2. Магнитные устройства памяти

2.1 Магнитная запись

Необходимость хранения больших массивов информации привела к использованию в ЗУ известного в технике принципа записи сигналов на магнитную поверхность.

Физической основой магнитной записи сигналов является свойство ферромагнитных материалов сохранять состояние остаточной намагниченности.

Основные принципы записи информации. Магнитная запись основана на взаимодействии магнитного носителя информации и магнитной головки при их относительном перемещении. При записи изменяющийся во времени электрический ток преобразуется в локальные изменения намагниченности носителя.

В качестве записывающей или считывающей головки используется специально сконструированный, чаще всего кольцевой, электромагнит с щелью, по обмотке которого пропускают импульсный ток. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод собирают из тонких пластин магнитомягких сплавов или делают из феррита. Считывание производится без разрушения хранящейся информации и может выполняться многократно.

Характерной особенностью магнитной записи является то, что она не нуждается в какой-либо промежуточной обработке и может быть воспроизведена немедленно. Запись легко может быть «стерта».

Такой процесс осуществляется отдельной стирающей головкой, через обмотку которой обычно пропускается ток высокой частоты. Высокочастотное поле многократно меняет ориентацию диполей, приводя к тому, что их ориентация вновь становится хаотической.

При магнитной форме записи информация в целях увеличения ёмкости запоминающих устройств стремятся как можно полнее использовать рабочую поверхность носителя. Степень её использования определяется плотностью записи информации, т.е. количеством двоичных знаков, размещающихся на единице площади носителя. Плотность записи зависит от характеристик магнитного носителя, конструкции головки, величины зазора между носителем и головкой, используемого способа записи и других факторов.

Теоретический предел плотности записи информации на магнитных носителях равен 10¹⁰ — 10¹¹ бит/мм². Реализуемая плотность записи информации 400 — 1000 бит/мм², что более чем на семь порядков ниже теоретического. Использование новых методов записи — считывания информации, таких, например, как магнитооптические, позволит значительно улучшить характеристики ВЗУ на магнитных носителях информации.

2.2 Накопители на магнитных барабанах, дисках, лентах, картах

Хотя характеристики и конструкции ЗУ, в которых используется магнитная запись, могут быть очень разными, в основе процесса хранения для каждого из них лежит запоминание 0 или 1 на небольшом участке магнитного материала. В каждом случае запоминающая среда динамическая, так как носитель информации перемещается относительно считывающего или записывающего устройства.

ЗУ с магнитной записью информации широко используется в качестве внешней памяти ЭВМ, что объясняется их большой ёмкостью при относительно небольших размерах, возможностью многократного применения носителя информации при стирании старой записи, большим сроком хранения записанной информации без её искажения, относительно высокой скоростью записи и воспроизведения информации.

Накопители на магнитном барабане. Магнитные барабаны были одним из первых недорогих средств хранения больших массивов информации со сравнительно небольшим временем доступа.

Магнитный барабан представляет собой полый вращающийся цилиндр, поверхность которого покрыта слоем материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Вдоль поверхности барабана устанавливается ряд головок, производящих запись и считывание информации.

При вращении барабана небольшой участок его поверхности непрерывно проходит под одной из головок. Этот участок называется дорожкой. Каждая дорожка делится на ячейки, а каждая ячейка может запомнить один бит информации. Такого вида память называют

памятью с циклическим доступом. Так как каждая ячейка при вращении барабана периодически проходит под головками.

Размеры и ёмкость памяти магнитных барабанов весьма разнообразны от небольших барабанов емкостью менее 200 000 бит до очень больших барабанов, которые могут хранить до 10⁹ бит информации.

Накопители на магнитных дисках. Память на магнитном диске очень напоминает по действию память на магнитном барабане. Носителем здесь является диск, покрытый с обоих сторон тонким слоем ферролака и немагнитной связки.

При одинаковом физическом объеме информационная емкость на магнитных дисках более чем в 20 раз превышает емкость накопителей на магнитных барабанах. Внешняя память на магнитных дисках способна хранить более 10

10 бит информации.

Накопители на магнитной ленте. Магнитная лента представляет собой гибкую пластмассовую пленку, на поверхность которой нанесен тонкий слой. Этот материал имеет петлю гистерезиса, близкую к прямоугольной, и отличается высокой однородностью параметров. Плотность записи до 64 бит/сек.

Накопители на магнитных картах. Магнитная карта представляет собой прямоугольный отрезок носителя с магнитным покрытием. Карты помещают в специальное хранилище — магазин. При обращении к ЗУ с целью записи или считывания информации специальное устройство осуществляет выбор или подачу из магазина заданной карты.

История внешних носителей информации

Новиков М.Г.
02.12.2006

Содержание:

Рост емкости внешних носителей информации

Давайте проследим, как с течением времени менялся объём и технология хранения информации на наиболее распространенных сменных носителях.

Условно все сменные носители информации можно разделить на следующие группы:

Принцип действия	Порядок ёмкости	Тип носителя	Ёмкость
Механический (перфорация)	Десятки байт:	Перфокарта 45 или 80 колонная	45 и 80 байт (из них 8 байт служебных)
	неограниченно	Перфолента	(зависит от длинны)
Магнитный	Десятки килобайт:	Магнитный барабан	20K–100K (последние модели до 1 Гб)
	неограниченно	Магнитная лента	(зависит от длинны)
	Сотни килобайт:	Дискета 8 дюймов	80К–1,6М
		Дискета 5,25 дюймов	110К–1,2М
	Единицы мегабайт:	Дискета 3,5 дюйма	720К–2,88М
	Десятки и сотни мегабайт:	ZIP-дискета	100М–250М
Полупроводниковый		Флэш-память	8М–128М (последние модели до 64Г)
Оптический	Сотни мегабайт:	Оптический диск CD	640М–800М (длина волны считывающего лазера — 780 нм (инфракрасный))
	Единицы гигабайт	Оптический диск DVD	4,7Г (длина волны считывающего лазера — 650 нм (красный))
	Десятки гигабайт	Оптический диск BR-DVD (BD-ROM), HD-DVD	54Г (30Г) (длина волны считывающего лазера — 405 нм (фиолетовый))
	Сотни гигабайт	Оптический голографический диск HVD (Красный лазер)	200Г–1,6Т (длина волны считывающего лазера — 650 нм (красный))
	Единицы терабайт	Оптический голографический диск HVD (фиолетовый лазер)	3.9Т (длина волны считывающего лазера — 405 нм (фиолетовый))
Нано-оптический (атомный)	Терабайты, пэтабайты, эксабайты	В разработке	Терабайты, пэтабайты, эксабайты (длина волны считывающего лазера — 210 нм (ультрафиолетовый))

[Вернуться в начало]

Механическая память (перфорация)

В 1725 году Базиль Бушон (Basile Bouchon) придумывает перфорированную бумажную ленту для записи программы, чтобы упростить изготовления сложных узоров на ткацком станке. Лионский ткач склеивает ленту в петлю и использует свое изобретение для программирования ткацких станков.

В 1728 году Жан-Баптист Фалькон (Jean-Baptiste Falcon) усовершенствует изобретение Бушона. Он заменяет перфорированную ленту карточками, соединенными в цепочку. Это позволяет легко заменять фрагменты программы.

Ткацкие станки Бушона-Фалькона были полуавтоматическими и требовали ручной подачи программы. Громадного успеха в автоматизации добился Жозеф Мари Жаккард (Joseph-Marie Jacquard), французский изобретатель, сын лионского ткача. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый при посредстве перфокарт. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе. Этот станок был отмечен медалью Парижской выставки, и вскоре только во Франции работало более 10 тысяч таких станков.

Перфокарты ткацких станков Жаккарда:

В 1884 году Herman Hollerith оформляет первый патент на хранение данных на перфокартах.

Среди компьютеров в середине XX века наибольшее распространение в СССР получила 80-колонная перфокарта, представленная ниже. Каждая колонка кодировала 1 байт. 8 байт из 80 были служебными. Также были ещё 45-колонные варианты перфокарт.

По ГОСТу, перфокарте предписывалось быть 187,4 миллиметра в длину и 82,5 миллиметра в ширину. Информация на нее заносилась двумерной матрицей, эдакой таблицей, состоящей, как правило, из 12 строк и 40 или 80 колонок.

Скорость обработки машинных перфокарт достигало 2000 карт в 1 мин. Воспроизведение (считывание) информации осуществлялось с помощью электромеханических считывателей или фотоэлементами. За рубежом применялись также перфокарты с 90, 40 и 21 колонкой с 6, 12 и 10 строками соответственно.

Как разновидность перфорированных носителей, применялись также перфорированные бумажные ленты. Большую систематизированную коллекцию перфокарт можно посмотреть на http://www.cs.uiowa.edu/~jones/cards/

[Вернуться в начало]

Магнитная память

Впервые мысль о том, что намагничивание может быть использовано для записи звука, была высказана неким Оверлингом Смитом в 1888 г. Описанное Смитом устройство имело все отличительные признаки магнитофона: магнитный носитель информации, механизм для его подачи и магнитную головку.

В 1898 году датчанин Вальдемар Пульсен создал и запатентовал телеграфон — аппарат для магнитной записи звука. Он представлял собой медный цилиндр, обмотанный тонкой стальной проволокой и движущийся вдоль него электромагнит. в 30-е годы 20 века в Германии вместе с идеей использовать для записи не проволоку, а ленту с напылённым на нее магнитным порошком.

В 1932 году австрийский ученый G. Taushek изобретает «Drum memory» — цилиндрическую память.

В 1952 году, в качестве внешнего носителя информации, в вычислительной машине IBM Model 701 впервые использовали магнитную ленту . Магнитная лента называлась Model 726. Первая магнитная лента могла содержать 1,4 Мбайт данных. Плотность ленты составляла 800 бит/дюйм, и была рассчитана на 9-дорожечную запись. Скорость считывания составляла 7500 байт/секунду, если учитывать также скорость ленты – 75 дюймов/сек. Лента была разработана компанией 3М (в последствии Imation). Примерно в это же время были изобретены и магнитные барабаны.

В 1962 году фирма IBM выпустила первые устройства внешней памяти со съемными дисками.

В 1967 компания IBM изобретает первую дискету. Гибкие диски фирма IBM стала разрабатывать после создания этой же фирмой в 1956 первого жесткого диска. 13 сентября 1956 года IBM начала поставки первого жесткого диска с произвольным доступом. Это устройство носило название RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control — «Метод учета и контроля с произвольным доступом»). Размером RAMAC был с приличный шкаф весом больше тонны. Объем памяти – 5 Мб. В состав накопителя входило 50 дисков диаметром 24 дюйма (61 см), которые вращались со скоростью 1200 об/мин. Головки чтения и записи поочередно подводились к каждому диску с помощью сервопривода. В среднем, время доступа в RAMAC составляло 0,6 секунды, скорость передачи данных могла достигать 9 Кбайт/с. Покрытие пластин было сделано из оксида железа. Опытный образец первой дискеты представлял собой диск без защитного конверта. После многочисленных доработок в 1971 году, компания IBM поставила на рынок 8-дюймовые гибкие диски, которые состояли из простого гибкого пластмассового диска, покрытого окисью железа и помещенного в картонный конверт.

На фотографии ниже представлены дискеты без защитных конвертов:

Появилось великое множество всевозможных магнитных и магнитооптических дисков, перечислять которые я не буду.

[Вернуться в начало]

Полупроводниковая память

В 1984 году появилась Flash-память (Flash Erase EEPROM). Первый вариант флэш-памяти был разработан компанией Toshiba, и только в 1988 году сходное решение представила компания Intel. Главное отличие flash от предшественников состояло в ином способе стирания информации: данные можно было обнулять или в определенном минимальном объеме (чаще всего берется блок размером 256 или 512 байт), или очищать сразу весь чип.

Первыми накопителями на флэш-памяти, появившимися на рынке, были карты ATA Flash. Эти накопители изготавливаются в виде стандартных карт PC Card. Карта имеет встроенный АТА контроллер. Благодаря чему карта при работе эмулирует обычный жесткий диск. Существует три типа PC-CARD ATA (I, II, III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все типы обратно совместимы между собой — в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, так как толщина разъемов у всех типов одинакова — 3,3 мм. Наибольшее применение получили карты ATA-flash Type I. Карты работают при напряжении 3,3В и 5В. PC-Card бывают объемом до 2GB. Вследствие больших своих размеров флэш-память этого стандарта не получила широкого применения. В настоящее время практически не используется.

