Bộ nhớ quang

2

Trí nhớ chắc chắn là một thuộc tính nhất định của sự tồn tại của con người. Khả năng ghi nhớ, lưu trữ và nhớ lại nhiều loại thông tin được phát triển khiến con người trở nên khác biệt so với tất cả các đại diện của thế giới động vật. Chính ký ức làm nên con người. Những ai đã đọc “The Storm Stop” của Chingiz Aitmatov chắc hẳn còn nhớ truyền thuyết đen tối về người mankurs. Ký ức của con người đã bị “giết chết”, và họ trở thành những vệ sĩ bẩm sinh, đáng tin cậy của những kẻ thống trị, có khả năng giết chết chính mẹ mình mà không cần suy nghĩ. Một người đàn ông bị mất trí nhớ vẫn giữ được hình dáng con người nhưng đã trở thành một con quái vật.

Ký ức tích lũy của từng cá nhân, ký ức tập thể của toàn bộ cộng đồng nhân loại, được hiện thực hóa trong sách, tranh vẽ, mồ hôi, ảnh chụp, bản vẽ, phim, hồ sơ và nhiều hơn thế nữa, tạo thành những giá trị thiết yếu.

Với sự ra đời của công nghệ máy tính, về cơ bản các phương tiện ghi nhớ mới đã xuất hiện và bắt đầu phát triển—các phương tiện ghi nhớ điện tử. Mục đích chức năng của thiết bị lưu trữ (bộ nhớ) là ghi lại, lưu trữ và đọc thông tin đã ghi mà không phá hủy. Đặc điểm của bộ nhớ máy tính thường cho thấy nguyên tắc xây dựng không theo trật tự của nó là phù hợp nhất. Các thiết bị bộ nhớ hoạt động hoạt động bên cạnh bộ xử lý; chúng rất nhanh, nhưng không mạnh lắm; bên ngoài máy tính - các thiết bị lưu trữ có dung lượng rất lớn nhưng chậm hơn đáng kể. Và - nhiều loại bộ nhớ loại trung gian. Theo nghĩa bóng, toàn bộ “kiến thức” về bộ nhớ máy tính được thể hiện dưới dạng paramid, phần trên sắc nét của nó được tạo thành từ các bộ nhớ hoạt động và phần đế khổng lồ được tạo thành từ các bộ nhớ lưu trữ.

Một trong những xu hướng nhất định của chương trình máy tính là hệ điều hành, một phương tiện bộ nhớ được tăng tốc - các máy tính hiện đại không “tính toán” nhiều như thao tác dữ liệu được lưu trữ trong các thiết bị lưu trữ. Người ta ước tính rằng để bước vào cái gọi là “xã hội thông tin” - một xã hội trong đó tin học hóa sẽ bao trùm tất cả các lĩnh vực sản xuất, quản lý, khoa học, giáo dục, văn hóa, cuộc sống hàng ngày, giải trí - thì dung lượng lưu trữ tăng lên hàng ngày của mỗi người phải đạt tới 1 tỷ bit (thông tin như vậy được chứa trong khoảng một trăm tập sách).

Người ta nhận thấy rằng “kim tự tháp trí nhớ” dần “biến dạng” theo thời gian, ngày càng “mài” ở phần trên và “lan rộng” xấu xí ở phần đáy. Và điều này có thể hiểu được. Các đơn vị bộ nhớ hoạt động chiếm các tầng trên của paramida đã tìm thấy cơ sở phần tử hoàn toàn phù hợp cho mình - đây là các mạch liên vùng bán dẫn, tương tự như các mạch được sử dụng trong quy trình. Đó là lý do tại sao bộ xử lý máy tính và RAM của nó sẽ “tay trong tay” trong tương lai, hoàn toàn thống nhất với nhau.

Ở các tầng dưới của paramid, sự hài hòa bị phá hủy. “Vật liệu xây dựng” của các thiết bị lưu trữ – băng và đĩa từ – cũng lập trình liên tục, nhưng chúng không thể theo kịp các cụm bán dẫn. Và máy tính càng hoạt động hiệu quả thì sự “chuyên chế” của các thiết bị lưu trữ lưu trữ càng lộ rõ ​​trước khi chúng yêu cầu về kích thước của chúng.

