Mágneses adattárolás:

Átírás

1 Mágneses adattárolás: Mágnesszalag, ferritgyűrű, buborékmemória ÁDÁM PÉTER ANYAGTUDOMÁNY MSC BUDAPEST,

2 Miről is lesz szó? 2

3 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt - Vissza a jövőbe : 3

4 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt Egy kis történelem: ben UNIVAC-I : Az első mágnesszalagos adattárolás ben IBM -726-os tároló rendszer (2.3 MB) - később a IBM-TS1140 (4TB) : IBM-3840-Magnetic Tape Subsystem /ellenálló kivitel/ : IBM-3495-Tape Library Dataserver /komplett rendszer/ : IBM-3590-Magstar Tape Subsystem /12x nagyobb kap. -> 60 GB/ 4

5 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt : IBM-LTO technológia, 100GB /linear-tape open/ : IBM-Virtualization Engine TS : Linear Tape File System /drag & drop techn./ : IBM-TS1140 5

6 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt 6

7 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt LK-4 es magnókazettás egység 7

8 8 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt SLK- kazettás előkészítő és EK-9006-os konverter

9 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt Komplett adatfeldolgozó rendszer 9

10 Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt 10

11 11 Mágneses adatrögzítés alapelve Az adatrögzítés elve: Alap: megfelelő adathordozón remanens mágneses anyagszerkezeti változás Analóg rögzítés: a remanens indukció nagysága ~ a mágneses anyagban rögzítendő jel nagyságával Az olvasás nem jár veszteséggel, de mozgatni kell az adathordozót Digitális rögzítés: bináris tárolás -> kétféle mágnesezettségi szint A rögzíthető maximális amplitúdójú jelet a telítési indukció nagysága határozza meg #1

12 12 Mágneses adatrögzítés alapelve Bináris adattárolás: a remanencia vagy annak változása hordozza az információt MENETSZÁM Az olvasott feszültség: U = N dφ dt Digitális jelrögzítés: FLUXUS Többféle elv, szempontok: elérhető írássűrűség, író/olvasó áramkör bonyolultsága, a rendszer megbízhatósága, író/olvasófej gyárthatósága stb. Nullára visszatérő (RZ) & Alapra visszatérő (RB) elvek #3 -> írófej tekercsbe n-ben folyó áram (~mágnesezettség) vs. Olvasófej tekercsben feszültség

13 Mágneses adatrögzítés alapelve -> viszonylag alacsony jelrögzítési sűrűség: 10 bit / mm Nullára nem visszatérő (NRZ) & Nullára nem visszatérő impulzus (NRZI) #4 -> remanencia változás csak a bináris értékek váltásakor -> az információ meghatározható a vissza olvasott jel polarizációjából -> NRZI-nél az íróáram iránya csak akkor változik, ha 1-et írunk, 0-nál változatlan marad van -> az információ azonosításánál a kapujel szinkronizálására szükség -> elérhető írássűrűség: bit / mm 13

14 Mágneses adatrögzítés alapelve Frekvencia modulált (FM) & Fázis modulált (PM) rögzítési elv #5 -> PM esetében az olvasott fesz. polaritása alapján az információ egyértelműen azonosítható /1-> +, 0-> - /, FM-nél nem -> megbízhatóbb jelolvasás, jelsűrűség: 70 bit / mm Analóg rögzítésnél a régi inf. törölni kell, ha újra akarunk írni, digitálisnál nem, kivéve RZ Írás-olvasás, így az olvasás-törlés-írás egy fejjel is lehet, de zajcsökkentés, megbízhatóság -> 2/3 fejesek /2: törlő+író-olvasó/ Legelterjedtebbek: több fej-több csatorna /ált 7-9/ 14

