по дисциплине «технологии информационных автоматических систем» (стр. 2 из 4)

В криосистемах происходит работа не только с состояниями хладагента, но и с его давлением. Как известно, температура кипения и давление связаны.
Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Хладагент (фреон), циркулируя в системе,

Рис. 3. Схема криогенной системы охлаждения

в компрессоре превращается в газ высокого давления. Далее он двигается в первый радиатор, где под высоким давлением и охлаждающим действием радиатора газ превращается в жидкость, которая стекает в теплообменник "испаритель", который соприкасается с охлаждаемым объектом. Так как теплообменник находится на процессоре, фреон тут же начинает кипеть и испаряться. Испаряясь, он попадает в капиллярные трубки. Капиллярные трубки и клапан позволяют создать на входе высокое давление, а на выходе – низкое, для того чтобы фреон успевал докипать и не попал обратно в компрессор в жидком состоянии (если это случится, компрессор мгновенно откажет). В схеме находится ещё один радиатор. Он предназначен для охлаждения отработанного газообразного фреона с низким давлением для того, чтобы в компрессор он попадал уже в готовом к следующему циклу виде.

Вся охлаждающая система контролируется специальным процессором, который следит за всеми параметрами охлаждающей системы и может изменять характеристики (например, требуемую температуру охлаждаемого объекта) в реальном времени. В криогенной системе компрессор работает постоянно, в отличие от обычного холодильника.

1.5 Тепловые трубки.

В глобальной борьбе с шумом при работе различных систем охлаждения тепловые трубки (ТТ) могут стать панацеей от многих бед. Тепловые трубки широко используются в военнокосмической отрасли из-за их высокой надежности и КПД. Они бесшумны, не требуют обслуживания и питания, не имеют изнашивающихся частей. Тепловая трубка представляет собой канал передачи тепловой энергии с высоким КПД, запаянный с обеих сторон, в котором находится определенное количество теплоносителя (рис. 4). Материал стенок трубки и жидкость выбирают исходя из условий эксплуатации. Условно трубку можно разбить на несколько зон: испарительная, несущая и зона конденсации. К зоне испарения подводится тепло, жидкость, находящаяся в трубке начинает кипеть и интенсивно испаряться. Крайне важно, чтобы кипение было без пузырьков. Горячие пары жидкости поднимаются в зону конденсации, где остывают, и превращается обратно в жидкость, которая возвращается обратно в зону испарения по специальной капиллярной структуре. Капиллярная структура представляет собой кривые прецизионные канавки в меди глубиной 60 мкм.

Рис. 4. Схематическое изображение тепловой трубки

Такая структура работает по капиллярному принципу, аналогично фитилю керосинки. Испарительный процесс происходит всегда, когда есть разница температур между зонами испарения и конденсации.

На рынке систем охлаждения персональных компьютеров тепловые трубки появились недавно, поэтому ассортимент кулеров на тепловых трубках пока еще невелик, но есть стабильная тенденция к широкому переходу на тепловые трубки.

Как видно способов отвода тепла от теплонагруженных полупроводниковых устройств достаточно много, при этом каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и представлен на рынке широким ассортиментом изделий с различными параметрами и ценами.

И, несмотря на постоянное развитие «экзотических» систем охлаждения ГП и ЦП, аэрогенные кулеры сегодня имеют наибольшее распространение.

1.6 Материалы деталей кулеров

Как уже было сказано ранее аэрогенные системы подразделяются на активные и пассивные.

В чистом виде такие системы устанавливались на довольно старые модели ЦП и ГП у которых тепловыделение было сравнительно небольшим. Для охлаждения таких ЦП и ГП хватало того воздушного потока(или того тепла), который создавался лопастями вентилятора(отводился от процессора). Собственно кулер и состоял из этого вентилятора(радиатора), соответственно материал из которого был сделан вентилятор – пластик(металл с большой теплопроводностью).

Для охлаждения современных ЦП и ГП уже недостаточно просто воздушного потока или просто установки радиатора, а необходима система эффективного рассеивания тепла и охлаждения, которая реализуется в виде радиатора и вентилятора.

Как известно чем больше площадь поверхности и чем выше теплопроводность материала радиатора, тем эффективнее будет теплообмен с окружающей средой. Это и обуславливает конструкцию радиаторов. В корпусе радиатора делают множество щелей, и чем их больше, тем больше площадь поверхности.

Основными материалами для конструкции радиаторов кулеров являются: медь, алюминий, комбинированный(медь и алюминий).

