ЗАПОМИНАЮЩИЙ МОДУЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к внешним запоминающим устройствам на магнитном носителе с произвольным доступом к данным электронных вычислительных машин и может использоваться в других системах, где требуется запоминание цифровой информации на носителе. Предлагаемая полезная модель может использоваться во внешних запоминающих устройствах ЭВМ средней, высокой и сверхвысокой производительности, в информационно-поисковых системах.
В качестве внешних запоминающих устройств ЭВМ в настоящее время широко используются накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры), запоминающие устройства на оптических дисках.
Накопители информации, использующие носители на жесткой осесимметричной основе (жесткие магнитные диски, пакеты магнитных дисков, оптические диски) обеспечивают следующие важные свойства внешних запоминающих устройств: произвольный доступ к данным, сравнительно малое время выборки, сравнительно высокую скорость передачи данных.
Накопители на жестких магнитных дисках являются одноканальными устройствами, что понижает скорость записи-воспроизведения. Различные линейные скорости диска на дорожках разных радиусов при постоянной угловой скорости вращения затрудняют создание многоканальных внешних запоминающих устройств на основе дисков. Высокая производительность современных процессоров находится в явном дисбалансе с возможностями запоминающих устройств на магнитных дисках (временем доступа к данным и скоростью записи воспроизведения). Компромиссным вариантом являются RAID-массивы, определяющие размещение информации на многих накопителях на жестких магнитных дисках (Асмаков С.В., Пахомов С.В. «Железо 2009» КомпьютерПресс Спб: Питер 2009). Однако RAID-массивы не устраняют полностью дисбаланс между параметрами процессоров и внешних запоминающих устройств.
В качестве прототипа предлагаемого запоминающего модуля принят патент РФ №2370834 на изобретение (Шувалов Л.Н., Дроздиков В.А., БИ 20.10.09 г.).
В нем в качестве носителя информации предложены тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров, коаксиально расположенные относительно общей геометрической оси, где тонкостенные полые круговые цилиндры разных диаметров первой и второй группы своими кромками жестко связаны с разными сторонами осесимметричного основания, на внутренних и внешних поверхностях всех тонкостенных полых круговых цилиндров разных диаметров нанесены магнитные запоминающие слои, средства для вращения носителя информации содержат вал вращения, жестко связанный с осесимметричным основанием носителя информации, средства для позиционирования преобразователей - элементов регистрации и восприятия информации включают в себя шаговые двигатели, установленные герметично на внешних сторонах оснований запоминающего модуля, на валах шаговых двигателей установлены ходовые винты, на ходовых винтах установлены гайки, на гайках установлены пьезоэлектрические линейные двигатели, на пьезоэлектрических линейных двигателях установлены диски-каретки, на дисках-каретках установлены рычаги с плавающими блоками магнитных головок с возможностью перемещения рычагов с плавающими блоками магнитных головкок совместно с дисками-каретками в осевом направлении над магнитными запоминающими поверхностями носителя информации сквозь радиальные пазы в полукорпусах, рычаги с плавающими блоками магнитных головок расположены под заданными углами друг относительно друга, так что плавающие блоки магнитных головок ближайших соседних тонкостенных полых круговых цилиндров разнесены по углу, плавающие блоки магнитных головок каждого тонкостенного полого кругового цилиндра размещены на каждом рычаге с плавающими блоками магнитных головок со сдвигом относительно друг друга вдоль параллельно геометрической оси носителя информации. Шаг между магнитными головками в плавающем блоке магнитных головок, взаимное расположение рычагов с плавающими блоками магнитных головок и взаимное расположение плавающих блоков магнитных головок обеспечивают заданное размещение дорожек записи на магнитных запоминающих поверхностях.
Однако шаговый двигатель и передача винт-гайка обеспечивают линейный шаг примерно 250 мкм. Для рационального использования запоминающей поверхности на всем шаге нужно иметь несколько плавающих блоков магнитных головок. Кроме того, передача винт-гайка имеет малый коэффициент полезного действия и относительно сложна технологически.
Решаемой технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции запоминающего модуля путем упрощения кинематической схемы узла позиционирования преобразователей - элементов регистрации и восприятия данных и путем уменьшения необходимого числа плавающих блоков магнитных головок.
