У загальному випадку під накопичувачем на магнітних дисках розуміють пристрій, що забезпечує запис і зчитування даних з дисків, що обертаються.

Магнітний диск– носій інформації у формі круглої пластини (диска), поверхня якої покрита магнітним матеріалом.

Підкладка магнітного диска може бути жорсткою (жорсткий магнітний диск), виготовлений з алюмінієвого сплаву або гнучкою (гнучкий магнітний диск), виготовлений з поліефіру. Залежно від виду диска, що використовується, накопичувачі на магнітних дисках поділяються на накопичувачі на гнучких дисках (НГМД FloppyDiskDrive - FDD) і накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД HardDiskDrivt – HDD).

Принцип запису цифрової інформації на магнітний диск полягає в наступному (рис. 5.26). Дисковод обертає диск під магнітною головкою, яка може рухатися радіусом диска рівномірними кроками. При цьому кожне положення створює на диску кільцевий шлях - доріжку, кількість доріжок визначається числом різних положень головки. Інформація записується на диску вздовж доріжки шляхом подачі на головку струму запису, який створює магнітний потік через проміжок головки і магнітний шар диска. Зміною напрямку сигналу в обмотці головки змінюють полярність намагнічування. Зчитування інформації відбувається за рахунок індукування струму в обмотці головки при переміщенні під головкою ділянок намагнічених доріжки.

Гнучкий магнітний диск, що складається з круглої полімерної підкладки, покритої з обох боків тонким шаром магнітного матеріалу і поміщеною в спеціальну пластикову упаковку, називається дискетою. Дискети широко використовувалися зберігання даних і перенесення їх між комп'ютерами, оснащеними НГМД.

Рис. 5.26. Магнітний запис цифрової інформації а), НГМД б) та НЖМД в)

Конструктивно сучасний НГМД складається із чотирьох основних елементів:

Робочий двигун, який забезпечує постійну швидкість обертання дискети (у сучасних дисководах – 300 об/хв);

Робочі головки, призначені для запису та читання даних. Дисковод оснащується двома комбінованими головками (для читання та запису кожна), що розташовуються над робочими поверхнями дискети – одна головка призначена для верхньої, а інша – для нижньої поверхні дискети;

Крокові двигуни, призначені для руху та позиціонування головок;

Керуюча електроніка, що відповідає за передачу та перетворення інформації, яку зчитують або записують головки.

Дискета встановлюється в дисковод, автоматично в ньому фіксується, після чого механізм накопичувача розкручується до номінальної частої обертання. У накопичувачі обертається дискета, магнітні голівки залишаються нерухомими. При цьому дискета обертається лише при зверненні до неї. Щоб не порушувалася постійна швидкість обертання приводу, дисковод завжди повинен працювати лише у горизонтальному або вертикальному положенні. Процесор взаємодіє з НГМД через спеціальний контролер гнучких дисків.

Необхідна умова використання дискети для запису та читання інформації – її форматування, тобто. розбиття на певні ділянки, за номерами яких можна визначити будь-який запис на диску.

Для форматування дисків операційні системи використовують спеціальні команди: для DOS це команда Format. Дискета розбивається на доріжки (треки), а доріжки на сектори (рис. 5.26). сектор є мінімальною фізичною одиницею зберігання інформації на диску. Його розмір для DOS, як правило, дорівнює 512 байтам. Доріжки нумеруються починаючи від краю до центру диска, при цьому кожна доріжка має одну і ту ж кількість секторів. Таким чином, на доріжках, розташованих ближче до центру диска інформація записується більш щільно.

Найбільшого поширення набули 3,5-дюймові (89 мм) дискети високої щільності DS/HD (double-side/high-density – дві сторони, висока щільність). Їх число доріжок з одного боку дорівнює 80, кількість секторів на доріжках – 18, відповідно, ємність диска 80х18х2х512=1474560 байт чи 1474560/1048576=1,4 Мбайт.

У накопичувачі на жорстких магнітних дисках носії інформації є круглі жорсткі пластини (називаються також платтерами), обидві поверхні яких покриті шаром магнітного матеріалу. Перша подібна система пам'яті була створена фірмою IBM в 1956 і називалася RAMAS 305 (Random Access Methodof Accounting and Control). Цей пристрій складався з 50 алюмінієвих дисків (покритих магнітним шаром) діаметром близько 60 см і товщиною 2,5 см, які були насаджені на вісь потужного електромотора. На поверхні кожного диска розташовувалося 100 концентричних доріжок, на кожній з яких можна було запам'ятати 500 алфавітно-цифрових символів, закодованих в семибітному коді. RAMAC 305 складався з двох величезних блоків, що займають площу 3х3,5 м, і міг зберігати 5 млн. символів.

Сучасні НЖМД будуються за вінчестерською технологією та називаються вінчестерами. Дана технологія вперше була застосована при створенні накопичувачів на жорстких дисках (моделі IBM3340) на підприємстві IBM в англійському місті Вінчестер у 1973 р. У вінчестерах головки зчитування-запису разом з їх несучою конструкцією та дисками укладені в закритий герметичний корпус. Головка, що використовується у вінчестері, має невеликі розміри та масу та розміщується на тримачі спеціальної аеродинамічної форми. При обертанні диска над ним утворюється тонкий повітряний шар, що забезпечує повітряну подушку для зависання головки над поверхнею диска на відстані одиниць мікрометрів. При цьому маса головки і притискаюче зусилля до поверхні диска настільки малі, що навіть якщо в процесі роботи стійкості головка опускається на зону даних, ймовірність їх пошкодження дуже низька. Існує також версія походження назви «вінчестер», заснована на тому, що перші масові моделі НЖМД містили два магнітні диски по 30 Мбайт кожен і маркувалися цифрами «30/30», подібно до калібру старовинної мисливської рушниці вінчестер.

Вінчестер (рис. 5.27) складається з кількох однакових дисків, які розташовані один над одним. Для кожного диска у вінчестері є пара робочих головок, які рухаються і позиціонуються кроковим двигуном. Усі головки розташовані «гребенем». Позиціонування однієї головки обов'язково викликає аналогічне переміщення і всіх інших, тому коли йдеться про розбиття вінчестера, зазвичай говорять про циліндри (cylinder), а не про доріжки. Циліндр – це сукупність всіх доріжок, що збігаються один з одним, по вертикалі, по всіх робочих поверхнях.

Рис. 5.27. Вінчестер

На 2006 рік оптимальне співвідношення ціни та ємності забезпечують вінчестери приблизно на 300 ГБ, а максимальна доступна ємність – близько 750ГБ, нині кілька Терабайт.

Магнітні диски складаються з основи, зробленої зазвичай з алюмінію, рідше зі скла або кераміки та магнітного покриття, у вигляді тонкої плівки магнітотвердого матеріалу (феромагнетика), який є власне носієм інформації. Магнітні диски зібрані в пакет, що знаходиться на осі електродвигуна шпиндельного зі стабільною швидкістю обертання. Стабілізація обертання проводиться контролером із сервомітки. (Раніше використовувався окремий датчик положення дисків). Зазвичай диски в пакеті не більше трьох, запис може виконуватися як на одну, так і на обидві сторони кожного диска, таким чином диск зазвичай містить від 1 до 6 головок.

