Bài giảng Ứng dụng công nghệ máy tính

Ứng dụng công nghệ máy tính Nội dung LỊCH SỬ LƯU TRỮ THÔNG TIN TỪ Ổ CỨNG MÁY TÍNH (HDD) Nguyên lý hoạt động Đầu đọc/ghi từ (Write/Read head) và triển vọng Môi trường ghi từ (Magnetic recording media) và triển vọng BỘ NHỚ TỪ MRAM (Magnetic Ramdom Access Memories): Nguyên lý hoạt động Các loại MRAM Triển vọng Telegraphone 1898 Lịch sử Các công nghệ lưu trữ thông tin Điện tín Băng từ (video, cassette) … Historical trends Image from IBM presentation DATA STORAGE ACHITECTURE Historical trends Image from IBM presentation DATA STORAGE ACHITECTURE Where it all began RAMAC (1956) • weigh 2140 pounds • • Stored a total of 5 MB of data in 50 24” disks • Areal density = 2kb/in2 • Data rate = 70 kb/sec. It leased for $35,000 a year. First HARD DISK DRIVER HARD DISK DRIVER EVOLUTION(su Ptrien) Flat disks (platters) Phủ trên cả 2 mặt với các cấu trúc từ để lưu giữ thông tin Thông tin được ghi trên Tracks (rãnh) là (các vòng tròn đồng tâm). Mỗi track có nhiều sectors(vùng) lưu giữ 512 bytes thông tin Quay ở tốc độ cao Writie/read head Record data onto the disk Read out data from disk Each platter has two heads (on the top and on the bottom) HDD COMMON PRINCIPLE HARD DISK DRIVER - Write-Read Heads Write head: Khối hình C nhỏ- chế tạo bằng vật liệu có độ từ hóa cao (ferrite) và được quấn trong một cuộn dây Chuyển đổi tín hiệu xung điện thành xung với các bits từ trên đĩa cứng Read head: Chuyển đổi các trường tán xạ của các bits thành các xung điện(MR, GMR, TMR,…) 0.3 mm Write process The drive channel electronics receive data in binary form from the computer and convert them into a current in the head coil. The current in the coil reverses at each 1 and remains the same at each 0.This current interaction with the media results in magnetization of the media, which direction depends on the current direction in the coil. HDD – Nguyên lý ghi HDD – Nguyên lý đọc HDD – Nguyên lý đọc HDD – Triển vọng đầu đọc HDD – Triển vọng đầu đọc HDD – Triển vọng đầu đọc HDD: Môi trường ghi từ Mật độ thông tin (kích thước bit) Độ ổn định theo thời gian (độ ổn định nhiệt) VẬT LIỆU GHI TỪ CẤU TRÚC NANÔ Ảnh của các vết thông tin được ghi trên đĩa cứng Kích thước và hình dạng của các hạt không đồng đều  Phân bố từ độ của các hạt ở gần vùng chuyển tiếp là một đường có cấu trúc zigzag do tương tác giữa các hạt để giảm trường khủ từ  không xác định  sinh ra nhiễu (N) Khắc phục – loại trừ nhiễu: hạt có cấu trúc nhỏ và đồng đều, tương tác yếu  Khi các hạt nhỏ (~nm) và đều thì thể tích của các bít thông tin cũng đồng đều nhất Cấu trúc zigzag vùng chuyển tiếp Tăng mật độ thông tin: giảm kích thước hạt HDD: Môi trường ghi từ HDD: Magnetic Recording Media VẬT LIỆU GHI TỪ CẤU TRÚC NANÔ Giới hạn kích thước hạt: Kích thước d càng nhỏ  số hạt/bit thông tin (N) lớn  tỉ số tín hiệu/nhiễu lớn (SNR = N1/2)  d nhỏ  kích thước bit thông tin nhỏ: Vbit = N.Vhạt  mật độ thông tin lớn  dung lượng bộ nhớ lớn  Giới hạn siêu thuận từ: Nếu d quá nhỏ  hạt siêu thuận từ  độ từ dư biến mất  Điều kiện: K.Vhạt/kBT  25 Để có Vhạt nhỏ thì dị hướng K phải lớn để thông tin có thể ổn định nhiệt Mật độ thông tin chỉ tăng đến một giới hạn nhất định!!! HDD: Magnetic Recording Media AFC media HDD: Recording media - Advance coming HARD DISK DRIVERS: Advance coming In longitudinal recording the demagnetizing fields between adjacent bits tends to separate bits making the transition parameter F large. Perpendicular recording bits do not face each other and can the written with higher density. At the same a real density perpendicular recording medium can be thicker (in comparison to longitudinal) and the problem of superparamagnetism can be delayed. Narrow write gap is formed between P2 and soft magnetic under layers which close the flux return to the much wider P1 pole piece. HDD: Recording media - Advance coming HDD: Recording media - Advance coming HDD: Recording media - Advance coming Patterned media  > Tbit/in2 PM disk fabrication a) electron beam lithography fabrication of master stamper b) RIE transfer of the pattern from developed e-beam resist to the surface of the mold c) a UV-cured nanoimprinting lithography step in which nanoimprinted resist replica pattern, complementary to master mold is formed d) RIE pattern transfer form the resist replica to the disk substrate e) blanket sputter deposition of magnetic media to the patterned PM disk substrate. HDD: Recording media - Advance coming HARD DISK DRIVERS: Advance coming Recording media: Thermally assisted recording Vertical recording Patterned media Different read heads: CPP GMR heads CPP magnetic tunnel junction heads CMR, EMR… Different technology altogether: MRAM Millipede Holographic storage … Magnetic Ramdom Access Memories (MRAM)Bộ nhớ không tự xóa Một số ưu điểm Không tự xóa (non-volatile) Duy trì thông tin tốt Số lần ghi đọc thông tin cao, thế hiệu thấp… Các bộ nhớ bán dẫn thông thường như RAM(động) (DRAM), RAM(Tĩnh)-SRAM là những bộ nhớ sẽ bị xóa hết thông tin khi tắt nguồn nuôi  Bộ nhớ tự xóa  các bộ nhớ này phải sử dụng tụ điện và nguồn nuôi để lưu trữ thông tin; Các bộ nhớ MRAM không cần nguồn nuôi khi lưu giữ thông tin First Magnetic Ramdom Access Memories (MRAM) CORE MEMORY Writing process Two current pulses pass throught two wires corresponding to the bit’s address generating magnetic fields strong enough to flip the bead. Only the addressed bead would be threaded by both currents. Reading process Programming pulses send down the two address lines, in a sense to program a 1 into the bead. - For “1” state, nothing would happen and the computer would know the bead already carried a 1. - For “0” state, the current pulses give a change from 0 to 1  generate an induced voltage, which the computer senses. Co wire Hard magnetic ferrite 150 mil inside diameter, 240 mil outside, 45 mil high MRAM MRAM is a non-volatile computer memory technology, which has been under development since the 1990s on the basic of spintronics MRAM data is stored by two opposite directions of the magnetization vector in a small magnetic nanostructure MRAM chip consist of millions of memory cells