Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Екзаменаційні питання для ФОКС
1. Електроніка та інформація.
2. Закон Мура та інформація. Етапи розвитку елементної бази.
3. Основні тенденції розвитку компютерної електроніки.
4. Фактори,що обмежують швидкодію елементів компютерної електроніки.
5. Перспективні матеріали для субмікронних -і нанокомпонент електронної техніки.
6. Тенденції удосконалення сучасної компонентної бази електроніки.
7. Перспективні нанорозмірні структури і компоненти НВЧ-діапазону.
8. Фізичні основи магнітного запису. Сучасні матеріали для магнітного запису (характеристики і параметри).
9. Перпендикулярний магнітний запис.
10. Принципи роботи накопичувачів на ЖМД. Характеристики.
11. Магнітні матеріали та будова ЖМД.
12. Магнітні головки читання запис.
13. Вінчестер: будова, характеристики та параметри.
14. ЦМД-пам'ять.
15. Новітні принципи та матеріали магнітного запису інформації.
16. МО-запис інформації.
17. Основи оптичного запису інформації.
18. Фундаментальні фізичні обмеження в електроніці.
19. Зеднання та їхні обмеження на швидкодію.
20. Обмеження в схемотехніці ,що накладаються добутком потужність-швидкодія.
21. Енергія переключення.
22. Швидкодіючі ПТ на основі гетеро структур.
23. Короткоканальні ефекти в ПТ. Порівняльна характеристика швидкодії основних типів ПТ.
24. Шляхи підвищення продуктивності ЕОМ.
25. Модель логічного елемента: термодинамічні обмеження.
26. Модель логічного елемента: квантово-механічні обмеження.
27. ПЗЗ-структури, як елементи памяті.
28. Оптичні накопичувачі.
29. Зовнішня пам'ять. Параметри.
20. Основні конструктивні елементи СD-ROM. Параметри.
31. Особливості DVD-запису.
32. Перспективні технології магнітного запису.
33. Характеристики накопичувачів на ЖМД.
34. Часові параметри вінчестерів.
35. Принтери. Розділення та методи їх покращення.
36. Технологія лазерного друку.
37. Технологія друку лазерного та струменевого принтерів.
1.Електроніка та інформація.
Електроніка – це наука про взаємодію електронів з електромагнітним полем, і про методи створення електронних приладів.
Ієрархія обробки інформації:
1-міміка і жести;
2-усне мовлення;
3-письмо;
4-книгодрук;
5-електроніка.
Мікросхема – це функціональний виріб, який призначений для обробки певної інформації, який складається з певної кількості електронних компонентів, які вироблені в єдиному виробничому циклі і виготовлені в межах одного кристалу, використовуючи схемотехнічні принципи.
2.Закон Мура та інформація. Етапи розвитку елементної бази
Закон Мура – кількість транзисторів на кристалі аподвоюється кожних 18 місяців.
Етапи розвитку елементної бази:
3.Основні тенденції розвитку компютерної електроніки.
1. Напівпровідниковий транзистор.
У перших ЕОМ основними робочими елементами були електричні лампи, або вакуумні електричні трубки. На зовнішній вигляд вони були схожі на електричні лампи. Вони включалися і виключалися під дією електричних сигналів, але при роботі сильно перегрівались і часто виходили з ладу.
Наступним кроком уперед в обчислювальній техніці стало створення у 1948 р. напівпровідникових транзисторів. Вони виконували такі ж функції, що і електронні лампи, але вони значно менші по розміру трохи більші за горошину, надійніші в експлуатації і більш стійкі. До того ж вони використовували набагато менше електроенергії і були дешевші у виробництві.
Таким чином сталоможливим створення ЕОМ. Менших розмірів і з більшими швидкодіями. В 60-ті рр. їх вже використовували в приватних компаніях і державних установах. З’явилися ЕОМ різних типів, деякі з них розмірами як кімната. Дістали назву “Велике ЕОМ”, інші ті, що менші і могли поміститися на столі і дістали назву міні-ЕОМ.
2. Кремнієва мікросхема.
