تحقیق مقاله تاریخچه ابزار های مغناطیسی

همان طور که اغلب می دانیم پیش از اختراع و کاربرد ابزارهای مغناطیسی برای کامپیوتر ها ،استفاده از کارت پانچ ها ( کارت های سوراخ دار ) رایج بود این مطلب را بسیاری از دانشجویان واساتیدی که قبل از سالهای 1370هجری شمسی در دانشگاه ها حضور داشته اند به خوبی به خاطر می آورند اولین استفاده از ابزارهای مغناطیسی به ژوئن 1949 باز می گردد که گروهی از مهندسین شرکت IBM روی دستگاهی با ضبط مغناطیسی برای کامپیوترها کار می کردند  که این تلاش منجر به ارائه آن در سال 1952 گردید اما یک ابزار مغناطیسی کامل نبود چهار سال بعد (1956)IBM  اولین دیسک مغناطیسی خود را با ظرفیت 5 مگابایت به همراه کامپیوتر IBM305 RAMACمعرفی کرد که خواندن و نوشتن در هرمکانی از صفحات دیسک آن به صورت تصادفی و اتفاقی (RAM) قابل انجام بود (این در حالی بود که ابزارها ی دیگر ازقبیل نوار پانچ یا نوار تیپ به صورت تصادفی و اتفاقی قابل دستیابی برای نوشتن و خواندن نمی باشد بلکه باید به صورت ترتیبی و پشت سر هم خوانده یا نوشته شوند تا به محل مورد نظر برسید .)

این درایو که دارای50 دیسک با قطر 24 اینچ بود را با هارد دیسک امروزی با دو صفحه و قطر 5/3 اینچ که ظرفیتی برابر با 40،60،80یا 100 یا 120 گیگابایت دارد مقایسه کنید تا شاهد تحول و پیشرفت در ابزارهای ذخیره مغناطیسی باشید.

شرکت IBM (اولین سازنده کامپیوتر ) اولین طراح و سازنده درایو های مغناطیسی و حتی فلاپی درایوها می باشد که در پیشرفت این ابزارها و ارائه راه حل های تازه و جدید نیز همیشه حرف اول را می زند و هر روز یک نظر و ایده جدید را برای کدبندی داده ها ( نظیر MFM ,RLL) طرح های هد (نظیر TF, MR,GMR,....) فن آوری جدید درایوها (نظیر PRML , ضبط NO-ID ,S.M.A.R.T) ارائه میدهد این شرکت مقام دوم فروش هاردهای کامپیوتر بانام تجاری سیگیت (seagate) را دارا می باشد.

دیسک های مغناطیسی و هد ها

هدهای خواند / نوشتن در دستگاه های ذخیره مغناطیسی تکه های Uشکلی از مواد رسانا (CONDUCTIVE) هستند که دو انتهای این Uبه طور دقیق در بالای سطح دیسک یا رسانه ذخیره کننده اطلاعات قرار می گیرد ( بسته به نوع و طرح هد و رسانه این فاصله متفاوت است ) هد فوق با سیم پیچ های در بر گیرنده قسمت بالای Uبرعکس شده پوشیده شده است که یک جریان اکتریکی از آن عبور می کند زمانی که مدار کنترلر درایو جریانی را از سیم پیچ ها عبور می دهد در هد (قسمت نوک) یک میدان مغناطیسی به وجود می آید تغییر قطبیت جریان الکتریکی مذکور سبب تغغیر قطبیت میدان مغناطیسی نیز خواهد شد به طور کلی با توجه به طرح و مواد مورد استفاده در ساخت هدها قابلیت تغییر قطبیت ولتاژ آنها با سرعت بالا وجود دارد .

صفحات دیسک یا نوارهای مغناطیسی از موادی خاص (نظیر mylerدر فلاپی دیسک ها و آلومینیوم یا شیشه برای هارددیسک ) با پوششی به صورت یک لایه از مواد مغناطیسی رسوب داده شده ساخته می شوند معمولاً این ماده ترکیب از اکسید آهن و مواد افزودنی دیگر می باشد هر یک از ذرات مغناطیسی رسوب داده شده برروی شطح دیسک یانوار دارای میدان مغناطیسی مختص خودمی باشد که در زمان خالی بودن رسانه قطبیت نامنظم دارند .

با توجه به اینکه میدان ذرات مذکور به جهت های اتفاقی و مختلف اشاره می کنند هر میدان مغناطیسی کوچک با میدان دیگری که در جهت مخالف قرار دارد خنثی می شود و در این حالت سطح رسانه دارای قطبیت های یکنواخت و واضحی نمی باشد .