3

của một hội trường lớn, trong khi bộ xử lý vừa với một giá đỡ tiêu chuẩn.

Vào cuối những năm 60, cảm giác khó chịu bắt đầu xuất hiện; Vào những năm 70, họ bắt đầu bàn tán xôn xao về sự bất hòa giữa bộ vi xử lý bán dòng và 3U từ tính là một vấn đề rất nghiêm trọng. Công nghệ máy tính đã hỗ trợ rất nhiều cho sự xuất hiện của các hướng thay thế trong việc phát triển môi trường bộ nhớ. Bộ nhớ quang chiếm vị trí quan trọng nhất trong số đó, hứa hẹn nhiều triển vọng hứa hẹn hơn về thông tin. Các thiết bị 3D quang học đầu tiên xuất hiện trong công nghiệp ở một số nước phát triển vào năm 1984 là ổ đĩa quang (ODS). Ý tưởng của họ rất đơn giản.

Ai trong chúng ta thời thơ ấu không thích đốt trên ván ép, tập trung ánh sáng mặt trời bằng thấu kính? Nếu điểm cháy được đặt sang một bên với sự thống nhất logic (“1”) và bề mặt nguyên sơ có logic 0 (“0”), thì thông tin cần thiết có thể được ghi trên ván ép và quá trình ghi, như người ta nói, là “một vấn đề kỹ thuật”. Tất nhiên, trong một thiết bị được lấp đầy, nó không sử dụng ánh sáng từ mặt trời (không thể tập trung vào một điểm nhỏ - tiêu điểm luôn bị mờ, các vòng cầu vồng trải rộng xung quanh ngoại vi của điểm) và ván ép không phù hợp làm chất mang thông tin. Chúng ta cần một bộ phát đơn sắc mạnh mẽ với kiểu bức xạ hẹp, cường độ của nó có thể được điều chỉnh dễ dàng và nhanh chóng, bộ phát thu nhỏ và bền. Sự phát triển của công nghệ đã tạo ra một loại máy phát như vậy - đây là loại laser phun một nửa công suất (xem «Kvant», 1988, số 11-12). Và phương tiện truyền thông phải được tạo ra đặc biệt - thông tin thêm về những “đĩa quang” này bên dưới.

Trong sơ đồ khối của ODN (hình 1), zeno trung tâm là đĩa quang mà trên đó chùm tia laser để lại các dấu bộ nhớ. Để ghi, chùm tia được tập trung vào bề mặt của đĩa quay; Công suất chùm tia được chọn sao cho dấu được hình thành trong vài chục nano giây. Trong trường hợp này, dấu không bị nhòe dọc theo đường đi mà vẫn giữ được hình dạng vòng tròn và mang lại tốc độ ghi rất cao. Nguồn kích thích xung nhận một chuỗi xung lệnh từ máy tính và theo chương trình này, tia laser sẽ phát ra ánh sáng chói hoặc tắt trong giây lát - đây là cách thông tin đã ghi được “đưa” vào chùm sáng và truyền đến môi trường quay. Sau mỗi vòng quay của đĩa, chùm tia laser được chuyển sang rãnh tiếp theo và quá trình ghi tiếp tục. Ngoài dấu thông tin, dấu phụ cũng được áp dụng - dấu theo dõi đường và dấu đọc. Cơ chế đầu tiên được biết là có chức năng “giữ” tia laser đi đúng hướng: nếu nó vấp ngã một chút thì cơ chế phản hồi sẽ đưa nó trở lại “đường đi thực sự”. Nhãn loại thứ hai tăng tốc độ tìm kiếm mảng mong muốn; chúng tạo thành một chiếc chìa khóa.

Khi đọc, điều chế bị tắt, bức xạ được cung cấp liên tục. Công suất laser giảm đi nhiều đến mức chùm tia không thể tạo ra các dấu mới cũng như không làm biến dạng các dấu hiện có. “Cảm nhận” đĩa quay, chùm tia phản xạ khác với các vết và bề mặt không bị chạm tới. Do đó, thông tin được ghi sẽ truyền vào chùm đọc, sau đó đi vào photoidode, nơi nó được chuyển đổi thành các xung điện tử, sau khi đến đầu ra của ổ đĩa thành công.

