После того как информация о диске получена и записана в базе данных, в рабочем окне появится диалог, отображающий дорожки диска с их названиями и другой информацией (Рис. 2.41). Этот диалог предназначен для выбора дорожек для сохранения, а также для настройки параметров этого сохранения. В верхней части диалога показывается список всех аудиодорожек на диске. Вы можете пометить требуемые дорожки для сохранения, при этом ниже поля вы увидите суммарное время и объем выбранных дорожек.
Чтобы выделить дорожку, следует щелкнуть на ней мышью. Для выделения нескольких дорожек следует во время выделения удерживать нажатой клавишу. Группу дорожек можно выделить, удерживая нажатой клавишу и щелкнув мышью на первой и последней дорожках в группе.
Рис. 2.41. Выбор дорожек
Вы можете прослушать выбранные дорожки с помощью простейшего проигрывателя. Ниже списка дорожек расположен ползунок, отображающий положение воспроизведения текущей дорожки, а еще ниже расположены кнопки управления воспроизведением. Нажимая кнопки, вы можете воспроизвести дорожку, остановить воспроизведение, перейти к следующей или предыдущей дорожке и так далее. Открывающийся список Формат (Format) позволяет выбрать один из форматов хранения звуковых данных на диске. Для дальнейшей записи музыкальных дисков следует в этом списке выбрать элемент PCM Wave. В поле ввода Путь (Path) следует ввести имя папки, куда будут сохранены выбранные дорожки. А в поле ввода Метод создания имен файлов (File name creation method) указывается имя сохраняемой звуковой дорожки.
Вы можете выбрать несколько вариантов создания имени. Для этого откройте список Метод создания имен файлов (File name creation method), и появится диалог выбора имени (Рис. 2.42). С помощью установки переключателя вы можете выбрать ручной способ задания имен, когда для каждой дорожки имя назначается вами. Если информация о диске известна программе, то становится доступным среднее положение переключателя. В этом режиме имя дорожки формируется как имя артиста и имя композиции, разделенных символом тире. Если диск не опознан, то имя формируется как слово «Track» и номер дорожки. Нижнее положение переключателя называется Персональное (User Defined) и позволяет создавать имена по вашему усмотрению. При этом вы можете использовать любые символы, а также специальные наборы символов. Так, %А обозначает имя исполнителя, %N - номер дорожки, %Е - расширение файла, а %Т - название композиции. После выбора метода названия дорожек нажмите кнопку ОК , чтобы подтвердить выбор.
Рис. 2.42. Варианты создания имени
Нажав кнопку Опции (Options), вы откроете дополнительные элементы управления. Если при прослушивании сохраненных дорожек с компакт-диска вы слышите искажения, попробуйте еще раз скопировать дорожку, установив флажок Коррекция джиттера (Jitter Correction). Кроме того, если вы хотите удалить паузы между дорожками, следует установить флажок Удалить паузу (Remove Silence).
Программа при копировании дорожек может автоматически создавать Список воспроизведения (Playlist). Список содержит дорожки в порядке, в котором они были скопированы. Использование такого списка бывает полезно, если вы хотите создавать диски, содержащие музыку, кодированную в формате МРЗ. Многие бытовые и портативные устройства используют список воспроизведения в своей работе. Если устройство работает со списком и он найден на диске, воспроизведение будет идти в порядке, указанном в списке. В противном случае воспроизведение будет идти в том порядке, в котором дорожки записаны на диск. Если вы хотите использовать список воспроизведения в дальнейшем, установите соответствующий флажок. После того как нужные дорожки помечены, а параметры сохранения установлены, нажмите кнопку Сохранить (Save). Начнется процесс сохранения дорожек на жестком диске, сопровождающийся появлением диалога с прогресс-индикатором. По окончании процесса сохранения дорожек появится диалог, говорящий о том, что сохранение прошло успешно. Нажмите кнопку ОК , чтобы закрыть этот диалог, и программа готова к дальнейшей работе.
