Контрольная работа. «Прибой» свой жесткий диск Вопросы для размышления

Устройство экстренного уничтожения информации с магнитных носителей 2С-994 «Прибой»

Видимо, уже и ребенку понятно, что в наш новый информационный век огромные капиталы вкладываются не столько в «основные средства производства» (то есть в оборудование, топливо, расходные материалы и прочие вполне вещественные субстанции), сколько в невещественные понятия данных, информации, интеллектуальной собственности и прочей «ерунды». О которой, ввиду ее невещественности, нередко еще судят весьма легкомысленно - особенно по причине широкой распространенности пиратства и «открытости», публичности многих информационных ресурсов. Вместе с тем, объемы и роль «просто информации» в современном мире растут с угрожающей скоростью, а важность и стоимость ее для лиц заинтересованных порой несравнимо выше стоимости субстанций вполне материальных. И развитие вычислительной техники сыграло в этом огромную роль, к настоящему моменту почти полностью вытеснив с рынка неэлектронные источники хранения, обработки и передачи информации. Эти тенденции развития современного мира, с одной стороны, требуют неуклонно повышать качество и надежность электронных систем хранения данных. А с другой - позаботиться о том, чтобы в случае экстренной ситуации ваши драгоценные данные не попали в нежелательные руки. И сегодня в нашем поле зрения оказалось устройство, как раз способствующее последнему положению - то есть уничтожитель информации с магнитных носителей данных, пригодный как для корпоративного, так и для «персонального» использования в том числе, в составе обычного ПК.

Сразу укажем, что рассматриваемое здесь устройство экстренного уничтожения информации с магнитных носителей «Прибой» (2С-994), производимое отечественной компанией « » и рекомендуемое как средство защиты отдельных рабочих мест для работы с информацией, не составляющей государственную тайну, не продается в обычных компьютерных магазинах. Но его там все же можно встретить - в составе «самых обычных» персональных компьютеров (системных блоков) IRBIS компании « », которая и предоставила нам его для испытаний.

Такой компьютер, соответственно, имеет повышенную защищенность и оптимален для госорганов, финансовых структур и просто «хороших людей». :) Устройство экстренного уничтожения информации с жесткого диска предназначено, как вы уже догадались, для экстренного уничтожения информации и вывода из строя установленного в компьютер жесткого диска по инициативе пользователя при попытке несанкционированного доступа. После этого производитель гарантирует, что ни один компьютер не сможет распознать ваш диск, и никто не сможет прочесть/восстановить информацию, хранившуюся на нем. Устройство не оказывает никакого влияния на работу компьютера - как в режиме ожидания, так и в режиме уничтожения. А импульс уничтожает информацию и выводит из строя только данный жесткий диск, не оказывая никакого воздействия на другие компоненты компьютера. Применение устройства возможно независимо от режима работы компьютера, даже если ПК отключен от сети.

Внешний вид и устройство «Прибоя»

Можно только порадоваться чувству юмора создателей «Прибоя», давшего такое игривое название устройству, способному «прибить» жесткий диск на корню - заокеанские коллеги наверняка бы придумали что-то пострашнее типа «терминатора-элиминатора» или, что еще хуже, назвали бы его именем своей жены/подруги/собаки. :)

Поскольку данное устройство является частью компьютеров компании «К-Systems», то говорить о фирменной упаковке и комплекте retail-поставки, очевидно, смысла нет. Поэтому скажем, что сам уничтожитель транспортируется в небольшой картонной коробке с идентифицирующей наклейкой.

Комплектация «Прибоя» включает в себя сам блок уничтожителя, несколько крепежных винтов (для фиксации винчестера в блоке и самого блока в корпусе ПК), краткое описание, комплект из радиоприемника и дистанционного пульта управления (радиопередатчика, 2 шт.), планку на заднюю панель корпуса ПК с необходимыми органами управления, индикации и шнуром питания от сети переменного тока.

Уничтожитель «Прибой» представляет собой тяжелый металлический прямоугольный блок, предназначенный для установки в пятидюймовый отсек системного блока ПК, внутри которого расположена электроника и управляемый электромагнит.

На верхней части корпуса предусмотрено посадочное место для крепления уничтожаемого («прибиваемого») винчестера форм-фактора 3,5 дюйма, причем жесткий диск предполагается устанавливать «вверх ногами», то есть платой наружу и верхней крышкой вниз - почти вплотную к вырезу в металлическом корпусе «Прибоя», который (вырез) закрыт пластиком (см. фото выше).

В таком виде уничтожитель с установленным винчестером занимает по высоте два стандартных пятидюймовых отсека системного блока компьютера (на фото - два нижних отсека),

и благодаря соответствующему расположению боковых крепежных отверстий может быть скрыт спереди обычными передними фальшпанелями отсеков этого корпуса (как будто там ничего и нет;)).

«Передняя» часть корпуса уничтожителя имеет только отверстия для вентиляции, зато задняя часть оснащена двумя «проприетарными» разъемами,

один из которых служит для подвода питания (напрямую от сети переменного тока 220 вольт; «Прибой» не использует никакого питания от компьютера!), а к другому подключаются сигналы управления и индикации. Оба кабеля (питание и сигналы) подводятся к блоку от планки, укрепляемой на задней панели корпуса ПК.

Через нее в корпус вводится сетевой шнур, а на самой планке находится светодиод для индикации текущего состояния устройства и кнопка, нажатием которой можно «прибить» винчестер, то есть уничтожить на нем все данные. Впрочем, лезть «в тыл» корпуса для этого может оказаться и не очень удобно (особенно, если действовать нужно оперативно, а системный блок под столом или в тумбе; кстати, случайного нажатия этой кнопки нужно опасаться и во время прочих действий, например, подключения кабелей сзади). Поэтому для облегчения уничтожения данных в комплекте с «Прибоем» идет радиоблок дистанционного управления, который (по заявлению производителя) способен подать сигнал об уничтожении с расстояния до 100 метров.

Радиоблок состоит из небольшого передатчика, подключаемого внутри корпуса ПК к контактам сигнального разъема уничтожителя и снабженного 15-сантиметровым отрезком провода в качестве антенны, и пульта-передатчика с четырьмя кнопками, которые нужно нажать последовательно для получения нужного эффекта.

Приемник также снабжен служебным светодиодом, мигающим в такт нажатиям кнопок на передатчике (если у последнего исправна батарейка, о чем лучше позаботиться заранее, поскольку здесь применяется не очень широко распространенная 12-вольтовая батарея формата A23 - длиной 28 мм при диаметре 10 мм). Сама плата передатчика использует распространенную микросхему , один транзистор и менее десятка пассивных радиоэлементов.

