Unitati de discuri tip hard disk

Cand calculatorul este oprit, continutul memoriei interne, cu unele exceptii, se pierde. Unitatile de discuri rigide (hard disk) ale calculatorului reprezinta o memorie nevolatila, care depoziteaza informatiile "permanent". Discul hard este un mediu de stocare care retine datele de obicei pe cale magnetica, pe discuri rigide (din aluminiu sau sticla), acoperite cu un strat subtire din material magnetic. Scrierea si citirea se fac cu capete magnetice montate pe un subansamblu de pozitionare.

Din cauza cerintelor permanente de crestere a complexitatii aplicatiilor si a cantitatilor de date de prelucrat, capacitatea de stocare a acestor unitati a crescut continuu, rapid. Daca la lansare, calculatorul IBM PC avea o unitate cu capacitatea standard de 10 MB , in prezent capacitatile curente sunt de ordinul GB (gigabytes

Nu numai capacitatea discului hard a crescut, ci au evoluat considerabil si performantele acestuia: timpul de acces, rata de transfer, fiabilitatea.

1.1 Constructia unitatii tip hard disk

Unitatea de discuri hard are ca principale componente:

suportul de date: unul sau mai multe discuri rigide, realizate dintr-un material nemagnetic, acoperit cu un strat subtire magnetizabil;

sistemul de scriere/citire: capete de citire/scriere si circuitele electronice aferente pentru prelucrarea semnalelor;

sistemul de antrenare a discurilor

sistemul de pozitionare a capetelor;

blocul de comanda;

interfata;

carcasa etansa.

Unitatile de discuri se livreaza obisnuit in trei dimensiuni nominale: 5 in, 3.5 in sau 5.25 in, valori care exprima diametrele discurilor.

Carcasa in care se afla discurile este ermetic inchisa, pentru a evita contaminarea discurilor cu particule din aer. Aceasta tehnologie poarta numele de Winchester.

Un exemplu de unitate de discuri este prezentat in figura 1.

Figura Structura unui hard disc

1.1.1 Discurile

Discurile formeaza un pachet, fiind distantate intre ele astfel incat sa permita accesul capetelor de scriere/citire. Ele sunt realizate dintr‑un material care se poate prelucra astfel ca sa rezulte suprafete netede, perfect plane, uzual aliaje din aluminiu sau un amestec de sticla cu material ceramic, si apoi acoperite cu un material care sa permita inregistrarea magnetica a datelor. Tendinta este spre utilizarea suportului de sticla deoarece are proprietati mai bune de stabilitate la incalzire si permite astfel micsorarea dimensiunilor, ceea ce produce cresterea temperaturilor de functionare.

Pentru utilizare, discul magnetic trebuie pregatit prin inscrierea unor informatii care sa ajute la localizarea datelor. Aceasta pregatire poarta numele de formatare. Formatarea realizeaza organizarea spatiului de stocare intr-un ansamblu de "compartimente" de date, fiecare dintre ele putand fi localizat de sistemul de operare, astfel incat datele sa poata fi sortate si regasite. Daca se reformateaza un disc utilizat anterior, eventualele date continute de acesta se pierd.

Cand discul este supus formatarii, el este impartit in piste si sectoare. Pista este secventa circulara de biti scrisa la o rotatie completa a discului. Pistele sunt circulare si concentrice in jurul axei de rotatie, pe fiecare fata a fiecarui disc. Setul de piste dintr-o anumita pozitie radiala se numeste cilindru (figura 2). Largimea unei piste depinde de dimensiunea capului si de acuratetea cu care acesta poate fi pozitionat radial. Actual, discurile au circa 80 - 200 piste pe mm (largimea fiind deci intre 5 . 10 mm). Densitatea liniara a bitilor de-a lungul circumferintei pistei este diferita de cea radiala, fiind determinata de puritatea suprafetei si de calitatea aerului. Discurile actuale ajung la densitati de 5000 . 10000 biti/mm.

Pista este impartita in sectoare de lungime fixa, de exemplu 512 octeti de date fiecare, precedati de un preambul care permite capului sa se sincronizeze inainte de citirea sau scrierea propriu-zisa (figura 3). Dupa zona de date urmeaza un set de caractere pentru detectarea si corectarea erorilor (ECC - Error Correcting Code ). Sectoarele consecutive sunt separate printr-un mic spatiu (gap). Capacitatea discului formatat este cu aproximativ 15 % mai mica decat cea a discului neformatat.

   

Figura Organizarea sectoarelor si a discului

Figura Organizarea unei piste

1.1.2 Sistemul de scriere/citire

Pentru scrierea magnetica a datelor se utilizeaza niste electromagneti speciali, a caror intrefier se inchide prin suprafata magnetica a discurilor. Ansamblul in care este montat electromagnetul poarta numele de cap de scriere. Deoarece, pentru a realiza viteze mari de transfer, discurile trebuie sa se roteasca rapid, electromagnetii de scriere nu au voie sa aiba contact cu suprafetele discurilor. Pentru a nu avea nevoie de curenti prea mari de scriere, distanta dintre capetele de scriere si discuri trebuie sa fie foarte mica, micrometrica. In conditiile in care discurile nu au forma geometrica perfecta (prezinta ondulatii), realizarea distantei se face aerodinamic. Capetele "plutesc" pe discul aflat in miscare. Acest lucru pretinde o forma speciala a capetelor, care sa genereze portanta, si un sistem elastic de suspensie a capului fata de suportul sau (bratul port-capete), care sa permita urmarirea orientarii suprafetei.

Din cauza distantei foarte mici cap-disc si a vitezei relative foarte mari, o particula foarte mica de murdarie poate provoca distrugerea discului - zgarierea acestuia.

Cand discurile nu se mai rotesc (calculatorul este oprit), nu mai exista perna de aer dintre discuri si capete si deci capetele ating suprafata discurilor. Acest lucru este permis pe o zona de disc care nu contine informatii, numita LZ - landing zone. LZ este ca o "parcare" pentru capetele de citire / scriere si are o acoperire speciala. Inainte de oprirea alimentarii motorului de antrenare a discurilor, se comanda retragerea capetelor in aceasta zona.

Pentru depunerea datelor pe discul magnetic este necesara o codificare tehnologica, adica stabilirea corespondentei intre cifrele binare si modul de magnetizare a suprafetei. Nu se utilizeaza corespondenta simpla valoare binara-sens de magnetizare, pentru ca ar rezulta densitati mici si probleme mari la restaurarea informatiilor (citire). De exemplu, in cazul unor siruri lungi de valori identice (ZERO sau UNU), magnetizarea ar fi continua, iar semnalul la citire ar avea frecventa foarte joasa, greu de tratat electronic. Pentru discurile magnetice se utilizeaza metode bazate pe modulatia de frecventa (FM). In forma simpla, FM, fiecare celula de memorie (corespunzatoare unui bit) incepe cu o inversare a starii de magnetizare, iar celulele UNU mai contin o inversare in centrul lor. Densitatea rezultata este prea mica, astfel ca practic se utilizeaza variante imbunatatite. O prima varianta este MFM (Modified FM), in care schimbari ale starii de magnetizare la inceputul unei celule se fac doar daca celula precedenta si cea curenta contin ZERO. Si aceasta varianta a fost modificata, rezultand M²FM, in care schimbari ale starii de magnetizare la inceputul unei celule se fac doar daca celula contine ZERO, iar celula precedenta nu contine schimbare de magnetizare (la inceputul ei sau in centru). Pentru densitatile mari utilizate astazi, s‑au dezvoltat si alte codificari, dar care respecta cerintele de baza:

sa evite componentele de frecvente joase;

sa permita usor refacerea semnalului de sincronizare, necesar decodificarii valorilor celulelor.

