2.4.4 Технологии чтения-записи
Технологии записи-чтения развивались параллельно с развитием жёстких дисков. Первоначально магнитные головки представляли собой ферромагнитный сердечник с обмоткой. Они имели значительные размеры и не обеспечивали высокого быстро-действия. Головки, основанные на принципе тонкоплёночной индукции (Thin Film
56
Induction – TFI), обеспечивали рост плотности записи до середины 1990-х годов.
В 1991 г. фирма ИБМ разработала магниторезистивную (MR) технологию, поз-волившую увеличить плотность записи. Сущность магниторезистивного эффекта состоит в том, что сопротивление MR-материала (ферроникелевого сплава) зависит от направления внешнего магнитного поля. Как известно, электроны характеризуют-ся своим вектором вращения, спином. Если спин совпадает с направлением магнит-ного поля, электроны реже сталкиваются с атомами, сопротивление их движению мало, если противоположен – то сопротивление материала увеличивается.
Датчик магнитного поля, названный спин-клапаном, содержит две очень тонкие магнитные плёнки, одна из которых намагничена (закреплена), а другая – свобод-ная, ненамагниченная. Ориентация магнитного поля в свободной плёнке определя-ется полем магнитного диска. Плёнки разделены медной прокладкой, через которую электроны могут двигаться между магнитными плёнками (см. рисунок 2.24). Если
магнитные поля двух плёнок ориентированы одинаково, то сопротивление структу-ры мало, если направление полей противоположное, то сопротивление велико.
Спин-клапан применяется для считывания данных с диска, при этом имеет малые размеры, высокую чувствительность к переменному магнитному полю, малый уро-вень шумов и высокое быстродействие. Однако такие устройства чувствительны к загрязнению и подвержены коррозии. Предполагается, что плотность записи может быть увеличена до 3 Гбит/дюйм2.
Технология GMR основана на совместном применении TFI и MR технологий.
Универсальная головка записи/считывания состоит из читающего элемента (сенсора MR/GMR), размещённого между двумя экранами, и индуктивного TFI записываю-щего элемента (см. рисунок 2.25).
Рисунок 2.24 – Читающий MR-элемент
Рисунок 2.25 – Универсальная головка записи/считывания
57
2.4.5 Лазерные диски cd
Лазерные диски CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory) или «компакт диск – память только для чтения» применяются в персональных компьютерах с конца 1990-х годов, обеспечивая скорость считывания до 150 Кбайт/с.
Стандартный компакт-диск CD-ROM диаметром 120 мм (5 дюймов) содержит до 700 Мбайт информации. Он состоит их трёх слоёв: основы из прозрачного поликар-боната, отражающего металлического слоя и защитного слоя.
На основу при изготовлении диска методом штамповки наносится информацион-ный узор, состоящий из микроскопических углублений, питов. Информация считы-вается сфокусированным лучом лазера, направляемым на диск снизу через прозрач-ную основу. При попадании луча на площадку (промежуток между питами), луч практически полностью отражается в фотоприёмник, что соответствует приёму «0». При попадании луча в пит, он рассеивается, в детектор свет практически не попадает и регистрируется «1».
Записываемые CD-R и перезаписываемые CD-RW компакт-диски имеют до-полнительно регистрирующий слой. Наиболее простой и распространённый метод записи – прожигание микроотверстий в тонкой плёнке металла. В месте фокусиров-ки луча плёнка металла (обычно теллура) разогревается до температуры плавления, и в ней образуется сквозное отверстие микронных размеров, метка.
Схема устройства для записи и считывания данных приведена на рисунке 2.26. Луч лазера 1 фокусируется оптической системой, состоящей из полупрозрачного
зеркала 2 и объектива 4 на регистрирующий слой вращающегося диска. При записи лазер оставляет на этом слое метки. Последовательность меток и площадок образует спиральную дорожку на диске. Шаг витков дорожки равен 1,6 мкм.
Обычно применяется инфракрасный полупроводниковый лазер, длина волны ко-торого 0,780 мкм. Мощность его излучения при записи такова, что метка образуется за десятки наносекунд, что позволяет получить высокую скорость записи.
При считывании луч малой мощности не изменяет метки, а по-разному отража-ется от меток и площадок. Отражённый луч с помощью оптической системы направ-ляется в фотоприёмник, в котором он преобразуется в электрические сигналы.
Рисунок 2.26 – Устройство Рисунок 2.27 – Участок диска DVD: а – разрез; б – вид
записи-считывания на CD базовой плоскости; в – сильно увеличенный фрагмент;
диск: 1 – лазер; 2 – полупро- 1 – питы; 2 – пластмассовая основа; 3 – отражающий
зрачное зеркало; 3 – диск; 4 слой; 4 – прозрачный слой; 5 – базовая плоскость
– объектив; 5- фотоприёмник
58
В отличие от жёсткого диска лазерный диск вращается с переменной скоростью, что обеспечивает постоянные линейную скорость и скорость записи и считывании, но увеличивает время доступа к данным.