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Magnetplattenspeicher Priorität. 22. März 1968, USA, Ser. No. 715
237 Die Technik der Iflformationsspeicherung hat sich sehr schnell entwickelt, wobei
dauernd Verbesserungen hinsichtlich der Informationsmenge erzielt wurden, die in
einem speziellen Medium gespeichert werden kann, und hinsichtlich der Zeit für den
Zugriff zu dieser gespeicherten Information. Für Information, die häufig verwendet
werden muß, aber nicht in einer festen Folge, ist die Zeit für das Wiederauffinden
außerordentlich wichtig. Das Wiederauffinden von beliebig auf Band gespeicherter
Information ist für einige Anwendungsfälle zu zeitaufwendig. Es sind deshalb Vorrichtungen
zur magnetischen Speicherung auf Zylindern und Platten entwickelt worden, um einen
willkürlichen Zugriff zu aufgezeichneter Information dadurch zu erhalten, daß ein
Aufzeichnungskopf, der einen magnetischen Wandler enthält, direkt über den Teil
des Zylinders oder der Platte eingestellt wird, der die gesuchte Information enthält.
Plattenantriebe nach dem derzeitigen Stand der Technik enthalten Plattenstapel mit
einer Anzahl von Platten, die um eine gemeinsame Achse rotieren. Schreib- und Lese-Wandler
sind in Banken montiert und reichen einstellbar über die verschiedenen Aufzeichnungsflächen
der Platten auf fingerartigen Zugriffsarnien. Die Plattenstapel rotieren mit hohen
Drehzahlen in der Größenordnung von 4000 U/min.
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Die Information wird in konzentrischen Spuren auf die magnetischen
#ufzeichnungsflächen der Platten aufgebracht. Ein vertikaler Satz Spuren in einem
Plattenstapel oder einem Plattenpack bildet einen#Speicherzylinder. Jeder Wandler
in der Kopfbank wird über die Spur auf jeder Speicherfläche des Plattenstapel gestellt,
die. den Speicherzylinder bildet, wenn die Kopfbank eine bestimmte lineare Stellung
einnimmt.
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Die Auswahl einer einzelnen Spur wird elektro-mechanisch durchgeführt.
Dazu wird ein sehr empfindlich ansprechender linearer Einstellmechanismus benötigt,
der nicht nur eine kleine Zugriffszeit beim Wiederauffinden von gespeicherter Information
hat, sondern auch in der Lage ist, den Magnetkopfwandler in eine schmale, vorgegebene
Spur genau einzustellen.
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Durch die Erfindung soll. ein Nagnetplattenspeicher mit an einem auf
die Platten zu bzw. von diesem weg verschiebbaren Schlitten montierten Kopftragarmen
verfügbar gemacht werden, bei dem der Schlittenantrieb unmittelbar von einem Signalgeber
angesteuert werden kann, der ein die derzeitige Position des Schlittens und damit
der Lese- oder Voraussetzung dafür ist ein von Abnutzungserscheinungen freier Antrieb
und ein unmittelbar die Schlittenposition anzeigender Detektor.
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Diese Voraussetzungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß
der Schlittenantrieb ein elektrischer Linearmotor mit einer Spule, deren Achse parallel
zur Laufrichtung des Schlittens liegt, und einem Magneten, insbesondere Permanentmagneten,ist
und am Schlitten eine Zahnstange vorgesehen ist, die mit einem Detektor zusammen
wirkt, der bei Feststellung eines Zahns oder einer Zahnlücke der Zahnstange jeweils
ein bestimmtes Signal an einen Zähler liefert, und durch eine
solche
Konstruktion wird die der Erfindung zugrundeliegende' Aufgabe auch gelöst. Der Zähler
liefert ein die Schlittenposition darstellendes Signal, mit dem der Schlittenantrieb
angesteuert werden kann, und dieser Schlittenantrieb ist frei von Abnützungserscheinungen
und anderen Störungen, wie sie bei mechanischen oder hydraulischen Systemen auftreten
können.
