BTL NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ LƯU TRỮ DỮ LIỆU THEO NGUYÊN LÝ QUANG TỪ

Trình bày tổng quan về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang từ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ghi dữ liệu trên đĩa quang từ, cấu tạo và hoạt động ghiđọc dữ liệu của ổ đĩa quang từ.● Bố cục bài làm: Gồm 5 phần:• Phần 1: Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu.• Phần 2: Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.• Phần 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.• Phần 4: Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quâng từ.• Phần 5: Kết luận.Phần 1. Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệuMáy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu – đó là các ổ đĩa máy tính, nơi ghi nhớ các thông tin dữ liệu. Những thiết bị này gọi là các thiết bị lưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị lưu trữ sơ cấp – primary storage là bộ nhớ máy tính). Ngoài ra còn có các thiết bị lưu trữ cấp ba và lưu trữ ngoại tuyến. Khác với thiết bị lưu trữ sơ cấp khi ngắt điện là mọi thứ trong RAM đều không còn, loại thứ cấp này có thể lưu trữ dữ kiện ngay cả khi không có nguồn nuôi, xét về lý thuyết, dữ kiện trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa hay xóa lúc này hay lúc khác, có hai phương pháp lưu dữ kiện tạo nên hai họ khác nhau, là dựa trên từ tính và dựa trên khả năng ứng dụng quang học.

Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH  Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu theo nguyên lý quang từ Nhóm thực hiện: Nhóm 11 Lớp: KTPM3 – K9 Nguyễn Minh Tiến Nguyễn Đình Cơng Phạm Tùng Lâm Nguyễn Văn Lực Hạ Văn Tồn Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2015 Mục lục MỞ ĐẦU… Phần Sơ lược thiết bị lưu trữ liệu 1.1 Đĩa từ tính .2 1.1.1 Đĩa mềm – floopy disk 1.1.2 Đĩa cứng – Hard disk 1.1.3 Đĩa floptical 1.1.4 Ổ băng ghi lưu 1.1.5 Ổ đĩa tháo ZIP 1.2 Đĩa quang học .4 1.3 Đĩa quang từ Phần Giới thiệu đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ 2.1 Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO) 2.2 Giới thiệu ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver Phần Cấu tạo nguyên lý lưu trữ đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ .10 3.1 Nguyên lý ghi đĩa MO (Write) 10 3.2 Nguyên lý đọc đĩa MO (Read) 15 Phần Ưu công nghệ tiến đĩa quang từ 19 4.1 Ưu công nghệ đĩa quang từ .19 4.2 Những tiến đĩa quang từ 21 Phần Kết luận 22 MỞ ĐẦU ● Nhiệm vụ chung: Trình bày tổng quan thiết bị lưu trữ liệu theo nguyên lý quang từ, cấu tạo nguyên lý hoạt động ghi liệu đĩa quang từ, cấu tạo hoạt động ghi/đọc liệu ổ đĩa quang từ ● Bố cục làm: Gồm phần: • Phần 1: Sơ lược thiết bị lưu trữ liệu • Phần 2: Giới thiệu đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ • Phần 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ • Phần 4: Ưu cơng nghệ tiến đĩa quâng từ • Phần 5: Kết luận Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Phần Sơ lược thiết bị lưu trữ liệu Máy tính có thiết bị ngoại vi có khả nhận xuất liệu – ổ đĩa máy tính, nơi ghi nhớ thông tin liệu Những thiết bị gọi thiết bị lưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị lưu trữ sơ cấp – primary storage nhớ máy tính) Ngồi cịn có thiết bị lưu trữ cấp ba lưu trữ ngoại tuyến Khác với thiết bị lưu trữ sơ cấp ngắt điện thứ RAM khơng cịn, loại thứ cấp lưu trữ kiện khơng có nguồn ni, xét lý thuyết, kiện loại tồn vĩnh viễn đọc, ghi, sửa hay xóa lúc hay lúc khác, có hai phương pháp lưu kiện tạo nên hai họ khác nhau, dựa từ tính dựa khả ứng dụng quang học 1.1 Đĩa từ tính Có