Transcript Fizyczne podstawy zapisu informacji

Małgorzata Mikołajczyk
Fizyczne podstawy
zapisu informacji
1
Spis treści:
Wstęp
I. Magnetyczny zapis informacji
II. Optyczny zapis informacji
III. Magnetooptyczny zapis informacji
IV. Ferroelektryczny zapis informacji
V. Trójwymiarowy zapis informacji
Literatura
2
Wstęp
Wobec dynamicznie rozwijających się technologii informacyjnych,
wciąż rośnie ilość informacji i liczba danych, które należy archiwizować
i przechowywać. Zwiększanie się ilości informacji jest związane ze
zwiększaniem się zapotrzebowania na energię elektryczną, która z kolei
jest potrzebna do pracy różnych urządzeń elektronicznych. Poza tym wzrost
ilości informacji wiąże się też ze zwiększoną fizyczną przestrzenią,
wymaganą do przechowywania urządzeń magazynujących. Stąd obecnie
prowadzi się badania w dziedzinie miniaturyzacji tych urządzeń oraz
zmniejszeniu zapotrzebowania na energię elektryczną.
W prezentacji zajmujemy się omówieniem różnych form zapisu informacji
oraz fizycznymi podstawami tego zapisu. Bierzemy przy tym pod uwagę
magnetyczny zapis informacji, optyczny zapis, magnetooptyczny,
ferroelektryczny oraz trójwymiarowy zapis informacji.
3
I. Magnetyczny zapis informacji
I.1. Dyski elastyczne FDD
Dysk elastyczny (ang. floppy disc) to krążek o grubości mniejszej niż
0,1 mm, wykonany z giętkiego materiału, pokryty z obydwu stron warstwą
magnetyczną tlenku żelaza lub tlenku chromu o grubości 0,0025 mm [1].
Dostępne są dwa rodzaje takich dysków: 5,25 cala oraz 3,5 cala. Pojemność
pierwszego z nich wynosi 360 KB dla gęstości zapisu DD (pojedyncza
gęstość zapisu) oraz 1,2 MB dla gęstości zapisu HD (podwójna gęstość
zapisu). Natomiast pojemność dysków 3,5 cala wynosi 720 KB dla gęstości
zapisu DD oraz 1,44 MB dla gęstości zapisu HD.
Dyskietki 5,25 cala to dawniejszy typ dyskietek, w których dysk znajduje
się w plastikowej osłonie podatnej na wszelkie deformacje. Nie ma tutaj
zabezpieczenia przed dotknięciem dysku. Aby dokonać blokady zapisu
wystarczy zakleić folią otwór z boku dyskietki. Z kolei dyskietki 3,5 cala
posiadają dysk o mniejszej średnicy i większej pojemności, przy czym nie
jest to dysk elastyczny. Ponadto posiadają wbudowaną blokadę zapisu
oraz osłonę dysku w miejscu kontaktu z głowicą.
4
Rys. 1. Zapis informacji na nośniku magnetycznym.
5
Rys. 2. Odczyt informacji z nośnika magnetycznego.
6
Dalej zajmiemy się budową napędu dysku elastycznego [1], czyli
stacji dysków oznaczanej jako FDD (ang. Floppy Disc Drive). Jest to
urządzenie składające się z części mechanicznej oraz układów
elektronicznych sterujących pracą mechaniczną oraz operacją odczytu
i zapisu. Poniżej przedstawione są podstawowe części napędu dysku.
Rys. 3. Napęd dysku elastycznego.
7
Ścieżki dzielą się na mniejsze fragmenty zwane sektorami. Wycinek
ścieżki znajdujący się w jednym sektorze ma pojemność 512 bajtów i jest
najmniejszą jednostką jaka może być zapisana i odczytana z dyskietki.
Poniżej pokazany jest podział dyskietki na sektory.
Rys. 4. Podział dysku na sektory i ścieżki.
Pojęcie numeru strony lub głowicy wynika z tego, że wykorzystywane
są obydwie strony dysku magnetycznego. Z takim podziałem i sposobem
zapisu i odczytu wiąże się pojęcie adresu fizycznego na dyskietce. W celu
zlokalizowania szukanego sektora należy podać numer strony lub głowicy,
numer ścieżki i numer sektora.