Citirea datelor de pe disc se face cu ajutorul unei bobine cu miez si intrefier special, realizat astfel incat liniile de camp magnetic ce corespund datelor de pe disc sa se inchida prin miezul bobinei. Citirea este realizata pe principiul inductiei electromagnetice. Bobina de citire este inglobata in capul magnetic, alaturi de electromagnetul de scriere.

Pentru a reduce procentajul timpilor auxiliari (necesari pozitionarii pe cilindru si pe sector), citirea si scrierea nu se fac la nivel de sector, ci pe blocuri. Un astfel de bloc se numeste cluster si marimea lui depinde de marimea discului si de sistemul de operare. In tabelul 1 sunt indicate valorile recomandate pentru sistemul de fisiere Windows 98 FAT 3

Tabelul 1

Cand soseste comanda de citire a unor date, mai intai este accesat sistemul de operare. Acesta citeste mai intai FAT (File Allocation Table - tabela de alocare a fisierelor) care informeaza sistemul de operare in care sector si pe care pista se gasesc datele cerute. Cu aceste informatii, capul de citire / scriere poate citi datele solicitate.

1.1.3 Sistemul de antrenare a discurilor

Pentru a putea realiza citirea datelor inscrise magnetic, este nevoie de un procedeu dinamic. Este, deci, necesara deplasarea relativa a capetelor magnetice fata de suport (disc). In acest scop, discurile sunt puse in miscare de rotatie cu viteze foarte mari (mii de rotatii pe minut, chiar peste 10000), ceea ce asigura si o viteza de transfer mare. Antrenarea pachetelor de discuri este realizata, de obicei, direct, pachetul fiind montat pe arborele unui motor de curent continuu cu comutatie statica (fara colector), cu infasurarile in stator si magnetii pe rotor.

1.1.4 Sistemul de pozitionare a capetelor

Pentru a avea acces la fiecare cilindru (pista), capetele magnetice trebuie actionate cu ajutorul unui sistem de pozitionare. Unitatile de disc vechi, cu discuri rigide amovibile, utilizau motoare electrodinamice, cu miscare lineara, pe raza discului. Unitatile moderne, capsulate, utilizeaza motoare rotative, de la care miscarea se transmite la ansamblul port-capete prin benzi metalice elastice. Ansamblul capetelor magnetice executa tot o miscare de rotatie, rezultand traiectorii tip arce de cerc pentru capete, lucru care nu deranjeaza in conditiile unor discuri neamovibile.

Utilizand motoare pas cu pas, nu este necesar un sistem de reactie de pozitie, ci doar un senzor pentru pozitia de referinta (motorul fiind dispozitiv incremental).

Pozitionarea exacta pe pista la actionarea cu servomotoare (eventual si in cazul motoarelor pas cu pas) poate fi realizeaza cu ajutorul unor traductoare ce preiau informatii direct de pe pachetul de discuri (de exemplu de pe piste speciale).

Sistemul de pozitionare a capetelor determina, alaturi de cel de antrenare a discurilor, una din principalele performante functionale a unitatilor de disc: timpul de acces.

Timpul de acces este durata intre lansarea unei comenzi de transfer de date si terminarea transferului. El include ca elemente principale timpul de cautare (seek time pentru a ajunge la pista dorita), timpul de rotatie (rotational latency pentru a ajunge la sectorul dorit de pe pista) si timpul de transfer (pentru transferul datelor disc-memorie interna sau invers). Deseori prin timpul de acces se intelege timpul de asteptare, prin neluarea in considerare a timpului de transfer (care depinde de cantitatea de date de transferat) ci doar restul (timpul de pozitionare = timpul de cautare + timpul de rotatie, plus timpi morti), astfel incat timpul de acces sa fie o performanta comparabila.

1.1.5 Unitatea de comanda

Unitatea de comanda (controlerul de disc) este un circuit electronic cu caracter special care comanda si controleaza motoarele si capetele magnetice. Printre sarcinile controlerului se numara acceptarea comenzilor de la aplicatiile software, de tipul READ, WRITE si FORMAT, controlul miscarii bratului port-capete, detectia si corectia erorilor, conversia datelor citite din memorie sub forma de octeti intr-un flux serial de biti si variatiile corespunzatoare de curent in capete pentru scriere si conversia tensiunilor induse in capetele de citire in flux serial de biti si apoi in caractere (paralel), pentru citire.

Pentru a citi un nou set de date, acesta este localizat pe disc. Din aceasta cauza, unitatea de discuri contine, de obicei, intre 64 KB si 1MB de memorie tampon rapida (cache buffer). Aceasta memorie contribuie la cresterea unuia din indicatorii de performanta ai unitatii: rata de transfer a datelor.

Unitatile actuale (1999) de mare performanta au latenta de rotatie mai mica de 3 ms, timpul de cautare sub 7 ms si rata maxima de transfer in jur de 20 MB/s.

1.5 Interfete pentru unitatile de discuri hard

1.5.1 IDE

IDE reprezinta unul dintre primele standarde semnificative, introdus de Western Digital si Compaq in 1986.

Una din cele mai importante inovatii introduse de IDE a fost integrarea functiilor de controler de disc. IDE se conecteaza direct la magistrala sistemului fara a fi necesar un controler separat.

Conectarea directa conduce la reducerea pretului. Acceptarea acestui standard s-a efectuat cu usurinta datorita criteriilor: cost si compatibilitate.

De la implementarea standardului ATA (Advanced Technology Attachment) calculatoarele au suferit importante schimbari. Specificatiile IDE au fost construite astfel incat sa suporte doua discuri hard interne, fiecare cu o capacitate maxima de 528 MB, ceea ce in 1986 reprezenta o limita superioara imaginatiei utilizatorilor de calculatoare. Dar, in decurs de 10 ani, s-au introdus procesoare mai rapide si noi tehnologii de magistrale locale. Acestea, combinate cu sporirea cerintelor software, au dus la limita performantele interfetei IDE.

1.5.2 EIDE

Extensie a Standardului IDE, EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics este un standard de interfata hardware pentru unitatile de disc care au circuitele de control incorporate. Accepta interfete standardizate cu magistrala sistemului si ofera totodata caracteristici avansate, cum ar fi transferul de date in rafale si accesul direct la memorie. EIDE prevede utilizarea unor unitati cu o capacitate de stocare de pana la 8.4 GB. EIDE accepta interfata ATA-2, care permite rate de transfer de pana la 13.3 MB pe secunda (IDE permite maxim 3.3 MB/s) si interfata ATAPI care permite legarea unitatilor de CD-ROM, de discuri optice si de banda magnetica, precum si a mai multor canale. Majoritatea calculatoarelor PC utilizeaza unitati EIDE care sunt mai ieftine decat unitatile SCSI, dar ofera in mare parte aceleasi caracteristici. Sistemul EIDE asigura pe doua canale conectarea a patru dispozitive (figura 4).