hai loại chủ yếu đĩa mềm đĩa cứng đĩa mềm hiểu đơn giản loại đĩa dung lượng thấp, nhỏ gọn tháo lắp dễ dàng, nhiều đĩa cứng dùng chung ổ đĩa Hiểu để phân biệt với đĩa cứng loại ổ đĩa thường lắp hẳn bên máy, tháo rời, phức tạp thân thiết bị hoàn chỉnh đọc ghi với dung lượng lớn 1.1.1 Đĩa mềm – floopy disk Gồm vỏ bảo vệ đĩa plastic nhỏ có phủ vật liệu từ (oxit sắt, oxit niken hoặc oxit coban pha với vật liệu khơng từ tính hay đất hiếm) Dữ liệu thơng tin dạng số đại diện hạt từ tính, hạt có từ tính nên phương pháp xác định hai hướng rõ rệt – thể số hay số Đĩa mềm trải qua nhiều hệ, khác hệ đĩa mềm quanh vấn đề dung lượng nhớ nguyên tắc hoạt động đĩa ổ đĩa khơng có thay đổi lớn Ngày người ta dùng loại đĩa mềm 3.5 inch thường gọi đĩa 1.44 MB, có loại 2.88 MB Loại 5.25 inch gần khơng cịn dùng đĩa mềm có tính động cao, bị hạn chế dung lượng nhớ, chương trình khơng thể chạy đĩa mềm cách khoảng năm, đĩa mềm chủ yếu dùng lưu trữ liệu, tốc độ đọc ghi đĩa mềm thấp bù lại giá đĩa mềm tương đối rẻ, mua hộp đĩa mềm với giá khoảng 50 nghìn đồng (10 hay 11 đĩa) 1.1.2 Đĩa cứng – Hard disk Có thể so sánh tên đĩa cứng đĩa mềm đủ rút kết luận Đĩa cứng “cứng” đĩa mềm! Và giá đắt Chúng ta hình dung, ổ đĩa cứng gồm vỏ cứng bảo vệ, phận điều khiển xuất nhập, nguồn đĩa từ tính Bộ khung vỏ bảo Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội vệ thường hộp kim nhôm đúc áp lực cao, có hai cỡ 5.25 inch 3.5 inch, thông dụng loại 3.5 inch Dung lượng ổ cứng bị chi phối vỏ ổ cứng mà đĩa từ Đĩa từ ổ cứng thường làm từ nhôm, thủy tinh hay gốm - phủ lớp vật liệu từ lớp bảo vệ hai mặt, ổ cứng có nhiều đĩa xếp chồng lên trục mô tơ quay Để hoạt động đọc ghi, ổ cứng cịn có đầu từ, mơ tơ dịch chuyển đầu từ, mạch chính, mạch điện tử điều khiển, thường có nhớ cache Đĩa cứng đa dạng dung lượng, có từ vài chục MB đến vài nghìn MB hay nữa, phụ thuộc nhiều vào điều khiển kĩ thuật giao tiếp Loại ổ cứng thường dùng máy vi tính khoảng 100 GB đến 500 GB, số khổng lồ so với cách năm mà ổ cứng từ 100 MB đến 200 MB, chí có máy khơng trang bị ổ cứng 1.1.3 Đĩa floptical Là loại ổ đĩa từ mềm, có hình dáng giống đĩa 3.5 inch, dùng phương pháp vị quang học để đọc ghi, nên mật độ liệu đĩa cao hơn, dung lượng nhớ lớn Thiết bị không ghi liệu quang học, làm thao tác định vị thơi Nhưmg gía thành cao nên dù có khả lưu đến 20 MB, loại không phổ dụng 1.1.4 Ổ băng ghi lưu Cũng thiết bị lưu từ tính, loại khác với loại tính chất truy cập tuần tư nó, dùng lưu không dùng để làm việc ngày thiết bị truy cập ngẫu nhiên - đĩa cứng, đĩa mềm Ổ băng ghi lưu gồm hộp băng cuộn băng từ cỡ 0,25inch Loại đa dạng chủng loại dung lượng, tùy yêu cầu công việc mà lựa chọn 1.1.5 Ổ đĩa tháo ZIP Dùng loại đĩa có kích thước khoảng 3.5 inch, dung lượng lên đến 100MB đĩa giá 20USD Tốc độ đọc ghi trung bình, kỹ thuật dùng định vị quang học để ghi liệu Nếu dùng với card SCSI, tốc độ không thua ổ cứng IDE Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Một loại ổ ZIP 1.2 Đĩa quang học Gọi đĩa quang học, tức vấn đề cốt lõi kỹ thuật – đọc ghi liệu thực nguyên tắc quang học, dùng tia sáng laser So với hệ thống từ tính, ổ quagn có điểm khác biệt chính: độ xác cao thao tác quang học, nên ổ đĩa quang có dung lượng cao ổ đĩa từ gấp nhiều lần độ bền liệu ghi phương pháp quang học cao so với phương pháp từ tính nhiều lần, tối thiểu 50 năm Đĩa quang tháp lắp đễ dàng đĩa mềm mà hiệu nhiều, ngày phổ dụng Điển hình cho loại đĩa CD compact disc loại Xuất phát từ nhu cầu âm thanh, CD âm đời chứa liệu dạng hốc lõm, CD quay tia laser phát đến đĩa nhận phản xạ khác điểm lõm điểm không lõm ứng