PDF-лекции (1128548), страница 16
Текст из файла (страница 16)
При приложении внешнего магнитного поля происходит изменение формыорбиталей, возникает компенсирующее собственное поле, и полное магнитное поле внутри уменьшается.Запомнить бит информации с помощью диамагнетика невозможно, так как при исчезновении внешнегополя орбитали в атоме диамагнетика вернутся в исходное состояние. Примером диамагнетика могутслужить инертные газы. Характерным свойством инертных газов является заполненность оболочек,инертный газ практически ни с чем не взаимодействует.Для парамагнетиков µ немногим больше нуля, что означает, при внесении парамагнетика во внешнее полев нем наводится внутреннее поле, совпадающее по направлению с внешним. При воздействии напарамагнетик внешним полем атомы вещества изменяют конфигурацию орбиталей так, чтобы полеоказалось еще больше.
Примером парамагнетиков могут служить газы ( O 2 ,N 2 и др.) и щелочныеметаллы ( Na , K и др.)У атомов ферромагнетика незаполненной является d-орбиталь. Ферромагнитные материалы позволяютзапоминать бит информации и используются в изготовлении памяти для ЭВМ. Величина магнитнойпроницаемости для ферромагнетиков много больше нуля, а в некоторых материалах поле можетусиливаться в тысячи раз. Каждый атом ферромагнитного вещества уже имеет магнитный момент, то естьсам по себе представляет магнит. Под воздействием внешнего поля моменты «выстраиваются» понаправлению внешнего поля.
Если атомы в веществе выстраиваются так, чтобы магнитные моментыкомпенсируют друг друга, то данное вещество носит название антиферромагнетика. Если же атомывыстаиваются так, чтобы их магнитные моменты были одинаково ориентированны, то такое веществоназывается ферримагнетиками. Правильная и неправильная ориентация может быть изменена с помощьюнагревания вещества, то есть тепловые возмущения способны нарушить ориентацию моментов. Последостижения некоторой определенной температуры и антиферромагнетики, и ферримагнетики переходят впарамагнетики. Данная температура для ферромагнетиков носит название точки Кюри и составляетпорядка 600 – 800 К. Для антиферромагнетиков данная температура фазового перехода носит названиеточки Нееля и находится в том же диапазоне, что и точка Кюри.Отличительной особенность ферромагнетиков является наличие внутри них объединенных групп атомов,называемых доменами.Число атомов в домене ограничено, так как суммарный магнитный момент не может превышатьнекоторого определенного значения.
При увеличении числа атомов образуются не связанные друг сдругом группы. Линейный размер домена для разных веществ отличается, но в среднем составляет10 −4 см, то есть 1 микрон. В ферромагнетике можно заставить магнитные моменты выстроитьсяодинаково, для этого необходимо приложить внешнее поле, и основной функцией магнитного поля будетне деформация орбиталей (хотя и это имеет место), а переориентация моментов соседних доменов.Если рассмотреть кусок ферромагнитного вещества, изначально поле которого равно нулю, и начатьприкладывать к нему внешнее магнитное поле.
Магнитное поле внутри куска материала начнетувеличиваться до определенного момента, пока не наступит насыщение, когда все магнитные доменыбудут определенным образом ориентированы. Теперь, если мы начнем уменьшать внешнее поле, тообнаружим, что домены, сориентировав свои магнитные поля, не полностью перешли в разупорядоченноесостояние. Данное явление носит название магнитного гистерезиса.Полученная замкнутая кривая носит название петли гистерезиса.
Размагничивание некоторого устройстваи есть борьба с явлением гистерезиса.Ферромагнетики можно разделить на жесткие и мягкие. Жесткие ферромагнетики имеют очень широкуюпетлю гистерезиса, то есть после намагничивания данного материала магнитное поле внутри останетсябольшим. Соответственно, мягкие ферромагнетики имеют узкую петлю гистерезиса. Для изготовленияэлементов памяти, считывающих и записывающих головок используются как жесткие, так и мягкиеферромагнитные материалы.Минимальный размер бита информации определяется размером домена (если попробовать записатьуменьшить размер бита, то мы потеряем устойчивость элемента памяти).
Одной из важнейшиххарактеристик памяти является количество бит на один квадратный дюйм площади. Первые элементымагнитной памяти были устроены следующим образом:Элемент магнитной памяти представлял собой матрицу, в которой ячейка представляласьферромагнитным колечком, диаметр которого составлял примерно 10 мм. По строкам и столбцам этиколечки были соединены проводом, который обвивался вокруг каждого из колец и далее шел кследующему. Данная система проводов предназначалась для адресации.
