Конспект лекций «Элементная база РЭС» (стр. 14 )

2) использование веществ с высокой коэрцетивностью.

Подобные вещества стабильны и способны хранить записанную информацию долго и с высокой надёжностью, однако для записи на такие вещества требуется большая коэрцетивная сила, которую записывающие головки не обеспечивают. Технология термоассестируемой магнитной записи большая коэрцетивная сила головки не нужна, потому что во время записи носитель нагревается, его коэрцетивность падает, а после того, как запись завершена, носитель остывает и запись остаётся на долгое время.

Проблемы, которые необходимо решить для реализации этого метода:

1) сложность интегрирования лазера в записывающую головку

2) сложность селективного нагрева

3) вероятно, сложно обеспечить охлаждение диска

4) сам по себе жёсткий диск довольно термонагруженное устройство и установка лазера только усугубит положение. Seagate предполагает, что такая технология позволит обеспечить плотность в 50 Тбит/дюйм2.

Проводятся исследования по совмещению накопителя, который использует метод термоассестированной записи и метод структурированного носителя. При этом структурированный метод подразумевает, что домены будут самоорганизовываться.

Гибридные жёсткие диски

Часть информации хранится на флеш-памяти, при этом магнитная технология используется для хранения больших массивов информации, а флеш-память используется для данных, наиболее часто запрашиваемых системой, например для модулей операционной системы. Есть мнение, что в принципе прогресс развития винчестеров не будет так востребован в будущем из-за развития сетевых технологий и облачного хранения данных. Гибридные диски позволяют снизить энергопотребление, повысить надёжность работы устройства, т. к. жёсткий диск с запаркованными головками менее чувствителен к воздействию, рационально уменьшить время спящего режима, снизить температуру и акустический шум.

Особенности работы жёсткого диска

При работе винчестера используется т. н. микропрограмма (firmware). Часть её хранится в микросхеме памяти, а оставшаяся часть на магнитном диске в специально отведённой для этого служебной области. Последовательность включения жёсткого диска:

После подачи рабочего напряжения, микропроцессор жёсткого диска запускает программу. Запускается самодиагностика, тестирует оперативную память жёсткого диска, программирует микросхемы, находящиеся в блоке управления жёсткого диска. Только после этого при отсутствии нештатных ситуаций запускается двигатель шпинделя. Затем микропроцессор измеряет период следования импульсов фазных обмоток двигателя, пока он не наберёт нужную скорость. После этого выдаётся команда на перемещение магнитных головок. Теперь жёсткий диск готов к приёму сигнала с внешнего интерфейса. В HDD, поддерживающих стандарт… поддерживается функция энергосбережения. процессор подаёт сигнал на остановку двигателя, если в течение определённого времени отсутствует обращение к диску. Это позволяет экономить энергию, но приводит к повышенному износу узлов кинематики.

В процессе изготовления жёсткие диски проходят индивидуальную настройку. Дело в том, что не существует двух одинаковых устройств и параметры этих устройств (плёнка, головки) имеют разброс. Поэтому после изготовления осуществляется индивидуальная настройка каждого устройства, которая заключается в создании т. н. адаптивных переменных данного герметичного блока, которые содержат информацию, касающуюся данного конкретного изделия.

Производительность дисковой системы зависит в первую очередь от быстродействия кинематики жёсткого диска. Механические движения являются самым медленным звеном. Особенно тормозит производительность поиск дорожек и ожидание поворота диска на угол, необходимый для доступа к сектору. Скоростные характеристики определяются как средним временем доступа, так и средней скоростью чтения, однако на практике имеет значение буферизированная скорость чтения – скорость обмена данными между контроллерами материнской платы и жёсткого диска. Использование ОЗУ в блоке управления и использование контроллера позволяет виртуально повысить скорость жёсткого диска. Кроме того, производитель использует технологии, позволяющие повысить скорость обмена данными, например: упреждающее чтение, отложенная запись, оптимизация очереди команд. Первые два фокуса обеспечиваются наличием ОЗУ в блоке управления.

Одна из технологий увеличения плотности записи - PRML (максимальное правдоподобие при неполном отклике), это алгоритм преобразования аналогового сигнала, записанного на магнитный диск, основан на положении теории распознавания образов. В методе PRML в декодировании применяется набор образов, с которым сравнивается считываемый сигнал. За результат принимается наиболее похожий. Механизм PRML применяется почти во всех современных жёстких дисках.

