Vật lý 2 báo cáo bài tập lớn Đề tài 14 lưu trữ Đĩa quang học, Đĩa từ và Đĩa laser

- Pit: một hồ có dạng lõm trên bê mặt của đĩa quang,có chín loại kích thước khác nhau,từ 833 nm đến 3054 nm.Với kích thước rất nhỏ này,các hiệu ứng triệt tiêu sóng được thê hiện rõ rệt,v

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HÒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG

BK

TP.HCM

VATLY 2

BAO CAO BAI TAP LON

DE TAI 14:

LUU TRU DIA QUANG HOC, DIA TU

VA DIA LASER

Giảng viên hướng dan: Nguyén Minh Chau — L03

Nguyễn Thi Minh Huong (BT) — LO6

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

Thanh phé Hé Chi Minh — 2022

MỤC LỤC

PHÂN MỞ ĐẦU 2c c2 22 E12 2 1g he 2

A DIA QUANG, ĐĨA LASER - G TnT TS TT TT TT TT HT HT HT HH HH HH TH HH HH he 3

I Giới thiệu sơ lược ch nh HH TK HH và 3

1 — Đĩa quang (Optficdl DiSC) Tnhh Tnhh nh KH ng kh Hy 3

|Í LịCh Sử LH HH ng KH TK KT KH 3k VEErt 3 lim Šanäănăagg 4

2 DI MASON oie ccc cece cece cent ee nee Eee Eee EEE ene Sere cen ae naa aaa aa aaaaaaes 4

ƯV:t::ẳẳẳÝiiẳii:34 6

HN TL /ï n6 6a ÒÔÀaẶÚä&4đaa 7

INmte+n 4 8

IV Nguyên lý hoạt động L nnnnnnH TH TT TH KHE KH KH KT Kh 9

C SOSÁNH HH HH HH g2 10

E TAL LIEU THAM KHAO occ cccecccscssscsasescsesescevssecesesessssssecavanesessisseasaeeceseisisasscseecaneess 11

PHAN MO ĐẦU

Đi kèm với sự phát triển các thiết bị cũng như các phần mềm trong lĩnh vực công nghệ thông tin, điện tử là việc lưu trữ thông tin, lưu trữ dữ liệu Các thiết bị, phán mềm càng tiên tiến, hiện đại thì dế liệu /zzu rrz bên trong nó càng lớn 2ø đó việc tìm kiếm một thiết bj dé lew ¿rữ dữ liệu, thông tin là vô cùng cẩn thiết Trong quá khz đã có những nhà bác học, những nhà phát minh

đã chế tạo ra thiết bj để lưu trữ dữ liệu, nôm na người ta gợi nó là "đĩa ghi dit liệu” Và đến tận ngày nay “đĩa” vấn là thiết bị để ưu trữ dữ liệu vừa phố biến, dễ đàng đặc biệt là có thể lưu irữ

dữ liệu với đưng lượng lớn được sử dụng rộng rãi trên thể giới

Về cơ bản lưu trữ đữ liệu dang dia trên máy tính được chia thành hai loại: ghi nhớ đz liệu theo

nguyên lý sứ dựng tz tính và quang học Với nguyên lý tờ tính, chúng gồm các loại đĩa cứng, đĩa

mm Với nguyên lý quang học, đại diện cho chúng là các đĩa CD, DVD và với các chuẩn mới ngày nay Lưu trữ dựa trên từ tính rất thông dựng và xuát hiện trên hầu hét các máy tính với đặc

điểm là dưng lượng lớn, việc ghi dữ liệu thuán tiện Với các đĩa quang học việc ghi dữ liệu khó

khăn hơn, phải thực hiện trên các đĩa quang riêng và ô đĩa quang có tính năng ghi dit liéu