với số hệ nhị phân Ðĩa CD-ROM ta dùng hoạt động theo nguyên tắc đó, loại đĩa CD chứa kiện đọc nên có tên CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) Thơng thường liệu đưa vào loại đĩa quang gía rẻ 680MB (khoảng 10USD đĩa trắng - 1USD 68 MB) dùng rộng rãi nay, đồng thời loại đĩa âm đọc hiểu hoạt động ổ đĩa CD máy tính, đầu đọc máy CD âm khơng thể đọc đĩa CD liệu Nói CD-ROM-chỉ đọc, dĩ nhiên phải có lần ghi liệu lên đĩa đọc, thao tác theo nguyên tắc khắc đĩa điểm lõm hay không lõm đại diện cho số 0,1 nguồn phát tia laser công suất lớn Người ta tạo đĩa gốc trước nguyên tắc đầu CD ghi đĩa CD mới, sau âm đĩa gốc tạo qúa trình mạ điện photopolymer Tiến trình nhân thực cách phun polycarbonate - suốt, nhẹ, bền, ổn định, không nhiễm bẩn - nên đĩa CD giữ thông tin gần vĩnh viễn Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Như vậy, hiểu chất đĩa CD chép lại bán số dịch vụ tin học thực chất dạng đĩa gốc, sử dụng phải tuyệt đối cẩn thận khơng có lớp bảo vệ polycarbonate đĩa CD phát hành quy hay đĩa CD nhạc Khi mà đĩa CD-ROM gần trở nên thiết bị lưu trữ dạng chuẩn thiếu hầu hết máy tính multimedia lại xuất thành viên họ đĩa quang học mà dự đoán thiết bị lưu trữ chủ đạo kỷ 21 DVD Một dĩa CD ~ 450 đĩa mềm ~ 500 sách! DVD - Digital Video Disc tức đĩa video kỹ thuật số hay Digital Versatile Disc - đĩa đa kỹ thuật số công nghệ đời gần Cho đến thời điểm nay, DVD dự án với giá thành cao, có DVD bán thị trường dạng hàng mẫu không phổ biến Vậy đâu điểm mạnh mà DVD đốn nhanh chóng thay CD tương lai? Cũng CD thay dĩa mềm dung lượng hàng trăm MB nó, DVD thay CD-ROM DVD lưu 3.8 GB đạt đến 17 GB DVD có kích thước giống CD (120mm đường kính dày 1,2mm) làm nguyên liệu CD Như nói trên, bước tiến cơng nghệ? liệu DVD ghi vào đĩa với mật độ cao hơn, sít nhiều so với CD, lượng thấu kính đầu đọc nhiều để tăng độ xác - đầu đọc dùng laser cóc sóng ngắn hơn, tia laser đỏ - laser hồng ngoại Quan trọng kỹ thuật DVD cho phép loại đĩa có hai lớp mặt, nên với lớp khoãng 4GB loại đĩa lớp hai mặt hồn tồn đến 17GB liệu - hình dung toàn liệu thư viện 10 ngàn sách ! Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội 1.3 Đĩa quang từ Đĩa quang từ - Magneto Optical disk, thường gọi tắt MO, thiết bị kết hợp hai hình thức từ tính quang học để lưu liệu Đĩa từ tính dùng ánh sáng laser làm tác nhân đọc ghi Dung lượng loại có kích thước 5.25 inch 1.3 GB loại 3.5 inch 230 MB Công nghệ phù hợp để lưu trữ, theo chuyên gia, đảm bảo liệu 50 năm so với năm ổ cứng, ổ mềm, băng từ Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Một số hình ảnh đĩa quang từ Phần Giới thiệu đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ 2.1 Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO) Các đĩa quang học laser xuất vào năm 1972 chứng minh tiềm lớn cho lưu trữ thông tin Lượng thông tin lưu trữ cho phép sử dụng chúng để lưu trữ lượng lớn liệu (chẳng hạn sở liệu, bách khoa toàn thư, sưu tập video liệu âm thanh) Dễ dàng thay ổ đĩa cho phép "thực hiện" tất liệu cần thiết cho công việc Các đĩa quang học có độ tin cậy độ bền cao, cho phép sử dụng cho việc lưu trữ Tuy nhiên, việc ghi đĩa quang nhiều thời gian khó khăn khơng thể sử dụng đĩa quang học thiết bị cho máy tính Gần đây, loạt tùy chọn cho ổ đĩa quang ghi lại Các công ty nhà sản xuất cung cấp giải pháp kỹ thuật khác vấn đề Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Ví dụ thiết bị ghi lại thông tin đĩa quang học trực tiếp cho máy trạm, việc viết lại thông tin cịn câu hỏi Các đĩa quang học, khả thi với tính chất ngày hơm đĩa quang từ (MO) Đĩa MO lần xuất vào năm 1988 