Алюминиевые радиаторы являются наиболее распространенными. Алюминий легкий, легко поддающийся обработке материал, обладающий хорошими теплопроводными свойствами. Широкая распространенность радиаторов из алюминия обусловлена их сравнительно небольшой стоимостью и хорошими теплопроводными свойствами.

Медь является более теплопроводным материалом и ее использование в радиаторах предпочтительнее, однако изготовленные из меди радиаторы дороже алюминиевых.

Компромиссом между ценой и хорошей теплопроводностью являются радиаторы из комбинированных материалов меди и алюминия. В таких радиаторах подложку или нижнюю часть радиатора делают из меди, что улучшает теплообмен с процессором, а верхнюю часть изготавливают из алюминия, что снижает стоимость радиатора.

2. Винчестеры

2.1 История создания.

В 1973 году фирмой IBM по новой технологии был разработан жесткий диск, который мог хранить до 16 Кбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была разбита на 30 секторов, то ему присвоили название — 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называться «винчестерами». Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками первоначально были заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке этого модуля на сам дисковод он автоматически соединялся с системой, подающей очищенный воздух.

Применение в качестве носителя данных диска обеспечивает несоизмеримо большую плотность записи, чем на магнитную ленту, благодаря прочности поверхности. Для поиска информации достаточно переместить головку на нужную дорожку, тогда как на ленте необходимо ее всю перемотать. Надежность хранения данных - тоже немаловажный параметр: жесткий диск легче защитить от повреждений, нежели ленту. Наконец, скорость чтения/записи данных легко увеличить за счет увеличения скорости вращения двигателя и плотности записи. Типовой винчестер состоит из геpмоблока и платы электроники. В геpмоблоке размещены все механические части: шпиндель с одним или несколькими дисками; двигатель; блок магнитных головок (БМГ) с коммутатором и позиционером; предусилитель сигнала, от которого к позиционеру идет ленточный кабель или набор обычных одножильных проводов. На плате - вся управляющая электроника. Геpмоблок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением.

2.2 Магнитные диски.

Информация на винчестере, хранится на магнитных дисках (пластинах). Диск - представляет собой пластину с напылением высококачественного ферромагнетика. В качестве материала для самой пластины применяют алюминий, керамику или стекло, а в качестве магнитного слоя наносят окись хрома или тонкопленочное металлическое покрытие. Внутри жесткого диска может быть установлено несколько пластин, посаженных на вал шпиндельного двигателя.

2.3 Шпиндельный двигатель.

Шпиндельный двигатель НЖМД как правило трехфазный, это обеспечивает более стабильную скорость вращения, что особенно важно при большой плотности записи. Запуск двигателя производиться после инициализации HDD и иногда после полной внутренней диагностики накопителя. После запуска, для обеспечения стабильной скорости вращения, применяют обратную связь между схемой управления двигателем и самим шпиндельным двигателем. Для этого на каждую дорожку, при изготовлении накопителя, записывается определенное количество сервометок. При работе НЖМД, специальная схема, выделяет импульсы-сервометки из общего потока данных, которые подаются на микросхему управления шпиндельным двигателем, по этим импульсам и происходит дальнейшая стабилизация скорости вращения. Обычно современные жесткие диски имеют скорость вращения от 4200 об./м.(в винчестерах установленных на портативные ПК) и 5400 (в дешевых решениях) до 7200, 10000 и даже 15000 об/м в дорогих серверных системах хранения данных. Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными, но при этом увеличивается тепловыделение. Диски со скоростью 7200 об/мин и выше требуют либо применения корпуса с продуманной для целей отвода тепла конструкцией, либо дополнительного охлаждения внешним вентилятором.

Особые требования предъявляются к механической части двигателя. В 1997 году компания Seagate выпустила новые жесткие диски семейства Medalist Pro, ориентированные на использование в настольных высокопроизводительных персональных компьютерах и мультимедийных системах. Это первые, на тот момент, диски с интерфейсом АТА, в которых скорость вращения пластин была повышена до 7,200 оборотов в минуту. До этого такая скорость была прерогативой дорогих SCSI-накопителей для рабочих станций и серверов. Не последнюю роль тут сыграли новые жидкостные приводы шпинделя, обеспечившие высокую надежность, устойчивость к ударным нагрузкам и вибрации, снизившие шум и трение. В настоящее время уже большинство фирм производителей HDD применяют в своих изделиях жидкостные подшипники.