محرك الدوران The Spindle Motor

محرك الدوران The Spindle Motor:

تحتاج مشغلات الـ CD-ROM إلى محرك دوران Spindle Motor لإدارة القرص حول محوره. يتصل المحرك بمجور، يقوم هذا المحور بإدارة قرص الـ CD-ROM عن طريق فتحة فى مركز القرص قطرها 15 ملليمتر. فى مشغلات الأقراص المرنة ومشغلات الأقراص الصلبة، كل المطلوب من محرك الدوران هو الدوران بسرعة ثابتة وبدون اهتزازات حتى لا تؤثر على عملية القراءة/الكتابة. أنما فى مشغلات أقراص الـ CD-ROM فالمسألة مختلفة لأنه مطلوب من محرك الدوران أن يغير من سرعته حسب الموضع الموجود به مشغل الرأس.

السرعة الخطية الثابتة Constant Linear Velocity:

أن كمية البيانات التي يقرأها مشغل الـ CD-ROM من القرص فى الدورة الواحدة تختلف على حسب المسار الذي يقرأ منه هل هو قريب من مركز القرص أم قريب من الحافة الخارجية لللقرص فالمسارات الخارجية بالطبع هو أطول من المسارات الداخلية، لذا فكمية البيانات فيها أكبر. ففى أقراص الـ CD-ROM الصوتية، يجب أن تتم عملية قراءة المعلومات من على القرص بمعدل سرعة ثابتة لذلك يدور محرك الدوران بسرعة أكبر عند القراءة من على المسارات الداخلية (القريبة من المركز) والعكس عند القراءة من علي المسارات الخارجية. والهدف من ذلك هو إبقاء معدل نقل البيانات ثابت وبالتحديد عند القيمة 150 كيلوبايت/ثانية. وليتم ذلك يقوم المشغل بضبط سرعة محرك الدوران فى المدى بين 210 لفة/دقيقة إلى 539 لفة/دقيقة تقريبا. يعرف هذا بالسرعة الخطية الثابتة CLV )) Constant Linear Velocity وذلك لأن معدل مرور الـ Bits من البيانات خلال رأس القراءة أثناء عملية قراءة البيانات ثابت.

نفرض أن n هى السرعة الدورانية التي يدور بها القرص وان v هي السرعة المماسية لنقطة ما على القرص تمثل موضع القراءة فى لحظة ما، وتعتبر v هي السرعة الخطية للحركة الدورانية للنقطة. وبفرض ان r هي بعد النقطة عن مركز القرص أي بعد المسار الذي تقع عليه هذه النقطة عن مركز القرص، إذن فان

V=2 π*(n/60)*r=constant

وبالتالي فان: (تناسب عكسي) n α 1/r

وهذا يعنى أن سرعة الدوران تكون أعلى عند صفر r أى عند اقتراب المسار الجاري قراءته من مركز القرص.

أن معدل نقل البيانات بالقيمة 150 كيلوبايت/ثانية هو كاف لتشغيل الصوت على أقراص الـ CD الصوتية بالزمن الحقيقي، لذلك ليس هناك حاجة لدوران القرص بسرعة أعلى. إنما عند قراءة البيانات المخزنة على قرص CD-ROM دائما ما يكون المطلوب زيادة معدلنقل البيانات. فعندما بدأت صناعة الـ CD-ROM تغزو الأسواق تسابق الصناع فى زيادة سرعة دوران محرك الدوران. فقد بدأت تظهر مشغلات الـ CD-ROM بسرعات 2X ثم4X ثم 8X ثم 12X ثم 24X ثم أسرع فأسرع. فمثلا المشغل الذي سرعته 4X يدور بسرعة 800 لفة/دقيقة عندما يقوم بقراءة آخر مسار خارجي بينما يدور بسرعة 120 لفة/دقيقة عندما يقوم المشغل بقراءة أول مسار داخلي (اقرب مسار لمركز القرص).