Блок магнітних головок переміщається вздовж поверхні диска від краю до центру за допомогою сервоприводу. На перших вінчестерах сервопривід робився кроковим двигуном. Згодом стала застосовуватися електромагнітна котушка (англ. сoil), подібна до котушки магніто-електричного стрілочного приладу. Для управління головками у вінчестері зберігаються так звані адаптиви – індивідуальні для кожного вінчестера дані про фізичні характеристики сервоприводу головок – необхідні амплітуди та часи сигналів керування електромагнітом. Адаптиви забезпечують швидке і майже безпомилкове позиціонування голівки та впевнене утримання її на треку.

Сама головка - мініатюрна електромагнітна система, що забезпечує локальне намагнічування поверхні диска та локальний вимір його намагніченості. Перші електромагнітні головки прочитували інформацію через наведену ЕРС на котушці. Пізніше з'явилися магніторезистивні головки, що використовують для зчитування спеціальний чутливий магнітоматеріал.

У вимкненому положенні головки лежать на дисках у спеціальній зоні паркування. Щоб уникнути пошкоджень при транспортуванні, головки в цьому положенні заблоковані, і не можуть переміщатися, доки диски не крутяться. При роботі головки ширяють над поверхнею дисків, що обертаються, на відстані порядку від десятих часток до одиниць мікрометрів. Таким чином, поверхня дисків не зношується (як це відбувається у дискет).

Усередині гермоблока разом на блоці магнітних головок або поруч із ним розташований комутатор, що забезпечує перемикання активних головок та попереднє посилення сигналу магнітного датчика. Якщо жорсткий диск має одну робочу поверхню, то комутатор виконує тільки функції підсилювача.

Важливе значення мають швидкісні характеристики жорстких дисків:

• Швидкість обертання шпинделя(Англ. rotational speed, spindle speed) зазвичай вимірюється в оборотах за хвилину (об/хв, rpm). Вона не дає прямої інформації про реальну швидкість обміну, але дозволяє розрізняти більш швидкісні від менш. Стандартні швидкості обертання: 4800, 5600, 7200, 9600, 10 000, 15 000 об/хв. Повільні зазвичай використовуються на ноутбуках та інших мобільних пристроях, найшвидші - у серверах.
• Час доступу- кількість часу, необхідне вінчестер від моменту прийому команди до початку видачі даних по інтерфейсу. Зазвичай вказується середній та максимальний час доступу.
• Час позиціонування головок(Англ. seek time) - час за який головки переміщуються та встановлюються на трек з іншого треку. Розрізняють час позиціонування на сусідній трек (track-to-track), середній (average), максимальний (maximum).
• Швидкість передачі данихабо пропускна спроможність- Визначає продуктивність диска при передачі послідовно великих обсягів даних. Ця величина показує швидкість передачі, коли головки диска вже на потрібному треку і секторі.
• Внутрішня швидкість передачі даних- швидкість передачі між контролером і магнітними головками.
• Зовнішня швидкість передачі даних- Швидкість передачі даних за зовнішнім інтерфейсом.

Загальна ємність пакета дисків визначається добутком кількості циліндрів, кількості магнітних головок, кількості секторів на доріжці та розміру сектора в байтах (як правило, 512 байт). Наприклад, вінчестер ємністю 1,2 Гбайт містить 2631 циліндра з 16 магнітними доріжками на кожному циліндрі та з 63 секторами на доріжці.

Крім обсягу, основними характеристиками продуктивності накопичувача є:

- час доступу– інтервал між моментом, коли процесор запитує з диска дані, та моментом їх видачі. Час доступу залежить від розташування головок та пластин під ними, тому для нього даються середні значення, що становлять в даний час одиниці мілісекунд;

- частота обертів– частота, з якої пластини диска обертаються щодо магнітних головок (вимірюється в об/хв).

Інформація на магнітних дисках зазвичай зберігається як файлів.

Файл(англ. file - папка) - іменована сукупність будь-яких даних, розміщена на зовнішньому запам'ятовуючому пристрої і зберігається, що пересилається і обробляється як єдине ціле. Файл може містити програму, цифрові дані, текст, закодоване зображення та ін.

Дані на магнітному диску, як зазначено вище, зберігаються на доріжках, поділених на сектори. При цьому операційні системи для збереження файлу виділяють дисковий простір кластерами, що є один або кілька суміжних секторів.

Мінімальна одиниця розміщення інформації на диску, що складається з одного або кількох секторів доріжки, називається кластером .

Якщо для запису файлу потрібно кілька кластерів і при цьому необхідної кількості суміжних кластерів (розташованих один за одним) на диску кластери, файл буде фрагментованим. Фрагментація знижує швидкість зчитування файлів, тому що в цьому випадку збільшується кількість переміщень головкою при пошуку та зчитуванні необхідних кластерів. Потенційну можливість фрагментації можна знизити, збільшивши розмір кластера, проте при цьому підвищується ймовірність нераціональних втрат дискової пам'яті, зумовлених тим, що кластери міститимуть невикористаний дисковий простір.

За організацію зберігання та доступу до інформації на магнітному носії, як і будь-якому іншому носії інформації, відповідає файлова система, що є важливою складовою будь-якої операційної системи. Поняття «файлова система» включає сукупність всіх файлів на диску, набори службових структур даних, що використовуються для керування файлами (каталоги файлів, дескриптори файлів, таблиці розподілу вільного та зайнятого простору на диску тощо), а також комплекс системних програмних засобів, призначених для реалізації операцій з файлами: пошуку, читання запису, створення, знищення, встановлення атрибутів та рівнів доступу тощо.

Щоб файлова система могла використовувати жорсткий диск або дискету, їх необхідно відформатувати. Форматування жорсткого диска включає три етапи: - низькорівневе форматування диска; створення головних (основних) розділів чи логічних дисків на розширеному розділі; логічне форматування основних розділів чи логічних дисків. Процедура форматування дискет включає два суміщені етапи – низькорівневе та логічне форматування – і здійснюється за один крок.

Низькорівневе форматуваннядиска виконується, як правило, на заводі-виробнику. При цьому визначаються розмір сектора, кількість секторів на доріжку, диск також записується інформація про корекцію помилок та ідентифікації секторів (для кожного сектора).

Жорсткий диск IBMсумісних комп'ютерів може містити, зазвичай, до чотирьох основних розділів, кожен із яких може бути використаний конкретної файлової системою. Крім того, на диску може бути створений один так званий розширений (extended) розділ, який у свою чергу може розбиватися на кілька логічних дисків, що також використовуються конкретною файловою системою. Таким чином, на диску може бути до трьох головних розділів та один розширений розділ, що містить один або кілька логічних дисків. При цьому в якості системного розділу (розділу, що містить залежні від апаратної платформи файли, необхідні для завантаження та ініціалізації операційної системи), можна використовувати тільки головний розділ. Головні розділи, а також кожен з логічних дисків позначаються однією з букв англійського алфавіту та двокрапкою. Літерою З: позначається перший головний розділ. Наступний розділ отримує букву D: потім Е: і т.д. (Лицею А: прийнято позначати дисковод для гнучких дисків, літера В: зарезервована на той випадок, якщо в комп'ютері не один, а два дисководи гнучких дисків). При створенні першого розділу на диску (основного або розширеного) у першому фізичному секторі жорсткого диска створюється головний завантажувальний запис (masterbootrecord – MBR) та таблиця розділів (partitiontable), що містить інформацію про кожен з розділів, що є на диску. Головний завантажувальний запис використовується програмою початкового завантаження BIOS (RomBootstraproutine), яка при завантаженні з жорсткого диска зчитує та завантажує на згадку перший фізичний сектор на активному розділі диска, званий завантажувальним сектором (BootSector)

У процесі логічного форматування основних розділів чи логічних дисків на диск записується інформація, необхідна роботи конкретної файлової системи, зокрема і завантажувальний сектор розділу (PartitionBootSector).

Сучасні операційні системи можуть працювати одночасно з кількома файловими системами. Розглянемо як приклад основні особливості найпоширеніших файлових систем, використовуваних операційними системами сімейства Windows (Windows 98, NT, XP тощо.)

5.28. представлено схему розділу файлової системи FAT. (Свою назву FAT отримала від однойменної таблиці розміщення файлів – FileAllocationTable).

Рис. 5.28. Структура розділу FAT

Кореневий каталог містить список імен файлів із зазначенням дати, часу їх створення та розмірів. Як додаткова інформація каталог включає атрибути файлу: тільки для читання, системний, прихований або архівний. У каталозі міститься також початкова позиція файлу, тобто. номер першого кластера на диску, що містить дані файлу.

Таблиця розміщення файлів (FAT) – це список, що містить інформацію про розташування даних на диску. Для кожного кластера приділяється один елемент списку, що містить, крім інформації про розташування даних файлу, інформацію про стан кластера: зайнятий, вільний, зіпсований.

Коли системі потрібен якийсь файл, вона знаходить його стартовий кластер на ім'я файлу в каталозі їх рамещения і потім переглядає FAT у пошуках елемента списку, що відповідає початковому кластеру. Якщо весь файл міститься в одному кластері, то елемент FAT містить індикатор кінця файлу. Якщо файл займає кілька кластерів, елемент FAT вказує номер наступного кластера, в якому має бути продовження файлу, або ознака його закінчення. По суті, FAT містить ланцюжки посилань, за якими можна знайти розміщення кожного файлу на диску. Для запобігання можливої ​​втрати інформації таблиця розміщення файлів дублюється у разі пошкодження першої FAT.

Розмір таблиці FAT при фіксованому обсязі диска залежить від розміру кластера, що менше розмір кластера, то більше вписувалося їх кількість і, отже, більше розмір таблиці FAT. Таким чином, використання кластерів, розмір яких більший за один сектор, крім зниження фрагментації, зменшує обсяг дискового простору, необхідного для зберігання FAT.

Спочатку для запису в таблиці розміщення файлів адреси будь-якого файлу FAT використовувала 12 біт та підтримувала розділи об'ємом до 16 Мбайт. 12-розрядна FAT і зараз використовується для форматування дисків, розмір яких не перевищує 16 Мбайт. Для підтримки дисків розміром більше 32 Мбайт розрядність FAT була підвищена до 16 бітів – FAT 16. За допомогою 16 бітів можна виразити 2 16 (65536) різних значень. Це означає, що файли на жорсткому диску не можуть бути надані більш ніж 65 536 кластерів.

Сучасні жорсткі диски мають дуже великі обсяги, і за такої кількості адрес розміри кластера будуть значними. Так, якщо розмір диска становить 2 Гбайт (максимальний розмір, який підтримується FAT 16), то при використанні FAT 16 на кожен кластер буде припадати 32 кбайт (2 Гбайт розділити на 65 536 отримаємо 32 кбайт). У цьому записи на диск файла розміром 35 кбайт буде відведено два кластери – 64 кбайт, тобто. 29 кбайт пам'яті диска буде просто втрачено. Зв'язок між розміром жорсткого диска та розміром кластера для FAT 16 представлений у таблиці 5.2.

Таким чином, чим більше жорсткий диск, тим більше місця на ньому витрачається через недосконалість системи адресації файлів. Один із способів боротьби з нераціональними втратами це розбиття жорсткого диска на кілька розділів, або логічних дисків, кожен з яких має власну таблицю розміщення файлів. Через війну втрати, зумовлені великими розмірами кластерів, стають меншими.

Таблиця 5.2

Зв'язок між розміром жорсткого диска та розміром кластера для FAT 16

Об'єм диска	Кількість секторів на кластер	Розмір кластера
Менш 32 Мбайт		512 байт
32 Мбайт ... 64 Мбайт		1 кбайт
64 Мбайт ... 128 Мбайт		2 кбайт
128 Мбайт ... 256 Мбайт		4 кбайт
256 Мбайт ... 511 Мбайт		8 кбайт
512 Мбайт ... 1023 Мбайт		16 кбайт
1024 Мбайт…2047 Мбайт		32 кбайт

Починаючи з файлової системи Windows 95 OSR2, при записі адреси файлу на жорсткому диску використовується не два, а чотири байти, або 32 біти (FAT32). З допомогою 32 біт можна сказати 2 32 (4 294 967 296) різних значень, тобто. файлів на жорсткому диску може бути надана 2 32 кластери. У цьому випадку розміри окремих кластерів можуть бути значно меншими, і нераціональні втрати дискової пам'яті зменшуються (табл. 5.3.).

Таблиця 5.3

Розміри кластерів для FAT 32

Файлова система NTFS (New Technology File System), спеціально розроблена для Windows NT, як і FAT, використовує кластери як фундаментальну одиницю дискового простору. При цьому для запису адреси файлу може використовуватися 8 байт (64 біти), і, відповідно, файлів на жорсткому диску може бути надано 264 кластерів. Проте практично застосовуються таблиці розділів розмірами до 2 32 секторів, тобто. працюючи з файловою системою NTFS, можна створити файл, максимальний розмір якого становить 232 кластерів (як і при використанні FAT 32).

Структура розділу файлової системи NTFS представлена ​​рис. 5.29.

Рис. 5.29. Структура розділів NTFS

Форматування розділу для використання файлової системи NTFS призводить до створення декількох системних файлів та головної таблиці файлів – файлу MFT (MasterFileTable), що містить інформацію про всі файли та папки, що є у розділі NTFS. Перші 16 записів MFT зарезервовані для службових файлів, званих також метафайлами, причому перший запис таблиці визначає безпосередньо саму головну файлову таблицю - сам MFT, також метафайлом. За нею слідує запис дзеркальної копії MFT, яка гарантує доступ до дзеркального файлу MFT у випадку, якщо перший запис MFT буде зруйнований. Розташування сегментів даних MFT та дзеркального файлу MFT зберігається у завантажувальному секторі розділу, який також дублюється. З третього по шістнадцятий записи MFT містять описи інших метафайлів, кожен з яких відповідає за будь-який аспект роботи системи. Сімнадцята та наступні записи головної файлової таблиці використовуються власне файлами та каталогами на томі.