hình dạng gần giống ổ đĩa mềm nhỏ gọn Box Bernoulli (được phát minh nhà bác học Bernoulli), tốc độ so sánh với ổ cứng, độ tin cậy so sánh với đĩa quang Tuy nhiên, phân bố rộng đĩa MO ngăn chặn chi phí tương đối tốn cạnh tranh đĩa cứng đại So với ổ đĩa cứng đại, đĩa MO chậm dung lượng tối đa thông tin lưu trữ Điều làm cho sử dụng đĩa MO thay ổ đĩa cứng truyền thống Nhưng đĩa MO có khả đọc ghi tốt thời gian lưu trữ lâu, điều đĩa MO có triển vọng tuyệt vời thiết bị lưu trữ thứ cấp sử dụng cho việc lưu trữ lưu Đĩa quang từ sử dụng mẫu khác từ hóa bề mặt chất từ tính phủ lên để lưu trữ thơng tin Lưu trữ từ không bay Các thông tin truy cập cách sử dụng nhiều đầu đọc/ghi, chứa nhiều ghi chuyển đổi Một đầu đọc/ghi bao gồm phần tử bề mặt phần đầu trung hai phải di chuyển liên quan để truy cập liệu Đĩa quang từ Magneto - optical (MO) sử dụng với lợi thông tin lưu trữ Đĩa 5cm, đường kính lưu trữ 10MB, mà tương đương với khoảng 5000 trang kích cỡ A4 Chúng nhỏ hơn, nhạy cảm với thiệt hại rẻ đĩa mềm Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Đĩa MO 130mm 2.6 GB MO 90mm 640 MB Ban đầu, đĩa 130 mm có kích thước đầy đủ chiều cao 130 mm (như máy tính IBMXT) Nó trơng giống đĩa CD-ROM đính kèm phong cách cũ - caddy Trong đĩa 90 mm kích cỡ thường giống đĩa mềm 1.44 MB, dày gấp đơi Đĩa MO kháng bụi nhờ vỏ bao bọc, chúng ln đóng lại thực đọc ghi mở 2.2 Giới thiệu ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver Ổ đọc đĩa MO loại ổ đĩa quang có khả đọc ghi lại liệu đĩa quang từ Những công nghệ dược giới thiệu vào cuối thập kỉ 1980 Nó xuất ổ đĩa cứng với hệ điều hành khơng có yêu cầu hệ thống tập tin (mà chúng định dạng FAT, HPFS, NTFS ), ổ đĩa quang phổ biến số quốc gia Nhật Bản, Hoa Kỳ… Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Ổ đọc đĩa quang từ So sánh công suất đĩa quang đĩa quang từ Mô tả phịng thí nghiệm mơ hình thiết bị lưu trữ xóa - quang từ với cơng suất 10 MByte tương ứng với 10 triệu ký tự "Đĩa mềm" thơng thường hình có 1/10 lực Phần Cấu tạo nguyên lý lưu trữ đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ Đĩa MO ghi đọc cách sử dụng thiết bị chiếu tia laser nam châm điện Để ghi tia laser làm nóng đĩa nhiệt độ Curie nam châm điện định hướng cho hạt từ bit Để đọc, laser hoạt động cường độ thấp hơn, phát ánh sáng phân cực Ánh sáng phản xạ phân tích cho thấy khác biệt đáng ý bit nhờ vào hiệu ứng Kerr giúp cho máy tính đọc liệu lưu đĩa 10 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội 3.1 Nguyên lý ghi đĩa MO (Write) Ổ đĩa MO xây dựng kết hợp nguyên tắc lưu trữ từ tính quang học Các thơng tin ghi chùm tia laser từ trường nam châm tác động vào hạt từ tính Trong q trình ghi đĩa MO chùm tia laser làm nóng điểm định điểm chúng chiếu đến, làm cho điểm nóng, độ kháng từ giảm mạnh, cho phép từ trường thay đổi tính phân cực điểm Sau làm nóng độ kháng từ lần tăng lên phân cực điểm nóng phù hợp với từ trường áp dụng thời điểm nóng Trong ổ đĩa MO có sẵn đầu đọc để thực hai chu kỳ chu kỳ xóa chu kỳ ghi Trong trình tẩy xố từ trường có phân cực, tương ứng với số nhị phân Các chùm tia laser làm nóng tồn khu vực xóa viết cho chuỗi đĩa số Trong chu kỳ ghi phân cực từ trường đảo ngược, tương ứng với số nhị phân Trong chu kỳ này, chùm tia laser chiếu vào vùng chứa số nhị phân, rời khỏi khu vực với số nhị phân không thay đổi Trong trình đọc từ đĩa MO cách sử dụng hiệu ứng Kerr, thay đổi mặt phẳng phân cực tia laser phản xạ, tùy thuộc vào hướng từ trường hạt tích từ Các yếu tố trường hợp từ hóa điểm ghi bề mặt đĩa, tương ứng với lượng thông tin lưu trữ Khi đọc cách sử dụng chùm laser