Figura Interfata EIDE

Fiecare canal suporta doua dispozitive in configurarea master/slave. In general, portul primar este conectat la magistrala locala (de exemplu PCI) si setat la aceeasi adresa IRQ ca in sistemul standard IDE. Aceasta asigura compatibilitate cu sistemul IDE si previne conflictele ce s-ar putea ivi la operarea cu unele sisteme de operare sau aplicatii care comunica cu dispozitive IDE. Vechiul sistem IDE poate fi setat sa faca fata performantelor ridicate ale noului disc EIDE . Aceasta se poate realiza cu ajutorul unui software aditional.

Specificatia ATAPI (AT Attachment Pack Interface - interfata utilizata de sistemul IBM - PC AT pentru accesul la dispozitivele CD ROM) definita de Western Digital a facut posibila suportarea perifericelor non-disc (de exemplu: unitatea de banda). ATAPI este o extensie a protocolului ATA (Advanced Technology Attachment) definit astfel ca printr-o singura comanda si un singur registru sa poata lucra cu dispozitive periferice.

Pe langa ATAPI, EIDE suporta cateva protocoale de transfer standard, dezvoltate de Comitetul ATA: Programmed Input / Output (PIO) Mode3, PIO Mode4, MultiWord Mode 1 Direct Memory Access (DMA) si MultiWord Mode2 DMA.

EIDE PIO mode3 permite rate de transfer mai mari decat 11,1 MB/s. Aparitia chip-ului Intel Triton cu PIO Mode4 sau DMA Mode2 asigura o rata de transfer mai mare de 16,6 MB/s.

In tabelul 2 sunt prezentate modurile PIO si DMA suportate de sistemele moderne (cu ATA 2).

Tabelul 2

1.5.3 Limitarea spatiului adresabil pe disc

Cand s-a creat primul PC, proiectantii au decis cati biti din sistem vor fi destinati in particular memoriei, incluzand aici si memoria unitatii de disc hard. A fost necesara, de asemenea, stabilirea modului in care se structureaza accesul la aceasta memorie. Initial bitii adresei au fost impartiti pentru diverse locatii: cilindru, cap si sectoare (CHS - Cylinder, Head, Sector

Din pacate, proiectantii sistemului BIOS si ai interfetei ATA nu au setat in aceeasi maniera bitii utilizati pentru adresare si nici nu au definit acelasi numar de biti pentru locatiile: cilindru, cap, sector. Diferentele din configuratiile CHS conduc la o translatie a adreselor cand datele sunt trimise de sistem (la utilizarea sistemului BIOS) si de interfata ATA. Acest gen de probleme au aparut la 528 MB, 4.2 GB si, mai recent, la 8.4 GB.

Multe sisteme PC sunt limitate la accesarea unitatilor cu maxim 8.4 GB. Sistemul BIOS al acestor unitati nu are spatiu de adrese pentru a accesa mai mult de 8.4 GB. Aceasta se intampla deoarece, din pacate, cele mai multe sisteme BIOS utilizeaza 24 biti de adresare care permit accesul doar la 2²⁴ x 512 bytes, adica 8.4 GB (rezulta de fapt 8.6 GB, dar datorita modului de utilizare a bitilor de catre BIOS, doar 8.4 GB pot fi accesati). Cand sistemul citeste sau scrie informatii pe disc, BIOS-ul utilizeaza intrerupere software. Intreruperea principala utilizata pentru a accesa unitatea de disc este de 13h. Acestei intreruperi i‑au fost incredintati 24 biti de adresare care permit sistemului accesarea a 8.4GB de pe unitatea de disc. Interfata curenta ATA utilizeaza 28 biti de adresa, care permit lucrul cu unitati cu 2²⁸ x 512 bytes, adica 137 GB.

Proiectantii sistemului au fost constienti de aceasta limitare si au definit extensiile pentru intreruperea 13. Aceasta permite o adresare pe 64 biti care corespunde la 2⁶⁴ x 512 = sau 9,4 x 10²¹ bytes. Aceasta din urma valoare reprezinta 9,4 GigaTera bytes.

Exista si limitari care afecteaza utilizatorii care nu pot actualiza BIOS-ul. Aceasta se datoreaza unor limitari inerente din cadrul sistemului de operare. Cele mai frecvente sisteme de operare utilizate sunt Windows 3.x si Windows 95/98/NT/2000. Majoritatea versiunilor acestor sisteme de operare suporta doar o partitie (zona logica, adresabila direct) de maxim 2,1 GB. Aceasta inseamna ca unitatile mai mari de 1 GB vor fi partitionate in cateva unitati logice: C, D etc., iar unitatea de 8.4 GB va necesita cel putin patru astfel de unitati logice.

Microsoft Corp. a prevazut ca solutie extensia sistemului de fisiere. Acest spor de biti de adresare in FAT de la 16 biti (FAT16) la 32 biti (FAT32) permite marirea spatiului adreselor unitatilor logice (pana la 2 TB). Aceasta noua extensie a fisierelor sistem este suportata doar de versiunile OSR x ale Windows 95, de Windows 98 si cele ulterioare.

Viitoarea limitare a interfetei ATA este de asteptat sa survina la 137 GB, cand 28 biti de adresa vor ocupa intreaga magistrala de adrese ATA.

1.5.4 Ultra DMA

In a doua jumatate a anului 1997, limita de 16,6 MB/s a EIDE a fost dublata la 33 MB/s de catre noul protocol Ultra DMA (cunoscut dealtfel si ca Ultra ATA sau ATA33). Pe langa cresterea ratei de transfer, Ultra DMA imbunatateste integritatea informatiilor prin utilizarea unei proceduri de detectie a erorilor de transfer tip CRC. Verificarea CRC se bazeaza pe un calcul complex in urma caruia este generat un numar in functie de datele transmise. Dispozitivul care transmite executa calculul inainte de a expedia datele si trimite rezultatul dispozitivului destinatar. Dupa transmiterea datelor, dispozitivului destinatar repeta calculul si daca se ajunge la acelasi rezultat se presupune ca transmisia s-a efectuat fara erori. Procedura se numeste verificare prin redundanta deoarece sunt transmise nu numai date, ci si valori suplimentare (redundante), necesare pentru verificarea aparitiei erorilor.

In anul 1999 - Ultra ATA - a marit rata de transfer la 66 MB/s.

1.5.5 SCSI

Istoric vorbind, denumirea SCSI (pronuntata aproximativ "scazi") se trage de la Howard Shugart, inventatorul discului flexibil, a carui companie a introdus in 1979 discul SASI (Shugart Associates System Interface). Dupa cateva modificari si multe discutii, ANSI l - a standardizat in 1986 schimbandu-i denumirea in SCSI (Small Computer System Interface - interfata pentru sisteme de calcul mici). In 1994, ANSI a lansat un standard imbunatatit, SCSI-2, care a inlocuit aproape peste tot initialul SCSI-1. Se mai lucreaza inca la SCSI-3, cu toate ca parti ale standardului sunt deja terminate. Unii comercianti au implementat aceste parti si se folosesc de acest lucru pentru a pretinde ca se conformeaza standardului SCSI-3.