USB-флэш-память (USB-память, «флэшка»), используемая вместо дискет для переноса информации между компьютерами — совершенно новый тип флэш-накопителей, появившийся на рынке только в 2001 г. По форме USB-память напоминает брелок продолговатой формы, состоящий из двух половинок — защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (внутри него размещаются одна или две микросхемы флэш-памяти и USB-контроллер).

[Вернуться в начало]

Оптическая память

В 1972 году фирма Philips впервые представила устройство, в котором такая информация считывалась с прозрачного пластмассового диска оптическим способом. Новый носитель позволял записать 5…7-минутный видеоклип либо высококачественную стереофоническую звукозапись длительностью 70 минут. Запись и считывание осуществлялись в аналоговом виде.

В 1978 году той же фирмой Philips была создана система цифровой оптической звукозаписи с современным компакт-диском в роли носителя.

В 1981 году Philips совместно с фирмой Sony представила доработанную систему цифровой оптической звукозаписи, параметры которой стали мировым стандартом де-факто и в 1982 году были утверждены Международной электротехнической комиссией (МЭК). Эти стандартные параметры таковы: диаметр диска 120 мм; запись в виде непрерывной спиральной дорожки с началом у центра диска; ширина дорожки 1 мкм; шаг спирали 1,6 мкм; запись с постоянной линейной скоростью 1,2…1,4 м/с; поверхностная плотность записи 106 Мбит/см2; скорость считывания информации 2 Мбит/с; модуляция EFM; коррекция ошибок двойным кодом Рида-Соломона с перемежением. Для фиксации информации используется покадровая система записи. Компакт-диск получился настолько удачным и емким, что на него практически сразу же обратили внимание создатели персональных компьютеров. В 1986 году первые CD-ROM начали встраиваться в ПК.

Для пользователя оптические диски являются дешевой но некомпактной альтернативой флэш-памяти. До сих пор широко распространённые оптические носители CD-RW, записываемые инфракрасным полупроводниковым лазером (лазерным светодиодом), в настоящее время вытесняются DVD-RW, записываемые красным полупроводниковым лазером, формат которого был предложен ещё в 1995 году.

Также в настоящее время появляются первые устройства HD-DVD и BR-DVD, использующие фиолетовый полупроводниковый лазер лазер с длиной волны 405 нм.

Разрабатываются также гибридные диски, на которые возможно производить запись сразу в нескольких форматах. Кроме того, скоро ожидается появление голографических оптических дисков (HVD), хранящих страницы информации в объёмных голограммах. О них я уже рассказывал в соответствующей статье.

Существуют также и более отдалённые перспективы развития оптического способа записи. Например, атомно-голографическая запись, описанная у меня на сайте в соответствующей статье.

[Вернуться в начало]

Развитие технологии оптического хранения информации

В таблице, представленной ниже, даны сравнительные характеристики приводов и оптических дисков четырёх распространённых форматов:

Налицо динамика укорачивания длины волны полупроводникового лазера, что позволяет более плотно записывать информацию на оптические диски. Обозначается тенденция к переходу длин волн в ультрафиолетовый диапазон. Так, 17 мая 2006 года японские исследователи из лабораторий NTT Basic Research Laboratories создали ультрафиолетовый светодиод, длина волны которого составляет порядка 210 нм! Это самая короткая длина волны, свет которой может распространяться в воздухе. Это первый шаг к ультрафиолетовым лазерным светодиодам.

Схематично длины волн полупроводниковых лазеров, применяющихся в различных устройствах чтения-записи, можно увидеть на следующем рисунке:

Таким образом, в ближайшее время нам следует ждать голографические диски, информация на которых будет записываться лучом лазерного диода с длиной излучаемой волны порядка 210 нм.

[Вернуться в начало]

Магниторезистивная оперативная память — Википедия

Магниторезистивная оперативная память (MRAM — англ. magnetoresistive random-access memory) — запоминающее устройство с произвольным доступом на основе спиновых вентилей. Хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов.

Преимущество этого типа памяти — энергонезависимость, то есть способность сохранять записанную информацию (например, программные контексты задач в системе и состояние всей системы) при отсутствии внешнего питания.

Технология магниторезистивной памяти разрабатывается с 1990-х годов. В сравнении с растущим объемом производства других типов компьютерной памяти, особенно флэш-памятью и памятью типа DRAM, она пока широко не представлена на рынке. Однако её сторонники верят, что благодаря ряду преимуществ она, может заменить другие типы компьютерной памяти и станет по-настоящему «универсальной» основой запоминающих устройств.

В России массовый выпуск микросхем и встраиваемых ячеек MRAM-памяти с 2013 года производится в Москве на заводе «Крокус Наноэлектронка».^[1]

Современные варианты магниторезистивной памяти – выпускаемый в настоящее время STT-MRAM (spin-transfer torque MRAM, записью данных с помощью переноса спинового момента)^[2] и перспективный SOT-MRAM (spin-orbit torque MRAM, запись данных с помощью спин-орбитального вращательного момента)^[3][4].

Упрощенная структура ячейки MRAM-памяти

В отличие от других типов запоминающих устройств, информация в магниторезистивной памяти хранится не в виде электрических зарядов или токов, а в магнитных элементах памяти. Магнитные элементы сформированы из двух ферромагнитных слоёв, разделенных тонким слоем диэлектрика. Один из слоёв представляет собой постоянный магнит, намагниченный в определённом направлении, а намагниченность другого слоя изменяется под действием внешнего поля. Устройство памяти организовано по принципу сетки, состоящей из отдельных «ячеек», содержащих элемент памяти и транзистор.

Считывание информации осуществляется измерением электрического сопротивления ячейки. Отдельная ячейка (обычно) выбирается подачей питания на соответствующий ей транзистор, который подаёт ток от источника питания через ячейку памяти на общую землю микросхемы. Вследствие эффекта туннельного магнитосопротивления электрическое сопротивление ячейки изменяется в зависимости от взаимной ориентации намагниченностей в слоях. По величине протекающего тока можно определить сопротивление данной ячейки, и как следствие, полярность перезаписываемого слоя. Обычно одинаковая ориентация намагниченности в слоях элемента интерпретируется как «0», в то время как противоположное направление намагниченности слоёв, характеризующееся более высоким сопротивлением — как «1».

Информацию можно записывать в ячейки, используя множество способов. В простейшем случае каждая ячейка лежит между двумя линиями записи, размещёнными под прямым углом друг к другу, одна над, а другая под ячейкой. Когда ток проходит через них, в точке пересечения линий записи наводится магнитное поле, которое воздействует на перезаписываемый слой. Такой же способ записи использовался в памяти на магнитных сердечниках, которая использовалась в 1960-х годах. Этот способ требует достаточно большого тока, необходимого для создания поля, и это делает их не очень подходящими для применения в портативных устройствах, для которых важно малое потребление энергии, это один из основных недостатков MRAM. Кроме того, с уменьшением размера микросхем придёт время, когда индуцированное поле перекроет соседние ячейки на маленькой площади, что приведёт к возможным ошибкам записи. Из-за этого в памяти MRAM данного типа необходимо использовать ячейки достаточно большого размера. Одним из экспериментальных решений этой проблемы было использование круглых доменов, читаемых и записываемых с помощью эффекта гигантского магнитного сопротивления, но исследования в этом направлении более не проводятся.

Другой подход — переключения режимов — использует многошаговую запись с модифицированной многослойной ячейкой. Ячейка модифицирована: содержит в себе искусственный антиферромагнетик, где магнитная ориентация чередуется назад и вперёд через поверхность, с обоими (прикреплённым и свободным) слоями, составленными из многослойных стеков, изолированных тонким «соединяющим слоем». Результирующие слои имеют только два стабильных состояния, которые могут быть переключены из одного в другое выбором времени тока записи в двух линиях, так, одна немного задерживается, таким образом «поворачивая» поле. Любое напряжение, меньшее, чем полный уровень записи, фактически увеличивает его сопротивление для переключения. Это значит, что ячейки, расположенные вдоль одной из линий записи, не будут подвержены эффекту непреднамеренного перемагничивания, позволяя использовать меньшие размеры ячеек.

Новая технология переноса спинового момента (spin-torque-transfer-STT) или переключения с помощью переноса спина использует электроны с заданным состоянием спина («поляризованные»). Проходя через свободный ферромагнитный слой, их вращающий момент передается намагниченности этого слоя и переориентирует ее. Это уменьшает величину тока, необходимую для записи информации в ячейку памяти, а потребление при чтении и записи становится примерно одинаковым. Технология STT должна решить проблемы, с которыми «классическая» технология MRAM столкнётся при увеличении плотности размещения ячеек памяти и соответствующего увеличения тока, необходимого для записи. Поэтому технология STT будет актуальна при использовании технологического процесса 65 нм и менее. Отрицательная сторона состоит в том, что в настоящее время STT необходим больший ток на управляющем транзисторе для переключения, чем обычной MRAM, а значит требуется большой транзистор и необходимость поддерживать когерентность вращения. В целом, несмотря на это, STT требует намного меньшего тока записи, чем обычная или переключательная MRAM.

Другими возможными путями развития технологии магниторезистивной памяти являются технология термического переключения (TAS-Thermal Assisted Switching), при которой во время процесса записи магнитный туннельный переход быстро нагревается (подобно PRAM) и в остальное время остается стабильным при более низкой температуре, а также технология вертикального транспорта (VMRAM-vertical transport MRAM), в которой ток, проходящий через вертикальные столбцы, меняет магнитную ориентацию, и такое геометрическое расположение ячеек памяти уменьшает проблему случайного перемагничивания и соответственно может увеличить возможную плотность размещения ячеек.

Плотность размещения элементов в микросхеме[править | править код]

Себестоимость производства микросхем памяти в первую очередь зависит от плотности размещения в ней отдельных ячеек. Чем меньше размер одной ячейки, тем большее их количество может быть размещено на одной микросхеме, и соответственно большее число микросхем может быть произведено за один раз из одной кремниевой пластины. Это улучшает выход годных изделий и снижает стоимость производства микросхем.

В памяти типа DRAM в качестве элементов памяти используются конденсаторы, проводники переносят ток к ним и от них, и управляющие транзисторы – ячейка типа «1T/1C». Конденсатор представляет собой две маленькие металлические пластинки, разделённые тонким слоем диэлектрика, он может быть изготовлен таким маленьким, как это позволяет сделать текущее развитие технологического процесса. Память DRAM имеет наивысшую плотность ячеек из всех доступных на сегодняшний день типов памяти, например по сравнению с SRAM. Большинство современных микросхем DRAM памяти имеют размер ячейки 32 на 20 нм. Это делает её наиболее дешёвой, и она используется в качестве основной оперативной памяти компьютеров.

Своей конструкцией ячейка памяти MRAM похожа на ячейку DRAM, хотя иногда в ней не используется транзистор для записи информации. Однако, по мере уменьшения линейных размеров элементов MRAM, появляется вероятность перекрытия внешним магнитным полем соседних ячеек и ложной записи данных (эффект полувыбора или нарушения записи). Из-за этого препятствия размер ячейки при использовании обычной технологии MRAM ограничен размерами 180 нм и более^[5]. Используя технологию MRAM с переключением режимов, можно достичь гораздо меньшего размера ячейки до того, как эффект полувыбора станет проблемой — около 90 нм^[6]. Это достаточно хорошие характеристики для внедрения в производство и есть перспективы в достижении магниторезистивной памятью размеров 65 нм и менее.

Только одна современная технология памяти может конкурировать в быстродействии с магниторезистивной памятью. Это статическая память или SRAM. Ячейками SRAM-памяти являются триггеры, которые хранят одно из двух состояний так долго, как долго поступает энергия. Каждый триггер состоит из нескольких транзисторов. Так как для транзисторов характерно очень низкое энергопотребление, длительность их переключения очень мала. Но поскольку ячейка памяти SRAM состоит из нескольких транзисторов, — обычно четырёх или шести, — её площадь больше, чем у ячейки памяти типа DRAM. Это делает память SRAM более дорогостоящей, поэтому она используется только в малых объемах, — в качестве особо быстродействующей памяти, как, например, кэш-память и процессорные регистры в большинстве современных моделей центральных процессоров. Не следует забывать также, что и сейчас у процессоров делают несколько уровней кэш-памяти, имеющих разные скорость и объём.

Энергопотребление[править | править код]

Так как конденсаторы, используемые в микросхемах DRAM, со временем теряют свой заряд, микросхемы памяти, использующие их, должны периодически обновлять содержимое всех ячеек, считывая каждую ячейку и перезаписывая её содержимое. Это требует наличия постоянного источника питания, поэтому, как только питание компьютера отключается, память типа DRAM теряет всю хранимую информацию. Чем меньше размеры ячейки памяти, тем чаще необходимы циклы обновления, и в связи с этим энергопотребление растет.