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Zum Aufsuchen einer neuen Speicherzylinderadresse, das heißt Schlittenposition,
können die bisher bei Magnetplattenspeichern verwendeten Techniken benutzt werden;
die besonderen Eigenschaften des elektrischen Linearmotors werden jedoch am besten
ausgenutzt, wenn der an den Detektor angeschlossene Zähler und ein Adressenregister
an einer Vergleichsschaltung angeschlossen sind, die ein dem Vergleichsergebnis
entsprechendes Signal an einen Servoverstärker liefert 9 an den die Linearmotorspule
angeschlossen ist.
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Damit zur eindeutigen Darstellung der Position des Schlittens nicht
jeweils bis zum ersten bzw0 letzten Speicherzylinder des Magnetplattenspeichers
gefahren werden muß, wird bei Verwendung einer solchen Vergleichsschaltung vorzugsweise
das Signal von dieser einem Eingang des Zählers zugeführt, mit dem dieser auf Aufwärts-
oder Abwärtszählen umschaltbar ist, so daß aus jeder Position des Schlittens in
jeder Richtung gefahren werden kann.
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Üblicherweise liefern Zähler, Register und Veygleichsschaltungen Digitalsignale,
in Verbindung mit dem Linearmotor liefern-der Zähler und das Register jedoch zweckmäßigerweise
den Zählwerten bzw. Adressen entsprechende Analogsignale und die Vergleichsschaltung
ein der Differenz dieser Signale entsprechendes Analogsignal, das- nach Verstärkung
im Servoverstärker
unmittelbar als Betriebsspannung für den Linearmotor
dient.
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Das von der Vergleichsschaltung gelieferte Vergleichsergebnis entspricht
nicht nur dem Vorzeichen, sondern auch der Größe'der Differenz zwischen der derzeitigen
Position und der gewünschien Position, so daß der Treibstrom für den Linearmotor
zunächst relativ hoch ist und bei Annäherung an die gewünschte Adresse immer kleiner
wird. Bei großen Entfernungen kann sich dadurch eine zu große Anfangsgeschwindigkeit
ergeben, und das kann gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung dadurch verhindert
werden, daß an den Linearmotor ein Geschwindigkeitsgeber angeschlossen wird, dessen
Äusgangsspannung dem Servoverstärker gegensinnig zum Ausgangssignal der Vergleichsschaltung
zugeführt wird. Es ergibt sich dadurch eine Regelung für die Geschwindigkeit, durch
die auch bei kurzen Entfernungen sehr hohe Geschwindigkeiten, möglich sind, ohne
daß bei großen Entfernungen die Gefahr besteht, daß die Geschwindigkeit zu groß
wird.
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Um den Schlitten in der erreichten Position, das heißt an der gewünschten
Speicheradresse, festzuhalten, kann von der Vergleichsschaltung bei Differenz Null
ein Signal abgeleitet werden, und mit diesem eine Sperre für die Zahnstange betätigt
werden, so daß ein zusätzlicher Verriegelungsmechanismus für den Plattenspeicher
nicht benötigt wird.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung niher-erlEutert werden; es
zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer kompletten Plattenantriebseinheit;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch den linearen Positioniermechanismus entsprechend
der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine Aufsicht auS den Sperrmechanismus gemäß Fig.
2;
Fig. 4 einen Schnitt durch den Sperrmechanismus entsprechend
der Linie 4-4 in Fig. 3; Fig. 5 einen Teilschnitt durch Beryllium-Anschlußstreifen
entsprechend der Linie 5-5 in Fig.7; und Fig. 6 ein Blockschaltbild des Linear-Positioniermechanismus.
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Ein Magnetplattenspeicher gemäß Fig. 1 besteht aus einer Antriebseinheit
10 in Verbindung mit einem Plattenstapel 12.
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Dieser besteht aus sechs Platten mit insgesamt zehn Aufzeichnungsflächen
14 und ist als Einheit#auf eine Spindel der Plattenantriebseinhe#t 10~montiert.