15 Mágneses adatrögzítés alapelve Író-olvasó fej: Megfelelő elektromos és mechanikai paraméterekkel rendelkező tekercsvasmag ( ferrit vagy ötvözet(e) ) #6 Legelterjedtebb a hosszirányú rögzítés -> nagy felbontóképesség és jelsűrűség, kis pályaszélesség /magnó/: ez a felbontóképességet nem bef. Vasmag: Ni-Fe ötvözet(permaolly)-> nagy írássűrűség: Ni/Mn-ferrit Lemezek vastagsága: μm Betét: fém (Be, bronz, Cu, Al és ötvözeteik), műanyag, üveg, csillám -> légrés, tulajdonságok! 15

16 16 Mágneses adatrögzítés alapelve Megfelelő árnyékolás: egyéb zavaró mág. terek ellen -> motor, trafó stb. #7 A fejben ébredő fesz. függ a fluxus vált. sebességétől #8 -> a feszültséget a résben ébredő fluxus változás okozza -> ha a légrés szélesség = a jel hullámhosszával, akkor A = 0 #9 Maximális frekvencia: f max = v felület /l légrés -> a felhasználásra kerülő frekvenciahatár < fmax Olvasott feszültség értékek: résszélesség / hullámhossz #10 A két olvasófej közötti távolsággal csökken az amplitúdó #11

17 Mágnesszalagos tárak Változatos, többirányú kommunikációs -> több funkciójú tárolás #12 Csatorna: adattovábbítás, ellenőrzés, vezérlőjelek, utasítások generálása továbbítása -> egy csat.-hoz több kontroller -> egy kontr.-hez több MSZ(1-16) MSZ: kétirányú szalagmozgatás, írás-olvasás, jelek erősítése, formálás -> Szalagmozgató mechanizmus egy kritikus pont: -> szorítógörgős (pl.: magnók) -> vákuumgörgős 17

18 18 Adattárolás mágnesszalagon Információ tárolás tömbökben -> rekordok (min-max között változó információ mennyiség/szó.) változó hosszúságú rekordok Rekordok azonosítás: 1, rekordpozíció alapján, 2, rekordcím alapján Mágnesszalag elején és végén BOT-EOT markerek #13 Adattárolási fogalmak: karakter, nyom, rekord, fájl, karakterparitás, ellenőrzőkarakter #14 Információ elhelyezés bináris kódolással #15

19 A mágnesszalag felépítése Ált.: mágnesezhető réteg hajlékony műanyag fólián, mely anyaga: acetilcellulóz, PÉ, PE, PVC -> de Scotch 3M: Mylar alapanyag DuPont PVC-je (régen) A mágnesezhető anyagot nem mágnesezhető hordózó anyagba diszpergálva viszik fel (műgyanta) Szalag felületének hiszterézis göbéje eltér Legtöbbször a szalagnak kitüntetett mágneses iránya van -> négyszögletesebb hiszetrézis görbe, kisebb lemágneseződés #16 Optimális: irányított mágnesezettség, nagy rétegvastagság, nagy térfogat kitöltésű mágneses réteg 19

20 A mágnesszalag felépítése 20

21 Mágnesszalag mozgató egységek 21

22 Mágnesszalag vezérlő egységek 22

23 Mágnesszalag vezérlő egységek 23

24 A jövő 24

25 Ferritgyűrűs adattárolás 25

26 Ferritgyűrűs adattárolás Történelem: Alapkoncepció: valamit lehetne kezdeni a mág. hiszterézis görbével 1947: elektromos relékből felépülő áramkörök 1940: mágneses magok számítógépes memóriaként -> Jay Forrest 1953: Harvard-> Forgószél : 32x32x16 bit-es core-memory Siker: előnyök -> 1, nagyobb megbízhatóság 2, rövidebb elérési idő (9 ms), míg a csöves 25 ms #17 Szabadalmi viták->->-> előnyös RAM-ként való használata (V200-as) 26

27 Ferritgyűrűs adattárolás Működésének fizikai alapja: Magas mágneses remanencia és alacsony koercitivitás Kikapcsoláskor/áramtalanításakor megmarad az információ! Mágnesezhető kerámiagyűrű polaritása hordozza az információt Ferromágneses anyag felmágnesezése, ellenkező irányú árammal átmágnesezés #18 Írás: Az írás/olvasás 1 db vezetékkel is megoldható > de bonyolult több bit esetén: mátrixos elrendezés #19 27

