Dispozitiv electronic de capacitate medie de stocare

Să se proiecteze și să se execute un dispozitiv electronic de capacitate medie de stocare, consum redus de energie, capabil să îndeplinească funcțiile unui Hard Disk (stocare informație). Se va utiliza memorie flash (CF Card, SD Card, MMC, MicroSD Card etc., la alegere ) și microcontroller PIC 16F877A din familia Microchip. Pentru demonstrație se va utiliza sistemul de oprerare Windows 95/98/Me (FAT 32), preinstalat pe dispozitivul realizat.

În lucrarea aleasă am încercat să prezint posibilitatea de realizare a unui dispozitiv electronic bazat pe tehnologia memoriei flash capabil să îndeplinescă funcția unui hard disk, și anume, stocarea informației, dar cu performanțe mult îmbunătățite față de hard disk-urile tradiționale.

După cum se știe hard disk-ul este una dintre cele mai importante și de asemenea cele mai interesante componente ale unui PC. El are o istorie interesantă datând de la începuturile anilor 1950. Poate unul dintre motivele pentru care am ales această temă este tocmai evoluția fascinantă a hard disk-urilor în următoarele aspecte: capacitate, viteză, consum de energie, dimensiuni, etc., dar și posibilitățile și direcția actuală de dezvoltare a acestui tip de dispozitiv, când ceea ce astăzi este „cel mai rapid”, mâine va fi „al doilea cel mai bun”.

Performanța hard disk-ului este foarte importantă deoarece hard disk-ul este una dintre cele mai lente componente interne ale unui PC și de aceea adesea limitează performanțele sistemului ca întreg. Calitatea și durabilitatea sunt critice în cazul acestui dispozitiv deoarece aici sunt păstrate toate datele dintr-un PC. Nici o altă componentă nu conduce atât de direct la dezastru dacă „dă greș”.

Lucrarea de față este structurată după cum urmează:

În capitolul II am realizat o prezentare a hard disk-urilor tradiționale în care am atins probleme legate de înregistrarea informației, elementele constructive ale hard disk-ului și funcționarea acestora, precum și interfața dintre hard disk și celelalte componente ale unui PC.

Capitolul III prezintă esența acestei lucrări și anume cardurile de memorie și tehnologia de fabricație pe care se bazează: memoria flash, evidențiind avanjatele utilizării ei in construcția echipamentelor de stocare a informației.

Dispozitivul realizat cuprinde atât partea electronică, cât și partea informatică. Modulul electronic cuprinde elemente pasive: rezistențe, condensatori, tranzistori, precum și un element de comandă: microcontroller PIC 16F877A - realizat de MicroChip și un element indicator: display LCD DEM 16216 SYH-LY. Date tehnice despre dispozitivele elctronice folosite în lucrare se găsesc în capitolul IV. Pentru programarea microcontroller-ului s-a utilizat un programator JDM pentru programat microcontrollere și memorii EEPROM, care lucrează foarte bine cu softul ICProg. Programul este realizat în MikroPascal, deci limbaj Pascal, compilat și generat în fișiere de tip *.asm, *. Pps, *.hex, acesta din urmă fiind scris în PIC. Toate aceste asunt prezentate în capitolul VI și în Anexa 1.

Proiectarea electronică, și anume metode de fabricație a PCB-urilor și realizarea schemei electrice a montajului propus, sunt descrise în capitolul V.

Lucrarea se încheie cu concluziile obținute în urma realizării acestui dispozitiv, precum și direcții privind îmbunatățirile ce se pot aduce în vederea creșterii performanțelor.

Schema bloc a mediului de stocare a informației

- Capitolul II -

Unitățile de discuri fixe - Hard Disk-ul

2. Considerații teoretice

2.1. Înregistrarea magnetică a informațiilor

Unitățile de discuri magnetice funcționează pe baza principiului electromagnetismului. Conform acestui principiu, în jurul unui conductor prin care trece un curent electric se generează un câmp magnetic. Câmpul magnetic astfel creat polarizează materialele magnetice aflate sub influența sa. Dacă se schimbă sensul curentului electric, se inversează și polaritatea câmpului magnetic.

