Магнітооптичні диски

У пристроях з магнитооптическими дисками, МОД (Magneto-Optical Drives, MOD), у процесі запису і читання магнітного носія використовується лазер. МОД сполучать практично необмежене число перезаписів, властиве магнітним носіям, з надзвичайно надійним збереженням записаної інформації. Пристрій приводу МОД укладається в традиційну схему — маються шпиндель, що обертає диск, і голівка, переміщувана над поверхнею диска системою позиционирования. Відстань від голівки до поверхні диска — близько 1 мм, що виключає ризик торкання поверхні диска (звідси дуже висока надійність). На голівці розташовані лазер і оптична система, фокусирующая промінь на магнітному шарі носія. На диску поверх магнітного шару мається шар субстрату, що захищає магнітний шар від механічних впливів. Промінь на поверхні диска (субстрату) дає пляма розміром близько 1 мм, так що порошини і мікроподряпини не роблять істотного впливу на процеси, що відбуваються. На магнітному шарі, що знаходиться під прозорим шаром субстрату (товщина субстрату — близько 1,2 мм), за рахунок фокусування пляма зменшується вже до мікронних розмірів, що і визначає досяжні (у плані зменшення) розміри «осередків, що зберігають,». Відстань між треками в дисків 128 Мбайт — 1,6 мкм, у 540/650 Мбайт —1,1 мкм. Один біт на треку в дисків 128 Мбайт займає 0,52 мкм, у 540/650 Мбайт — 0,31 мкм. Принципи запису і читання МОД досить своєрідні.

Запис здійснюється термомагнітним способом: магнітне поле голівки здатне перемагнітити тільки мікроскопічну зону носія, що розігрівається лазерним променем до температури вище крапки Кюрі (порядку 200 °С). Зона, що вийшла з-під променя, «заморожує» отриманий стан намагніченості. Традиційно в магнітооптиці використовують двухпроходную запис. Для того щоб записати інформацію в секторі, після позиционирования голівки за перший оборот сектор стирають. Для цього голівка створює постійне магнітне поле, а лазер включається на повну потужність, коли під ним проходить необхідний сектор (сектори). У результаті всі «засвічені» області даних переводяться в стан з однаковим напрямком намагніченості. На наступному обороті виконується власне запис — напрямок магнітного поля голівки міняється на протилежне, і формуються могутні імпульси лазера над тими крапками, стан яких потрібно змінити, щоб закодувати необхідну інформацію. У результаті саме ці осередки пере-магничиваются. Для більшої вірогідності на третьому обороті виконується верифікація — зчитування записаної інформації. У принципі, можлива й однопрохідний запис, якщо модулювати магнітне поле (переключати його напрямок) над кожною бітовою областю. Однак у даній технології (при великій відстані голівки від диска, що зменшувати не хочуть принципово) через явище індукції магнітна модуляція на великих швидкостях запису вимагає непомірних витрат енергії. Модуляція магнітного поля (Magnetic Field Modulation, MFM) застосовується при записі міні-дисків в аудио-технике (там не потрібна висока швидкість запису). Однопрохідний запис для комп'ютерного застосування заснований на технології LIMDOW, про яку розповідається далі.

Зчитування інформації з магнітного шару носія виконується теж за допомогою лазера (при малій потужності випромінювання) і засновано на ефекті Кер-ра — зміні поляризації світла під дією магнітного поля. Відбитий промінь проходить через поляризаційну оптику, у результаті на фотоприймач приходить промінь, інтенсивність якого модульована (по амплітуді) відповідно до запису на магнітному шарі. Здатність оптики, що дозволяє, і фотоприймача визначає досяжну щільність збереження інформації — записати можна і більш дрібні осередки, але вважати їхній не удасться. Підвищити дозвіл при зчитуванні дозволяє технологія MSR (див. далі).

Магнітооптичні диски організовані так само, як і магнітні, — у них маються доріжки, розбиті на сектори, тільки нумерація доріжок починається від центра диска. Розмір сектора може бути стандартним (512 байт даних) або збільшеним (2048 байт даних). Більший розмір сектора знижує частку накладних витрат на службову інформацію. Кількість секторів на треку змінно — тут теж застосовується зонний запис. Крім користувальницької області, на диску в кожній зоні маються службові і резервні області, що дозволяють перепризначувати дефектні сектори прозоро для користувача. Убудований контролер нагромаджувача МОД виконує трансляцію фізичної геометрії (із зонним форматом) у логічну і має внутрішні засоби для перепризначення дефектних блоків.

Магнітооптичні диски бувають двох розмірів — 5,25" (двосторонні) ємністю 650 Мбайт, 1,3, 2,6, 4,6 Гбайт і 3,5" (однобічні) ємністю 128, 230, 540, 640 Мбайт і 1,3 Гбайт.

Магнітооптичні пристрою через стандартизацію носія є розповсюдженим засобом не тільки архівації, але й обміну даними. Носії стандартизовані ISO/IEC (для 3,5" дисків стандарт 15041:1997), що забезпечує сумісність дисків і пристроїв різних виробників.