Поява інтегральних схем, або кремнієвих чіпів, в 70-ті рр. ХХ ст. означало ще один великий етап в розвитку ОТ. ЕОМ стали ще більш компактними і дешевими. Оскільки інтегральна схема здатна замінити тисячі інтегральних транзисторів і зменшується вона на поверхність кремнієвого стану площею близько 10 кв. мм.
ЕОМ до того часу стали на стільки невеликими і дешевими, що більшість людей стали думати чи не купити б їм настільки корисну машину. Оскільки основні інтегральні схеми для ЕОМ за свій мініатюрний розмір дістали назву мікропроцесори, і номер покоління ОМ дістали приставку “мікро”, а по українському стали найчастіше називати просто комп’ютерами. Однією із перших вдалих розробок, придатних для рішення щоденних задач у домашніх умовах, стали “Епл” “Apple”, з’явившись на ринку у 1977 р.
3. НВІС технологія.
У 80-ті рр. електронники розробили технологію НВІС технологія створення над великих інтегральних схем. Одна така інтегральна схема включає в себе десятки тисяч транзисторів і всі вони розміщуються на кристалі кремнію, меншого за людський ніготь. Так був створений домашній комп’ютер. Іншим словом ПК персональний комп’ютер скорочене позначення цього терміна по англійському – РС. Під час створення більшості сучасних комп’ютерів використовувалася технологія НВІС у порівнянні з першими ЕОМ. Сьогоднішні машини видаються чудом техніки. І прогрес у даній області все прискорюється. Тому витягуючи із коробки тільки що куплений комп’ютер, можете думати, що він уже майже застарілий.
4. Фактори,що обмежують швидкодію елементів компютерної електроніки.
Опір провідників, ємність, індуктивність провідників.
Розмір елементарного транзистора на кристалі, тобто чим більший розмір, тим нижча частота, а відповідно швидкодія.
Час розсмоктування заряду в p-n переході, час розсмоктування заряду визначається рухливістю основних носіїв електрона або дирки.
Ємність p-n переходу.
Ефект затримки – сигнал в транзисторі поширюється не моментально, а зі швидкістю світла в напівпровідниковому матеріалі.
Відстань між елементами – чим менша відстань, тим більша швидкодія.
Швидкодія МОН обмежена часом прольоту носіїв вздовж каналу і часом перезаряду власної ємності через опір каналу.
5. Перспективні матеріали для субмікронних -і нанокомпонент електронної техніки.
Одним із напрямків підвищення частотних можливостей і швидкодії електронних компонент є використання нових напівпровідникових матеріалів.
За останні 2-3 десятиліття технологічне освоєння арсеніду галію суттєво посунуло керуючих на ринку кремнієвих виробів, і перш за все в області надвисоких і надшвидкодіючих пристроїв. Цьому дало поштовх не тільки більша рухливість електронів, а й деякі особливості зонної структури арсеніду галію. Він як і інші представники групи матеріалів А111ВV, відносяться до багато долинних напівпровідників, які мають в зоні провідності декілька підзон з різною ефективною масою електронів. Це дає можливість існування ефекту відємної диференціальної провідності, на якому працюють генератори Ганна. З особливістю такої зонної структури, точніше зі специфікою міждолинних переходів електронів, пов'язаний ефект «стрибку» дрейфової швидкості електронів в сильному магнітному полі. З арсенідом галієм пов’язано створення, перш за все, польових транзисторів з затвором у вигляді барєра Шотки, гертероструктурних польових транзисторів з високою рухливістю електронів, біполярних транзисторів, однорідних інтегральних схем різного призначення та гетеро лазерів. Такий широкий спектр створюваних пристроїв обумовлений тим, в тому числі, використанням потрійних і четвертних зєднань, які можна розглядати як сплави простих бінарних напівпровідників А111ВV. Використовуючи різна варіанти их складів, можна отримувати матеріали з прогнозуючими параметрами.
Нові можливості дають технологічне освоєння нітриту галію. Там більша швидкість насичення ніж в арсеніду галію, що дає можливість отримувати більш високу щільність струму. Те що більша критична напруга електричного поля дає можливість створення приладів більшої потужності. Крім того, у нітриту галію час релаксації енергії складає величину порядку 0,1 пс, що забезпечує частоти в сотні герц.
6. Тенденції удосконалення сучасної компонентної бази електроніки.
