цифровой информации нет необходимости при считывании точно воспроизводить закон изменения входного сигнала при записи. Достаточно, чтобы выходной сигнал имел два четко различимых со­ стояния, соответствующих 1 и 0. Если цифровая запись производит­ ся изменением в головке направления тока, насыщающего носитель, то при считывании выходной сигнал будет иметь форму импульсов.

Цифровая информация записывается на магнитный носитель на нескольких параллельных дорожках, при этом каждая дорожка име­ ет свою головку записи-считывания или же головка (группа головок) перемещается на нужную дорожку (группу дорожек).

Цепь, включающую головку и усилитель записи, элементы фор­ мирования и коммутации записываемого сигнала, называют каналом записи. Соответственно канал считывания состоит из головки и уси­

394

лителя считывания, элементов формирования и коммутации считан­ ного сигнала.

При конструировании магнитных ЗУ большой емкости стремятся возможно полнее использовать поверхность носителя. Степень ис­ пользования носителя определяется плотностью записи информации, т. е. количеством двоичных единиц, приходящихся на единицу пло­ щади поверхности носителя (на 1 см2).

Рис. 6-3. Конструкция многодорожечной магнитной го­ ловки для контактной записи.

1 ,2 — корпуса полублоков; 3 — сердечник с обмоткой; 4 — про­ кладка рабочего (переднего) зазора; 5 — экран; 6 — сердечник; 7 — распаечная колодка; 8 — элементарная однодорожечная го­ ловка.

Плотность записи информации может быть выражена в виде

где бI — продольная плотность записи, равная количеству двоичных единиц, записываемых на единицу длины дорожки;

б? — поперечная плотность записи, равная числу дорожек, при­ ходящихся на единицу длины в направлении, перпендику­ лярном движению носителя.

Допустимая плотность записи зависит от характеристик магнит­ ного носителя, зазора между носителем и головкой, конструкции го­ ловки, способа записи информации и других факторов. Увеличения поперечной плотности записи можно достичь двумя путями — умень­ шением ширины дорожки или уменьшением расстояния между цент­ рами дорожек. Минимальная ширина дорожки ограничивается, с од­ ной стороны, технологическими трудностями обработки тонкого сер­ дечника для головок, а с другой — уменьшением отношения сиі?- нал/шум. При уменьшении расстояния между центрами дорожек

395

увеличиваются перекрестные электромагнитные наводки в головках и поэтому требуется очень тщательная экранировка элементарных головок друг от друга.

Наибольшую плотность удается получить при контактной запи­

ность — примерно 8

Рис. 6-4. Запоминающее устройство с магнитной лентой.

лище ленты; 9 — к схеме считывания; 10 — от схемы записи; / / — дат­ чик конца ленты; 12 — к схеме управления.

При контактной записи трение между магнитным носителем и головкой, вызывая их износ, ограничивает допустимую скорость движения носителя относительно головки. М ежду тем скорость но­ сителя влияет на такие важные характеристики ЗУ , как время об­ ращения и скорость передачи информации. Время обращения к ЗУ уменьшается с увеличением этой скорости. Скорость передачи ин­ формации ѵк для одной головки определяется числом двоичных еди­ ниц информации, считываемых (записываемых) головкой в секунду:

396