8
I.2. Dyski twarde HDD
Dysk twardy jest jednym z podstawowych urządzeń w komputerach
osobistych. Podobnie jak dyskietka wykorzystuje on nośnik magnetyczny
do przechowywania danych [2]. Jego nazwa „dysk twardy” (ang. hard disc
drive HDD) powstała w celu odróżnienia go od „dysków miękkich” czyli
dyskietek. W dyskietkach nośnik magnetyczny znajduje się na elastycznym
podłożu, natomiast w dyskach twardych podłoże to jest sztywne.
Pierwszy dysk twardy o oficjalnej nazwie IBM 350 Storage Disk Unit
pojawił się w roku 1956. Wynalazek ten na całe lata odmienił rynek pamięci
masowych. Pierwsze seryjnie produkowane dyski twarde do komputerów
IBM PC opracowała firma Seagate. Miały one dużo mniejsze rozmiary od
swojego poprzednika, pojemność 10 MB i były bardzo drogie. Te pierwsze
stosowane w PC dyski już znacznie bardziej przypominały te produkowane
obecnie.
W roku 1980 wprowadzono, wraz z rozpowszechnieniem komputerów
osobistych, dostępne dla wszystkich dyski o średnicy 5,25 cala. Ich
pojemność wynosiła od 5 do 10 MB. W roku 1986 w komputerach zaczęto
instalować dyski 3,5", które są używane do dnia dzisiejszego.
9
Rys. 5. Podstawowe elementy dysku twardego [2].
10
Rys. 6. Mechanizm dysku twardego [2].
11
Dalej opiszemy na czym polega odczyt informacji z dysków twardych.
Metody stosowane dotychczas polegały na wykrywaniu ekstremów
odczytywanych sił elektromotorycznych. Jednak przy wysokiej gęstości
zapisu oraz dużej prędkości obrotowej dysku mogą powstawać
zniekształcenia tych ekstremów. Nowa metoda odczytu zwana metodą
PRML umożliwia bezbłędne rozpoznanie szczytu sygnału siły
elektromotorycznej pomimo występujących zakłóceń. Na następnym slajdzie
mamy schemat metody PRML.
12
Rys. 7. Schemat metody PRML [2].
13
Twarde dyski HDD mają bardzo wiele zalet. Do najważniejszych
należą ich duża pojemność rzędu GB, a nawet TB. Na systematyczny
wzrost pojemności ma wpływ coraz większa gęstość upakowania danych
na jednostkę powierzchni. Jest to możliwe dzięki coraz doskonalszym
nośnikom magnetycznym, głowicom zapisu i odczytu orz ciągle
ulepszanym metodom kodowania zapisanych informacji. Kolejną zaletą
tych dysków jest coraz krótszy czas dostępu wynoszący obecnie 8 – 11ms
oraz coraz większa szybkość obrotowa talerzy dysku. Im jest ona większa
tym więcej danych może być odczytanych przez głowice. Obecnie dochodzi
ona do 15 tysięcy obrotów na minutę.
14
II. Optyczny zapis informacji
II. 1. Historia napędów i dysków optycznych
Płyta kompaktowa – Compact Disc (CD) stanowi swoiste przekształcenie
idei płyty winylowej, na miarę nowych czasów, gdzie zamiast mechanicznej
igły odczytującej dane zapisane w postaci rowków – pojawiła się wiązka
lasera. To dzięki osiągnięciom w fizyce – informatyka zyskała nowy rodzaj
nośnika – nośnik optyczny, z czasem rozwijany i udoskonalany [3].
Zarezerwowana początkowo tylko dla wielkich korporacji możliwość
tworzenia płyt CD, stała się z biegiem lat ogólnodostępna (“wypalanie” w
nagrywarkach). Technologia DVD, choć tak bardzo lansowana i ceniona,
nie była już takim przełomem jak wprowadzenie płyt CD. Nowy standard
cyfrowy tj. DVD był niejako przedłużeniem już wykonanego kroku,
polegającym na dość znacznym zwiększeniu pojemności nośnika. Tak duży
skok pojemnościowy (z początkowych ok. 650MB dla płyt CD, do 4,7GB oraz
odpowiednio 8,5; 9,0 i 17,1GB dla płyt DVD) stymulował dalszy rozwój
multimediów, oraz zapis tak znacznej liczby danych, wymuszający rozwój
technik kompresji informacji możliwy dzięki nieustającemu wzrostowi mocy
obliczeniowych mikroprocesorów.