Розвиток технології і відкриття нових можливостей по створенню субмікронних компонентів і інтегральних схем (ІС) на їх основі пропонуюється удосконалення існуючих і створення нових компонентів, адаптованих до діапазонів надвисоких і вкрай високих частот, які можуть досягати 500 ГГц.У сучасних електронних системах викоритовується широкий спектр інтегральних схем, виконаних на напівпровідникових сполуках AІІІBV. Це пов'язано, в основному, з приладами на польових транзисторах з затвором Шоттки (ПТШ) і польових транзит-сторі з керуючим -переходом. Усе більше визнання отримують ІС на гетероструктурах (рис. 1):
субмікронних гетеробіполярних транзисторах (СГБТ), на транзисторах з високою рухливістю електронів (high electron mobility transistor-HEMT) або субмікронних гетероструктурних транзисторах (СГСТ), псевдоморфних гетеротранзисторах (pHEMT) і метаморфних гетеротранзисторах (mHEMT).Такі прилади широко використовуються в телекомунікаційнних системах,телефонії, комп'ютерних мережах передачі даних, космічних системах, системах локації та ін. Порівняно новими галузями їх застосування є високошвидкісна обчислювальна техніка та волоконно-оптичний зв'язок . Субмікронні ПТШ і гетероструктурні транзистори використовуються, як правило, в малопотужних і малошумних колах, а гетеробіполярні транзистори - в потужних колах підсилення і генераціі.На відміну від ПТШ з бар'єром Шоттки, в якому модуляція провідності досягається за рахунок зміни товщини каналу, в гетеротранзисторі (рис. 1) модуляція провідності здійснюється внаслідок зміни поверхневої густини електронів на кордоні гетеропереходу. Основними завданнями удосконалювання технології ІС на субмікронних гетеротранзисторах є: зменшення числа дефектів, збільшення концентрації та забезпечення однорідності характеристик двовимірного електронного газу (ДЕГ), а також збільшення рухливості електронів в ньому.Відмінною особливістю псевдоморфного СГСТ є те, що замість сполуки алюмінію та арсеніду галію використовується гетероперехід на з'єднанні InGaAs і підкладка з фосфіду індію. Це призводить до збільшення розриву зон на кордоні гетеропереходу більш ніж у два рази, що сприяє нейтралізації паразитного каналу в шарі під затвором, а також збільшенню дрейфовой швидкості і рухливості електронів, а значить, збільшенню швидкодії та граничних частот. Крім того, рНЕМТ володіють великими рівнями потужності, т. к. InP має більшу теплопровідність, ніж GaAs. У підкладці з фосфіду індію забезпечується більша щільність двовимірного електронного газу, що дозволяє отримати більш високі щільності струму. До недостатків рНЕМТ слід віднести складність їх вигото лення і високу вартість.Подальша оптимізація структури СГСТ связа-на з появою mНЕМТ, в яких для зменшення неузгодженості кристалічних граток гетеро-шарів і арсенід- галієвої підкладки (що є головною перешкодою для отримання високоякісних структур)
Вертикальна структура СГБТ показана на рис. 2
Передбачається, що такий транзистор розміщується на відносно великій підкладці, яка суттєвим чином впливає на розподіл тепла.до особливостів СГБТ слід віднести наявність різнорідних фізичних процесів у двох переходах - гетеропереході і р-n-переході, а також в області бази, розмір якої в субмікронних транзитсторах, як правило, не перевищує 200 нм, а може складати і декілька десятків нанометрів. Використання в емітері з'єднання n-типу в контакті з p-легованої базою (GaAs) створює потенційний бар'єр не менше 0,25 еВ, що практично виключає інжекції дірок в емітер навіть при високому ступені легування бази. Це дозволяє зменшити товщину бази без збільшення її опору, а також знизити небезпеку змикання пероходів. Однак, як показують результати моделювання, СГБТ програють польовим субмікронних гетеротранзисторам за рівнем шуму, крім того, в гетеробіполярних транзисторах необхідно враховувати ефекти саморозігріву, що погіршують вихідних характеристики.
7. Перспективні нанорозмірні структури і компоненти НВЧ-діапазону.
