СМЕННАЯ КАССЕТА С МАГНИТНЫМ НОСИТЕЛЕМ ИНФОРМАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к сменным магнитным носителям информации и может использоваться в регистраторах данных, где требуется запоминание цифровой информации на носителе. Предлагаемая полезная модель может использоваться в регистраторах данных различных транспортных средств, летательных аппаратов, космических станций, космических кораблей, в телевизионных системах для архивирования видеоданных, в устройствах хранения данных в архивах, во внешних запоминающих устройствах ЭВМ малой, средней, высокой и сверхвысокой производительности для хранения копий данных, в информационно-поисковых системах.
В качестве сменных носителей информации в настоящее время широко используются оптические диски, магнитные ленты и твердотельные накопители.
Ведутся интенсивные исследования, направленные на создание носителей информации, предназначенных для устройств неэлектромеханического типа, функционально замещающие внешние запоминающие устройства, с повышенной информационной емкостью, долговременностью хранения данных и меньшими временами доступа к данным (Science vol. 320, pp. 190-194, 11 April 2008).
Однако требования, предъявляемые к носителям информации весьма разнообразны, кроме свойств, перечисленных выше, в число требований входят устойчивость к внешним воздействиям, стоимость хранения единицы информации, конструктивная простота устройств, в которых носители информации используются.
Это позволяет утверждать, что актуальны как твердотельные носители информации, так и носители информации, предназначенные для внешних запоминающих устройств электромеханического типа.
Накопители на жестких магнитных дисках сегодня имеют наивысшую, по сравнению с другими носителями данных, поверхностную плотность в диапазоне (1-10) Тбит/дюйм квадратный и времена доступа к данным в пределах нескольких миллисекунд. Поверхностная плотность в накопителях на жестких магнитных дисках имеет устойчивую тенденцию к повышению. Скорость передачи данных в накопителях на жестких магнитных дисках лежит в диапазоне (100-1000) Мбит/сек (Sh. Wang, Alex Taratorin A Magnetic information storage technology Mac Grow Hill 1999) и в определенной мере может быть повышена применением RAID массивов (С. Асмаков, С. Пахомов, Железо, 2009 г., Питер 2009, с. 217-225). Повышение параметров накопителей на жестких магнитных дисках во многом определено применением запоминающих слоев с вертикальной магнитной записью, созданием GMR головок, применением метода демодуляции с частичным откликом и максимальным правдоподобием (PRML). Принципиально важно, что уровень сигналов GMR головок не зависит от линейной скорости движения носителей, что может быть использовано во внешних запоминающих устройствах с функциональными свойствами, отличными от накопителей на жестких магнитных дисках.
Однако накопители на жестких магнитных дисках являются одноканальными устройствами, критичны к запыленности окружающего воздуха, что вынуждает делать пакеты дисков несменными и герметизировать сами устройства. Они также недостаточно устойчивы к вибрациям и ударным воздействиям.
Накопители на магнитной ленте широко используются для архивирования данных, архивирования видеоданных. Они обеспечивают наименьшую стоимость хранения данных, взаимозаменяемость кассет с магнитной лентой, поверхностную плотность 2 Гбит/дюйм квадратный, например, IBM TS-1060 (http:/www.Ibm.comtape/itfs). Более низкая поверхностная плотность по сравнению с жесткими дисками обусловлена гибкостью основы магнитной ленты. Накопитель на магнитной ленте типа IBM TS-1060 имеет продольную плотность 15000 бит/мм и поперечную плотность 200 дорожек на мм. Он обеспечивает параллельные запись-воспроизведение по 16 кодовым и двум сервисным каналам и скорость передачи данных 160 Мбайт/сек.
Однако накопители на магнитной ленте являются устройствами с последовательным доступом, что и определяет их использование для архивирования данных.
