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!