Bài giảng Ứng dụng công nghệ máy tính

Ứng dụng  công nghệ máy tính 
Nội dung 
LỊCH SỬ LƯU TRỮ THÔNG TIN TỪ 
Ổ CỨNG MÁY TÍNH (HDD) 
Nguyên lý hoạt động 
Đầu đọc/ghi từ (Write/Read head) và triển vọng 
Môi trường ghi từ (Magnetic recording media) và triển vọng 
BỘ NHỚ TỪ MRAM (Magnetic Ramdom Access Memories): 
Nguyên lý hoạt động 
Các loại MRAM 
Triển vọng 
Telegraphone 1898 
Lịch sử 
Các công nghệ lưu trữ thông tin 
Điện tín 
Băng từ (video, cassette) 
Historical trends 	 	 Image from IBM presentation 
DATA STORAGE ACHITECTURE 
Historical trends 	 	 Image from IBM presentation 
DATA STORAGE ACHITECTURE 
Where it all began RAMAC (1956) 
• weigh 2140 pounds 
• 
• Stored a total of 5 MB of data in 50 24” disks 
• Areal density = 2kb/in2 
• Data rate = 70 kb/sec. 
It leased for $35,000 a year. 
First HARD DISK DRIVER 
HARD DISK DRIVER EVOLUTION(su Ptrien) 
Flat disks (platters) 
Phủ trên cả 2 mặt với các cấu trúc từ để lưu giữ thông tin 
Thông tin được ghi trên Tracks (rãnh) là (các vòng tròn đồng tâm). Mỗi track có nhiều sectors(vùng) lưu giữ 512 bytes thông tin 
Quay ở tốc độ cao 
Writie /read head 
Record data onto the disk 
Read out data from disk 
Each platter has two heads (on the top and on the bottom ) 
HDD COMMON PRINCIPLE 
HARD DISK DRIVER - Write-Read Heads 
Write head : Khối hình C nhỏ- chế tạo bằng vật liệu có độ từ hóa cao ( ferrite ) và được quấn trong một cuộn dây Chuyển đổi tín hiệu xung điện thành xung với các bits từ trên đĩa cứng 
Read head : Chuyển đổi các trường tán xạ của các bits thành các xung điện(MR, GMR, TMR,) 
0.3 mm 
Write process 
The drive channel electronics receive data in binary form from the computer and convert them into a current in the head coil . The current in the coil reverses at each 1 and remains the same at each 0. This current interaction with the media results in magnetization of the media, which direction depends on the current direction in the coil. 
HDD – Nguyên lý ghi 
HDD – Nguyên lý đọc 
HDD – Nguyên lý đọc 
HDD – Triển vọng đầu đọc 
HDD – Triển vọng đầu đọc 
HDD – Triển vọng đầu đọc 
HDD: Môi trường ghi từ 
Mật độ thông tin ( kích thước bit) 
Độ ổn định theo thời gian ( độ ổn định nhiệt ) 
 VẬT LIỆU GHI TỪ CẤU TRÚC NANÔ 
Ảnh của các vết thông tin được ghi trên đĩa cứng 
Kích thước và hình dạng của các hạt không đồng đều  Phân bố từ độ của các hạt ở gần vùng chuyển tiếp là một đường có cấu trúc zigzag do tương tác giữa các hạt để giảm trường khủ từ  không xác định  sinh ra nhiễu (N) 
Khắc phục – loại trừ nhiễu : hạt có cấu trúc nhỏ và đồng đều , tương tác yếu  Khi các hạt nhỏ (~nm) và đều thì thể tích của các bít thông tin cũng đồng đều nhất 
Cấu trúc zigzag vùng chuyển tiếp 
Tăng mật độ thông tin: giảm kích thước hạt 
HDD: Môi trường ghi từ 
HDD: Magnetic Recording Media 
 VẬT LIỆU GHI TỪ CẤU TRÚC NANÔ 
Giới hạn kích thước hạt : 
Kích thước d càng nhỏ  số hạt /bit thông tin (N) lớn  tỉ số tín hiệu/nhiễu lớn (SNR = N 1/2 )  
d nhỏ  kích thước bit thông tin nhỏ : V bit = N.V hạt  mật độ thông tin lớn  dung lượng bộ nhớ lớn  
Giới hạn siêu thuận từ : Nếu d quá nhỏ  hạt siêu thuận từ  độ từ dư biến mất  
Điều kiện : 
K . V hạt / k B T 25 
Để có V hạt nhỏ thì dị hướng K phải lớn để thông tin có thể ổn định nhiệt 
Mật độ thông tin chỉ tăng đến một giới hạn nhất định !!! 