Все большее распространение приобретает цифровая дисковая запись, при которой в качестве носителя информации используются различные типы компакт-дисков.
Компакт-диск CD
Название носителя дало коммерческое название системы цифровой звукозаписи на диск лазерным лучом - КД.
Разработчикам системы компакт-диск (КД) голландской фирме PHILIPS и японской SONY удалось достичь согласия о параметрах системы и ее международном стандарте, что ускорило широкое внедрение этой системы.
Компакт-диск представлен на рис... Он состоит из трех слоев - пластмассовой (поликарбонат) прозрачной подложки (1), несущей информацию; алюминиевой отражающей пленки (2), нанесенной на подложку; лакового акриле-вого непрозрачного защитного слоя (3); цифрой 4 обозначены питы.
Компакт-диск имеет диаметр 12 см, толщину 1,2 мм, массу 10 г. Внутренний диаметр зоны записи - 50 мм, наружный - 116 мм. Вне ее находится зона, содержащая вспомогательную информацию, которая позволяет автоматизировать процесс воспроизведения. Сигнал записывается на дорожке, расположенной на КД в виде спирали (от центра к краю). Шаг витков спирали 1,6 мкм, т.е. поперечная плотность записи - 625 дорожек/мм.
рис... Компакт-диск CD (участок поверхности и разрез):
1 - пластмассовая прозрачная подложка; 2 - алюминиевая
отражающая пленка; 3 - защитный слой; 4 - питы
Дорожка записи представляет собой цепочку впадин, называемых питами, и интервалов между ними. Глубина и ширина питов неизменны и равны соответственно 0,1 и 0,8 мкм, а длина питов изменяется в соответствии с записанным сигналом.
На диске имеются три области записи: область записи сигналов вводной дорожки, область программной записи и область записи сигналов выводной дорожки. В области вводной дорожки записываются управляющие сигналы, сигналы коррекции ошибок и другая служебная информация. При считывании "оглавления" диска выдаются номер и время начала записанного на диск музыкального произведения и обеспечивается непосредственный доступ к выбранному треку.
В программной области, помимо основной стереопрограм-мы, в промежутках записываются справочные данные, касающиеся номера музыкальных произведений, времени звучания. В области выводной дорожки записываются управляющие сигналы на окончание цикла воспроизведения.
Сегодня компакт-диски CD представлены семейством дисков - кроме нестираемых дисков CD с записью, полученной на предприятии-изготовителе, в семейство CD входят и другие разновидности - диски CD-R (однократно записывае-
мые пользователем), CD-RW (многократно перезаписываемые пользователем), компьютерные компакт-диски CD-ROM (накопители информации) и др. Отличие этих дисков от CD - материал рабочего слоя. Так, в компакт-дисках CD-R используется органический материал, в котором под действием лазерного излучения большой мощности происходят необратимые изменения фазового состояния (переход из кристаллической формы в аморфную), допускающие только однократную запись; в CD-RW вместо органического материала применяется рабочий слой из неорганического материала, в котором физические процессы записи являются обратимыми, что позволяет делать многократную запись.
Мини-диск (MD) - первый стираемый лазерный диск для бытовой звукозаписывающей аппаратуры - представляет собой магнитооптический дисковый накопитель диаметром 64 мм, заключенный в пыленепроницаемую пластмассовую кассету прямоугольной формы размером (68x72x5) мм, имеет толщину 1,2 мм и центральное отверстие диаметром 11 мм; кассета снабжена окном с подвижной шторкой для доступа к носителю лазерного луча (см. рис.).
рис... Мини-диск MD
MD позволяет пользователю не только воспроизводить записанный на нем звук, но и самому записывать его, повторяя не менее 1 млн раз циклы запись-воспроизведение-стирание. При этом стирание информации как самостоятельная операция выполняется, только если надо оставить на MD чистое место. Если же требуется записать новую информацию на месте старой, запись стирается под воздействием новой.
Запись начинается на внутренней дорожке диаметром 32 мм и происходит по спирали с постоянной линейной скоростью. Шаг дорожки записи 1,6 мкм.