Существуют патенты, в которых предлагаются запоминающие модули, использующие носители информации в форме тонкостенных полых круговых цилиндров (Шувалов Л.Н., Дроздиков В. Α., «Запоминающий модуль», патент РФ №2370834 на изобретение, БИ 20.10.09 г.,; Шувалов Л.Н., Дроздиков В.А., Фазулянов Ф.М. «Запоминающий модуль», патент РФ №99234 на полезную модель, БИ №31 от 10.11.2010). В указанных патентах в качестве носителя информации предложены тонкостенные полые круговые цилиндры разных радиусов жестко связанные торцами с осесимметричной основой и коаксиально расположенные относительно общей геометрической оси. На внешних и внутренних цилиндрических поверхностях тонких пустотелых круговых цилиндров нанесены запоминающие слои. Такие носители имеют жесткую основу в отличие от магнитных лент и потенциально обеспечивают параллельные запись-воспроизведение данных по многим каналам. Однако для их использования в запоминающем модуле требуется обеспечить плавание элементов регистрации-воспроизведения данных над выпуклыми и вогнутыми поверхностями разной кривизны, и такие модули должны быть герметизированными, как и накопитель на жестких магнитных дисках, т.е. носитель информации не может быть сменным.
В качестве прототипа предлагаемой сменной кассеты с магнитным носителем информации принята кассета с магнитной лентой типа LTO стандарты (ECMA-319, ECMA-320 June 2001). Такая кассета с магнитной лентой имеет высокую информационную емкость, обеспечивает информационную взаимозаменяемость, обеспечивает параллельную запись-воспроизведение по многим каналам, однако имеет значительно меньшую поверхностную плотность, чем носители с жесткой основой, а также обеспечивает лишь последовательный доступ к данным.
Решаемой технической задачей предлагаемой полезной модели является, увеличение поверхностной плотности записи на сменном магнитном носителе информации, уменьшение времени доступа к информации.
Поставленная решаемая техническая задача в сменной кассете с магнитным носителем информации, содержащей пустотелую коробку заданной формы и состоящей из основания сменной кассеты, крышки сменной кассеты, соединенных жестко между собой, магнитный носитель информации, размещенный внутри пустотелой коробки, достигается тем, что в плоской стенке основания сменной кассеты, выполненного в форме круглого цилиндра с заданными наружным и внутренним диаметрами и глубиной, с центром на геометрической оси симметрии сменной кассеты выполнено сквозное круглое отверстие заданного диаметра, симметрично относительно сквозного круглого отверстия заедино с плоской стенкой основания сменной кассеты выполнен посадочный конус, имеющий круглое сечение в плоскости перпендикулярной оси симметрии, вершина посадочного конуса выполнена усеченной, внутренний диаметр основания посадочного конуса превышает диаметр сквозного круглого отверстия на заданную величину, посадочный конус имеет заданные угол наклона и высоту, конусная поверхность и усеченная плоская вершина посадочного конуса имеют разрезы и окна, позволяющие деформировать конусную поверхность в радиальном направлении, на посадочный конус с усилием посажена втулка, имеющая симметричную форму относительно оси сквозного круглого отверстия и имеющая посадочную по отношению к посадочному конусу внутреннюю конусную поверхность со стороны втулки, обращенной к посадочному конусу, с возможностью перемещения втулки в осевом направлении при заданном осевом усилии в направлении к вершине посадочного конуса, и посадочную внутреннюю конусную поверхность на противоположной стороне втулки, втулка имеет заданную длину в осевом направлении и имеет наружную поверхность круговой цилиндрической формы и имеет сквозное круглое внутреннее осесимметричное отверстие и жестко посажена на круглую трубчатую ось, которая имеет длину, превышающую длину втулки на заданную величину, круглая трубчатая ось выполнена выступающей за внешнюю поверхность плоской стенки основания сменной кассеты на заданную величину, на круглую трубчатую ось с торца жестко посажена ручка, торцевая поверхность ручки, ближняя к плоской стенке основания сменной кассеты, размещена на расстоянии от внешней поверхности плоской стенки основания сменной кассеты, равном высоте посадочного конуса, увеличенной на заданную величину, внешняя торцовая поверхность ручки выполнена глухой, на круглую трубчатую ось на заданном расстоянии от торцевой