زمانی که یک میدان مغناطیسی توسط جریان عبوری از سیم پیچ هد ( خواندن /نوشتن) درایو ایجاد شوداین میدان از شکاف (gap) میان دو طرف uپرش می کند از آنجاییکه یک میدان مغناطیسی از رسانا راحت تر از هوا عبور می کند بنا براین میدان مغناطیسی از کم مقاومت ترین مسیر یعنی سطح رسانا که دارای مواد فلزی خاص هستند عبور کرده و ذرات موجود در مسیر قطبی خواهند شد به طوریکه  با این میدان هم جهت شوند قطبیت میدان و ذرات همان طور که قبلاً گفته شد به جهت جریان الکتریکی اعمال شده به سیم پیچ هد بستگی دارد هر چند فاصله هد با سطح رسانه کمتر باشد اندازه حوزه مغناطیس ضبط شده (میدان مغناطیسی)کوچتر بوده و در نتیجه چگالی اطلاعاتی که در سطح رسانه ذخیره می شوند بیشتر خواهدبود.

جهت یا قطبیت یک میدان مغناطیسی را با پارامتری به نام شار (flux) مشخص می کنند زمانی که جریان الکتریکی در سیم پیچ های هد عکس می شود شار یا قطبیت میدان مغناطیسی موجود در شکاف هد نیز تغییر می کند عکس شدگی شار (flux  reversal) در هد باعث معکوس شدن قطبیت ذرات مغناطیس شده موجود در سطح رسانه یادیسک میشود .

هد، تغییرات شار را در رسانه ایجاد می کند تا اطلاعات ضبط گردند. این هد برای هر یک از بیت های 0 یا 1، الگویی از عکس شدگی های شار مثبت به منفی و منفی ه مثبت ایجاد می کند که این الگوها مربوط به ناحیه ای از سطوح دیسک به نام سلول‌ های بیتی (bit cells) می باشد. الگوی عکس شدگی های شار برای ذخیره یک بیت در سلول آن یا ناحیه خاص آن در سطح دیسک را کدبندی (Encoding) اطلاعات گویند. بورد کنترلر دستگاه ذخیره مغناطیسی، اطلاعاتی که باید ذخیره شوند را می گیرد و در یک دوره زمانی، آنها به عنوان جریانی از عکس شدگی های شار کدبندی می کند.

در فرایندنوشتن اطلاعات بر روی سطح دیسک، ولتاژ به سیم پیچ های هد اعمال می‌شود و همزمان با تغییر قطبیت این ولتاژ، قطبیت میدان مغناطیسی برای ضبط نیز تغییر می کند، شار دقیقاً در نقاطی که قطبیت ضبط تغییر می کند نوشته می شود. اما در طی فرایند خواندن، هد همان سیگنال نوشته شده را ایجاد نخواهد کرد بلکه، فقط هنگام عبور از یک گذار شار، یک پالس ولتاژ ایجاد می کند. زمانی که گذار از منفی به مثبت تغییر می یابد پالس مذکور مثبت می باشد. از آنجا که هد، موازی با میدان های مغناطیسی ایجاد شده در رسانه حرکت می کند، در زمان خواندن، فقط وقتی که از یک قطبیت یا گذار شار (عکس شدگی شار) می گذرد ولتاژ ایجاد می نماید. در حقیقت زمانی که عمل خواندن از دیسک یا رسانه انجام می شود، هد به یک کشف کننده گذار شار تبدیل می شود. در نواحی فاقد گذار شار، هیچ گونه پالسی به وجود نمی آید.

به عبارت دیگر در زمان خواندن، ولتاژ سیگنال صفر است مگر اینکه هد یک گذار شار مغناطیسی را کشف کند که در این صورت بسته به نوع تغییر گذار، مالس مثبت یا منفی ایجاد می شود.

جریان پالس های الکتریکی کخ هنگام خواندن هد از سطح رسانه به وجود می آیند بسیار ضعیف بوده و نویز زیادی را در بر می گیرند. بورد کنترلر درایو، سیگنالهای بالای سطح نویز را تقویت کرده و رشته  جریان های پالس ضعیف را به صورت اطلاعات باینری (دودویی) کد گشایی (Decode) می نماید که ظاهراً این اطلاعات با اطلاعات در هنگام ضبط یکسان می باشند.

4-1 طرح های هد مغناطیسی خواندن/ نوشتن

همزمان با متحول شدن فناوری دیسک درایو، طراحی هد خواندن/ نوشتن نیز پیشرفت کرد. در اولین هدها، از یک هسته آهنی ساده که بدور آن سیم پیچی های پیچیده شده بود استفاده می شد. این هد از نظر اندازه، بزرگ و حجیم و همچنین دارای چگالی ضبط پایین بود. پس از گذشت سال ها، طرح های ساده جای خود را به هدهای با هسته فریت با ویژگی ها و فن اوری های متعدد داده اند که در این قسمت به طور کامل در مورد آنها صحبت خواهیم کرد و مهم ترین آنها عبارتند از:

فریت (Feerite)

فیلم نازک (Thin- Film)

فلز داخل شکاف (metal- In- Gap)

مقاومت مغناطیسی (Magneto- resistive)

مقاومت مغناطیسی بزرگ (GMR)