Поставленная решаемая техническая задача в запоминающем модуле, содержащем носитель информации в виде двух групп тонкостенных полых круговых цилиндров разных диаметров, коаксиально расположенных относительно общей геометрической оси и жестко связанных с осесимметричным основанием, тонкостенные полые круговые цилиндры каждой из двух групп связаны с разными сторонами осесимметричного основания, средства для вращения носителя информации, средства для позиционирования преобразователей - элементов регистрации и восприятия информации, внешнюю замкнутую герметичную оболочку достигается тем, что средства для позиционирования преобразователей - элементов регистрации и восприятия информации - включают в себя панели-кронштейны, жестко установленные на полукорпусах, в которых установлен вал вращения носителя информации со стороны торцов вала вращения носителя информации, двигатели постоянного тока, установленные жестко на панелях-кронштейнах так, что оси валов двигателей постоянного тока параллельны оси вала вращения носителя информации, торцы валов двигателей постоянного тока направлены к внутренним стенкам внешней замкнутой герметичной оболочки, двигатели постоянного тока смещены в радиальном направлении так, что оси их валов расположены относительно оси вала вращения носителя информации на расстояниях равных внешнему радиусу шкивов, жестко и осесимметрично установленных на валах двигателей постоянного тока, так что торцы шкивов находятся на расстоянии не менее трех миллиметров от внутренних стенок внешней замкнутой герметичной оболочки, внешние диаметры шкивов больше, чем диаметры валов двигателей постоянного тока, но меньше, чем диаметры внутренних тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации, на корпусах двигателей постоянного тока жестко установлены тормозные электромагнитные муфты, тормозные элементы которых прижаты к валам двигателей постоянного тока, в канавках внешних цилиндрических поверхностей шкивов закреплены концы гибких элементов, длины перемещения гибких элементов при вращении шкивов не менее чем на два мм превышают максимальную дистанцию позиционирования, на панелях-кронштейнах посредством кронштейнов и осей установлены направляющие ролики так, что плоскости симметрии направляющих роликов, перпендикулярные к осям направляющих роликов, совпадают с плоскостями, касательными к внешним цилиндрическим поверхностям шкивов и плоскостью, в которой лежит ось вала вращения носителя информации, так, что все ветви гибких элементов, огибающих направляющие ролики лежат в одной диаметральной плоскости, гибкие элементы натянуты так, что огибают направляющие ролики, заданные ветви гибких элементов жестко связаны с каретками так, что обеспечивают двустороннее перемещение кареток в осевом направлении, каретки выполнены с опорами на направляющие прямолинейного движения, которые установлены на панелях-кронштейнах так, что оси направляющих прямолинейного движения параллельны оси вала вращения носителя информации, на каретках жестко установлены линейные пьезоэлектрические двигатели на радиальных расстояниях, соответствующих радиусам тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации, на линейных пьезоэлектрических двигателях жестко установлены планки-держатели рычагов плавающих блоков магнитных головок с возможностью перемещения рычагов с плавающими блоками магнитных головок совместно с каретками и линейными пьезоэлектрическими двигателями в осевом направлении над магнитными запоминающими поверхностями носителя информации сквозь радиальные пазы в полукорпусах, линейные пьезоэлектрические двигатели расположены под заданными углами друг относительно друга, так что плавающие блоки магнитных головок ближайших соседних тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации разнесены по углу, плавающие блоки магнитных головок установлены на рычагах с плавающими блоками магнитных головок каждого тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации симметрично и оппозиционно относительно внешней и внутренней магнитных запоминающих поверхностей этого тонкостенного полого кругового цилиндра, плавающие блоки магнитных головок каждого тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации, расположенные на линейных пьезоэлектрических двигателях, разнесенных по углу друг относительно друга, размещены со сдвигом вдоль параллельно геометрической оси носителя информации так, что каждая пара оппозиционно расположенных плавающих блоков магнитных головок, установленная над магнитными запоминающими поверхностями данного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации сдвинута вдоль оси относительно любой другой пары оппозиционно расположенных плавающих блоков магнитных головок, установленных над магнитными запоминающими поверхностями данного тонкостенного полого кругового цилиндра, линейные пьезоэлектрические двигатели разнесены по углам, и плавающие блоки магнитных головок расположены на рычагах с плавающими блоками магнитных головок так, что при заданном перемещении кареток с помощью двигателей постоянного тока и гибких передач, построенных на шкивах, гибких элементах, направляющих роликах, и растяжении и сжатии выбранного линейного пьезоэлектрического двигателя, число магнитных головок в каждом плавающем блоке магнитных головок, шаг между магнитными головками в плавающем блоке магнитных головок и взаимное расположение плавающих блоков магнитных головок обеспечивают заданные максимальную дистанцию позиционирования и размещение дорожек записи на магнитных запоминающих поверхностях.