В отличие от DRAM, MRAM не требует постоянного обновления. Это означает не только то, что память сохраняет записанную в неё информацию при отключенном питании, но и то, что при отсутствии операций чтения или записи энергия вообще не потребляется. Хотя теоретически при чтении информации память MRAM должна потреблять больше энергии, чем DRAM, на практике энергоёмкость чтения у них почти одинаковая. Тем не менее, процесс записи требует от в 3—8 раз большей энергии, чем при чтении, — эта энергия расходуется на изменение магнитного поля. Хотя точное количество сберегаемой энергии зависит от характера работы, — более частая запись потребует больше энергии, — в целом ожидается более низкое энергопотребление (до 99 % меньше) в сравнении с DRAM. При применении технологии STT MRAM потребление энергии при записи и чтении примерно одинаковое, и общее энергопотребление еще меньше.

Можно сравнить магниторезистивную память с еще одним конкурирующим типом памяти, с флэш-памятью. Как и магнито-резистивная память, флэш-память энергонезависима. Флэш-память не теряет информацию при отключении питания, что делает её очень удобной для замены жёстких дисков в портативных устройствах, таких, как цифровые плееры или цифровые камеры. При чтении информации флэш-память и MRAM почти одинаковы по уровню энергопотребления. Однако для записи информации в микросхемах флэш-памяти необходим мощный импульс напряжения (около 10 В), который накапливается через определенное время при накачке заряда, — для этого требуется много энергии и времени. Кроме этого, импульс тока физически разрушает ячейки флэш-памяти, и информация в флэш-памяти может быть записана ограниченное число раз, прежде чем ячейка памяти выйдет из строя.

В отличие от флэш-памяти, микросхемам MRAM для записи энергии требуется ненамного больше, чем для чтения. Но при этом не надо увеличивать напряжение и не требуется накачка заряда. Это ведёт к более быстрым операциям, меньшему энергопотреблению и к отсутствию ограничения срока службы. Предполагается, что флэш-память будет первым типом микросхем памяти, который будет со временем заменён MRAM.

Быстродействие[править | править код]

Быстродействие памяти типа DRAM ограничено скоростью, с которой заряд, хранящийся в ячейках, может быть слит (для чтения) или накоплен (для записи). Работа MRAM основана на измерении напряжений, что предпочтительнее, чем работа с токами, так как переходные процессы более быстрые. Исследователи из бельгийского института IMEC продемонстрировали устройства SAT-MRAM с временем доступа порядка 0,2 нс (210 пикосекунд)^[7], что заметно лучше, чем даже у самых совершенных DRAM и SRAM. Преимущества по сравнению с Flash-памятью более значительные, — длительность чтения у них почти одинаковая, но длительность записи в MRAM в десятки тысячи раз меньше.

Современная магниторезистивная память работает быстрее, чем SRAM-память, она достаточно интересна в этом качестве. Она обладает более высокой плотностью, и разработчики центральных процессоров могли бы в будущем выбирать для использования в качестве кэш-памяти между большим объемом менее быстрой MRAM-памяти и меньшим объемом более быстрой SRAM-памяти.

Общее сравнение[править | править код]

Магниторезистивная память имеет быстродействие, сравнимое с памятью типа SRAM, такую же плотность ячеек, но меньшее энергопотребление, чем у памяти типа DRAM, она более быстрая и не страдает деградацией по прошествии времени в сравнении с флэш-памятью. Это та комбинация свойств, которая может сделать её «универсальной памятью», способной заменить SRAM, DRAM и EEPROM и Flash. Этим объясняется большое количество направленных на её разработку исследований.

Конечно, на данный момент MRAM ещё не готова для широкого применения. Огромный спрос на рынке флэш-памяти вынуждает производителей к агрессивному внедрению новых технологических процессов. Самые последние фабрики, на которых, например, изготавливает микросхемы флэш-памяти ёмкостью 16 Гбайт фирма Samsung, используют технологический процесс 50 нм. На более старых технологических линиях изготавливаются микросхемы памяти DDR2 DRAM, для которых используется технологический процесс предыдущего поколения 90 нм.

Магниторезистивная память всё ещё в значительной степени находится «в разработке» и производится с помощью устаревших технологических процессов. Так как спрос на флэш-память в настоящее время превышает предложение, то еще не скоро появится компания, которая решится перевести одну из своих фабрик с новейшим технологическим процессом на изготовление микросхем магниторезистивной памяти. Но и в этом случае конструкция магниторезистивной памяти на сегодняшний момент проигрывает флэш-памяти по размерам ячейки, даже при использовании одинаковых технологических процессов.

Другая скоростная память, находящаяся на стадии активного освоения — Antifuse ROM. Являясь однократно программируемой, она подходит только для неизменяемых программ и данных, но по скорости также допускает работу на непосредственной частоте процессора, аналогично SRAM и MRAM. Antifuse ROM активно внедряется в контроллерах и FPGA, где программный продукт неотъемлем от аппаратного обеспечения. Ячейки Antifuse ROM потенциально компактнее, технологичнее и дешевле ячеек MRAM, но эта их перспектива также не раскрыта, аналогично MRAM. Учитывая то, что многие пользователи часто используют флэш-накопители для архивного хранения, например, фотографий, для которых флэш-память мало предназначена из-за проблем многолетнего удержания заряда, т. е. фактически используют флэш-память как ПЗУ, на потребительском рынке Antifuse ROM, являясь своего рода преемником CD-R, также может рассчитывать на «делёжку рынка» с MRAM.

• 1955 — изобретение памяти на магнитных сердечниках, использующей сходный с MRAM способ чтения и записи информации.
• 1989 — учёные IBM сделали ряд ключевых открытий о «гигантском магниторезистивном эффекте» в тонкоплёночных структурах.
• 1995 — Motorola (в дальнейшем Freescale) начинает разработку MRAM.
• 2000 — IBM и Infeneon начали общую программу развития MRAM.
• 2002 — NVE объявляет о технологическом обмене с Cypress Semiconductor.
• 2003 — был представлен чип MRAM на 128 кбит, изготовленный по 0,18-мкм-технологии.

2004

• Июнь — Infineon анонсирует опытный образец на 16 Мбит, основанный на 0,18-мкм-технологии.
• Сентябрь — MRAM становится стандартным продуктом в Freescale, которая начала собственные испытания.
• Октябрь — Тайваньские разработчики MRAM печатают элементы 1 Мбит на TSMC.
• Октябрь — Micron отказывается от MRAM, обдумывает другие варианты памяти.
• Декабрь — TSMC, NEC, Toshiba описывают новые ячейки MRAM.
• Декабрь — Renesas Technology разрабатывают высокоскоростную, высоконадёжную технологию MRAM.

2005

• Январь — Cypress испытывает MRAM, использует NVE IP.
• Март — Cypress продаёт дочернюю компанию MRAM.
• Июнь — Honeywell создаёт таблицу данных на 1 Мбит радиационно-устойчивой MRAM, используя технологию 0,15 мкм.
• Август — рекорд MRAM: ячейка памяти работает на 2 ГГц.
• Ноябрь — Renesas Technology и Grandis сотрудничают в разработке MRAM 65 нм, применяя технологию STT.
• Декабрь — Sony представляет первую лабораторию производящую чипы MRAM на основе технологии STT, которая пропускает спин-поляризованный ток через туннельный магниторезистивный слой для записи данных. Этот метод более энергоэффективен и более расширяем, чем обыкновенная MRAM. С дальнейшими преимуществами в материалах этот процесс должен позволить достичь больших плотностей, чем те, что возможны в DRAM.
• Декабрь — Freescale анонсирует MRAM, в которой вместо оксида алюминия используется оксид магния, позволяющий делать более тонкий изолирующий туннельный барьер и улучшенное битовое сопротивление в течение цикла записи, таким образом, уменьшая требуемый ток записи.

2006

• Февраль — Toshiba и NEC анонсировали чип MRAM 16 Мбит с новой «энерго-разветвляющейся» конструкцией. Они добились частоты перемещения в 200 МБ/с, с временем цикла 34 нс — лучшая производительность любого чипа MRAM. Они также гордятся наименьшим физическим размером в своём классе — 78,5 квадратных миллиметров — и низким требованием по напряжению — 1,8 вольт.
• Июль — 10 июля Freescale выводит на рынок чипы MRAM 4 Мбит, по цене приблизительно $25,00 за штуку.

2007

• Ноябрь — компания NEC разработала самую быструю в мире магниторезистивную SRAM-совместимую память, с рабочей частотой 250 МГц.

2008

• В японском искусственном спутнике SpriteSat была применена магниторезистивная память производства Freescale для замены компонентов SRAM и FLASH.
• Март — концерн Siemens выбрал в качестве энергонезависимой памяти для новых промышленных панелей оператора, микросхемы памяти MRAM емкостью 4 Мб, производства Everspin Technologies.
• Июнь — Samsung и Hynix становятся партнерами по разработке STT-MRAM.
• Июнь — Freescale выделяет весь свой бизнес, связанный с магниторезистивной памятью, в отдельную компанию Everspin.

2009

• Февраль — компании NEC и NEC Electronics заявили об успешной демонстрации работающей памяти магниторезисторного типа емкостью 32 Мб.

2010

• Апрель — компания Everspin представила первые в мире коммерчески доступные микросхемы MRAM ёмкостью 16 Мб.

2011

• Август — Samsung заявила о приобретении Grandis — поставщика запоминающих устройств на основе памяти STT-RAM.

2012

• Ноябрь — Everspin начинает пробные поставки магниторезистивной памяти ST-MRAM EMD3D064M — DDR3 ёмкостью 64 Mb.

2013

• Октябрь — «Крокус Наноэлектроника», совместное предприятие РОСНАНО и французской компании Crocus Technology SA, запустила завод и начинала выпуск MRAM-памяти с топологическим размером элемента 90 нм на пластинах диаметром 300 мм и производственной мощностью от 500 до 4000 пластин в месяц.^[8][9]

2016

• Июль — IBM в сотрудничестве с Samsung продемонстрировали ячейки MRAM с уменьшенным диаметром в 11 нанометров (ранее 50 нанометров). Скорость переключения всего 10 наносекунд, используемый ток 7,5 микроампер^[10].

2017

• Декабрь – учёные из Московского физико-технического института (МФТИ) и компания Крокус Наноэлектроника сообщили о готовности производственной технологии для массового выпуска микросхем памяти STT-MRAM^[11][12], а также, совместно с французской компанией eVaderis, изготовления встраиваемой памяти для СнК

2018

• Май — Smart Modular Technologies объявила о начале поставок карт расширения nvNitro на магниторезистивной памяти.^[13]
• Декабрь — учёные из университета Тохоку (Япония) заявили о разработке микросхемы магниторезистивной памяти (MRAM) с ёмкостью 128 мегабит, запись информации на которой требует 14 наносекунд^[14][15]

2019

• Февраль – Интел в рамках конференции ISSCC 2019 сообщила о готовности к производству встраиваемой STT-MRAM на базе собственного 22 нм технологического процесса 22FFL FinFET c блоками ёмкостью до 7 Мбит. Площадь одной ячейки STT-MRAM – 0,0486 мкм² (216 × 225 нм²). Скорость чтения от 4 до 8 нс. Устойчивость к износу – 1 млн. циклов переключения или циклов записи. Время удержания данных – на уровне 10 лет^[16][17]  
• Март – Самсунг начала поставки встраиваемой eMRAM, выпускаемой на базе технологического процесса 28 нм FD-SOI. Ёмкость модулей 256 Мбит и 512 Мбит^[18][19]
• Апрель – бельгийский исследовательский центр ИМЕК сообщил о готовности тестового оборудования для производства высокоскоростной (задержка чтения/записи порядка 0,2 нс) SOT-MRAM на пластинах размером 300 мм^[20]
• Май – исследователи из совместной группы российского МФТИ, Германии и Нидерландов сообщили о разработке новой технологии – optically-assisted MRAM с скоростью доступа порядка 3 пикосекунд^[21]
• Июнь – фаблесс компания Everspin приступила к производству модулей STT-MRAM ёмкостью 1 Гбит с интерфейсом ST-DDR4^[22]

Предполагается использовать память MRAM в таких устройствах, как:

Память на магнитных сердечниках — Википедия

Матрица ферритовой памяти суперкомпьютера CDC 6600 (1964). Размер 10,8 × 10,8 см, ёмкость 4096 бит

Память на магнитных сердечниках (англ. magnetic core memory) или ферритовая память (англ. ferrite memory) — запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников, обычно имеющих форму кольца. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило (в зависимости от конструкции запоминающего устройства) от двух до четырёх проводов для считывания и записи информации. Память на магнитных сердечниках была основным типом компьютерной памяти с середины 1950-х и до середины 1970-х годов.