Thông số quan trọng nhất của ODN là đường kính tối thiểu của dấu được tạo bởi tia laser - nó xác định mật độ ghi thông tin trên phương tiện (bit/cm2). Biết rằng dù chúng ta có cố gắng thế nào đi chăng nữa thì thông lượng ánh sáng cũng không thể giảm về một điểm hình học - hiện tượng nhiễu xạ dẫn đến đường kính tối thiểu của điểm hội tụ gần bằng bước sóng λ của bức xạ sử dụng. Nhưng lý thuyết là một chuyện, thực tế lại là một chuyện khác. Cố gắng thu thập trong một ngôi trường nhỏ như vậy từ một chiếc đèn tích lũy thông thường -

5

được kết nối không phải bằng tờ giấy tạo ra hình 1, và không phải bằng mũi tên, các tia sáng được mô tả. Ngoài ra, bạn cần xoay đĩa, di chuyển chùm tia laser từ rãnh này sang rãnh khác và thay đổi vị trí của gương tiếp theo. Tất cả điều này được thực hiện bằng mã dịch vụ cơ điện, mã này phải đảm bảo tốc độ quay ổn định cao, dừng ngay lập tức và thay đổi hướng quay, không có dây buộc và cố định chính xác các phần tử phù hợp. Hơn nữa, mọi người đều phải đáp ứng mọi sự phụ thuộc vào độ mòn của các bộ phận cọ xát và nhiệt độ biến dạng của chúng. Ví dụ: chúng ta hãy chỉ ra rằng nhịp xuyên tâm không được quá 0,1 micron và độ không ổn định của tốc độ quay phải ở mức 0,01%. May mắn thay, đối với 3U truyền thống, những dịch vụ như vậy cũng cần thiết và ngày càng tiên tiến và chính xác hơn. Ví dụ, khoảng cách giữa đầu từ và đĩa từ phải là 0,1 micron và trong một số trường hợp đặc biệt - 0,01 micron; trong trường hợp này, ngay cả vi khuẩn và vi rút trên bề mặt đĩa cũng trở thành vật cản. Tính khí động học của những hệ thống như vậy tinh tế đến mức những người tạo ra chiếc MIG-29 nổi tiếng có thể phải ghen tị với nó. Vậy trong lĩnh vực hướng dẫn dịch vụ quang học, chúng ta có thể làm gì với những người đi trước? Và tất nhiên, cô ấy đã nhận công việc này. Điều này có đủ cho ổ đĩa quang không? Chẳng phải thợ máy sẽ trở thành một cái phanh, thậm chí là một rào cản không thể vượt qua trên con đường tiến bộ của họ sao? Đáp số những câu hỏi này hiện đã mơ hồ. Ngày càng khó tìm ra những lập luận tích cực… Tuy nhiên, sự bi quan ở đây khó có thể biện minh được - thời gian sẽ nói lên điều gì đó, và những thành công hiện tại của ODN đòi hỏi ở mức tối đa.

Bây giờ chúng ta hãy xem đĩa quang là gì. Phương pháp phổ biến nhất để ghi các xung quang học là đốt, làm tan chảy các vi lỗ trong một màng kim loại mỏng.

Để quá trình này diễn ra theo cách tốt nhất có thể, cấu trúc màng bốn lớp (hình 2) được tạo ra trên bề mặt có độ bóng cao của tấm kính trống. Chùm tia laze tập trung vào màng kim loại đang gia công (5) và đốt nóng nó trong một khu vực nhỏ cho đến khi nó tan chảy. Lực căng bề mặt làm căng lớp tan chảy và tạo ra một lỗ xuyên qua trên màng. Độ dày của màng không đáng kể, không vượt quá 0,02-0,05 micron, do đó hình dạng của phản ứng tuân theo mặt cắt ngang của cung laser và đường kính của phản ứng thậm chí có thể nhỏ hơn một chút so với giới hạn nhiễu xạ đã chỉ định trước đó. Có thể thu được phản hồi có đường kính 0,3-0,5 micron; trong 3U công nghiệp, kích thước phản hồi thường gần 1 micron và khoảng cách giữa các phản hồi liền kề và giữa các rãnh là khoảng 2 micron.

