Nghiên cứu và tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang từ

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 18 Lớp: Tin – K 13 Người thực hiện: Hồ Văn Quyết Giáo viên hướng dẫn: Th.s Vương Quốc Dũng Hà nội, ngày 23 tháng 06 năm 2012 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 công nghệ tiến đĩa quâng từ • Phần 5: Kết luận Lời nói đầu Sau học kỳ tiếp thu tích lũy kiến thức mơn học Kiến trúc máy tính giảng viên Th.s Vương Quốc Dũng truyền dạy em có đầy đủ kiến thức cần thiết để tiếp cận gần với thiết bị, linh kiện, bảng mạch biết thiết kế hệ thống nhớ, chip nhớ hầu hết mà thiết bị máy vi tính có Và viết thành em sau học kỳ, thiết bị ngoại vi máy vi tính, thiết bị lưu trữ liệu theo nguyên lý quang từ - Đĩa quang từ Vì lý bắt đầu tiếp súc với công việc làm tập lớn quang trọng thiết bị đĩa quang từ chưa phổ biến sử dụng rộng rãi thị trường nên nhiều hạn chế trình làm tìm kiếm tài liệu, khơng thể tránh sai sót nhầm lẫn, nên có sai sót hay thiếu mong thầy bạn chỉnh sửa góp ý để nội dung hình thức làm tốt hoàn thiện Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 thông 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính vệ thường hộp kim nhơm 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 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 khơng thua ổ cứng IDE Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 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 ngun tắc đó, loại đĩa CD chứa kiện đọc nên có tên CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) Thông 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 khơng thể 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 Hình 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 đoán 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 công 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 khỗng 4GB loại đĩa lớp hai mặt hồn tồn đến 17GB liệu - hình dung tồn liệu thư viện 10 ngàn sách ! Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 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 cơng 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Ví dụ thiết bị ghi lại thơng tin đĩa quang học trực tiếp cho máy trạm, việc viết lại thơng tin cịn câu hỏi Các đĩa quang học, khả thi với tính chất ngày hôm 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 khơng thể 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 thông 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 Hình 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình Đĩa MO 130mm 2.6 GB Hình 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 (hình 7) Những cơng nghệ dược giới thiệu vào cuối thập kỉ 1980 Nó xuất ổ đĩa cứng với hệ điều hành khơng có u cầu hệ thống tập tin (mà chúng định dạng FAT, HPFS, NTFS ), ổ đĩa quang phổ biến số quốc gia Nhật Bản, Hoa Kỳ… Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 10 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 11 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 15 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 12 Điểm Curie • Chú thích: - Coercivity Hc: độ kháng từ - Saturation magnetization Ms: từ hóa bão hịa - 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 dòng đẳng nhiệt Curie Lúc hình dạng độ dài bit “1” “0” ghi lại diện tích xác định Nếu tốc độ Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 16 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 không 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 0.5 o) 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 mơ tả thay đổi ánh sáng phản xạ từ bề mặt từ tính Hình 13 Một số hạt nhỏ nam châm NdFeB vùng từ tính Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 17 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 hình 14 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 Hình 14 kiểu hiệu ứng Kerr Đĩa quang từ sử dụng hiệu ứng từ quang Kerr đứng hình 15 vector từ hóa (E) tia phản xạ bị lệch góc nhỏ (Ө k)so với ban đầu phụ thuộc vào chiều hạt từ tính (M) mặt phẳng đĩa MO Q 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 Hình 15 Góc lệch tia phản xạ phân cực Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 18 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 16 So sánh mơ hình ghi đĩa Hình 16 mơ hình dạng laser chiếu vào đĩa quay 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 khn mẫu khơng 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 mơ hình dao động Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 19 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 17 Cấu trúc điển hình đĩa MO Chú thích: - Protective coating: lớp phủ ngồi bảo vệ - Dielectric layer: lớp chất điện môi - 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 (hình 17) Nhưng thay thay đổi phản xạ cấu trúc làm nóng, ổ đĩa MO thay đổi thơng lượng từ tính khu vực nhỏ đĩa Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 