adattÁrolÁs: lÁgy- És merevlemezekszft.elte.hu/~danka/iefa/2017/kovacsm-magntarolas.pdf · •5...
Post on 22-Jan-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ADATTÁROLÁS: LÁGY- ÉS MEREVLEMEZEKKOVÁCS MÁTÉ
2017. 05. 10.
HAJLÉKONYLEMEZ
2
TÖRTÉNETE
8 inch floppy
• Fejlesztés: 1967 IBM
• Megjelenés: 1971, 80kB (Shugart)
• Első írható floppy: Memorex 650, 1972, 175 kB
• Mágnesszalag jóval olcsóbb volt
3
• 5 ¼ inch floppy
• 1976: IBM, Apple 110 kB
• 1978 kétoldalú Floppy, 360 kB
• MS-DOS támogatta
• 1982 Comodore 170 kB
• 1984 IBM 1,2 MB (PC/AT)
• 3,5 inch floppy
• 1982 SONY
• 1983-1985: Apple, Atary, Commodore (360kB)
• 1989 high-density floppy 1,44 MB
• 2000-es évekre átvették helyét 4
FELÉPÍTÉSE
•Mágnesezhető korong
•Szövet törlők
•Borítás
•Zsalu
5
TÁRTERÜLET FELÉPÍTÉSE
•Adattárolás
• Sávok és szektorok
• Írás, olvasás
• léptetőmotor
• Író és olvasófej
• Aktuátor6
TÍPUSAI
•kapacitás szerint
• DD – 2 μm vas-oxid bevonat (720kB)
• HD – 1,2 μm vas-oxid bevonat kobalttal
szennyezve (1,44 MB)
• ED - 3 μm bárium-ferrit bevonat (2,88 MB)
7
AZ ADATHORDOZÓ OLVASÁSA
• Az adat tárolása a domének mégnesezésével
történik
• Olvasáskor a fej tekercse alatt elhaladnak
• Ha két egymást követő domén mágnesezettsége ellentétes
– fluxusváltozás áramot indukál az olvasótekercsben
• A digitálisjelek fluxusváltozássá való átalakítása a
KÓDOLÁS
8
KÓDOLÁSOK
• FM - Frekvencia modulálás
• MFM – Módosított frekvencia modulálás
• GCR – Group Code Recording
9
FM - FREKVENCIA MODULÁLÁS
•Fluxusreverzálás R, ha nincs N
•Bit 1: RR, bit 0: RN
•Reverzálással indul minden bit
10
MFM – MÓDOSÍTOTT FREKVENCIA MODULÁLÁS
•Felesleges reverzálást kiszűri
•Dupla bit sűrűség az FM-hez képest
11
GCR – GROUP CODE RECORDING
• MFM-nél sok egymás utáni 1 vagy 0 „költséges”
• Minden byte 2 négy bites nibble-re bomlik
• Minden 4 bites nibble 5 bitesre kódolódik
• (10 bites struktúra)
• Átlagosan nagyobb bitsűrűség, mint az MFM-nél
• Bonyolult, külön kódoló/dekodoló kell – nem terjed el
12
Nibble 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
GCR Code
01010 01011 10010 10011 01110 01111 10110 10111
Nibble 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
GCR Code
01001 11001 11010 11011 01101 11101 11110 10101
MEREVLEMEZ
13
TÖRTÉNETE
• 1952- IBM fejleszti
• 1955 RAMAC 350 (5 MB, 971 kg)
• 1962 első cserélhető merevlemez (2MB)
• 1979 első 8 inch-es merevlemez
• 1980-as évektől PC-be szerelhető 3,5 inch
14
FELÉPÍTÉSE
• Író-olvasófej és az azt
mozgató kar
• Aktuátor
• Központi orsó, forgató
motor
• Mágnesezhető lemez
• Csatlakozók
• Védőborítás, szűrők 15
HDD ÍRÓ-OLVASÓFEJ
• A fej és lemez között nincs kontakt
• A bit sűrűség a távolság függvénye
• Vékonyréteg fejek
• Fotolitográfiával
• Megfelelően kicsi
• Mozgatása ívpályás lineáris
motorral
• Gyors, precíz
• Finom pozicionálása sliderrel16
HDD LEMEZ
• Szubsztrát: kemény, nem
mágnesezhető (alumínium
vagy üveg-kerámia kompozit)
