Теория и практика производства накопителей на гибких магнитных дисках

смотреть на рефераты похожие на "Теория и практика производства накопителей на гибких магнитных дисках"
НИЖЕГОРОДСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО
Реферат на тему:
Теория и практика производства накопителей на гибких магнитных дисках
Выполнил студент группы ЦЭП-98а
Комелов Е. В.
Нижний Новгород
1999 г.
План
Введение 3
I. Технические и технологические вопросы производства 4
1. Основные характеристики накопителей на магнитных дисках 4
2. Технология производства НГМД 5 Получение заготовки Подготовка поверхности Терморихтование Токарная обработка Нанесения магнитного покрытия Уравновешивание Контроль и форматирование
3. Технология записи информации на магнитные носители 10
2. II. Конъюнктура рынка накопителей на гибких магнитных дисках 13 Заключение 16
Список использованной литературы 17
Введение
Прошло уже несколько лет с того времени, как я стал внимательно следить за событиями в компьютерном мире. За этот сравнительно короткий срок последний сделал гигантский скачек в своем развитии: от 86 и 286 процессоров с тактовой частотой 8 — 20 Мгц, до Pentium-III, производительность которых выше в тысячи раз, а тактовая частота составляет больше 500 Мгц. Заметные успехи других стран в этой области еще более оттеняют почти безнадежное отставание здесь России. По существу в стране данная отрасль вообще не развита. Практически нет отечественных производителей вычислительной техники, автоматизированных систем управления производством, станков с программным управлением. Имеющиеся же отдельные шаги не исправляют ситуации, кроме того, отечественные образцы продукции в большинстве случаев заметно уступают зарубежным аналогам.
В связи с этим представляется особенно важными разработки и исследования в данной сфере, позволяющие если не выйти на первые места, то хотя бы обеспечить страну необходимой продукцией собственного производства.
I. Технические и технологические вопросы производства 1. Основные характеристики накопителей на магнитных дисках
Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии программных продуктов, содержащихся на жестком диске.
Наибольшее распространение получили дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма, то есть 133 и 89 мм в диаметре.
НГМД размером 5,25 дюйма чаще всего имеют емкость размером 1,2 Мбайта и 360 Кбайт[1]. Встречаются дискеты прежних лет выпуска, имеющие меньшую емкость либо рассчитанные на использование в дисководах с одной головкой (односторонние дискеты). Для записи и чтения дискет емкостью 1,2 Мбайта предназначены специальные накопители, которые устанавливаются на компьютерах моделей IBM PC AT, и PS/2. Существуют также специальные дисководы на 360 Кбайт. Техника записи на данных дискетах различна. В дисководах емкостью 1,2 Мбайта используются головки для чтения / записи, обеспечивающие более узкую дорожку информации. С этой целью на 5,25 дюймовых дискетах применяется специальное магнитное покрытие, которое позволяет осуществлять более плотную запись. Это магнитное покрытие труднее намагнитить и размагнитить, чем обычное, поэтому такие накопители не могут быть использованы в дисководах емкостью 360 Кбайт.
В компьютерах последних лет выпуска чаще стали использовать накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и емкостью 0,7 и 1,44 Мбайт. Переход на их использование был в первую очередь связан с бурным развитием портативных компьютеров, в которых нельзя было использовать прежние накопители из-за больших размеров последних.
НГМД размером 3,5 дюйма заключены, в отличие от 5,25 дюймовых, заключены в жесткие пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность, а также создает значительные удобства при транспортировке, хранении и использовании. В связи с этим первые из вышеперечисленных дисков вытесняют последние с компьютерного рынка, хотя они и стоят несколько дороже.
