Att Lagra p agnetiska edia vers. Bertil Reinhammar Klla: Diskstorge Technology by Robert hite Scientific America, Aug isao Historia _ _ _ _ _ _ _ _ Den frsta maskinen fr magnetisk lagring visades r 1900 i Paris. Den var framtage av en dansk vid namn Valdema Poulsen. Maskinen fungerade Sa att man p en trummas yta gorde en spiralfo-mad ska i vilke en piaotrad lades. P en stang som sattes prallellt med trummans axel placerdes ett ls/skriv-huvud. Huvudet gled utmed sta9e Sa att det kunde skriva och lsa p traden. (se fig 1 Uppfiingen som sadan var e sesatio me p.g.a. att det vid lisning blev far saga signaler dr6de det till i920-talet, d rarfarstrkaren kom till, innan utvecklige kom igng p allvar. Pianotrden ersattes med tiden av en plastrimla med en typ av jarnoxid pa yta och se, magetbandet var ett faktum. En variant r mgnettrumman, en cylinder kldd med rnoxid, som i picip fungefaf som Poulsens apparat, med skillnade tt den nya trumman fick manga spar och ett huvud far varJe spar. Magnettfumman vaf det farsta minnet i moderna datoref och anvndes till och med som primarminnen. Senare uppfanns magnetskivan (skivmiet), i pfiCip utformad som en grammofonskiva men isallet far att rista in iformationen i plast skrivs den med halp av ett ls/skfiv- huvud p rnoxid. dag avnder man halvledarminnen som primrminnen tack vare deras snabbhet. De ir emelleftid dyra per bit fkat. Drfar anvnder man det billigare skivminnet som sekudrmine variffan man felativt sabbt kan hmta stofa datamngder. Ytterligare en niv ner finns tertirminnet som utg6rs av magnetband. Detta fr att band r nu billigae per bit men Sa r det ett mycket lngsamt medium. Detta var histoia. Lt oss titta pa vad som hdef idag och vad som kan vntas i framtiden. En magnetskiva bestr valigen av en metallskiva (oftast aluminium) som belggs med ett tunt lager rndioxid- kristaller av en speciell typ. Dessa kristaller har magnetisk nord- och sydpoI. Vid tillverkningen lggs en flytande lsning med jrndioxide pa skivan och ett magnetflt lggs p under det att lsningen torkr. Magnetfaltet gar att oxidpartiklara ligger sig vikelt mot radien pJ skivan. Nr informtion skall lgras lgger man via ett ls/sk-ivhuvud p ett starkt magetfllt pa ytan. det omrade dr fltet r verksamt tvingas partik- larna att anta samma polaritet. 085! Partiklara ligge still men N/S-pol byter plts. Nr fltet tas bort or f6rndringen fixerad. Nu skulle man kunna misstnka att e logisk 1 motsvras v att lla partiklar i ett omrade har N-pol t hager medan en logisk O motvaras av alla N-pole t vnster. sa 5r dock e fllet ty det skulle inte funger Sa bra. En metod gar ut p att nar skiva ar helt utan information Sa vxlar magetfltsriktningen pa skivan med mna mellanrum. Denna periodiska vxling anvnds som klocka fr att synkronisera elektroniken med lisningen. Nr en ett skall lagras tvingas faltet p skivan att byta iktig mitt i ett av de filt som nyss beskrevs. Om en nolla skall lgras gars inte denna ndring. (se fig 2)- Slunda betyder nrvaron av en vxling en logisk etta och franvaron en logisk nolla. Skivan i sig r bar halva konstruktionen. F6r att kunna lisa och skriva maste ett bra huvud till. P detta huvud stlls gnsk stora krav. Dels mste det vara knsligt Sa att farndringarna i skivan ger distinkta sigale-, dels maste det var robust Sa att det klarar av de starka str6mma som krvs far kuna skiva. Dessutom maste materialet snabbt terga till magnetisk nollniva fr att inte skriva fr lnge och stadkomma sneda f6rh1lande i fltvxlingrn. Materilet i den skrivnde delen av huvudet 6r oftast nagot ferritmaterial (en blanding av rnoxid och ickel, zink eller magnesium). Den mekanisk utformningen beror v skivminnestyp. P floppyaggregat ricke det om huvudet kapsls i t.ex. teflon, dett tack vare den lga rotationshastigheten. Pa "riktiga" skivminnesaggregat f inte huvudet komma i kontkt med skivan utan maste flyg. Rotationshastigheten r ofta ca 3000 varv per minut (med 60 Hz ntfrekvens). Dett ger en ythastighet, relativt huvudet, pa ca 160 km i timmen och skulle ma lta huvudet glida