Благодаря использованию специально созданной для стандарта MD системы сжатия (компрессии) данных ATRAC (Adaptive Transform Audio Coding) мини-диск позволяет иметь до 74 мин цифровой записи.
Диски DVD представляют собой новое (они появились в 1997 г.) сравнительно большое семейство носителей информации. Ближайшие прототипы DVD - компакт-диски CD; они имеют такие же размеры, близки по строению, так же записываются, изготавливаются и воспроизводятся. Основное различие их в том, что посредством DVD можно записать значительно больше информации и воспроизводить ее с более высоким качеством.
DVD - это сокращение от Digital Versatile Disk, что в переводе с английского означает "цифровой многофункциональный (многопрофильный) диск". Многопрофильными дисками их называют потому, что они могут использоваться в различных сферах: быть носителями высококачественной записи кинофильмов со стереофоническим сэрроунд-звуком 1 или быть носителями только звуковых записей больших концертов, содержать компьютерные программы, базы и библиотеки данных, а также различные мультимедийные комбинации изображений, звуков и текстов.
Все диски для этих различных целей внешне очень похожи, имеют одни и те же диаметр, толщину, посадочное
отверстие. Чтобы подчеркнуть их конкретное назначение, диски с записью кинофильмов называют DVD-Video, с записью только звука - DVD-Audio, с записью компьютерных программ DVD-ROM. Сокращение ROM происходит от англ. Read Only Memory и означает, что записанную на диске программу можно только считывать, но нельзя стереть или записать новую. Компакт-диски DVD-Video и DVD-Audio - также нестираемые носители с уже имеющейся на них записью, сделанной на предприятии-изготовителе, которую можно только воспроизводить.
Но кроме нестираемых дисков в семейство DVD входят и другие разновидности: диски DVD-R и DVD-RW. На дисках DVD-R (аналогично CD-R) пользователь может записать информацию только один раз и многократно ее воспроизводить. На дисках DVD-RW (аналогично CD-RW) пользователь может многократно записывать, воспроизводить и стирать информацию.
Основная группа дисков DVD - нестираемые с записью, полученной на заводе-изготовителе. Эта группа включает четыре типа дисков, отличающихся строением и информационной емкостью.
Простейший тип - односторонний диск с одним рабочим слоем. Он отличается от CD меньшими размерами питов и меньшим шагом витков спиральной дорожки записи - шаг 0,74 мкм вместо 1,6 мкм у CD (см. рис.) и обусловленной этим большей информационной емкостью. Имеются непринципиальные различия и в строении дисков. Толщина прозрачной подложки из поликарбоната простейшего DVD равна 0,6 мм, а у диска CD - 1,2 мм. Для уравнивания с толщиной CD предназначен непрозрачный "холостой" (от англ. - dummy) слой также из пластмассы толщиной 0,6 мм, так что общая толщина диска - около 1,2 мм.
Информационная емкость этого базового диска - 4,7 Гбайт.
Следующий тип рассматриваемой группы дисков DVD - односторонний днск с двумя рабочими слоями. Первый (или нижний) - полупрозрачный металлонапыленный слой изготовлен из золота; второй, полностью отражающий металлонапыленный слой, покрывающий "верхние" питы, - из алюминия.
Расположение рабочих слоев одного над другим позволяет увеличить информационную емкость диска и вместе с тем удобно для воспроизведения: диск можно не переворачивать и иметь в плейере только одну лазерную головку с небольшой перенастройкой фокусировки.
Еще один тип - двухсторонний диск с двумя рабочими слоями, по одному на каждой стороне. Он представляет собой два односторонних диска, склеенных тыльными сторонами по специальной технологии. Чтобы не переворачивать такой диск в плейере, требуется 2 лазерные головки, направляющие излучение снизу и сверху.
Четвертый тип - двухсторонний диск с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Он представляет собой два односторонних диска с двумя рабочими слоями, склеенных тыльными сторонами.