3. Технология производства накопителей на гибких магнитных дисках Составляющими магнитного диска размером 3,5 дюйма и емкостью 1,44 Мбайта (далее рассматривается только он) являются: крышка защитная металлическая; пружина для крышки металлическая; конверт пластмассовый (верхняя и нижняя стороны); две прокладки из мягкой бумаги; задвижка защиты от записи пластмассовая; стабилизатор положения диска металлический; сердцевина диска металлическая; круглая запоминающая поверхность диска пластмассовая, покрытая магнитным слоем.
В качестве материала для изготовления магнитных дисков обычно применяют алюминиевый сплав Д16МП (МП — магнитная память). Этот сплав немагнитный, мягкий, достаточно прочный, хорошо обрабатывается. Для уменьшения количества металлургических дефектов на поверхности диска сплав подвергают специальной очистке, например электрофлюсовому рафинированию с продувкой инертным газом.
Торцевые поверхности магнитных дисков покрывают магнитным слоем. Гальваническое магнитное покрытие имеет толщину до 1 мкм, а ферролаковое — до 5 мкм. Только торцевые поверхности крайних дисков не используются для хранения информации. На рабочей поверхности диска размещаются 80 дорожек, 20 секторов.
Записи и считывания информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу диска с помощью специального следящего привода.
Плотность записи определяется величиной зазора между диском и магнитной головкой, а от стабильности зазора зависит качество записи (считывания). Для повышения плотности записи необходимо уменьшить зазор, однако при этом значительно повышаются требования к рабочей поверхности дисков. При малом зазоре и больших погрешностях в макрогеометрии поверхности имеют место значительные колебания амплитуды сигнала воспроизведения. Для надежной работы накопителя на гибких магнитных дисках необходимо обеспечить шероховатость поверхности не более Ra=0,22 мкм и минимальные макрогеометрические отклонения. Торцевое биение диска при вращении с чистотой 30 об/с не должно превышать 0,3 мм, а удельная неплоскостность 0,7 мкм на длине 10 мм.
Выполнение этих требований представляет значительные трудности.
Основными этапами технологического процесса изготовления магнитного диска являются получение заготовки, подготовка поверхности, терморихтование, токарная обработка, нанесения магнитного покрытия, уравновешивание, контроль.
Заготовку дисков получают из листового материала. Резку листов на карточки размером 100х100 мм осуществляют на ножницах с наклонными ножами и прижимом материала. Из карточек вырубкой на штампе или на токарном станке получают диски.
При вырубке зона металла, прилегающая к поверхности среза, упрочняется. Толщина деформированного слоя составляет примерно 0,3 толщины материала. Припуск на последующую токарную обработку должен превышать толщину деформированного слоя.
Размеры заготовки для магнитного диска имеют следующие значения: наружный диаметр составляет 85,5 мм, а внутренний — 24 мм.
Подготовка поверхности заключается в обезжиривании, промывке в горячей проточной воде (при t=60( С в течение 1 — 2 мин.) и сушке. Она осуществляется на специальных установках.
Диск, находящийся в камере станка получает вращение и подвергается действию обезжиривающего раствора, а также протирается вращающимися щетками. Раствор подается из бачка насосом и распыляется форсунками. Чистая вода для промывки поступает из крана. Обезжиривающий раствор из камеры попадает через клапан обратно в бачок для вторичного использования или сливается. Диски сушат горячим воздухом, циркуляция которого в камере осуществляется вентилятором.
Терморихтование заготовок необходимо для снятия внутренних напряжений и обеспечения требований по неплоскостности и осевому биению. Эту операцию наиболее целесообразно выполнять в электрических печах сопротивления, которые обеспечивают минимальные перепады температур по всему рабочему объему. Оптимальная температура рихтования для сплава Д16МП составляет 125-- 215 С, а выдержка при этой температуре 3 ч. Скорость подъема температуры составляет 40( С в час, а скорость охлаждения не более — 20( С в час.