поверхности дальней от ручки жестко посажена полумуфта, состоящая из обоймы, разрезного плоского пружинного кольца и шариков, обойма выполнена в форме полого кругового цилиндра заданной толщины с радиальными сквозными конусными отверстиями, с заданным угловым расположением и заданным количеством, сквозные конусные отверстия имеют наибольший диаметр на внутренней поверхности обоймы, шарики имеют диаметр меньше, чем диаметры отверстий на внутренней поверхности обоймы на заданную величину, шарики имеют диаметр больше, чем диаметр отверстий на внешней поверхности обоймы на заданную величину, разрезное плоское пружинное кольцо заправлено с внутренней части обоймы так, что шарики поджаты в радиальные сквозные конусные отверстия, с наружной поверхностью втулки жестко связано основание магнитного носителя информации, которое выполнено симметричным относительно оси втулки и с заданной толщиной в осевом направлении, в основании магнитного носителя информации выполнено сквозное осесимметричное отверстие с диаметром, превышающем диаметр наружной поверхности втулки на заданное значение, заедино с основанием магнитного носителя информации выполнены тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров и заданного числа торцами к основанию магнитного носителя информации, расположенные коаксиально относительно геометрической оси втулки, наибольший тонкостенный полый круговой цилиндр имеет диаметр на заданную величину меньше внутреннего диаметра основания сменной кассеты, тонкостенные полые круговые цилиндры расположены на заданных радиальных расстояниях от геометрической оси втулки, тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров имеют одинаковый и заданный осевой размер, на внешних и внутренних цилиндрических поверхностях тонкостенных полых круговых цилиндров нанесены запоминающие слои для вертикальной магнитной записи, на внешней цилиндрической поверхности крышки сменной кассеты, выполненной в форме круглого цилиндра с заданными наружным и внутренним диаметрами и глубиной, выполнен продольный осевой паз-ключ с заданными размерами, пустотелая коробка имеет глубину больше осевого размера тонкостенных полых круговых цилиндров на заданную величину, в плоской части стенки крышки сменной кассеты имеются сквозные отверстия, центры симметрии которых расположены по концентрическим окружностям, расположенным симметрично относительно тонкостенных полых круговых цилиндров, радиусы концентрических окружностей отличаются от радиусов ближайших к ним радиусов тонкостенных полых круговых цилиндров на заданную величину, сквозные отверстия расположены под заданными углами относительно продольного осевого паза-ключа, и выполнены в заданном количестве, и имеют заданные размеры и форму, и имеют размеры в радиальном направлении меньше радиального шага между соседними тонкостенными полыми круговыми цилиндрами, над внутренней поверхностью крышки сменной кассеты установлены поворотные оси в форме круговых цилиндров заданного диаметра и заданной длины, жестко связанные с крышкой сменной кассеты, поворотные оси расположены на заданном расстоянии над внутренней поверхностью крышки сменной кассеты параллельно этой поверхности, перпендикулярно к радиусам концентрических окружностей, проходящих через центры симметрии сквозных отверстий, на заданном в радиальном направлении от центров симметрии сквозных отверстий расстоянии, на поворотных осях установлены цилиндрические пружинки и шторки на петлях, шторки на петлях имеют форму, повторяющую форму сквозных отверстий, но превышающую их на заданную величину на каждой кромке, цилиндрические пружинки имеют изогнутые концы, упертые в шторки на петлях так, что сквозные отверстия закрыты шторками на петлях, причем шторки на петлях установлены с возможностью поворота при приложении к ним заданного осевого усилия на заданном радиальном расстоянии от поворотных осей, стенка крышки сменной кассеты на диаметре на заданную величину меньшем, чем внутренний диаметр наименьшего тонкостенного полого кругового цилиндра выполнена в форме углубленного тонкостенного полого стакана, дно которого на заданную величину, не доходит до основания магнитного носителя информации, в дне углубленного тонкостенного полого стакана выполнено сквозное отверстие концентрическое с геометрической осью втулки, диаметр отверстия на заданную величину превышает диаметр внешней цилиндрической поверхности втулки.