Существовало несколько вариантов памяти на магнитных сердечниках.

Биакс[править | править код]

Биакс (от лат. bi- — два и axis — ось) — ферритовый сердечник с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями. Считывание информации с биакса осуществляется без разрушения информации, таким образом не требуется время на её восстановление. Использовался в некоторых ЭВМ семейства БЭСМ.

Схема совпадения токов^{[уточнить]}[править | править код]

X, Y — провода возбуждения, S — считывания, Z — запрета Матрица памяти на магнитных сердечниках

Схема с кольцеобразными сердечниками и четырьмя проводниками работает по принципу совпадения токов. Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре провода: два провода возбуждения X и Y, провод запрета Z под углом 45°, провод считывания S под углом 90°. Для считывания значения бита на провода возбуждения подаётся импульс тока таким образом, что сумма токов через отверстие сердечника приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определённое направление независимо от того, какое направление она имело до этого. Значение бита можно определить, измерив ток на проводе считывания: если намагниченность сердечника изменилась, то в проводе считывания возникает индукционный ток.

Процесс считывания (как и в запоминающей ЭЛТ) разрушает сохранённую информацию, следовательно, бит после считывания необходимо записать повторно.

Для записи на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении и намагниченность сердечника меняет направление (относительно того, которое она имеет после считывания). Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания.

Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников, нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X₁…X_N и Y₁…Y_N. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно.

Силу тока в проводах возбуждения и материал сердечника подбирают так, чтобы тока через один провод не хватило бы для изменения намагниченности сердечника. Это необходимо, поскольку на один провод возбуждения нанизано несколько десятков сердечников, а менять направление намагниченности нужно только в одном из них. Следует отметить, что минимальная сила тока, которая может изменить намагниченность сердечника, зависит от температуры сердечника. Производители компьютерной техники решали эту проблему по-разному. Компьютеры серии PDP фирмы DEC регулировали силу тока возбуждения при помощи термистора. В компьютерах IBM матрицы памяти помещались в воздушную «духовку» или в масляную ванну^[1], в которой поддерживалась постоянная высокая температура.

Другие варианты[править | править код]

Существовали и другие варианты ферритовой памяти, отличающиеся как по проводке, так и по конфигурации сердечников. Например, функции считывания и запрета можно было совместить в один провод.

В некоторые компьютеры — например, в Packard Bell 440 и в некоторые ЭВМ семейства БЭСМ — ставили память не с кольцеобразными сердечниками, а с биаксами. У биакса было два перпендикулярных отверстия; через одно проходил провод считывания, через другое — провод записи. Такая схема позволяла прочесть бит без разрушения информации.^[2]

Идея запоминающего устройства в виде матрицы ферритовых сердечников впервые возникла в 1945 году у Джона Преспера Экерта, одного из создателей ЭНИАКа. Его отчёт широко циркулировал среди американских компьютерных специалистов. В 1949 году Ван Ань и Во Вайдун — молодые сотрудники Гарвардского университета китайского происхождения — изобрели сдвиговый регистр на магнитных сердечниках (Ван назвал его «устройством, управляющим передачей импульсов» — pulse transfer controlling device) и принцип «запись — считывание — восстановление», который позволил использовать сердечники, у которых процесс считывания разрушает информацию. В октябре 1949 года Ван подал заявку на патент, и получил его в 1955 году.^[3] К середине 1950-х память на магнитных сердечниках уже получила широкое распространение. Ван подал в суд на IBM, и IBM пришлось выкупить патент у Вана за $500 000.

Тем временем, Джей Форрестер в Массачусетском технологическом институте работал над компьютерной системой Whirlwind («Вихрь»). Изначальные планы использовать память на матрице запоминающих ЭЛТ к успеху не привели. В 1949 году, также как и у Вана, у Форрестера возникла идея о памяти на магнитных сердечниках. Согласно утверждениям самого Форрестера, он пришел к этому решению независимо от Вана. В марте 1950 года Форрестер со своей командой разработал ферритовую память, работающую по принципу совпадения токов; предложенная им схема с четырьмя проводами — X, Y, считывание, запрет — стала общепринятой (см. описание выше). В мае 1951 года Форрестер подал заявку на патент, и получил его в 1956 году.^[4]

В 1970 году Intel выпустила память DRAM на полупроводниковой микросхеме. В отличие от памяти на магнитных сердечниках, память на микросхемах не требовала мощного источника питания при работе и кропотливого ручного труда при производстве, а её ёмкость росла экспоненциально согласно закону Мура. Таким образом в 1970-х годах память на магнитных сердечниках была вытеснена с рынка.

Однако, в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боялись радиации и электромагнитного импульса, и поэтому память на магнитных сердечниках некоторое время продолжали использовать в военных и космических системах — в частности, её использовали в бортовых компьютерах Шаттлов до 1991 года.^[5]

Следы эпохи повсеместного распространения ферритовой памяти остались в компьютерном термине core dump (букв. «распечатка содержимого сердечников»), а также «прошивка» (запись в память). В современных Unix- и Linux-системах так называется файл, в который операционная система для отладки сохраняет содержимое рабочей памяти процесса.

Память на цилиндрических магнитных доменах. Часть 1. Принцип работы / Habr

Фото из коллекции автора

1. История

Пузырьковая память, или память на цилиндрических магнитных доменах является энергонезависимой памятью, разработанной в Bell Labs в 1967 году Эндрю Бобеком (Andrew Bobeck). Исследования показали, что маленькие цилиндрические магнитные домены образуются в монокристаллических тонких плёнках ферритов и гранатов, когда достаточно сильное магнитное поле направлено перпендикулярно поверхности плёнки. Изменяя магнитное поле, можно перемещать эти пузыри. Такие свойства делают магнитные пузырьки идеальным средством для построения последовательного хранилища бит, наподобие сдвигового регистра, в котором наличие или отсутствие пузырька в определённой позиции означает нулевое или единичное значение бита. Диаметр пузыря составляет десятые доли микрона, один чип может хранить тысячи бит данных. Так, например, весной 1977 года Texas Instruments впервые представила на рынке чип ёмкостью 92304 бита. Эта память является энергонезависимой, что делает её похожей на магнитную ленту или диск, но так как она является твердотельной и не содержит движущихся частей, она имеет большую надёжность, чем лента или диск, и не требует обслуживания, а также имеет гораздо меньшие размеры и вес, и может использоваться в портативных устройствах.

Первоначально изобретатель пузырьковой памяти, Эндрю Бобек, предложил «одномерный» вариант памяти, в виде нити, на которую намотана тонкая полоска ферромагнитного материала. Такая память называлась «твисторной», и даже выпускалась серийно, однако вскоре была вытеснена «двумерным» вариантом.

Вы можете ознакомиться с историей создания пузырьковой памяти в [1-3].

2. Принцип действия

Здесь я прошу меня простить, я не физик, поэтому изложение будет очень приблизительным.

Некоторые материалы (например, гадолиниево-галлиевый гранат), обладают свойством намагничиваться в только одном направлении, и если вдоль этой оси приложить постоянное магнитное поле, то намагниченные области сформируют нечто вроде пузырьков, как показано на рисунке ниже. Каждый пузырь имеет всего несколько микрон в диаметре.

Пусть мы имеем тонкую, порядка 0,001 дюйма, кристаллическую плёнку из такого материала, нанесённую на немагнитную, например, стеклянную, подложку.

Всё дело в волшебных пузырьках. Картинка слева — магнитное поле отсутствует, картинка справа — магнитное поле направлено перпендикулярно поверхности плёнки.

Если на поверхности плёнки из такого материала сформировать рисунок из магнитного материала, например, пермаллоя, железо-никелевого сплава, то пузырьки будут примагничиваться к элементам этого рисунка. Обычно используются рисунки в виде Т-образных или V-образных элементов.

Одиночный пузырь может быть сформирован магнитным полем 100-200 эрстед, которое приложено перпендикулярно магнитной плёнке и создаётся постоянным магнитом, а вращающееся магнитное поле, сформированное двумя катушками в направлениях XY, позволяет перемещать пузырьки-домены от одного магнитного «островка» к другому, как это показано на рисунке. После четырёхкратной смены направления магнитного поля домен переместится от одного островка к соседнему.

Всё это позволяет рассматривать ЦМД-устройство как сдвиговый регистр. Если мы будем формировать пузыри на одном конце регистра и детектировать их на другом, то мы можем пустить определённый паттерн пузырьков по кругу, и использовать систему как запоминающее устройство, считывая и записывая биты в определённые моменты времени.

Отсюда следуют достоинства и недостатки памяти на ЦМД: достоинством является энергонезависимость (пока приложено перпендикулярное поле, создаваемое постоянными магнитами, пузырьки никуда не исчезнут и не сдвинутся со своих позиций), а недостатком — большое время доступа, т.к. для доступа к произвольно взятому биту нужно прокрутить весь сдвиговый регистр до нужной позиции, и чем он длиннее, тем больше циклов для этого потребуется.

Паттерн магнитных элементов на магнитной плёнке ЦМД.

Создание магнитного домена называется по-английски «nucleation», и заключается в том, что к обмотке прикладывается ток в несколько сотен миллиампер на время около 100нс, и создаётся магнитное поле, перпендикулярное плёнке и противоположное полю постоянного магнита. При этом создаётся магнитный «пузырь» — цилиндрический магнитный домен в плёнке. Процесс, к сожалению, сильно зависит от температуры, возможно неудачное завершение операции записи, при котором пузырь не сформируется, или формирование нескольких пузырей.

Для чтения данных с плёнки используется несколько техник.

Один способ, неразрушающее чтение, заключается в детектировании слабого магнитного поля цилиндрического домена с помощью магниторезистивного сенсора.

Вторым способом является разрушающее чтение. Пузырь отводится на специальный трек генерации/детектирования, в котором пузырь уничтожается, путём намагничивания материала в прямом направлении. Если материал был намагничен в обратном направлении, то есть пузырь присутствовал, это вызовет больший ток в катушке, и это детектируется электронной схемой. После этого пузырь должен быть сгенерирован повторно на специальном треке записи.

Однако, если память будет организована в виде одного непрерывного массива, то у неё будет два больших недостатка. Во-первых, время доступа будет очень большим. Во-вторых, единственный дефект в цепочке приведёт к полной неработоспособности всего устройства. Поэтому делают память, организованную в виде одного главного трека, и множества подчинённых треков, как показано на рисунке.

Пузырьковая память с одним непрерывным треком

Пузырьковая память с главным/подчинёнными треками

Такая конфигурация памяти позволяет не только сильно уменьшить время доступа, но и позволяет выпускать устройства памяти, содержащие некоторое количество дефектных треков. Контроллер памяти должен их учитывать и обходить их при операциях чтения/записи.

На рисунке ниже показан разрез «чипа» пузырьковой памяти.

Также вы можете прочитать о принципе действия пузырьковой памяти в [4, 5].

3. Intel 7110

Intel 7110 — модуль пузырьковой памяти, MBM (magnetic-bubble memory) ёмкостью 1 Мб (1048576 бит). Именно он изображён на КДПВ. 1 мегабит — это ёмкость для хранения пользовательских данных, с учётом избыточных треков полная ёмкость составляет 1310720 бит. Устройство содержит 320 петлеобразных треков (loops) ёмкостью 4096 бит каждый, но для пользовательских данных используются только 256 из них, остальное — резерв для замены «битых» треков и для хранения избыточного кода коррекции ошибок. Устройство имеет архитектуру «главный трек-подчинённые треки» (major track-minor loop). Информация о активных треках содержится в отдельном загрузочном треке (bootstrap loop). На КДПВ вы можете видеть шестнадцатиричный код, напечатанный прямо на модуле. Это и есть карта «битых» треков, 80 шестнадцатиричных цифр представляют 320 треков данных, активные представлены единичным битом, неактивные — нулевым.

Вы можете ознакомиться с оригинальной документацией на модуль в [7].

Устройство имеет корпус с двухрядным расположением выводов и монтируется без пайки (в сокет).