Для створення наноелектронних компонентів НВЧ-і КВЧ-діапазонів використовуються так звані структури низької розмірності: двовимірні у вигляді шарів наноскопічних розмірів, одновимірні - квантові нитки або провідники, і нульвимірні квантові точки. Для моделювання таких приладів недостатньо квазікласичниго опису на рівні дрейфово-дифузійних або кінетичних моделей - необхідне використання апарату квантової ме-ханіки.Найбільш перспективними за ступенем дослідження та освоєння для промислового впровадження є резонансно-тунельні діоди (РТД).У найпростішому випадку в РТД між двома шарами широкозонного напівпровідника в вузькозонниму формується квантова яма з дискретним набором електронних станів. Проходження струму відбувається за рахунок тунелювання електронів через бар'єри при таких напругах, коли енергія руху електронів в напрямку бар'єру відповідає якомусь рівню в потенційній ямі.
Проведений порівняльний аналіз двобарєрних РТД на AlGaAs і AlGaN і показано, що по щільності струму і робочим напругам розглянуті структури відповідають умовам роботи в КВЧ-діапазоні і можуть бути технологічно реалізовані на сучасному етапі розвитку нанотехнології. Наявність характерної спадаючої ділянки на ВАХ дозволяє використовувати РТД для генерації коливань, в тому числі і в терагерцовому частотному діапазоні.Для генерації сигналів на частотах 100-300 ГГц перспективним представляється використання РТД на з'єднаннях GaAs-AlGaAs і AlGaN.Представлений транзистор, в якому реалізовано резонансно-тунельний ефект. Тунельні переходи індукуються зовнішнім полем. Транзистор з довжиною затвора 20 нм і шириною 50 нм виконаний за технологією «кремній-на-ізоляторі» з n-каналом у вигляді нанопровідника.Товщина нанопровідників (до 10 в структурі) в двохзатворном транзисторі на полікристалічному кремнію досягає 84 нм .Такі структури знаходять своє застосування в тривимірних інтегральних схемах, рідкокристалічних екранах, а також в «системах-на-кристалі».Транзистор являє собою структуру на вуглецевій трубці, вбудовану в леговані акцепторами стік і джерело. Фулерени або нанотрубки представляють собою каркасні структури (молекули фулерена С60), які за певних умов упорядковуються, і утворюється молекулярний кристал, у вузлах якого знаходиться молекула фулерена. Нанотрубки мають поперечний розмір від 1 до 10 нм. Модуляція провідності в одношаровії структурі нанотрубки здійснюється зовнішнім поперечним електричним полем і має характер про провідності напівпровідника.Технологічно канал транзистора на нанотрубках може бути виконаний як одно-, двох-або трьохвимірна система. При цьому фізичні пропроцеси для електронного газу можуть розглядатися як незалежні в кожній окремій нанотрубці. Тривимірні структури дозволяють отримувати великі значення щільності струму в транзисторі.
8, 27. Фізичні основи магнітного запису. Сучасні матеріали для магнітного запису (характеристики і параметри).
Фізичною основою магнітного запису є властивість феромагнетиків і інших матеріалів намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі. Намагнічення – повертання магнітних моментів в зовнішньому магнітному полі.
I(вектор)=χH(вектор), коли χ>0 – це парамагнетики, χ<0 – це діамагнетики.
А феромагнетик це підвид парамагнетика χ>>1.
Для феромагнетиків характерна петля гістерезису
В т. +Ir, -Ir – поле відсутнє, але намагнічення є. +Is, -Is – залишкове намагнічення. Hc – коерцитивна сила. Коерцитивна сила – напруженість зворотнього магнітного поля, при якому намагніченість феромагнетика рівна нулю.
Швидкість запису/перезапису визначається швидкістю перемагнічення.
Сучасними матеріалами зараз рахуються пермалоїд (78% Ni + 22% Со) та магнітні суспензії на стрічках (Fe2O3 + Cr2O3), де τ приблизно 10-9с.
9, 28. Перпендикулярний магнітний запис.
Перпендикулярний запис - це нова, більш прогресивна технологія магнітного запису, у порівнянні з розповсюдженою зараз технологією поздовжнього запису. Якщо при поздовжньому запису біти інформації зберігаються в розташовуваних вздовж доріжки доменах, то при вертикальному - перпендикулярно доріжці. Тобто у традиційному способі запису домени як би лежать на доріжках, а в перпендикулярному - "вбиті" в доріжку подібно до цвяхів.