28 28 Ferritgyűrűs adattárolás Mágnesezhető gyűrűk-> függőleges és vízszintes vezetővonalak vagy 3D-ben 3 vezető Írás/olvasás a vezetők metszéspontjában 1 bit írásához elegendő áram fele /2D-ben/ folyik 1 vezetékben! így nem gerjesztünk túl másik gyűrűt #20 Olvasás: Vizsgáló ruti: újbóli írási kísérletre változik e a tároló cella állapota, azaz az olvasó vezetéken jelentkezik e indukált feszültség A cella állapota felülíródik -> a rutinnak vissza kell állítani az eredeti állapotot

29 Ferritgyűrűs adattárolás Kialakítás fejlesztése: Rezgéscsillapító: gyanta, lakk, gél lakk 1 négyzetmilliméteren 1 gyűrű -> akkoriban nagy adatsűrűség Általánosan: 16x16-os és 32x32-es kialakítás Olvasóvonal nélkül: 8x32, 16x64, 16x128 Core-rope-memory (ROM) -> Apolló-program 29

30 Buborékmemóriás adattárolás 30

31 Buborékmemóriás adattárolás Történelem: 1962 Bell Laboratory / Adrew Bobeck 1980-as évek eleje új techn. melynek memória sebessége összehasonlítható a merevlemezekével, de telj. ~ a ferritgyűrűjével Félvezető memóriák térhódítása -> rendkívül gyors fejlődés Főleg ott használták, ahol előnyös volt, hogy nem volt mozgó alkatrész, de -> -> -> később flash memória, illetve félvezető memória és a merevlemez visszaszorította A 80 évek végére teljesen visszaszorult 31

32 Buborékmemóriás adattárolás Működésének alapja Paul Charles Michaelis -> mágneses vékonyrétegek /mágneses domének ortogonális irányítottsága/ Anizotropikus mágneses filmek -> mágneses impulzusok -> ortog. terj. Kifelé és befele mutatnak a momentumok -> domén labirintus #20 A terjedés függ a mágnes keménységétől -> izotropikus mág. film Bobeck: mágneses teret kapcsolunk -> a domének szűkülnek egészen kis hengeres (szemből buborék) méretűvé #21 32

33 Buborékmemóriás adattárolás Működésének alapja 5 stabil kísérleti eredmény melyen a működésük alapul: -> egyfalú permaolly filmekben kontr. 2D-s domén mozgás -> továbbfejlesztés orto-ferrit rétegre -> stabil hengeres domén előállítása -> terület hozzáférési üzemmód -> növekedés indukált egytengelyű anizotrópia gránát rendszerben /végül ez lett a végső megoldás/ #22 33

34 Hogyan is működik? Buborékmemóriás adattárolás 34

35 35

36 IBM-3495-Tape Library 36

37 IBM-3590-Magstar 37

38 38

39 IBM-3840-Magnetic Tape Subsystem 39

40 Mágneses telítési görbe #2 40

41 Indukált 41

42 Return to zero & Return to 42

43 Non return to zero& Non return to zero 43

44 Phase modulation & Frequency 44

45 Hossz és keresztirányú 45

46 Hossz irányú és több fejből álló 46

47 Fluxus változása és a jel 47

48 A = 0 48

49 Maximális 49

50 Amplitúdó A veszt. = 55 Δd λ Ha írás-olvasáskor a távolság azonos, akkor a veszt. 2x-es 50

51 Mágnesszalagos 51

52 Mágnesszalag 52

53 Mágnesszalag - információ 53

54 Mágnesszalag - bináris 54

55 Mágnesszalag 55

56 56

57 57

58 Ferritgyűrűs memória-mátrixos 58

59 Ferritgyűrűs memória - 59

60 60

61 61

62 62 Grànàt szerkezetű Y3Ga5O12 egykristàlyra szintén grànàt szerkezetű Gd3Ga5O12 növesztenek epitaxiàlisan