На фиг.1 изображен запоминающий модуль. На фиг.2 изображено возможное угловое расположение рычагов с плавающими блоками магнитных головок.
Запоминающий модуль (фиг.1) содержит носитель информации 1, осесимметричное основание которого жестко связано с валом вращения 2 носителя информации 1, вал вращения 2 носителя информации 1 с помощью подшипников вращения 3, 4, связан с полукорпусами 5, 6, жестко связанными между собой, роторы электродвигателя вращения вала 2 носителя информации 1 7, 8 жестко связаны с осесимметричным основанием носителя информации 1, статоры электродвигателя вращения вала 2 носителя информации 1 9,10 жестко связаны с полукорпусами 5, 6, основания запоминающего модуля 11, 12, через герметичные прокладки 13, 14 жестко связаны с полукорпусами 5, 6, панели-кронштейны 15, 16, жестко установлены на полукорпусах 5, 6, на панелях-кронштейнах 15, 16 жестко установлены двигатели постоянного тока 17, 18 так, что оси валов двигателей постоянного тока 17, 18 параллельны оси вала вращения 2 носителя информации 1, торцы валов двигателей постоянного тока 17, 18 направлены к внутренним стенкам оснований запоминающего модуля 11, 12, двигатели постоянного тока 17, 18 смещены в радиальном направлении так, что оси их валов расположены относительно оси вала вращения 2 носителя информации 1 на расстояниях равных внешнему радиусу шкивов 19, 20 жестко и осесимметрично установленных на валах двигателей постоянного тока 17, 18, так что торцы шкивов 19, 20 находятся на расстоянии не менее трех миллиметров от внутренних стенок оснований запоминающего модуля 11, 12, внешние диаметры шкивов 19, 20 больше диаметров валов двигателей постоянного тока 17, 18, но меньше, чем диаметры внутренних тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации 1, на корпусах двигателей постоянного тока 17, 18 жестко установлены тормозные электромагнитные муфты 21, 22, тормозные элементы которых прижаты к валам двигателей постоянного тока 17, 18, в канавках внешних цилиндрических поверхностей шкивов 19, 20 закреплены концы гибких элементов 23, 24, длины перемещения гибких элементов при вращении шкивов не менее чем на два мм превышают максимальную дистанцию позиционирования, на панелях-кронштейнах 15, 16 посредством кронштейнов и осей установлены направляющие ролики 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, так, что плоскости симметрии направляющих роликов 25, 26, 27, 28. 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, перпендикулярные к осям направляющих роликов 25, 26, 27, 28. 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 совпадают с плоскостями, касательными к цилиндрическим поверхностям шкивов 19, 20 и плоскостью, в которой лежит ось вала вращения 2 носителя информации 1, так, что все ветви гибких элементов 23, 24, огибающих направляющие ролики 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 лежат в одной диаметральной плоскости, заданные ветви гибких элементов 23, 24 жестко связаны с каретками 37, 38 так, что обеспечивают двустороннее перемещение кареток 37,38 в осевом направлении, каретки 37, 38 выполнены с опорами на направляющие прямолинейного движения 39, 40, 41, 42, которые установлены на панелях-кронштейнах 15, 16 так, что оси направляющих прямолинейного движения 39, 40, 41, 42 параллельны оси вала вращения 2 носителя информации 1, на каретках 37, 38 жестко установлены линейные пьезоэлектрические двигатели 43, 44, 45, 46, 47 48, 49, 50, на радиальных расстояниях, соответствующих радиусам тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации 1, на линейных пьезоэлектрических двигателях 43, 44, 45, 46, 47 48, 49, 50, жестко установлены планки-держатели 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 рычагов 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, плавающих блоков магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79 80, 81, 82, 83 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 с возможностью перемещения рычагов 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74 с плавающими блоками магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79 80, 81, 82, 83 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 совместно с каретками 37, 38 и линейными пьезоэлектрическими двигателями 43, 44, 45, 46, 47 48, 49, 50 в осевом направлении над магнитными запоминающими поверхностями носителя информации 1 сквозь радиальные пазы в полукорпусах, 5, 6, линейные пьезоэлектрические двигатели 43, 44, 45, 46, 47 48, 49, 50 расположены под заданными углами друг относительно друга, так что плавающие блоки магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 ближайших соседних тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации 1 разнесены на заданный угол, плавающие блоки магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 установлены на рычагах 59, 60, 61, 