تتم عملية ضبط سرعة محرك الدوران عن طريق نفس الحاكم الدقيقMicrocontroller الذي يتحكم أيضا فى حركة مشغل الرأس Head Actuator. يقوم الحاكم الدقيق بمراقبة فيض البيانات المقروءة من القرص بشكل مستمر ثم يضبط سرعة محرك الدوران للمحافظة على معدل نقل البيانات عند مستوى معين.

السرعة الزاوية الثابتة Constant Angular Velocity:

بعد ظهور مشغلات 12X، أصبحت مسألة تنظيم سرعة (التحكم فى السرعة) محرك الدوران عملية صعبة بسبب القصور الذاتي لكتلة القرص. فعند تشغيل المشغل عند السرعات العالية، فان زمن القصور يزداد بسبب الفترة الزمنية التي يحتاجها محرك الدوران ليغير سرعته سواء إلى أعلى أو إلى ادنى. لذلك فان مشغلات الـCD-ROM ذات سرعة 12X أو الأسرع تقوم بإدارة القرص بمعدل ثابت، وهذا ما يسمى بطريقة السرعة الزاوية الثابتة(CAV) Constant Angular Velocity Method. أن مشغلات الـCAV الخالصة تعمل بمعدلات نقل بيانات أعلى عند القراءة من المسارات الخارجية للقرص من لو كانت تقرأ من المسارات الداخلية للقرص. وهذا ما يضيع الاستفادة من ارتفاع سرعة محرك الدوران.

تدور مشغلات الـ 48X CAV CD-ROM بسرعة تصل إلى 1200 لفة/دقيقة وربما أكثر مما يعطي معدل نقل بيانات قيمته نظريا 7.2 جابايت/الثانية. ومع ذلك فان هذا المعدل لنقل البيانات خاص بالمسارات الخارجية فقط لأن المسارات الداخلية تحمل كم من البيانات أقل بكثير خلال نفس العدد من دورات دوران القرص. وتبدل جميع مصانع مشغلات الـCD-ROM كل جهدها لتقديم تصميمات لمشغلات ذات معدلات أعلى ما يمكن، ولكن ضع فى اعتبارك عند تقييمك لمشغلات الـCD-ROM حقيقة أن المشغل عادة ما يستغرق وقتا أطول عند القراءة من المسارات الخارجية.

السبب فى ذلك أن البيانات على قرص الـCD-ROM تبدأ عند المسارات الأقرب لمركز القرص وتتابع فى اتجاه المسارات القريبة من الحافة الخارجية للقرص، وهذا عكس ماهو كان موجودا باسطوانات الفونوجراف حيث كانت تبدأ البيانات من عند الحافة الخارجية للقرص. مع العلم بان الغالبية العظمى لأقراص الـCD-ROM غير ممتلئة بالبيانات بشكل كامل، وهذا معناه أن المسارات الأقرب للحافة الخارجية غالبا ما تكون خاوية من البيانات. ولأن هذه المسارات هي التي تعطي أفضل معدلات نقل بيانات، إذن لا يمكن أبدا الحصول ع المعدل الأمثل.

بعض مشغلات الـCD-ROM تعمل بخليط من تكنولوجيا الـ CLV وتكنولوجيا الـ CAV. هذه المشغلات التي تعتبر CAV جزئيا تستخدم الطريقة الـ CAV عند القراءة من المسارات الداخلية ( الأقرب من مركز القرص ) بينما تستخدم طريقة الـ CLV عند القراءة من المسارات الخارجية. يمكن ها الأسلوب المشغل من رفع سرعته عند حاجته بشدة لذلك ( عند قراءة المسارات الداخلية ) ويمنع المشغل من التغييرات الكثير للسرعة عند القراءة من المسارات الخارجية.