mot ytn skulle friktionvrme smlt huvud och skiva (vilket ibland hnder av misstag). Tack vae den h6ga ythastigheten uppstar ett ganska starkt lufttryck som utnyttjas f6r att halla huvudet flygande. Om huvudet ir iOO 99 Sa lngt som vstandet melln huvud och skva blir lyft- kraften atskilliga gram vilket ir tillrckligt f6 att hlla huvudet uppe och smtidigt kunn finustera avstandet. Hur mycket nformation kan man d lagra pJ en skiv ? Cet beror dels p typen av skiva, dels p typen av huvud. Pa e floppy S i/4" kan man utan vidre lagra 320 kByte med dagens tekik. Det fins tekik f 620 k8yte men ff. vet ite om den r kommersiellt tillgnglig. Trots allt r det fragan om ganska blygsamma mgder och ffmst lmpat for hemdatorer, kontormaskiner etc. P en 8" Winchester ryms ca S MByte per skiva. Fddele med Wincheste r att den r liten i fr- h nde till pokningstthet. Denna hga packningstthet komme av att spren ligger mycket titt. Dessutom a hela skivn tillsammans med huvud kapslat vilket medfdr tt huvudea kan ligga mycket ira skiva uta att vidra denna. Resultat r en 19 liten konstruktion med mycket plats. Dr ha vi ocks Nackdelen. Ma kan inte uta vidae byta medium p en Winchester och i de fall det gar mste hela skiva och huvud bytas i fom av e kasset. ichestar med utbytbara kassetter r dyra. De starsta kommersiellt tillgngliga inchestra- farf. har hart talas om ligge- p ca 40 Byte och kostar ca 25000 SEK. Till sist har vi lastagbaa skivpackar. Fardele med dem r att det r ltt att byta medulm. Nackdelen r att de r knsliga f a. damm i hage grad n floppy och Wincheste-. Minnesutrymmet varierar frn S Byte till 516 (!) MByte. f modell med i SByte pSta finnas men antas vaa e skrytprodukt och e kommersiellt tillgnglig. Den stora vaiatioen beror pa flea saker. De frmsta a. att atal skivor i en packe varierar (i till 10 st) men ven typ av huvud spelaf roll. T.ex tunnfilmshuvuden medger hge packningstthet n ferrithuvuden p.g.a. att tunnfilmshuvuden reagerar snabbafe p magitiska far-drigar vilket medge fler bitar per spJr. De kan dessutom g6ras mindre varfr hge sprtthet medges. N FUTURU Vad kan komma att hinda i framtiden? En hel del forskning lggs ne kring minnen. Bl.a. Sa farsaker ma f fam material som r mer magnetiskt stabila (dkad stornings- knslighet samt battre m.a.p. packingstthet). Detta ka gdras genom att lgga ett tunt lager kobolt p ytan av magnetmaterialet. Det har gorts magetband med dea prnc-p. Vad gller huvuden s har B lyckats ta fram ett tunnfilmshuvud och vill anvnda det i stllet for feit- huvuden. Om man kombinerr en skiva med koboltyta med ett tunfilmshuvud kan troligen avsevirda farbittinga- astadkommas . En helt annan metod bygger pJ att man lagrar tredmen- sionellt. D.v.s. man lagar iformatio p djupet dessutom. Dena metod r nnu bafa teori och det taf trolige tid att relisera den (om det verhuvudtget gar). En ana gren utgars av laseskivan. Dea kostruktio pminer om magnetskivn men r principiellt annorlunda. an tager e alumiiumskiva och belgger de med gfundmnet Tellur. Nr Sa en etta sk gras br6nner man ett hl i tellurskiktet m.h.a. laser. Nr sedan lisning sker avids en svgare laserstrale som riktas mot spret. Luset som reflekteras averstts till i:or och O:or. Med dea metod kn mn teoretiskt lagr 10 ggr Sa mycket som p motsvarande magnetiskt medium. En NACKDEL att man inte ka nda infomationen godtyckligt ty mn kn inte sudda en ett. Problemet med att sudda farsaker man komma tillrtta med i ett nnat projekt som ocksa bygger pa en optisk skiva. Metoden gr ut pa att man m.h.a av en laser virme- yta p en skiv tills dess tt punkten man belyser nar sin Curie- tempeatur ( 1). Drefter fr punkten svlna under inverkan av ett magnetfilt. Vid lisning anvinder man en laserstle med lagre intensitet. Strukturen i ytskiktet gr tt, beroende pa partiklarnas orieterig, skiktet ir reflekterande elle genomskinligt. ietemperturen r den temperatur vid vilken ett material frloar sina magnetiska egeskapef. Nir ma seda latzr materilet svalna under ett magnetflt kn patiklarnas polaritet pverkas.