Корпус уничтожителя, к сожалению, скреплен заклепками, поэтому не разрушающе разобрать его с целью изучения внутренностей нам не удалось. Очевидно, там находится сетевой блок питания, простейшая управляющая электроника и управляемый электромагнит, который выдает мощный размагничивающий импульс на винчестер.

Принцип действия

Принцип действия «Прибоя» достаточно очевиден: если данные на винчестере хранятся в виде намагниченных участков ферромагнитной поверхности, то надо эти участки перемагнитить или размагнитить (сориентировать магнитные домены случайным образом). Необходимо локально воздействовать на диск мощным магнитным импульсом. В технике давно и широко известны устройства размагничивания, и дело осталось только за тем, чтобы адаптировать одно из таких устройств для компьютерных винчестеров и подобрать нужные режимы размагничивания/перемагничивания.

Именно по этому пути и пошел изготовитель «Прибоя» - компания « » (КСУ). Основной и единственный вид деятельности этой компании - разработка и производство различных устройств экстренного уничтожения информации с магнитных носителей (жестких дисков, дискет, стримерных картриджей, аудио и видео кассет):

• во время работы с информацией (защита любых типов серверов, в том числе Rackmount 19″) с помощью устройств «Прибой» и «2С-994В» в ручном режиме, и комплекса «Цунами» в автоматическом.
• во время транспортировки - кейс «Тень».
• во время хранения - информационный сейф «Миг».
• при утилизации носителей, содержащих конфиденциальную информацию - утилизатор «2С-994У».

КСУ имеет лицензию ФСБ России на право использования сведений, составляющих государственную тайну, лицензии Гостехкомиссии России, Министерства обороны РФ на деятельность в области разработки и производства средств защиты информации.

Производство устройств уничтожения данных имеет заключение по системе качества ISO-9001.

(Кстати, и производитель компьютеров «К-Системс» также имеет различные лицензии и сертификаты на производство оборудования для оборонных ведомств.)

Авторские права на производимую аппаратуру подтверждены патентами России и Украины. Базовые блоки уничтожения сертифицированы Гостехкомиссией России, Министерством обороны, Военным регистром и Госстандартом России на соответствие единственному документу, регламентирующему на данный момент уничтожение информации с магнитных носителей - Приказу Министерства обороны Российской Федерации №306 от 10 августа 2002 г.

Среди клиентов КСУ можно назвать Сбербанк и Центральный банк России, Министерства обороны и внутренних дел, крупнейшие коммерческие структуры.

Для лучшего понимания происходящих процессов позволим себе привести выдержки из описания производителем принципа работы уничтожителя.

«Отличительной особенностью ферромагнетиков является наличие макроскопических объемов вещества - доменов, в которых магнитные моменты атомов (ионов) ориентированы одинаково. Домены обладают самопроизвольной намагниченностью (магнитными моментами) даже при отсутствии внешнего намагничивающего поля. В ферромагнетике, не подвергавшемся воздействию внешних магнитных полей, магнитные моменты различных доменов обычно взаимно скомпенсированы, и их результирующее магнитное поле близко к нулю. Для ферромагнетиков характерен гистерезис при перемагничивании внешним магнитным полем, то есть запаздывание изменений намагниченности вещества от изменений намагничивающего поля. На рисунке приведена основная характеристика ферромагнетиков - зависимость магнитной индукции В от напряженности Н намагничивающего поля (так называемая петля гистерезиса).

Петля гистерезиса ферромагнетика.

«Под воздействием внешнего магнитного поля происходит ориентация элементарных магнитных полей, создаваемых круговым движением электронов в атомах и молекулах ферромагнетика. В результате увеличиваются размеры магнитных доменов, ориентированных по направлению внешнего поля. После прекращения внешнего воздействия изменения, происшедшие в размерах и ориентации магнитных доменов, частично сохраняются. Появляется остаточная намагниченность вещества - след, оставленный в ферромагнетике внешним воздействием. Именно эту остаточную намагниченность материала носителя регистрируют затем устройства, считывающие записанную информацию.

«Зависимость намагниченности ферромагнетика от изменений внешнего магнитного поля носит нелинейный характер. Величина В s характеризует состояние насыщения материала, при котором возрастание внешнего магнитного поля уже не приводит к изменениям в его доменной структуре, к дальнейшему росту его намагниченности. В этом состоянии магнитные поля всех доменов под воздействием внешнего магнитного поля ориентируются одинаково, и их суммарное магнитное поле достигает максимально возможной величины. Величина Вr характеризует предельное остаточное магнитное поле (намагниченность) материала после прекращения воздействия на него внешнего поля, достаточного для насыщения ферромагнетика.

«Использование зависимости остаточного намагничивания ферромагнитных материалов от величины внешнего намагничивающего поля и лежит в основе процесса записи информации на магнитные носители. Запись информации осуществляется путем последовательного воздействия внешнего магнитного поля, изменяющегося по закону информативного сигнала, на различные участки носителя, выполненного в виде проволоки, ленты или диска, а ее считывание - путем последовательной регистрации остаточного намагничивания этих участков.

«Понимание физики этих процессов позволяет легко представить себе стандартную для различных устройств процедуру «стирания» записанной информации. Обычно стирание осуществляется за счет воздействия на носитель внешнего магнитного поля путем относительного перемещения магнитного носителя и специальной стирающей магнитной головки, на которую подается постоянный ток или ток высокой частоты. В первом случае стирание осуществляется перемагничиванием всех участков носителя информации постоянным магнитным полем, а во втором - путем их перемагничивания переменным магнитным полем. Этот способ уничтожения информации довольно прост, но требует значительного времени, сопоставимого с продолжительностью уничтожаемой записи. Что касается надежности уничтожения информации, то она невысока. Это связано с тем, что обычно штатные стирающие устройства записывающей аппаратуры не обеспечивают требуемый для магнитного насыщения материала носителя уровень внешнего магнитного поля. Как правило, на участках рабочей поверхности носителя остаются микрообласти (магнитные домены малого объема), ориентированные по направлению предшествующего внешнего магнитного воздействия. Остаточное намагничивание этих областей сравнительно невелико и может не регистрироваться штатным устройством. Однако при детальном анализе тонкой структуры магнитного поля, создаваемого исследуемым участком рабочей поверхности носителя, следы предшествующих внешних магнитных воздействий обнаруживаются довольно легко. Эти следы и позволяют при необходимости восстановить уничтоженную процедурой стирания информацию.