Існує ряд градацій обсягів МОД, що позначаються через кратність обсягові початкової моделі диска (табл. 9.7). Диски розрізняються щільністю розміщення треків; методами модуляції — PWM (Pulse Width Modulation — широт-але-імпульсна модуляція) для 1х і 2х, PPM (Pulse Position Modulation — по-зиционно-импульсная модуляція) для 4х; методами кодування — RLL 2.7 для 1х і 2.x, RLL 1.7 для 4х і 5х; а також організацією зонного формату запису. Пристрої і диски мають зворотну сумісність: пристрою більшої ємності можуть працювати і з дисками меншої ємності. Пристрою 4х (5х) звичайно можуть повноцінно працювати з дисками 2х і читати диски 1х.

Таблиця 9.7. Ємність магнитооптических дисків

Щільність ____ Диск 130 мм (5")_ Диск 90 мм (3,5")_

1х 560/650 Мбайт 128 Мбайт

2х 1,2/1,3 Гбайт 230 Мбайт

4х 2,3/2,6 Гбайт

Для тих самих пристроїв можуть указуватися два значення ємності, наприклад 540/ 640 Мбайт Менше значення відповідає форматуванню зі стандартним (512 байт) розміром сектора, більше — зі збільшеним (у даному випадку до 2048 байт)

Приводи МОД випускаються в зовнішнім і внутрішнім виконаннях. Оскільки при записі відбувається значне тепловиділення, у ряді випадків переважно зовнішнє виконання пристроїв. Пристрою мають інтерфейс SCSI, IDE або Fibre Channel, що забезпечує швидкість передачі, гідний МОД. Для підключення до LPT і USB звичайно застосовуються перехідні адаптери SCSI або IDE.

Завдяки малому розмірові диска найбільш популярні пристрої формату 3,5", для яких уже досягнута ємність 1,3 Гбайт. Магнітооптичні нагромаджувачі і диски виробляються безліччю фірм, лідером у виробництві пристроїв 3,5" є Fujitsu. Сучасні пристрої мають швидкість обертання 3000-4500 про./мін, що забезпечує малу затримку доступу (7 мс) і середній час пошуку 20-30 мс. Швидкість передачі даних навіть в одного пристрою залежить від ємності диска — диски більшої ємності працюють швидше, оскільки в них більше секторів на треку. Швидкість передачі на початкових циліндрах, якими в МОД є внутрішні циліндри, помітно нижче, ніж на зовнішніх — наслідок зонного запису (ZBR). Для магнітооптики з традиційною технологією характерно значне розходження швидкостей запису і зчитування — запис відбувається істотно повільніше через необхідність двох-трьох проходів над тим самим треком. По швидкісних характеристиках зчитування приводи МОД знаходяться між нагромаджувачами на гнучких (типу ZIP) і твердих (J^az) магнітних дисках. Час доступу (позиционирования) упирається в масу голівки (инерционность).

Магнітооптичні диски стійкі до сильних зовнішніх магнітних полів, оскільки при нормальній температурі коэрцитивная сила носія велика; вони не бояться перепадів температури, сонячного світла, вібрації. Гарантований час життя диска — близько 40 років.

У магнитооптических дисків, у принципі, є ще можливості підвищення щільності збереження інформації. Технологія магнітного супердозволу (Magnetic Super Resolution, MSR) дозволяє збільшити щільність збереження даних у порівнянні з чисто оптичними технологіями при тім же розмірі плями лучачи. При записі температура нагрівання розподіляється по плямі в центрі вона значно вище. Тому гранична температура досягається не на всій площі плями, а тільки в меншій центральній області, і тільки в цій області відбувається перемагнічування. Оскільки поверхня носія рухається щодо голівки, нагріта область являє собою еліпс, витягнутий уздовж доріжки. Процес зчитування відрізняється від класичного — його технологія нагадує LIMDOW. Диск MSR має кілька магнітних шарів (у спрощеній схемі — три). Для оптичного зчитування видний тільки верхній шар — шар зчитування (reading out layer), інформація записується на нижній — шар запису (recording layer), а між ними розташований проміжний шар (intermediate layer), що при визначеній температурі здатний транслювати стан нижнього шару у верхній, видимий. Зчитування виробляється досить могутнім променем, що впливає на магнітні властивості верхніх шарів, не «зачіпаючи» (по температурі) у присутності постійного магнітного поля властивості нижнього шару, що зберігає дані. Сверхразрешение досягається завдяки ефектові подвійного маскирования: у центрі плями лучачи, де температура висока, проміжний шар утрачає магнітні властивості і не передає стан шаруючи збереження на вихідний шар, що намагнічується зовнішнім полем. На краю плями працює низькотемпературна маска — тут проміжний шар намагнічується зовнішнім полем перпендикулярно шарую збереження, і шар зчитування знов-таки виявляється намагніченим зовнішнім полем голівки. І тільки у вузькій області помірної температури стан шаруючи збереження транслюється на видимий шар, завдяки чому сигнал приймається від області, набагато меншої, чим пляма лучачи лазера, з добрим стосунком сигнал/шум.

Подальшим розвитком технології MSR є системи MAMMOS (Magnetic AMplified Magneto Optical System) і DWDD (Domain Wall Displacement Detection), що знаходяться ще в стадії лабораторних досліджень.

Дата добавления: 2014-01-04