Основные принципы магнитной записи информации. Современные носители информации.

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования 

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

 

 

 

 

 

Кафедра общей физики

 

 

 

 

 

Основные принципы магнитной  записи информации.

Современные носители информации.

 

 

курсовая  работа

 

 

студента 1 курса физического  факультета

Петрова Алексея Николаевича

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель
к.т.н., доцент		С.П. Кудрявцева
Зав. кафедрой
д. ф.-м. н., профессор		А.А. Игнатьев

 

 

 

 

 

Саратов 2012

 

 

Содержание:

1.Введение………………………………………………………………………....3

2.Основные принципы магнитной  записи………………………........................4

   2.1 Типы размещения магнитной записи……………………………………...8

   2.2 Особенности процесса  записи……………………………………………..10

3. Носители магнитной  записи на основе нанотрубок…………………………16

4. Заключение……………………………………………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Введение.

             Технология записи информации на магнитные носители появилась сравнительно недавно — примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже несколько десятилетий спустя — 60-ые - 70-ые годы — это технология стала очень распространённой во всём мире.

Очень давно появилась  на свет первая грампластинка. Которая     использовалась в качестве носителя различных звуковых данных — на неё записывали различные музыкальные мелодии, речь человека, песни.

 

       Цель работы:

            Ознакомиться с основными принципами традиционной магнитной записи информации, существующими проблемами и осуществить информационный поиск современных носителей информации – носителей на основе нанотрубок.

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

        

 

         2. Основные принципы магнитной записи.

           Техника магнитной записи имеет самые разнообразные области применения. Старейшую область применения магнитной записи представляют низкочастотные, низкоскоростные аналоговые звукозаписывающие  устройства (магнитофоны). Вторая область применения дисковые и ленточные накопители информации, работающие на высоких скоростях и высоких частотах и предназначенные для хранения данных в закодированном виде. И, наконец, к третьей важной области применения относятся видеомагнитофоны бытового и профессионального назначения. Современные бытовые видеомагнитофоны обеспечивают наиболее короткую длину волны записи (λ=0.75 мкм) и соответственно самую высокую плотность записи (266 переходов/мм).

           Для названных основных областей применения магнитной записи характерны следующие примеры сигналов.

 Для звукозаписи требуется строгая линейность, которая достигается наложением на сигнал, несущий информацию, высокочастотного подмагничивания. В случае цифровой записи кодированный сигнал (последовательность «0» и «1») записывается на определенной информационной скорости и восстанавливается по пиковым или нулевым значениям напряжения при воспроизведении. Для видеозаписи характерна частотно-модулированная запись сигнала. Она аналогична цифровой записи с той разницей, что положение точек «пересечения нуля» определяется частотной модуляцией, несущей частоты видеосигналом. Работа каналов записи во всех 3-х случаях различна. Однако принципиальные основы процесса записи не зависят от применения. Рассмотрим их.

Процесс записи осуществляется следующим образом. Намагничивающее  поле создаётся электромагнитом, по обмотке которого протекает ток, изменяющийся во времени по закону записываемого сигнала. Этот электромагнит  является пишущим элементом, его  называют записывающей головкой.

Все подобные аппараты производят запись на носитель, у которого магнитный  слой нанесен на немагнитную основу. Головка представляет собой сердечник  с зазором и обмоткой. В магнитном  поле головки равномерно движется носитель – магнитная лента, диск или проволока, тем самым обеспечивая, соответственно запись или воспроизведение сигнала.

  В магнитном поле головки равномерно движется носитель – магнитная лента, диск или проволока. В каждый момент времени на участок носителя, находящийся в магнитном поле головки, действует магнитное поле, напряженность которого пропорциональна мгновенному значению тока в обмотке головки.

          При записи временной сигнал      преобразуется в пространственные распределения намагниченности. Так сигнал, поступающий в обмотку головки записи, намагничивает сердечник и возбуждает поток магнитной индукции, который благодаря наличию воздушного зазора головки рассеивается над ним.                      

           Поскольку зазор примыкает к носителю, поле рассеяния головки намагничивает носитель. Если частота входного сигнала равна f, а носитель движется относительно головки со скоростью υ, то формируется распределение намагниченности с основной длиной волны записи

 

           В общем случае изменения временного сигнала преобразуется в пространственное распределение в соответствии с простым соотношением x=υt, где x – координата распределения намагниченности вдоль носителя, а t – время. (временная координата входного сигнала). Пространственные распределение намагниченности возбуждает внешнее поле H. Когда сигналопрограмма проходит мимо головки воспроизведения, это поле создает магнитный поток в сердечнике данной головки, выполненной из высокопроницаемого магнитного материала: Результирующий поток ϕ, усиленный, с витками обмотки воспроизведения, наводит в ней напряжение, мгновенное значение которого V равно

 ,

где N – число витков обмотки воспроизведения.

           Как  следует из этой формулы, поток ϕ определяется геометрическими соотношениями и пространственным распределением намагниченности (длиной волны записи). При заданной λ напряжение V растет линейно со скоростью υ (частотой f ).

          Выражение «Высокоплотная запись» означает, что интервал бита (), т.е. расстояние между ближайшими переходами намагниченности, мало. (Обычно по сравнению с толщиной рабочего слоя).