В приспособлении для закрепления дисков при терморихтовании заготовки дисков помещают между алюминиевыми плитами. В каждом слое находится по 10 заготовок. Положение заготовки на плите определяется тремя штифтами, которые фиксируют заготовку по внутреннему диаметру. Они служат также для фиксации вложения следующей плиты. Основание и грузовая плита выполнены из чугуна. Грузовая плита обеспечивает требуемое давление, которое для верхней заготовки составляет 0,02-- 0,04 Мпа. Стойка имеет ушко, с помощью которого приспособление загружают в электрическую шахтную печь. Температура рабочего пространства и приспособления контролируется термопарами, установленными снаружи и внутри приспособления.
Контроль торцевых поверхностей дисков после терморихтования осуществляют с двух сторон бесконтактным (емкостным) методом. Заготовки дисков устанавливают на плоскость ступицы и закрепляют через кольцо прижимом с помощью гайки.
Осевое биение измеряют при равномерном вращении с частотой 0,2 об/c при фиксированном положении датчика на одной из концентрических окружностей. Непараллельность перемещения датчика по плоскости не должна превышать 0,001.
Токарную обработку дисков проводят на станках повышенной точности в вакуумном патроне.
Основными частями патрона являются планшайба и корпус со сменным кольцом. Через отверстия его полость соединена с канавками, находящимися на торцевой поверхности планшайбы. Разность атмосферного давления воздуха и давления внутри планшайбы прижимает заготовку диска к выступам, удерживая диск на планшайбе за счет сил трения. Для съема диска полость планшайбы соединяют с окружающей атмосферой. Величина разряжения составляет 0,05 — 0,07 Па. Обточка наружного и внутреннего диаметров, а также фасок осуществляется при частоте вращения шпинделя от 700 до 900 об/ мин и подаче до 0,1 мм/об.
Подготовка поверхности диска перед нанесением покрытия заключается в очистке ее моющим раствором при температуре 55 — 65( С. В качестве подслоя применяют медь, которую наносят гальваническим способом.
Магнитное покрытие, нанесенное по медному подслою, обеспечивает малый ток записи, высокую амплитуду считываемого сигнала и практически бездефектное покрытие. Толщина медного подслоя составляет примерно 5 мкм. Чистота поверхности после нанесения медного подслоя ухудшается, и для ее восстановлении применяется полирование, при котором толщина подслоя уменьшается на 0,5 мкм.
Подслой и магнитное покрытие наносят электролитическим способом в приспособлении, которое обеспечивает подвод тока и вращение диска в гальванической ванне. Вращение диска обеспечивает равномерность осаждения покрытия.
Приспособление состоит из текстолитовой плиты, на которой установлены двигатель и понижающие редукторы. На валу редуктора насажена оправка с диском. Ток к диску подается от провода и втулки к оправе. Диск погружают в ванну на половину диаметра. Для получения равномерного магнитного поля устанавливают латунный экран. Погружение диска в ванну, подъем и перенос его из одной ванны в другую осуществляется с помощью тяг.
Статическое уравновешивание дисков производится после покрытия медью. Диск, плотно надетый на оправку устанавливают на раму-весы, которая призмами опирается на стойку. Весы уравновешиваются с помощью грузов. Раму стопорят на стойке штифтом, который после установки диска вынимают. При наличии неуравновешенности рама отклоняется от горизонтального положения, что фиксируется стрелкой на шкале. При этом все вышеперечисленные операции выполняются автоматически.
Окончательное полирование осуществляется на станке с вертикальным шпинделем. Обрабатываемый диск закрепляют в вакуумной планшайбе. При этом он прижимается к точной поверхности планшайбы. В качестве инструмента применяют полировальник, шарнирное крепление которого обеспечивает его самоустановку относительно поверхности диска.
Для предохранения магнитного носителя от механических и климатических воздействий на торцевые поверхности дисков могут наносить защитное покрытие. Раньше эту роль выполнял хром, сейчас используется тифлон. Последний позволяет сделать диск абсолютно не чувствительным ко всякого рода загрязнениям: жир, вода, пыль.