تكنولوجيا تسمى " True X"

يوجد فى الأسواق بعض مشغلات الـ CD-ROM التي معدلاتها 72X أو أعلى، لكنها لا تعمل بالفعل عند سرعات عالية. هذه المشغلات تستخدم تكنولوجيا تسمى True X، وقد صممت هذه التكنولوجيا بوسطة شركة تسمى Zen Research. وقد استعانت شركة Kenwood بهذه التكنولوجيا فى تصنيع معظم مشغلاتها. تأسست فكرة مشغلات الـ True X على أن المشغل يقوم بإدارة القرص عند سرعة منخفضة ولكن مع قراءة سبعة مسارات دفعة واحدة فى نفس الوقت بدلا من مسار واحد يحتوي المشغلعلى محزوز حيودDiffraction Grating يعمل على فضل صف مكون من شبعة أشعة ليزر مستخلصة من الشعاع الرئيسي، ويتضح ذلك فى شكل 4-5. تقوم المرآة ومجموعة العدسات بتركيز الشعاع الأوسط على أحد مسارات القرص بينما تركز ثلاث أشعة على ثلاث مسارات مجاورة من ناحية أحد جانبى المسار وثلاث أشعة أخرى على ثلاث مسارات مجاورة من ناحية الجانب الآخر للمسار الأوسط. بعد سقوط الأشعة السبعة على المسارات السبعة تنعكس إلى كاشف الضوء الذي يسمح باستقبال عدة أشعة فى وقت واحد. بعد ذلك يتم تمرير البيانات إلى دائرة مهمتها تحويل سبعة فيضان متوازية من البيانات إلى فيض بيانات واحد متوالى. النتيجة أن المشغل بدذلك استطاع قراءة سبعة مسارات خلال دورة واحدة للقرص. عموما يمكن استخدام الـ True X سواء مع مشغلات الـ CLV أو شغلات الـ CAV ( معظم المشغلات المتاحة تستخدم الـ CLV لأنه لم يعد هناك حاجة لإدارة المشغل عند سرعات عالية جدا).

محرك الدوران The Spindle Motor:

تحتاج مشغلات الـ CD-ROM إلى محرك دوران Spindle Motor لإدارة القرص حول محوره. يتصل المحرك بمجور، يقوم هذا المحور بإدارة قرص الـ CD-ROM عن طريق فتحة فى مركز القرص قطرها 15 ملليمتر. فى مشغلات الأقراص المرنة ومشغلات الأقراص الصلبة، كل المطلوب من محرك الدوران هو الدوران بسرعة ثابتة وبدون اهتزازات حتى لا تؤثر على عملية القراءة/الكتابة. أنما فى مشغلات أقراص الـ CD-ROM فالمسألة مختلفة لأنه مطلوب من محرك الدوران أن يغير من سرعته حسب الموضع الموجود به مشغل الرأس.

السرعة الخطية الثابتة Constant Linear Velocity:

أن كمية البيانات التي يقرأها مشغل الـ CD-ROM من القرص فى الدورة الواحدة تختلف على حسب المسار الذي يقرأ منه هل هو قريب من مركز القرص أم قريب من الحافة الخارجية لللقرص فالمسارات الخارجية بالطبع هو أطول من المسارات الداخلية، لذا فكمية البيانات فيها أكبر. ففى أقراص الـ CD-ROM الصوتية، يجب أن تتم عملية قراءة المعلومات من على القرص بمعدل سرعة ثابتة لذلك يدور محرك الدوران بسرعة أكبر عند القراءة من على المسارات الداخلية (القريبة من المركز) والعكس عند القراءة من علي المسارات الخارجية. والهدف من ذلك هو إبقاء معدل نقل البيانات ثابت وبالتحديد عند القيمة 150 كيلوبايت/ثانية. وليتم ذلك يقوم المشغل بضبط سرعة محرك الدوران فى المدى بين 210 لفة/دقيقة إلى 539 لفة/دقيقة تقريبا. يعرف هذا بالسرعة الخطية الثابتة CLV )) Constant Linear Velocity وذلك لأن معدل مرور الـ Bits من البيانات خلال رأس القراءة أثناء عملية قراءة البيانات ثابت.