Структура модуля показана на рисунке:

Массив памяти делится на две «полусекции» (half sections), каждая из которых делится на две «четвертинки» (quads), каждая четвертинка имеет 80 подчинённых треков. Модуль содержит пластину с магнитным материалом, расположенную внутри двух ортогональных обмоток, создающих вращающееся магнитное поле. Для этого на обмотки подаются сигналы тока треугольной формы, смещённые на 90 градусов относительно друг друга. Сборка из пластины и обмоток помещена между постоянными магнитами и помещена в магнитный экран, который замыкает магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами и экранирует устройство от внешних магнитных полей. Пластина размещена под наклоном в 2,5 градуса, что создаёт небольшое поле смещения, направленное вдоль наклона. Это поле пренебрежимо мало по сравнению с полем катушек, и не мешает перемещению пузырьков при работе устройства, но смещает пузырьки в фиксированные позиции относительно пермаллоевых элементов, когда устройство выключено. Сильная перпендикулярная составляющая постоянных магнитов поддерживает существование пузырьковых магнитных доменов.

Модуль содержит следующие узлы:

1. Запоминающие треки. Непосредственно те треки из пермаллоевых элементов, которые удерживают и направляют пузырьки.
2. Генератор репликации. Служит для репликации пузырька, который постоянно присутствует в месте генерации.
3. Входной трек и узлы обмена. Сгенерированные пузырьки перемещаются вдоль входного трека. Пузырьки перемещаются в один из 80 подчинённых треков.
4. Выходной трек и узел репликации. Пузыри вычитываются из треков данных без их разрушения. Пузырь разделяется на две части, и одна из них направляется в выходной трек.
5. Детектор. Пузыри из выходного трека попадают в магниторезистивный детектор.
6. Загрузочный трек. Загрузочный трек содержит информацию об активных и неактивных треках данных.

Ниже мы рассмотрим эти узлы более подробно. Также вы можете ознакомится с описанием этих узлов в [6].

Генерация пузыря

Для генерации пузырька, в самом начале входного трека имеется проводник, изогнутый в виде крошечной петли. В него подаётся импульс тока, который создаёт в очень маленькой области магнитное поле сильнее, чем поле постоянных магнитов. Импульс создаёт в этом месте пузырёк, который остаётся постоянно, поддерживаемый постоянным магнитным полем, и циркулирует вдоль пермаллоевого элемента под действием вращающегося магнитного поля. Если нам нужно записать единицу в память, мы подаём короткий импульс в проводящую петлю, и в результате рождается два пузырька (на рисунке обозначены как Bubble split seed). Один из пузырьков устремляется вращающимся полем вдоль пермаллоевоего трека, второй остаётся на месте и быстро приобретает первоначальный размер. Затем он перемещается к одному из подчинённых треков, и меняется местами с пузырьком, который циркулирует в нём. Он, в свою очередь, достигает конца входного трека и исчезает.

Обмен пузырьками

Обмен пузырьками происходит, когда в соответствующий проводник подаётся импульс тока прямоугольной формы. При этом не происходит разделения пузырька на две части.

Чтение данных

Данные направляются на выходной трек путём их репликации, и продолжают циркулировать в своём треке после считывания. Таким образом, в данном устройстве реализован неразрушающий способ чтения. Для репликации, пузырь направляется под продолговатый элемент из пермаллоя, под которым он растягивается. Сверху также находится проводник в форме петли, если в петлю подать импульс тока, пузырь разделится на две части. Импульс тока состоит из короткого участка с большой силой тока для того, чтобы разделить пузырь на две части, и более длинного участка с меньшей силой тока, для того, чтобы направить пузырь на выходной трек.

В конце выходного трека находится детектор пузыря, магниторезистивный мост, изготовленный из пермаллоевых элементов, образующих цепь большой длины. Когда магнитный пузырь попадает под пермаллоевый элемент, его сопротивление изменяется, и на выходе моста появляется разность потенциалов в несколько милливольт. Форма пермаллоевых элементов подобрана так, чтобы пузырь двигался вдоль них, в конце он попадает на специальную «охранную» шину и исчезает.

Избыточность

Устройство содержит 320 треков, каждый по 4096 бит. Из них 272 активных, 48 запасных, неактивных.

Загрузочный трек (Boot Loop)

Устройство содержит 320 треков данных, из которых для хранения пользовательских данных предназначены 256, остальные могут быть неисправны или могут служить запасными для замены неисправных. Один дополнительный трек содержит информацию об использовании треков данных, по 12 бит на каждый трек. Когда на систему подаётся питание, она должна быть инициализирована. В процессе инициализации контроллер должен прочитать загрузочный трек, и записать информацию из него в специальный регистр чипа форматирования/датчика тока. Тогда контроллер будет использовать только активные треки, а неактивные будут игнорироваться, и в них не будет производиться запись.

Хранилище данных — структура

С точки зрения пользователя, данные хранятся в 2048 страницах по 512 бит каждая. 256 байт данных, 14 бит кода коррекции ошибок и 2 неиспользуемых бита сохраняются в каждой половине устройства.

Коррекция ошибок

Обнаружение и коррекция ошибок может производиться микросхемой датчика тока, которая содержит декодер 14-битного кода, исправляющего единичную ошибку длиной до 5 бит (burst error) в каждом блоке из 270 бит (включая сам код). Код дописывается в конец каждого 256-битного блока. Код коррекции может использоваться, или не использоваться, по желанию пользователя, проверка кода может быть включена или выключена в контроллере. Если код не используется, все 270 бит могут быть использованы для пользовательских данных.

Время доступа

Магнитное поле вращается с частотой 50 кГц. Среднее время доступа к первому биту первой страницы равно 41 мс, это половина времени, требуемого для совершения полного цикла по треку плюс время прохождения выходного трека.

320 активных и запасных треков разделены на четыре части по 80 треков в каждой. Такая организация сокращает время доступа. Четвертинки адресуются попарно: каждая пара четвертинок содержит чётные и нечётные биты слова соответственно. Устройство содержит четыре входных трека с четырьмя начальными пузырьками, и четыре выходных трека. Выходные треки используют два детектора, они организованы таким образом, что в один детектор никогда не попадает два пузырька с двух треков одновременно. Таким образом, четыре потока пузырьков мультиплексируются и преобразуются в два потока бит и сохраняются в регистрах чипа датчика тока. Там содержимое регистров снова мультиплексируется и по последовательному интерфейсу попадает в контроллер.

Во второй части статьи мы более подробно рассмотрим схемотехнику контроллера пузырьковой памяти.

4. Список литературы

Автор нашёл в самых тёмных уголках сети и сохранил для вас в массу полезной технической информации по памяти на ЦМД, её истории и прочим связанным аспектам:

1. https://old.computerra.ru/vision/621983/ — Две памяти инженера Бобека
2. https://old.computerra.ru/vision/622225/ — Две памяти инженера Бобека (часть 2)
3. http://www.wikiwand.com/en/Bubble_memory — Bubble memory
4. https://cloud.mail.ru/public/3qNi/33LMQg8Fn Adaptation of Magnetic Bubble Memory in a Standard Microcomputer Environment
5. https://cloud.mail.ru/public/4YgN/ujdGWtAXf — Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. https://cloud.mail.ru/public/4PRV/5qC4vyjLa — Memory Components Handbook. Intel 1983.
7. https://cloud.mail.ru/public/4Mjv/41Xrp4Rii 7110 1-Megabit Bubble Memory

История вычислительной техники, ч.8 Магнитные носители информации.: pogorily — LiveJournal

Магнитные носители информации.

Поскольку они часто будут упоминаться в дальнейшем, опишу их в одном месте.

Магнитная запись (любая) основана на свойстве магнитных материалов после воздействия магнитного поля сохранять некоторую намагниченность. Магнитное поле при записи создается записывающей головкой, затем при считывании в воспроизводящей головке (это может быть отдельная головка или та же, что при записи, если та же, она называется универсальной) наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения магнитного потока. Или (если воспроизводящая головка на магниторезисторе) сопротивление магниторезистора меняется в соответствии с магнитным потоком.

В качестве материала, на котором ведется магнитная запись, используется либо ферролак (лак, в который добавлены микроскопические частицы гамма-окиси железа или другого магнитного материала), либо тонкая пленка магнитного металлического сплава.

Достоинство магнитной записи состоит в том, что не надо создавать структуры, отвечающие за запись каждого бита (например, в памяти на ферритовых сердечниках один бит — одно ферритовое кольцо) или (при аналоговой записи) значения сигнала за короткий период времени. Поверхность магнитного носителя — просто слой с определенными свойствами, структура на нем создается в процессе записи.

Магнитная запись пришла в компьютерную технику из звукозаписи, где она начала использоваться гораздо раньше. Запись на магнитную проволоку известна с 1898 года, на ленту (первоначально бумажную) со слоем ферролака — с 1927 года. С 1932 года выпускались магнитофоны (фирмой AEG, Германия), пленку для них производила фирма BASF (тоже Германия). С 1941 года выпускались студийные магнитофоны с весьма приличным качеством записи.

Существует (если не считать экзотики вроде магнитных карт) 4 вида компьютерных устройств магнитной записи.
1. Магнитная лента.
2. Магнитный барабан.
3. Жесткий диск.
4. Гибкий диск (флоппи-диск).

Из них лента и гибкий диск используют гибкий носитель, находящийся в контакте с головками, барабан и жесткий диск — жесткий носитель, у них есть зазор между его поверхностью и головками (трение жесткого по жесткому — срок службы будет совсем малый). Магнитные ленты и дискеты — дешевый расходный материал, с небольшим сроком службы (истираются). Механизмы накопителей на магнитных лентах и гибких дисках служат долго, как и барабаны, и жесткие диски.

Магнитная лента (слой ферролака, нанесенный на прочную пластиковую пленку) в компьютерных ленточных устройствах используется на катушках. Выглядит накопитель на магнитной ленте так

Видно, что под каждой из катушек находится узкий глубокий карман, в который при работе опускается петля магнитной ленты. В центре находится блок головок и ведущий малоинерционный валик. Карманы для лены нужны потому, что катушки обладают большой инерцией и не могут быстро разогнаться или остановиться. Каждую катушку вращает свой двигатель, управляемый от фотодатчиков, определяющих, сколько ленты в кармане. Двигатель управляется так, чтобы нижняя часть петли ленты находилась примерно посередине кармана. Петли ленты в карманах дают возможность быстро начинать и прекращать протяжку ленты, давая время, за которое катушки разгонятся или остановятся.
Время доступа к данным может достигать нескольких минут и в основном определяется временем перемотки ленты к нужному месту.

Магнитный барабан — цилиндр, покрытый магнитным слоем. Цилиндр при работе постоянно вращается электродвигателем, у поверхности цилиндра находятся многочисленные магнитные головки. Они неподвижны — одна головка на дорожку, это обеспечивает высокое быстродействие (не надо ждать, пока головка переместится к нужной дорожке). Среднее время доступа — порядка миллисекунд, определяется временем, за которое нужный участок барабана подойдет к головке.
Выглядит магнитный барабан так

Справа виден электродвигатель, по всей длине барабана — магнитные головки, установленные в несколько рядов. Есть открытый сектор (в работающих устройствах он закрыт стеклом, чтобы пыль не проникала), через который видна поверхность барабана. На этот сектор смотрят, чтобы определить, нет ли задиров, возникающих, если головка коснется барабана. Если задир есть, эта дорожка неисправна и используют резервную дорожку (для чего в барабанах всегда было несколько резервных головок и соответствующих им дорожек), подключая резервную головку взамен той, что на поврежденной дорожке.
В более поздних барабанах ось цилиндра обычно была вертикальной, чтобы сила тяжести не создавала дополнительных биений при вращении.

Жесткий магнитный диск представляет собой один или несколько дисков, покрытых магнитным слоем. При этом в одном и том же объеме можно получить площадь магнитной поверхности гораздо больше, чем в барабане, а значит, записать гораздо больше данных.
Головка обычно одна на каждую поверхность, сервопривод перемещает ее на нужную дорожку. Из-а этого диск медленнее барабана, требуется время для перемещения головки на нужную дорожку.
Выглядит современный магнитный диск так

Устройство его, полагаю, понятно из надписей на рисунке. На рисунке диск показан без крышки, а в действительности он закрыт крышкой, для защиты от пыли и загрязнений.
Первоначально жесткие диски были несъемные, потом стали съемными, потом опять несъемными.

Что такое дискета (гибкий магнитный диск), надеюсь, все еще помнят. Желающие освежить в памяти — могут заглянуть сюда https://ru.wikipedia.org/wiki/Дискета
Дискеты всегда были сменными, а дисководы для дискет — устроены довольно примитивно, для удешевления. В частности, для перемещения головок на дорожку используется шаговый двигатель с червячной или ленточной передачей. Может использоваться как одна, так и обе стороны дискеты (при этом удваивается емкость). Скорость вращения, скорость передачи данных довольно низкие, время доступа велико в сравнении с жесткими дисками — потому что эти параметры для дискет, используемых в основном для обмена данными между компьютерами, не очень актуальны, в отличие от стоимости.