Произвольно выбранные диски подвергают испытаниям на сохраняемость записанной информации при длительной работе в режиме считывания. Контрольные измерения параметров воспроизводимых сигналов осуществляют с помощью осциллографа.
Климатические испытания проводят при повышенной (+50( С) и пониженной (— 50( С) температурах, а механические при вибрационных и ударных нагрузках.
После каждого испытания диски подвергают визуальному осмотру с проверкой параметров считываемой информации.
Взаимозаменяемость выбранных НГМД проверяют на нескольких накопителях, на которые последовательно устанавливают один и тот же диск. При этом информация, записанная на дискетах, должна без сбоев воспроизводится на всех накопителях.
Иногда после проведения всех вышеперечисленных операций по сборке и проверке дисков некоторые фирмы в качестве дополнительной услуги также форматируют накопители на гибких магнитных дисках, то есть разбивают их на дорожки и сектора, чтобы освободить от этой процедуры пользователя, однако последнее не обязательно, так как требования к форматированию у различных пользователей часто разнятся, поэтому солидные компании предпочитают предоставлять выбор способа форматирования покупателю, а не проводят его заранее.
2.Технология записи информации на магнитные носители
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 распространенной 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. [pic]
Сама технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи специального аппарата в специальном мягком материале, виниле, делались засечки, ямки, полоски. И из этого получалась пластинка, которую можно было прослушать при помощи специального аппарата — патефона или проигрывателя. Патефон состоял из: механизма, вращающего пластинку вокруг своей оси, иглы и трубки.
Приводился в действие механизм, вращающий пластинку, и ставилась игла на пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая при этом различные звуки — в зависимости от глубины канавки, её ширины, наклона и т.д., используя явление резонанса. А после труба, находившаяся около самой иголки, усиливала звук, “высекаемый” иголкой. (рис. 1)
Почти такая же система и используется в современных (да и использовалась раньше тоже) устройствах считывания магнитной записи. Функции составных частей остались прежними, только поменялись сами составные части — вместо виниловых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху слоем магнитных частиц; а вместо иголки — специальное считывающее устройство. А трубка, усиливающая звук, исчезла совсем, и на её место пришли динамики, использующие уже более новую технологию воспроизведения и усиления звуковых колебаний. А в некоторых отраслях, в которых применяются магнитные носители (например, в компьютерах) пропала необходимость использования таких трубок. [pic]
Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается” информация.
Процесс записи также похож на процесс записи на виниловые пластинки — при помощи магнитной индукции вместо специального аппарата.
На головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в зависимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.
А при воспроизведении записи наблюдается процесс обратный записи: намагниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают дальше в динамик. (рис. 2)
Данные, используемые в компьютерной технике, записываются на магнитные носители таким же образом, с той разницей, что для данных нужно меньше места на плёнке, чем для звука. Просто вся информация, записываемая на магнитный носитель в компьютерах, записывается в двоичной системе — если при чтении с носителя головка “чувствует” нахождение под собой домена, то это означает, что значение данной частички данных равно “1”, если не “чувствует”, то значение — “0”. А дальше уже система компьютера преобразует данные, записанные в двоичной системе, в более понятную для человека систему.
Сейчас в мире присутствует множество различных типов магнитных носителей: дискеты для компьютеров, аудио- и видеокассеты, бабинные ленты, жёсткие диски внутри компьютеров и т.д.
Но постепенно открываются новые законы физики, и вместе с ними — новые возможности записи информации. Уже несколько десятилетий назад появилось множество носителей информации, базирующихся на новой технологии — считывания информации при помощи линз и лазерного луча. Но все равно технология магнитной записи просуществует ещё довольно долго из-за своего удобства в использовании.
