Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магниттелетін ортада деректерді жазу
Recording of data on a magnetizable medium
Магниттік сақтау немесе магниттік жазу – магниттелген ортада деректерді сақтау болып табылады. Магниттік сақтау деректерді сақтау үшін магниттелетін материалдағы магниттелудің әртүрлі үлгілерін пайдаланады және бұл – ұшпайтын жадтың бір түрі. Ақпаратқа бір немесе бірнеше оқу/жазу бастары арқылы қол жеткізіледі. Магниттік сақтау құралдары, ең алдымен қатты дискілер, компьютерлік деректерді, сондай-ақ аудио және бейне сигналдарын сақтау үшін кеңінен қолданылады. Есептеу техникасы саласында «магниттік сақтау» термині жиі қолданылады, ал аудио және бейне өндірісі саласында «магниттік жазу» термині көбірек таралған. Бұл айырмашылық техникалық емес, көбінесе таңдау мәселесі. Магниттік сақтау құралдарының басқа мысалдары: дискеталар, магниттік таспалар және кредиттік карталардағы магниттік жолақтар.
Magnetic storage or magnetic recording is the storage of data on a magnetized medium. Magnetic storage uses different patterns of magnetisation in a magnetizable material to store data and is a form of non volatile memory. The information is accessed using one or more read/write heads. Magnetic storage media, primarily hard disks, are widely used to store computer data as well as audio and video signals. In the field of computing, the term magnetic storage is preferred and in the field of audio and video production, the term magnetic recording is more commonly used. The distinction is less technical and more a matter of preference. Other examples of magnetic storage media include floppy disks, magnetic tape, and magnetic stripes on credit cards.
Тарих
Электрлік әлемнің 1888 жылғы 8 қыркүйектегі санында Оберлин Смит сымға жазу арқылы магниттік сақтауды жариялады. Смит бұған дейін 1878 жылдың қыркүйегінде патентке өтініш берген, бірақ оның бизнесі станоктармен айналысқандықтан, бұл идеяны іске асыруға мүмкіндік болмады. Алғаш рет көпшілікке көрсетілген (1900 жылғы Париж көрмесі) магниттік жазу құрылғысын 1898 жылы Вальдемар Пульсен ойлап тапты. Пульсеннің құрылғысы сигналды барабанға оралған сымға жазды. 1928 жылы Фриц Пфлюмер алғашқы магниттік таспаны жасады. Алғашқы магниттік сақтау құрылғылары аналогтық дыбыс сигналдарын жазу үшін арналған. Компьютерлер және қазіргі көптеген дыбыс және бейне сақтау құрылғылары цифрлық деректерді жазады. Компьютерлерде магниттік сақтау магниттік барабан, негізгі жад, арқанды жад, жұқа пленкалы жад, твистор жады немесе көпіршік жады түрінде бастапқы сақтау үшін де қолданылды. Қазіргі заманғы компьютерлерден өзгеше, магниттік таспа екінші деңгейдегі сақтау үшін де жиі пайдаланылды.
Magnetic storage in the form of wire recording—audio recording on a wire—was publicized by Oberlin Smith in the Sept 8, 1888 issue of Electrical World. Smith had previously filed a patent in September, 1878 but found no opportunity to pursue the idea as his business was machine tools. The first publicly demonstrated (Paris Exposition of 1900) magnetic recorder was invented by Valdemar Poulsen in 1898. Poulsen's device recorded a signal on a wire wrapped around a drum. In 1928, Fritz Pfleumer developed the first magnetic tape recorder. Early magnetic storage devices were designed to record analog audio signals. Computers and now most audio and video magnetic storage devices record digital data. In computers, magnetic storage was also used for primary storage in a form of magnetic drum, or core memory, core rope memory, thin film memory, twistor memory or bubble memory. Unlike modern computers, magnetic tape was also often used for secondary storage.
Дизайн
Ақпарат сақтау ортасына, магниттік бетімен өте жақын (көбінесе ондаған нанометр) жұмыс істейтін оқу және жазу бастары деп аталатын құрылғылардың үстінен жылжығанда жазылады және оқылады. Оқу және жазу басы оның астындағы материалдың магниттелуін анықтау және өзгерту үшін қолданылады. Екі магниттік полярлық бар, олардың әрқайсысы 0 немесе 1 санын білдіреді. Магниттік бет тұжырымдамалық тұрғыдан көптеген кішкентай, микрометрден кішідігіне дейінгі магниттік аймақтарға бөлінеді, олар магниттік домендер деп аталады (бірақ бұл қатаң физикалық мағынадағы магниттік домендер емес), және олардың әрқайсысы көбінесе біркелкі магниттелуге ие. Магниттік материалдың поликристаллдық табиғатына байланысты, осы магниттік аймақтардың әрқайсысы бірнеше жүз магниттік түйіршіктен тұрады. Магниттік түйіршіктердің мөлшері әдетте 10 нм-ге тең болады және олардың әрқайсысы нақты магниттік доменді құрайды. Әрбір магниттік аймақ магниттік өріс тудыратын магниттік дипольді құрайды. Ескі қатты дискілік дисктердің (HDD) конструкцияларында аймақтар көлденең және дискі бетіне параллель бағытталған, бірақ 2005 жылдан бастап магниттік домендердің тығыз араласуын қамтамасыз ету үшін бұл бағыт перпендикулярға өзгертілді. Ескі қатты дискілерде магниттік материал ретінде темір(III) оксиді (Fe2O3) қолданылған, ал қазіргі дискілерде кобальт негізіндегі қорытпа пайдаланылады.