Відмінною особливістю файлової системи NTFS є значне розширення можливостей управління доступом до окремих файлів і каталогів, велика кількість атрибутів файлів (у тому числі атрибутів захищеності), що дозволяють забезпечити захист даних від несанкціонованого доступу. Якщо ви використовуєте FAT, неможливо встановити права доступу до окремих каталогів і файлів. Єдиною мірою захисту служать права доступу до поділюваних ресурсів, які встановлюються на весь ресурс, діють по відношенню до всіх наявних на ньому файлів і папок і мають силу тільки при доступі через мережу.

Магнітні дискикомп'ютера служать для тривалого зберігання інформації (вона не стирається при вимиканні ЕОМ). У цьому процесі роботи дані можуть видалятися, інші записуватися.

Виділяють жорсткі та гнучкі магнітні диски. Проте гнучкі диски нині використовуються дуже рідко. Гнучкі диски були особливо популярними у 80-90-х роках минулого століття.

Гнучкі диски(дискети), звані іноді флоппі-дисками (Floppy Disk), є магнітні диски, укладені в квадратні пластикові касети розміром 5,25 дюйма (133 мм) або 3,5 дюйма (89 мм). Гнучкі диски дозволяють переносити документи та програми з одного комп'ютера на інший, зберігати інформацію, робити архівні копії інформації, що міститься на жорсткому диску.

Інформація на магнітний диск записується та зчитується магнітними головками вздовж концентричних доріжок. При записі або читанні інформації магнітний диск обертається навколо осі, а головка за допомогою спеціального механізму підводиться до потрібної доріжки.

Дискети розміром 3,5 дюйми мають ємність 1,44 Мбайт. Цей вид дискет найпоширеніший нині.

На відміну від гнучких дисків жорсткий дискдозволяє зберігати більші обсяги інформації. Місткість жорстких дисків сучасних комп'ютерів може становити терабайти.

Перший жорсткий диск був створений фірмою IBM у 1973 році. Він дозволяв зберігати до 16 Мбайт інформації. Оскільки цей диск мав 30 циліндрів, розбитих на 30 секторів, він позначався як 30/30. За аналогією з автоматичними гвинтівками, що мають калібр 30/30, цей диск отримав прізвисько вінчестер.

Жорсткий диск є герметичною залізною коробкою, всередині якої знаходиться один або кілька магнітних дисків разом з блоком головок читання/запису і електродвигуном. При включенні комп'ютера електродвигун розкручує магнітний диск до високої швидкості (кілька тисяч обертів за хвилину) і диск продовжує обертатися весь час, доки комп'ютер увімкнено. Над диском "парять" спеціальні магнітні головки, які записують та зчитують інформацію так само, як і на гнучких дисках. Головки ширяють над диском внаслідок його високої швидкості обертання. Якби головки стосувалися диска, то через силу тертя диск швидко вийшов би з ладу.

Працюючи з магнітними дисками застосовуються такі поняття.

Доріжка- Концентричне коло на магнітному диску, яка є основою для запису інформації.

Циліндр- це сукупність магнітних доріжок, розташованих один над одним усім робочих поверхнях дисків вінчестера.

Сектор- Ділянка магнітної доріжки, який є однією з основних одиниць запису інформації. Кожен сектор має власний номер.

Кластер- Мінімальний елемент магнітного диска, яким оперує операційна система при роботі з дисками. Кожен кластер складається з кількох секторів.

Будь-який магнітний диск має логічну структуру, яка включає наступні елементи:

• завантажувальний сектор;
• таблиці розміщення файлів;
• область даних.

Завантажувальний сектор(Boot Record) займає сектор з номером 0. У ньому міститься невелика програма IPL2 (Initial Program Loading 2), за допомогою якої комп'ютер визначає можливість завантажити операційну систему з диска.

Особливістю вінчестера є наявність крім завантажувального сектора ще однієї області. головного завантажувального сектора(Master Boot Record). Справа в тому, що один жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків. Для головного завантажувального сектора на жорсткому диску завжди виділяється фізичний сектор 1. Цей сектор містить програму IPL1 (Initial Program Loading 1), яка визначає завантажувальний диск.

Таблиця розміщення файліввикористовується для збереження інформації про розміщення файлів на диску. Для магнітних дисків зазвичай використовуються дві копії таблиць, які слідують одна за одною, і вміст їх повністю збігається. Це робиться на той випадок, якщо на диску відбулися якісь збої, то диск завжди можна "відремонтувати", використовуючи другу копію таблиці. Якщо буде зіпсовано обидві копії, вся інформація на диску буде втрачена.

Область даних(Data Area) займає основну частину дискового простору та служить безпосередньо для зберігання даних.

Накопичувачі на жорстких дисках поєднують в одному корпусі носій (носії), пристрій читання/запису та інтерфейсну частину, яка називається контролером жорсткого диска. Типовою конструкцією жорсткого диска є виконання у вигляді одного пристрою - камери, всередині якої знаходиться один або більше носіїв насаджених на один шпиндель і блок головок читання/запису з їх загальним приводним механізмом (рисунок 1). Поруч із камерою носіїв та головок розташовуються схеми управління головками, дисками та інтерфейсна частина. На інтерфейсній карті пристрою розташовується інтерфейс дискового пристрою, а контролер з його інтерфейсом розташований на самому пристрої. З інтерфейсним адаптером схеми накопичувача з'єднуються за допомогою комплекту шлейфів.

Рисунок 1. Влаштування жорсткого диска

Інформація заноситься на концентричні доріжки, рівномірно розподілені по всьому носію. У разі більшого, ніж один диск, числа носіїв усі доріжки, що знаходяться одна під одною, називаються циліндром. Операції читання/запису виконуються підряд над усіма доріжками циліндра, після чого головки переміщуються на нову позицію.

Герметична камера оберігає носії не лише від проникнення механічних частинок пилу, а й від дії електромагнітних полів. Камера не є абсолютно герметичною, т.к. з'єднується з навколишньою атмосферою за допомогою спеціального фільтра, що зрівнює тиск усередині та зовні камери. Повітря усередині камери максимально очищено від пилу, т.к. Найменші частинки можуть призвести до псування магнітного покриття дисків і втрати даних та працездатності пристрою.

Диски постійно обертаються зі швидкістю обертання носіїв від 4500 до 10000 об/хв, що забезпечує високу швидкість читання/запису. За величиною діаметра носія найчастіше виробляються 5.25,3.14,2.3 дюймові диски.

В даний час найбільш часто застосовуються крокові та лінійні двигуни механізмів позиціонування та механізми переміщення головок загалом.

У системах з кроковим механізмом та двигуном головки переміщуються на певну величину, що відповідає відстані між доріжками. Дискретність кроків залежить або від характеристик крокового двигуна, або визначається серво-мітками на диску, які можуть мати магнітну або оптичну природу.

У системах з лінійним приводом головки переміщуються електромагнітом, а визначення необхідного становища служать спеціальні сервісні сигнали, записані на носій за його виробництві і зчитувані при позиціонуванні головок. Багато пристроїв для серво-сигналів використовується ціла поверхня і спеціальна головка або оптичний датчик.