Deoarece unitatile de discuri SCSI au rate de transfer mari, ele sunt standard in majoritatea statiilor de lucru UNIX de la Sun, HP, SGI etc. Sunt, de asemenea, unitatile standard in calculatoarele Macintosh si sunt intalnite in PC-urile profesionale, in special in serverele de retea. Parametrii configuratiilor celor mai des intalnite sunt dati in tabelul 3.

SCSI este o magistrala universala (nu numai pentru unitati de discuri), pe care pot fi conectate un controler SCSI si pana la 7 dispozitive. Acestea pot include unul sau mai multe unitati de discuri magnetice, CD-ROM, inregistratoare de CD-uri, scanere, unitati de banda magnetica etc.

Fiecare dispozitiv SCSI are un identificator unic, de la 0 la 7 (15 pentru Wide SCSI). Dispozitivele se leaga in lant. Fiecare dispozitiv are doi conectori: unul pentru intrare si unul pentru iesire. Iesirea unui dispozitiv este conectata prin cablu cu intrarea urmatorului. Ultimul dispozitiv din sir trebuie sa aiba un terminator, pentru adaptarea de impedanta, deci pentru a evita reflexiile la capete si a preveni interferentele. De obicei, controlerul se gaseste pe o placa detasabila (plug-in card) si este primul din lantul SCSI, cu toate ca aceasta configuratie nu este strict ceruta de standard.

Tabelul 3

Cablul standard pentru SCSI pe 8 biti are 50 de conductoare, dintre care 25 sunt la potentialul de referinta si sunt imperecheate unu - la - unu cu celelalte 25 de fire, pentru a asigura o imunitate foarte buna la zgomote, necesara pentru operatiile de mare viteza. Din cele 25 de conductoare, opt sunt pentru date, unul pentru paritate, noua pentru control si restul pentru alimentare sau utilizari ulterioare. Dispozitivele pe 16 biti (si pe 32 de biti) au nevoie de un al doilea cablu pentru semnalele suplimentare. Cablurile pot avea o lungime de cativa metri, permitand conectarea atat a unor dispozitive interne, cat si externe.

Controlerele si perifericele SCSI pot lucra fie ca initiatori, fie ca destinatari. De obicei, controlerul actioneaza drept initiator si trimite comenzi unitatilor de discuri si celorlalte periferice, care se comporta ca destinatari. Aceste comenzi sunt trimise in blocuri de pana la 176 octeti, care spun destinatarului ce trebuie sa faca. Comenzile si raspunsurile apar in faze, folosind diverse semnale pentru delimitarea fazelor si pentru a arbitra accesul la magistrala, atunci cand mai multe dispozitive incearca sa foloseasca magistrala in acelasi timp. Aceasta arbitrare este importanta, deoarece SCSI permite tuturor dispozitivelor sa ruleze in acelasi timp, putand sa sporeasca foarte mult performanta, intr-un mediu in care mai multe procese sunt active simultan (de exemplu UNIX sau Windows NT). Spre deosebire de SCSI, IDE si EIDE permit ca numai un dispozitiv sa fie activ la un moment dat.

Figura Interfata SCSI

1.5.6 SSA (Serial Storage Architecture)

SSA este o specificatie de interfata elaborata de IBM, in care dispozitivele sunt aranjate in inel. SSA este compatibila cu dispozitivele SCSI si permite transferarea datelor cu rate de pana la 20 MB/s in ambele sensuri.

Toate componentele din subsistemul tipic SSA sunt conectate prin cablu bidirectional.

1.5.7 RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks)

Conceptul original a fost introdus in 1987 la Universitatea Berkeley din California.

RAID este o metoda de stocare in care datele si informatiile utilizate la corectarea erorilor (de exemplu bitii de paritate sau codurile Hamming) sunt distribuite pe doua sau mai multe unitati de discuri hard, pentru a imbunatati performantele, mai ales fiabilitatea. Vectorul de discuri este condus de un software de gestionare si de un controler de disc, care se ocupa si de corectarea erorilor. In general, sistemul RAID este utilizat la serverele de retea. Exista mai multe niveluri ale sistemului RAID, fiecare dintre ele reprezentand o solutie diferita in ceea ce priveste compromisul dintre viteza de acces, fiabilitate si cost.

1.6 Tehnologii de stocare

1.6.1 Tehnologia magnetica clasica

Dispozitive care utilizeaza tehnologia magnetica clasica sunt: unitati de discuri flexibile (floppy), unitati de discuri rigide (hard), unitati cu banda magnetica, unitati cu cartele magnetice etc. Suportul (nemagnetic) este acoperit cu un strat magnetic (de grosime micrometrica, eventual sutimi de milimetru) realizat prin inglobarea unor particule din material magnetic (ferite) in liant. Se prefera particule aciculare, orientate pe directia de citire/scriere.

In unitatile de discuri hard, capetele de citire/scriere plutesc pe o perna de aer in miscarea rapida deasupra suprafetei discului; capetele unitatilor cu discuri flexibile, benzi sau cartele magnetice vin in contact direct cu suprafata acestuia (viteza mica permitand acest lucru fara a produce deteriorari rapide). In cazul contactului direct, suportul si capetele se uzeaza prin frecare abraziva. De aceea, cand discul flexibil nu este obiectul unei operatii de scriere sau citire, calculatorul/controlerul opreste rotatia acestuia. Acesta este motivul pentru care la orice comanda de accesare a discului flexibil apare o intarziere, datorata, in principal, timpului necesar ca motorul sa ajunga la viteza de rotatie corespunzatoare. La terminarea unei operatii de transfer, discul flexibil mai este rotit cateva (circa doua-trei) secunde, pentru a evita o succesiune rapida oprire/pornire in cazul in care urmeaza imediat o noua operatie de transfer.

Benzile magnetice sunt suporturi utilizabile cu acces secvential, ceea ce mareste timpul de acces. De aceea sunt folosite, in prezent, mai ales pentru stocarea datelor pe timp indelungat (de exemplu pentru copii de siguranta), cand cantitatea de date scrise este foarte mare, deci timpul de transfer este foarte lung. Discurile magnetice permit un acces aleator, deoarece informatiile sunt dispuse pe piste circulare concentrice, pe o suprafata accesibila direct, iar capul se poate pozitiona rapid in orice parte a discului pentru stocarea/recuperarea rapida a datelor.

Dupa cum a fost prezentat mai sus, scrierea are loc prin magnetizare, utilizand un electromagnet de forma speciala, iar citirea are loc prin inductie magnetica, utilizand bobine de forme speciale. Scrierea si citirea au loc in timpul miscarii relative cap-suport.

1.6.2 Tehnologii magneto-optice (MO)

Cum le spune si numele, aceste tehnologii sunt hibride. Pentru inregistrare (scriere) este folosit un camp (electro)magnetic, iar citirea se face optic, cu ajutorul unor raze laser.

O unitate de discuri MO este conceputa astfel ca discul introdus in unitate sa fie expus la un camp magnetic (pe partea cu eticheta) si luminat cu raza laser pe cealalta. Discurile pot fi de 3.5 in sau de 5.25 in si au un strat dintr-un aliaj special care confera proprietatea de a reflecta razele laser sub diferite unghiuri, functie de orientarea magnetica a zonelor de disc.