В табл. приведена информационная емкость дисков DVD.
Дорожка - это одно “кольцо” данных на одной стороне диска. Дорожка записи на диске слишком велика, чтобы использовать ее в качестве единицы хранения информации. Во многих накопителях ее емкость превышает 100 тыс. байтов, и отводить такой блок для хранения небольшого файла крайне расточительно. Поэтому дорожки на диске разбивают на нумерованные отрезки, называемые секторами .
Количество секторов может быть разным в зависимости от плотности дорожек и типа накопителя. Например, дорожка гибких дисков может содержать от 8 до 36 секторов, а дорожка жесткого диска - от 380 до 700. Секторы, создаваемые с помощью стандартных программ форматирования, имеют емкость 512 байт, но не исключено, что в будущем эта величина изменится. Следует отметить один важный факт: для совместимости со старыми BIOS , независимо от реального количества секторов на дорожке, устройство должно выполнять трансляцию в режим 63 секторов на дорожке, принятый в адресации CHS.
Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, в отличие от головок и цилиндров, отсчет которых ведется с нуля. Например, дискета емкостью 1,44 Мбайт содержит 80 цилиндров, пронумерованных от 0 до 79, в дисководе установлены две головки (с номерами 0 и 1) и каждая дорожка цилиндра разбита на 18 секторов (1–18).
При форматировании диска в начале и конце каждого сектора создаются дополнительные области для записи их номеров, а также прочая служебная информация, благодаря которой контроллер идентифицирует начало и конец сектора. Это позволяет отличать неформатированную и форматированную емкости диска. После форматирования емкость диска уменьшается, и с этим приходится мириться, поскольку для обеспечения нормальной работы накопителя некоторое пространство на диске должно быть зарезервировано для служебной информации. Стоит, однако, отметить, что в новых дисках используется форматирование без идентификатора, т.е. не проставляются отметки начала и конца каждого из секторов. Это позволяет использовать немного больше пространства для хранения реальных данных.
В начале каждого сектора записывается его заголовок (или префикс), по которому определяется начало и номер сектора, а в конце - заключение (или суффикс), в котором находится контрольная сумма, необходимая для проверки целостности данных. В вышеупомянутой системе адресации без идентификаторов начало и конец каждого из секторов определяется на основании импульсов генератора тактовой частоты.
Помимо указанных областей служебной информации, каждый сектор содержит область данных емкостью 512 байт. При низкоуровневом (физическом) форматировании всем байтам данных присваивается некоторое значение, например F6h. Электронные схемы накопителей с большим трудом справляются с кодированием и декодированием некоторых шаблонов, поскольку эти шаблоны используются только при тестировании дисководов, выполняемом производителем в процессе первоначального форматирования. Используя специальные тестовые шаблоны, можно выявить ошибки, которые не обнаруживаются с помощью обычных шаблонов данных.
Примечание!
Форматирование низкого уровня обсуждается далее. Не путайте его с форматированием высокого уровня, которое выполняется с помощью программы FORMAT в DOS и Windows.
Заголовки и суффиксы секторов не зависят от операционной и файловой систем, а также от файлов, хранящихся на жестком диске. Помимо этих элементов, существует множество промежутков в секторах, между секторами на каждой дорожке и между дорожками, но ни один из этих промежутков не может быть использован для записи данных. Промежутки создаются во время форматирования на низком (физическом) уровне, при котором удаляются все записанные данные. На жестком диске промежутки выполняют точно такие же функции, как и на магнитофонной кассете, где они используются для разделения музыкальных записей. Начальные, завершающие и промежуточные пробелы представляют собой именно то пространство, которое определяет разницу между форматной и неформатной емкостью диска. Например, емкость 4-мегабайтовой дискеты (3,5-дюйма) после форматирования “уменьшается” до 2,88 Мбайт (форматная емкость). Дискета емкостью 2 Мбайт (до форматирования) имеет форматную емкость 1,44 Мбайт. Жесткий диск Seagate ST-4038, имеющий неформатную емкость 38 Мбайт, после форматирования “уменьшается” до 32 Мбайт (форматная емкость).
