Mágneses adattárolás Hajlékony- és merevlemez, spinszelepek 2015.04.29.
Section 1 Hajlékonylemez
Szerkezet
Történeti áttekintés 8 inch oppy fejlesztés: 1967 IBM, System/370-hez virtuális memória, frissítések terjesztése read-only megjelenés: 1971 Shugart, 80 kb Memorex 650: 1972, 175 kb, els írható FD
5 1 /4 inch oppy 1976 ötlet, 1978 tömeggyártás: IBM, Apple 110 kb 1978 kétoldalú FDD, 360 kb (korábban manuális fordítás: "ippy disc") MS-DOS támogatás: 1981 v1.0: egyoldalú 160 kb-ig, 1983 v2.0: kétoldalú, 360 kb-ig 3 1 /2 inch oppy 1982 eredeti terv a Sony-tól, Microoppy Industry Committee "szabványosította" 1983-'85: Apple, Atari, Commodore gépekben megjelenik (360 kb) 1988-tól népszer bb lesz az 5 1 /4-esnél 1989 high-density oppy 1,44 MB tárhellyel
Tárterület felépítése track Narancssárga. Index lyuk alapján szektor eleje. sector Kék. 8 inch és 5 1 /4 inch esetén hard-sectoring: minden sector kezdetét lyuk jelzi adats r ség osztályok DD (720 kb): 2 µm vas-oxid (H c 300 OE) HD (1,44 MB): 1,2 µm kobalttal szennyezett vas-oxid (H c 600 OE) ED (2,88 MB): 3,8 µm bárium-ferrit (H c 750 OE), mer leges mágnesezés
Kódolások frekvencia modulálás (FM) uxusváltozás R, nem-változás N bit 1: RR, bit 0: RN clock reverzálással indít minden bit módosított frekvencia modulálás (MFM) felesleges clock reverzálásokat kisz rjük átlagosan dupla bits r ség érhet el FM-hez képest Double Density oppy
Group Code Recording sok egymás utáni csupa 0 vagy 1 bit költséges minden byte két négybites nibble-re bomlik (Group Code) minden 4 bites nibble 5 bitesre kódolódik az alábbi szerint Nibble Code Nibble Code 0000 01010 1000 01001 0001 01011 1001 11001 0010 10010 1010 11010 0011 10011 1011 11011 0100 01110 1100 01101 0101 01111 1101 11101 0110 10110 1110 11110 0111 10111 1111 10101 minden 10 bit max 8 egymás utáni 1-et vagy 2 egymás utáni 0-át tartalmaz
Section 2 Merevlemez
Szerkezet
Történeti áttekintés feltalálás: 1953, IBM, Random Access Storage, dobmemória helyett kereskedelmi forgalomban el ször 1956-ban: IBM 305, 50 db 24 inch-es lemez, 3,75 MB, küls tárhely (szekrény méret), egy fej 1 s elérési id, head gap 800 µinch 1961: IBM 1301: minden lemez felett siklócsapágyas fej elérési id 180 ms, head gap 250 µinch (mosógép méret)
HDD fej, slider, kar 1973: IBM 3340 "Winchester", könny (20 gramm) karok, kicsi slider 18 µinch gap, 5 ms válaszid 1979: IBM 3370, vékonyréteg fej HDD fej pozícionáló
1979: IBM 62PC: els 8 inch-es lemez 1980: Seagate (Shugart) ST-506, els 5 1 /4 inch-es, már PC-be szerlhet HDD 1983: Rodime RO352, els 3.5 inch-es (mai asztali gépek) 1988: Prairie Tek 220, els 2.5 inch-es lemez (laptopokban) HDD lemez szerkezet: szubsztrát: alumínium ötvözet kisebb gap esetén üveg, kompozit, magnézium ötvözetek mágneses réteg: párologtatott (µinch) vas-oxid modernebb vékonyrétegek electroplating, vapor-deposition; vas-platina nanokristály réteg véd réteg: szén méret: kisebb tömeg, nagyobb szilárdság, kisebb fogyasztás, gyorsabb elérés, kevesebb zaj track és szektor felosztás, kódolás: oppy-hoz hasonló
1990: IBM 0681, PRLM dekódolás 1991: IBM 0663, els mágneses ellenállást (MR) használó fej 1992: Seagate Barracuda, els 7200 rpm-es HDD 1996: Seagate Cheetah 4LP, els 10000 rpm-es HDD 1997: Seagate, folyadékdinamikai csapágyazás 2000: Seagate Cheetah X15, els 15000 rpm-es HDD HDD motor szervó: hangtekercs, zárt kör visszacsatolással direkt meghajtás csapágyazás: golyós vagy siklócsapágy nagy teljesítményfelvétel felpörgéskor: jumper