«Несколько более высокую надежность уничтожения информации обеспечивает запись новой информации поверх уничтожаемой. Однако и в этом случае первоначальная информация может быть восстановлена специальными методами. В настоящее время в распоряжении специалистов имеется несколько методов восстановления уничтоженной информации, различающихся физическими подходами к регистрации тонкой структуры полей намагниченности носителя информации. Эти методы, применимые как к целому носителю, так и к его отдельным фрагментам, позволяют анализировать записи, уничтоженные в результате многократной перезаписи (до пяти слоев) на этот носитель новой информации.

«Во многих случаях приемлемую надежность уничтожения компьютерной информации обеспечивает переформатирование магнитного носителя информации: дискеты или жесткого диска компьютера. Однако эта операция отнимает довольно много времени, не всегда удобна и тоже не дает гарантии невосстановимости информации. Те же методы исследования тонкой структуры полей намагниченности позволяют специалистам при необходимости восстановить запись, уничтоженную переформатированием. Таким образом, стандартные операции стирания и перезаписи информации в обычной аудио- и видеозаписывающей аппаратуре, а также известные программные способы уничтожения компьютерной информации требуют больших затрат времени и способны обеспечить приемлемую надежность уничтожения информации лишь от такого потенциального «реставратора информации», в распоряжении которого имеется только стандартные средства обработки информации: ПЭВМ, аудио- или видеомагнитофон и т. п.

«В то же время, к качеству уничтожения информации высокого уровня секретности (например, сведений, составляющих государственную тайну) предъявляются особые требования. Для такой информации уже недостаточно обывательских представлений о ее «надежном» стирании. Необходимы вполне определенные гарантии ее уничтожения. Под «гарантированным» уничтожением защищаемой информации обычно понимается невозможность ее восстановления квалифицированными специалистами (экспертами) с применением любых известных способов реставрации. Для уничтожения такой информации приходится прибегать к специально разработанным устройствам или другим, более радикальным по сравнению с уже рассмотренными способам ее уничтожения.

«Большинство известных на сегодня промышленных разработок в области уничтожения информации на магнитных носителях основываются на доведении материала носителя информации до состояния магнитного насыщения. В качестве примера можно указать на производящееся в Японии устройство SR1, предназначенное для быстрого стирания аудиозаписей со стандартных диктофонных микрокассет. По своей конструкции оно представляет собой мощный постоянный магнит, между полюсами которого необходимо вручную протянуть стираемую микрокассету. Следует отметить, что исследований, подтверждающих гарантированное уничтожение этим устройством записанной на микрокассету информации, нам обнаружить не удалось. Однако, совершенно очевидно, что для быстрого уничтожения аналогичными устройствами информации, записанной на крупноразмерных носителях (например, на видеокассете стандарта VHS), потребуются постоянные магниты гораздо больших весов и габаритов. Во многих случаях использование таких магнитов может оказаться неприемлемым даже по соображениям экологии.

«Значительно более перспективным следует признать применение для уничтожения информации кратковременно создаваемого мощного электромагнитного поля, достаточного для магнитного насыщения материала носителя. Такой способ стирания записей за счет намагничивания носителя импульсным магнитным полем определенной величины и ориентации запатентован отечественными специалистами. С использованием этого способа разработан и налажен выпуск различных изделий, предназначенных для быстрого (экстренного) стирания информации, записанной на магнитных носителях различных типов».

И именно этот способ применяется в описываемом здесь устройстве. О серьезности подхода создателей «Прибоя» говорит хотя бы то, что его разработчиками в 2003 году получен российский патент на полезную модель за номером 32628:

В описании к патенту, в частности, говорится, что устройство стирания записи с магнитного носителя информации состоит из блока управления процессом стирания, по меньшей мере, двух контуров формирования магнитного поля и двух датчиков амплитудно-временных параметров магнитного поля. Каждый контур содержит источник питания, ключ, конденсатор, катушку индуктивности, причем катушки индуктивности двух указанных контуров образуют соленоид, внутри которого размещается магнитный носитель информации. Катушки установлены так, что векторы магнитных полей этих контуров параллельны друг другу и перпендикулярны вектору магнитного поля, сформированного при записи на магнитный носитель.

Дополнительно в устройстве могут быть использованы катушки разной формы и взаиморазмещения, охлаждение накопителя с датчиком температуры и диодный мост в каждом из контуров, а угол между векторами магнитного поля контуров для некоторых случаев может быть изменен до прямого (за деталями желающие могут обратиться к первоисточнику - описанию патента).

Так, например, согласно Сертификату соответствия Министерства обороны РФ, устройства серии 2 C-994 соответствуют специальным требованиям, предъявляемым к устройствам уничтожения информации на магнитных носителях с ориентацией вектора магнитной индукции, стирающего магнитного поля продольно плоскости носителя. Между тем, мы хорошо знаем, что в эксплуатацию уже стали поступать жесткие диски с перпендикулярной магнитной записью, где для стирания информации потребуется прилагать иной вектор магнитного поля. Интересно, «Прибой» будет адаптирован и для этих новых дисков с указанием новой специфики применения? Или пользователю самому придется додумывать, что новые диски с перпендикулярной магнитной записью лучше не использовать в качестве «экстренно уничтожаемых» для хранения особо важной информации? ;)

К сожалению, на данный момент нам не удалось проверить, насколько надежно «Прибой» работает с винчестерами, использующими новую перпендикулярную магнитную запись - по причине отсутствия подходящих для этой цели сэмплов. :) Будем надеяться, что сможем это сделать в скором будущем. А пока мы детально испытали «Прибой» на традиционных трехдюймовых винчестерах с продольной магнитной записью.

Испытания

Процесс тестирования уничтожителя занимает считанные секунды. :) Хотя подготовка испытаний и потребовала много времени.

Как вы уже поняли, блок имеет собственно питание от сети 220 вольт (кстати, именно поэтому его настоятельно рекомендуется питать от источника бесперебойного питания, который в случае экстренной ситуации обеспечит достаточно времени для уничтожения ваших данных). При включении в сеть светодиод на выносной планке уничтожителя (расположенной на задней панели корпуса компьютера) начинает мигать красным.

Это означает, что уничтожитель приходит в рабочий режим, который и устанавливается менее чем за минуту, о чем сигнализирует несколько коротких звуковых сигналов и изменение свечения светодиода на постоянный зеленый.

