PDF-лекции (1128548), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Такой высокий результат можнодостичь с помощью следующей технологии. На диске на слой ферромагнетика наносится слойантиферромагнетика (вспомним, что принципиальным свойством антиферромагнетика являетсяпротивоположная ориентированность магнитных моментов в соседних ячейках кристаллической решетки).Такое наслоение позволяет получить материал с принципиально другим размером домена. Теперь размербита информации определяется размером кристаллической ячейки (порядка 1 нм), что на три порядкаменьше, чем размер домена в ферромагнетике.Проблемы с головками чтения/записи аналогичны проблемам с магнитной лентой. Во времяэксплуатации винчестера происходит стирание головок, стирание защитного слоя дисков.
Одним из выходовв данной ситуации стала следующая замечательная идея: нагревание диска на очень небольшой площадипрактически до температуры Кюри. Доходить до точки Кюри нельзя, иначе произойдет размагничивание, ноесли нагревать до температуры, близкой к точке Кюри, намагничивание головки будет происходить легче.Вопрос только в физической реализации данной идеи: как производить нагревание? Решение данноговопроса привело к появлению следующего направления в области хранения информации – магнитооптики.Теперь память по физическому устройству так и осталась магнитной, чтение – оптическим, а запись можетбыть и магнитной, и оптической. Речь о магнитооптике пойдет несколько позднее.Размер бита информации был уменьшен с помощью соединения из ферромагнетика иантиферромагнетика, но размер головки чтения/записи остался прежним.
Для преодоления такогонесоответствия используется нелинейность процесса записи. Поле в зазоре головки не везде одинаково изапись происходит там, где поле максимально. Чтение в этом случае основано на магниторезистивномэффекте, который был открыт Капицей. Если заряженная частица движется в магнитном поле, то силаЛоренца будет заставлять ее двигаться по окружности. Это происходит потому, что сила Лоренца направленаперпендикулярно к вектору скорости частицы, кроме того, данная сила не совершает работу. Рассмотримдвижение электрона в ограниченной пластинке из полупроводника с собственной проводимостью, в которомположительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга.
Действие внешнего поля на этупластинку приведет к тому, что один край пластины будет отрицательно заряжен, а другой – положительно.При подключении нагрузки к данной пластине пойдет ток. Если края пластины сделать шероховатыми иприложить электрическое поле к полупроводниковой пластине, то неизбежно произойдет изменениесопротивления. То есть, если тонкую пластину из полупроводника поместить в магнитное поле, то носительзаряда дойдет до края пластины, отдаст часть энергии при столкновении, затормозится, и можно будетзафиксировать изменение сопротивления. Магниторезистивная головка как раз и основана на данномявлении, однако проблемой было малое изменение сопротивления при существовании и отсутствиимагнитного поля. Если магнитное поле присутствует, ток в цепи падает.
Проблема малого изменениясопротивления была решена следующим образом: на полупроводниковую пластину наносился слойдиэлектрика, и изменение сопротивления стало достаточным для того, чтобы точно определить есть лимагнитное поле или нет при полях обычных для типовых винчестеров. Внедрение магниторезистивныхголовок привело к тому, что операции чтения и записи на диск происходят при помощи различных головок:магниторезистивная – для чтения, обычная – для записи.МагнитооптикаДля рассмотрения и описания электромагнитной волны необходимо пройти следующие этапы:1. Уравнения Максвелла и материальные уравненияrr 4π r 1 ∂DrotH =j+c r c ∂tr1 ∂BrotE = −c ∂trdivD = 4πρrdivB = 02.Рассмотрение диэлектрикаr rEr ,H2r1∂ E∆E ( x, y , z, t ) −= 0 – волновое уравнениеc ∂t 23.Исключение переменных4.+ граничные условияРазделение переменных∂2 A+ k 2 A = 0 – уравнение колебаний2∂tЛюбая электромагнитная волна описывается таким образом.Человек способен видеть волны, длины которых находятся в диапазоне от 400 нм до 700 нм.
Данныйдиапазон характерен тем, что в нем легко идентифицируются различные тела по спектру излученияиспускания, поскольку частоты электронных переходов лежат в данном диапазоне. Именно в этом диапазонеи запускаются те устройства, которые используются далее в оптике. В частности, лазер.В современных ЭВМ используются полупроводниковый лазер. Очень важным и полезным свойствомлазера является возможность жесткой фокусировки.