cường độ thấp, khơng dẫn đến nóng khu vực lấy, đó, đọc thơng tin lưu trữ không bị “tiêu diệt” Phương pháp này, không giống thường sử dụng đĩa quang học không biến dạng bề mặt đĩa cho phép ghi lại mà khơng có thiết bị bổ sung Phương pháp có lợi ghi từ tính truyền thống độ tin cậy Kể từ đảo ngược phần lớp từ tính ảnh hưởng nhiệt độ cao, xác suất chuyển đổi ngẫu nhiên thấp, không giống ghi từ tính truyền thống, mát mà dẫn đến vùng từ ngẫu nhiên Giao diện ổ đĩa MO trang bị với điều hợp SCSI (16 bit), ổ đĩa tiện ích định dạng cấp thấp Nhiều nhà cung cấp trang bị cho sản phẩm họ với chương trình đặc biệt để lưu Hiện nay, có số định dạng để định dạng đĩa MO CCS SS Đĩa quang từ sử dụng tính chất từ để ghi liệu, đĩa chèn vào truyền động, cạnh nhãn giáp mặt nam châm, cạnh suốt giáp mặt laser Khi đĩa lắp vào ổ đĩa, mặt bên phải đối mặt nam châm, mặt bên suốt gặp laser Chúng có tiềm cho mật độ bậc cao ghi từ Hầu hết ổ cứng ngày dùng ghi dọc, vài hệ thống sử dụng phương hướng thẳng góc từ hóa 11 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Không giống hệ thống ghi từ truyền thống, hệ thống nhanh chóng sử dụng ánh sáng phân cực để đọc liệu từ đĩa Những thay đổi phân cực nhẹ xuất có mặt từ trường bề mặt đĩa (hiệu ứng Kerr) Nếu chùm tia ánh sáng phân cực chiếu sáng bề mặt đĩa, ánh sáng phân cực chùm tia phản xạ thay đổi yếu ớt, phản chiếu từ từ hóa bề mặt Nếu từ hóa đảo ngược, thay đổi phân cực (góc Kerr) đảo ngược Từ hóa vùng khơng thể nhìn thấy ánh sáng bình thường, mà ánh sáng phân cực Sự thay đổi phương hướng từ hóa liên tưởng với số hay 1, làm kĩ thuật hữu ích cho nhớ liệu nhị phân Cấu tạo đĩa MO • Chú thích: - Reflective beam: tia phản xạ - Substrate Layer: lớp chất - Projective Layer: lớp bảo vệ - Magnetic Layer: lớp từ 12 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội - Reflective Layer: lớp phản quang - Intermediate Layer: lớp trung gian - Switching Layer: lớp chuyển mạch, bẻ ghi - Initializing Layer: lớp khởi động, gán giá trị cho biến đầu Tất liệu có đặc tính nhiệt độ, gọi nhiệt độ Curie mà làm đảo lộn chất từ tính miền đĩa quang từ Sự kháng từ nam châm, khả chống chịu từ hóa lực từ bên ngoài, giảm nhiệt độ tiếp cận điểm Curie, đạt đến chữ số “0” vượt qua nhiệt độ Để ghi lại liệu đĩa quang từ, tia laser làm nóng mơi trường vùng chiếu tới, làm giảm độ kháng từ vùng làm thay đổi cấu trúc từ tính bới từ trường tương đối yếu Khi liệu ghi, khu vực sau nguội tù liệu khơng bị sửa đổi xóa lực từ thường xuyên tiếp xúc Chu trình ghi (Write Cylce) chu trình đọc (Read Cycle) 13 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Sơ đồ ghi MO Tóm tắt q trình ghi liệu đĩa quang từ: Tia laser chiếu từ nguồn phát đến thấu kính hội tụ tia hội tụ mặt phẳng hạt từ làm cho chúng giảm độ kháng từ kết hợp với đầu nam châm điện nằm mặt đối diện với đầu laser hút hạt đổi chiều từ tính quay ngược xuống thể số 1, nam châm điện có cực bắc nam, đầu nam đặt gần mặt đĩa nên nam châm có su hướng hút kim loại chất tích từ gần lại gần Và hạt tích từ khơng tia laser chiếu đến thể số Đối với vật liệu đại MO sử dụng hệ thống có nhiệt độ Curie vào khoảng 200°C Điều quan trọng có thay đổi chất từ tính mà khơng làm tổn hại đến liệu có sẵn chúng Điều thực tế hạt từ tính có độ kháng từ nhiệt độ cao cho phép, chất từ tính ghi liệu với hỗ trợ tương đối yếu, mà đơn giản hóa trình điều khiển người thiết kế Ngay điểm yếu tương đối rõ, laser tạo nhiệt độ cao, tập trung chỗ nhỏ (khoảng micron) Khi hạt từ tính nóng làm cho độ kháng từ (tính kháng từ) giảm, từ hóa liệu thay đổi cách áp dụng từ tính từ nam châm Khi hạt từ tính để nguội nhiệt độ phòng, độ kháng từ tăng trở lại liệu khơng dễ dàng bị ảnh hưởng từ tính 14 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Điểm Curie  Chú thích: - Coercivity Hc: độ kháng từ - Saturation magnetization Ms: từ hóa bão hòa - Room temperature: nhiệt độ phòng - Writing temperature: nhiệt độ ghi - Substrate: chất 3.2 Nguyên lý đọc đĩa MO (Read) Đầu quang đầu từ tính nằm đối diện đĩa MO Trong trường hợp hệ thống điều biến từ tính, laser bán dẫn liên tục sử dụng xạ khoảng 4.5 MW điện chỗ laser soi sáng mặt đĩa, lớp bề mặt, nhiệt độ lên đến điểm Curie, nhiệt độ khoảng 180 - 200°C sau vượt qua vị trí đó, lớp nhiệt độ bề mặt giảm trình lặp lặp lại liên tục, vị trí laser soi sáng, bit “1” “0” ghi lại với dịng đẳng nhiệt Curie Lúc hình dạng độ dài bit “1” “0” ghi lại diện tích xác định Nếu tốc độ 15 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội chất từ tính đảo ngược đủ nhanh, viết khoảng 0.3 µm với kết hợp chùm ánh sáng với bước song khoảng 780 nm NA (Numerical Aperture) = 0.45 ống kính Hơn nữa, bit “1” “0” trở thành khu vực đối xứng, mà đặc tính hệ thống từ tính Để đọc liệu từ đĩa MO, ổ đĩa khơng sử dụng từ tính gây đầu đọc từ thông thay đổi đĩa, ổ đĩa cứng, thay có lợi hiệu ứng Kerr Bởi hiệu ứng Kerr, phân cực ánh sáng thay đổi chiếu khu vực ổ đĩa từ hóa Chiếu chùm ánh sáng phân cực bề mặt từ hóa gây phân cực ánh sáng để thay đổi góc lệch tia phản xạ (thường 0.5o) Nếu từ hóa bị đảo ngược, sau góc độ thay đổi phân cực (góc Kerr) thay đổi Sự thay đổi hướng từ hóa xem số 0, làm MO thuận tiện cho lưu trữ liệu Hiệu ứng từ quang Kerr (Magneto optic Kerr effect - MOKE) hiệu ứng quang từ mà ánh sáng phản xạ bề mặt từ hóa bị thay đổi tính chất phân cực độ phản xạ Tên hiệu ứng đặt theo tên nhà vật lý người Scotland Rev John Kerr, người phát hiệu ứng vào năm 1877 MOKE hiệu ứng thuộc nhóm hiệu ứng Kerr Ánh sáng phản xạ từ bề mặt từ hố thay đổi hai phân cực cường độ phản ánh Hiệu ứng tương tự hiệu ứng Faraday: hiệu ứng Faraday mô tả thay đổi ánh sáng truyền qua vật liệu từ tính, hiệu ứng Kerr mô tả thay đổi ánh sáng phản xạ từ bề mặt từ tính Hình Một số hạt nhỏ nam châm NdFeB vùng từ tính 16 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hiệu ứng từ quang Kerr có kiểu: hiệu ứng từ quang Kerr đứng, hiệu ứng từ quang Kerr dọc hiệu ứng từ quang Kerr ngang Quá trình đọc liệu đĩa MO sử dụng hiệu ứng từ quang Kerr đứng, thấy vector từ hóa vng góc với bề mặt phản chiếu, song song với mặt phẳng tới, hiệu ứng gọi hiệu ứng Kerr đứng Để đơn giản hóa việc phân tích, gần tỷ lệ bình thường thường sử dụng làm thí nghiệm hiệu ứng Kerr đứng kiểu hiệu ứng Kerr Đĩa quang từ sử dụng hiệu ứng từ quang Kerr đứng vector từ hóa (E) tia phản xạ bị lệch góc nhỏ (Өk)so với ban đầu phụ thuộc vào chiều hạt từ tính (M) mặt phẳng đĩa MO Quá trình đọc đĩa MO trải qua nhiều giai đoạn phức tạp, quang trọng giai đoạn sử dụng hiệu ứng Kerr này, liệu mà máy đọc phụ thuộc vào phân tích hiệu ứng Kerr Góc lệch tia phản xạ phân cực 17 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội So sánh mơ hình ghi đĩa Một số hệ thống khác sử dụng hệ thống biến thiên laser hồ sơ tín hiệu chuyển đổi cấp tiến độ laser bán dẫn điện theo hướng mà từ trường thêm vào hướng Khu vực, nơi mà ánh sáng laser soi sáng “1” khu vực nơi mà ghi liệu không thực “0” Việc ghi liệu trở thành khuôn mẫu không đối xứng Ngồi việc cịn có vấn đề với hệ thống điều biến laser dễ bị tổn thương biến động ghi liệu điện Khi ghi liệu điện dao động, vị trí nơi mà bắt đầu ghi khơng hồn thành bị méo cách dễ dàng Độ dài mô hình dao động 18 