A.ĐĨA QUANG, ĐĨA LASER

| - Giới thiệu sơ lược

1 Dia quang (Optical Disc)

- La thuat ngir ding dé chi chung cac loại đĩa mà dữ liệu được ghi/đọc bằng tia ảnh sáng hội tụ Tùy thuộc vào từng loại đĩa quang (CD,DVD, ), có các khả năng

chứa dữ liệu với dung lượng khác nhau

- Là dạng lưu trữ đữ liệu không mắt dữ liệu khi ngừng cung cấp điện

2 Đĩa laser (Laser Disc)

- La dinh dang video gia dinh va phuong tién lưu trữ đĩa quang thương mại đầu tiên , ban đầu được cáp phép, bán và tiếp thị với tên MCA DiscoVision (còn được gọi đơn giản là "DiscoVision") tại Hoa Kỳ vào năm 1978,

II Lich sw

- Được phát triên vào khoảng cuối thap nién 1960, dia quang dau tién dugc phát minh bởi James Russell

ae

James Russell

- Công nghệ đĩa lade ngày nay sử dụng trên các dia trong suốt được phát minh năm 1958 (băng phát minh năm 1961 và 1969)

David Paul Gregg

Một số khái niệm

- Track: những đường chứa các pit trên bè mặt làm việc của đĩa quang, mỗi track là một vòng tròn Các track là các vòng tròn hở được nói liền nhau theo đường xoắn óc

- Pit: một hồ có dạng lõm trên bê mặt của đĩa quang,có chín loại kích thước khác nhau,từ

833 nm đến 3054 nm.Với kích thước rất nhỏ này,các hiệu ứng triệt tiêu sóng được thê

hiện rõ rệt,và pit được ứng dụng như phân tối của dữ liệu

- Land: vùng bẻ mặt đĩa bằng phẳng, có thẻ phản chiều lại tia sáng đến được ứng dụng như phan sáng của dữ liệu

- Burn hoat động ghi dữ liệu lên đĩa

Cấu tạo và đặc tính kỹ thuật

1 Đĩa quang:

a Cau tao

- Đĩa quang có nhiều loại khác nhau (CD, DVD, ), ghi dữ liệu một mặt đĩa hoặc ghi cả ở hai mặt dĩa, do đó chúng có cầu tạo rất khác nhau

- Một cách chung nhất, đĩa quang có cầu tạo gồm:

+ Lớp nhãn đĩa (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt)

+ Lớp phủ chống xước (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt)

+ Lớp bảo vệ tia tử ngoại

+ Lớp chứa dữ liệu

+ Lớp polycarbonat trong suốt (phía bè mặt làm việc) Đối với loại đĩa quang ghi dữ liệu ở cả hai mặt, các lớp được bó trí đối xứng nhau đề đảm bảo ghi dữ liệu ở cả hai mặt đĩa

b Phan loai

Về dạng thức dữ liệu tồn tại, đĩa quang được chia thành các loại sau:

- Đĩa đã ghi dữ liệu

- Đĩa chưa ghi đữ liệu - Loại ghi một lần (Thường có ký hiệu "R"- Recordable)

- Đĩa chưa ghi dữ liệu - Loại ghi nhiều lần (Thường có ký hiệu "RW"- Read-Write)

Về dạng thức số mặt chứa dữ liệu, đĩa quang có hai dạng sau:

- Đĩa chỉ có một mặt chứa dữ liệu

- Đĩa có cả hai mặt chứa dữ liệu: Dung lượng đĩa hai mặt lớn nhát (tát nhiên) gáp đôi đĩa một mặt

2 Dia laser

a Cau tao

- Đĩa nhựa: Đĩa laser có đường kính khoảng 30cm và được làm băng nhựa

- Lop phủ nhôm: Đĩa được phủ bởi một lớp mỏng nhôm đề phản chiếu ánh sáng laser trở lại đầu đọc

- Lớp phú chứa dữ liệu: Trên mặt phăng của đĩa được phủ một lớp nhựa đặc biệt chứa dữ liệu, được ghi bằng cách sứ dụng một máy ghi laser