Information is written to and read from the storage medium as it moves past devices called read and write heads that operate very close (often tens of nanometers) over the magnetic surface. The read and write head is used to detect and modify the magnetisation of the material immediately under it. There are two magnetic polarities, each of which is used to represent either 0 or 1. The magnetic surface is conceptually divided into many small sub micrometer sized magnetic regions, referred to as magnetic domains, (although these are not magnetic domains in a rigorous physical sense), each of which has a mostly uniform magnetisation. Due to the polycrystalline nature of the magnetic material, each of these magnetic regions is composed of a few hundred magnetic grains. Magnetic grains are typically 10 nm in size and each form a single true magnetic domain. Each magnetic region in total forms a magnetic dipole which generates a magnetic field. In older hard disk drive (HDD) designs the regions were oriented horizontally and parallel to the disk surface, but beginning about 2005, the orientation was changed to perpendicular to allow for closer magnetic domain spacing. Older hard disk drives used iron(III) oxide (Fe2O3) as the magnetic material, but current disks use a cobalt based alloy.
Магниттік-оптикалық жазу
Магниттік оптикалық жазу оптикалық түрде жазады/оқиды. Жазу кезінде магниттік орта лазер арқылы жергілікті түрде қыздырылады, бұл мәжбүрлеу өрісінің күрт төмендеуіне себеп болады. Содан кейін, магниттеуді өзгерту үшін кішкентай магнит өрісі қолданылады. Оқу процесі магнитооптикалық Керр эффексіне негізделген. Магниттік орта әдетте аморфты R Fe Co жұқа пленкасы (R – сирек кездесетін жер элементі). Магниттік оптикалық жазу кеңінен таралмаған. Оның бір танымал мысалы – Sony компаниясының Minidisc өнімі.
Magneto optical recording writes/reads optically. When writing, the magnetic medium is heated locally by a laser, which induces a rapid decrease of coercive field. Then, a small magnetic field can be used to switch the magnetisation. The reading process is based on magneto optical Kerr effect. The magnetic medium are typically amorphous R Fe Co thin film (R being a rare earth element). Magneto optical recording is not very popular. One famous example is Minidisc developed by Sony.
Доменді таралу жады
Домендік таралу жады бұршақтық жад деп те аталады. Негізгі идеясы – микроқұрылымы жоқ магниттік ортада домен қабырғасының қозғалысын басқару. "Бұршақ" – тұрақты цилиндр тәрізді доменді білдіреді. Деректер бұршақ доменінің болуы немесе болмауы арқылы жазылады. Домендік таралу жадының соққылар мен дірілге төзімділігі жоғары болғандықтан, оның қолданылуы көбінесе ғарыш және авиация салаларында кездеседі.
Domain propagation memory is also called bubble memory. The basic idea is to control domain wall motion in a magnetic medium that is free of microstructure. Bubble refers to a stable cylindrical domain. Data is then recorded by the presence/absence of a bubble domain. Domain propagation memory has high insensitivity to shock and vibration, so its application is usually in space and aeronautics.
Қол жеткізу әдісі
Магниттік сақтау құралдарын реттік қолжетімді жад немесе кездейсоқ қолжетімді жад деп жіктеуге болады, бірақ кейбір жағдайларда олардың арасындағы шекара толыққанды анықталмайды. Қолжеткізу уақыты – сақталған жазбаларға қолжеткізуге қажетті орташа уақыт. Магниттік сымда оқу/жазу басы кез келген сәтте жазу бетінің өте шағын бөлігін ғана қамтиды. Сымның әртүрлі бөліктеріне қолжеткізу үшін, қызығушылық тудыратын нүкте табылар дейін сымды алға немесе артқа орау қажет. Бұл нүктеге жету уақыты бастапқы нүктеден оның қашықтығына байланысты. Ал феррит ядролық жадтың жағдайы керісінше – кез келген ядролық жады орнына кез келген уақытта бірден қолжеткізуге болады. Қатты дискілер мен қазіргі заманғы сызықты серпінді таспалы дискілер бұл екі санаттың біріне нақты тоспайды. Екеуінде де жад құралының ені бойымен көптеген параллель жолдар бар, ал оқу/жазу басына жолдар арасында ауысуға және жолдар ішінде іздеуге белгілі бір уақыт керек. Сақтау құралының әртүрлі нүктелеріне қолжеткізу үшін әртүрлі уақыт талап етіледі. Қатты дискілер үшін бұл уақыт әдетте 10 мс-тен кем, ал таспалар үшін 100 секундқа дейін созылуы мүмкін.