15
II. 2. Budowa płyty CD
Na przykładzie CD oprzeć można zasadę działania wszelkich odmian
krążków optycznych, które tylko poprzez odpowiednie modyfikacje
podstawowych struktur – nadawały nowym nośnikom pożądane cechy [3].
Z czasem struktura pierwotna płyty CD ewoluowała w taki sposób, aby
możliwym było zapisanie informacji na tym nośniku z pominięciem wielkich
linii produkcyjnych. Można zatem rozróżnić pośród płyt kompaktowych,
z punktu widzenia sposobu wytworzenia te, które zostały fabrycznie
spreparowane jako “ROM” – tylko do odczytu, oraz pozostałe – dające się
zapisać przez samego użytkownika. Pierwsze zyskały miano “tłoczonych”.
Wizualnie można je rozróżnić po srebrnej spodniej warstwie, oraz firmowym
nadruku z informacją o rodzaju danych zapisanych na nośniku. Drugi rodzaj
nośników CD (płyty zapisywalne) – jest znacznie bardziej zróżnicowany
pod względem budowy. Można tam bowiem wyróżnić płyty pojedynczego
(CD-R) jak również wielokrotnego (CD-RW) zapisu. Również wizualnie w
zależności od rodzaju podłoża (barwnika), na który oddziałuje laser podczas
akcji zapisu informacji – płyty te wykazują znaczne zróżnicowanie. Zielone,
niebieskie, złote to główne kolory używanych barwników, które w połączeniu
z różnymi metalami nanoszonymi na płyty, nadają im ostatecznie różne barwy.
16
Rys. 8. Spodnia strona płyty CD [3].
17
Rys. 9. Tłoczona płyta CD [3], opis budowy:
1 - poliwęglanowy dysk, zapobiegający uszkodzeniom nośnika właściwego, tworzący
niejako kręgosłup płyty, będący zarazem składnikiem systemu optycznego;
2 - napylona na dysk warstwa metalu (aluminium, złoto, srebro lub miedź), na której
zapisywane są informacje;
3 - warstwa lakieru, która zapobiega procesowi utleniania metalu;
4 - warstwa nadruku producenta krążka.
18
Rys. 10. Pity i landy na płycie CD [3].
19
“Wypalane” płyty CD jednokrotnego zapisu
Od podanego na poprzednich slajdach opisu budowy dotyczącego
pierwszych (i do dziś) produkowanych płyt kompaktowych, nieznacznie
tylko odbiega płyta CD-R [3]. Jest to płyta, która oprócz samego odczytu
danych, pozwala również zwykłemu użytkownikowi, dysponującemu
popularną dziś i tanią nagrywarką na zapis informacji. Podstawową cechą
płyt nadających się do zapisywania w warunkach domowych jest warstwa
nośna. Jest to ta część płyty właśnie, na której przechowywane są dane.
W przypadku płyt “tłoczonych” stanowi ją mechanicznie formowana warstwa
poliwęglanu i metalu. W przypadku płyt CD-R jest to specjalna substancja
(zawierająca różne barwniki), która pod wpływem zadziałania nań laserem
zmienia swoje właściwości optyczne. Wystarczy bowiem, aby poszczególne
obszary tak zmienionego organicznego polimeru pochłaniały (rozpraszały)
światło, a inne je odbijały, aby można było w ich przypadku mówić o ciągach
pitów i landów. Mamy zatem laser o zmiennej mocy, który działając na
warstwę nośnika, włączany jest, aby stworzyć na niej zero i wyłączany, aby
uzyskać jedynkę. Moc takiego lasera (zapisującego dane) jest większa niż
moc lasera nie zmieniającego właściwości optycznych (odczytującego).