Основные форматы дискет:
— 8 дюймов (203 мм), емкость 80-1000 килобайт, с 1971 года.
— 5.25 дюйма (133 мм), емкость 110, 360, 720, 1200 килобайт, с 1976 года.
— 3.5 дюйма (89 мм), емкость 720, 1440, 2880 килобайт (2880 широкого распространения не получили, т.к. хватало и 1440, а потом появились флэшки гораздо большей емкости), с 1984 года.

Кто первым применил в компьютерах магнитную ленту и магнитный барабан — трудно установить точно. Идеи были достаточно очевидны и реализованы практически сразу, как возникла потребность.

Первый жесткий диск — 1956 год, см. https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_305_RAMAC
Он имел объем 5 миллионов 6-битных символов (3.75 млн привычных нам 8-битных байт), занимал полтора квадратных метра площади, состоял из пятидесяти 24-дюймовых (610 мм) дисков, 100 рабочих поверхностей, на каждой 100 дорожек (емкость дорожки около 400 байт). Имелось два независимых держателя головок, перемещавшихся сначала между дисками, а потом вдоль радиуса диска на нужную дорожку. Среднее время доступа 0.6 секунды, скорость вращения 1200 оборотов в минуту, темп пересылки 8800 символов в секунду. Арендная плата за компьютер, основной частью которого был этот диск, составляла $3200 ($27 тысяч в ценах 2016 г.) в месяц. По стоимости это устройство было доступно только крупным организациям (как и все компьютеры тех времен). Как видим, все параметры с тех времен улучшились во много раз.
Выпущено около 1000 таких устройств, производство прекращено в 1961 году, сняты с эксплуатации последние из них в 1969.

Впоследствии диски стали содержать одну головку на рабочую поверхность, это значительно ускорило доступ, т.к. стало не нужно перемещать головки между дисками.

Первый жесткий диск со сменным носителем — IBM1311, 1962 год, емкость 2 млн 6-битных символов (1.5 мегабайт).

В 1965 году был выпущен жесткий диск со сменным носителем IBM2311 (для IBM-360). Он имел объем 7.25 мегабайт, впрочем, это номинальная цифра, достигаемая только при формате «один сектор на дорожку», реальный его объем был (при обычной длине секторов) около 5 мегабайт. Каждый сектор включает заголовок, и между секторами есть промежуток, поэтому чем больше секторов на дорожку, тем меньше объем. Диаметр дисков 14 дюймов (360 мм), 6 дисков, 10 рабочих поверхностей (внешние поверхности крайних дисков не использовались), среднее время доступа 85 мс, темп пересылки 156 кбайт/сек.
Впоследствии были выпущены диски со сменным носителем на 29, 100, 200 мегабайт (также в номинальных цифрах, фактически меньше), того же диаметра, 360 мм. Дисков в них стало больше при той же высоте (например, 29-Мб диск имел 11 дисков, 20 рабочих поверхностей), в основном емкость росла за счет увеличения числа дорожек на поверхность и плотности записи. Другие параметры также улучшались, так, 200-мегабайтный имел время доступа 30 мс и темп пересылки 806 кбайт/сек.

В 1973 году выпущен «Винчестер» — накопитель с дисками уменьшенного размера, сменный модуль был в закрытой оболочке с магнитными головками. Тем самым было исключено открытое состояние диска, имевшее место для более ранних жестких дисков, когда их ставили или снимали, защита от пыли и загрязнений резко улучшилась. «Винчестером» он назван потому, что типовой была конфигурация из контроллера и двух дисков, каждый по 30 мегабайт. Это напоминает название винтовки Винчестер 30-30, образца 1894 года, весьма популярной в США. Жесткие диски, в которых носитель постоянно заключен в корпус, защищающий его от загрязнений, с тех пор называют «винчестеры».

В 1980 году были созданы первые жесткие диски в формате 5.25 дюйма, емкостью 5 мегабайт (ST-506 фирмы Seagate), а в 1981 — 10 мегабайт, использовавшиеся в персональных компьютера.

В 1979 — IBM 3370, первый диск с тонкопленочными магнитными головками.

В 1983 — первый жесткий диск в формате 3.5 дюйма, вскоре ставшем основным форматом для персональных компьютеров (и остающемся основным поныне). 1988 — первый «низкопрофильный» диск этого формата, высота 1 дюйм. Именно такой формат (3.5 х 1 дюйм) имеют практически все современные диски для настольных компьютеров.

В 1990 году был выпущен диск IBM 0681, впервые использующий метод кодирования PRML (модификация его применяется во всех современных дисках), в 1991 — IBM 0663, впервые использующий магниторезистивные головки для чтения (также принадлежность всех современных дисков).

С повышением быстродействия магнитных дисков магнитные барабаны устарели и перестали применяться.
За время своего существования барабаны также резко улучшили свои характеристики. Например, применявшийся в М-1 барабан (1951) имел емкость 1.6 килобайт, а в 1970-е в СССР выпускались барабаны на 4.3 мегабайта (с двумя телами вращения, т.е. собственно барабанами, размещенными в одном шкафу), т.е. емкость на одно тело вращения возросла более чем в 1300 раз примерно за 25 лет.

Магнитные ленты.

Первоначально магнитные ленты имели довольно низкую плотность записи, в 1960 году в США переходили с продольной плотности 4 бит/мм на 8 бит/мм. Лента IBM времен 7-мегабайтного диска (1964-1965) имела плотность 32 бит/мм на каждую дорожку, 9 дорожек (8 информационных и контроль по нечетности) и объем 20 мегабайт на катушку, вмещавшую 750 метров ленты, причем поддерживался и прежний, 8 бит/мм формат.
Со временем емкость лент возрастала, но актуальность этого носителя с большим временем доступа для оперативного хранения информации падала. С распространением дискет (гораздо более компактных, чем катушки с лентой) ленты постепенно перестали применяться и для переноса данных между компьютерами. В настоящее время ленты (в кассетах) применяются только в стримерах — устройствах резервного копирования данных (до 4 терабайт, т.е. миллионов мегабайт, на кассету).

Как это все работает.

Магнитная цифровая запись может производиться либо по трем уровням, либо по двум.
Запись по трем уровням — на предварительно стертую ленту единица пишется импульсом одной полярности, ноль другой. Достоинство этого вида записи — самосинхронизация, каждый бит дает импульс при чтении (точнее, при чтении обычной магнитной головкой — два импульса разной полярности, но они легко преобразуются в один интегрирующей цепочкой из одного резистора и одного конденсатора). 1 или 0 — определяется полярностью импульса.
Запись по двум уровням — одному направлению намагниченности носителя присваивается (условно) значение 0, другому 1. Запись ведется намагничиванием носителя до насыщения в одном из двух направлений.
Запись по трем уровням требует предварительного стирания перед записью, что усложняет устройство, и амплитуда импульсов при чтении у нее вдвое меньше, чем при записи по двум уровням. Поэтому очень скоро то записи по трем уровням отказались.

Если требуется одиночная запись, т.е. запись одного бита (что характерно для ранних барабанов, использовавшихся как оперативная память, там все биты слова читались или писались впараллель), можно единицу писать как 010, а 0 как 000. При чтении единицы импульс есть, при чтении нуля нет. Нули, окружающие записываемое значение, нужны, чтобы стереть края предыдущей записи, если новая не в точности совпадает с ней по времени. Самосинхронизация не нужна — на барабане есть серводорожка, где записаны все единицы, они и показывают, когда читать очередное слово.

Во всех остальных случаях запись на магнитный носитель делается блоками из многих последовательно записываемых бит.

Распространение получила запись по двум уровням NRZ-1 (Non Return to Zero 1, по русски БВН-1, Без Возвращения к Нулю). При этом методе направление намагничивания (определяемое направлением тока в записывающей головке) не меняется при записи нуля, меняется при записи единицы. При чтении импульс появляется только при чтении единицы. Этот метод не является самосинхронизирующимся — очень трудно отличить 50 записанных подряд нулей от 51. Поэтому самосинхронизацию приходится вводить тем или иным методом.
Например, в лентах формата IBM (9 дорожек), пишутся на 8 дорожек 8 бит данных, а на девятую — бит дополнения по нечетности. Если все 8 бит данных равны нулю, бит дополнения равен 1, т.е. хотя бы одна единица имеется. Собрав по схеме «или» импульсы со всех 9 головок, получим импульс, означающий «читаем очередной байт».

Методы с самосинхронизацией.

Двухчастотные методы. Их два — фазовой и частотной манипуляции (ФМ и ЧМ).
ФМ — единицу пишем как 01 (здесь 0 и 1 — направления намагниченности ленты), ноль как 10. Получаем в середине битового интервала импульс положительной полярности (чтение 1) или отрицательной (чтение 0). Между битовыми интервалами импульс может быть (если биты одинаковые, записывается при битах 11 — 0101, при 00 1010) или не быть (01 — пишем 1001, 10, пишем 0110), его игнорируем. Следующий импульс ждем через 1 битовый интервал после принятого.
ЧМ — при единице есть переход в середине битового интервала, при нуле нет, между битовыми интервалами переход есть всегда. То есть биты 01 пишем как 0010 (если в конце предыдущего битового интервала был 1) или как 1101 (если в конце предыдущего битового интервала был 0). При чтении между битовыми интервалами импульс есть всегда, по нему синхронизируемся, в середине битового интервала импульс либо есть (1), либо нет (0).
В начале блока записываем синхропоследовательность, содержащую только нужные (к которым синхронизируемся) переходы. Для ФМ это 010101.., переходы только в центрах битовых интервалов. для ЧМ 0000 — переходы только на границах битовых интервалов.
Методы очень простые в реализации, их недостаток — возможны два перехода на бит (в отличие от БВН-1, где не более одного перехода на бит), что снижает плотность записи.

Трехчастотный метод МФМ (модифицированная фазовая модуляция).
Берем последовательность, полученную ФМ методом и модифицируем — переключаем направление намагниченности только на переходах 01, иначе не меняем его. Получается последовательность с интервалами между переключениями, равными 1, 1.5 или 2 битовых интервалам. Декодируется такая запись так: если в середине битового интервала есть импульс — это единица, иначе ноль. Поскольку интервал между импульсами не больше двух битовых интервалов, самосинхронизация не является серьезной проблемой, хотя сложнее, чем при двухчастотном методе.

Метод перекодирования 4-5.
Если расписать все возможные 5-битные последовательности (их тридцать две), видно, что 17 из них содержат не более одного нуля в начале и конце, а внутри не более двух нулей, обрамленных единицами. 16 из них можно использовать для записи шестнадцами 4-битных кодов, еще одну — как синхропоследовательность, используемую в промежутках, где ничего нет (например, не при магнитной записи, а при последовательной передаче данных по одной линии синхропоследовательность посылается, когда нет передачи данных).
Перекодировав таким образом 4 бита в 5, записываем полученный код по методу БВН-1. При этом получается трехчастотный код, интервал между переходами равен 1, 2 или 3 битовых интервала. Поскольку 1, 2 и 3 различать проще, чем 1, 1.5 и 2 при МФМ, это повышает плотность записи, хотя пишутся 5 бит, а не 4.

Существуют и другие подобные коды. Так, МЧМ основан на таком же преобразовании ЧМ, как используемое в МФМ преобразование ФМ. Кроме 4-5 существует множество других подобных методов перекодирования.

Общее название этих самосинхронизирующихся кодов — RLL (Run-length limited, т.е. ограниченная длина между переходами).
См. на английском https://en.wikipedia.org/wiki/Run-length_limited
Они широко используются в магнитной записи. Причем со временем, по мере того как аппаратура цифровой обработки все более дешевеет — все более сложные, но дающие больший выигрыш в плотности записи.

Следует отметить, что самосинхронизирующиеся коды имеют серьезное преимущество и при многодорожечной записи.
При плотности 32 бит/мм на дин бит приходится 30 мкм. Это значит, что все 9 головок блока должны быть выставлены параллельно с точностью лучше 10 мкм, т.е. (при ширине ленты 12.7 мм) с точностью лучше 0.1% ширины. Это ограничивает плотность записи при описанном выше методе записи БВН-1 на 9-дорожечную ленту. Повышение плотности в 2 раза (до 63 бит/мм) потребовало перехода на самосинхронизирующийся код МФМ. Разные биты одного байта при этом могут быть получены с некоторым разбросом по времени, но собрать их воедино после декодирования — не проблема.
Для магнитных дисков применение самосинхронизирующихся кодов обязательно, т.к. у них однодорожечная запись блока данных.

Использование кодов RLL — первый способ повышения плотности записи.

