Размер бита

Для пользователей ПК жесткий диск должен иметь максимальную емкость. Ин­формация хранится единицами, которые называются битами. Каждый бит может быть нулем или единицей. Байт состоит из восьми бит. Например, в программе обра­ботки текста байт представляет в документе один символ или форматирующий код. Емкость накопителя в битах зависит от числа имеющихся в нем поверхностей (сколько дисков и каковы их размеры) и от размера участка поверхности для хране­ния одного бита.

Биты записываются в виде элементов намагниченности магнитных полей вдоль дорожек, причем каждый элемент ориентирован вперед или назад. При вращении диска под головкой ток в головке изменяется, что вызывает изменения записываемых магнитных полей. Можно для простоты считать, что при записи на дорожке уклады­ваются постоянные магниты.

Размер (или площадь) бита есть произведение его ширины на длину. Ширина бита равна ширине дорожки или, упрощенно, ширине головки считывания-записи. Чтобы запись на одну дорожку не "перезаписывала" части соседних дорожек и чтобы головка не воспринимала информацию более чем с одной дорожки, приходится ос­тавлять между дорожками небольшой промежуток. Такая буферная зона увеличивает площадь, занимаемую каждым битом, поэтому эффективная ширина бита равна рас­стоянию между дорожками, а не просто (несколько меньшей) ширине дорожки.

Фактически дорожки несколько шире головок. Различие вызыва­ется тем, что некоторые магнитные силовые линии, выходящие из зазора it воздействующие на участки поверхности диска, оказывают­ся просто вблизи головки, а не точно под ней. Такое "растекание" влияет на точность считывания, если разместит головки слишком близко; чтобы избежать этого, задается минимальное расстояние между дорожками.

В видеомагнитофонах для подавления перекрестных помех взаи­модействия соседних дорожек применяют две или более головок и выравнивают за­зоры головок так, чтобы они не были параллельными (так называемое азимутальное выравнивание). Благодаря этому дорожки можно размещать почти вплотную. Такой способ в накопителях на жестких дисках не применяется, так как перемещение голо­вок с дорожки на дорожку заставляет использовать одну и ту же головку для всех дорожек. В видеомагнитофонах, имеющих вращающуюся головку н спиральную подачу ленты, намного проще применять несколько головок с различно выравненными зазорами для соседних дорожек.

Описать длину бита несколько труднее. На нее влияют три фактора. Во-первых, имеется некоторый предел того, как близко можно размещать переходы магнитного поля вдоль дорожки. Во-вторых, для хранения бита информации может потребо­ваться больше чем длина одного перехода. Умножение минимальной длины магнит­ного "триггера" на требуемое число таких длин даст абсолютно минимальную длину бита для каждого конкретного накопителя. В-третьих, у разработчиков накопителей могут быть веские причины для того, чтобы применять для хранения бита участки, большие абсолютно минимального размера.

Минимальная длина магнитного триггера зависит от сложной комбинации свойств магнитной поверхности диска, размера записывающего зазора сердечника го­ловки и высоты полета головки над поверхностью

Минимальная длина магнитного триггера. Насколько малой может быть длина магнитного триггера? Ответ на этот вопрос можно разделить на три части.

Прежде всего приходится учитывать характер материала поверхности. В накопи­телях с оксидным покрытием поверхность состоит из небольших частиц магнитного материала, находящихся в связующем веществе. Для любой поверхности суще­ствует минимальный участок, который можно намагнитить; этот участок называется зерном или доменом. Длина триггера не может быть меньше размера домена.

Второе ограничение на минимальное расстояние между магнитными переходами связано с последовательностью ориентации записанных участков. У соседних участков с противоположной намагниченностью "северный полюс" находится рядом с другим "северным полюсом", а "южный полюс" — рядом с другим "южным полюсом". Биты на диске отталкивают друг друга, аналогично от­талкиванию магнитов при их приближении; чем ближе расположены участки, тем сильнее магнитное поле одного участка (или бита) отталкивает соседние участки. Ес­ли участки оказываются слишком близко, поле одного участка может изменить поле соседнего участка, т.е. два участка сольются. Следовательно, минимальная длина триггера должна предотвращать такое событие.

Третьим ограничивающим фактором является размер зазора сердечника головки. Обычно длина триггера делается, как минимум, равной ширине зазора. Несмотря на потенциальную возможность записи меньших участков, это не рекомендуется, так как через обмотку могут одновременно проходить поля от нескольких участков, что затрудняет выделение магнитного поля каждого участка. Кроме того, при записи на диск ток в обмотке намагничивает в одном направлении дорожку по всей длине за­зора и может "перезаписать" соседние биты.

Современная технология производства накопителей позволяет свести все эти пре­делы примерно к одной величине. Поэтому размер домена поверхности, минималь­ный размер участков, которые не намагничивают друг друга, и ширина зазора голов­ки оказываются сравнимыми друг с другом.

Дальнейшие исследования привели к покрытию из почти чистого магнитного ма­териала, который напылялся или осаждался на поверхность диска. Материал ориентируется так, что намагниченность оказывается такой же, как для поверхности с оксидным покрытием. Достоинства металлических носителей состоят в том, что их можно сделать тоньше с получением сигналов той же силы. Уменьшение толщины позволяет сократить размеры участков для хранения информации.

Оксидные поверхности обеспечивают плотность записи около 20 тыс. битов на дюйм дорожки, а плотность металлических носителей в четыре раза больше. Кроме того, для металлического носителя можно применять более узкие головки, а это уве­личивает число дорожек; в результате емкость диска с металлическим покрытием примерно в десять раз больше емкости диска с оксидным покрытием.

Два этих фактора ограничивают размер независимо намагничиваемого участка на поверхности диска (длину магнитного триггера). Способ кодирования данных определяет, сколько таких длин необходимо для хранения одного бита. Этот вопрос рас­сматривается в следующем разделе; пока нам достаточно знать, что для каждого бита требуется некоторое фиксированное число (необязательно целое) таких участков.

Теоретическая и практическая плотность битов. Длину дорожки, используемую для хранения одного бита, можно назвать битовой ячейкой. Реальные битовые ячей­ки в дисковых накопителях не всегда столь малы, как они могли бы быть (т.е. мини­мальная длина магнитного триггера, умноженная на число длин триггеров, необходи­мое для кодирования бита). Такая ситуация объясняется экономическими, а не фи­зическими причинами. Дорожки около шпинделя короче внешних дорожек, т.е. на внешних дорожках для битов больше места. Это — физика. Поскольку шпиндель вращается с постоянной скоростью независимо от позиции блока головок (это не от­носится к некоторым накопителям на гибких дисках, которые, правда, в ПК не при­меняются), время прохода всей дорожки под головкой одинаково для всех дорожек. Более длинные внешние дорожки просто движутся под головкой быстрее.

Конечно, размер бита на поверхности диска зависит от конкретного накопителя, но обычно он находится в следующих диапазонах: длина но дорожке от 0,5 до 2,5 микрон, а ширина дорожки от 12 до 75 микрон. При этом минимальная площадь би­та варьируется от 6 до 200 квадратный микрон. Взяв обратную величину от приве­денных чисел, можно найти поверхностную плотность; она составляет от 5,000 до 170,000 бит на квадратный миллиметр. Чтобы сделать приведенные величины более наглядными, скажем, что площадь бита на поверхности диска примерно равна пло­щади поперечного сечения человеческого волоса, а в максимальная плотность в сов­ременных жестких дисках примерно в 30 раз выше.

Дата добавления: 2014-01-20