На чертеже изображен диаметральный разрез сменной кассеты с магнитным носителем информации.
Сменная кассета с магнитным носителем информации содержит пустотелую коробку заданной формы, состоящую из основания 1 сменной кассеты, крышки 2 сменной кассеты, соединенных жестко между собой, магнитный носитель информации 3, размещенный внутри пустотелой коробки, в плоской стенке основания 1 сменной кассеты, выполненного в форме круглого цилиндра с заданными наружным и внутренним диаметрами и глубиной, с центром на геометрической оси симметрии сменной кассеты выполнено сквозное круглое отверстие заданного диаметра, симметрично относительно сквозного круглого отверстия заедино с плоской стенкой основания 1 сменной кассеты выполнен посадочный конус 4, посадочный конус 4 имеет круглое сечение в плоскости перпендикулярной оси симметрии, вершина посадочного конуса 4 выполнена усеченной, внутренний диаметр основания посадочного конуса 4 превышает диаметр сквозного круглого отверстия на заданную величину, например 0,4 мм, посадочный конус 4 имеет заданные угол наклона, например 80 градусов, и высоту, например 4 мм, конусная поверхность и усеченная плоская вершина посадочного конуса 4 имеют разрезы и окна, позволяющие деформировать конусную поверхность в радиальном направлении, на посадочный конус 4 с усилием посажена втулка 5, имеющая симметричную форму относительно оси сквозного круглого отверстия и имеющая посадочную по отношению к посадочному конусу 4 внутреннюю конусную поверхность со стороны втулки 5, обращенной к посадочному конусу 4, с возможностью перемещения втулки 5 в осевом направлении при заданном осевом усилии, например 0,1 H, в направлении к вершине посадочного конуса 4, и посадочную внутреннюю конусную поверхность на противоположной стороне втулки 5, втулка 5 имеет заданную длину в осевом направлении, например 6 мм, и имеет наружную поверхность круговой цилиндрической формы, и имеет сквозное круглое внутреннее осесимметричное отверстие, и жестко посажена на круглую трубчатую ось 6, которая имеет длину, превышающую длину втулки 5 на заданную величину, например 6 мм круглая трубчатая ось 6 выполнена выступающей за внешнюю поверхность плоской стенки основания 1 сменной кассеты на заданную величину, например 4 мм на круглую трубчатую ось 6 с торца жестко посажена ручка 7, торцевая поверхность ручки, ближняя к плоской стенке основания 1 сменной кассеты, размещена на расстоянии от внешней поверхности плоской стенки основания 1 сменной кассеты, равном высоте посадочного конуса 4, увеличенной на заданную величину, например 4 мм, внешняя торцовая поверхность ручки 7 выполнена глухой, на круглую трубчатую ось 6 на заданном расстоянии, например 4 мм, от торцевой поверхности дальней от ручки 7 жестко посажена полумуфта, состоящая из обоймы 8, разрезного плоского пружинного кольца 9 и шариков 10, обойма 8 выполнена в форме полого кругового цилиндра заданной толщины с радиальными сквозными конусными отверстиями, с заданным угловым расположением, например 60 градусов, и заданным количеством, например 6, сквозные конусные отверстия имеют наибольшие диаметры на внутренней поверхности обоймы 8, шарики 10 имеют диаметр меньше, чем диаметры отверстий на внутренней поверхности обоймы 8 на заданную величину например 4 мм, шарики 10 имеют диаметр больше, чем диаметры отверстий на внешней поверхности обоймы 8 на заданную величину например 3 мм, разрезное плоское пружинное кольцо 9 заправлено с внутренней части обоймы 8, так что шарики 10 поджаты в радиальные сквозные конусные отверстия, с наружной поверхностью втулки 5 жестко связано основание магнитного носителя информации 3, которое выполнено симметричным относительно оси втулки 5 и с заданной толщиной в осевом направлении например 2,5 мм, в основании магнитного носителя информации 3 выполнено сквозное осесимметричное