Второй способ — более сложные методы декодирования при чтении.
Простое пороговое обнаружение импульсов (выше порога — импульс, ниже — нет импульса) дает гораздо худшие результаты, чем корреляционная обработка, известная как PRML (Partial Response, Maximum Likelihood, т.е. максимальное подобие по частичным откликам). Поступающий воспроизводящей головки сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму, а затем сравнивается со всеми допустимыми RLL-кодами (используемыми в данном диске), и определяется, на какой из них он больше всего похож. Плотность записи с использованием этого метода повышается на 30-40%.
Теперь используется EPRML (Enhanced PRML), принцип тот же, но алгоритмы усовершенствованы. Он дает выигрыш не менее 20% (а возможно, до 70%) по сравнению с PRML.

Третий способ — улучшенное позиционирование головок на дорожке, с автоматическим отслеживанием положения дорожки. Для этого используется сервоинформация, записанная прямо на дорожке (она перемежается с данными). Это дает возможность увеличить плотность дорожек (их количество на миллиметр радиуса диска). Сервониформация — это две дорожки, сдвинутые относительно середины основной дорожки одна вправо, другая влево на половину ширины основной дорожки. На эти две дорожки пишутся разные сигналы, хорошо различимые (например, колебания разных частот). Когда головка позиционирована точно, эти сигналы равны. Если же один из них больше — надо сместить головку в соответствующую сторону, чтобы они стали равны. Если интервал между дорожками равен ширине дорожки (что типично), одна и та же дорожка сервоинформации является правой для дорожки слева от нее и левой для дорожки справа. Поэтому, чтобы знать, куда двигать головку, надо знать, к дорожке с четным или нечетным номером она позиционируется.

Четвертый способ — термокалибровка. Шаг между дорожками столь мал, что термическое расширение диска (при изменении его температуры) может привести к попадании головки на другую дорожку. Поэтому диск периодически проводит термокалибровку, считывая с дорожек информацию об их номере и внося на основании этого поправки в то, куда надо двигать головки для попадания на данную дорожку. С использованием встроенной сервоинформации потребность в термокалибровке уменьшилась, т.к. головкам теперь достаточно приблизительно попасть на дорожку, а дальше они по сервоинформации выставятся точно. Кроме того, по тому, насколько пришлось сдвинуть головку по сервоинформации, можно получить поправку, которую нужно ввести, чтобы сразу позиционироваться точно. Поэтому позиционирование по сервоинформации частично заменяет термокалибровку, а если часто идут обращения к дорожкам в разных частях диска, от самых внутренних до самых внешних, это заменяет термокалибровку полностью.
К сожалению, термокалибровка прерывает на некоторое время доступ к диску, что весьма нежелательно, например, при записи на CD-R, когда поток записываемых данных не должен прерываться. Поэтому встроенная сервоинформация, снижающая потребность в термокалибровке, полезна еще и в этом случае.

Пятый способ — уменьшение толщины носителя. В магнитных лентах для звукозаписи используется относительно толстый слой ферролака (6-16 мкм). В них важно получить высокий уровень считываемого сигнала во всем диапазоне звуковых частот. Верхние частоты записываются в самом верхнем слое (около 1 мкм толщиной), чем ниже частота, тем больше общая глубина записи и магнитный поток при чтении. В цифровой магнитной записи надо записывать короткие импульсы, а большой уровень сигнала на низких частотах не только не нужен, но и нежелателен, т.к. он повышает взаимовлияние участков и при чтении импульсы сдвигаются по времени. Поэтому в цифровой записи используется толщина носителя 1 мкм и даже меньше.

Шестой способ — приближение головок к носителю. Первоначально на магнитных барабанах головки располагались на расстоянии около 0.05-0.1 мм от поверхности носителя, что резко снижало плотность записи, т.к. частотная характеристика резко ухудшается при удалении головки от носителя (поэтому, кстати, при аудиозаписи верхние частоты пишутся только в самом верхнем слое носителя). При вращении диска или барабана возникает движение воздуха, увлекаемого им, и, придав головкам соответствующую форму, можно добиться, чтобы это движение создавало отталкивающую силу тем большую, чем ближе головки к носителю. Головки прижимаются к носителю пружинкой, а воздух отталкивает их при чрезмерном приближении к носителю, тем самым они скользят над поверхностью на малом расстоянии. Первоначально около 6 микрон, когда в 1962 году эта система была введена, в наше время гораздо ближе к носителю (сотые доли микрона при легких и миниатюрных тонкопленочных головках).

Седьмой способ — использование тонкопленочных магнитных головок. Такие головки изготовляются путем напыления слоев различных материалов (толщиной в микроны или доли микрона) на подложку. Головка получается весьма миниатюрная (что позволяет уменьшить расстояние между дисками) и с лучшими параметрами, чем изготовленная по обычной технологии.

Восьмой способ — использование магнеторезистивных головок чтения. Они основаны на гигантском магниторезистивном эффекте (GMR) https://ru.wikipedia.org/wiki/Гигантское_магнетосопротивление . Это квантовомеханический эффект (открыт в 1998 году), возникающий в тончайших (1 нанометр, т.е. миллионная доля миллиметра, и тоньше) чередующихся слоях из магнитного материала и немагнитного проводника. Такая структура очень сильно (гораздо сильнее, чем обычные магниторезисторы) меняет свое сопротивление под воздействием магнитного поля, почему эффект и назван гигантским. За его открытие в 2007 году дали Нобелевскую премию по физике. Магниторезистор в головке чтения фактически является усилителем, на нем получается сигнал гораздо больше, чем на обычной магнитной головке. Обычая магнитная головка преобразует в сигнал энергию, генерируемую магнитным полем (фактически это механическая энергия движения магнитного носителя, принцип тот же, что в электрогенераторах, т.е. создается тормозящая вращение диска сила, правда, в данном случае очень небольшая, много меньше силы трения). В магниторезистивной головке магнитное поле только управляет сопротивлением, а выходной сигнал создается за счет энергии от источника питания. Это, за счет роста чувствительности, позволяет сделать дорожки более узкими.

Девятый способ — перпендикулярная запись. Обычная продольная запись информации приводит к тому, что участки разного направления намагниченности представляют собой магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами. Это вызывает их взаимное размагничивание и снижает плотность записи. Если же намагничивать участки перпендикулярно плоскости носителя, у получающихся магнитов рядом находятся разноименные полюса, что способствует усилению их магнитного поля.
Для такой записи требуется специальный носитель — у него под слоем магнитно-жесткого материала, в котором и делается запись, находится слой магнитно-мягкий, служащий для замыкания магнитного поля, и специальная головка записи, у которой разные полюса — рабочий узкий, а второй, для замыкания магнитного поля, во много раз шире (в зазоре у широкого полюса создается слабое магнитное поле, которое не может ничего перемагнитить и поэтому безопасно для участков записи, над которыми находится).
Устройство головки для перпендикулярной записи и ее отличие от обычной головки ясно из рисунка. Там же видно расположение GMR-сенсора, осуществляющего чтение. Рисунок условный — в действительности вся конструкция (включая обмотку) единая, созданная по тонкопленочной технологии.

См. также http://www.oszone.net/3482_2/ и (английский язык) https://en.wikipedia.org/wiki/Perpendicular_recording

Десятый способ — разбивка диска на зоны. Ограничивающим фактором является продольная плотность записи в битах на миллиметр, поэтому, если на всем диске писать с одинаковой скоростью (в мегабитах в секунду), только на самой внутренней дорожке можно использовать полную плотность записи. При этом оптимальный радиус внутренней дорожки равен половине радиуса внешней дорожки (если сделать меньше, будут потери от снижения плотности записи, если больше — потери от снижения числа дорожек). Поэтому диск разбивают на несколько зон, в каждой из них своя скорость записи (чем дальше от центра диска, тем больше), так, чтобы в каждой зоне плотность записи была близка к максимальной. Это дает выигрыш в емкости диска около полутора раз.

Все это, в совокупности с общим прогрессом в технологиях, и привело к тому, что за 60 лет вес диска уменьшился более чем в 1000 раз (было почти тонна, стало меньше килограмма), цена также более чем в 1000 раз в сопоставимых ценах (было более 250 тыс долл в нынешних ценах, теперь примерно за 250 долл можно купить диск на 8 терабайт), при росте емкости в 2-3 миллиона раз (реально продаются диски на 10 терабайт, обещают 16 терабайт).

Методы повышения надежности магнитных носителей.

Сбой при чтении с магнитного носителя — явление рядовое. К счастью, в подавляющем большинстве случаев удается исправить ситуацию.
Этой проблеме приходится уделять много внимания.

Выявление сбоя при чтении обеспечивается наличием контрольной информации. Раньше широко применялся контроль по четности, а в наше время исключительно циклические контрольные коды.

Если произошел сбой при чтении, почти всегда удается исправить ситуацию повторным чтением. При этом может удалиться прилипшая к магнитной ленте соринка, давшая сбой. Но в основном успешность повторного чтения определяется более удачным сочетанием случайных факторов (соотношение по времени между считанными импульсами и тактовыми импульсами, шумы, расстояние между головкой и поверхностью, которое не строго постоянно и т.д.) Обычно пытаются читать десятки раз (и не так уж редко с десятого или сорокового раза читается успешно), и только если не удалось прочесть за много попыток, данные считаются нечитаемыми.

Еще один метод, широко используемый — коды с исправлением ошибок.
Для упомянутой выше 9-дорожечной ленты IBM применялся следующий метод. В ней имеется девятый бит (контроль по нечетности) для каждого записываемого байта (одновременно записываются на 9 дорожек 8 информационных бит и 1 контрольный), а после окончания блока данных на каждой дорожке пишется код продольного контроля.
Если по битам контроля по нечетности и кодам продольного контроля обнаруживается ошибка, и при этом код продольного контроля показывает ошибку только на одной дорожке, данные для этой дорожки восстанавливаются из информации по остальным восьми дорожкам — они должны быть такими, чтобы число единиц во всех 9 дорожках было нечетным.

В наше время на магнитных дисках используются коды с исправлением ошибок Рида-Соломона https://ru.wikipedia.org/wiki/Код_Рида_—_Соломона Эти коды позволяют исправлять целые группы ошибок.

Также широко используется обход дефектных участков носителя. На лентах это реализуется увеличением промежутка между блоками, если блок попал на дефектный участок. На дисках создаются резервные сектора, которыми подменяются неисправные.

RAID-массив (аббревиатура RAID — Redundant Array of Independent Disks, избыточный массив из независимых дисков). Используется несколько дисков, при этом обеспечивается защита от пропадания информации. Варианты могут быть разные — от дублирования (пишем на два диска, читаем с одного, если не читается — читаем со второго) до распределения информации и контрольных данных по нескольким дискам так, чтобы при отказе одного диска всю информацию можно было восстановить с использованием того, что на остальных дисках (RAID 3 и 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском четности).
https://ru.wikipedia.org/wiki/RAID

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology, технология самоконтроля, анализа и отчетов) — эта технология, реализуемая находящимся в жестком диске контроллером, анализируя такие факторы, как количество дефектных секторов и частота образования новых дефектных секторов, частота ошибок чтения (вызвавших повторное чтение), а также общее время работы, число перемещений головок и т.д., позволяет оценить степень износа диска и заранее предупредить о его возможном отказа, что позволяет вовремя заменить диск и избежать потери данных.

Современный магнитный диск включает в себя компьютер довольно большой производительности, с большим объемом памяти (до 256 мегабайт дисковый кэш, чтобы можно было принять данные для записи сразу, а записать когда головки будут в нужном месте, а при чтении реализовать, например, чтение впрок, прочитав и находящиеся непосредственно за запрашиваемым сектором данные, а потом, когда к ним обратятся, выдать их сразу), с быстрым микроконтроллером и спецвычислителем цифровой обработки данных. Микроконтроллер реализует многие функции диска, столь сложные, что их можно реализовать только программно.

Структура данных на диске.

На каждой дорожке имеется заголовок дорожки, содержащий информацию о дорожке. Остальная часть дорожки разбита на сектора. Ранее были популярны сектора переменной длины, в настоящее время они фиксированной длины, сформированы на заводе при разметке диска. Логический сектор — 512 байт (каждый из секторов можно писать и читать по отдельности), физический — обычно 4096 байт (т.е. чтобы записать один логический сектор, диск читает все 4096 байт, подменяет в них нужные 512 байт записываемыми и опять пишет весь физический сектор). Каждый сектор состоит из заголовка сектора и собственно данных. В заголовке сектора хранится номер дорожки (это нужно, чтобы убедиться, что головка позиционировалась на нужную дорожку), номер сектора, другие служебные данные. Если сектор дефектный — в заголовке хранится номер замещающего сектора и контроллер диска, прочтя эту информацию, обращается к замещающему сектору. Чтобы избежать проблем в случае дефекта поверхности там, где расположен заголовок сектора, при дефектном секторе на его информационную часть (все равно неиспользуемую) записывают столько копий заголовка сектора, сколько поместится. Если хотя бы одна из них читается, перенаправление на замещающий сектор пройдет успешно.