Лінійні приводи переміщують головки значно швидше, ніж крокові, крім того, вони дозволяють виробляти невеликі радіальні переміщення "всередині" доріжки, даючи можливість відстежити центр кола серво-доріжки. Цим досягається положення голівки, найкраще для зчитування з кожної доріжки, що значно підвищує достовірність даних і виключає необхідність тимчасових витрат на процедури корекції. Як правило, всі пристрої з лінійним приводом мають автоматичний механізм паркування головок читання/запису при вимкненні живлення пристрою.

Принципи магнітного запису на жорсткий диск

Принцип магнітного запису електричних сигналів на магнітний носій, що рухається, заснований на явищі залишкового намагнічування магнітних матеріалів. Запис та зберігання інформації на магнітному носії проводиться шляхом перетворення електричних сигналів у відповідні їм зміни магнітного поля, впливу його на магнітний носій та збереження слідів цих впливів у магнітному матеріалі тривалий час завдяки явищу залишкового магнетизму. Відтворення електричних сигналів здійснюється шляхом зворотного перетворення. Система магнітного запису складається з носія запису та взаємодіючих з ним магнітних головок (рисунок 2).

Рисунок 2. Принцип запису та зчитування інформації з магнітного носія

При цифровому магнітному записі в магнітну головку надходить струм, у якому поле запису через певні проміжки часу змінює свій напрямок протилежне. В результаті під дією поля розсіювання магнітної головки відбуваються намагнічування або перемагнічування окремих ділянок магнітного носія, що рухається.

При періодичній зміні напряму поля запису в робочому шарі носія виникає ланцюжок ділянок з протилежним напрямком намагніченості, що стикаються один з одним однойменними полюсами. Розглянутий вид запису, коли ділянки робочого шару носія перемагнічують уздовж його руху, називається поздовжнім записом (рисунок 3).

Чергові ділянки з різним напрямом намагніченості, що виникли в магнітному покритті, є магнітними доменами (бітовими осередками). Чим менший розмір комірки, тим вища щільність запису інформації. Однак зі зменшенням розміру осередку зростає взаємний вплив їх полів, що розмагнічують, спрямованих у бік, протилежну намагніченості в осередках, що при зменшенні бітового осередку нижче критичного значення призводить до мимовільного розмагнічування.

Малюнок 3. Послідовність ділянок із протилежним напрямком намагніченості

Для магнітного запису використовуються носії як магнітних пластин (дисків). Пластини виготовляються процесом напилення множинних металевих плівок та захисного шару покриття на дуже плоску, бездефектну скляну або алюмінієву підкладку. Інформація розміщується у вигляді концентричних кіл, званих доріжками (рисунок 4). У сучасних НЖМД щільність доріжок досягає значень 4,3 * 104 доріжок на один сантиметр радіусу пластини.

Рисунок 4. Розміщення доріжок на диску

Зовнішня пам'ять - призначена для довготривалого зберігання великого обсягу інформації. Це енергонезалежна пам'ять, оскільки в ній зберігається інформація незалежно від того, підключений комп'ютер чи ні до джерела електричного живлення. Як зовнішню пам'ять комп'ютера використовуються різні диски, на яких зберігається інформація. Їх і називають носіями інформації.

В даний час використовується три види носіїв інформації:

- магнітні диски,

- оптичні диски

- магнітооптичні диски

Магнітні диски - це диски, покриті з двох боків тонкою плівкою з магніточутливого матеріалу. Поверхні диска, на які наноситься інформація, називаються робочими поверхнями.

Конструктивно магнітні диски виконуються двох видів:

- жорсткі,

- гнучкі.

Жорсткі магнітні диски

Жорсткідиски виконані із твердого, але легкого металевого сплаву. На жорстких дисках виконано зовнішню пам'ять комп'ютера.

Вона представлена ​​пристроєм, званим вінчестер.Вінчестер розміщується в системному блоці комп'ютера і є кілька жорстких магнітних дисків, закріплених на загальній осі. Вся ця конструкція міститься в корпус, званий гермоблок.Всупереч поширеній думці, цей корпус не є герметичним і повідомляється з навколишнім повітрям через спеціальний фільтр.

Це дуже важливий момент, так як при повній його герметичності будь-який перепад тиску, наприклад перевезення вінчестера у вантажному відсіку літака, призвела б до деформації корпусу вінчестера та псування прецизійного механізму. Завдання цього фільтра полягає у затримуванні твердих частинок, що знаходяться в повітрі та недопущенні їх попадання всередину гермоблока. Інший фільтр, розташований усередині корпусу, вловлює частинки, що відлітають від поверхні диска.

Інформація на магнітних дисках розміщується вздовж концентричних кіл, званих доріжками.Кожна доріжка поділяється на певну кількість ділянок, які називаються секторами.Сектор зберігає мінімально доступну кількість інформації. Обсяг інформації, що розміщується у секторі, становить 512 байт. Один або кілька секторів, розташованих поспіль, утворюють кластер.Кластер- це мінімальна одиниця інформації, яка може бути записана чи зчитана з диска.

У заголовках доріжок та секторів записані їх характеристики (номери, розмір та ін.), а після кожного сектора вміщено контрольну суму всіх його даних. Сектори на доріжках не обов'язково нумеруються по порядку. Широко відомий спосіб, коли сектори чергуються на доріжках не послідовно, а в порядку 1-4-7-2-5-8-3-6-9. Робиться це для того, щоб комп'ютер встигав отримати всі дані до підходу сектора, що наступає за порядковим номером.

Доступ до інформації на магнітному диску визначається чотирма координатами:

- номер сторони диска,

- номер доріжки,

- номер сектора,

- номер байта.

Такий доступ називають доступом фізично.На диску інформація зберігається як файлів. Файл - це будь-яка інформація, що має ім'я та розміщена на носії інформації. При пошуку потрібної інформації користувач не вказує її координати, а надає її ім'я. На ім'я файлу операційна система комп'ютера шукає його фізичне місце на диску, яке вказується у спеціальних службових таблицях. Слід пам'ятати, що сектори зі змістом якого-небудь файлу не обов'язково розташовуються поруч одному місці диска. Під час запису система активно використовує вільні місця. В результаті окремі частини файлу можуть розташовуватися у різних частинах диска. Операцією переміщення головок управляє контролер накопичувача.

У вінчестері використовуються диски одного діаметра та розташовуються один під одним. Доріжки одного діаметра на різних дисках утворюють циліндр.Кількість циліндрів, кількість доріжок на ньому, а також кількість секторів на доріжці формат диска.Формат вінчестера визначається при його конструюванні і жодній зміні не підлягає. Форматування(розмітка) вінчестер завжди виконується на заводі-виготовлювачі з використанням високоточного стенду. Пристрій диска та розміщення доріжок на ньому наведено на рис. 2.1

Магнітні

Робочі поверхні

Рис.2.1 Схема розмітки диска

Перед записом інформації на знову виготовлений магнітний диск слід відформатувати, тобто розмітити на доріжки та сектори . Це робиться для того, щоб зробити дискову поверхню адресованою.

При форматуванні вся дискова поверхня поділяється на дві області:

- системна область,

- область даних.