- Đầu đọc laser: Đề đọc dữ liệu từ đĩa laser, một đầu đọc laser được Sử

dụng Đầu đọc này bao gém một bộ phát laser và một bộ thu tín hiệu

b Phan loai

- Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu câu kỹ thuật, các phân loại trên

có thê được kết hợp hoặc sử dụng độc lập để xác định loại đĩa laser phù

hợp

- Phô biến nhát là phân loại dựa trên kích cỡ và độ phân giải của đĩa:

« - Standard play (SP): Là loại đĩa laser có kích cỡ 30cm và thời lượng phat tối đa khoảng 60 phút Độ phân giải video của SP là 420 dòng

e - Extended play (EP): Là loại đĩa laser có kích cỡ 30cm và thời lượng phát tối đa khoảng 120 phút Độ phân giải video của EP là 240 dòng

¢ High play (HP): La loai dia laser có kích cỡ 20cm và thời lượng phát tối

đa khoảng 30 phút D6 phân giải video cua HP la 560 dong

« Compact disc video (CDV): La loai dia laser có kích cỡ giống nhu CD thông thường, với đường kính khoảng 12cm và thời lượng phát tối đa khoảng 20 phút Độ phân giải video của CDV là 240 dòng

¢ Karaoke: La loai dia laser danh cho chơi karaoke, có độ phân giải video tương đối thấp

V Nguyên lý hoạt động

- Sử dụng các tính chat quang học đề lưu trữ dữ liệu

- Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn trôn óc từ trong ra ngoài chứa các "hó" thuật ngữ tiếng Anh gọi là "pit" và bề mặt goi la "land", tia laser đọc các pit và land và chuyên sang tín hiệu nhị phan.Cac pit nay được chia làm chín loại, có ký hiệu từ 3 dén †11 13 = 833 nm

.t4=1111 nm 15 =1388 nm 16 =1666 nm .t7 =1944 nm 18 =2221 nm 19 =2499 nm 110 =2777 nm .t11 =3054 nm

Tia sáng khi chiếu vào bẻ mặt đĩa quang neu gap mot pit (phan hé bi laser khac) thi tia sang sé khong phản Xạ ngược lại nguồn phát sáng vì phan sóng giao thoa ở viền pit đã triệt tiêu sự phản lại, còn khi chiếu qua phản land (bè mặt không bị khác) thì tia sáng sẽ phản chiều lại mắt đọc, đường này có dạng 2 tia trùng nhau

Tại ô đĩa quang, trên đường chiều của tia sáng có hệ lăng kính bán mạ đê phản xạ tia sáng truyền ngược lại (khi chiều vào vùng bê mặt) vào một bộ cảm biên đề nhận tín hiệu (là các photodiode) Tín hiệu sau khi nhận được cần phải xử lý rất phức tạp Các phản tứ pit và land kẻ trên không phải đại diện cho các bit nhị phân Các bit nhị phân trong hệ này được tạo nên bởi kênh nhị phân (channel bit) hay là một xung thời gian có độ dài(1/4.321.800 phản của giây) Các kênh nhị phân này quy định khoảng thời gian mà một bịt có ý nghĩa

Cac bịt "0" va "1" được quy định như sau,nếu như tia laser quét vào vùng lang, mỗi kênh nhị phân sẽ bằng một bịt "0" và chia đều vùng land này, khi tia laser chiều vào phản viên, giữa vùng land và một hó pit, kênh nhị phân ở giai đoạn chuyên giao này sẽ bằng bit "1"

Sau đó các kênh nhị phân (thời gian) tiếp tục chia đều hồ pit đó và khoảng thời gian giữa pit đó,tức là khi tia laser quét vẫn ở trong pit dé thi nó chiếm một khoảng thời gian "x" có đơn vị là

1 channel bit, mỗi đơn vị đó có giá trị "0" như khi quét qua land Các dữ liệu nhị phân này không phải là dữ liệu đầu vào có thê đọc được

Tuy nhiên đó chỉ là trên mô hình, đề hệ thong thu và phát hoạt động tốt, người ta khi ghi đĩa phải dùng thuật toán cữn đề giảm thiêu sai sót bang cách thêm các bit nhị phân vào đữ liệu thô thu được trên mô hình chuẩn trước khi ghi các bit vào đĩa