Magnetic storage media can be classified as either sequential access memory or random access memory, although in some cases the distinction is not perfectly clear. The access time can be defined as the average time needed to gain access to stored records. In the case of magnetic wire, the read/write head only covers a very small part of the recording surface at any given time. Accessing different parts of the wire involves winding the wire forward or backward until the point of interest is found. The time to access this point depends on how far away it is from the starting point. The case of ferrite core memory is the opposite. Every core location is immediately accessible at any given time. Hard disks and modern linear serpentine tape drives do not precisely fit into either category. Both have many parallel tracks across the width of the media and the read/write heads take time to switch between tracks and to scan within tracks. Different spots on the storage media take different amounts of time to access. For a hard disk this time is typically less than 10 ms, but tapes might take as much as 100 s.
Кодтау жүйелері
Магниттік дискілер мен магниттік таспалар тұрақты ток (DC) өткізе алмайды, сондықтан таспа мен дискідегі деректерді кодтау схемалары DC смещениесін азайту үшін жасалған. Көптеген магниттік сақтау құрылғылары қателерді түзетуді қолданады. Көптеген магниттік дискілер ішкі жүйеде жүріс ұзындығымен шектелген кодтаудың және жартылай жауаптың максималды ықтималдығының түрлерін пайдаланады.
Magnetic disk heads and magnetic tape heads cannot pass DC (direct current), so the coding schemes for both tape and disk data are designed to minimize the DC offset. Most magnetic storage devices use error correction. Many magnetic disks internally use some form of run length limited coding and partial response maximum likelihood.
Қазіргі қолданылуы
2021 жылдан бастап магниттік сақтау құралдарының негізгі қолданылу аймақтары – компьютерлік деректерді қатты дискілерге жаппай сақтау және аналогты аудио және бейне туындыларын аналогты таспаға жазу. Аудио және бейне өндірісінің көбі цифрлық жүйелерге көшуде болғандықтан, аналогты таспалардың есебінен қатты дискілерді пайдаланудың артуы күтілуде. Архивтер мен резервтік көшірмелерде жоғары сыйымды деректерді сақтау үшін цифрлық таспалар мен таспа кітапханалары кең таралған. Флоппи-дискілерге келер болсақ, олар ескі компьютерлік жүйелер мен бағдарламалық қамтамасымен жұмыс істеуде белгілі бір деңгейде қолданылады. Магниттік сақтау банк чектерiнде (MICR) және кредиттік/дебеттік карталарда (магниттік жолақтар) сияқты нақты қолданыстарда да кеңінен қолданылады.
as of 2021, common uses of magnetic storage media are for computer data mass storage on hard disks and the recording of analog audio and video works on analog tape. Since much of audio and video production is moving to digital systems, the usage of hard disks is expected to increase at the expense of analog tape. Digital tape and tape libraries are popular for the high capacity data storage of archives and backups. Floppy disks see some marginal usage, particularly in dealing with older computer systems and software. Magnetic storage is also widely used in some specific applications, such as bank cheques (MICR) and credit/debit cards (mag stripes).
Болашақ
Магниттік сақтаудың жаңа түрі, магниттік кездейсоқ қолжетімділік жады немесе MRAM деп аталады, ол деректерді туннельдік магниттік кедергі (TMR) әсеріне негізделген магниттік биттерде сақтайды. Оның артықшылықтары – ұшпайтындығы, төмен қуат тұтынуы және жақсы соққыға төзімділігі. Бірінші буыны Everspin Technologies компаниясымен жасалған және өріс арқылы жазу әдісін қолданды. Нидерландыдағы Радбуд университетінің Алексей Кимел жүргізіп жатқан зерттеулер, магниттік сақтау құралдарына деректерді жазу үшін стандартты электроимпульстердің орнына терагерц сәулесін пайдалану мүмкіндігін қарастыруда. Терагерц сәулесін қолдану арқылы жазу уақытын едәуір қысқартуға болады (стандартты электроимпульстерді пайдаланудан 50 есе жылдам). Тағы бір артықшылығы – терагерц сәулесі дерлік жылу шығармайды, осылайша салқындату қажеттілігін азайтады.
A new type of magnetic storage, called magnetoresistive random access memory or MRAM, is being produced that stores data in magnetic bits based on the tunnel magnetoresistance (TMR) effect. Its advantage is non volatility, low power usage, and good shock robustness. The 1st generation that was developed was produced by Everspin Technologies, and utilized field induced writing. Research is also being done by Aleksei Kimel at Radboud University in the Netherlands towards the possibility of using terahertz radiation rather than using standard electropulses for writing data on magnetic storage media. By using terahertz radiation, writing time can be reduced considerably (50x faster than when using standard electropulses). Another advantage is that terahertz radiation generates almost no heat, thus reducing cooling requirements.