Форматирование низкого уровня современных жестких дисков ATA /IDE и SCSI выполняется еще на заводе, поэтому изготовитель указывает только форматную емкость диска. Тем не менее практически на всех дисках имеется некоторое зарезервированное пространство для управления данными, которые будут записаны на диске. Как видите, утверждать, что размер любого сектора равен 512 байт, - не вполне корректно. На самом деле в каждом секторе можно записать 512 байт данных, но область данных - это только часть сектора. Каждый сектор на диске обычно занимает 571 байт, из которых под данные отводится только 512 байт. В различных накопителях пространство, отводимое под заголовки и суффиксы, может быть разным, но, как правило, сектор имеет размер 571 байт. Как уже говорилось, многие современные диски используют схему разметки без идентификаторов заголовков секторов, что высвобождает дополнительное пространство для данных.
Для наглядности представьте, что секторы - это страницы в книге. На каждой странице содержится текст, но им заполняется не все пространство страницы, так как у нее есть поля (верхнее, нижнее, правое и левое). На полях помещается служебная информация, например названия глав (на диске это соответствует номерам дорожек и цилиндров) и номера страниц (что соответствует номерам секторов). Области на диске, аналогичные полям на странице, создаются во время форматирования диска; тогда же в них записывается и служебная информация. Кроме того, во время форматирования диска области данных каждого сектора заполняются фиктивными значениями. Отформатировав диск, можно записывать информацию в области данных обычным образом. Информация, которая содержится в заголовках и заключениях сектора, не меняется во время обычных операций записи данных. Изменить ее можно, только переформатировав диск.
В таблице в качестве примера приведен формат дорожки и сектора стандартного жесткого диска, имеющего 17 секторов на дорожке. Из таблицы видно, что “полезный” объем дорожки примерно на 15% меньше возможного.
Эти потери характерны для большинства накопителей, но для разных моделей они могут быть различными. Ниже подробно анализируются данные, представленные в табл. 9.2. Послеиндексный интервал нужен для того, чтобы при перемещении головки на новую дорожку переходные процессы (установка) закончились прежде, чем она окажется перед первым сектором. В этом случае его можно начать считывать сразу, не дожидаясь, пока диск совершит дополнительный оборот.
Послеиндексный интервал далеко не всегда обеспечивает время, достаточное для перемещения головки. В этом случае накопитель получает дополнительное время за счет смещения секторов на различных дорожках, которое приводит к задержке появления первого сектора. Другими словами, процесс форматирования низкого уровня приводит к смещению нумерации секторов, в результате чего секторы на соседних дорожках, имеющие одинаковые номера, смещаются друг относительно друга. Например, сектор 9 одной дорожки находится рядом с сектором 8 следующей дорожки, который, в свою очередь, располагается бок о бок с сектором 7 следующей дорожки, и т.д. Оптимальная величина смещения определяется соотношением частоты вращения диска и радиальной скорости головки.
Примечание!
Раньше параметр смещения головки устанавливался пользователем вручную при низкоуровневом форматировании. Сегодня такое форматирования выполняется в промышленных условиях, и эти параметры нельзя изменить.
Идентификатор сектора (ID) состоит из полей записи номеров цилиндра, головки и сектора, а также контрольного поля CRC для проверки точности считывания информации ID.
В большинстве контроллеров седьмой бит поля номера головки используется для маркировки дефектных секторов в процессе форматирования низкого уровня или анализа поверхности. Однако такой метод не является стандартным, и в некоторых устройствах дефектные секторы помечаются иначе. Но, как правило, отметка делается в одном из полей идентификатора сектора. Интервал включения записи следует сразу за байтами CRC; он гарантирует, что информация в следующей области данных будет записана правильно. Кроме того, он служит для завершения анализа контрольной суммы (CRC) идентификатора сектора.
