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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).
2.1 Mechanischer Aufbau
Bild 2.1 Mechanische Baugruppen
Wie man an Bild 2.1 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.
2.1.1 Der Plattenstapel
Bild 2.2 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.
2.1.2 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 2.3 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 0,5 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 2.4 Größenverhältnisse
2.2 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 2.5 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 2.6 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 2.7 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 2.8 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 2.8 Positionsmeßspuren und Positionsmeßsignal
2.3 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 2.9 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.
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