Referat Magnetplattenspeicher - Mechanischer Aufbau

Magnetplattenspeicher

Sie sind Speichersysteme, die einen relativ schnellen Zugriff auf die Daten ermöglichen, aber auch relativ teuer sind. Man unterscheidet hier zwischen zwei Arten von Plattenlaufwerken:

- Festplattensysteme

- Wechselplattensysteme

Bei ersteren kann man den Plattenstapel nicht mehr

austauschen, da sich dieser in einem hermetisch verschlossenen

Raum befindet, der sie vor Staub und anderen Arten von

Umweltschmutz schützt.

Bei zweiteren können die Platten gewechselt werden; sie

bieten dafür im allgemeinen pro Plattenstapel eine geringere

Speicherfähigkeit. Zur Verringerung von

Umweltschmutzeinflüssen arbeiten sie aber mit Unterdruck in

einem ebenfalls sehr gut verschlossenen System, das durch

ein Filter mit Luft versorgt wird. Aus diesem Grund darf

auch ein Wechseplattensystem während des Betriebes nicht

geöffnet werden.

Die Speicherfähgkeit von Plattensystmen liegt bei Systemen

für Großrechenanlagen zwischen 144MB (Wechselplatte) und 1,8GB

(Festplatte).

1 Mechanischer Aufbau

Bild 1 Mechanische Baugruppen Wie man an Bild 1 erkennen kann, besteht ein Magnetplattengerät zunächst aus dem eigentlichen

Plattenstapel der entweder (bei Wechselplatten) ausgetauscht werden kann,     oder aber (bei Festplatten) fest integriert ist. Auf diesen Platten sind die Daten abgelegt; diese werden mit den Datenköpfen, die alle auf einer gemeinsamen Bewegungseinrichtung sitzen, geschrieben und gelesen. Die Bewegung der Schreib/Leseköpfe efolgt meist mit einem Tauchspulmotor der, ähnlich einem Lautsprechersystem, aus einem Permanentmagneten und einer Spule, die mit diesem in magnetische Wechselwirkung tritt, besteht. Der Plattenstapel selbst wird von einem Motor mit Drehzahlen von 2600 bzw. 3400

U/min angetrieben.

1.1 Der Plattenstapel

Bild 2 Plattenstapel

Der Plattenstapel besteht meistens aus 7 einzelnen     Platten, die auf einer gemeinsamen Achse sitzen. Der Plattenstapel ist in Zylinder und Spuren eingeteilt, wobei ein Zylinder aus den 9 übereinanderliegenden Spuren besteht, die durch eine mechanische Positionierung erreicht werden können. Die heute üblichen Stapel benützen dabei 823 Zylinder, die von außen nach innen durchnumeriert sind, wobei die innersten Zylinder als sogenannte Ersatzzylinder verwendet werden, die nur dann zur Speicherung verwendet werden, wenn auf einem der äußeren Zylinder ein Defekt auftritt, d.h. keine Speicherung möglich ist.

Eine der Ebenen ist dabei für die Positionierung reserviert. Auf dieser Ebene sind nur die Spursignale aufmagnetisiert,

die bereits vom Hersteller geschrieben werden, und bei deren Löschung die Platte unbrauchbar wird, weshalb der sie abtastende Kopf ein reiner Lesekopf ist.

1.2 Schreib/Lesekopf

Da es bei einem System wo der Schreib/Lesekopf auf der Speicherebene schleift, wie es bei Audiotonbändern aber auch bei Floppy Disks der Fall ist, bei den in der Magnetplattentechnik üblichen Drehzahlen zu unzumutbaren Abmützungen sowohl der Speicheroberfläche als auch des Kopfes kommen würde, mußte bei den Magnetplattensystemen nach einer neuen Methode gesucht werden.

Bild 3 Schreib/Lesekopf

Der Ausweg war hier, daa man den Magnetkopf so gestaltet, daa er aerodynamisch wirksam wird. Damit erreicht man in Zusammenhang mit den hohen Drehzahlen, daa der Magnetkopf in einer geringen Höhe über der Plattenoberfläche fliegt. Die Flughöhe beträgt hierbei etwa 0 bis 1um.

Diese Flughöhe wird durch ein Gleichgewicht der Kraft der Befestigungsfeder und des Aerodynamischen Auftriebes des Kopfes erreicht.     Da zum Flug des Kopfes bereits eine gewisse Drehzahl vorhanden sein muß, und dieser bei einer Landung beschädigt würde, müssen hier spezielle Maßnahmen für den Anlauf und das Abschalten getroffen werden. Beim Anlauf tastet hier ein Sensor die Drehgeschwindigkeit der Platte ab, und erst nach dem Überschreiten einer bestimmeten Drehzahl werden die Köpfe von ihrer Ruheauflage auf die Platte

bewegt. Beim Abschalten sorgt eine Kondensatorbatterie dafür, daa auf jeden Fall noch genügend Energie vorhanden ist, um die Köpfe auf die Auflagen zu bewegen.