В поле данных можно записать 512 байт информации. За ним располагается еще одно поле CRC для проверки правильности записи данных. В большинстве накопителей размер этого поля составляет 2 байт, но некоторые контроллеры могут работать и с более длинными полями кодов коррекции ошибок (Error Correction Code - ECC). Записанные в этом поле байты кодов коррекции ошибок позволяют при считывании обнаруживать и исправлять некоторые ошибки. Эффективность этой операции зависит от выбранного метода коррекции и особенностей контроллера. Интервал отключения записи позволяет полностью завершить анализ байтов ECC (CRC).
Интервал между записями необходим для того, чтобы застраховать данные следующего сектора от случайного стирания при записи в предыдущий сектор. Это может произойти, если при форматировании диск вращался с частотой, несколько меньшей, чем при последующих операциях записи. При этом сектор, естественно, всякий раз будет немного длиннее. Поэтому, чтобы он не выходил за установленные при форматировании границы, их слегка “растягивают”, вводя упомянутый интервал. Его реальный размер зависит от разности частот вращения диска при форматировании дорожки и при каждом обновлении данных.
Предындексный интервал необходим для компенсации неравномерности вращения диска вдоль всей дорожки. Размер этого интервала зависит от возможных значений частоты вращения диска и сигнала синхронизации при форматировании и записи.
Информация, записываемая в заголовке сектора, имеет огромное значение, поскольку содержит данные о номере цилиндра, головки и сектора. Все эти сведения (за исключением поля данных, байтов CRC и интервала отключения записи) записываются на диск только при форматировании низкого уровня.
Моя предыдущая статья была посвящена внутреннему устройству чипа от Nvidia , да и, пожалуй, внутреннему устройству любого современного процессора. В этой статье мы перейдём к средствам хранения информации, и я расскажу, что представляют собой CD и HDD диски на микроуровне.CD
Начнём с CD диска. Наш подопытный - простой CD-R от Verbatim. Обычный диск с записанной (а точнее, напечатанной) информацией состоит из 3 основных слоёв. Слой А – поликарбонатный диск, который отвечает сразу за несколько функций. Первое – основа диска, которая выдерживает огромные скорости вращения внутри дисковода.
Так в общих чертах можно представить строение CD диска
Поликарбонатный диск, как оказалось, дополнительно покрывают специальным лаком, который защищает от легких механических повреждений внешнюю поверхность диска.
Слой лака выделен красным цветом, под ним «начинается» поликарбонат
Под пучком электронного микроскопа, слой защитного лака чувствует себя не очень хорошо
Второе – именно на поликарбонате, в прямом смысле этого слова, печатается информация с матрицы - будь то фильм, музыка или программы. Как сообщает нам Вики, поликарбонатная основа имеет толщину 1,2 мм и весит всего-навсего 15-20 грамм .
Естественно, что поликарбонат и лак прозрачны для лазерного излучения, поэтому «напечатанную» информацию для лазера необходимо сделать «видимой», для чего поверхность покрывают тонким слоем алюминия (слой B). Стоит отметить, что CD-ROM с «напечатанной» информацией, CD-R и CD-RW имеют незначительные отличия. В двух последних случаях, добавляется промежуточный слой между поликарбонатом и алюминием, который может изменять свои свойства под действием лазерного излучения определённой длины волны, а на поликарбонате печатаются пустые дорожки. Это могут быть либо красители в случае CD-R (что-то похожее на фоторезист), либо металлические сплавы в случае CD-RW. Именно поэтому перезаписываемые диски не рекомендуется подвергать действию прямых солнечных лучей и перегреву, который также может спровоцировать изменение оптических свойств.
Давайте сравним диск и алюминиевый слой, оторванный от него. Видно, что на поликарбонате есть «канавки» (питы), а на слое алюминия наоборот возвышения, которые полностью соответствуют канавкам:
Привычные углубления на поверхности поликарбоната (АСМ-изображение)
На защитном алюминиевом слое видны питы-«наоборот»: не канавки, а выступы (АСМ-изображение)
Далее полученный «пирог» покрывают специальным защитным слоем С, чья основная обязанность – защитить «нежный» алюминиевый отражающий слой. Далее на этот слой можно что-то наклеивать, писать маркером, наносить специальные дополнительные слои для печати и т.д. и т.п.