Inregistrarea datelor (scriere, stergere) se poate face la temperaturi peste punctul Curie (circa 200sC la materialele uzuale). Pentru inregistrare se utilizeaza o raza laser care incalzeste suprafata de inregistrare astfel incat foarte mici zone ale acesteia sa poata fi reorientate din punct de vedere magnetic. Prin aceasta tehnica, de mare acuratete, se poate stoca o cantitate mai mare de informatie decat pe alte suporturi magnetice.

La baza functionarii unitatilor cu discuri magneto-optice (MO) sta utilizarea unei substante care are proprietati magnetice puternic influentate de temperatura. Aceasta substanta trebuie sa aiba temperatura Curie (la care materialul se transforma din feromagnetic in paramagnetic sau invers) cu mult peste cea a mediului ambiant. Sub temperatura Curie, substanta este feromagnetica si este foarte greu sa se modifice campul ei magnetic. Peste punctul Curie, substanta devine paramagnetica, iar campul ei magnetic este usor de modificat de catre campurile magnetice inconjuratoare. Aceasta modificare de la feromagnetic la paramagnetic este folosita de unitatile MO pentru scriere si stergere cu ajutorul unui fascicul laser si al unui camp magnetic relativ slab.

Procesul de scriere este reprezentat schematic in figura 6.

Figura Principiul scrierii datelor pe discul magneto-optic

Initial, toate domeniile magnetice sunt orientate in sus, deci este necesar sa fie rescrise doar domeniile ce trebuie sa aiba sensul in jos. Procesul incepe cu aplicarea asupra discului a unui camp magnetic orientat in jos. Intensitatea acestui camp este sensibil mai mica decat cea necesara modificarii filmului magnetic la temperatura obisnuita (a camerei). Apoi, o dioda laser trimite un impuls pe suprafata filmului, producand incalzirea selectiva a acestuia cu circa 300°C, ceea ce este suficient pentru a se depasi punctul Curie. In acest moment magnetizarea domeniului bombardat de fasciculul laser se modifica in sensul campului magnetic aplicat (in jos). Dupa intreruperea fasciculului laser, materialul se raceste, pastrandu-si magnetizarea impusa. Domeniile cu magnetizari diferite pot fi folosite pentru reprezentarea bitilor, utilizand o anumita codificare. In practica, se folosesc doua domenii pentru fiecare bit, al doilea fiind intotdeauna 0 si servind la comparare - astfel incat un 1 sa fie recunoscut fara ambiguitati.

Suprascrierea informatiei se face, in unitatile MO contemporane, in doua etape. Mai intai se sterge informatia veche prin aplicarea unui camp magnetic orientat in sus si activarea permanenta a fasciculului laser in timp ce discul se roteste. Apoi se aplica un camp magnetic orientat in jos si informatia noua este scrisa asa cum am prezentat anterior. Necesitatea parcurgerii a doua etape in procesul de scriere incetineste sensibil unitatile MO si constituie handicapul lor major. Suprascrierea intr-o singura trecere ar implica modularea campului magnetic cu frecventa fluxului de date, precum si un cap magnetic extrem de mic si foarte apropiat de suprafata filmului - pentru a nu afecta domeniile care tocmai se racesc.

Citirea de pe suporturile magneto-optice foloseste, la randul sau, laserul din unitate - dar la intensitate redusa, pentru a evita incalzirea semnificativa a suportului. Orientarea campului magnetic ar putea fi citita cu ajutorul capului magnetic, dar aceasta ar impune un cap foarte mic si foarte apropiat de suport.

Figura 7 prezinta schematic modul de citire a datelor de pe discurile magneto-optice. Dioda laser emite un fascicul cu intensitate redusa, care trece prin polarizor si este focalizat pe disc. Conform efectului Kerr (figura 8), planul de polarizare este rotit cu un mic unghi ±K in functie de magnetizarea domeniului care reflecta fasciculul. Fasciculul de lumina reflectat este apoi despicat in doua si trimis pe un al doilea polarizor, numit analizor. Analizorul poate fi pozitionat astfel incat fasciculul reflectat de un domeniu cu magnetizare in sus sa fie anulat complet. Astfel s-ar putea detecta un bit 0 cand traductorul fotoelectric nu genereaza semnal. Fasciculul reflectat de un domeniu cu magnetizare in jos trece prin analizor - cel putin o parte din el - si actioneaza asupra traductorului fotoelectric. Astfel s-ar putea detecta un bit 1.

Acest procedeu este relativ lent, necesitand doua treceri la scriere, dar asigura: o mare capacitate de stocare, un mediu ieftin si proprietati de arhivare deosebite.

Utilizand tehnologia magneto-optica simplificata, s‑au realizat memorii de tipul WORM (Write Once, Read Many - o scriere, mai multe citiri), echivalente memoriilor electronice PROM. In figura 9 sunt ilustrate schematic ciclurile de scriere, respectiv de citire pentru memoriile WORM.

Figura Procesul de citire a informatiei de pe discul magneto-optic

Figura Efectul Kerr

Tehnologia descrisa a avut o mare dezvoltare in primavara anului 1997, cu driver-ul Plasmon DW 260 care a utilizat principiul LIMDOW. (Light Intensity Modulated Direct OverWrite). Acesta are performante mai mari decat cele oferite de unitatile magneto - optice.

Figura Mod de scriere/citire WORM

LIMDOW inbunatateste nivelul performantelor dispozitivelor magneto-optice si are pretentia de a fi o alternativa viabila pentru discurile hard in sensul performantei si al costului.

Echipamentele LIMDOW functioneaza pe aceleasi principii de baza ca si unitatile magneto-optice standard, prin scrierea pe o suprafata incalzita si aplicarea unui camp magnetic exterior. Deosebirea consta in faptul ca electromagnetul nu se afla in capul magnetic al unitatii, ci chiar in disc. Discurile LIMDOW au doua straturi magnetice, cu orientare opusa, in spatele suprafetei prin care se face scrierea. Suprafata de scriere (spre deosebire de cea a discurilor magneto-optice) poate fi magnetizata de unul din cele doua straturi magnetice, cand sunt incalzite la o anumita temperatura. Pentru a scrie pe disc, laserul dispozitivului magneto-optic oscileaza intre doua valori ale puterii. Valoarea ridicata incalzeste suprafata mai tare si produce incarcarea corespunzatoare polului N a stratului magnetic. Valoarea mai mica incalzeste mai putin, iar efectul este polarizarea corespunzatoare polului S. Desi cu LIMDOW procesul de scriere are loc intr-o singura etapa (trecere), micsorand timpul necesar stocarii, sistemul nu depaseste si nici nu concureaza discul magnetic clasic.

LIMDOW a fost stabilit in a doua jumatate a anului 1997 prin intarirea sistemului magneto-optic in piata traditionala a aplicatiilor CAD/CAM, arhivare de imagini etc. Cu o viteza de cautare mai mica de 15 m/s si rata transferului de informatii mai mare de 4 MB/s, LIMDOW-MO a devenit o optiune pentru aplicatiile multimedia.

1.6.3 Codificare prin schimbare de faza (Phase Change Technology)

Aceasta tehnologie a fost inventata de compania Panasonic, printr-o metoda pur optica, utilizand doar laserul. Schimbarea de faza este capabila sa inscrie noi informatii pe disc cu o singura trecere a capului de citire/scriere.