HAMR 1997: IBM 16GP, els óriás mágneses ellenállást (GMR) használó fej 2005: Seagate, alagutazó mágneses ellenállás (TMR) fej Toshiba, els mer leges mágneses adatrögzítés (PMR) 2013 Seagate, zsindelyes mágneses rögzítés (átfed track-ek) Western Digital, h rásegítéses mágneses rögzítés (HAMR) szemcseméret csökkentés H C n (doménfal-mozgás járuléka csökken mágneses keményedés) legyen stabil domén: E ani = KV > k B T méretkorlát (1 Tbit/inch 2 ), nagy H C Lemezre írás nehéz, nincs elég nagy tér az átmágnesezéshez. Lézerrel T C fölé melegítés, majd gyors visszahüléskor kis tér is elég a fázisátmenet utáni állapot beállításához. Nagyobb koercivitású anyagok is használhatók (50 Tbit/inch 2 )
Section 3 Óriás mágneses ellenállás és spinszelepek
Mágneses ellenállás Felfedezés: 1856 Lord Kelvin Jelenség: ferromágneses anyagok ellenállása néhány százalékot változik mágneses térben. Magyarázat: relaxációs id közelítésben (emlékeztet ) B esetben σ zz egyetlen járulék. Véges terekre sorfejtés: σ αβ (B) = A αβ + 1 B B αβ + 1 B 2 C αβ + Onsager relációt σ αβ (B) = σ βα ( B) felhasználva és invertálva: ρ xx, ρ yy 1 B 2 Transzverzális mágneses ellenállás. A párhuzamos taghoz nem elég jó a modell.
Anizotróp mágneses ellenállás Jelenség: áram irányával párhuzamus és arra mer leges térnél 1 2% eltérés R-ben. Magyarázat: Spinfügg szórás miatt spinfügg relaxációs id : ( ) 1 2π τ σσ k = N (E k) k, σ V σσ k σ 2 N (E k ) δ (E k E k ) k V σσ spinfügg kölcsönhatás: küls tér, spin-pálya, szennyez atom. Stoner-Wohlfahrt modell alapján 3d fémekben kétfajta vezetési elektron:,. Ezek alapvet en különböz vezetési tulajdonságúak, N(E F ) különbözik.
Óriás mágneses ellenállás Felfedezés: 1988 Albert Fert, Peter Grünberg (2007 Nobel-díj) Jelenség: mágneses multirétegek (ferromágneses, nem-mágneses fém) esetén akár R/R = 50% is lehet. Kitér : csatolás ferromágneses multirétegek között Kicserél dési kölcsönhatás: dipól-dipól: gyenge, gyors lecsengés direkt kicserél dés: rétegen beleül ferromágneses rend, átfedési integrál miatt csak lokális indirekt kicserél dés: Ruderman-Kittel oszcillációval, törzselektron-vezetési elektron kölcsönhatás spins r ség oszcillációt kelt (1/r 3, λ = π/k F ), távoli spinnel a lokális, helyfügg spins r ség hat kölcsön.
Magyarázat: A rétegvastagságot a Kittel-hullámhosszhoz hangoljuk, küls tér nélkül legyen antiparallel mágnesezettség: Küls térben a rétegek mágnesezettsége párhuzamos:
Az átfolyó áram spinfügg ellenállást tapasztal a ferromágneses rétegben és a határfelületen való szóródáskor. Ezeket jelölje R, R. H = 0 esetben: H 0 esetben:
GMR spinszelep Kitér : csatolás ferromágneses és antiferromágneses réteg között kicserél dési anizotrópia egytengely anizotrópia (easy axis) kicserél dési dupla anizotrópia: FM-AFM kicserél dési kölcsönhatása egyirányú anizotrópia GMR-elven m köd mágneses tér méréshez rögzíteni kell az egyik FM réteg mágnesezettségét. Ezt az FM-AFM határréteg kicserél dési dupla anizotrópiája biztosítja. A mérend mágneses tér így csak a szabad réteget tudja átmágnesezni. Az átmágnesez dés óriás ellenállás-változásban jelentkezik nagyon érzékeny olvasófej.
Köszönöm a gyelmet!