ADATTÁROLÁS: LÁGY- ÉS MEREVLEMEZEK KOVÁCS 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 Aktuátor 6
TÍPUSAI kapacitás szerint DD 2 μm vas-oxid bevonat (720kB) HD 1,2 μm vas-oxid bevonat kobalttal szennyezve (1,44 MB) ED-3μm 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 CodeRecording 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 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 12
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 sliderrel 16
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 Cilinder 18
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 Antiparalellesetben 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!