отверстие с диаметром, превышающем диаметр наружной поверхности втулки 5 на заданное значение, например 0,1 мм, заедино с основанием магнитного носителя информации 3 выполнены тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров и заданного числа торцами к основанию магнитного носителя информации 3, расположенные коаксиально относительно геометрической оси втулки 5, наибольший тонкостенный полый круговой цилиндр имеет диаметр на заданную величину, например 4 мм, меньше внутреннего диаметра основания 1 сменной кассеты, тонкостенные полые круговые цилиндры расположены на заданных радиальных расстояниях от геометрической оси втулки 5, тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров имеют одинаковый и заданный осевой размер, например 3,81 мм на внешних и внутренних цилиндрических поверхностях тонкостенных полых круговых цилиндров нанесены запоминающие слои для вертикальной магнитной записи, на внешней цилиндрической поверхности крышки 2 сменной кассеты, выполненной в форме круглого цилиндра с заданными наружным и внутренним диаметрами и глубиной, например 75 мм, 70 мм, 8 мм соответственно, выполнен продольный осевой паз-ключ 11 с заданными размерами, например 3·3·6 мм, пустотелая коробка имеет глубину больше осевого размера тонкостенных полых круговых цилиндров на заданную величину, например 6 мм, в плоской части стенки крышки 2 сменной кассеты имеются сквозные отверстия 12, центры симметрии которых расположены по концентрическим окружностям, расположенным симметрично относительно тонкостенных полых круговых цилиндров, радиусы концентрических окружностей отличаются от радиусов ближайших к ним радиусов тонкостенных полых круговых цилиндров на заданную величину, например 4 мм, сквозные отверстия 12 расположены под заданными углами, например 30 градусов, относительно продольного осевого паза-ключа 11, сквозные отверстия 12 выполнены в заданном количестве, например 12, и имеют заданные размеры и форму, например квадрат 3·3 мм и имеют размеры в радиальном направлении меньше радиального шага между соседними тонкостенными полыми круговыми цилиндрами, над внутренней поверхностью крышки сменной кассеты 2 установлены поворотные оси 13 в форме круговых цилиндров заданного диаметра, например 2 мм, и заданной длины, например 6 мм, жестко связанные с крышкой сменной кассеты, поворотные оси 13 расположены на заданном расстоянии, например 3 мм, над внутренней поверхностью крышки 2 сменной кассеты параллельно этой поверхности, перпендикулярно к радиусам концентрических окружностей, проходящих через центры симметрии сквозных отверстий 12, на заданном в радиальном направлении от центров симметрии сквозных отверстий 12 расстоянии, например 4 мм, на поворотных осях 13 установлены цилиндрические пружинки 14 и шторки на петлях 15, которые имеют форму, повторяющую форму сквозных отверстий 12, но превышающую их на заданную величину, например 0,5 мм на каждой кромке, цилиндрические пружинки 14 имеют изогнутые концы, упертые в шторки на петлях 15 так, что сквозные отверстия 12 закрыты шторками на петлях 15, причем шторки на петлях 15 установлены с возможностью поворота при приложении к ним заданного осевого усилия, например 0,02 H, на заданном радиальном расстоянии, например 3 мм, от поворотных осей 13, стенка крышки 2 сменной кассеты на диаметре на заданную величину меньшем, чем внутренний диаметр наименьшего тонкостенного полого кругового цилиндра выполнена в форме углубленного тонкостенного полого стакана, дно которого на заданную величину, например 4 мм не доходит до основания магнитного носителя информации 3, в дне углубленного тонкостенного полого стакана выполнено сквозное отверстие концентрическое с геометрической осью втулки 5, диаметр отверстия на заданную величину, например 0,01 мм превышает диаметр внешней цилиндрической поверхности втулки 5.