Die Spindel und der daran befindliche Plattenstapel 12 werden mit einem nicht dargestellten
rotierenden Antriebsmotor-mit Drehzahlen bis zu 4000 U/min. angetrieben.
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Jede der Aufzeichnungsflächen 14 4 ist mit einem Magnetfilm beschichtet,
über dem ein Magnetkopf 18 relativ läuft. Die Magnetköpfe 18, sind auf Trag- oder
Zugriff sarmen 20 montiert, und die zehn kopftragenden Zugriffsarme 20 bilden eine
Magnetkopfbank 22, die, sioh einheitlich in den Plattenstapel hinein- und aus diesem
hinausbevegt; Zwei Köpfe 18 treten in den Raum zwischen benachbarten Platten ein,
wobei ein Kopf auf der Unterseite der oberen Platte und der andere Kopf auf der
oberen Seite der unteren Platte arb'eitet.
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Die Kopfbank 22 ist auf einen frei rollenden Schlitten 24 montiert,
der auf einer gehärteten Führung 26 auf drei Paar quer einander gegenüberliegenden
Kugellagerrollen 28 läuft.
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Die Rollen 28, die deutlicher in Fig. 2 erkennbar sind, sind
paarweise
montiert, so daß alle vertikalen und horizontalen Bewegungen mit Ausnahme der in
der gewünschten Richtung vermieden sind.
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Eine Linearbewegung wird dem Schlitten 24 durch einen Antriebsmotor
30 erteilt, der aus einem stationären Permanentmagneten besteht, der ein Gehäuse
32 um eine bewegliche Spule oder einen Anker 34 bildet. Die Spule 34 ist direkt
mit drei Lappen 36.(val, Fig. 2) am Schlitten 24 befestigt. Der Schlitten 24 wird
durch Betätigung eines Sperrmechanismus 38 in seiner Position verriegelt, der eine
Klinke 40, die an einem stationären Gestell 44 (Fig. 2) befestigt ist, in eine Zahnstange
42 fallen läßt, die am beweglichen Schlitten 24beLestigt ist, In Fig. 2 ist die
Vorrichtung zur linearen Positionierung näher dargestellt. Die Aufsicht gemäß#Fig.
2 zeigt den Schlitten 24 in der zurückgezogenen Stellung. In dieser Stellung sind
die Zugriffsarme 20 voll aus dem Plattenstapel 12 herausgezogen. Da die einzige
Zeit, in der die Klinke 40 aus der Zahnstange 42 herausgezogen sein muß, die Zeitdauer
eines Suchvorganges ist, bei dem eine neue Kopfstellung eingestellt wird, ist die
Klinke mit Schraubenfedern 108 derart belastet, daß sie in die Zahnstange 42 einfällt,
wenn der Sperrmechanismus 38 aberregt ist. Die Federbelastung wird durch Schraubenfedern
108 geliefert, die an einem Ende an einen Schwenkzapfen 109 und am anderen#Ende
an der Sperrklinke 40 befestigt sind. Ein bistabiler Betätigungsmechanismus 110
wird zum Beginn eines Suchvorganges eingeschaltetr so daß die Klinke die Zahnstange
42 freigibt, und wenn die gesuchte Adresse (Kopfstellung) erreicht worden ist, wird
die Betätigungseinrichtung 110 im Gegensinne gepulst, so daß die federbelastete
Klinke 40 in die Zahnstange 42 fällt und die Kopfbank 22 in der gewünschten Stellung
verriegelt.
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Die Sperrzahnstange enthält mehr als 100 Zähne 112 (von denen der
Übersichtlichkeit halber nur einige gezeichnet sind), die mehr als 100 Stellungen
bilden, in die die Kopfbank 22 eingestellt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform
ermöglichst die neuartige sperrklinke 40, daß die Kopfbank 22 auf doppelt so viele
Stellen eingestellt werden kann wie Zähne in der Sperrzahnstange 42 enthalten sind.
Diese Sperrklinke 40 ist in zwei Hälften 40a und 40b aufgespalten, wie in Fig. 4
dargestellt ist, die schwenkbar auf den Zapfen 109 montiert sind.
