Bài giảng Ứng dụng công nghệ máy tính

Nội dung text: Bài giảng Ứng dụng công nghệ máy tính

1. Ứng dụng công nghệ máy tính
2. Nội dung 1. LỊCH SỬ LƯU TRỮ THÔNG TIN TỪ 2. 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 3. BỘ NHỚ TỪ MRAM (Magnetic Ramdom Access Memories): a. Nguyên lý hoạt động b. Các loại MRAM c. Triển vọng
3. Lịch sử Telegraphone 1898 Các công nghệ lưu trữ thông tin • Điện tín • Băng từ (video, cassette) •
4. DATA STORAGE ACHITECTURE Historical trends Image from IBM presentation
5. DATA STORAGE ACHITECTURE Historical trends Image from IBM presentation
6. First HARD DISK DRIVER 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.
7. HARD DISK DRIVER EVOLUTION(su Ptrien)
8. HDD COMMON PRINCIPLE • 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)
9. 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
10. HDD – Nguyên lý ghi 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.
11. HDD – Nguyên lý đọc
12. HDD – Nguyên lý đọc
13. HDD – Triển vọng đầu đọc
14. HDD – Triển vọng đầu đọc
15. HDD – Triển vọng đầu đọc
16. HDD: Môi trường ghi từ - Mật độ thông tin (kích thước bit) - Độ ổn định theo thời gian (độ ổn định nhiệt)
17. 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 Cấu trúc zigzag vùng tích của các bít thông tin cũng đồng đều nhất chuyển tiếp
18. Tăng mật độ thông tin: giảm kích thước hạt
19. HDD: Môi trường ghi từ
20. HDD: Magnetic Recording Media
21. 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 = N1/2) ☺ • d nhỏ  kích thước bit thông tin nhỏ: Vbit = N.Vhạt  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.Vhạt/kBT 25 Để có Vhạt 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!!!
22. HDD: Magnetic Recording Media
23. HDD: Recording media - Advance coming AFC media
24. 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.
25. HDD: Recording media - Advance coming
26. HDD: Recording media - Advance coming
27. HDD: Recording media - Advance coming Patterned media  > Tbit/in2
28. HDD: Recording media - Advance coming 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.
29. HARD DISK DRIVERS: Advance coming 1. Recording media: • Thermally assisted recording • Vertical recording • Patterned media 2. Different read heads: • CPP GMR heads • CPP magnetic tunnel junction heads • CMR, EMR 3. Different technology altogether: • MRAM • Millipede • Holographic storage •
30. Magnetic Ramdom Access Memories (MRAM) Bộ nhớ không tự xóa
31. 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
32. First Magnetic Ramdom Access Memories (MRAM) Co wire 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 Hard magnetic ferrite bead. Only the addressed bead would be threaded by both currents. 150 mil inside Reading process diameter, 240 Programming pulses send down mil outside, 45 the two address lines, in a sense mil high 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.
33. 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