Stratul activ este confectionat dintr-un material cu proprietati reversibile. Un laser de mare putere incalzeste o zona microscopica a stratului activ (din cristal metalic) unde sunt inregistrate informatiile. Aceasta suprafata se raceste rapid si formeaza o pata (microscopica) cu reflectivitate redusa. Schimbarea reflectivitatii are semnificatia de bit 0 sau 1, in functie de sens.

Prin reincalzirea suprafetei are loc o recristalizare si se trece in starea initiala cu mare reflectivitate.

Doar prin temperatura laserului se poate modifica starea suprafetei active, din cristalin in amorf (si invers) functie de cerintele datelor pentru stocare, intr-o singura trecere.

Sistemul Panasonic de schimbare de faza printr-o singura trecere este mai rapid decat procesul utilizat de sistemele magneto-optice.

Tehnologia schimbarii de faza are doua avantaje notabile. Primul este de ordin practic: reinscrierea datelor se face direct peste cele existente, fara a mai fi necesara etapa intermediara de stergere pe care o impune tehnologia magneto-optica. Al doilea avantaj este de ordin constructiv: este posibila producerea unor unitati de scriere/citire care au capul optic simplu.

Aceasta tehnologie are, insa, si cateva inconveniente notabile. Cel mai important este numarul de cicluri de citire/scriere pe care le suporta un asemenea material. Incercarile efectuate in laboratoare au aratat ca numarul de cicluri este de circa 100.000, in timp ce discurile magneto-optice pot suporta pana la 10 milioane. Aceasta fragilitate este data de faptul ca unele zone sunt mai intens solicitate decat altele - de exemplu zona de director a discului. Si totusi, inconvenientul este relativ: 100.000 de cicluri inseamna la circa 50 de inscrieri pe zi si 365 de zile pe an, o durabilitate de 5 ani. Teste mai recente au aratat ca anumite compozitii pot suporta pana la un milion de cicluri de citire/scriere, dar ele nu au intrat inca in productia industriala.

O tehnologie care pare sa deschida noi posibilitati a fost elaborata de cercetatorii de la Philips. In dorinta de a ameliora calitatile de reflectivitate ale structurii optice de pe un CD, ei au introdus o prima pelicula semi-reflectanta numita pre-oglinda. Astfel au reusit sa obtina o reflectivitate de 70% pentru starea cristalina si de 18% pentru starea amorfa. Diferenta, care este cea intre valorile posibile ale bitilor de date, este suficient de mare pentru a diminua considerabil numarul de erori. Cu un laser de 20 mW cu lungimea de unda de 780 nm, un strat de GeTeSe are nevoie de 300 pana la 800 ms pentru a comuta dintr-o stare in alta. Dupa peste o suta de incercari, structura optica propusa de Philips este urmatoarea: pe un substrat de policarbonat se depune o prima pelicula semi-reflectanta, pe baza de aur, avand grosimea de 14 nm. Aceasta se acopera cu un strat gros de 13 nm dintr-un compus dielectric pe baza de ZnS-SiO2, peste care se depune stratul sensibil propriu-zis din GeTeSe cu grosimea de 18 nm. Urmeaza o pelicula de protectie pe baza de dielectric cu grosimea de 50 nm, apoi un strat reflectant din aur si un email de protectie, care poate fi un fotopolimer. Aceasta cavitate optica, numita MIPIM (Metal / Intermediar-Interferenta / Faza/ Intermediar-Interferenta / Metal) pare sa dea rezultate satisfacatoare si - in plus - permite citirea discurilor optice reinscriptibile pe cititoarele CD-ROM.

1.6.4 Tehnologia MR (magnetoresistiva)

Cele mai importante elemente care contribuie la cresterea capacitatii de stocare sunt suportul magnetic si capetele de citire/scriere. In ultima vreme, atentia cercetatorilor si producatorilor de discuri s-a indreptat in mod special catre performantele capetelor.

Capetele inductive

Majoritatea discurilor hard de astazi utilizeaza capete MIG sau capete inductive cu film subtire, ambele fiind de tip inductiv. Ele folosesc o bobina cu miez magnetic, aceasta tehnologie bazandu-se pe fenomenul inductiei electromagnetice: capetele citesc informatia de pe disc in momentul in care campul magnetic ce reprezinta un bit traverseaza intrefierul si induce o tensiune in bobina.

Necesitatea unei noi tehnologii pentru capetele discurilor devine din ce in ce mai evidenta: pe masura ce densitatea superficiala de informatie creste, secventele de biti inregistrate pe suprafata discului devin tot mai mici, conducand la o scadere sensibila a amplitudinii semnalului produs de cap. Acest lucru face ca circuitele electronice din care este realizat canalul de citire al unitatii de discuri sa aiba dificultati in recunoasterea secventelor de biti care au generat semnalul.

Aceasta problema a fost ocolita de proiectanti pe mai multe cai, prin utilizarea unor tehnici menite sa contribuie la obtinerea unui semnal de citire mai puternic. Printre aceste tehnici se numara (1) reducerea distantei dintre capul de citire/scriere si suprafata discului si (2) marirea numarului de spire din bobina capului. Amplitudinea semnalului de citire este direct proportionala cu viteza de rotatie a discului, deci cresterea turatiei induce o marire a semnalului de citire, suficienta pentru determinarea mai precisa a secventelor inregistrate magnetic pe disc. Dezavantajul major al acestei metode consta in faptul ca marirea numarului de spire duce la cresterea inductantei bobinei, deci la cresterea intarzierilor electrice si a tensiunilor necesare la scriere. Pentru a putea realiza operatia de scriere, este necesar ca inductanta bobinei sa nu depaseasca o anumita valoare; cum capetele inductive cu film subtire folosesc acelasi element atat pentru scriere cat si pentru citire, este inevitabil sa se recurga la un compromis al inductantei. In timpul operatiei de scriere, bobina este parcursa de un curent electric, ceea ce produce un camp magnetic utilizat pentru inscrierea datelor pe suprafata discului. Pe masura ce densitatea superficiala de informatie continua sa creasca, cresterea inductantei asociata numarului de spire limiteaza frecventa cu care se poate produce inversarea curentilor in timpul operatiilor de scriere. In timpul citirii datelor, are loc procesul invers: modificarile de flux magnetic de pe disc induc un curent in bobina. Inductanta ridicata a unei infasurari cu multe spire va limita - si in acest caz - frecventa pana la care se pot determina tranzitiile.

Alta metoda de imbunatatire a nivelului semnalului de citire consta in marirea vitezei lineare de deplasare a discului fata de cap. In cazul capetelor inductive cu film subtire, amplitudinea semnalului este cu atat mai mare cu cat viteza este mai mare. Dar si aici apar limitari. Viteza de rotatie mai mare inseamna o frecventa mai mare de producere a tranzitiilor campului magnetic. Alaturi de impedimentele produse de inductantele mari, frecventele ridicate produc cresterea nivelului de zgomot si pun probleme circuitelor electronice ce compun canalele de citire/scriere.

Scaderea dimensiunilor discurilor determina scaderea vitezei lor lineare; fabricantii au incercat sa compenseze acest neajuns prin cresterea vitezei de rotatie. Unele din discurile de 3,5 in cu capacitate mare functioneaza la turatii de peste 7.200 rot/min.