Với các cấu trúc phức tạp khác, điều quan trọng là cái nào “thực hiện công việc”. Tấm điện môi (4) được làm bằng vật liệu có hệ số phản xạ cao - hệ số này có chênh lệch “0” và “1” khi đọc. Màn nhôm (3) trả lại các tia đi qua màng kim loại mà không bị hấp thụ và do đó làm tăng hiệu quả.

Hình 2. Còn sót lại các vết hoặc hình thành các vết phồng siêu nhỏ trên đĩa quang.
1 - trống, 2 - lớp đất nền được đánh bóng, 3 - phản xạ, 4 - điện môi, 5 - telur, 6 - lớp phủ.

6

hiệu quả sử dụng năng lượng laser. Lớp phủ bảo vệ duy nhất trên cùng đảm bảo độ tin cậy của việc ghi và đọc - các hạt bụi ngẫu nhiên được chiếu sáng trên bề mặt của nó sẽ không được hệ thống quang học cảm nhận được vì chúng không nằm trong tiêu điểm của vật thể vi mô 2. Nếu các hạt bụi rơi trực tiếp lên màng kim loại, chúng sẽ “hoạt động” theo cách giống hệt như các dấu hiệu, làm sai lệch ý nghĩa của những gì được ghi lại.

Telur thường được sử dụng làm vật liệu lớp gia công - nó chỉ đơn giản được đúc ở dạng màng mỏng đồng nhất, dễ tan chảy và các lỗ cháy được bảo quản trong thời gian dài. Các thử nghiệm cấp tốc cho phép chúng tôi ước tính thời hạn sử dụng ít nhất là 10 năm.

Việc thay thế telur bằng titan hoặc bạch kim thậm chí còn mang lại kết quả tốt hơn về độ bền - hơn 30 năm bảo quản. Nhưng điều này đòi hỏi phải tăng sức mạnh của cung laser nên cùng với phản ứng tổng hợp, nó sử dụng phương pháp tạo ra các vi phình. Với mục đích này, muối điện môi được làm bằng vật liệu có nhiệt độ bay hơi thấp - khi đun nóng, bong bóng hơi sẽ hình thành, làm phồng lên màng kim loại chưa tan chảy. Việc đọc thông tin dựa trên thực tế là độ phản xạ của tầm nhìn cao hơn nhiều so với vùng không bị biến dạng của bề mặt kim loại.

Nghiên cứu thành công đầu tiên - giờ đây không ai còn sợ hãi trước công nghệ laser độc đáo. Hóa ra đĩa quang cũng có thể được làm từ nhựa. Tuy nhiên, một công ty của Anh đã phát triển một loại phim rất rẻ có đặc tính là giấy khách quan dẫn đường và một phương pháp phù hợp để sinh tồn.

Tất cả điều này chỉ dành cho ghi âm một lần - chủ sở hữu ODN có thể, nếu muốn, điền chúng một lần và sau đó đọc cột đã ghi bao nhiêu lần tùy thích. Và cảm giác đó đã được chuẩn bị sẵn cho họ bởi những người vận chuyển thường trực xuất hiện từ năm 1972.

Chúng được sản xuất trong điều kiện nhà máy. Trong một studio đặc biệt để lắp đặt sử dụng tia laser khí mạnh (λ≈0,48 μm), thông tin được ghi vào đĩa quang bằng phương pháp sống sót. Chỉ có đĩa này được làm đặc biệt cẩn thận và việc ghi âm được thực hiện đặc biệt cẩn thận. Kết quả là một đĩa mẫu - nó được gọi là đĩa chính, đĩa gốc. Từ đĩa chủ sử dụng phương pháp in truyền thống, công nghệ sản xuất ma trận kim loại. Một bản cài đặt tuyệt vời sẽ tái tạo các bản sao nhựa từ ma trận - 3-4 mảnh mỗi phút. Sau đó, chúng sẽ được phủ một lớp màng nhôm hoặc vàng mỏng nhất - những vùng kim loại trên bề mặt phẳng và trên các bề mặt có đặc tính phản chiếu khác nhau. Sau đó, hai bản sao của lớp dán có rebef bên trong (để bảo vệ) - và tấm hai mặt đã sẵn sàng.