Магнитооптический диск — Википедия

Поверхность магнитооптического диска

Магнитоопти́ческий диск (MO, также допускается написание магни́тно-опти́ческий диск) — носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Для чтения информации используется оптическая система, для записи — одновременно оптическая и магнитная.

Впервые магнитооптический диск появился в начале 1980-х годов, первая широко известная система магнитооптики от Canon с дисками объёмом 256 МБ устанавливалась в компьютеры NeXT первого поколения с 1988 года^[1][2]. Магнитооптический диск взаимодействует с операционной системой как жёсткий диск, то есть предоставляет операционной системе произвольный доступ в режиме чтения-записи к отдельным секторам диска. Это свойство магнитооптического диска позволяет эффективно использовать на нём файловые системы, ориентированные на применение на других накопителях на магнитных дисках (FAT32, NTFS, ext4 и пр.).

Магнитооптические дисководы и диски изготавливались компаниями Sony, Fujitsu, Hitachi Maxell, Mitsubishi, Nikon, Sanyo^[3]. Наиболее популярной данная технология была в первой половине 1990-х.

130-мм 2,6-ГБ магнитооптический диск 90-мм 640-МБ магнитооптический диск 90-мм 230 Мб магнитооптический диск производства Fujitsu

Магнитооптический диск изготавливается с использованием ферромагнетиков, например аморфный сплав Tb_x(Fe_yCo_1-y)_1-x (типичные x — около 0,2, y — около 0,9).^[3] Первые магнитооптические диски были размером 130 мм (5,25 дюйма), затем появились диски размером 90 мм (3,5 дюйма).

Запись на магнитооптический диск осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки выше температуры точки Кюри (примерно 150 градусов Цельсия для используемых материалов), после чего магнитная головка, расположенная с обратной стороны диска, создаёт электромагнитный импульс, который изменяет намагниченность. Эти изменения создают отпечатки, эквивалентные питам на оптических дисках.

Существует два варианта записи. В первом из них, magnetic field modulation (MFM, модуляция магнитного поля), мощность лазера при записи поддерживается постоянной, а информация модулирует создаваемое магнитное поле — как при обычной магнитной записи. Во втором варианте, light intensity modulation (LIM), при котором запись возможна только на заранее стёртую область памяти, используется постоянное магнитное поле и модулированный свет лазера. Для стирания используются немодулированный свет лазера и немодулированное магнитное поле.^[3]

Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера (Магнитооптический эффект Керра) что и определяется датчиком.^[4]

Магнитооптика первого поколения, появившаяся в конце 1989 года, использовала двухсторонние 130-мм (5,25-дюймовые) диски объёмом 650 МБ, скоростью чтения в 1 МБ/с и временем случайного доступа 50-100 миллисекунд. В персональных компьютерах практически не использовались, в том числе из-за того, что дисководы MO не помещались в стандартные отсеки ПК. Второе поколение магнитооптики использовало односторонние диски типоразмера 90 мм (3,5 дюйма) с аналогичными скоростными показателями. За счёт использования меньших по диаметру дисков дисководы стали помещаться в стандартные отсеки. Однако НЖМД в то время обладали более высокими скоростными характеристиками.^[5]

Самые первые магнитооптические диски могли записать информацию лишь один раз и не поддерживали её стирание или перезапись. Они обозначаются WORM («write once, read many»). Затем появились более удобные в работе перезаписываемые магнитооптические диски наряду с производством WORM.^[6]

Позже появились более ёмкие варианты магнитооптических дисков, имеющих обозначение 2X, 3X, 4X.

Для записи в классических приводах и дисках MO применялось три прохода. В первом проходе происходит стирание ранее записанной информации. Во втором проходе в стёртую область записываются данные, а третий проход используется для проверки записанных данных. За счёт проверки надёжность MO выше, чем у перезаписываемых CD- и DVD-дисков.

Начиная с 1997 года на рынке появились дисководы, поддерживающие технологию LIMDOW (light intensity modulated direct overwrite), при которой первые два прохода объединялись в один за счёт того, что магниты для стирания внедрялись в сам MO-диск.^[6]

Преимущества

• В середине 1990-х имели относительно невысокую удельную стоимость (среди сменных накопителей) — около 27-50 центов США за мегабайт в 1994 году^[7]
• Более низкая подверженность магнитным полям по сравнению с магнитными дисками
• Гарантированное качество записи
• Синхронный вывод^{[уточнить]}
• МО-диски допускают значительное количество циклов стирания-записи, по заявлениям производителей — порядка миллиона^[8]
• скорость вращения составляет 3 000—3 600 об/мин, что обеспечивает много большую скорость передачи данных по сравнению с НГМД, скорость чтения достигает нескольких мегабайт в секунду^[9], записи — порядка мегабайта в секунду
• МО-носитель полностью размещён внутри защитного корпуса из твёрдой пластмассы, что обеспечивает его лучшую сохранность,^[8]
• Существуют приводы MO с различными интерфейсами: ATAPI, LPT, USB, SCSI, IEEE-1394a^[6]
• Время хранения данных на MO оценивается в 50 лет, тогда как для CD-RW не превышает 15-20 лет.^[10]

Недостатки

• Относительно низкая скорость записи, вызванная необходимостью перед записью стирать содержимое диска, а после записи — проверкой на чтение. Данный недостаток начал частично устраняться в поздних (начиная с 1997 года) моделях приводов за счёт LIMDOW.
• Высокое энергопотребление. Для разогрева поверхности требуются лазеры значительной мощности, а следовательно и высокого энергопотребления. Это затрудняет использование пишущих МО-приводов в мобильных устройствах. Также приводы MO могут потребовать дополнительного охлаждения.
• Высокая цена как самих приводов, так и накопителей (например, Mueller в книге 2003 года приводит цены в $300 за привод, $16 за 3,5″ диск и $60 за 5,25″ диск)^[6]. Высокая стоимость в значительной степени ограничила использование MO профессиональным архивированием.^[11]
• Малая распространённость.^[1]
• Существуют проблемы с чтением картриджей, отформатированных на дисководах другого производителя; проблемы более вероятны для дисков 5,25, чем для 3,5.^[12]

В определённые периоды времени магнитооптические диски были популярным решением для долговременного хранения данных.

Принятые в ISO, IEC или ECMA:^[13]

• 130-мм диски (картридж 135 x 153 x 11 мм)
  • 650 МБ; «1X» — ISO/IEC DIS-10089A, ANSI X3B11.212-1992
  • 1,3 ГБ; «2X» — ISO/IEC DIS-13549, ECMA184 (1992)
  • 2,0 ГБ; «3X» — ISO/IEC DIS-13842, ECMA195
  • 2,6 ГБ; «4X» — ISO/IEC DIS-14517
  • 5,2 ГБ; «8X» — OSTA 1998^[14][15]
  • 9,1 ГБ; «14X» — ISO/IEC 22092, ECMA322 (2001)^[14][15]
• 90-мм диски (картридж 94 x 90 x 6 мм)
  • ≈128 МБ; «1X» — ISO/IEC 10090, ECMA154
  • 230 МБ; «2X» — ISO/IEC 13963, ECMA201
  • 385 МБ; «3X» — ECMA-223; не стандартизован в ISO/IEC
  • 640 МБ; «5X» — ISO/IEC 15041

Другие стандарты, использующие аналогичный принцип записи (лазерный нагрев и магнитная запись), но несовместимые с вышеперечисленными вариантами магнитооптики:

• CD-MO (Compact disks Orange Book part1, 1990) — не получил распространения, отозван компанией Philips
• Sony MiniDisc (80 минут цифрового аудио либо 140 МБ; 65 мм)
• Sony Hi-MD (1 ГБ; 65 мм)

Существует также стандарт перезаписываемых дисков UDO пришедший на смену MO, использующий аналогичные картриджи, но записывающий информацию без использования магнитов, за счёт изменения фазового состояния материала носителя с помощью лазера 405 нм.

1. ↑ ^{1 2} Benj Edwards, Ten Strange PC Storage Formats, «Magneto-Optical Disk» // PC Magazine, April 2, 2011: «The first widely-known magneto-optical drive shipped with the NeXT Computer in 1988. Various MO drives and discs are still in production today, but they remain a niche market compared to other optical media»
2. ↑ Rawles, Richard (September 19, 1989). «Developers split over optical drive (NeXT Inc’s 256Mbyte erasable magneto-optical drive)». MacWEEK. p. 3.n33.
3. ↑ ^{1 2 3} AN OVERVIEW OF THE FIELD OF OPTICAL DISK DATA STORAGE // WTEC Hyper-Librarian, June 1999
4. ↑ Klaus Röll, Magneto optical Discs
5. ↑ Kryder, Magneto-Optical Storage Materials // Annual Review of Materials Science, Vol. 23: 411—436, August 1993 DOI: 10.1146/annurev.ms.23.080193.002211
6. ↑ ^{1 2 3 4} Scott Mueller, Upgrading and Repairing PCs, Fiftheenth Edition (2003, ISBN 978-0789729743), Chapter 12 section «Magneto-Optical Drives» page 669: «Originally, magneto-optical drives were strictly WORM (write once, read many) drives that produced media that could be added to, but not erased. WORM drives are still available on the market, but for desktop computer users, read/write MO drives are preferable.»
7. ↑ BK DAS, AC Rastogi, RK Kotnala Focus. Magneto-Optic Disks (недоступная ссылка) // National Physical Laoratory, New Delhi; DESIDOC Bulletin of Inf Technol, 1994, 14(1) page 3,7
8. ↑ ^{1 2} Patrick Schmid, MO Storage Means Mo Safety: MO Technology: The Basics // Tom’s hardware, 2003-10-17
9. ↑ Patrick Schmid, MO Storage Means Mo Safety:Summary: Good Impression, But Low Performance // Tom’s hardware, 2003-10-17
10. ↑ Patrick Schmid, Magneto-Optical Storage: Fujitsu DynaMO 1300 Pocket: Backwards Compatibility // Tom’s hardware, 2004-04-16
11. ↑ Optical storage sings the blues, Gary H. Anthes (IDG News Service) 30 June, 2004: «[Paul Greene (Digital Storage Solutions)]: „Traditionally, MO has been geared to professional archiving, and CD and DVD have been geared to consumer markets because the cost is so much lower than for MO,“»
12. ↑ Joe Devlin, Sharing media among dirves is still hard to do // InfoWorld, December 2, 1991, page 69  (англ.): «However, contrary to some vendors’ claims, swapping recorded discs between same-size drives is extremely tricky…»
13. ↑ Handbook of magneto-optical data recording: materials, subsystems, techniques. Terry W. McDaniel, Randall H. Victora. — 1997, William Andrew. ISBN 0-8155-1391-7 page 23-24 (англ.)
14. ↑ ^{1 2} OPTICAL STORAGE INDUSTRY ACHIEVES 9.1 GB MO MILESTONE FOR HIGH-PERFORMANCE, HIGH CAPACITY STORAGE // OCTA, 2001
15. ↑ ^{1 2} Magneto-optical road map on course // Infostor volume 5 issue 6, June 01, 2001

• Magneto-optic recording // Popular Science, May 1987, page 58 — основные принципы записи и чтения данных с MO  (англ.)
• Definition of: magneto-optic disk // PC Magazine Encyclopedia  (англ.)
• Product comparison: Magneto-optical disc drives // InfoWorld, December 2, 1991, pages 53,57,60-61,64-65,69-70  (англ.)
• Глава «Магнитные и магнитооптические диски» из В. З. Шнитман, С. Д. Кузнецов, Аппаратно-программные платформы корпоративных информационных систем // информационно-аналитические материалы Центра Информационных Технологий
• Роман Шелепов, Магнитооптические накопители фирмы Fujitsu // ixbt.com, 11 января 1999
• Роман Шелепов, Магнитооптика 3.5″: новый виток развития // ixbt.com, 18 июля 2002
• Магнитооптика надёжно хранит ваши данные // THG, 20 октября 2003
• Fujitsu DynaMO 1300 Pocket: нужна ли ещё магнитооптика? // THG, 16 апреля 2004
• У магнитооптики — неплохие перспективы // «Computerworld Россия», № 44, 2000
• Прозрачные магниты (магнитооптика)