62,63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74 с плавающими блоками магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 каждого тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1 симметрично и оппозиционно относительно внешней и внутренней магнитных запоминающих поверхностей этого тонкостенного полого кругового цилиндра, плавающие блоки магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 каждого тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, расположенные на линейных пьезоэлектрических двигателях 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, разнесенных по углу друг относительно друга, размещены со сдвигом вдоль параллельно геометрической оси носителя информации 1 так, что каждая пара симметрично и оппозиционно расположенных плавающих блоков магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, установленная над магнитными запоминающими поверхностями данного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1 сдвинута вдоль оси относительно любой другой пары симметрично и оппозиционно расположенных плавающих блоков магнитных головок, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, установленных над магнитными запоминающими поверхностями данного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, линейные пьезоэлектрические двигатели 43, 44, 45, 46, 47 48, 49, 50 разнесены по углам и плавающие блоки магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 расположены на рычагах 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74 с плавающими блоками магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 так, что при заданном перемещении кареток 37, 38, с помощью двигателей постоянного тока 17, 18 и гибких передач, построенных на шкивах 19, 20, гибких элементах 23, 24, направляющих роликах 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, и растяжении и сжатии выбранного линейного пьезоэлектрического двигателя, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 число магнитных головок в каждом плавающем блоке магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 шаг между магнитными головками в плавающем блоке магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 и взаимное расположение плавающих блоков магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 обеспечивают заданные максимальную дистанцию позиционирования и размещение дорожек записи на магнитных запоминающих поверхностях.
Требование, чтобы торцы шкивов 19, 20 находились на расстоянии не менее трех миллиметров от внутренних стенок оснований запоминающего модуля 11, 12, нужно для свободного перемещения гибких элементов 23, 24 без касания внутренних стенок оснований запоминающего модуля 11, 12. Требование, чтобы длины перемещения гибких элементов при вращении шкивов не менее чем на два мм превышали максимальную дистанцию позиционирования нужно для возможности позиционирования плавающих блоков магнитных головок на заданную информационную полосу.
Пример возможного углового расположения рычагов с плавающими блоками магнитных головок на диске каретке 37 (фиг.1) показан на фиг.2. (вид справа по отношению к фиг.1.) На фиг.2 приведен вариант, когда число плавающих блоков магнитных головок на каждом тонкостенном полом цилиндре равно четырем, плавающие блоки магнитных головок 75, 76, 77, 78 расположены над магнитными запоминающими поверхностями наружного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, плавающие блоки магнитных головок 79, 80, 81, 82 расположены над магнитными запоминающими поверхностями внутреннего тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, пары плавающих блоков магнитных головок 75, 76 и 77, 78 размещены симметрично и оппозиционно над внешними и внутренними магнитными запоминающими поверхностями наружного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, пары плавающих блоков магнитных головок 79, 80 и 81, 82 размещены симметрично и оппозиционно над внешними и внутренними магнитными запоминающими поверхностями внутреннего тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, пара плавающих блоков магнитных головок 75, 76 и пара плавающих блоков магнитных головок 77, 78 на наружном тонкостенном полом круговом цилиндре носителя информации 1, смещены по углу друг относительно друга на сто восемьдесят угловых градусов, пара плавающих блоков магнитных головок 79, 80 и пара плавающих блоков магнитных головок 81, 82 на внутреннем тонкостенном полом круговом цилиндре, смещены по углу друг относительно друга на сто восемьдесят угловых градусов, пары плавающих блоков магнитных головок 75, 76 и 77, 78 на наружном тонкостенном полом круговом цилиндре носителя информации 1 смещены на девяносто угловых градусов относительно пар плавающих блоков магнитных головок 79, 80 и 81, 82 на внутреннем тонкостенном полом круговом цилиндре носителя информации 1.