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Jeweils vier Zähne 114 am Ende jeder Klinkenhälfte sind um die halbe
Zahnteilung gegeneinander versetzt. Da sie die gleiche Zahnteilung haben wie die
Zähne der Zahnstange 42, kann zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur ein Satz
Zähne in die Zahnstange eingreifenS wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Wenn der
Schlitten 24 um die Hälfte einer Zahnteilung bewegt worden ist, kann der andere
Zahnsatz in die Zahnstange 42 einfallen, und nicht der bisher in die Zahnstange
eingreifende Zahnsatz. Beide Hälften der Klinke 40 werden vom gleichen Betätigungsmechanismus
110 bett igt, der während Suchvorgängen beide Hälften löst.
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Der lineare Antrieb für den Schlitten und die Kopf-Arm-Einheit wird
von einem Antriebsmotor 30 abgeleitet, der elektrische Energie direkt in eine lineare
Bewegung umwandelt.
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Ein aus Draht gewickelter zylindrischer Anker oder eine Spule 34 sitzt
in einem stationären Gehäuse 32 aus einem Permanentmagneten. Die Spule 34, die mit
Lappen 36 am Schlitten befestigt ist, kann sich frei durch ein Loch 116 in einer
Stirnplatte 117 des Magnetgehäuses 32 einwärts und auswärts bewegen. Durch zwei
Berylliumstreifen 118 wird Strom der Spulenwicklung zugeführt; die Berylliumstreifen
118 sind an einem Ende an Anschlüsse 119 am Gestell und am anderen
Ende
an Anschlüsse 121 am Anker 34 befestigt. Wie in Fig. 5 angedeutet ist, sind die
Streifen 118 nachgiebig und mit einer Querkrümmung versehen, so daß die Streifen
eine konstante räumliche Beziehung zueinander beibehalten können, wenn die Spule
34 in Längsrichtung in das Magnetgehäuse 32 ein- und aus diesem wieder herauswandert.
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Der gekrümmte Querschnitt der Streifen 118 ist im wesentlichen zu
einem Bogen geformt. Normalerweise, wenn die Enden eines flachen Streifens nach
Art einer Schleife gebogen sind, so daß sie in die gleiche Richtung wie der Streifen
zeigen, bildet der Streifen einen Halbkreis. Wenn der Querschnitt des Streifens
gekrümmt ist, bildet der Streifen nach dem Abbiegen ein U mit im wesentlichen geraden
und parallelen Seiten.
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Der Radius der Längskrümmung, und damit der Abstand zwischen den parallelen
Seiten, kann durch das Verhältnis. der Streifenbreite. zum Radius der Querschnittskrümmung
beeinflußt werden.
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Statt Streifen aus Beryllium oder Metall können die Streifen 118 auch
aus einem nicht leitenden flexiblen Material gebildet werden, wobei ein dünner Leiter,
beispielsweise ein dAnner Draht oder ein Niederschlag aus dem Dampf innen oder an
einer der Seiten des Streifens in Längsrichtung befestigt ist.
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Die spezielle Formgebung der Streifen erlaubt es der Spule 34, sich
schnell in bezug auf das Magne#gehäuse 32 zu bewegen, ohne daß Störungen#an den
oder durch die Eingangsleitungen auftreten.