II. Конъюнктура рынка накопителей на гибких магнитных дисках
Сегодня на международном компьютерном рынке наблюдается следующая ситуация. НГМД полностью вытеснили еще достаточно популярные несколько лет назад НМЛ (накопители на магнитных лентах), перфокарты же совсем ушли в небытие. Еще существуют НМБ (накопители на магнитных барабанах), однако их позиции с приходом лазерных дисков быстро сдаются. Обоим явлениям есть несколько причин, которые возникли под действием НТР, ускоряющей развитие компьютерной индустрии.
Появившись самыми первыми перфокарты сначала были великим достижением человеческой мысли, так как позволяли хранить и вводить информацию в ЭВМ, то есть играли роль первого запоминающего устройства, однако вскоре программистами были осознаны все неудобства с ними связанные.
Так называемая набивка перфокарт была крайне затруднительна, так как требовала знание машинного языка, кроме того, неверно набранную карточку приходилось набивать заново, потому что заклеить дырку не представлялось возможным. С ЭВМ могли обращаться лишь профессионалы, что делало машину дорогостоящей (особенно программное обеспечение, писавшееся под каждый компьютер отдельно), а также непригодной для решения широкого круга задач.
Считывание информации шло очень долго, были частые сбои. Под хранение перфокарт отводились целые библиотеки. По этим причинам вскоре появившиеся НМЛ, прототипом которых служили небезызвестные кассеты практически моментально вытеснили с рынка запоминающих устройств своих менее удобных конкурентов. Однако и накопителей на магнитных лентах были свои узкие места.
Первой слабой их стороной был последовательный доступ к информации, что явилось неминуемым следствием, сворачивания запоминающей поверхности в бабины, а, следовательно, невозможности доступа одновременно ко всем ее местам. Несмотря на большую их емкость, данное неудобство было настолько значительно, что сглаживало все их преимущества. Действительно, для загрузки программы приходилось буквально ощупью искать на кассете начало загрузочного файла, осложнены были внутрипрограммные обращения. Кроме того, постоянная деформация запоминающей поверхности НМЛ сказывалась не лучшим образом на надежности записи.
Поэтому открытые практически одновременно с НМЛ накопители на магнитных барабанах незамедлительно заняли достойное место в больших ЭВМ. Их основными преимуществами по сравнению с накопителями на магнитных лентах были: гораздо большая емкость, возможность параллельного доступа к информации. Они дали толчок развитию больших и средних ЭВМ.
Но все вышеперечисленные средства хранения информации сильно уступали, сравнительно недавно открытым накопителям на магнитных дисках. Так НМБ уступают им громоздкостью, надежностью, большей стоимостью единицы информации. Таким образом, фирмы, производящие накопители на магнитных дисках, разорили заводы, выпускающие устаревшие виды продукции.
Итак, рассмотрим внимательно накопители на гибких магнитных дисках, оставляя в стороне жесткие магнитные диски, или винчестеры. В настоящий момент на Российском рынке сложилась следующая обстановка: основной оборот НГМД сосредоточен в городах федерального значения (в первую очередь в Москве). На многообещающий, но весьма молодой рынок пока вышло не очень большое количество серьезных западных фирм. Среди них выделяются такие гиганты, как Verbatim, известная во всем мире своими дискетами, лазерными и оптическими дисками, TDK, производящая также аудио и видео, кассеты и другое оборудование, Basf, Maxell, 3M, встречаются диски Sony и Polaroid, оборот же других компаний весьма незначителен.
В свою очередь фирменные дискеты дороги, а также их цену поднимают ввозные таможенные пошлины, поэтому они не всегда доступны простым владельцам ЭВМ, встречаются подделки под эти товары, кроме того, еще не преодолена неуверенность мировых гигантов в стабильности РФ, поэтому все вышесказанное мешает полному освоению ими нашего рынка.
Отечественных фирм в данной отрасли нет. Попытки делались, однако технологическое отставание страны в компьютеростроении не позволило проектам успешно реализоваться, ведь они были рассчитаны на советские компьютеры, серии ЕС и другие, существенно уступавшие западным по всем главным характеристикам им в некоторых случаях являвшихся просто неудачными копиями с IBM-совместимых. К сожалению, данные условия изначально обрекали отечественных производителей.