O solutie pentru scaderea inductantei o reprezinta capetele magnetorezistive (MR). Una din caracteristicile tehnologiei capetelor magnetorezistive este utilizarea de elemente separate pentru citire si pentru scriere: un element inductiv cu film subtire pentru scrierea datelor si un element rezistiv cu film subtire, sensibil la camp magnetic, pentru citire. Constructia fiecarui element in parte poate fi optimizata in conformitate cu functia indeplinita. In cazul capetelor MR, bobina elementului de scriere poate avea numai 10 spire (fata de cele circa 50 de spire ale capetelor inductive din unitatile de discuri hard de mare capacitate din ziua de azi), ceea ce asigura o inductanta care permite scrierea datelor la frecvente foarte mari.

Totodata, utilizarea elementelor separate pentru citire si scriere permite reducerea substantiala atat a neajunsurilor produse de zgomote, cat si a degradarii calitatii semnalului de citire, datorata pozitionarii incorecte a capetelor deasupra pistelor foarte apropiate. In timpul operatiilor de citire, servomecanismele unitatii de disc pozitioneaza capetele deasupra liniei centrale a pistei de date. Dar, fiind vorba de un sistem electromecanic, este inevitabila aparitia unor erori de aliniere. Datorita faptului ca una din caile de crestere a densitatii datelor o constituie reducerea distantei intre doua piste alaturate, diferenta de aliniere poate produce inducerea in capul de citire a unor zgomote provocate de pistele adiacente.

In cazul capetelor magnetorezistive, elementul separat pentru citire poate fi construit cu o latime mai mica decat pista inscrisa - ceea ce face ca elementul de citire sa ramana in intregime deasupra pistei chiar si in cazul unor mici erori de aliniere.

Un alt avantaj semnificativ al capetelor MR este faptul ca elementul rezistiv de citire poate sa produca un semnal puternic (chiar si in cazul in care citeste biti cu latimea de 254 de micrometri, plasati la o distanta de 25 de micrometri) indiferent care este viteza de rotatie a discului. Aceasta independenta de viteza le permite fabricantilor sa mareasca densitatea superficiala de informatie a discurilor fara a creste viteza de rotatie. Mai mult, aceasta poate fi chiar redusa - ceea ce permite scaderea pretului componentelor electronice cu care se realizeaza canalul de citire.

Inductanta mica a capetelor magnetorezistive permite utilizarea unor frecvente foarte mari a semnalelor, ceea ce conduce la cresterea semnificativa a performantelor discurilor.

Capetele magnetorezistive

Din punct de vedere constructiv, un cap magnetorezistiv este constituit din doua elemente separate: unul pentru scriere si altul pentru citire. Cele doua elemente sunt formate unul peste altul si inglobeaza straturi comune de material.

In materialele magnetorezistive (exemplu, aliaj de otel cu Ni) deplasarea electronilor este stanjenita (datorita frecventelor coliziuni cu atomii), sau nu, de orientarea magnetica din material.

Un strat magnetic are orientarea fixata. O alta pelicula magnetica (senzor) are orientarea magnetica variabila. Aceasta pelicula este foarte subtire si apropiata de stratul fix, permitand electronilor deplasari inainte si inapoi intre aceste straturi. Rotirea discului produce schimbari in orientarea magnetica a stratului senzor a carui rezistenta poate creste sau scadea.

Rezistenta scazuta apare atunci cand stratul senzor si cel fix au orientare magnetica de aceeasi directie deoarece electronii se deplaseaza liber si paralel cu aceasta directie.

Rezistenta ridicata apare atunci cand orientarea magnetica a celor doua straturi (fix si senzor) sunt opuse, deoarece miscarea electronilor este stanjenita de unul sau de celalalt strat.

Elementul de scriere al unui cap MR este are o constructie foarte asemanatoare cu cea a unui cap inductiv cu film subtire. El consta din doua piese polare magnetice realizate, in mod obisnuit, din permalloy - un aliaj magnetic moale. Aceste piese polare sunt legate intre ele la capetele situate mai departe de suprafata discului. Pe piesele polare este depusa o infasurare din cupru. Cand aceasta infasurare este parcursa de un curent electric, ea produce un camp magnetic care este dirijat de piesele polare catre suprafata discului. Campul produs in intrefier este folosit pentru scrierea datelor pe disc prin inversarea campului magnetic de pe suprafata discului.

Elementul de citire al capului magnetorezistiv, realizat dintr-o banda foarte ingusta de permalloy, este amplasat langa una din piesele polare ale elementului de scriere. Rezistenta electrica a permalloy-ului se modifica cu cateva procente atunci cand acesta este plasat intr-un camp magnetic orientat dupa o anumita directie. Aceasta modificare a rezistentei materialului permite detectarea tranzitiilor de flux - asociate cu secventele de biti inregistrate - de catre capul MR.

In timpul unei operatii de citire, banda de material rezistiv este parcursa de un curent continuu de valoare mica produs de un preamplificator. In momentul in care banda magnetorezistiva se afla in campul magnetic al discului, preamplificatorul masoara caderea de tensiune ce apare la capetele ei. Aceasta marime determina modificarea rezistentei benzii magnetorezistive - care poate sa creasca sau sa scada, in functie de sensul campului magnetic. Apoi, preamplificatorul genereaza la iesire un semnal de citire a carui tensiune este proportionala cu valoarea modificarii rezistentei.

O alta componenta a capului magnetorezistiv, cu rol foarte important, este stratul adiacent moale. Acesta consta dintr-o mica banda de material moale, asemanator cu permalloy-ul - dar fara proprietati magnetorezistive, plasata langa banda MR.

Daca atat banda MR cat si SAL sunt parcurse de un curent electric, in jurul lor se produce un camp magnetic. Stratul adiacent moale are rolul de a orienta directia de magnetizare a benzii magnetorezistive.

Pasul de orientare asigura un semnal de citire precis. Daca directia de magnetizare a benzii MR nu se modifica, rezistenta materialului va ramane stabila la valoarea de varf a unei sinusoide. In acest caz, modificarile rezistentei materialului ce survin pe durata unei citiri de date vor inregistra intotdeauna o scadere, indiferent care este directia campurilor magnetice in care este plasat elementul de citire. Semnalul generat de capul magnetorezistiv nu va reflecta secventa reala de biti 1 si 0 inregistrata pe disc. Orientarea campului magnetic al benzii rezolva aceasta problema si produce un semnal de citire precis.

Discurile cu capete magnetorezistive au fost produse de IBM- inca din 1991.

Realizarea unor densitati de 1 GB/in² impune realizarea unor capete magnetorezistive cu dimensiuni extrem de mici dar care sa asigure in continuare o amplitudine mare a semnalului. Cercetatorii de la IBM au elaborat materiale ce prezinta efect magnetorezistiv "urias" (GMR = Giant Magneto-Resistive). Acest rezultat impresionant se datoreaza prezentei unui strat metalic intermediar subtire ce pastreaza regiunile micro-magnetice in interiorul filmului MR. Structurile GMR permit realizarea unor modificari substantiale ale rezistentei chiar si in prezenta unor campuri magnetice foarte slabe cum sunt cele provenite de la secventele de biti scrise pe disc cu densitati peste 1 GB/in

GMR este un exemplu de tehnologie, conceputa de IBM, pentru discurile rapide, care furnizeaza o densitate de informatii fara precedent si are o mare rata de transfer. GMR va oferi (probabil) in 2001 o densitate de 10 GB/in² si 40 GB/in² in 2004.