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Hình Cấu trúc điển hình đĩa MO Chú thích: - Protective coating: lớp phủ ngồi bảo vệ - Dielectric layer: lớp chất điện mơi - Reflective aluminum layer: lớp nhôm phản quang - Magneto-Optical Film: màng quang từ - Substrate layer: lớp chất - Polycarbonate: chất nhựa polycarbonate - Laser beam: tia laser Như thấy, cấu trúc MO có số phần tương tự CD-RW Nhưng thay thay đổi phản xạ cấu trúc làm nóng, ổ đĩa MO thay đổi thơng lượng từ tính khu vực nhỏ đĩa Tóm tắt q trình đọc liệu đĩa quang từ: Ban đầu, tia laser phân cực phát từ nguồn phát laser đến thấu kính hội tụ (1) làm cho tia ló khỏi thấu kính song song với nhau, tiếp tục tia laser tới thiết bị tách tia phân cực (Polarizing Beam - Splitter) (2), thiết bị có gương chiều (part mirror) tia phân cực qua mặt sau gương truyền thẳng 19 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội tới tiếp thấu kính hội tụ thứ hai (3), tia tới tia song song nên qia thấu kính hội tụ lại điểm mặt phẳng hạt từ đĩa MO, lúc tia laser nhận tín hiệu đĩa MO cách nhận biết hạt từ hướng quay lên (bit 0) hay quay xuống (bit 1), tia laser bị phản chiếu ngược lại nhờ lớp quang đĩa, bị phản chiếu ngược lại tia laser phân cực bị lệch góc nhỏ (khoảng 5°) nhờ hiệu ứng Kerr quang từ (Kerr Effect) phụ thuộc vào hạt từ mà hướng lệch góc tia laser lệch hướng nào, máy tính đọc tín hiệu chủ yếu phụ thuộc vào trình (lúc xem tia laser mang liệu cịn việc truyền liệu chứa thơng tin tới máy tính), tia laser bị phản chiếu lại qua lăng kính hội tụ (3) mà chúng vừa qua, giống lúc đầu tia ló lại tới thiết bị tách tia phân cực lần (2) lần tia laser gặp gương đặt lệch góc 45° so với trục chùm tia laser thấu kính nên chúng phản xạ góc 90° so với tia tới, chùm tia lại tiếp tục qua thiết bị tách tia phân cực (4): phần tia phân cực xuyên qua gương thiết bị đến thấu kính hội tụ (5) tiếp tục chùm tia vào photodiode (quang điot 1) thiết bị chứa chất bán dẫn có nhiệm vụ biến đổi quang ánh sáng tới thành tín hiệu điện, lúc dịng điện chiều mà chùm tia laser truyền đến mang điện tích âm (-); phần cịn lại chùm tia phân cực bị gương phản chiếu nên chúng vng góc giống q trình trước quang điot phân tích tia sáng thành điện tích dương (+) Hai cực kết hợp lại truyền liệu mang thông tin tới máy tính Phần Ưu cơng nghệ tiến đĩa quang từ 4.1 Ưu công nghệ đĩa quang từ Hệ thống điều biến từ tính hưởng thụ lợi tức kháng cự cao độ nghiêng đĩa Khi đĩa nghiêng đi, ánh sáng chỗ bị méo Với hệ thống điều tiết laser việc ghi hình lại hình dạng mơ hình xác định ánh sáng chỗ Chúng bị bóp méo Tuy nhiên hệ thống điều tiết laser sử dụng chùm laser để tăng nhiệt độ lớp quang từ Nó khơng xác định hình dạng mơ hình ghi lại Vì vậy, đĩa nghiêng thời điểm ghi liệu chùm bị méo chỗ có hiệu ứng 20 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Nghiêng xuyên tâm Tuy nhiên khó khăn để nhận thức việc sản xuất đầu từ tính Những người thiết kế cần phải cần phải đề cập đến làm để giải vấn đề Sử dụng thiết bị tiếp xúc đầu giải pháp đơn giản cho vấn đề May mắn thay, phía sau mặt đĩa quang từ cần phải phủ lớp mỏng bảo hộ để bảo vệ lớp ghi liệu từ môi trường Và thêm, lớp kiểm soát để giảm ma sát Vì viết đầu từ tính giữ khoảng cách với lớp này, vẽ lại lớp từ tính thích hợp Độ sác cao, độ bền liệu với chu kì đạt lớn Do đó, cách sử dụng hệ thống điều tiết đè lên hệ thống, đặc tính sau thu được: - Khả trực tiếp viết đè lên - Mật độ ghi liệu cao (0.6 µm/pit) (1 đơn vị từ tích có kích thước 0.6 µm) - Thích hợp cho điều chỉnh hạt từ - mặt phẳng - Diện tích lề ghi liệu rộng - Lề nghiêng đĩa đầu đọc rộng 