 

 

Например:

 

	υ	f	λ
Бытовой видеомагнитофон	5558 мм/с	7 МГц	0,75 мкм
Кассетный магнитофон	47,6 мм/c	20 кГц	2.0 мкм
4-x головочный видеомагнитофон	38.1 мм/c	15 МГц	2.5 мкм

 

 

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           2.1 Типы размещения магнитной записи.

            Существуют два типа реализации записи сигнала в носителе и, соответственно, два типа носителей с продольным и перпендикулярным намагничиванием. На рисунке представлены полня намагниченности носителя в виде стержневого магнита. Внутри  магнита поле направлено против намагниченности и называется полем саморазмагничивания. Поле снаружи магнита (в свободном пространстве) называется полем рассеяния. Поле саморазмагничивания направлено против намагниченности и, следовательно, может уменьшать уровень записи в сигналопрограмме. Весьма желательно иметь сильные поля рассеяния, поскольку они создают воспроизводимый сигнал. Поля саморазмагничивания  в обоих распределениях имеют,  как и продольную, так и перпендикулярную составляющие.  На рисунках показаны только те составляющие поля саморазмагничивания,  которые совпадают по направлению с соответствующей намагниченностью. Эти составляющие также синусоидальны и противоположны по фазе намагниченности. При продольной намагниченности напряженность поля саморазмагничивания стремится к нулю с увеличением длины записи, так как полюсы оказываются очень удаленными друг от друга по сравнению с толщиной рабочего слоя носителя б.

          С уменьшением длины волны  и, следовательно, разнесения  полюсов, саморазмагничивающее поле  усиливается. При малых, по  сравнению  с толщиной рабочего  слоя длинах волн. Напряженность  поля саморазмагничивания стремится к максимуму. Самое сильное поле саморазмагничивания наблюдается в середине рабочего слоя, где напряженность поля равна намагниченности, что соответствует коэффициенту саморазмагничивания N=1. В этом случае при малой  λ  распределение магнитных полюсов, если смотреть из центра рабочего слоя, аналогично распределению полюсов в тонкой пластине, намагниченной поверхности. На поверхности рабочего слоя при малой длине волны записи, максимальное значение напряженности поля саморазмагничивания равно половине значения напряженности в центре. У носителя с перпендикулярной намагниченностью  поле саморазмагничивания с уменьшением  λ  монотонно ослабевает в отличие от носителя с продольной намагниченностью. При перпендикулярной намагниченности с большой длиной волны рабочий слой соответствует перпендикулярно намагниченной тонкой пластине и коэффициент саморазмагничивания N=1 в любой точке рабочего слоя по толщине. Поле саморазмагничивания ослабевает и достигает минимума на длинах волн, малых по сравнению с толщиной рабочего слоя. В середине рабочего слоя расстояние между полюсами становится большим по сравнению с длиной интервала бита. Такое геометрическое соотношение эквивалентно существующему в тонкой пластине, намагниченной в плоскости. Таким образом, напряженность тела саморазмагничивания становится пренебрежимо малой. На поверхности рабочего слоя напряженность этого поля уменьшается до значения половины М. Интересно отметить, что при малых длинах волн записи размагничивающее поле на поверхности одинаково как для продольной, так и для перпендикулярной намагниченности.

 

 

       

       

        2.2.Особенности процесса записи.

          Анализ процесса магнитной записи в общем случае очень сложен. Изменение намагниченности под действием поля головки записи происходит по петле Гистерезиса, которая является не только нелинейной, но и неоднозначной функцией напряженности приложенного поля, однако упрощенные модели процесса записи позволяют сделать этот сложный процесс более наглядным.

           Сначала мы проанализируем ограничивающее  влияние поля саморазмагничивания  на максимальное значение намагниченности  в сигналопрограмме.

           Итак, значение намагниченности  имитируется полями саморазмагничивания.  При этом максимальная напряженность  поля саморазмагничивания  =.

        После того, как процесс записи завершен, носитель покидает головку и в свободном пространстве испытывает действие саморазмагничивания поля, которое может быть достаточным для нереверсивного изменения намагниченности.

           На рисунках показаны переходы намагниченности и связанные с ними поля саморазмагничивания для продольного (а)  и перпендикулярного направления намагниченности.

          Поля саморазмагничивания направлены  навстречу M и соответственно  равны нулю в центре перехода. В случае продольной намагниченности  носитель поля  вдали от центра перехода становится малым и достигает максимальной величины примерно там, где намагниченность равна половине намагниченности насыщения. Максимальная напряженность поля для носителя с тонким рабочим слоем и арктангенсальным переходом M равна:

,

         Где а – параметр перехода, соответствует расстоянию вдоль носителя, на котором намагниченность меняется от - до + .

          Таким образом, показано, что увеличение коэрцитивной силы носителя приводит к сужению перехода намагниченности.

           В случае перпендикулярной намагниченности  носителя поле саморазмагничивания  постепенно увеличивается от  центра перехода и достигает  максимума там, где намагниченность  становится M=const. Саморазмагничивание происходит как бы «Внутри интервала бита», а сам переход может оставаться близким к прямоугольному (т.е. не размываться). Предельное значение поля саморазмагничивания равно:

.

          При очень высоких плотностях записи отдельные переходы могут существенно перекрывать друг друга, в результате чего распределение намагниченности приобретает синусоидальную форму.