Сфокусироваться в точку тем не менее нельзя, так каксуществует явление дифракционной расходимости, и поэтому изображением точки будет пятно. Предельныйразмер пятна или фокусировки определяется фокусным расстоянием используемой линзы и угловойрасходимостью пучка. Таким образом, степень расходимости зависит от длины волны излучения пучка.Диаметр получаемого пятна не может быть меньше длины волны излучения. Как меняется интенсивностьпучка в зависимости от расстояния, то есть от координаты по оси? Энергия пучка должна быть ограничена.Например, Гауссовский пучок – это пучок, поле которого распределено по законуE = E0e−x22a2.Если вернуться к разговору о памяти, то размер фокусировки должен быть порядка размера домена.Конечно, говорить о подобной локализации в случае магнитной головки не приходится, поэтому выигрышмагнитооптических устройств велик.
Для записи используется магнитная головка, поле которой нелокализовано, и локализация бита происходит с помощью света (лазерного излучения). Вмагнитооптических устройствах при записи происходит нагревание участка поверхности, котораяизготовлена из материала, являющегося плохим проводником тепла (как правило, пластик). Такимобразом, запись происходит только на том участке, где произошло нагревание. При чтении послепрохождения поляризованного излучения через намагниченный бит, меняется состояние поляризации.Дальнейшее развитие магнитооптических устройств возможно только в сторону уменьшения длиныволны излучения. Но уменьшение может происходить только до некоторого предела, так как существуетграница для длины волны, после которой излучение становится опасным для здоровья человека.Помимо магнитных и магнитооптических способов хранения информации существует и чисто оптическийспособ.
Оптическая память основана на принципе теплового действия. Любой диск организованследующим образом: это пластина, на которую наносится специальный слой (свой для каждого типадиска) и, наконец, защитный слой.Оптическая запись возможна с помощью локального нагревания участка металлического слоя ипрожигания в нем физической «дырки». Кроме того, используется и другой способ оптической памяти.Нагретый металл нагревал пластик (нижнюю часть защитного слоя), и в пластике происходилообразование пузырьков.
При попадании пучка на пузырек происходит его рассеяние. Запись можетпроисходить и благодаря изменению фазового состояния (аморфное или поликристаллическое) веществапри нагревании. Поликристаллическое вещество имеет большой коэффициент отражения, а аморфныйматериал слабо отражает излучение.Кроме перечисленных способов записи существовал и еще один, так называемый граммофонный принципзаписи. Основу диска или пластинки составлял отштампованный слой, состоящий из впадин и выступов.На него наносился слой металла и затем защитный слой, который выравнивал поверхность диска.Если испускаемый лазерный пучок сфокусировался на выступ, то он зеркально отразится от поверхностивыступа. То же самое произойдет и в том случае, если пучок сфокусируется на поверхности впадины.Если же фокусировка происходит на переходе (на ступеньке), то часть отраженного пучка будет иметьодну фазу, а другая – другую. Благодаря интерференции эти частей отклик будет малым.
Поэтому битинформации, соответствующий логической единице, кодируется впадиной или выступом, а ступенькакодирует логический нуль. (В реальных устройствах кодировка устроены несколько сложнее).Рассмотрим устройства и принципы записи дисков (CD-Writer). Как уже говорилось, существует трипринципа записи:1. Выжигание металла2. Нагрев металла до температуры кипения пластика с образованием пузырьков3. Изменение фазового состояния вещества (быстрый и медленный нагревы)По мере совершенствования технологии создания CD и приводов возникла потребность в увеличенииемкости оптических носителей информации. Вскоре был предложен новый стандарт записи данных наDVD-диск (Digital Versatile Disk). Главными отличиями от прошлых стандартов стала цифровая запись иповышенная емкость.
Кроме того, впервые диск стал двухслойным.Сейчас существуют уже и восьмислойные DVD-диски. Рассмотрим принцип работы двухслойного диска.Когда лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном дальше открая диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой (итак как там он захватывает одновременно много логических нулей и единиц, из-за большого диаметравдали от фокуса, то, в среднем это никак не влияет на считываемую информацию).
Если же необходимосчитать биты из второго слоя, то меняется фокусировка луча лазера. DVD-диски могут быть идвусторонними; существуют приводы с одной считывающей системой (в этом случае двусторонний дискприходится переворачивать вручную) и с двумя независимыми считывающими системами.Трехмерная памятьПрименение оптики в устройствах хранения информации позволила отойти от «плоской» записи и уйтивглубь. Даже DVD-диск, имеющий по четыре слоя с каждой стороны, явный тому пример.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