Технология SMART (Self monitoring analysis and reporting technology) – технология мониторинга состояния жёсткого диска и предсказания выхода его из строя. Была разработана производителями для обеспечения высокой степени надёжности хранения информации. Суть технологии SMART заключается в том, что жёсткий диск самостоятельно отслеживает своё состояние, а специальная программа способна заранее предупредить пользователя о предаварийном состоянии устройства. Дело в том, что сбои в жёстком диске можно разделить на предсказуемые и непредсказуемые. Непредсказуемые – скачок напряжения, порча диска в результате удара. Предсказуемый сбой характеризуется постепенной деградацией того или иного параметра. Многие механические сбои оцениваются как предсказуемые. При работе накопителя SMART оценивает все ошибки. При этом все возникающие ошибки находят отражение в соответствующих атрибутах, а величина этих атрибутов описывается определённым значением, при этом каждое отклонение от эталонного значения расценивается как предпосылка к нештатной ситуации. Для каждого атрибута определяется минимально возможное значение, при котором гарантируется безотказная работа накопителя. В случае внештатной ситуации жёсткий диск выводит сообщение через ОС с предупреждением сделать резервную копию информации.

лами:

Акустоэлектроника

Вопрос 1. Общие понятия и определения

Акустоэлектроника – наука на стыке акустики твёрдого тела, физики полупроводников и радиоэлектроники. Акустоэлектроника занимается принципами построения электронно-звуковых устройств для преобразования сигналов. Её использование в СВЧ диапазоне позволяет значительно уменьшить длину волны и упростить обработку сигнала. Используют взаимодействие акустической волны с электронами проводимости. Используется взаимодействие с магнитными полями

3) с оптическим излучением, а также нелинейное взаимодействие акустических волн.

Акустоэлектронные устройства позволяют проводить следующие операции над сигна

1) задержка во времени

2) частотные и фазовые преобразования (преобр. частоты, сдвиг фазы и преобр. спектра)

3) изменение амплитуды (усиление, так и способность модулировать сигнал)

4) интегрирование

5) кодирование и декодирование

6) корреляция сигналов

Выполнение вышеперечисленных операций часто необходимо в радиолокации, технике дальней связи, системах автоматического управления. Акустоэлектронные методы в ряде случаев позволяют осуществлять эти операции более простым и рациональным способом.

В устройствах акустоэлектроники используются ультразвуковые волны как правило частотой 10МГц..10ГГц, однако в ряде случаев нижняя граница обычно ограничена только размером акустопреобразователя. Волны делятся на объёмные и поверхностные. Преимущество поверхностных – доступность волнового фронта, т. е. возможность снимать сигнал и управлять движением волны в любых точках звукопровода.

Большинство устройств акустоэлектроники выполняются на поверхностных акусических волнах.

\

Параметры:

1) рабочая частота

2) полоса частот Дf

3) вносимые потери

4) время обработки сигнала

Частота и полоса частот определяется характеристиками акустоэлектронных преобразователей (встречно-штырьевых преобразователей), а время обработки сигнала определяется размером звукопровода. Вносимые потери определяются потерями на двойное преобразование (электрического в акустический и обратно), а также на отражение и поглощение звуковой волны. По физическим принципам, лежащим в их основе, а также по назначению, акустоэлектронные приборы  можно разделить на:

1) пассивные линейные устройства, в которых производится линейное преобразование сигнала (линии задержки);

2) активные линейные устройства (усилители и генераторы сигналов);

3) нелинейные устройства (в них происходит модуляция и перемножение сигнала).

Всякое акустоэлектронное устройство состоит из акустоэлектронных преобразователей и звукопровода, но кроме того могут использоваться различного рода отражатели, резонаторы, акустические волноводы, концентраторы энергии, фокусирующие устройства, а также активные нелинейные и управляющие элементы.

В акустоэлектронике широко используется прямой и обратный пьезоэффект. Акустоэлектроника тесно связана с пьезоэлектроникой. Устройства акустоэлектроники сравнительно просты и как правило могут быть выполнены по технологиям микроэлектроники, в частности, методом планарной технологии. Акустоэлектронное взаимодействие подразумевает взаимодействие ультразвуковых волно с электронами проводимости. Волны, распространяясь в твёрдом теле, взаимодействуют на внутрикристаллические электрические поля. Они вызывают колебания кристаллической решётки, а это приводит к изменению напряжённости внутрикристаллических электрических полей,  а они в свою очередь воздействуют на электроны проводимости. Акустоэлектронные взаимодействия называют также электрон-фононныси взаимодействиями, потому что звуковые волны и упругие колебания решётки можно рассматривать как электромагнитные волны в виде потоков квантов энергии, а эти кванты называются фононами. Т. о., распространение звуковых волн в кристалле представляет собой поток фононов, а энергия звуковых волн (фононов) может передаваться электронам проводимости (происходит т. н. электронное поглощение).

Вопрос 2. Физические основы акустоэлектроники

РИС295 – структура элементарной ячейки кварца

При отсутствии деформации центр тяжести положительных и отрицательных ионов совпадает. Сжатие кристалла в вертикальном направлении приводит к смещению положительных ионов вниз, а отрицательных вверх. Соответственно, на наружных электродах появляется разность потенциалов. При обратном эффекте под действием внешнего электрического поля кристалл изменяет геометрические размеры. Под переменным напряжением возбуждаются механические колебания определённой частоты.