Như họ nói, “rẻ và vui vẻ.” Tất nhiên, nó chỉ rẻ nếu bạn có thể đóng dấu, chẳng hạn như một trăm nghìn, hoặc thậm chí tốt hơn, một triệu bản giống hệt nhau từ một bản gốc. Và điều này chỉ có thể thực hiện được khi ghi lại một thông số kỹ thuật nhất định. Đây là cách mà các đĩa ghi âm với các bản ghi âm kỹ thuật số chất lượng rất cao của các chương trình âm nhạc lần đầu tiên xuất hiện, và sau đó các đĩa video có “nhồi” truyền hình xuất hiện. Tất cả các kỷ lục về mức độ phổ biến rộng rãi đều được tăng lên nhờ các video clip nhạc rock, cung cấp hai hình thức phát triển hiện đại - nhạc rock và truyền hình. Đầu đĩa quang (thường gọi là điện thoại laser) đang ngày càng trở nên phổ biến ở các nước phát triển.

Bạn nói rằng tất cả những điều này đều tốt, nhưng làm sao có thể đặt đĩa quang ngang hàng với đĩa từ? Sau cùng thì chủ nhân giữ lại bản ghi từ, chủ nhân xóa đi và viết cái mới. Và các kệ sẽ không bị bừa bộn và tiền sẽ không bị lãng phí. Và ghi quang học giống như vẽ mũi: những gì được vẽ ra sẽ được bảo tồn lần đầu tiên, nhưng đối với

7

Mỗi hình mới đều cần một tảng đá mới.

Đĩa quang để ghi lại thông tin nhiều lần - chúng còn được gọi là đĩa có thể đảo ngược, có thể xóa được - vẫn chưa nhận được sự phân phối công nghiệp ngày càng tăng, nhưng một số hiệu ứng vật lý phù hợp giúp việc sản xuất của chúng thuận tiện và có lợi nhuận đã được chọn.

Các đĩa từ quang ven biển dễ thương nhất cho đến nay. Một số màng sắt từ, chẳng hạn như hợp kim mangan-bismuth hoặc thành phần sắt-coban-gadolinium-terbium vô định hình, thay đổi tính chất từ ​​của chúng (như đôi khi người ta nói, thay đổi cực từ) khi được đốt nóng bằng chùm tia laser. Kết quả là, các vùng “biến đổi”—các dấu ghi—thay đổi độ phân cực của chùm ánh sáng phản xạ khác với phần còn lại của bề mặt. Nếu trong mạch hiển thị ở hình 1, một bộ phân cực được đặt ở đầu ra laser và một bộ phân tích được đặt phía trước photodiode, thì khi đọc, các tia phản xạ từ điểm đánh dấu và bề mặt không chạm tới sẽ gây ra phản ứng khác của photodiode. Sự khác biệt là rất nhỏ, logic “1” và “0” rất “tương tự” với nhau, nhưng các thiết bị điện tử hiện đại có thể phân biệt được chúng. Đối với một trang, toàn bộ đĩa được đặt trong từ trường hoặc được làm nóng và làm mát. Có vẻ như chu trình “ghi - đọc - xóa” có thể được lặp lại nhiều lần nếu cần thiết - đĩa từ không “mệt mỏi” và đây là ưu điểm chính của chúng. Nhưng thời gian lưu trữ này không chỉ vượt quá hai năm - ưu điểm của đĩa quang bị mất đi và khuyết điểm của đĩa từ được “mua lại”. Và một điều nữa. Đối với đĩa từ quang, điện thoại laser thông thường được thiết kế cho các đĩa có khả năng loại bỏ mật độ cao hoặc ổ đĩa vi mô không phù hợp—cần có người chơi mới.

Bất cứ ai cũng muốn mất đi thứ gì đó vốn đã ven biển - đó là lý do tại sao có các phương tiện có thể đảo ngược khác. Ở một số