Недавно наш рынок наводнился дешевыми тайваньскими дискетами (тайваньские технологические). Часто встречаются диски, где страна- производитель вообще не указана, однако все они не могут составить серьезную конкуренцию из-за своего низкого качества.
С другой стороны, развертывающаяся деятельность фирм по продаже программных продуктов требует недорогих, но относительно надежных, удобных для транспортировки дискет. Того же хотят и владельцы недорогих домашних компьютеров, которых, если не учитывать офисные машины, подавляющее большинство.
Лазерные же и оптические диски, несмотря на пророчимый им бум, встречаются пока лишь в единичных экземплярах, так как чрезвычайно большая стоимость дисководов для них, да и самих дисков не позволило им получить широкое распространение.
Таким образом, исследование рынка показало, что сегодня и в перспективе имеется весьма благоприятная ситуация для развития производства НГМД размером 3,5 дюйма и емкостью 1,44 Мбайта, так как они полностью отвечают предъявляемым требованиям. То есть на российском рынке компьютеров и оргтехники существует ниша для рассматриваемого товара.
Заключение
Россия идет по пути рыночной экономики. Многие люди справедливо связывают с этим свои надежды на возрождение страны. Рыночная экономика напрямую связана и с развитием компьютерной области. Несомненная выгодность развития данного направления уже привлекли немалые частные капиталы. Открылось много отечественных фирм, деятельность которых способствует расширению рынка вычислительной техники и программного обеспечения, автоматизации производства и управления.
К сожалению, большинство из них являются лишь посредниками между западными производителями и отечественными заказчиками. Однако в этом имеется своя закономерность, далее ведущая к организации производства уже в нашей стране, так как перевозка целых машин из-за границы не всегда выгодна. И сегодня имеются фирмы не производящие, но, по крайней мере, собирающие компьютеры и другую вычислительную технику из поставляемых комплектующих.
Однако частной инициативы для форсирования гигантского технологического разрыва, образовавшегося между нашей державой и развитыми капиталистическими странами явно не достаточно, потому что предприниматель в первую очередь преследует свою личную выгоду, которая не позволяет ему осуществлять долгосрочные крупномасштабные проекты.
Поэтому правительству Российской Федерации, по моему мнению, необходимо разработать последовательную программу, направленную на приоритетное развитие указанной отрасли. Государству следует поддерживать отечественных разработчиков программных продуктов, производителей вычислительной техники, субсидировать научные исследования в данных областях. Такая правительственная программа повлияет на информатизацию и интенсификацию производства
Список использованной литературы
Аладьев В. З. Компьютерная хрестоматия. Справочное руководство. Киев.: Украинская энциклопедия. 1993. Бухман А. А. Вычислительные машины, их ремонт и обслуживание. М. 1996. Гинберг А. М. Технология важнейших отраслей промышленности. М.: Высшая школа. 1985. Гл. 6, 7, 17, 20, 22. Еремин Л. В. Экономическая информатика и вычислительная техника. М.: Финансы и статистика. 1993. Косарев А. П. Технические средства АСУ. М. 1992. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество М. Наука. 1983. Ушаков Н. Н. Технология и оборудование производства ЭВМ. М. 1989. Ушаков Н. Н. Технология элементов вычислительных машин. М.: Высшая школа. 1997. Чернецов И. В. Основы технологии важнейших отраслей промышленности. Минск. 1989. Т. 2. Гл. 7. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. М.: ИНФРА-М. 1996. ----------------------- [1] Байт — единица емкости информации. 1 байт = 8 битам (бит — машинная единица информации, отвечающая двоичной системе счисления и представляющая собой наличие / отсутствие сигнала на выходе). Байт используется для кодирования символов внутри ЭВМ.