Bild 4 Größenverhältnisse

2 Positionierung

Hier mua man genaugenommen zwei Arten von

Plattenlaufwerken unterscheiden: einmal jene für Minicomputer

und Mainframes und jene für PCs, die im Prinzip gleich

arbeiten jedoch im allgemeinen anders Positionieren.

Um zunächst einmal auf zweitere zu sprechen zu kommen:

Diese haben keine eigene Servoplatte, sondern arbeiten,

ähnlich wie Floppys mit Schrittmotoren. Dadurch sind sie

zwangsläufig etwas langsamer und ungenauer, als die größeren

Plattensysteme, die mit einer Servoplatte und einem

Tauchspulmotor arbeiten. Die weitere Beschreibung wird sich

auf letztere Systeme beziehen.

Hier     ist, wie bereits erwähnt eine Plattenebene für die

Spursignale reserviert. Auf dieser Ebene ist die Platte vom

Hersteller mit Servoinformationen beschrieben. Von diesen

Servoinformationen wird abgeleitet:

- TRACK SERVO Signal, das den Abstand der Köpfe von der

Spurmit tellinie angibt.

- Begrenzungsanzeigen über die Position der Köpfe innerhalb oder außerhalb des normalen Zylinderbereiches.

- Zylinderimpulse, die bei Positionierungen das Überschreiten von Zylindern anzeigen.

Außerdem werden noch Signale wie die Schreibfrequenz und die Sektorenzählung abgeleitet.

Bild 5 Positionierung

Die Positionierung wird hierbei grundsätzlich so durchgeführt, daa die Anzahl der überschrittenen Spuren gezählt, und so die aktuelle Position bestimmt wird. Beim Hinfahren zu einer bestimmten Spur wird dabei eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit eingehalten, und rechtzeitig vor dem Erreichen der gewünschten Spur die Geschwindigkeit reduziert, sodaa auf Anhieb die gewünschte Position erreicht wird. Die Maximalgeschwindigkeit liegt hierbei bei ca. 2m/s.

Bild 6 Aufbau der Servoplatte

Abgesehen von der grundsätzlichen Positionierung der Köpfe, bei der sie einmal prinzipiell auf die richtige Spur gebracht werden, müssen sie nun noch dort gehalten werden, nachdem der Tauchspulmotor im Gegensatz zu einem Schrittmotor einer Bewegung im nichterregten Zustand keinerlei Widerstand

entgegensetzt. Diese Regelung erfolgt über den Spurfolge- Regelkreis.

Bild 7 Spurfolge-Regelkreis

Die Positionsmessung erfolgt hierbei anhand der Signale der Servoplatte. Diese   ist so beschrieben (gerade und ungerade Servospuren), daa aus dem Lesesignal die Kopfposition abgeleitet werden kann.

Die Spuren auf der Servoplatte und die Datenspuren sind jeweils um eine halbe Spurbreite gegeneinander versetzt. Die Grenzlinie zweier Spuren auf der Servooberfläche definiert damit die Spurmitte der Datenspuren. Bild 8 zeigt die Spannung am Servokopf für zwei verschiedene Positionen. In Position 1 liest der Kopf gleich große Anteile des Signals auf den Spuren A und B. Die Datenköpfe befinden sich dann genau über der Mitte der Datenspuren. In Position 2 liest der Kopf mehr Signal von der Spur des Typs A. Die Positionsmeßelektronik trennt mit gesteuerten Gleichrichtern

die von den verschiedenen Spuren stammenden Signalanteile, woraus sich der Positionsfehler ergibt.

Bild 8 Positionsmeßspuren und Positionsmeßsignal

3 Aufzeichnungsverfahren

Bei Magnetplatten wird hier die sogenannte MFM-Aufzeichnung verwendet. Diese hat den Vorteil, daa nur wenige Flußwechsel nötig sind, um ein Binärzeichen aufzuschreiben. Dadurch kann ohne Erhöhung der Aufzeichnungsfrequenz eine höhere Aufzeichnungsdichte erreicht werden als bei anderen Systemen. Aufgrund der geringeren Anzahl der Flußwechsel ist die gegenseitige Signalbeeinflussung geringer und die Amplitudenauswertung leichter möglich.

Der Nachteil dieser Aufzeichnungsart wiederum ist, daa die Impulspolarität keine Beziehung zur aufgezeichneten Information hat, da nur der Zeitpunkt des Flußwechsels innerhalb der Bitzellzeit ausgewertet wird. Dadurch wird der Aufwand an Dekodierelektronik höher.

Bild 9 MFM-Aufzeichnung

Hier sind die Schreibdaten so codiert, daa eine '1' durch ein HIGH in der zweiten Hälfte der Bitzellzeit, und eine '0' durch ein HIGH in der ersten Hälfte der Bitzellzeit repräsentiert wird. Folgen aber zwei HIGHs unmittelbar hintereinander, so wird das Zweite weggelassen.   Die auf die Platte geschriebene Information ergibt sich daraus jetzt derart, das für jeden LOW -> HIGH - Übergang ein Flußwechsel stattfindet.