20
“Wypalane” płyty CD-RW wielokrotnego zapisu
Idea płyt, które można by zapisywać raz za razem [3], czyszcząc je
naprzemiennie z danych i ponownie zapisywać jest nawiązaniem do tradycji
dyskietek. Również w przypadku tych nośników, jak i innych z rodziny CD,
ich budowa nie odbiega zasadniczo od standardu ustanowionego przez
pierwsze płyty CD-ROM. Podobnie jak w przypadku omówionych płyt CD-R,
podstawową różnicą w stosunku do CD-ROM-ów jest warstwa nośna. Jest
ona jednak jeszcze bardziej wyrafinowana niż w przypadku płyt dających się
zapisać jeden raz. Składa się ona bowiem z mieszaniny srebra, antymonu,
telluru i irydu. Właściwości każdego materiału zmieniać można przy pomocy
temperatury. Mamy zatem możliwość uzyskania dwóch postaci tej samej
warstwy nośnej, które mogą dać nam pity i landy. Poprzez umiejętne
sterowanie temperaturą, możemy uzyskać amorficzny obszar nośnika –
rozpraszający światło, oraz krystaliczny, który będzie pozwalał na odbicie
światła od warstwy odblaskowej. Zatem najważniejszym składnikiem tych płyt
jest ponownie struktura, która zależnie od zastosowanej mocy lasera zmienia
swoje właściwości optyczne.
21
Budowa płyty DVD
Płyta DVD, będąca krokiem naprzód w zakresie archiwizacji danych na
nośnikach optycznych, w żaden znaczny sposób nie odbiega zasadą
działania od zwykłej płyty CD. Jedynie jej modyfikacje w zakresie
zastosowanej technologii pozwoliły niejako rozwinąć i udoskonalić proces
zapisu informacji, umożliwiając tym samym przechowywanie na krążku tych
samych rozmiarów co płyta CD, niemal siedmiokrotnie większej ilości danych.
Rys. 11. Mikroskopowe zestawienie rozmiarów pitów i landów
dla płyt CD i DVD (od lewej) [3].
22
II. 3. Technologie zapisu i odczytu informacji
Rys. 12. Ogniskowanie lasera przez warstwę poliwęglanu [3].
23
Typowy laser stosowany w odtwarzaczach CD, to dioda AlGaAs,
światło z zakresu granicy światła widzialnego, o długości 780nm
(przyjmuje się za tę granicę 720nm). W poliwęglanie o współczynniku
załamania 1,55 długość ta zmniejsza się do ok. 500nm. Każde wgłębienie
oraz wypukłość na powierzchni nośnika mają swoje ściśle określone
rozmiary (chodzi o głębokość dla wgłębienia i wysokość dla wypukłości).
Jak się okazuje jest to dokładnie czwarta część długości fali światła
(w poliwęglanie) oświetlającego je. Światło odbite od powierzchni nośnika
(landu) będzie opóźnione w stosunku do padającego o pół długości fali.
Oznacza to dokładnie przeciwfazę w stosunku do światła odbitego od
wypukłości (pitu). Tak nałożone na siebie fale ulegną wygaszeniu i światło
nie ulegnie odbiciu od powierzchni.
24
Rys. 13. Fala świetlna przed i po odbiciu od wypukłości (z lewej) oraz
wklęsłości (z prawej) [3].
25
Rys. 14. Rozkład natężenia światła – funkcja
sinc2(x) - w zestawieniu z jego pozycjonowaniem
na ścieżkach dysku optycznego [3].
26
Rys. 15. Schematyczne przedstawienie drogi optycznej promieni lasera w czytniku,
oraz budowy układu optycznego [3].
27
III. Magnetooptyczny zapis informacji
Dyski magnetooptyczne to jeden z najatrakcyjniejszych wymiennych
nośników cyfrowej informacji. Łączą w sobie dużą pojemność przy
niewielkich rozmiarach, odznaczają się dużą wydajnością i ogromną
niezawodnością.
Wzrost wymagań pamięciowych oprogramowania i podążający za nim wzrost
pojemności nośników sprawił, że pojawiło się zapotrzebowanie na
popularne dyski magnetooptyczne o większej pojemności. Odpowiedziała
na nie firma Fujitsu, która do spółki z Sony opracowała nowy standard
3,5-calowych dysków GigaMO mieszczących 1,3 GB danych [4].