В данном видео представлены все технологические этапы производства CD дисков:
Запись на CD диске подобная записи на виниловой пластинке, т.е. дорожка с информацией идёт по спирали. Он берёт своё начало в центре диска и заканчивается у внешнего края. А вот прямо посреди диска «стыкуются» пустые участки и дорожки с записанной информацией:
Вот была запись, а вот её и нет. Сравнение пустых дорожек и дорожек с записанной информацией (СЭМ-микрофотографии)
Принципиальных отличий на микроуровне CD от DVD и, наверное, Blu-Ray нет. Разве что питы будут меньших размеров. В нашем случае размеры 1 минимального углубления составляют 330 нм в ширину и 680 нм в длину, при этом расстояние между дорожками ~930 нм.
N.B. Если у вас есть исцарапанный CD диск, который не читается ни в одном приводе, попробуйте его заполировать. Для этого подойдёт практически любая прозрачная полироль. Она заполнит углубления, которые мешают чтению информации, и Вы хотя бы сможете скопировать информацию с диска.
Как же всё-таки иногда причудливо изгибается слой алюминия (практически произведение искусства – чёрное и белое):
Чёрные и белые полосы нашей жизни. CD (СЭМ-микрофотография)
И напоследок ещё пара изображений CD, полученных с помощью оптического микроскопа:
Оптическая микроскопия: слева - алюминиевый отражающий слой, справа - слой Al (более светлая область) на поликарбонатном диске (более тёмная область)
HDD
Приступим теперь к жёсткому диску. Для меня всегда, ещё со времён дискет и VHS оставалось загадкой, как же всё-таки устроена магнитная память?! Перед написанием статьи, я попытался найти хоть какие-то видео и медиа материалы, которые демонстрировали бы, как в предыдущем ролике, основные этапы производства жёстких дисков, и был неприятно обрадован Вики: «Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну» . Пришлось смириться и не искать правды от производителей HDD (разве что, Seagate слегка приоткрыл свои секреты), тем более что с приходом эры SSD конкуренция на рынке ещё больше усилилась.Сами пластины изготавливаются из немагнитных металлических сплавов. Основу этих сплавов составляют алюминий и магний, как самые лёгкие конструкционные материалы. Далее на них наносится тонкий, опять таки согласно Вики , 10-20 нм слой магнитного – тут, пожалуй, слово нанокристаллический будет уместно – материала, который затем покрывается небольшим слоем углерода для защиты. Так как диск NoName, и выполнен он по древней технологии параллельной записи информации, то я позволю себе привести здесь состав материала по данным EDX (рентгеноспектральный микроанализ): Co – 1,1 атомных %, Y – 1,53 ат. %, Cr – 2,38 ат. %, Ni – 45,81 ат. %. Содержание углерода 36,54 %. Откуда-то взялись Si и P, содержание которых составляет 0,46 ат. % и 12,25 ат. %, соответственно. Происхождение кремния – по всей видимости, в следовых количествах остался на поверхности после работы микротома и моей полировки, а фосфор – просто заляпал образец.
Честно, я пытался найти слой магнитного материала толщиной «10-20 нм», но безуспешно. Если исходить из того, что увидел я, то поверхностный слой имеет толщину примерно 12 микрометров:
Тот сам «тоненький» слой, который хранит информацию в наших жёстких дисках
Конечно, Вы можете в комментариях меня поправить, но:
1. диск довольно старый (т.е. дата его изготовления относится к началу прошлого десятилетия);
2. особенности EDX таковы, что глубина выхода сигнала лежит в пределах от 1 до 10 мкм;
таким образом, мне кажется, что эти 12 микрометров и есть магнитный слой, который сверху покрыт тончайшим слоем углерода (50-100 нм), который на срезе может быть и не виден.