Если необходимо записать битинформации в определенную ячейку, то по проводам соответствующих стоке и столбцу пускался ток.Если магнитные поля, создаваемые данными токами, складывались, то происходило намагничиваниеколечка, то есть оно имело вполне определенную ориентацию магнитных доменов. Если же токипускались так, что магнитные поля этих токов действовали в противоположные стороны, то колечко ненамагничивалось.
Существовало четыре различных варианта пропускания тока по проволоке:1. по вертикальной и горизонтальной проволокам ток пропускался в одну сторону;2. по вертикальной и горизонтальной проволокам ток пропускался в обратную строну;3. по вертикальной проволоке ток пропускался в одну сторону, а по горизонтальной – в обратную;4.
по горизонтальной проволоке ток пропускался в одну сторону, а по вертикальной – в обратную;Хотя третья и четвертая возможность являлись равнозначными. Для записи ток пропускался в однусторону (прямую или обратную) так, чтобы магнитные поля складывались. Для чтения по одной изпроволочек пускался ток, а с другой считывалось ЭДС индукции. Следовательно, в данной памяти наферромагнитных колечках один бит информации представлялся одним колечком. С развитием технологииизготовления памяти данного вида диаметр колечка уменьшался и, в конце концов, достиг 2 мм.
Данныеплаты памяти позволяли запомнить 196 машинных кодов.Магнитная память в нынешнем ее понимании была изобретена и запатентована Эдисоном. Первым еевидом была магнитная лента. Считывающие головки производились тогда из мягкого ферромагнитного−2материала. Сейчас данная память носит название stream memory и является самой дешевой ( 10 $ за 1Мбайт). Если говорить о недостатках данного вида памяти, то главным из них является последовательныйдоступ в биту информации.Считывающая головка для магнитной ленты и сейчас производится из материалов, которые обладаютсвойствами мягких ферромагнетиков.
Такая головка представляла собой катушку, по проводам которойпропускается ток для записи и считывается ЭДС при чтении (хотя возможно разделение головок напредназначенные только для чтения и только для записи). Причем сердечник катушки имел форму тора сзазором, так как тор без зазора замыкал бы магнитное поле в себе. В идеале для хорошей локализациисоздаваемого поля данный зазор должен иметь размер домена. Чем меньше размер зазора, тем ближе кленте должна располагаться головка.
Фактически, головка должна лежать на магнитном слое. Магнитныйслой, как правило, представляет из себя порошок, нанесенный на подложку. Материалом для подложкислужит либо стекло, либо твердые сплавы алюминия. Магнитный слой ленты, нанесенный на подложку,представляет собой «шкурку» для головки. Кроме того, скорость протягивания ленты должна быть неменьше некоторого определенного значения, так как ЭДС наводимой индукции зависит от этой скорости(вспомним закон Фарадея), а ЭДС должна быть выше некоторого заданного значения, чтобы отличатьинформацию от возможных шумов. Поэтому основной проблемой магнитных головок является ихстирание и, соответственно, недолговечность. Одним из решений данной проблемы было применениепокрытий (например, тефлонового), которые не стачивают головку. Сами головки стали производиться сзащитным слоем, например алмазным или ферритовым, которые практически не стираются.
Естественно,что за не стирание головки приходится платить стиранием защитного слоя на ленте. Для увеличенияобъема записи на магнитную ленту снижалась скорость протягивания.Следующим шагом в развитии магнитофонов стало создание видеомагнитофона, где зачет увеличенияширины ленты был увеличен объем хранимой информации. Точнее говоря, был совершен переход отлинейной записи информации к двумерной.Лекция №10. Магнитная память(продолжение)Магнитная память является двумерной. В устройствах для гибких дисков, винчестерах и CDROMдвижение по одной оси обеспечивается рабочим двигателем (предельная скорость 15000 об/мин), по другой –за счет шагового двигателя.
Рассмотрим подробнее внутреннее устройство жесткого диска.В его корпусе объединены управляющий двигатель, носитель информации (диск), головки чтения/записии электроника. Носитель информации – это, как правило, несколько дисков, расположенных друг над другом.Кроме того, для увеличения объема памяти диски можно сделать двусторонними, то есть ферромагнитныйслой наносится на обе поверхности диска. Для каждого диска имеется одна или пара головок чтения/записи,которые приводятся в движение и позиционируются с помощью пошагового двигателя. Позиционированиеодной головки вызывает аналогичное перемещение и всех остальных (рычаги головок жестко связаны друг сдругом и представляют собой «гребень»), и поэтому, когда речь идет о логической структуре винчестера,говорят о цилиндрах, а не о дорожках. Рабочий двигатель вращает диски.2Предельная плотность записи на винчестерах есть 150 Гбит/дюйм .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