نفرض أن n هى السرعة الدورانية التي يدور بها القرص وان v هي السرعة المماسية لنقطة ما على القرص تمثل موضع القراءة فى لحظة ما، وتعتبر v هي السرعة الخطية للحركة الدورانية للنقطة. وبفرض ان r هي بعد النقطة عن مركز القرص أي بعد المسار الذي تقع عليه هذه النقطة عن مركز القرص، إذن فان

V=2 π*(n/60)*r=constant

وبالتالي فان: (تناسب عكسي) n α 1/r

وهذا يعنى أن سرعة الدوران تكون أعلى عند صفر r أى عند اقتراب المسار الجاري قراءته من مركز القرص.

أن معدل نقل البيانات بالقيمة 150 كيلوبايت/ثانية هو كاف لتشغيل الصوت على أقراص الـ CD الصوتية بالزمن الحقيقي، لذلك ليس هناك حاجة لدوران القرص بسرعة أعلى. إنما عند قراءة البيانات المخزنة على قرص CD-ROM دائما ما يكون المطلوب زيادة معدلنقل البيانات. فعندما بدأت صناعة الـ CD-ROM تغزو الأسواق تسابق الصناع فى زيادة سرعة دوران محرك الدوران. فقد بدأت تظهر مشغلات الـ CD-ROM بسرعات 2X ثم4X ثم 8X ثم 12X ثم 24X ثم أسرع فأسرع. فمثلا المشغل الذي سرعته 4X يدور بسرعة 800 لفة/دقيقة عندما يقوم بقراءة آخر مسار خارجي بينما يدور بسرعة 120 لفة/دقيقة عندما يقوم المشغل بقراءة أول مسار داخلي (اقرب مسار لمركز القرص).

تتم عملية ضبط سرعة محرك الدوران عن طريق نفس الحاكم الدقيقMicrocontroller الذي يتحكم أيضا فى حركة مشغل الرأس Head Actuator. يقوم الحاكم الدقيق بمراقبة فيض البيانات المقروءة من القرص بشكل مستمر ثم يضبط سرعة محرك الدوران للمحافظة على معدل نقل البيانات عند مستوى معين.

السرعة الزاوية الثابتة Constant Angular Velocity:

بعد ظهور مشغلات 12X، أصبحت مسألة تنظيم سرعة (التحكم فى السرعة) محرك الدوران عملية صعبة بسبب القصور الذاتي لكتلة القرص. فعند تشغيل المشغل عند السرعات العالية، فان زمن القصور يزداد بسبب الفترة الزمنية التي يحتاجها محرك الدوران ليغير سرعته سواء إلى أعلى أو إلى ادنى. لذلك فان مشغلات الـCD-ROM ذات سرعة 12X أو الأسرع تقوم بإدارة القرص بمعدل ثابت، وهذا ما يسمى بطريقة السرعة الزاوية الثابتة(CAV) Constant Angular Velocity Method. أن مشغلات الـCAV الخالصة تعمل بمعدلات نقل بيانات أعلى عند القراءة من المسارات الخارجية للقرص من لو كانت تقرأ من المسارات الداخلية للقرص. وهذا ما يضيع الاستفادة من ارتفاع سرعة محرك الدوران.

تدور مشغلات الـ 48X CAV CD-ROM بسرعة تصل إلى 1200 لفة/دقيقة وربما أكثر مما يعطي معدل نقل بيانات قيمته نظريا 7.2 جابايت/الثانية. ومع ذلك فان هذا المعدل لنقل البيانات خاص بالمسارات الخارجية فقط لأن المسارات الداخلية تحمل كم من البيانات أقل بكثير خلال نفس العدد من دورات دوران القرص. وتبدل جميع مصانع مشغلات الـCD-ROM كل جهدها لتقديم تصميمات لمشغلات ذات معدلات أعلى ما يمكن، ولكن ضع فى اعتبارك عند تقييمك لمشغلات الـCD-ROM حقيقة أن المشغل عادة ما يستغرق وقتا أطول عند القراءة من المسارات الخارجية.