Параметры конструктивных элементов, описанных выше, имеют заданные величины, т.к. эти конструктивные элементы находятся во взаимосвязи с другими конструктивными элементами данного технического решения и зависят от величины параметров соседних конструктивных элементов.
Перечисленное выше потенциально позволяет создание параметрического ряда сменных кассет с магнитным носителем информации в форме тонкостенных полых круговых цилиндров с разными наибольшими диаметрами и разными размерами в осевом направлении. Все величины, указанные в описании как заданные, определяются, с одной стороны, возможностью создания параметрического ряда сменных кассет с магнитным носителем информации, и, с другой стороны, обеспечением минимального момента сопротивления вращению и защитой сменной кассеты от проникновения пыли.
В предлагаемой полезной модели имеются следующие преимущества:
- поверхностная плотность информации на магнитных носителях с жесткой основой значительно превышает поверхностную плотность информации на магнитных носителях с гибкой основой;
- носитель информации в форме тонкостенных полых круговых цилиндров потенциально обеспечивает меньшее время доступа к данным по сравнению с магнитной лентой;
- носитель информации в форме тонкостенных полых круговых цилиндров потенциально обеспечивает параллельные запись-воспроизведение по многим каналам в отличие от жестких дисков;
- носитель информации в форме тонкостенных полых круговых цилиндров потенциально обеспечивает сменность носителя информации при контактной записи-воспроизведении, поскольку по аналогии с магнитной лентой не требует столь же высокой степени герметизации, как в жестких дисках;
- контактное воспроизведение может быть обеспечено при сравнительно низких скоростях движения носителя информации с помощью GMR головок, что потенциально упрощает конструкцию регистраторов данных.
2
2
7
Рассмотрим сменную кассету с магнитным носителем информации в форме осесимметричного основания и одного тонкостенного полого кругового цилиндра диаметром D=63,5 мм и размером в осевом направлении L=3,81 мм. Площадь запоминающих слоев, пренебрегая толщиной тонкостенного полого кругового цилиндра, составит πD·L·2=3,14·63,5·3,81·2=1519,3518 мм=2,35 дюйм. Положим, достигнута поверхностная плотность 1 Тбит/дюйм. Информационная емкость такого носителя равна 0,29 Тбайт. Пусть линейная скорость движения носителя V=1 м/сек, продольная плотность 20000 бит/мм, тогда канальная скорость передачи данных по одному каналу составит 2·10 бит/ сек. При записи-воспроизведении по 16 кодовым каналам скорость передачи составит 40 Мбайт/сек. Приведенные параметры приемлемы для использования в регистраторе данных.
Рассмотрим сравнение предлагаемой полезной модели с прототипом и с аналогами. Предлагаемая сменная кассета с магнитным носителем по сравнению с твердотельной памятью обладает более высокой устойчивостью к электрическим и магнитным полям, большим временем сохранности информации. По сравнению с жесткими дисками предлагаемая сменная кассета с магнитным носителем обеспечивает сменный характер носителя, более высокую устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, может использоваться в более простых по конструкции запоминающих устройствах.
Работа сменной кассеты с магнитным носителем (чертеж) в динамике происходит следующим образом. Сменная кассета с магнитным носителем устанавливается в регистратор данных, при этом оператор посредством ручки 7 усилием в осевом направлении снимает втулку 5 с посадочного конуса 4, упруго деформируя посадочный конус 4 в радиальном направлении, и перемещает втулку 5 вместе с магнитным носителем информации 3 внутри сменной кассеты в осевом направлении, центрируя их посредством конусной поверхности на втулке 5 относительно оси средств вращения в регистраторе данных и сцепляя полумуфту с валом вращения, при осевом перемещении конструктивные элементы регистратора данных упираются в шторки на петлях 15 и поворачивают их, открывая сквозные отверстия 12 для доступа рычагов с элементами регистрации - восприятия информации. Выемка сменной кассеты из регистратора данных осуществляется в обратном порядке.
По сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель обладает более высокой поверхностной плотностью и обеспечивает меньшее время доступа к данным.