Теперь блок готов к выполнению функций Терминатора вашего жесткого диска. :)

Производить экзекуцию можно как в прямом контакте (нажав кнопку на выносной планке уничтожителя), так и бесконтактно - при помощи радиопультика, действующего, как утверждает производитель, на расстоянии до 100 метров. Для приема радиосигнала служит небольшой пластмассовый блок с 15-сантиметровым проводом-антенной и светодиодом, мигающим при нажатии кнопок на пульте ДУ. Во избежание случайного срабатывания порядок нажатия кнопок для срабатывания уничтожителя нетривиален: сперва следует нажать большую кнопку (при этом блок «Прибой» начинает постоянно пищать), а следом - нажать последовательно три остальные кнопки.

Во время срабатывания уничтожителя раздается один весьма громкий механический удар (вызывающий короткий магнитный импульс), после чего прибор начинает прерывисто пищать и мигать зеленым светодиодом до тех пор, пока его не выключить из сети. Жесткий диск при этом может быть подключен к работающему компьютеру и даже сам работать - компьютер при этом не пострадает (проверено лично), хотя после срабатывания уничтожителя диск начинает бешено щелкать головками, пытаясь отыскать хоть какую-то информацию на пластинах, а операционная система, если она была загружена с этого накопителя и использовала своп-файл на нем, разумеется, повиснет.

В этом файле (100 секунд, 500 Кбайт) записаны звуки работы уничтожителя от момента его включения в сеть, сигнала готовности, импульса-щелчка и до визга убитого винчестера. :)

Итак, что происходит с самим диском? Запускаем, например, программу Victoria (более продвинутый аналог популярной MHDD) и видим, что все то, что нужно было считывать с магнитных пластин, считать уже невозможно, включая имя модели, серийный номер, объем и конфигурацию накопителя (производитель, имя серии и старый номер версии firmware по-прежнему считываются - уже из платы контроллера накопителя).

Накопитель в программе Victoria до уничтожения

Разумеется, нет никакой информации и о существовавших до этого разделах на диске. Более того, информацию на диске (сектора) нельзя прочитать даже такими низкоуровневыми программами как, например, MHDD и Victoria, поскольку они не видят на нем никаких секторов (например, отсутствует адресация LBA и CHS, и, видимо, потеряна вся служебка и даже серворазметка).

Очевидно, диск при этом не виден и в BIOS Setup хост-контроллера (и материнской платы). Применение платы контроллера от такого же точно, но исправного винчестера не спасает.

Понятно, что в нашей тестовой лаборатории мы не обладаем всеми богатыми профессиональными возможностями по восстановлению данных с магнитных носителей. Оптимально было бы, конечно, пойти с уничтоженными винчестерами в специальный «секретный отдел» ФАПСИ (которая теперь и называется иначе) и «по былой дружбе» (в чем нас некоторые до сих пор упорно подозревают;)) попросить проверить, насколько хорошо все стерлось («прибилось»). И выдать на этот счет письменное заключение. :) Однако мы не стали отвлекать столь серьезных спецов нашей ерундой, тем более что подобные испытания и заключения на «Прибой» уже были проведены и получены - самим производителем, см. сертификаты выше. Мы поступили проще - отнесли диски в широко известные частные (коммерческие) отечественные лаборатории по восстановлению данных с жестких дисков (постарались выбрать одни из лучших) и под обычным предлогом (то есть, не посвящая их в наши изыскания) предложили восстановить данные с убиенных винтов. Ответ, думаю, вы уже угадали - им ничегошеньки не удалось сделать! (А с каким матерком они чесали репу по поводу полной нечитаемости служебки и серворазметки при исправной механике и электронике, думаю, вы тоже можете себе представить… :) Просим их простить нас за это. ;))

С одним диском разобрались. А что происходит с предметами, находящимися поблизости во время этого магнитного импульса? Для этого я провел испытания, расположив винчестеры вплотную по бокам уничтожителя, а также прямо под ним - ведь в реальном системном блоке еще один диск может располагаться в трехдюймовом отсеке или мобайл-рэке прямо под «терминатором»…

Проверка показала, что винчестер, расположенный прямо под уничтожителем, совсем не пострадал - информация на нем прочиталась без каких-либо затруднений в обычном проводнике Windows, а побайтовое сравнение содержимого секторов до и после экзекуции над его «верхним» соседом показало полное совпадение записей. Тем более не пострадали диски, размещенные вплотную по бокам устройства уничтожения.

Следующий эксперимент заключался в попытке поджарить «бутерброд» - то есть когда второй диск расположен прямо сверху над основным уничтожаемым. Ведь в реальной системе, например, мобайл-рэк с винчестером может оказаться прямо над уничтожителем в системном блоке.

Проверка показала, что тот диск, который служит «икрой», то есть, положен сверху на первый уничтожаемый, остается в полной сохранности, какой бы стороной (вверх или вниз дном) он не лежал (речь идет о дисках стандартной для этого форм-фактора толщины 25,4 мм).

Более того, еще один эксперимент я провел, расположив уничтожаемый винчестер в «Прибое» не платой вверх (как это требуется), а платой вниз.

После первого магнитного импульса этот диск остался цел и невредим! И информация на нем не пострадала. Однако после повторного «выстрела» магнитным импульсом по работающему (просто вращающемуся) накопителю неожиданно сгорел его контроллер - обуглились злополучный (для серии DiamondMax Plus 9) драйвер Smooth L7250E, а также микросхема-регулятор наплатного преобразователя напряжения.

Возможно, виной тому была московская жара и перегрев и без того разгоряченных корпусов этих двух микросхем. Впрочем, замена контроллера у этого диска аналогичным исправным показала, что информация на диске опять оказалась цела! Импульс был повторен и на восстановленном винчестере (с новым контроллером, уже охлажденным). И контроллер снова сгорел (на этот раз обуглился и задымился только Smooth)! Впрочем, очередная замена контроллера исправным показала, что и на этот раз информация на диске не уничтожена! Наконец, диск был перевернут вверх дном (как и положено для уничтожения) и импульс повторен (снова при вращающемся винчестере): на сей раз, все встало на свои места - информация на диске была благополучно уничтожена, а контроллер не пострадал и был успешно возвращен на исправный диск, с которого был снят для экспериментов. Таким образом, для правильной работы (а также пожаробезопасности и целостности электроники винчестера) диск с уничтожаемой информацией обязательно надо располагать на «Прибое» вверх контроллером, как показано в начале статьи. А винчестеру, случайно расположенному над уничтожаемым, в принципе, практически ничего не грозит, и информация на нем при магнитном импульсе с «Прибоя» пострадать не должна.