Nowa technologia otwiera nowe możliwości przed producentami
aparatów i kamer cyfrowych - na pojemnych dyskach można zapisać
długie sekwencje wideo, dźwięku lub olbrzymią ilość zdjęć.
28
Rys. 16. Zasada zapisu informacji na dysku magnetooptycznym [4].
29
Rys. 17. Zasada odczytu informacji z dysku magnetooptycznego [4].
30
IV. Ferroelektryczny zapis informacji
IV. 1. Własności ferroelektryków
Ferroelektryki stanowią ważną grupę kryształów dielektrycznych
i odznaczają się własnością samorzutnej polaryzacji [5]. Oznacza to, że
w wyniku wzajemnych oddziaływań, sąsiednie dipole w ferroelektrykach
uzgadniają swe kierunki. Własność ta przenosi się w krysztale od atomu
do atomu, tak że w makroskopowych obszarach takiego ferroelektryka,
wypadkowa polaryzacja w danym kierunku musi przyjmować wartości
różne od zera.
Najbardziej charakterystyczną własnością ferroelektryków jest przebieg
zależności P (polaryzacji) od E (natężenie zewnętrznego pola). Podobnie
jak w ferromagnetykach obserwuje się pętlę histerezy magnetycznej,
w ferroelektrykach obserwuje się histerezę ferroelektryczną.
31
Rys. 18. Pętla histerezy dla ferroelektryka.
32
Rys. 19. Domeny ferroelektryczne.
33
IV. 2. Kondensatory ferroelektryczne jako nośniki pamięci
Badania nad pamięciami ferroelektrycznymi rozpoczęły się już
w roku 1960, jednak trudności technologiczne na jakie wówczas napotykano,
uniemożliwiły rozwój tej technologii, powodując jej niewielkie
rozpowszechnienie [6]. Obecnie prace nad nieulotnymi pamięciami o
dostępie swobodnym są jednym z najbardziej dynamicznie rozwijających
się kierunków badań. Głównym składnikiem tych pamięci są kondensatory
ferroelektryczne. Pamięci te określa się jako pamięci FeRAM bądź NVFRAM
(nonvolatile FRAM), czyli nieulotne pamięci ferroelektryczne.
Pierwsze praktyczne możliwości ich zastosowania dostrzeżono w
roku 1988, kiedy to pamięci FeRAM zostały zaprezentowane jako praktyczne
nieulotne pamięci 1T-1C, czyli pamięci w skład których wchodzi jeden
tranzystor 1T i jeden kondensator 1C. Dodatkowym czynnikiem
napędzającym prace nad tymi pamięciami stały się coraz bardziej
powszechne w użyciu elektroniczne systemy przenośne takie jak przenośne
komputery, telefony komórkowe oraz chip-y RFID.
34
W dalszej części prezentacji zajmiemy się omówieniem działania
kondensatora ferroelektrycznego jako nośnika pamięci na przykładzie
ceramiki PZT [6]. W kondensatorach stosowanych w pamięciach
ferroelektrycznych zamiast standardowych, zwykle stosowanych
materiałów dielektrycznych, mamy materiały ferroelektryczne. Materiały
te różnią się tym, że w typowym dielektryku występuje zanik polaryzacji
po odłączeniu zewnętrznego pola elektrycznego, wywołującego tą
polaryzację, podczas gdy w ferroelektryku polaryzacja występuje nawet
po wyłączeniu pola.
Materiały PZT są ferroelektrykami o budowie perowskitu. Ich kryształy
powyżej temperatury Curie TC występują w fazie paraelektrycznej, w
której to kryształ przyjmuje stabilną strukturę kubiczną, charakteryzującą
się brakiem występowania polaryzacji.
35
Rys. 20. Komórka elementarna PZT o strukturze perowskitu w stanie tetragonalnym.
36
Rys. 21. Pętla histerezy dla kondensatora ferroelektrycznego. Głównymi parametrami
charakteryzującymi pętlę są: Qr – ładunek resztkowy, Qs – ładunek nasycenia oraz
VC – napięcie koercji [6].
37
Rys. 22. Schemat budowy kondensatora ferroelektrycznego dla pamięci FeRAM.