• Mágneses réteg: 10-20 nm
párologtatott vas-oxid (CVD)
• Általában 3-5 lemez
17
HDD LEMEZ SZERKEZETE
• Sávok
• Szektorok
• Clusterek:
formázáskor
csoportosított
szektorok
• Cilinder18
HDD MOTOR
• Leginkább igénybe vett alkotórész
• Fordulatszám: 5400 RPM – 15 000 RPM
• Késleltetés csökken
• Csapágyazás
• Golyós (hosszú élettartam)
• Siklócsapágy (kisebb rezonancia)
19
MÁGNESES ADATTÁROLÁS
• Irás
• Ferromágneses anyag –Mágnesező fej
• Domének átmágnesezése
• (régen ferrit, ma vékonyréteg)
• Olvasás
• A fej alatt változik a mágneses tér
• Fluxusváltozás
• Feszültség indukálódik
• GMR (később)20
ADATRÖGZÍTÉS FEJLŐDÉSE
• PMR - Merőleges adatrögzítés
• HAMR – Hővel támogatott mágneses rögzítés
• GMR – Óriás mágneses ellenállás
21
PMR (PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING)
• 1980-as években floppyk (nem terjedt el)
• 2000-es évektől HDD
• Az adatbitek mágneses orientációja merőleges a
hordozóra
• Kisebb távolság - nagyobb bitsűrűség
22
PMR (PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING)
ELŐNY
• Az adatbitek mágneses
orientációja merőleges
a hordozóra
• Kisebb távolság -
nagyobb bitsűrűség
(dupla kapacitás)
KIHÍVÁS
• Bitek túl közel kerültek
• Szuperparamágneses
effektus
• Pontosabb mechanika
• Fej távolság csökkentése
• Nagyobb koercitivitás 23
24
HAMR (HEAT-ASSISTED MAGNETIC RECORDING)
• Nagyobb koercitivitású anyag
• Biztonságosabb irás
• Nagyobb adatsűrűség
• Nagyobb mágneses tér (nem lehet)
• A mágnesezhető anyag melegítése
• Kisebb mágneses tér elegendő
25
MÁGNESES ELLENÁLLÁS (MR)
• Ferromágneses anyag ellenállása függ a mágneses tértől
• Néhány százalék változás
�� ��� � ��
��
• Az ellenállás a mágnesezettség és az áram irányától
való függést mutat – Anizotrop mágneses ellenállás
• 1-2 % eltérés
26
GMR - ÓRIÁS MÁGNESES ELLENÁLLÁS
• 1970-es évek vége: molekulasugaras epitaxia
• Nanométeres multiréteg növesztés kevés hibával
• Fizikai tulajdonság változás
• Mágneses multirétegek (FM-NM-FM) esetén akár 50%
ΔR / R
• 1988 Albert Fert, Peter Grünberg (2007 Nobel díj)
27
GMR JELENSÉG MAGYARÁZATA
• Két áram modell
• Vezetésért felelős
elektronoknak 2 spin
állapota van (↑↓)
• Az elektronok szóródnak
a mágnesezettség relatív
irányától függően
• Antiparalell esetben az
ellenállás nagyobb 28
GMR SPINSZELEPEK ÉS HDD OLVASÓFEJ
• Átmágneseződést kell detektálni
• Rögzített mágnesezettségű FR referencia réteg
• Szabadon mágnesezhető FR mérőréteg
• HDD mágnesezettség változás detektálása → Az
ellenállás változás detektálása
• A bitsűrűségnek a rögzítés szab csak határt
29
HDD JÖVŐJE
• Jelenleg: 12 TB kapacítás
• Terv: tárterület további
növelése
• SSD veszélyezteti
30
HDD VS SSD
HDD
• Olcsóbb
• Nagyobb kapacitás (még)
• Hosszabb élettartam
SSD
• Nincs mozgó alkatrész
• Kisebb helyigény (akár)
• Lényegesen gyorsabb
• Kisebb fogyasztás
31
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
top related