HDD: Magnetic Recording Media 
AFC media 
HDD: Recording media - Advance coming 
HARD DISK DRIVERS: Advance coming 
In longitudinal recording the demagnetizing fields between adjacent bits tends to separate bits making the transition parameter F large. 
Perpendicular recording bits do not face each other and can the written with higher density. 
At the same a real density perpendicular recording medium can be thicker (in comparison to longitudinal) and the problem of superparamagnetism can be delayed. 
Narrow write gap is formed between P2 and soft magnetic under layers which close the flux return to the much wider P1 pole piece. 
HDD: Recording media - Advance coming 
HDD: Recording media - Advance coming 
HDD: Recording media - Advance coming 
Patterned media 
 > Tbit/in 2 
PM disk fabrication 
a) electron beam lithography fabrication of master stamper 
b) RIE transfer of the pattern from developed e-beam resist to the surface of the mold 
c) a UV-cured nanoimprinting lithography step in which nanoimprinted resist replica pattern, complementary to master mold is formed 
d) RIE pattern transfer form the resist replica to the disk substrate 
e) blanket sputter deposition of magnetic media to the patterned PM disk substrate. 
HDD: Recording media - Advance coming 
HARD DISK DRIVERS: Advance coming 
Recording media: 
Thermally assisted recording 
Vertical recording 
Patterned media 
Different read heads: 
CPP GMR heads 
CPP magnetic tunnel junction heads 
CMR, EMR 
Different technology altogether: 
MRAM 
Millipede 
Holographic storage 
Magnetic Ramdom Access Memories ( MRAM)Bộ nhớ không tự xóa 
Một số ưu điểm 
Không tự xóa (non-volatile) 
Duy trì thông tin tốt 
Số lần ghi đọc thông tin cao, thế hiệu thấp 
Các bộ nhớ bán dẫn thông thường như RAM(động) (DRAM), RAM(Tĩnh)-SRAM là những bộ nhớ sẽ bị xóa hết thông tin khi tắt nguồn nuôi Bộ nhớ tự xóa các bộ nhớ này phải sử dụng tụ điện và nguồn nuôi để lưu trữ thông tin; 
Các bộ nhớ MRAM không cần nguồn nuôi khi lưu giữ thông tin 
First Magnetic Ramdom Access Memories (MRAM) 
CORE MEMORY 
Writing process 
Two current pulses pass throught two wires corresponding to the bit’s address generating magnetic fields strong enough to flip the bead. Only the addressed bead would be threaded by both currents. 
Reading process 
Programming pulses send down the two address lines, in a sense to program a 1 into the bead. 
- For “1” state, nothing would happen and the computer would know the bead already carried a 1. 
- For “0” state, the current pulses give a change from 0 to 1  generate an induced voltage, which the computer senses. 
Co wire 
Hard magnetic ferrite 
150 mil inside diameter, 240 mil outside, 45 mil high 
MRAM 
MRAM is a non-volatile computer memory technology, which has been under development since the 1990s on the basic of spintronics 
MRAM data is stored by two opposite directions of the magnetization vector in a small magnetic nanostructure 
MRAM chip consist of millions of memory cells