Честно говоря, в связи с последним экспериментом может возникнуть вопрос, насколько надежно будет уничтожаться информация на современных винчестерах, насчитывающих, скажем, 4-5 магнитных пластин, часть из которых гораздо ближе к контроллеру, чем к верхней крыше диска? Видимо, на ближних к «Прибою» блинах будет все ОК, но на дальних-то пластинах мощность магнитного импульса будет заметно ниже, и они могут пострадать меньше. К сожалению, проверить это положение, пустив «под нож» дорогие 400-500-гигабайтные монстры, а потом, попытавшись прочесть отдельно «дальние» пластины, у меня не было возможности (эксперимент на многопластинных дисках прошлого века, маломерных по нынешним временам, думаю, в данном случае лишен актуальности).

Разумеется, магнитный импульс «Прибоя» может действовать не только на винчестеры, но и на другие магнитные носители. Так, если вместо винчестера положить обычную флоппи-дискету, то и на ней ничего не останется. :) Что и было тут же проверено. Причем, если дискеты находятся сверху, снизу или сбоку уничтожителя (см. фото),

то с информацией на них ничего не происходит (что еще раз подтверждает «ближнедействие» магнитного поля уничтожителя). Кстати, в отличие от винчестера, дискету после такого полного стирания легко заново отформатировать (например, под DOS). Мне даже удалось таким образом восстановить несколько нерабочих прежде дискет. ;)

Заключение

Итак, испытания подтверждают, что патентованное устройство экстренного уничтожения информации с магнитных носителей «Прибой» (2С-994), произведенное отечественными умельцами и используемое в отечественных персональных компьютерах IRBIS компании «К-Системс» (и, видимо, некоторых других), справляется со своими обязанностями и «прибивает» информацию на жестком диске до уровня полной нечитаемости. Устройство имеет достаточно продуманную и удобную функциональность с собственным электропитанием (хотя встроенный аккумулятор оказался бы не лишним) и возможностью как контактного, так и дистанционного (до 100 м) экстренного удаления данных. Видимо, некоторые мелкие моменты можно было бы и доработать (например, сделать не столь легко доступной механическую кнопку уничтожения на задней панели, добавить аккумулятор, уменьшить габариты и пр.). И даже подумать над улучшениями (например, особо важные данные все чаще хранят на массивах RAID 1, а один «Прибой» пока не сможет уничтожить оба диска одновременно). Но в целом устройства данного класса могут оказаться весьма полезными в ряде случаев и прибавят привлекательности персональным компьютерам, предназначенным для работы с информацией, составляющей определенную тайну.

Благодарим компанию « » за предоставленный для испытаний уничтожитель «Прибой» и лично Сергея Давыдова (Maxtor) за предоставленные для уничтожения жесткие диски:)

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально она использовалась только для хранения звука.

На ЭВМ первого и второго поколений магнитная лента использовалась как единственный вид сменного носителя для устройств внешней памяти. На одну катушку с магнитной лентой помещалось приблизительно 500 Кб информации.

С начала 1960-х годов появляются магнитные диски: алюминиевые или пластмассовые диски, покрытые тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам.

Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем информации или дисководом. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в дисковод компьютера (традиционно называются винчестерами).

Магнитный принцип записи и считывания информации

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положенонамагничивание ферромагнетиков в магнитном поле , хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явленииэлектромагнитной индукции .

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).

Гибкие магнитные диски

Персональные компьютеры до недавнего времени комплектовались накопителем на гибких магнитных дисках (НГМД), который в прайс-листах называется FDD – Floppy Disk Drive (дисковод для флоппи-дисков). Сами флоппи-диски называют дискетами. Наиболее распространенный тип гибкого диска диаметром 3,5 дюйма (89 мм) вмещает 1,44 Мб информации.

Сам 3.5-дюймовый гибкий диск с нанесенным на него магнитным слоем заключен в жесткий пластмассовый конверт, который предохраняет дискету от механических повреждений и пыли.

Для доступа магнитных головок чтения-записи к дискете в ее пластмассовом корпусе имеется прорезь, которая закрывается металлической задвижкой. Задвижка автоматически отодвигается при установке дискеты в дисковод.

В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает ее с постоянной угловой скоростью. При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска (трек), на которую и производится запись или с которой производится считывание информации.

О бе стороны дискеты покрыты магнитным слоем и на каждой стороне имеется по 80 концентрических дорожек (треков) для записи данных. Каждая дорожка разбита на 18 секторов, и в каждый сектор можно записать блок данных размером 512 байт .

При выполнении операций чтения или записи дискета вращается в дисководе, а головки чтения-записи устанавливаются на нужную дорожку и получают доступ к указанному сектору.

Скорость записи и считывания информации составляет около 50 Кбайт/с. Дискета вращается в дисководе со скоростью 360 оборотов/мин.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Гибкие диски в настоящее время выходят из употребления.

Жесткие магнитные диски

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) или, как его чаще называют, винчестер или жесткий диск (Hard Disk ), является основным местом хранения данных в персональном компьютере. В прайс-листах винчестеры указываются как НDD - Hard Disk Drive (Дисковод жесткого диска).

Происхождение названия «винчестер» имеет две версии. Согласно первой, фирма IВM разработала накопитель на жестком диске, на каждой из сторон которого умещалось по 30 Мбайт информации, и который имел кодовое название 3030. Легенда гласит, что винтовка типа «Винчестер 3030» завоевала Запад. Такие же намерения были и у разработчиков устройства.

По другой версии, название устройства произошло от названия города Винчестер в Англии, где в лаборатории IBM была разработана технология изготовления плавающей головки для жестких дисков. Изготовленная по этой технологии головка чтения-записи благодаря своим аэродинамическим свойствам как бы плывет в потоке воздуха, который образуется при быстром вращении диска.

Винчестер представляет собой один или несколько жестких (алюминиевых, керамических или стеклянных) дисков, размещенных на одной оси, покрытых магнитным материалом, которые вместе с головками чтения-записи, электроникой и всей механикой, необходимой для вращения дисков и позиционирования головок заключены в неразборный герметичный корпус.

Укрепленные на шпинделе электродвигателя, диски вращаются с высокой скоростью (7 200 оборотов в минуту), а информация читается/записывается магнитными головками, количество которых соответствует числу поверхностей, используемых для хранения информации.

Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика – может достигать 300 Мбайт/с.

Ёмкость современных жёстких дисков (на ноябрь 2010 г.) достигает 3 000 ГБ (3 Терабайт).