21 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Các đĩa bao gồm lớp sắt từ niêm phong chất lớp từ mạ vật can thiệp q trình đọc hay ghi liệu Đĩa quang từ Một chu kỳ địi hỏi phải cho laser để sóa bề mặt, chọn nam châm để ghi thông tin, kết phải nhiều thời gian để ghi đọc liệu năm 1966, công nghệ ghi đè trực tiếp giới thiệu cho đĩa 90 mm, để tránh bị xóa thơng tin ban đầu viết điều đòi hỏi thiết bị truyền tải thật đặc biệt Ổ đĩa quang theo mặc định sau kiểm tra thơng tin ghi vào đĩa, báo cáo vấn đề để điều hành hệ thống Điều có nghĩa trình ghi nhiều thời gian, lâu lần đọc làm cho đĩa MO đáng tin cậy, không giống đĩa CD-R hay DVD-R, công nghệ mà liệu ghi vào đĩa mà khơng có liệu tích hợp đồng kiểm tra Bằng cách sử dụng đĩa mềm cách sử dụng ổ đĩa CD-RW Tiến trình cơng nghệ quang từ đẩy mạnh mùa xuân năm 1997 với mắt Plasmon DW260 Nó sử dụng công nghệ biến điệu trực tiếp ghi đè lên với cường độ nhẹ để đạt mức gia tăng có hiệu xuất cho đĩa MO 4.2 Những tiến đĩa quang từ Tại hội thảo thương mại điện tử tiêu dùng tháng năm 2004, Sony tiết lộ đĩa Minidisc có khả lưu trữ 1GB gọi “Hi-Disk” Điều làm tăng lần khả ghi đọc, thực cách sử dụng thủ thuật từ tính Để ghi lại tiêu chuẩn Minidisc người viết sử dụng laser hồng ngoại để sưởi ấm chỗ sắt từ tài liệu đĩa điểm Curie, sau từ hóa đầu ghi Khi ánh sáng laser theo dõi, chuyển đổi lớp, có điểm Curie thấp so với lớp khác, làm giảm từ tính Lớp dịch chuyển có “hàng rào từ tính” xung quanh theo dõi, tạm thời khiến cho thiết bị đọc đọc kích cỡ Tốc độ ghi đĩa Hi-MD gấp đơi tốc độ Minidisc 22 Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội thường với định dạng, đặc biệt đưa đĩa đọc (hoặc ghi) Hi-MD ghi Như với tất phương tiện lưu trữ rời, giá rẻ CD/DVD ổ đĩa flash, chúng thực phần lớn dư thừa, đĩa quang từ đặc biệt đắt tiền độ tin cậy cao, văn làm chậm thời gian yếu tố tiêu cực Chắc chắn đĩa MO đầy hứa hẹn nhanh chóng phát triển thiết bị giải vấn đề lên với số lượng thông tin lớn Tuy nhiên, phát triển chúng phụ thuộc không vào công nghệ để ghi lại chúng, tiến phương tiện truyền thông khác Và không phát minh cách hiệu liệu lưu trữ, đĩa MO chiếm vai trò chủ đạo Phần Kết luận Về làm sau nghiên cứu tìm hiểu nhiều tài liệu mạng, sách tham khảo kiến thức thầy truyền đạt chúng em hồn thành nhiệm vụ giao Nghiên cứu tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu theo nguyên lý quang từ, từ em biết cấu tạo, nguyên lý đọc ghi đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ nhiều kiến thức liên quan Về kiến thức tìm hiểu nghiên cứu tài liệu tìm hiểu nhiều thứ sống kết hợp lại hồn thành tập lớn chưa chi tiết đầy đủ cho lắm, nghiên cứu tìm hiểu em đúc kết nhiều kinh nghiệm tri thức môn học cách làm tập lớn, tập lớn đầu tiền mà chúng em phải làm nên làm mốc cho tập lớn sau thầy đặt cho chúng em yêu cầu tối thiểu để làm tập lớn – kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt cho chúng em 23 ... cứu tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu theo nguyên lý quang từ, từ em biết cấu tạo, nguyên lý đọc ghi đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ nhiều kiến thức liên quan Về kiến thức tìm hiểu nghiên cứu tài liệu. .. thiết bị lưu trữ liệu Máy tính có thiết bị ngoại vi có khả nhận xuất liệu – ổ đĩa máy tính, nơi ghi nhớ thông tin liệu Những thiết bị gọi thiết bị lưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị. .. trữ liệu theo nguyên lý quang từ, cấu tạo nguyên lý hoạt động ghi liệu đĩa quang từ, cấu tạo hoạt động ghi/đọc liệu ổ đĩa quang từ ● Bố cục làm: Gồm phần: • Phần 1: Sơ lược thiết bị lưu trữ liệu