Число плавающих блоков магнитных головок и максимальная дистанция позиционирования являются заданными и связанными параметрами конструкции. В принципе для одного тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1 достаточно одной пары плавающих блоков магнитных головок. В этом случае максимальная дистанция позиционирования равна длине направляющей тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1. Для случая, представленного на фиг.2., когда число плавающих блоков магнитных головок на каждом тонкостенном полом цилиндре равно четырем, максимальная дистанция позиционирования равна половине длины направляющей тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1. В общем случае, если n - число пар плавающих блоков магнитных головок на одном тонкостенном полом круговом цилиндре носителя информации 1, максимальная дистанция позиционирования равна длине направляющей тонкостенного полого кругового цилиндра носителя информации 1, поделенной на n. Среднее время доступа при записи информации равно времени одного оборота носителя информации 1, поделенному на 4n.
Работа запоминающего модуля (фиг.1) в динамике происходит следующим образом. Вал вращения 2 носителя информации 1, совместно с носителем информации 1 приводится во вращение от электродвигателя вращения вала. Рассмотрим работу одного из двух узлов позиционирования. Тормозной момент снимается с вала двигателя постоянного тока 17 с помощью тормозной электромагнитной муфты 21, двигатель постоянного тока 17 выводит диск-каретку 37 на любую заданную информационную полосу (совокупность серводорожек и совокупность записанных или чистых кодовых и контрольных дорожек под каждым плавающем блоком магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82. Полосы серводорожек размечены заранее, каждая серводорожка содержит информацию о номере информационной полосы и номере серводорожки в полосе. Управление двигателем постоянного тока 17 ведется системой управления на основе команд операционной системы, которая определяет нужную длительность и величину тока якоря двигателя постоянного тока 17. После выхода на нужную информационную полосу тормозной момент тормозной электромагнитной муфты 21 подается на вал двигателя постоянного тока 17. Один из линейных пьезоэлектрических двигателей 43, 44, 45, 46, подключается к следящему контуру управления с обратной связью и производит точное позиционирование плавающего блока магнитных головок, выбранного из плавающих блоков магнитных головок 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82 на основе сигналов, воспроизводимых с серводорожки, компенсируя растяжение гибкого элемента 23. Выбранный пьезоэлектрический линейный двигатель обеспечивает слежение за выбранной информационной полосой, используя сигнал с серводорожки. По кодовым и контрольным дорожкам информационной полосы, соответствующим выбранной серводорожке, параллельно ведутся операции записи и (или) воспроизведения. Существенными при таком порядке действия являются пространственные смещения между магнитными головками в пределах одного плавающего блока магнитных головок и соответствующие им временные сдвиги между сигналами воспроизведения. Расстояние между магнитными головками в пределах одного плавающего блока магнитных головок значительно меньше, чем, например, расстояния между сервоголовками и кодовыми головками в электромеханическом блоке винчестера, принятым за аналог. Каждый канал воспроизведения сигналов с магнитных головок имеет самосинхронизацию, что позволяет скомпенсировать смещение сигналов в пределах плавающего блока магнитных головок.
Время доступа при записи может быть уменьшено, если выбирать те плавающие блоки магнитных головок при данном положении вала вращения 2 носителя информации 1, где имеется чистое место для записи в ближайших информационных полосах, и ближайших по угловому положению плавающих блоках магнитных головок. При перезаписи файлов можно действовать аналогично, объявляя место, занимаемое предыдущей версией файла свободным. Максимальная дистанция позиционирования определяется высотой тонкостенных полых круговых цилиндров носителя информации 1 и числом пар плавающих блоков магнитных головок, расположенных на каждом тонкостенном полом круговом цилиндре носителя информации 1, и она при равных с винчестером информационных емкостях и прочих равных условиях меньше, чем в винчестере. Упрощение конструкции запоминающего модуля связано с уменьшением необходимого числа плавающих блоков магнитных головок, заменой узла позиционирования в составе: шаговый двигатель, передача винт-гайка, линейный пьезоэлектрический двигатель, перемещающий все плавающие блоки магнитных головок, на узел позиционирования в составе: двигатель постоянного тока, тормозная электромагнитная муфта, гибкая передача, линейный пьезоэлектрический двигатель, перемещающий выбранную пару плавающих блоков магнитных головок.