Mô hình nguyên lý đọc dữ liệu ở đĩa quang: Tĩa lade rừ nguồn phát chiếu qua lăng kính đến bẻ mặi đĩa, nếu gặp điềm sáng chúng phan xạ ngược lại và đổi hướng tại lăng kính đến bộ cám biến

Spiegel

Laser Schutziack —

Substrat

|

Ảnh chựp phóng đại bề mặt ghi dữ liệu cúa mội đĩa quang

VI Ưuvà nhược

1 Dia quang

a Uudiem

- Đĩa CD có khả năng lưu trữ âm thanh chất lượng cao

- Đĩa CD có khả năng giải mã nhiều loại âm thanh khác nhau, tạo nên âm thanh đầu ra ở mức cao nhất dành cho người nghe

- Có tính trang trí cao

b Nhuoc diém

- Khả năng lưu trữ không cao

- kha céng kénh néu so sanh véi mét chiéc USB nho gon

- Rat khó đề bảo quản - ‹

- Nhiéu máy tính đời mới còn hồ trợ đầu đọc đĩa CD

6

2 Đĩa laser

a Uudiem

- Có khả năng lưu trữ dữ liệu lớn hơn nhiều so với đĩa CD thông thường, lên đên hàng trăm gøigabyte trên một dia Blu-ray

- Với tốc độ đọc 1,25 MB/giây, đĩa laser cho phép truy cập dữ liệu nhanh

chóng và hiệu quả

- Cung cấp chất lượng âm thanh và hình ảnh tốt hơn so với các định dạng truyền thống khác như VHS, cassette và CD

- Có khả năng tái sử dụng, cho phép bạn ghi đè đữ liệu mới lên đĩa cũ

b Nhuoc diém

- Dễ bị xước và hư hỏng hơn so với đĩa CD thông thường

- Các lỗi đọc và ghi dữ liệu có thé xay ra khi str dung dia laser, dac biét

là với các đĩa tải sử dụng

- Giá thành của đĩa laser và các thiết bị phát đĩa laser như đầu đọc và đầu

ghi cũng kha cao

- Một số thiết bị phát đĩa laser không tương thích với các định dạng đĩa

laser khác nhau, dẫn đến hạn chế trong việc phát lại các đĩa có định dạng

khác nhau

B.ĐĨA TỪ

| - Giới thiệu

- Đĩa từ (platter): Đĩa thường cầu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bé mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu Tuy theo hãng sản xuất mà các đĩa này duoc

sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới Số lượng đĩa có thể nhiều hơn một, phụ thuộc

vào dung lượng va công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau

- Mỗi đĩa từ có thê sử dụng hai mặt, đĩa cứng có thê có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tóc độ với nhau khi hoạt động

Il Cau tao

- Track: Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm thành các track

Track có thẻ được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi

âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt

và chúng là các vòng tròn đỏng tâm chứ không nói tiếp nhau thành dạng xoắn trôn óc như đĩa nhựa Track trên ô đĩa cứng không có định từ khi sản xuát, chúng có thẻ thay đổi vị trí khi dinh dang cap thap 6 dia (low format)

- 8ector: Trên track chia thành những phản nhỏ bằng các đoạn hướng tâm thành các sector Các sector là phản nhỏ cuối cùng được chia ra đề chứa dữ liệu Theo chuân thông thường thì một sector chứa dung lượng 512byte Só sector trên các track là khác nhau từ phân rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, các ô đĩa cứngđều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có só sector/irack bằng nhau

- ©ylinder: Tập hợp các track cùng bán kính ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder Nói một cách chính xác hơn thì: khi dau doc/ghi dau tién lamviéc tai mét track nao thi tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt dia con lai mả các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder

Trên một ô đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mãi mặt

Các bộ phận liên quan:

- Tr„c quay: Trục quay là trục đê gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nói trực tiếp với động

cơ quay đĩa cứng Trục quay có nhiệm vu truyén chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ

- Đầu đọc( ghi: Đầu đọc trong đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên

bè mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu

- Cần di chuyén dau doc/ghi: Can di chuyên đầu đọc/ghi là các thiết bị mà đầu doc/ghi gán vào nó Can có nhiệm vụ di chuyên theo phương song song với các đĩa từ ở một khoảng cách nhát định, dịch chuyên và định vị chính xác đầu đọc tại các vị trí từ mép đĩa đén vùng phía trong của đĩa (phía trục quay)

Cac can di chuyên đầu đọc được di chuyên đồng thời với nhau đo chúng được gắn chung trên một trục quay (dong trục), có nghĩa rằng khi việc đọc/ghi dữ liệu trên bè mặt (rên va dudi néu

là loại hai mặt) ở một vị trí nào thì chúng cũng hoạt độngcùngyị trí tương ứng ở các bè mặt dia

còn lại

Sự di chuyên cần có thẻ thực hiện theo hai phương thức:

+ Sử dụng động cơ bước đề truyền chuyên động

+ Sử dụng cuộn cảm đê di chuyên cân bang lực từ

8

II Phân loại

- Có hai loại chủ yêu là đĩa mềm và đĩa cứng

- Đĩa mềm, có thê hiểu đơn giản là loại đĩa dung lượng thấp, nhỏ gọn thảo lắp dễ dàng, nhiều đĩa ding chung mét 6 đĩa Hiểu như vậy đề có thê phân biệt với đĩa cứng là loại ô đĩa thường lắp hắn bên trong máy, ít được tháo rời, phức tạp, và bản thân nó là thiết bị hoàn chỉnh đọc ghi với dung lượng lớn

IV Nguyên lý hoạt động

Sự hoạt động của đĩa cứng can thực hiện đồng thời hai chuyên động: Chuyên động quay của các

đĩa và chuyên động của các đầu đọc

Sự quay của các đĩa từ được thực hiện nhờ các động cơ gắn cùng trục (với tốc độ rất lớn: từ 3600 rpm cho đên 15.000 rpm) chúng thường được Quay ôn định tại một tốc độ nhật định theo môi loại ô đĩa cứng

Khi đĩa cứng quay đều, cân di chuyên đầu đọc sẽ di chuyên đến các vị trí trên các bê mặt chứa phủ vật liệu từ theo phương bán kính của đĩa Chuyên động này kết hợp với chuyên động quay Của đĩa có thê làm đầu đọc/ghi tới bât ky vị trí nào trên bê mặt đĩa

Tại các vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có các bộ cảm biến với điện trường đề đọc dữ liệu (và tương ứng: phát ra một điện trường đề xoay hướng các hạt từ khi ghi dữ liệu) Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa Việc thực hiện phân bỏ dữ liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiên trên bo mạch của ô đĩa cứng

V UƯuvànhược

1 Uw điểm ;

- Đây là một bộ nhớ chi phi thap

- Dữ liệu có thê được truy cập nhanh chóng và trực tiếp

- Đĩa có khả năng lưu trữ khối lượng đữ liệu không 16

- Đĩa có thê vận chuyên dữ liệu nhanh hơn băng từ

- Khi trái ngược với băng, nó ít bị hỏng dữ liệu hơn

- Đĩa từ có thê được sử dụng đề lưu trữ dữ liệu trực tuyến và ngoại tuyến

- Hệ thống đĩa từ thường có tóc độ truyền dữ liệu nhanh hơn hệ thống bằng từ

2 Nhược điểm

- Đĩa phải được bảo quản trong môi trường sạch sẽ, không bụi ban

- Truy cap tuan ty la không thê với những điều này

- Khi ỗ đĩa hoặc đĩa bị lỗi, tất cả đữ liệu của nó sẽ bị mắt

- Bảo mật thông tin là một sự thách thức

- Không phù hợp với các thiết bị yêu cầu truy cập tuần tự thay vì truy cập trực tiếp hoặc ngẫu nhiên