Un alt efect al electromagnetismului este acela că într-un conductor aflat într-un camp magnetic variabil se induce un curent electric. Sensul curentului electric indus se schimbă odată cu schimbarea polarității câmpului magnetic. Aceste efecte ale electromagnetismului permit înregistrarea informațiilor pe un disc și citirea lor ulterioară.

Capetele de citire/scriere din unitățile de disc au formă de U și au înfășurate spire prin care poate trece un curent electric. Atunci când circuitele unității de disc comandă trecerea unui curent electric prin spire, în capul de citire/scriere se induce un câmp magnetic. Dacă polaritatea curentului electric se schimbă, se schimbă și polaritatea câmpului magnetic indus. Aceste capete sunt deci electromagneți a căror polaritate poate fi schimbată foarte rapid. La capătul în formă de U al capului de citire/scriere există un întrefier. Liniile de forță ale câmpului magnetic din întrefier se curbează spre exterior, trecând prin stratul magnetic al discului aflat sub capul de citire/scriere, deoarece acest strat are o rezistență magnetică mai mică decât cea a aerului din întrefier. Câmpul magnetic care trece prin stratul magnetic aflat sub întrefier orientează particulele magnetice în același sens cu el. Polaritatea câmpului magnetic, și deci cea a stratului magnetic de pe disc, depind de sensul curentului electric din înfășurările capului.

Pe un disc neînregistrat, polaritățile câmpurilor magnetice ale particulelor materialului magnetic sunt orientate aleator, fiecare din aceste mici câmpuri fiind anulat de unul de polaritate opusă, astfel încât suprafața discului este nepolarizată.

Particulele aflate imediat sub întrefierul capului de scriere sunt orientate de câmpul magnetic

al acestuia în același sens cu câmpul. După ce se produce orientarea câmpurilor individuale, acestea nu se mai anulează reciproc, și în regiunea respectivă de pe suprafața discului apare un câmp magnetic. Acest câmp este generat de mai multe particule, ele producând un câmp magnetic cumulativ care poate fi detectat. Câmpul magnetic cu o anumită direcție se numește flux magnetic.

Pe măsură ce discul se rotește sub capul de scriere, acesta poate induce în stratul magnetic de pe disc un flux magnetic. La inversarea sensului curentului electric din înfășurarea capului, se inversează polaritatea câmpului din întrefier, ca și polaritatea fluxului magnetic indus pe suprafața discului. Schimbările sensului orientării particulelor magnetice de pe suprafața discului se numesc

inversări de flux sau tranziții de flux.

Un cap de scriere induce pe disc tranziții de flux, pentru a înregistra informații. Pentru fiecare bit (sau grup de biți) de informație care este înregistrat pe disc, în stratul magnetic sunt induse secvențe de tranziții de flux, pe zone bine determinate, numite celule de tranziții sau celule de bit.

Aceste celule sunt zone de pe suprafața discului, determinate de viteza de rotație și de timpul în care capul de scriere induce tranzițiile de flux.

Secvența specifică de tranziții de flux dintr-o celulă de tranziții, utilizată pentru memorarea unui anumit bit sau a mai multor biți de informație, se numește metodă de codificare. Controlerul de disc preia informațiile care trebuie înregistrate și le codifică într-o serie de tranziții de flux de durată bine determinată, conform metodei de înregistrare care se utilizează.

În timpul procesului de scriere, capului de scriere i se aplică o tensiune, inversarea polarității acestei tensiuni ducând și la inversarea polarității câmpului magnetic care se înregistrează. Tranzițiile de flux sunt înscrise în punctele în care se inversează polaritatea înregistrării. La citire, capul de citire nu generează aceeași formă de undă care a fost utilizată pentru

scrierea pe disc, ci generează câte un impuls de tensiune la fiecare trecere peste o tranziție de flux.

Dacă tranziția este de la polaritatea pozitivă la cea negativă, impulsul indus este o tensiune negativă. Dacă tranziția este de la polaritatea negativă la cea pozitivă, impulsul indus va fi o tensiune pozitivă.

Deci, în timpul citirii informației de pe disc, capul devine un detector de tranziții de flux, generând

impulsuri de tensiune la fiecare trecere peste o tranziție de flux. Zonele fără tranziții de flux nu generează impulsuri.

Figura 1.1 ilustrează relația dintre formele de undă la scriere și la citire și tranzițiile de flux

înregistrate pe disc.