Zapis i przekazywanie informacji

Transkrypt

1 Zapis i przekazywanie informacji Szybkość przekazywania informacji 3*10 9 m/s elektroniczne: telegraf, radio 3*10 9 m/s optyczne: semafory, ogniska, sygnały dymne 300 m/s dźwiękowe: bębny, rogi, gwizdki m/s samolot 20 m/s gołąb pocztowy m/s pojazdy: motocykl, samochód, m/s statek 4 m/s koń 2.6 m/s człowiek 1

2 Odkrycie pisma Pismo odkryto około pne w Mezopotamii (wraz z rozwojem miast). 2

3 Najpierw pisano na glinianych płytkach (3200 pne). Zapis informacji w Egipcie Prawie jednocześnie pojawiło się pismo w Egipcie: 3300 do 3200 pne W Egipcie używano pióra i atramentu do pisania na papirusie. Papirus był później używany także przez Greków i Rzymian. 3

4 Technologia wytwarzania papirusu Surowiec: łodygi rośliny (cibora papirusowa) rosnącej nad brzegiem strumieni; Po usunięciu wierzchniej warstwy rdzeń dzielono na włókna i zaplatano; Plecionki nawilżano i ubijano; Suszono, wygładzano, polerowano. Technologia zapisu na papirusie Pisano piórem w kształcie dzioba gęsi; Atrament: sadza zmieszana z żywicą; Papirus do niektórych celów używano bardzo długo: w kancelarii papieskiej aż do XI wieku ne 4

5 Pergamin Odkryto go około 1000r pne w Azji Mniejszej, najprawdopodobniej w miejscowości Pergamo (łac. Carta pergamena) Technologia wytwarzania pergaminu Surowiec: skóra zwierzęca (owcza, koźla, cielęca); Dzielono ją na bardzo cienkie warstwy; Nie wyprawiano, ale suszono, gładzono, skrobano, szorowano pumeksem; To coś, co obecnie nazywamy pergaminem to papier bardzo silnie nasycony klejem papierniczym. 5

6 papier Jak wiele rzeczy używanych w życiu codziennym, także papier wynaleziono przypadkiem. Po raz pierwszy otrzymano go w Chinach, jako pozostałość po myciu jedwabnej waty, czynność tę wykonywano na matach. Polegała ona na zwilżaniu i ubijaniu jej kijami. Po zdjęciu waty na tychże matach osadzał się cienki nalot, który po wyschnięciu nadawał się do pisania. Ponieważ jedwab był bardzo drogi Chińczycy zastąpili go włóknami roślinnymi (np. łykiem morwy) i szmatami lnianymi. papier Wynalezienie tych składników do produkcji materiału pisarskiego przypisuje się Tsai Lunowi około roku 107 n.e. Masa papierowa składała się z włókien tkanin miażdżonych i tłoczonych w cienkie arkusze. Była to produkcja polegająca na powtórnym zużyciu tkanin, później dodano do składników włókna roślinne, oraz inne surowce (np. stare sieci rybackie). Nowy materiał rozpowszechnił się bardzo szybko dzięki zapoznaniu z nim cesarza. Tajemnica produkcji papieru była zazdrośnie strzeżona prez prawie 700 lat. 6

7 papier Mimo to ok. 750 r. Arabowie nauczyli się jego wytwarzania od jeńców chińskich, ujawniając tajemnicę produkcji innym krajom ze świata arabskiego. Prawdopodobnie już w III wieku składniki do wytwarzania papieru znali Koreańczycy. W VI wieku umiejętność tę posiedli Japończycy, którym tajemnicę wytwarzania papieru zdradził koreański mnich Doncho. Japoński papier, niedługo po tym, stał się lepszy jakościowo od koreańskiego. W IX w. istniało w Japonii ponad 40 warsztatów produkujących papier wysokiej jakości m.in. z kory drzew kozo, mitsumata i krzewu gampi. papier W wiekach od VII do IX materiał ten wyrabiano także w Iranie, Indiach i Arabii. Poprzez migrację ludów droga papieru obiegła cały świat. Do Europy dotarł jedwabnym szlakiem, który biegł przez Azję Środkową, Persję, Egipt, Afrykę i Hiszpanię. Tu w 1154 r. zbudowano pierwszą papiernię. Niezależnie od Chin w Ameryce Środkowej w plemieniach Majów wyrabiano materiał papierniczy z kory i łyka dzikiego figowca. Do Polski papier dotarł ok. XV wieku. 7

8 Taśma perforowana Nośniki magnetyczne taśmy magnetyczne dyskietki dyski twarde 8

9 Taśma magnetyczna Taśma polimerowa, na którą nanosi się drobne cząstki magnetyczne (Fe 3 O 4 ). Są to podłużne, cienkie kryształki, które mogą być namagnesowane tylko równolegle (lub antyrównolegle) do swojej osi. Taśma magnetyczna: zapis Zmienny prąd płynąc przez elektromagnes indukuje pole magnetyczne, które odpowiednio magnesuje cząstki magnetyczne taśmy. 9