السبب فى ذلك أن البيانات على قرص الـCD-ROM تبدأ عند المسارات الأقرب لمركز القرص وتتابع فى اتجاه المسارات القريبة من الحافة الخارجية للقرص، وهذا عكس ماهو كان موجودا باسطوانات الفونوجراف حيث كانت تبدأ البيانات من عند الحافة الخارجية للقرص. مع العلم بان الغالبية العظمى لأقراص الـCD-ROM غير ممتلئة بالبيانات بشكل كامل، وهذا معناه أن المسارات الأقرب للحافة الخارجية غالبا ما تكون خاوية من البيانات. ولأن هذه المسارات هي التي تعطي أفضل معدلات نقل بيانات، إذن لا يمكن أبدا الحصول ع المعدل الأمثل.

بعض مشغلات الـCD-ROM تعمل بخليط من تكنولوجيا الـ CLV وتكنولوجيا الـ CAV. هذه المشغلات التي تعتبر CAV جزئيا تستخدم الطريقة الـ CAV عند القراءة من المسارات الداخلية ( الأقرب من مركز القرص ) بينما تستخدم طريقة الـ CLV عند القراءة من المسارات الخارجية. يمكن ها الأسلوب المشغل من رفع سرعته عند حاجته بشدة لذلك ( عند قراءة المسارات الداخلية ) ويمنع المشغل من التغييرات الكثير للسرعة عند القراءة من المسارات الخارجية.

تكنولوجيا تسمى " True X"

يوجد فى الأسواق بعض مشغلات الـ CD-ROM التي معدلاتها 72X أو أعلى، لكنها لا تعمل بالفعل عند سرعات عالية. هذه المشغلات تستخدم تكنولوجيا تسمى True X، وقد صممت هذه التكنولوجيا بوسطة شركة تسمى Zen Research. وقد استعانت شركة Kenwood بهذه التكنولوجيا فى تصنيع معظم مشغلاتها. تأسست فكرة مشغلات الـ True X على أن المشغل يقوم بإدارة القرص عند سرعة منخفضة ولكن مع قراءة سبعة مسارات دفعة واحدة فى نفس الوقت بدلا من مسار واحد يحتوي المشغلعلى محزوز حيودDiffraction Grating يعمل على فضل صف مكون من شبعة أشعة ليزر مستخلصة من الشعاع الرئيسي، ويتضح ذلك فى شكل 4-5. تقوم المرآة ومجموعة العدسات بتركيز الشعاع الأوسط على أحد مسارات القرص بينما تركز ثلاث أشعة على ثلاث مسارات مجاورة من ناحية أحد جانبى المسار وثلاث أشعة أخرى على ثلاث مسارات مجاورة من ناحية الجانب الآخر للمسار الأوسط. بعد سقوط الأشعة السبعة على المسارات السبعة تنعكس إلى كاشف الضوء الذي يسمح باستقبال عدة أشعة فى وقت واحد. بعد ذلك يتم تمرير البيانات إلى دائرة مهمتها تحويل سبعة فيضان متوازية من البيانات إلى فيض بيانات واحد متوالى. النتيجة أن المشغل بدذلك استطاع قراءة سبعة مسارات خلال دورة واحدة للقرص. عموما يمكن استخدام الـ True X سواء مع مشغلات الـ CLV أو شغلات الـ CAV ( معظم المشغلات المتاحة تستخدم الـ CLV لأنه لم يعد هناك حاجة لإدارة المشغل عند سرعات عالية جدا).

4 (21)

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1475 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*