Senzorul GMR (figura 10) poate opera cu o densitate semnificativ mai mare decat senzorul MR deoarece procentul de modificarea a rezistentei este mai mare.

Uzual discurile GMR au o densitate de stocare de 4.1 GB/in² desi experimental capetele GMR lucreaza deja cu o densitate de 10 GB/in Aceste capete au stratul senzor de 0,04 µm, iar IBM pretinde ca acest strat senzor poate fi imbunatatit la 0,02µm si va face posibila densitatea de 40 GB/in

Figura Senzor GMR

Avantajele inregistrarii cu densitate ridicata, oferite de GMR, sunt:

reducerea semnificativa a dimensiunii fizice a discurilor;

reducerea puterii consumate;

cresterea ratei de transfer.

Datorita micsorarii discurilor si a supletei capetelor de citire / scriere, in viitor viteza de rotatie poate creste, iar intarzierea mecanica data de deplasarea capetelor poate scadea.

IBM a fabricat un cap de citire/scriere care a implementat tehnologia GMR inca din anul 199 Acesta este alcatuit dintr-un strat subtire inductiv de scriere si de citire. Elementul de citire este un senzor MR sau GMR intre doua armaturi magnetice (figura 11).

Armatura magnetica reduce foarte mult campurile magnetice parazite care provin de pe disc. Senzorul MR sau GMR sesizeaza doar campurile magnetice ale bitilor inregistrati. Cea de-a doua armatura a capului functioneaza ca un pol al capului de scriere inductiv.

Figura Tehnologie de scriere/citire MR / GMR

Avantajele separarii elementelor de citire si de scriere sunt:

fiecare element poate fi optimizat individual;

pret de fabricatie redus;

performante bune datorate distantei mici intre elementele de citire si de scriere.

Micro-unitati de discuri

Tehnologia GMR a stat la baza revolutionarului dispozitiv "MICRODRIVE" al firmei IBM, lansat la mijlocul anului 1999. Microdrive se pare ca este cea mai mica unitate de hard disc din lume, cu diametrul discului de 1 in si o masa de 16 grame.

Deoarece utilizeaza interfata standard CF+ Type II, se poate cu usurinta integra intr-o mare varietate de produse. Elementele de dimensiuni mici din unitatea Microdrive confera acesteia avantaje unice; spre exemplu actionarea are o inertie de 50 de ori mai mica decat cea din unitatile clasice, iar atingerea vitezei maxime se face in doar o jumatate de secunda. In consecinta, unitatea nu trebuie sa se roteasca cand nu este accesata, ceea ce conduce la conservarea caracteristicilor de putere. Disponibile cu o capacitate de 170 MB si 340 MB si cu 4500 rot/min, unitatile Microdrive au un timp de acces de 15 ms, marimea latentei este de 6,7 ms iar rata de transfer este intre 32 MB/s si 49 MB/s.

Figura Microunitate de discuri

1.6.5 Tehnologia OAW

In urmatorii cativa ani, cu tehnologia GMR se va ajunge la o densitate a informatiei de 40 GB/in Cativa producatori de unitati de discuri anticipeaza fenomenul de pierdere a informatiei datorat stocarii foarte apropiate. Acestia sustin ca aceasta se poate intampla deja cand unitatile incep sa aiba densitati de 20 GB/in

Quinta Corporation - o filiala a companiei Seagate, si-a propus combaterea acestei bariere a tehnologiei stocarii.

Tehnologia OAW (Optically Assisted Winchester) cunoscuta ca Superparamegnetic Limit a fost lansat in 1999.

OAW are multe in comun cu tehnologia magneto-optica din unitatile de discuri magnetice conventionale. Pentru selectarea unui anumit cap se foloseste lumina laser. Principiul e simplu: o raza laser este focalizata pe suprafata discului si poate fi folosita pentru citire sau scriere.

Citirea se bazeaza pe efectul Kerr (lumina polarizata reflectata de o suprafata magnetica isi schimba polarizarea functie de intensitatea magnetizarii). Aceasta raza trece printr-un filtru de polarizare iar intensitatea luminii corespunde alinierii domeniului iluminat. Aceasta metoda de citire necesita o putere mai mica a sursei laser si efectul de incalzire locala e redus, evitandu-se pierderea de date. Aceeasi sursa laser si acelasi sistem optic pot fi folosite si pentru scriere prin utilizarea unei tehnici magneto-optice (MO). O zona foarte redusa de pe suprafata discului e incalzita de catre o raza laser pana dincolo de punctul Curie, deasupra caruia proprietatile magnetice de suprafata ale materialului pot fi modificate cu o bobina magnetica. Aceasta modifica si caracteristicile de polarizare ale luminii. Spre deosebire de discurile obisnuite MO unde la o rotatie se face incalzirea iar la alta scrierea, OAW incalzeste discul si scrie pe el la o singura trecere.

Tehnologia OAW este posibila prin utilizarea unor oglinzi si lentile de foarte mici dimensiuni pentru a focaliza cu mare acuratete raza laser pe o arie cat mai mica cu putinta (figura 13). De aceea zonele alaturate incalzirii raman neschimbate.

Figura Tehnologia OAW

De cand se utilizeaza raza laser pentru incalzirea suprafetei suport (permite o focalizare pe suprafete mai mici decat pe calea magnetica) se poate stoca o mai mare cantitate de informatie.

Suprafata insasi este dintr-un aliaj amorf, fara o structura granulara si cu o densitate mica a nivelelor atomice.

Spre deosebire de discurile magneto-optice conventionale, pentru incalzirea suprafetei lumina laser este condusa de capete prin fibra optica si directionata de oglinzi. In consecinta, capetele si bratul ocupa mult mai putin spatiu decat la cele clasice (Winchester) cu acelasi factor de forma. Performantele pot fi comparate cu cele ale discurilor magnetice obisnuite, dar durabilitatea lor va fi mult mai mare.

1.6.6 Tehnologii holografice

O cantitate mare de informatii se poate stoca prin procedee holografice, deoarece laserul este capabil de a retine modele de pagini electronice fara a necesita materiale optice speciale. In holografia traditionala, fiecare unghi de vedere ofera diferite aspecte ale aceluiasi obiect inregistrat pe un suport plat dat. Cu ajutorul stocarii holografice se pot accesa diferite pagini de informatii de pe aceeasi suprafata plana. Stocarea holografica utilizeaza doua raze laser (figura 14): una de referinta si una de date, pentru a crea un model de interferenta in mediul in care se intalnesc cele doua raze. Aceasta intalnire produce schimbari fizice sau chimice stabile care sunt inregistrate. Aceasta reprezinta secventa de scriere. Pe durata citirii, actiunea razei de referinta si modelul de interferenta inregistrat conduc la re-formarea razei de date, care poate fi sesizata de un detector de dispunere. Mediul de inregistrare poate fi un disc rotitor care contine un material polimeric sau un cristal sensibil din punct de vedere optic.

Se asteapta ca holografia sa fie apreciata in arhivarea sau stocarea bibliotecilor de aplicatii, unde se cere retinerea unei mari cantitati de date cu cel mai mic cost posibil.

Figura Unitate holografica