У системній області знаходяться:

- завантажувальний запис,в якій розміщується системний завантажувачі блок параметрів дискавизначальний формат диска;

- таблиця розміщення файлів(File Allocation Table - FAT), яка є картою області даних. У цій карті записується стан кожного кластера і встановлюється ланцюжок кластерів, які займають один файл. Файл займає цілу кількість кластерів, причому останній кластер може бути задіяний не повністю. Кожен елемент FAT містить номер наступного кластера, що належить одному файлу, або спеціальний код:

- 0 - кластер вільний,

65521 - кластер дефектний,

65522 - кластер останній у файлі.

У зв'язку з особливою важливістю FAT зберігається на диску у двох примірниках:

- кореневий каталог,в якому зберігається інформація про кожен файл (час створення, дата створення, розмір) і номер кластера, що вказує на фізичне розташування файлу або каталогу в області даних. При видаленні файлу відбувається не фізичне стирання інформації, а видалення лише першого символу імені файлу, після цього такий файл стає недоступним для стандартних команд операційної системи, і кластери, які раніше займав файл, оголошуються вільними. Інформація на цих ділянках диска зберігається до тих пір, поки в них не буде розміщено нову інформацію.

В області данихрозміщується вся інформація, з якої складаються файли.

магнітна

магнітний диск

напрямок переміщення

Рис. 2.2. Схема запису та читання інформації з магнітних дисків.

На рис.2.2 наведено схему, що дозволяє зрозуміти принцип запису та читання інформації на магнітні диски. При записі інформації над доріжкою встановлюється магнітна головка, на відстані над поверхнею диска мікронами. Головка є магнітопровідом, на який намотана обмотка. У певний час в обмотку подається імпульс напруги однієї полярності. Цей імпульс породжує в обмотці імпульс струму, а той, своєю чергою, імпульс магнітного потоку.

Магнітний потік замикається по магнітопроводу головки, проходить через повітряний зазор і через ділянку магнітної поверхні диска, що знаходиться в цей момент під магнітною головкою. Ця ділянка доріжки на магнітному диску намагнічується відповідною полярністю. При подачі на голівку імпульсу іншої полярності інша ділянка диска намагнічується протилежною полярністю. Ділянка, намагнічена однією полярністю, сприймається як логічна одиниця, А ділянка, намагнічена протилежною полярністю, сприймається як логічний нуль. Таким методом записується інформація у закодованому вигляді.

Під час читання інформації всі дії відбуваються у зворотному порядку. Намагнічений ділянку диска, переміщаючись під магнітною головкою, наводить на її обмотці імпульс е.д.с. однієї чи іншої полярності, що сприймається як логічна одиниця чи логічний нуль.

Обсяг сучасних вінчестерів обчислюється десятками Гбайт.

Гнучкі магнітні диски

Як переносні носії інформації використовуються гнучкі магнітні диски, звані дискетами . Вони виконуються на пластиковій основі та мають діаметр 89 мм або 3.5 дюйма. Для захисту робочих поверхонь магнітного диска від випадкових руйнувань диск поміщають у жорсткий пластиковий конверт, який практично повністю закриває робочі поверхні диска. У нижньому куті конверта є перемикач захисту від запису. При положенні перемикача у нижньому положеннізапис нової інформації на дискету, а також видалення наявної інформації стає неможливим.

Граничний обсяг інформації цих дискет становить 1.44 Мбайт. Перед нанесенням інформації на дискету вперше її слід розмітити, тобто відформатувати. Форматування дискет здійснюється за допомогою спеціальних програм. Операційна система Windows, яка встановлюється під час продажу комп'ютера, містить таку програму. Принцип розмітки та нанесення інформації на дискети такий самий, як і на жорстких дисках, описаний вище.

Для роботи з дискетами в комп'ютері передбачено пристрій дисководом . Дисковод розміщується в системному блоці, на передній панелі є щілина, в яку вставляється дискета. При повністю вставленій дискеті її рухома металева шторка відсувається, відкриваючи щілину доступу магнітних головок до робочих поверхонь для читання або запису інформації. При виконанні операцій читання або запису інформації магнітні головки за допомогою спеціального мікродвигуна переміщуються у радіальному напрямку від зовнішньої межі дискети до її центру та навпаки. При цьому сам магнітний диск обертається зі швидкістю близько 300 об/хв. Для орієнтації правильного розташування диска на конверті розташовується стрілка. Правильне положення вставленої дисковід дискети відповідає стану, коли ця стрілка знаходиться на верхній поверхні, в лівому куті попереду.

Недоліком магнітних дисків слід вважати втрату або спотворення інформації при попаданні цих дисків у магнітні поля, що призводить до розмагнічування диска. Такі випадки можливі, якщо дискета знаходиться поруч із увімкненим електродвигуном або трансформатором, які створюють магнітні поля розсіювання.

Комунікація, зв'язок, радіоелектроніка та цифрові прилади

Домени магнітних матеріалів, що використовуються в поздовжньому записі, розташовуються паралельно поверхні носія. Цей ефект і використовується при запису цифрових даних магнітним полем головки, що змінюється відповідно до сигналу інформації. Спроби збільшити поверхневу щільність запису шляхом зменшення розмірів частинок збільшуватимуть відношення розміру зони невизначеності до розміру корисної зони не на користь останньої і врешті-решт неминуче призведуть до так званого суперпарамагнітного ефекту, коли частинки перейдуть в однодоменне...

Технології запису на магнітні диски

Поздовжній запис

Перші зразки жорстких дисків, що з'явилися у 70-х роках ХХ століття, використали технологію поздовжнього запису інформації. Для цього поверхня диска, як і поверхня магнітної стрічки, покривалася шаром двоокису хрому. CrO 2 або оксидом заліза, що забезпечує поздовжню намагніченість реєструючого шару. Коерцитивна сила такого носія H c = 28 кА/м.

Технологія нанесення оксидного шару є досить складною. Спочатку на поверхню алюмінієвого диска, що швидко обертається, методом напилення наноситься суспензія з суміші порошку оксиду заліза і розплавленого полімеру. За рахунок дії відцентрових сил вона рівномірно розподіляється по поверхні диска від центру до зовнішнього краю. Після полімеризації розчину поверхня шліфується, і на неї наноситься ще один шар чистого полімеру, який має достатню міцність і низький коефіцієнт тертя. Потім диск остаточно полірується. Диски накопичувачів такого типу мають коричневий чи жовтий колір.

Як відомо, магнітні матеріали мають доменну структуру, тобто. складаються з окремих мікроскопічних областей -доменів , Всередині яких магнітні моменти всіх атомів спрямовані в один бік. Через війну кожен такий домен має досить великий сумарний магнітний момент. Домени магнітних матеріалів, що використовуються в поздовжньому записі, розташовуються паралельно поверхні носія. Якщо на магнітний матеріал не впливає зовнішнє магнітне поле, орієнтація магнітних моментів окремих доменів має хаотичний характер та будь-який їхній напрямок рівноймовірний. Якщо ж такий матеріал помістити в зовнішнє магнітне поле, то магнітні моменти доменів прагнутимуть зорієнтуватися у напрямі, що збігається із напрямком зовнішнього магнітного поля. Цей ефект і використовується під час запису цифрових даних магнітним полем головки, що змінюється відповідно до сигналу інформації.