Существуют переносные винчестеры – они устанавливаются не внутри системного блока, а подключаются к компьютеру через параллельный порт или через порт USB.

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Пластиковые карты

В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.

Длительное хранение информации пользователя обеспечивает ВЗУ (внешнее запоминающее устройство). К внешней памяти относятся: накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на магнитооптических компакт дисках, накопители на оптических дисках, накопители на магнитной ленте и др.

Принцип изменения магнитной индукции носителя используется в накопителях типа «винчестер » (HDD).Винчестеры предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов и т.д. (рис. 6).

Рис. 6. Жёсткий диск.

Основными параметрами винчестера (жёсткого диска) являются: ёмкость диска, количество поверхностей, скорость вращения шпинделя, объём встроенной кэш-памяти, интерфейс.

Ёмкость диска. Для пользователя накопители на жёстком диске отличаются друг от друга прежде всего своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 80 Гбайт и более.

Информация на магнитных дисках записывается по концентрическим дорожкам и секторам, которые формируются на диске в результате операции форматирования.

Первые универсальные ЭВМ и даже первые персональные компьютеры функционировали без винчестера. В современных управляющих компьютерах программы могут быть «зашиты» сразу в схемы и такие компьютеры функционируют без винчестеров.

В USB флеш-накопителях (флеш-картах) используется электронная энергонезависимая перезаписываемая память. Флэш-память строится на полупроводниковых элементах. Наибольшей плотностью и быстродействием обладает её разновидность на основе ячеек с И-НЕ элементами (NAND).

Стриммер (от англ. streamer), также ленточный накопитель – запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным (рис. 7); по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.

Рис. 7. Стример и картридж к нему.

Устройство для чтения компакт-дисков предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая ёмкость дисков, быстрый доступ, надежность, универсальность, низкая стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства, – скорость. Главный недостаток – невозможность записи информации. Для этого необходимы другие устройства.

Оптический диск с нестираемой информацией, предназначенный только для многократного чтения пользователем, – это CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory). Диск CD-ROM обычно используется для того, чтобы хранить коммерческие программы и данные. Нельзя добавлять или стирать данные на диске CD-ROM.

На оптические диски DVD-R и CD-R пользователь может записывать файлы более одного раза (каждая запись называется сеансом), но нельзя стирать файлы с диска. Каждая запись является постоянной. Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.

На диск CD-RW можно записывать файлы многократно. Можно также удалять ненужные файлы с диска, чтобы освободить пространство и записать дополнительные файлы. Диск CD-RW можно многократно записывать и стирать.

Рис. 8. Оптический диск (CD или DVD).

Один из основных параметров любого типа памяти компьютера – время доступа к памяти, которое определяется как минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Быстродействие накопителя информации – скорость чтения – записи данных в накопителе. Оно характеризуется двумя параметрами: средним временем доступа и скоростью передачи данных.

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) – режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия центрального процессора (ЦП).

В настоящее время распространены три типа накопителей с магнитной записью информации: на жестких (несъемных) магнитных дисках (НЖМД или " винчестеры "), на гибких магнитных дисках (НГМД или флоппи-дисководы) и на магнитной ленте (НМЛ или стримеры ).

НЖМД содержит один или несколько жестких алюминиевых или стеклянных дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала, которые смонтированы на оси-шпинделе. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха (доли микрон), образуемой при быстром вращении дисков. Скорость вращения современных винчестеров составляет 5400-15000 об/мин. Информация записывается на диск в результате изменения ориентации магнитных доменов на участке поверхности диска под записывающей головкой. Для кодирования информации в первых винчестерах использовался метод MFM 13 . В этом случае "1" переводится в комбинацию "01", а "0" - в комбинацию "10", если следует за битом "0", или в "00", если следует за битом "1", что обеспечивает не более трех нулей подряд. При записи этой последовательности на диск логическая "1" кодируется сменой намагниченности на соответствующем участке, а логический "0" - отсутствием смены (рис. 16.3). Это означает, что один переход намагниченности соответствует 1-3 битам.

Рис. 16.3. Схема кодирования MFM

Впоследствии стала использоваться схема кодирования RLL 14 . Алгоритмы RLL обеспечивают такую закодированную последовательность, что длина поля записи (количество бит между переходами от "0" к "1" или от "1" к "0") ограничена определенным диапазоном . Параметры d и k задаются модификацией алгоритма (обозначается RLL d,k). Для винчестеров использовался RLL 2,7: 8 бит данных перекодируются в 16 так, чтобы в последовательности встречалось не менее двух и не более семи нулей. Затем был внедрен RLL 3,9 (Advanced RLL ) и т.п. Большинство современных накопителей используют ту или иную модификацию RLL .

Поверхность магнитного носителя в ее первозданном виде - это всего лишь магнитное покрытие, которое не готово к работе. Структура диска, включающая в себя дорожки (концентрические полоски, но которые разделена каждая сторона пластины), цилиндры (дорожки на обеих сторонах пластины, расположенные на окружностях с одинаковым радиусом) и сектора (участки дорожки, представляющие собой наименьший размер порции данных, которая может быть изменена в результате перезаписи), формируется при физическом (низкоуровневом) форматировании. В ходе этой операции контроллер накопителя записывает на носитель служебную информацию: байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, байты контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check ) и коды обнаружения ошибок ECC (Error Correction Code); при этом происходит также маркировка дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Все современные винчестеры поддерживают технологию SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), которая предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера , определяющей состояние двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей носителя и контроллера.

Определенный интерес представляют также накопители со сменным носителем: НГМД и НМЛ (последние реже используются в настольных системах).

Обычно дискета (floppy disk ) представляет собой гибкую пластиковую пластину, покрытую ферромагнитным слоем. Эта пластина помещается в гибкую или жесткую оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Первая дискета диаметром в 200 мм (8 дюймов) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM в 1971. В первых моделях IBM PC использовались дискеты диаметром 133 мм (5 дюйма). В 1982 году фирма Sony представила дискеты диаметром 90 мм (3 дюйма) и дисководы для них. Широкое распространение этот тип дискет получил в 1984 году, когда Apple использовала новый формат для компьютеров Macintosh. Фирма IBM приняла решение использовать 3,5-дюймовые дисководы только в 1987 году в компьютерах серии PS/2. Наиболее популярные форматы дискет представлены в табл. 16.3. При записи на дискету используется кодирование MFM .