Strzałki „góra” oraz „dół” odnoszą się do kierunków polaryzacji.
38
Rys. 23. Komórka pamięci ferroelektrycznej 1T-1C [6].
39
Przeprowadza się badania w kierunku stworzenia pamięci
ferroelektrycznych, które będą się charakteryzować jak najkrótszymi
czasami odczytu i zapisu danych (w przedziale 60 – 90 ns), jak największą
ilością cykli, w których podczas wykonywania operacji odczytu i zapisu nie
będą pojawiały się błędy powstające na skutek zużycia materiału. Obecnie
średnia ilość cykli wynosi od 1010 do 1013. Poza tym oczekuje się od tych
pamięci jak najdłuższej trwałości zapisanych informacji. Obecnie wynosi ona
10 lat dla temperatur przechowywania co najmniej 70 ºC, w przypadku
chip-ów RFID od 60 ºC do 125 ºC.
Jednak najważniejszymi wielkościami charakteryzującymi pamięci
FeRAM są jej pojemność oraz zapotrzebowanie na energię elektryczną
zużywaną w czasie operacji zapisu i odczytu danych. Przy czym pojemność
rozumiemy jako ilość możliwych do przechowywania informacji, która zależy
od wielkości komórek pamięci. Równie ważnym czynnikiem branym pod
uwagę podczas projektowania nośników pamięci ferroelektrycznych jest
możliwie jak największa miniaturyzacja późniejszych kosztów produkcji.
40
Pamięci ferroelektryczne mają obecnie bardzo szerokie zastosowanie
w technologiach telekomunikacyjnych oraz technologiach informacyjnych IT.
Mogą być one stosowane praktycznie w każdym urządzeniu elektronicznych,
które gromadzi i przechowuje informacje. Do takich urządzeń należą
np. komputery PC, telefony komórkowe, PDA (personal digital assistance),
HPC (hand-held personal komputer), karty smard card, chip-y RFID itp.
41
V. Trójwymiarowy zapis informacji
V. 1. Obrazy holograficzne
Holografia [7] jest bardzo nowoczesną techniką zapisu informacji,
polegającą na opracowaniu różnych technik uzyskania obrazów
przestrzennych poprzez rekonstrukcję (rekonstrukcja fali – odtworzenie w
pewnym obszarze przestrzeni kierunku ruchu, amplitudy, częstotliwości i fazy
fali) fali świetlnej, bądź fal akustycznych. Jest to technika doskonalsza niż
tradycyjna fotografia, ponieważ ta ostatnia zapisuje jedynie modulację
amplitudy, podczas gdy holografia zapisuje także zmiany fazy fali świetlnej.
Obraz holograficzny powstaje w wyniku interferencji fali rozproszonej
przez przedmiot zwaną wiązką przedmiotową z falą niezaburzoną zwaną
wiązką odniesienia). Powstające prążki interferencyjne zostają zapisane
na kliszy fotograficznej.
42
Rys. 24. Zapis i odczyt obrazu holograficznego [8].
43
Rys. 25. Schemat odczytu hologramu [9].
44
Przykłady hologramów oraz ich zastosowania [10]
45
V. 2. Dyski holograficzne
Holografia ma również zastosowania w przemyśle komputerowym.
Zastosowanie pamięci holograficznej w komputerze sprawi, że twarde
dyski będą miały pojemność nawet milion razy większą niż obecnie. Firma
InPhase opracowała technologię, w której wykorzystuje się promień lasera
rozszczepionego na dwie wiązki: wiązkę sygnałową i wiązkę odniesienia
(referencyjną). Pierwsza z nich niesie ze sobą dane zakodowane poprzez
system specjalnie dobranych zwierciadeł. Połączenie obu wiązek lasera
na światłoczułym materiale pozwala na uzyskanie hologramu zawierającego
powstałe podczas rozszczepienia „wzory interferencyjne” odpowiadające
zerom i jedynkom. Ta nowa technologia zapewni początkowo możliwość
zapisania ok. 200 GB na jednym nośniku, a z czasem jego pojemność
ma wzrosnąć do 1,6 TB ([8], p. też [11]).