Мінімальним елементом (осередком) пам'яті магнітного реєструючого шару, здатним зберігати один біт інформації, не окремий домен, а частка (область), що складається з декількох десятків доменів (70-100). Якщо напрям сумарного магнітного моменту такої частки збігається з напрямком руху магнітної головки, то такий її стан можна зіставити логічному «0» даних, якщо напрямки протилежні, – логічній «1».

Однак якщо сусідні області мають протилежний напрямок магнітних моментів, то домени, розташовані на кордоні між ними і стикаються з однойменними полюсами, будуть відштовхуватися один від одного і врешті-решт змінять напрямки своїх магнітних моментів якимось непередбачуваним чином, щоб прийняти енергетично більш стійке положення . В результаті на межі двох областей утворюється зона невизначеності, що зменшує розміри області, що зберігає біт записаної інформації та, відповідно, рівень корисного сигналу при зчитуванні (рис. 5.6). Рівень шумів у своїй, зрозуміло, збільшується.

Спроби збільшити поверхневу щільність запису шляхом зменшення розмірів частинок будуть збільшувати відношення розміру зони невизначеності до розміру корисної зони не на користь останньої і, нарешті, неминуче призведуть до так званогосуперпарамагнітний ефект, коли частинки перейдуть уоднодоменний стані будуть вже нездатні фіксувати інформацію, що записується, оскільки сусідні домени з протилежно спрямованими магнітними моментами будуть змінювати свою орієнтацію відразу ж після видалення магнітного поля записуючої головки. Матеріал реєструючого шару перетвориться на рівномірно намагнічений по всьому об'єму.

Таким чином, через наявність суперпарамагнетизму технологія поздовжнього запису, досягнувши до середини першого десятиліття XXI століття величини щільності запису в 120 Гбіт на дюйм 2 , практично вичерпала свої можливості і вже не в змозі забезпечувати суттєве підвищення ємності накопичувачів на жорстких дисках Це змусило розробників звернутися до інших технологій, вільних від цього недоліку.

Перпендикулярний запис

Можливість перпендикулярного запису заснована на тому, що в тонких плівках, що містять кобальт, платину та деякі інші речовини, атоми цих речовин прагнуть орієнтуватися таким чином, що їх магнітні осі виявляються перпендикулярними до поверхні носія. Домени, сформовані з таких атомів, також розташовуються перпендикулярно поверхні носія.

Сигнал у зчитувальній магнітній головці формується лише тоді, коли вона перетинає силові лінії магнітного поля домену, тобто. там, де ці силові лінії перпендикулярні поверхні носія. У домену, розташованого паралельно поверхні носія, силові лінії магнітного поля перпендикулярні поверхні тільки біля його кінців, там, де вони виходять на поверхню (рис. 5.7, а). Коли головка переміщається паралельно домену і, отже, паралельно його силовим лініям сигнал у ній відсутня. Зменшувати довжину домену, прагнучи підвищити щільність запису, можна тільки до певних меж - поки не почне позначатися суперпарамагнітний ефект. Якщо ж домени розташовуються перпендикулярно поверхні носія, то силові лінії їх магнітних полів завжди будуть перпендикулярні поверхні і міститимуть інформацію (рис. 5.7,б). «Холостих» пробігів, зумовлених довжиною домену, тут уже не буде. Як не буде і суперпарамагнетизму, оскільки домени з протилежною намагніченістю не відштовхуватимуться один від одного. Очевидно, що щільність запису на носії з перпендикулярною намагніченістю можна отримати більш високу.

Диск, призначений для перпендикулярного запису, потребує особливої ​​технології виготовлення. Основа пластини ретельно полірується, а потім методом вакуумного напилення на її поверхню наноситься шар фосфату нікелю, що вирівнює. NiP товщиною близько 10 мкм, який, по-перше, зменшує шорсткість поверхні, по-друге, збільшує адгезію до наступних шарів (рис. 5.8).

Далі наноситься шар магнітом'якого матеріалу, що забезпечує можливість зчитування даних з реєструючого шару, і сам реєструючий шар з матеріалу з перпендикулярною орієнтацією магнітних доменів. Як реєструючий шар може використовуватися кобальт (Со), платина ( Pt), паладій (Pd ), їх сплави один з одним і з хромом ( Cr ), а також багатошарові структури, що складаються з тонких плівок цих металів завтовшки кілька атомів.

Поверх реєструючого шару наноситься захисна плівка зі склокераміки, товщиною близько сотих часток мікрона.

Запис інформації на реєструючий шар з перпендикулярною намагніченістю має особливості. Для того щоб забезпечити прийнятний рівень сигналу і забезпечити хороше відношення сигнал/шум, силові лінії магнітного поля, що формується головкою запису, повинні, проходячи через шар, що реєструє, знову замикатися на сердечник головки. Для цього і служить магнітом'який підшар, розташований нижче реєструючого (рис. 5.9).

За попередніми прогнозами фахівців, технологія перпендикулярного запису дозволить реалізувати щільність запису до 500 Гбіт/дюйм. 2 . При цьому ємність 3,5-дюймового накопичувача складе 2 Тбайта, 2,5-дюймового – 640 Гбайт, 1-дюймового – 50 Гбайт. Однак це лише попередні прогнози. Не виключено, що верхньою межею виявиться величина 1 Тбіт/дюйм 2 і навіть більше. Майбутнє покаже.

Перспективні технології магнітного запису

Технологія перпендикулярного запису нині перебуває у стадії активного розвитку і до граничних значень щільності записи тут ще далеко. Однак цей момент колись таки настане. Може бути навіть раніше, ніж зараз видається. Тому дослідження у напрямі пошуку нових високоефективних технологій магнітного запису ведуться вже зараз.

Однією з таких технологій є термомагнітний записHAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), тобто. запис із попереднім нагріванням носія. Цей метод передбачає короткочасне (1 пікосекунда) нагрівання ділянки носія, на який проводиться запис, сфокусованим променем лазера - так само, як у магнітооптичному записі.Різниця між технологіями проявляється у способі читання інформації з диска. У магнітооптичних приводах інформація зчитується променем лазера, що працює на меншій, ніж при записі, потужності, а при термомагнітного запису інформація зчитується магнітною головкою так само, як із звичайного жорсткого диска.Та й щільність запису тут планується отримати набагато вищу, ніж у магнітооптичних форматах. MD, CD-MO або DVD-MO - до 10 Тбіт/дюйм 2 . Тому як реєструюче середовище тут необхідні інші матеріали. Зараз як такі матеріали розглядаються різні сполуки платини, кобальту, неодиму, самарію та деяких інших елементів: Fe 14 Nd 2 B, CoPt, FePt, Co 5 Sm та ін. Такі матеріали дуже дорогі - як через дорожнечу рідкоземельних елементів, що входять до їх складу, так і через складність і дорожнечу технологічного процесу з їх отримання і нанесення на поверхню основи передбачуваного носія. Конструкція головки запису/зчитування у технології HAMR також передбачається зовсім інша, ніж у магнітооптичному записі: лазер повинен розташовуватися з тієї ж сторони, що й магнітна головка, а не з протилежної, як у магнітооптичних рекордерах (рис. 5.10). Нагрів передбачається проводити до температури близько 100 градусів за Цельсієм, а не 180.