Внутренние дисководы подключаются при помощи интерфейса SA-400, разработанного в начале 1970-х годов компанией Shugart Associates. Интерфейс относится к категории интерфейсов на уровне устройства, т.к. содержит сигналы, характерные для функций устройства (Motor On - включить мотор, Index - проход индексной метки, Side 1 Select - выбор головки и т.п.) Интерфейс обеспечивает скорость порядка 300 Кбит/с.

1.3 Магнитные накопители

Классификация и основные характеристики накопителей. В качестве ВЗУ используются устройства, различающиеся типом носителя, способом регистрации и характером использования информации, способом доступа и.т.

По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождается механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем (накопители на магнитных дисках НМД), оптических дисках (НОД), магнитных лентах (НМЛ). Если при поиске, записи, считывании механического перемещения не происходит, то ВЗУ - накопитель с неподвижным носителем (накопители на основе цилиндрических магнитных доменов -ЦМД). Реже в ВЗУ используют объемную запись – полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядовой связью.

По способу регистрации различают ВЗУ с магнитной и оптической (магнитооптической) записью.

По характеру использования информации - постоянные ВЗУ, которые допускают только чтение информации, ВЗУ с однократной записью (после чего только чтение) и многократной записью (произвольное число записей и чтения).

По способу доступа к информации - накопители с последовательным и прямым доступом.

ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:

− емкостью памяти;

− пропускной способность или скоростью чтения-записи;

− временем доступа, т.е. интервалом времени от момента запроса до момента выдачи блока.

Плотность записи ВЗУ b. Здесь понимают числа бит информации, записанных на единице поверхности носителя; это поверхностная плотность . Различают также продольную плотность bl, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости перемещения, и поперечную плотность bq, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости.

Плотность записи определяет геометрические размеры накопителя, параметры его быстродействия, а также объемами памяти.

Принцип записи информации на магнитную поверхность. В качестве запоминающей среды в устройствах магнитной записи используются порошковые и гальванические покрытия, нанесенные на немагнитную среду - подложку. В качестве подложки для магнитных лент используется лавсан. Метод записи/считывания в НМЛ контактный, магнитная головка находится в механическом контакте с магнитоносителем.

Магнитные диски и барабаны покрываются металлическими покрытиями на основе никеля, кобальта, вольфрама, наносимыми гальваническим способом. Толщина покрытия колеблется от 0,01 до 1 мкм.

Гибкие магнитные диски (дискеты) вырубаются из магнитной пленки. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) применяется также контактный метод, в отличие от накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопителей типа винчестер, где метод записи-считывания - бесконтактный.

Для намагничивания отдельных участков магнитного покрытия с целью записи используется магнитная головка или блок магнитных головок, состоящих из магнитного сердечника с зазором и намотанной на него катушки индуктивности.

Накопители на гибких магнитных дисках. Устройство (НГМД) (рисунок 1.19) включает ГМД, пять основных систем (приводной механизм, механизм позиционирования, механизм центрования и крепления, систему управления и контроля, систему записи-считывания) и три специальных датчика (датчик индексного отверстия, датчик запрета записи, датчик дорожки 00).

Полезная поверхность диска представляет собой набор дорожек, расположенных с определенным шагом. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки). Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Сама дорожка разбивается на отдельные участки записи равной длины - секторы. Начало участков записи-считывания на дорожках определяется имеющимся на диске специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении диска проходит под соответствующим окном кассеты, другой фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический импульс, по которому обнаруживается позиция начала дорожки.

В НГМД используют два основных метода записи: метод частотной модуляции (ЧМ) и метод модифицированной ЧМ.

Адаптеры накопителей на гибких магнитных дисках. Адаптер НГМД переводит команды, поступающие из ПЗУ BIOS, в электрические сигналы, управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых с дискеты МГ, в информацию, воспринимаемую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера может быть размещено на системной плате. Один из вариантов построения структурной схемы адаптера НГМД приведен на рисунке 1.20.

Основным функциональным блоком адаптера НГМД является контроллер НГМД, реализуемый конструктивно обычно в виде БИС (интегральные микросхемы 8272 Intel, 765 NEC и др.). Данный контроллер обеспечивает управление операциями НГМД и определяет условия обмена с центральным процессором.

Контроллер НГМД выполняет следующий набор команд: позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния НГМД и др. Каждая команда выполняется в три фазы: подготовительной, исполнения и заключительной.

Zip накопители. Накопители Zip выпускаются в виде внутренних SCSI- и ATAPI-моделей и внешних устройств, подключаемых через параллельный порт либо интерфейсы SCSI и USB. Диски Zip имеют максимальную емкость 250 Мбайт (поддерживается всеми дисководами, кроме USB-модели). Максимальная скорость обмена у первых моделей Zip достигала 1,4 Мбайт/с, в среднем время доступа было порядка 30 мс. Новые модели стали немного быстрее. По своим скоростным характеристикам они сопоставимы, скажем, с современными записывающими дисководами CD-RW, немного уступая им в скорости чтения и времени доступа к диску, но превосходя при этом в скорости записи.

Другим вариантом сменных накопителей, основанных на использовании мягких магнитных дисков, является так называемая флоптическая технология. Это решение подразумевает, что позиционирование головки чтения/записи осуществляется при помощи луча лазера на служебную дорожку (servo-track), а сами операции чтения и записи - стандартным магнитным способом.

У современных устройств скорость передачи данных составляет 1,1 Мбайт/с (ATAPI). У SCSI-накопителей этот показатель еще выше - до 4 Мбайт.

Стримеры. Они используются для архивирования или резервного копирования, потому что носителем информации в них служит магнитная лента (лавсан, полиэфирной или ацетатной пленки), покрытой ферролаком, нанесенным в магнитном поле с целью ориентации плоских доменов по оси легкого намагничивания.

В зависимости от типа накопителя и, соответственно, носителя, применяются ленты разной ширины и длины, начиная от 3,61 мм для миникассет до 35 мм для катушек (бобин). Чаще используется лента ширины 12,7 мм; при большей ширине возникают перекосы ленты и усложняется блок магнитных, головок. Размещение информации зависит от ширины ленты. На узких лентах информация записывается последовательным кодом, на широких - параллельным. Применяется также запись параллельно-последовательным кодом.

На рисунке 1.21 показано размещение информации на МЛ при последовательно-параллельной записи на 11 дорожках. Каждой дорожке соответствует своя магнитная головка: 8 информационных, головка синхроимпульсов, головка начала зоны. Наибольшее время тратится на поиск зоны - оно может достигать нескольких минут в зависимости от расположения искомой зоны на ленте. Лентопротяжные механизмы обеспечивают продвижение ленты со скоростями от 0,9 до 6,3 м/с. и скорость обмена информацией от 30 Кбайт/с до 1,5 Мбайт/с. Для обеспечения быстрого пуска и останова ленты в лентопротяжном механизме НМЛ имеются вакуумные колонки, которые являются буферными устройствами, содержащими определенный запас ленты в виде компенсационной петли.

