تخزين مغناطيسي

الإنضمام المغنطيسي هوتخزين المعلومات على طبقة سطحية مغنطيسية، يغطى بها شريط أوقرص أواسطوانة من اللدائن عادة. وتتضمن الطبقة جسيمات ناعمة جداً من أكسيد الحديد أومادة مغنطيسية أخرى تتميز بسهولة المغنطة وإزالتها.

نظرة تاريخية

تلـِگرافون، أول آلة للتسجيل المغنطيسي، من اختراع پولسن Valdemar Poulsen

ابتكر الدانماركي پولسن Valdemar Poulsen أول آلة للتسجيل المغنطيسي، أسماها تلـِگرافون (الشكل 1) عام 1898، وطبق فيها طريقة لتسجيل الصوت على سلك فولاذي. وطّور أول جهاز عملي للتسجيل على شريط مغنطيسي في ألمانية خلال الحرب العالمية الثانية، وشاع استخدام مثل تلك الأجهزة لاحقاً على نطاق واسع.

ابتكر أول جهاز عملي للتسجيل المرئي في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1956، وبدأ إنتاج مسجلات الكاسيت الصوتية عام 1963. ومنذ نحوعام 1972 بدأ ابتكار وتطوير عدة نظم لمسجلات الكاسيت المرئية (الصوت والصورة كاسيت)، وشاع منها منذ عام 1978 النظام المسمى نظام الصوت والصورة المنزلي VHS على نطاق واسع. وابتكرت ابتداءً من نحوعام 1985 نظم كثيرة للتسجيل السمعي والمرئي الرقمي، خاصة للاستخدام المهني.

تسجيل الصوت على شريط مغنطيسي

يعد تسجيل الصوت على شريط مغنطيسي من أبرز تطبيقات الإنضمام المغنطيسي. ويصنع الشريط المغنطيسي من شريط بلاستيكي (لدن) غير مغنطيسي، ثخانته نحو25 ميكرون، ويطلى بطبقة (مسحوق) من المادة المغنطيسية (غالباً أكسيد الحديد Fe2O3). وتبلغ ثخانة هذه الطبقة نحوعشرة ميكرون، وهي تتشكل من جسيمات دقيقة جداً (أسطوانية الشكل) من المادة المغنطيسية ومن مادة لاصقة، ويوضح الشكل 2 مبدأ تسجيل الصوت على شريط مغنطيسي. ويفترض أنه يُحوِّل الصوت المطلوب تسجيله بوساطة ميكروفون إلى إشارة سمعية. وبعد تضخيم هذه الإشارة يُمرِّر تيارها بملف رأس الإنضمام المغنطيسي Record Head، الذي له قلب حديدي شبه حلقي، وله ثغرة ضيقة جداً تملأ بمادة غير مغنطيسية (كالبلاتين أوأكسيد السيليكون). وينتج داخل الثغرة وأمامها حقل مغنطيسي تتناسب شدته مع تيار الإشارة السمعية. وعند مرور الشريط بمحاذاة ثغرة الرأس، تتمغنط جميع عناصر الشريط (الجسيمات المغنطيسية) بدرجات متفاوتة حسب شدة التيار وينعكس اتجاه المغنطة عند انعكاس التيار. ويحرّك الشريط بسرعة ثابتة بسحبه بانتظام بوساطة محرك كهربائي، بحيث ينتقل الشريط من «البكرة المُعْطِيَة» ويلتف حول «البكرة الآخذة». وتمثل عناصر الشريط بعد الإنضمام مغنطيسات دقيقة جداً، وتتفاوت بشدة التمغنط واتجاهه تبعاً لشدة تيار الإنضمام وجهته أثناء مرور جميع من تلك العناصر أمام ثغرة رأس الإنضمام.

ومن أجل الاستماع إلى الشريط المسجل يستخدم الرأس المغنطيسي نفسه كرأس استعادة Playback Head، حيث يعاد إمرار الشريط بمحاذاة ثغرته، فتتولد في ملف الرأس إشارة متناسبة مع تمغنط عناصر الشريط. وتضخم هذه الإشارة ثم تحول إلى صوت مسموع بوساطة مجهار. ولكي يمكن إعادة استخدام الشريط لتسجيل مادة صوتية أخرى، يوضع قبل الرأس المغنطيسي المستخدم للتسجيل والاستعادة رأس خاص بالمحوErase Head، وهويشبه رأس الإنضمام والاستعادة، ولكن ثغرته تكون واسعة نسبياً (أ عرض من ثغرة رأس الإنضمام والاستعادة بعشرات المرات)، ويغذى بتيار متناوب ذي تردد مرتفع من الترددات فوق السمعية (نحو50 كيلوهرتز) وذي مطال كاف. ويتبين حتى الحقل المغنطيسي الناتج عن ذلك التيار يؤثر في عناصر الشريط المسَّجل سابقاً، بحيث يتناقص تمغنطها تدريجياً أثناء ابتعادها عن ثغرة رأس المحوحتى ينعدم التمغنط تقريباً. ويستخدم في المسجلات المهنية ذات البكرات المفتوحة عادة ثلاثة رؤوس مغنطيسية: رأس المحوورأس الإنضمام ورأس الاستعادة، (الشكل 3).