Сама поверхность диска очень и очень гладкая, перепад высот лежит в пределах 10 нм, что сравнимо с шероховатостью поверхности монокристаллического кремния. А вот и изображения в режиме фазового контраста, которые соответствуют распределению магнитных доменов на поверхности, т.е. мы видим фактически отдельные биты информации:
АСМ-изображения поверхности жёсткого диска. Справа представлены изображения в фазовом контрасте
Немножко о фазовом контрасте: сначала игла АСМ-микроскопа «ощупывает» рельеф, затем зная рельеф и повторяя его форму игла делает второй проход на расстоянии 100 нм от образца, чтобы «заглушить» действие Ван-дер-Ваальсовых сил и «выделить» действие магнитных сил. Флешку о том, как это происходит можно посмотреть .
Кстати, заметили, что единичные магнитные домены вытянуты вдоль плоскости диска и параллельны ему?! Позволю себе пару слов о методах записи. На данный момент диски с перпендикулярным методом записи информации (т.е. такие у которых магнитные домены ориентированы перпендикулярно плоскости диска), появившиеся в 2005 году, практически полностью вытеснили диски с параллельной записью. Преимущество перпендикулярной записи очевидно – выше плотность записи, но тут есть один тонкий момент в связи с данными Вики о толщине магнитного слоя. Этот нюанс называется – суперпарамагнитный предел. Т.е. существует некоторый критический размер частицы, после которого ферромагнетик уже при комнатной температуре переходит в парамагнитное состояние. Т.е. тепловой энергии хватает, что проворачивать, переориентировать такой маленький магнитик. В случае магнитной записи часто поступают следующим образом: делают один из размеров «магнитика» больше, чем два остальных (это хорошо видно на картинке с распределением магнитных доменов), тогда в этом большем направлении магнитный момент сохраняется. Так вот, если в случае параллельной записи я ещё могу поверить, что слой магнетика десятки нанометров при размерах 1 бита в несколько микрометров, то в случае перпендикулярной записи – этого просто не может быть. Толщина такой намагничиваемой области при минимальных размерах в плоскости диска, просто обязана быть минимум несколько микрометров. Так что, возможно, Вики немножко подвирает. Либо наносят магнетик в виде наночастиц диаметром 10-20 нм, а уже потом каким-то «хитрым» образом разбивают диск на области, которые и отвечают за хранение информации. К сожалению, я не полностью удовлетворил своё любопытство и ответил на вопросы о магнитной записи информации, может быть кто-нибудь поможет?!
Сравнение параллельного и перпендикулярного методов записи информации на жётских дисках
Может быть, кому-то понравится видео на английском от Seagate:
Последнее о том, как с 1995 года изменялась стоимость 1 Mb HDD диска и сколько дисков было выпущено:
Как и обещал, выкладываю видео о том, как проводилась съёмка на различных приборах (не забывайте читать описание к видео на YouTube и оставлять свои комментарии). Для статистики: съёмки заняли 4 дня (хотя всё можно было уложить в 2), длительность видео, которое подверглось монтажу – около 3 часов, в итоге получился 15 минутный ролик. Я надеюсь, что в скором будущем появятся английские субтитры для этого видео.
P.S.: Данная статья опубликована в преддверии Фестиваля Науки, который пройдёт в Москве с 7 по 9 октября 2011 года (реально свободный доступ будет только 8 и 9 октября), и я хотел бы пригласить всех желающих посетить нашу выставку «Красота материалов», которая пройдёт на втором этаже Фундаментальной Библиотеки на территории МГУ.
P.P.S.: C Антоном Войцеховским мы готовим несколько видеозаметок о том, как устроены некоторые биологические объекты (роза, например, выглядит просто шикарно). Думаю, что на Хабре их не появится (согласитесь, сложно микрофотографию бритвы или спичечной головки привязать к IT), но как только видео будут готовы, так они сразу появятся на моём канале на youtube и rutube, и обязательно на сайте Нанометр.ру .
Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT , более обстоятельная статья дана тут:
