Mágneses adattárolás:

Mágneses adattárolás: Mágnesszalag, ferritgyűrű, buborékmemória

ÁDÁM PÉTER ANYAGTUDOMÁNY MSC

BUDAPEST, 2015.04.22.

Miről is lesz szó?

2

Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt - „Vissza a jövőbe”:

3

Mágnesszalag- Rég- és közelmúlt

Egy kis történelem: - 1951-ben UNIVAC-I : Az első mágnesszalagos adattárolás - 1952-ben IBM -726-os tároló rendszer (2.3 MB) - később a IBM-TS1140 (4TB) - 1984: IBM-3840-Magnetic Tape Subsystem /ellenálló kivitel/ - 1992: IBM-3495-Tape Library Dataserver /komplett rendszer/ - 1993: IBM-3590-Magstar Tape Subsystem /12x nagyobb kap. -> 60 GB/

4


- 2000: IBM-LTO technológia, 100GB /linear-tape open/ - 2006: IBM-Virtualization Engine TS7700

- 2010: Linear Tape File System /drag & drop techn./ - 2011: IBM-TS1140

5


6


• LK-4 –es magnókazettás egység

7


• SLK- kazettás előkészítő és EK-9006-os konverter

8


• Komplett adatfeldolgozó rendszer

9


10

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

11


• Bináris adattárolás: a remanencia vagy annak változása hordozza az információt MENETSZÁM • Az olvasott feszültség: 𝑈 =

𝑑𝜑 −𝑁 𝑑𝑡

FLUXUS

Digitális jelrögzítés: • 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

12


-> 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: 20-40 bit / mm

13


• 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


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: 20-100 μm • Betét: fém (Be, bronz, Cu, Al és ötvözeteik), műanyag, üveg, csillám -> légrés, tulajdonságok!

15


• 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: 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 𝑣𝑓𝑒𝑙ü𝑙𝑒𝑡 /𝑙𝑙é𝑔𝑟é𝑠 -> a felhasználásra kerülő frekvenciahatár < fmax • Olvasott feszültség értékek: résszélesség / hullámhossz

#10

• A két olvasófej közötti távolsággal csökken az amplitúdó

#11

16

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(116) • MSZ: kétirányú szalagmozgatás, írás-olvasás, jelek erősítése, formálás -> Szalagmozgató mechanizmus egy kritikus pont:

-> szorítógörgős (pl.: magnók) -> vákuumgörgős

17

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

18

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

A mágnesszalag felépítése

20

Mágnesszalag mozgató egységek

21

Mágnesszalag vezérlő egységek

22

Mágnesszalag vezérlő egységek

23

A jövő

24

Ferritgyűrűs adattárolás

25


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


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


• 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

28


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

Buborékmemóriás adattárolás

30


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


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


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

Hogyan is működik…? Buborékmemóriás adattárolás

34

35

IBM-3495-Tape Library Dataserver

@

36

IBM-3590-Magstar Subsystem

@

37

UNIVAC-I

@

38

IBM-3840-Magnetic Tape Subsystem /cartridge/ @

39

Mágneses telítési görbe

#2

40

Indukált jel

@

41

Return to zero & Return to base

@

42

Non return to zero& Non return to zero impulse

@

43

Phase modulation & Frequency modulation

@

44

Hossz és keresztirányú fejrögzítés

@

45

Hossz irányú és több fejből álló blokk

@

46

Fluxus változása és a jel amplitúdó

@

47

A = 0 eset

@

48

Maximális amplitúdók

@

49

Amplitúdó veszteség

𝐴𝑣𝑒𝑠𝑧𝑡. = 55 Δ𝑑 𝜆

Ha írás-olvasáskor a távolság azonos, akkor a veszt. 2x-es

@

50

Mágnesszalagos kommunikáció

@

51

Mágnesszalag felépítése

@

52

Mágnesszalag - információ tárolása

@

53

Mágnesszalag - bináris adattárolás

@

54

Mágnesszalag – mágnesezettség

@

55

Ural-2

@

56

Mágnesezettség

@

57

Ferritgyűrűs memória-mátrixos elrendezés @

58

Ferritgyűrűs memória - alaprajz

@

59

Buborékmemória

@

60

Buborékmemória

@

61

Buborékmemória

@

Grànàt szerkezetű Y3Ga5O12 egykristàlyra szintén grànàt szerkezetű Gd3Ga5O12 növesztenek epitaxiàlisan

62

Mágneses adattárolás:

Recommend Documents