ويكتفى في مسجلات الكاسيت المنزلية عادة باستخدام رأس واحد للتسجيل والاستعادة إضافة إلى رأس المحو.

وتكون سرعة الشريط في مسجلات الكاسيت المنزلية 4.7سم/ثا، بينما تكون في مسجلات البكرات المهنية 19 سم/ثا أو38 سم/ثا. وتتيح السرعة الأكبر للشريط إمكانية تسجيل الصوت بنوعية أفضل، خاصة من حيث إمكانية تسجيل الترددات العالية (حتى20 كيلوهرتز). ويستخدم لتسجيل الصوت المجسم (الستيريو) رأسا تسجيل (الشكل4)، ويخصص أحدهما لإشارة الصوت الأيمن، بينما يخصص الآخر لإشارة الصوت الأيسر. ويستخدم الرأسان لتسجيل أربعة مسارات Tracks مساران ذهاباً ومساران آخران إياباً. وفي حالة تسجيل الصوت الأحادي Mono يكتفى برأس تسجيل واحد يسجل مسارين فقط: أحدهما في الذهاب والآخر في الإياب.

الإنضمام المرئي المغنطيسي

يمتد طيف الإشارة المرئية أوإشارة الصورة التلفزيونية حتى نحوخمسة ميغاهرتز. ويتبين أنه لكي يمكن تسجيلها بكيفية تسجيل الإشارة السمعية، ينبغي حتى تكون سرعة الشريط أكثر من 5م/ثا. وبدلاً من تحريك الشريط بمثل هذه السرعة، يكتفى عملياً بتحريكه بسرعة منخفضة مع استخدام رؤوس تسجيل دوّارة. وفي مسجلة الصوت والصورة من نوع VHS مثلاً يتم تحريك الشريط بسرعة 2.34سم/ثا، ويُستخدم رأسا تسجيل، نرمز لهما A وB (الشكل 5ـ أ)، وهما يركبان على محيط أسطوانة دوّارة قطرها6.2سم. وتدور هذه الأسطوانة بسرعة25 دورة/ثا. ويكون عرض الشريط 0.5 بوصة (12.7مم)، وهويلتف حول الأسطوانة التفافاً مائلاً، (الشكلخمسة ـ ب)، ويحيط بها بزاوية 186ْ. ويقوم الرأسان المسميان رأسا الصوت والصورة بتسجيل الإشارة المرئية بالتناوب على خطوط مائلة كما هومشروح في الشكل 6، بينما يقوم رأس ثابت بتسجيل الإشارة السمعية على أحد هامشي الشريط، ويقوم رأس ثابت آخر بتسجيل إشارة تحكم على الهامش الآخر.وتكون سرعة حركة رأسي الصوت والصورة بالنسبة للشريط 4.85 م/ثا. وهي تلبي متطلبات تسجيل الإشارة المرئية بجودة مقبولة.

وتستخدم في نظم الإنضمام المرئي المغنطيسي المهنية سرعة أكبر للشريط وسرعة دوران أعلى لرؤوس الصوت والصورة من أجل تحقيق جودة أعلى. وتعتمد النظم الأحدث للتسجيل المرئي المغنطيسي الإنضمام الرقمي، أي تسجيل الإشارتين المرئية والسمعية بعد تحويلهما إلى إشارة رقمية. وعند تسجيل الإشارة الرقمية تتمغنط عناصر الشريط باتجاهين متعاكسين يقابلان الوحدان والأصفار في الإشارة الرقمية.

الإنضمام المغنطيسي لمعطيات الحواسيب

تستخدم لتخزين معطيات الحواسيب طرق تسجيل الإشارات الرقمية الممثلة لها على أشرطة أوأقراص أواسطوانات مغنطيسية. ويبين الشكل 7ـ أ وجهي «القرص المرن» الذي شاع استخدامه لتخزين معطيات «الحواسيب الشخصية». وقرص الإنضمام بحد ذاته هوقرص لدن مطلي بمادة قابلة للتمغنط، ويكون قطره في النوع الأكثر استخداماً 3.5 بوصة (8.9سم). ويتم الإنضمام على القرص بمسارات دائرية متحدة المركز، كما في الشكل 7ـ ب. ويقسم جميع مسار إلى قطاعات يمكن حتى تستوعب جميع منها 512 بايت. وتخزن المعطيات وفق «تجمعات»، بحيث يضم جميع تجمع عدة قطاعات من أحد المسارات.

المستقبل

A new type of magnetic storage, called MRAM, is being produced that stores data in magnetic bits based on the GMR effect. Its advantage is non-volatility, low power usage, and good shock robustness. However, with storage density and capacity orders of magnitude smaller than e.g. an HDD, MRAM is a niche application for situations where small amounts of storage with a need for very frequent updates are required, which flash memory could not support.^{[بحاجة لمصدر]}