а ) размещение на ленте зон произвольной длины;

б ) размещение информации в зоне

Рисунок 1.21 - Размещения информации при последовательно-параллельной форме размещения информации на магнитной ленте НМЛ

Контроллеры НМЛ выполняют функции управления режимами работы накопителя по командам, поступающим от ЭВМ. Контроллеры НМЛ стандартизованы и позволяют подключать до 8-ми накопителей разных типов в любом сочетании к каналу ЭВМ.

НМЛ подключаются к контроллеру с помощью стандартного интерфейса. Наиболее часто используются 8 шин управления, 4 шины признаков состояния и 8 шин ответа. Шины управления и шины признаков являются общими для всех НМЛ, подключенных к контроллеру.

Оптические и магнитооптические накопители. Оптические внешние ЗУ имеют высокую плотность записи информации, на несколько порядков большую плотности магнитных ВЗУ, так как для регистрации одного бита достаточно участка на носителе с размерами порядка длины волны излучаемого лазером света(порядка 0,5 мкм). Этот тип внешних ЗУ имеет высокое быстродействие и надежность.

Как запись на оптический носитель - оптический диск, так и воспроизведение с него, осуществляются лазерным лучем. Лазеры способны генерировать и усиливать электромагнитные колебания в диапазонах 0,4 мм...0,78 мкм (инфракрасная часть оптического спектра, это мазеры), 0,78 ...0,38 мкм (волны видимого света) и 0,38...2 нм (ультрафиолетовая часть спектра).

Цифровой оптический диск состоит из рабочего (регистрирующего, информационного) слоя, на который наносится информационная сигналограмма в виде определенных чередований его состояний, и основы, на которой находится этот рабочий слой. На рисунке 1.22 показана конструкция двухстороннего компакт-диска фирмы Philips, в котором две прозрачные основы с рабочими слоями соединены вместе и образуют замкнутое пространство для рабочих слоев.

Рисунок 1.22 - Конструкция двустороннего оптического диска

Имеются отражающий зеркальный слой и воздушный промежуток. Подложка выполнена из пластика. В качестве материала рабочего слоя применяются теллур и его сплавы, сплав селена, индия, меди, алюминия, никеля и цинка.

Конструкция оптической головки, предназначенной для записи и считывания дисков, приведена на рисунке 1.23. Наиболее распространены компакт-диски диаметром 119 мм (4,7 дюймов). На однократно записываемом диске такого диаметра располагается 550 либо 680 Мбайт. Производятся так же диски диаметром 80 мм емкостью 200 Мбайт

Рисунок 1.23 - Оптическая головка комбинированного типа для дисков с перезаписью

Устройства записи работают в трех режимах. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. Многосеансный режим позволяет записывать данные за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде отдельных томов, напоминающих логические разделы жесткого диска и инкрементный режим позволяет записать часть данных, остановиться, а затем продолжить запись.

Оптическое дисковое ВЗУ состоит из двух частей: накопителя на оптических дисках (НОД) и устройства управления (УУ), приведенных на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24 - Обобщенная структурная схема оптического дискового ВЗУ

В накопителе осуществляются процессы записи, хранения, считывания, стирания и поиска информации.

Связь УУ и НОД осуществляется по шинам: команд, состояния, адреса и по линиям: данных записи, данных воспроизведения, синхронизации данных воспроизведения.

Канал записи - воспроизведения (КЗВ) представляет собой часть информационного канала ВЗУ на ОД. С его помощью реализуется запись и воспроизведение информации на ОД. Он состоит из оптической и электрической части. Оптическую часть канала называют оптической головкой (ОГ).

Электрическая часть КЗВ в процессе записи преобразует информационные сигналы, поступающие из контроллера, в форму, пригодную для записи на ОД, и управляет непосредственно реализацией процесса записи путем изменения интенсивности лазерного луча, падающего на точку записи ОД, в соответствии с информационными сигналами. При воспроизведении электрическая часть КЗВ обрабатывает электрические сигналы, поступающие из фотоприемника: формирует, детектирует, распознает и передает их в контроллер.

В быстродействующих МО-накопителях в режимах записи и чтения используется буферная кэш-память большого объема (от 4 Мбайт).

Система поиска информации в НОД включает в себя позиционер оптической головки, привод ОД а также в случае многодисковых НОД систему хранения, выбора и смены ОД.

Позиционер ОГ служит для перемещения ОГ на заданную дорожку ОД и удержания светового луча на дорожке в процессе записи и воспроизведения.

На рисунке 1.25 показана структурная схема CD ROM.

Рисунок 1.25 - Структурная схема CD-ROM

Состав:

- сервосистема управления вращением диска;

- сервосистема позиционирования лазерного считывающего устройства;

- сервосистема автофокусировки;

- сервосистема радиального слежения;

- система считывания;

- схема управления лазерным диодом.

Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. Характерными признаками исправной работы являются четко прослеживающиеся фазы:

– старт и разгон вращения диска;

– установившийся режим вращения;

– интервал торможения до полной остановки;

– съем диска лотком каретки и вынос его наружу из дисковода.

На рисунке 1.26 показана структура связей оптико-электронной системы считывания информации.

Рисунок 1.26 - Структура связей оптико-электронной системы

считывания информации

Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации.

Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска.

Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.

Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.

ВЗУ на ЦМД – содержащих материалах. Цилиндрические магнитные домены (ЦМД) представляют собой изолированные однородно намагниченные области магнетика в форме круговых цилиндров, направление вектора намагниченности в которых противоположно направлению намагниченности остальной части магнетика.

Для создания ЦМД на практике используются нанесенные на подложку тонкие плоскопараллельные пластины - пленки (толщиной от 1 до 100 мкм) магнитных материалов с наведенной в процессе изготовления анизотропией, обладающие малой остаточной индукцией порядка 0,01 - 0,02 тесла.

ВЗУ на основе голографии. Использование лазерной техники для ввода, хранения и выдачи информации в форме объемных изображений позволило создать голографические средства отображения (СО). Объем памяти голографических ЗУ практически неограничен: теоретически достижимая плотность записи с помощью двумерных голограмм - 410 8 бит/см2, а с помощью объемных голограмм - 41012 бит/см 3 .