10 Taśma magnetyczna: odczyt Taśma przesuwa się w szczelinie elektromagnesu Zmienne pole magnetyczne indukuje zmienny prąd w elektromagnesie. Dyskietki stworzone w IBM przez Alana Shugarta w 1967 (8 ) w komputerze z ,25 o pojemności 360 kb później 3,5 1,44 MB 10

11 Dyski Zasada zapisu i odczytu ta sama, co w innych magnetycznych środkach zapisu. Materiał magnetyczny: CoCrPt, CoCrPtTa; Nośniki optyczne CD-ROM CD-R/CD-RW DVD 11

12 Dyski CD/CD-R/CD-RW Budowa Zasada działania Dyski CD/CD-R/CD-RW 12

13 Dyski DVD Nośniki nieruchome Pamięć ROM Pamięć RAM Flash dyski 13

14 Flash dyski Nośniki przyszłości Magnetyczny RAM Pamięć holograficzna 14

15 Więcej szczegółów o dyskach i głowicach Na gęstość zapisu informacji mają wpływ: geometria i sposób zapisu rodzaj, wielkość i wymagania głowicy materiał dysku fizyka Zapis podłużny i poprzeczny 15

16 Zapis poprzeczny Zapis podłużny Warstwa miękkiego magnetyka (Soft underlayer) odbija głowicę magnesującą. Głowice indukcyjne (1986 ~ 94) Lubricant ~ 20 Å Carbon overcoat ~ 275 Å Magnetic layer~500 Å CoX, CoCrY NiP~500 Å Al substrate 16

17 Głowice MR (1991 ~ 2000) Bazują na anizotropowym magnetooporze Wprowadzone przez IBM w R/R=2~5%,c daje 1~5Gb/sq.inch Głowice MR (1991 ~ 2000) Typowy materiał: stopy Ni- Fe 17

18 Głowice GMR (od 1997) R/R=10~50%, co dało od 1 do kilkuset Gb/sq.inch Twarde dyski: historia pierwszy twardy dysk o nowoczesnej konstrukcji: model IBM 3340 "Winchester o pojemności 60 MB; 1983: pierwsza 3.5" dyskietka; 1990: pierwsze magnetorezystywne głowice; 18

19 Materiały twardego dysku Przerwa między powierzchnią dysku a głowicą wynosi około 15 nm. Gładkość powierzchni: kilka nanometrów. Tradycyjnie podłożem jest Al-Mg z warstwą Ni-P. Obecnie używa się również szkła. Na podłoże nanosi się Cr lub stop Cr-V aby zapewnić odpowiednią orientację krystalograficzną warstwy magnetycznej. Warstwa magnetyczna: stop Co o grubości10~30nm. Materiały twardego dysku Topography AFM picture RMS is about 8-12Å MFM image, dark and white Represents the bit information Sadamichi, Spin Dependent Transport in Magnetic Nanostructure 19

20 Gdzie jest granica możliwości? Każdy bit zawiera setki ziaren krystalicznych. Zapis magnetyczny polega na uśrednieniu namagnesowania wszystkich ziaren. Gdy bity maleją, ziarna też muszą. W końcu stają się superparamagnetyczne. Superparamagnetyzm to zjawisko spontanicznej zmiany namagnesowania (dotyczy nanokrystalitów) zachodzące wskutek fluktuacji termicznych. Definicja: Magnetyczna informacja zawarta w ziarnie ulega, z pomocą energii termicznej, spontanicznemu przełączaniu. Ms ----Namagnesowanie nasycenia V --- Objętość ziarna KuV---Magnetyczna anizotropia ziarna Aby zachować informację dłużej niż10 lat, KuV>40~50kT Gdy V maleje, Ku musi rosnąć Superparamagnetyzm 20

21 Superparamagnetyzm Sposoby walki z superparamagnetyzmem Magnetyczna anizotropia może być zwiększona poprzez wytwarzanie materiałów o małym rozrzucie wielkości ziarna. Zapis prostopadły pozwala na użycie większego pola zapisu. Superparamagnetyzm Sposoby walki z superparamagnetyzmem Stosowanie materiału o wyższym polu koercji. Ale wtedy zapis wymaga większego pola magnetycznego. Ten problem może rozwiązać zastosowanie zapis wspomaganego termicznie (lokalne ogrzewanie materiału dysku za pomocą lasera). W wyższej temperaturze pole koercji jest mniejsze. 21

22 Co dalej? Zapis podłużny już osiągnął granicę możliwości Zapis poprzeczny: oczekuje się, że granica to Tb/in 2 Możliwośći: Zapis ze wspomaganiem termicznym (heat assisted magnetic recording HAMR) Teksturowanie materiału dysku bit patterned media (BPM) recording gigabit / in Granica superparamagnetyczna year HAMR Perpendicular HAMR+ BPM Literatura inne strony www CHIP 22