46
Rys. 26. Schemat zapisu informacji.
47
Rys. 27. Schemat odczytu danych z nośnika.
48
Konstrukcja płyty holograficznej jest podobna jak płyty CD za wyjątkiem
tego, że materiał użyty jako nośnik jest inny. Zatem modyfikacja klasycznego
napędu CD-ROM tak aby mógł on odczytywać dane z takiej płyty
holograficznej, sprowadza się do zastąpienia pojedynczego fotodetektora
przez światłoczułą matrycę. Obraz holograficzny zajmuje na powierzchni
płyty holograficznej obszar równy bądź mniejszy od jednego pita, a więc na
spiralnej ścieżce można umieścić miliony takich obrazów. Przy czym każdy
pit reprezentuje pojedynczy bit danych, którego stan rozróżnia się po
stopniu odbicia światła lasera.
W tej samej objętości można zapisywać na sobie wiele hologramów.
Wymaga się przy tym tylko aby wiązki lasera różniły się kątem padania lub
długością fali. Obecnie rozdzielczość kątowa wynosi 0,04 stopnie, ale
przewiduje się, że w przyszłości hologramy będą zapisywane pod kątami
różniącymi się od siebie tylko o 0,001 stopni.
49
Najlepszymi materiałami do stałych pamięci holograficznych są układy
polimerowe i fotochromowe. Cechują się one małym zapotrzebowaniem
energetycznym, wydajnością dyfrakcji dochodzącą do 100%, gęstością
zapisu ponad 1000 linii/mm, niską ceną oraz technologią produkcji
zbliżoną do tej stosowanej w wytwarzaniu płyt CD-R. Niestety wykazują
się one niską trwałością, co nie pozwala jeszcze na wprowadzenie
pamięci holograficznych na rynek komercyjny.
50
V. 3. HVD – uniwersalny dysk holograficzny
Konkurencyjną technologią do tej opisanej wyżej i opracowanej przez
InPhase, jest technologia uniwersalnego dysku holograficznego (HVD)
zaproponowana przez japońską firmę Optware. Jest to technologia nowej
generacji mogąca pomieścić do 3,9 TB danych na płycie holograficznej
jednowarstwowej. Nośniki te pozwalają na zapis danych w przestrzeni
trójwymiarowej dysku wielkości typowej płyty 120 mm, czyli takiej samej
jak CD i DVD [11].
Technologia holograficznego nagrywania opracowana przez Optware
pozwala na przechowanie danych na nośniku w postaci nałożonych na
siebie fal lasera, co umożliwia trójwymiarowy zapis danych i przechowywanie
miliona bitów informacji w tylko jednym „punkcie” zapisu danych. Format HVD
umożliwia jednoczesny odczyt i zapis informacji, czego dyski optyczne nie
potrafią. Poza tym nośniki HVD nie muszą wirować, ponieważ to laser
przesuwa się nad płytą i skanuje jej powierzchnię. Dzięki temu prędkość
transmisji danych jest tak wysoka.
51
Rys. 28. Struktura płyty HVD.
52
Dziękuję za uwagę
53
Literatura
[1] „Urządzenia techniki komputerowej. Budowa i zasada działania FDD”, Jerzy Kluczewski.
[2] „Dysk twardy HDD. Magnetyczny nośnik danych”, prezentacja PowerPoint.
[3] http://wwwnt.if.pwr.wroc.pl/kwazar/wproInforma/cd/spis.htm
[4] http://ifnt-old.fizyka.amu.edu.pl/dydaktyka/hatem_p/zapis/MAGOP/amos1.html
[5] „Fizyka ciała stałego”, CH. A. Wert, R. M. Thomson.
[6] „Kondensatory ferroelektryczne jako nośniki informacji”, Krzysztof Stanuch.
[7] http://www.student.agh.edu.pl/~spojowa/fpo.doc
[8] http://www.pcworld.pl/artykuly/42206.html
[9] http://www.fizyka.net.pl
[10] „Holografia - Podział hologramów, produkcja i odtwarzanie obrazów oraz ich zastosowanie”,
Krzysztof Niemczyk.
[11] „Uniwersalny dysk holograficzny – konspekt”, Tomasz Wilczyński.
54