20 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 18 Đầu đọc laser từ tính Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 21 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 19 Mơ tả rõ hình 16 ● Chú thích: - Collimator: lăng kính hội tụ - Incident Polarization: tia tới phân cực - Polarizing Beam - Splitter: thiết bị tách tia phân cực - Subjec Layer: lớp chất - Magneto Layer: lớp từ - Photodiode: quang ốt Tóm tắt 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 22 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính 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 thơng tin tới máy tính Phần Ưu công 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 23 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 20 Sự chịu đựng góc nghiêng tiếp tuyến Hình 18 cho thấy kết thử nghiệm Biểu đồ hiểm thị biến động tỉ lệ lỗi khối đĩa nghiêng nghiêng lại - phát trở lại đĩa nghiêng +/- 1.5° song song với việc theo dõi, khối lỗi mức độ gần ổn định, miễn khơng phải nghiêng nghiêng lại thời điểm đọc Hình 18 cho thấy việc lấy liệu đĩa nghiêng theo hướng phải bán kính Các kết gần giống với ban đầu nghiêng Những lợi chất lượng ghi liệu đọc mang lại độ tin cậy cao cho sản phẩm loại Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 24 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Hình 21 Nghiêng xun 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 25 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Các đĩa bao gồm lớp sắt từ niêm phong chất lớp từ mạ khơng có vật can thiệp q trình đọc hay ghi liệu Hình 22 Đĩa quang từ Một chu kỳ đòi 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 q 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 công nghệ quang từ đẩy mạnh mùa xuân năm 1997 với mắt Plasmon DW260 Nó sử dụng cơng 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 26 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính kích cỡ Tốc độ ghi đĩa Hi-MD gấp đơi tốc độ Minidisc 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 trị chủ đạo Phần Kết luận Về làm sau nghiên cứu tìm hiểu nhiều tài liệu mạng, sách tham khảo kiến thức thầy truyền đạt 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 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 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 27 Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Phần Tài liệu tham khảo 6.1 Tài liệu tiếng Việt Giáo trình kiến trúc máy tính – th.s Vương Quốc Dũng Google.com (Search, Translate, Images, Docs): tìm kiếm thơng tin, hình ảnh, tài liệu dịch ngôn ngữ vi.wikipedia.org: ổ đĩa MO hauionline.com.vn: hỏi đáp tìm kiếm tài liệu Tailieu.vn: tập lớn kiến trúc máy tính Download.com.vn: download cơng cụ thơng tin liên quan Mediafire.com: download tài liệu 6.2 Tài liệu tiếng Anh www.kps.or.kr: A Numerical Method to Optimize the Structure of a Magneto- Optical Disk ip.com/patapp/EP0459309A2: Magneto optical disk ip.com/patent/EP0751511B: Magneto optical disk www.patentlens.net/patentlens/patent/US_5279877/: Magneto optical disk sony.storagesupport.com/product/194: Magneto optical disk en.wikipedia.org: Magneto-optical drive www.tiscalibrator.com: Magneto optical disk Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 28 Trường ĐH Cơng Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính Mục lục MỞ ĐẦU Lời nói đầu Phần Sơ lược thiết bị lưu trữ liệu 1.1 Đĩa từ tính 1.1.1.Đĩa mềm – floopy disk .3 1.1.2.Đĩa cứng – Hard disk .3 1.1.3.Đĩa floptical .4 1.1.4.Ổ băng ghi lưu 1.1.5.Ổ đĩa tháo ZIP 1.2 Đĩa quang học 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 10 Phần Cấu tạo nguyên lý lưu trữ đĩa quang từ ổ đọc đĩa quang từ .11 3.1 Nguyên lý ghi đĩa MO (Write) .12 3.2 Nguyên lý đọc đĩa MO (Read) .16 Phần Ưu công nghệ tiến đĩa quang từ 23 4.1 Ưu công nghệ đĩa quang từ 23 4.2 Những tiến đĩa quang từ 26 Phần Kết luận 27 Phần Tài liệu tham khảo .28 6.1 Tài liệu tiếng Việt 28 6.2 Tài liệu tiếng Anh 28 Danh mục hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Một loại ổ ZIP .5 Một dĩa CD ~ 450 đĩa mềm ~ 500 sách! Một số hình ảnh đĩa quang từ Đĩa quang từ Đĩa MO 130mm 2.6 GB 10 MO 90mm 640 MB 10 Ổ đọc đĩa quang từ 11 So sánh công suất đĩa quang đĩa quang từ 11 Cấu tạo đĩa MO 13 10 Chu trình ghi (Write Cylce) chu trình đọc (Read Cycle) 14 11 Sơ đồ ghi MO 15 12 Điểm Curie 16 13 Một số hạt nhỏ nam châm NdFeB vùng từ tính 17 14 kiểu hiệu ứng Kerr .18 15 Góc lệch tia phản xạ phân cực 18 16 So sánh mô hình ghi đĩa 19 17 Cấu trúc điển hình đĩa MO 20 18 Đầu đọc laser từ tính 21 19 Mơ tả rõ hình 16 22 20 Sự chịu đựng góc nghiêng tiếp tuyến 24 21 Nghiêng xuyên tâm 25 22 Đĩa quang từ 26 Hồ Văn Quyết – Tin – K 13 29 ... 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. .. 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. .. 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