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Betriebsweise des Antriebsmotors und des S#errmechanismus Die Lage
des Schlittens 24 und damit die Position der Magnetköpfe 18 im Plattenstapel 12
wird mit einem Wandler 120 mit variabler Reluktanz detektiert. Der Wandler 120 ist
gegenüber der Sperrstange 42 in der Nlihe dasdes Endes der Sperrklinke
40
angeordnet. Der Wandler 120 ist mit zwei Primärwicklungen und zwei Sekundärwicklungen
versehen, die einen solchen Abstand voneinander haben, daß, wenn eine Primärwicklung
einem Zahn der Zahnstange gegenübersteht, die andere Prim~arwicklung einer Zahnlücke
gegenübersteht. Jede Primärwicklung ist mit einer Sekundärwicklung gekoppelt, die
einer Zahnlücke gegenübersteht, wenn die' damit gekuppelte Primärwicklung einem
Zahn gegenübersteht. Wenn die Sperrstange 42 am Reluktanzwandler 120 vorbeiläuft,
wird Jeder Zahn zweimal gezählt, wodurch jede Position angezeigt wird, in der der
Schlitten 24 durch diedoppelt wirkende Klinke 40 gestoppt werden kann, Im Blockschaltbild
Fig. 11 sind die in Fig. 1 bis 10 bereits gezeigten Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen, jedoch ist jeweils der 3uchstabe "a" hinzugeftigt. Der Wandler 120 a liefert
ein Signal, das die derzeitige Adresse der Nagnetköpfe repräsentiert, an ein Zählerregister
fUr derzeitige Adressen 122.
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Sobald die Antriebs einheit zum LesenISohreiben oder andere Befehle
vorbereitet worden ist, wird ein Suchvorgang dadurch begonnen, daß in das Register
fUr neue Adressen 125 eine neue Adresse eingegeben wird. Ein digitaler Eingang für
die neue Adresse undein korrelierender digitaler Eingang vom Register für derzeitige
Adressen werden in einen Addierer oder einen Zähldifferenzdekodierer 126 eingegeben.
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Der Zäiadifferenzdekodierer 126 summiert die eingegebenen Analogspannungen
und stellt die Anzahl von Positionen oder Aufzeichnungszylindern fest, die die Nagnetkopfbank
22 zurücklagen muß, um die neue Adresse zu erreichen. Die Laufrichtung, entweder
auf die Flattenstapelspindel 16 zu oder
auf den ersten Aufzeichnungszylinder
128 (Fig. 1) an der Peripherie einer Plattenstapelaufzeichnungsfläche 14, wird dadurch
bestimmt, daß geprüft wird, ob die Summe der Analogaddition der Adressen-positiv
oder negativ ist. Die Richtung des Laufs wird durch die Polarität der Spannung festgelegt,
die auf der Leitung V1 steht, die die Polarität des Eingangssignals fUr die Spule
34 des Antriebsmotors 30 steuert.
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Der Zähldifferenzdekodierer 1,26 bildet eine Analogspannung V4 entsprechend
der Anzahl der Zylinder, die der Schlitten 24a durchlaufen muß. Diese Spannung V4
bestimmt die gewünschte Geschwindigkeit, mit der die Spule und die Köpfe auf die
neue Adressenspur zulaufen sollen. Die Spannung V4 und die gewünschte Geschwindigkeit
sind maximal, wenn mehr als 32 Spuren gekreuzt werden mUssen, und sie verringert
sich stufenweise, wenn der Kopf sich der neuen Adresse auf 32, dann 16, dann 8 usw.
Spuren nähert.
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Ein Positioniergeschwindigkeits-Tachometer 132 (Fig. 1) bzw.
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132a (Fig. 6) erzeugt eine Spannung V2 proportional der tatsächlichen
Geschwindigkeit der Spule 34 und der Köpfe 90.
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Diese Spannung V2, die vom Tachometer 132a erzeugt wird und die Spannung
V4 vom Dekodierer 126 werden in einem Servo verstärker 130 verglichen, so daß ein
Abweichungssignal erzeugt wird, das vom Servoverstärker 130 an die Spule 34 geliefert
wird. Dieses Abweichungssignal vom Servoverstärker sorgt damit dafür, daß die Suchgeschwindigkeit
der Köpfe sich der Suchgeschwindigkeit nähert, die durch den Zähldifferenzdokodierer
festgelegt worden ist, wobei die Köpfe verlangsamt werden, wenn sie sich der neuen
Adresse nähern, und wenn~der Dekodierer Null erreicht, pulsiert der Sperrtreiber
136 die. 3etätigungsvorrichtung 110, um die Zahnstange 42 unddie Klinke 40 miteinander
zu verrasten.