Ще одним перспективним напрямком розвитку магнітного запису є використання як реєструючого шару матеріалів, частинки в яких вибудовані чітко структурований доменний масив ( Bit Patterned Media ). За такої структури кожен біт інформації зберігається лише у одному осередку-домені, а чи не в масиві з 70-100 доменів (рис. 5.11).

Такий матеріал можна або створити штучно за допомогою фотолітографії (рис. 5.12), або знайти сплав з підходящою структурою, що самоорганізується.

Перший метод навряд чи отримає розвиток, оскільки для отримання матеріалу, що допускає щільність запису хоча б 1 Тбіт/дюйм 2 , розмір однієї частинки повинен становити максимум 12,5 нм. Ні існуюча, ні технологія літографії, що планується в найближчі 10 років, цього не забезпечує. Хоча є досить хитромудрі рішення, що дозволяють не скидати з рахунків цей підхід.

Пошук самоорганізованих магнітних матеріалів (SOMA - Self-Ordered Magnetic Array) – дуже перспективний напрямок. Уже кілька років фахівці компанії Seagate вказують на особливості сплаву FePt, що випаровується у гексановому розчиннику. Отриманий матеріал має ідеально рівну комірчасту структуру. Розмір одного осередку – 2,4 нм. Якщо врахувати, що кожен домен має високу стабільність, можна говорити про допустиму щільність запису на рівні 40-50 Тбіт/дюйм 2 ! Схоже, це остаточна межа запису на магнітні носії .

S

Зони невизначеності

Рис. 5.6. Зони невизначеності, що виникають при поздовжньому записі

Сигнал є

Сигналу немає

Рис. 5.7. Носії з паралельною (а)

та перпендикулярною (б) намагніченістю

Підшар із магнітом'якого матеріалу

Основа диска (Al)

Вирівнюючий шар ( NiP)

Реєструючий шар з перпендикулярною намагніченістю

Захисний шар

Рис. 5.8. Структура жорсткого диска з перпендикулярною

намагніченістю

Магнітотвердий реєструючий шар

Магнітом'який підшар

Рис. 5.9. Запис на матеріал з перпендикулярною

намагніченістю

Записуючий полюс

Поворотний полюс полюс

Рис. 5.10. Магнітооптична головка HARM

Рис. 5.11. Мікроструктура ВРМ: 1 - область, що відповідає одному біту інформації при звичайному записі; 2 - масив, межі якого збігаються з межами доменів; 3 - домен, здатний зберігати один біт даних

Рис. 5.12. Реєструючий шар, отриманий за допомогою фотолітографії

А також інші роботи, які можуть Вас зацікавити
41835.		ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ І СХЕМИ	238.57 KB
	Ця робота присвячена вивченню найпростіших комбінаційних логічних пристроїв, що реалізують логічні функції складання множення та заперечення. В результаті функції відображають інформацію приймають у кожний момент часу тільки значення 0 або 1. Такі функції називають логічними сигнали а вхідні і вихідні змінні двійковими бінарними. Розглядаючи вхідні сигнали х1 х2 хп як аргументи можна відповідні вихідні сигнали представляти як функції уi = fх0 х1 х2 хп за допомогою...
41836.		Вивчення та аналіз конструкцій зчеплень транспортних автомобілів	78.68 KB
	Контрольні питання дайте класифікацію зчеплень призначення пристрій та принцип роботи фрикційного однодискового гідравлічного та електромагнітного зчеплень конструктивні особливості різних видів зчеплень їх переваги та недоліки застосовувані матеріали для виготовлення елементів та вузлів зчеплень які приводи використовуються для управління зчепленням опишіть їх пристрій та дайте їм характеристику відцентрового зчеплення які існують способи передачі крутного моменту від маховика двигуна.
41837.		Розробка комплекту конструкторської документації на кодовий замок	763 KB
	Найцікавішими для обивателя є, щоправда, інші замки, що встановлюються прямо у дверне полотно. Вони мають величезний плюс – їм не потрібна замкова щілина, а отже, сторонній спостерігач просто не знатиме про його присутність
41838.		Система живлення дизельних двигунів	177.92 KB
	Миколаїва Лабораторна робота № 9 Система живлення дизельного двигуна Зробив студент групи 2151 Гуськов К.Е Система живлення дизельних двигунів Загальна інформація При роботі дизельного двигуна в його циліндри всмоктується зовнішнє повітря, яке стискається до високого тиску. Система подачі повітря Головними особливостями конструкції впускного повітряного тракту, що розглядається в цьому Посібнику дизельного двигуна, є використання в ньому турбокомпресора, що приводиться в обертання потоком відпрацьованих газів і відсутність...
41839.		Створення звітів та екранних форм у середовищі MS Access	171.48 KB
	Вид отчета представлен на Рисунке 1.01 Идентификационный код Фамилия Имя Отчество Телефон Группа фамилий начинающихся на букву А 1545678990 Архипов Сергей Иванович нет Количество в группе 1 Группа фамилий начинающихся на букву Б 2314743296 Бородулин Андрей Васильевич 271412 1955443781 Безродный Владимир Михайлович 323214 2055894321 Бронзов Станислав Иванович 231070 Количество в групі 3 Група прізвищ, що починаються на букву До...
41840.		Дослідження конструкції системи опалення пасажирського вагона	588.5 KB
	Ціль заняття: Дослідити конструкцію основних елементів системи опалення пасажирського вагона. Котел системи опалення. Схеми систем опалення.
41841.		Пошук інформації у мережі Internet	344.59 KB
	На додаток до цього існує ряд альтернативних засобів пошуку здатних вам стати в нагоді включаючи утиліти які працюючи спільно з браузером добувають інформацію з Web і так звані експертні вузли де з вашими запитами працюють живі люди. Пошукові машини і каталоги При всій кількості методів пошуку в Internet найбільш поширеними засобами знаходження інформації, як і раніше, залишаються пошукові машини і каталоги. Пошукові машини - це комплекс спеціальних програм для пошуку в мережі. Зберігає посилання на сторінки словник...
41842.		Основні характеристики та випробування інтегральних перетворювачів кодів (дешифратора, шифратора, демультиплексора та мультиплексора)	457.22 KB
	На одному з виходів m дешифратора з'являється логічна 1 а саме на тому номер якого відповідає поданому на вхід двійковому коду. На всіх інших виходах дешифратора вихідні сигнали дорівнюють нулю. Умовне зображення дешифратора 4х16, що читається чотири в шістнадцять на схемах, дано на рис.
41843.		Вивчення та аналіз конструкцій коробок передач транспортних автомобілів	81.94 KB
	Контрольні питання дайте класифікацію коробкам передач призначення пристрій та принцип роботи двох та тривальної механічної коробки передач пристрій та робота гідромеханічної коробки передач конструктивні особливості різних видів коробок передач їх переваги та недоліки застосовувані матеріали для виготовлення елементів та вузлів коробок передач призначення пристрій та робота синхронізаторів автомобілів ВАЗ та ЗіЛ яким чином запобігають довільному вимиканню передач яким чином запобігають...