Така орієнтація доменів дозволяє використовувати для запису більш сильні магнітні поля і знизити займану доменом площу.
На даний час щільність запису у сучасних зразків - 100-150 Гбіт/кв. дюйм (15-23 Гбіт/кв. см), а в перспективі може досягти 400 - 500 Гбіт/кв. дюйм (60 - 75 Гбіт/кв. см). Передбачається, що вдосконалення методів перпендикулярного запису дозволить у 10 разів збільшити обсяги вінчестерів. Максимально досяжна щільність запису для поздовжнього методу оцінюється в 150 Гбіт/кв. дюйм (23 Гбіт/кв. см).
Така ідея була запропонована і здійснена фірмою Seagate, яка до 2016 року вже хоче реалізувати магнітний запис за допомогою тепла.
10, 29.Принципи роботи накопичувачів на ЖМД. Характеристики.
Жорсткий диск представляє собою пристрій, що містить електронну плату з мікросхемами, пам'яттю і різними зв'язувальними пристроями, що записує, зберігає і зчитує певну інформацію. Складається з декількох магнітних дисків із дзеркальною поверхнею насаджених на одну вісь із приводом, а також набір зчитувальних-записувальних голівок зі своїм приводом управління.
Принцип роботи полягає у тому, при подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку голівки виникає змінне магнітне поле, яке з зазора голівки впливає на феромагнетик поверхні диска і змінює напрям вектора намагніченості доменів в залежності від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів у зазори голівок приводить до зміни магнітного потоку в магнітопроводі голівки, що приводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці через ефект електромагнітної індукції. Відстань між дисками і голівками мала, нанометри. Те що відстань мала і немає дотику, то забезбечується довге служіння пристрою. Диск намагнічується в локальній області і відбувається запис інформацї. Є поняття логічної одиниці і логічного нуля, за допомогою яких здійснюється той запис і зчитується інформація. Різні комбінації логічних одиниць і нулів утворюють певну інформацію. Інформація записується в так звані доріжки.
Характеристики:
1.Ємність – кількість даних, які можуть зберігатися. 2.Фізичний розмір. 3.Час доступу – середній час за який вінчестер здійснює запис/зчитування інформації з будь-якої ділянки диска. 4.Швидкість обертання – від цього параметру залежить час доступу і середня швидкість передачі даних. 5.Надійність – визначається як відношення середній час на відмову. 6.Кількість вводів-виводів за секунду – у сучасних дисках це 50-100 операцій за секунду. 7.Швидкість передачі даних. 8.Об’єм буфера - буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по інтерфейсу. У сучасних дисках він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб. 9.Стійкість до ударів - стійкість накопичувача до різких стрибків тиску або ударів, вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому станах. І 10.Кількість споживаної енергії, що є важливим для переносних пристроїв.
11, 30. Магнітні матеріали та будова ЖМД.
У відповідності з магнітними властивостями всі матеріали діляться на діамагнітні (діамагнетики), парамагнітні (парамагнетики), феромагнітні (феромагнетики), антиферомагнітні (антиферомагнетики).
Діамагнетизм існує в усіх речовинах і пов’язаний з тим,що зовнішнє магнітне поле впливає на орбітальний рух електронів,внаслідок чого індуктується магнітний момент,направлений на зустріч магнітному полю. Після зняття зовнішнього магнітного поля індуктований магнітний момент діамагнетика зникає.
До діамагнітних речовин відносяться інертні гази, водень, мідь, цинк, свинець (речовини, що складаються з атомів повністю заповненими електронними оболонками).
Парамагнітні речовини відрізняються тим,що складаються з атомів з неповністю заповненими оболонками, тобто володіючих магнітними моментами. Але такі атоми знаходяться досить далеко один від одного і взаємодія між ними відсутня.
Феромагнітні речовини містять атоми, які володіють магнітним моментом (незаповнені електронні оболонки), але відстань між ними не така велика, як в парамагнетиках, в результаті чого між атомами виникає взаємодія, яка називається обмінною, (передбачається,що сусідні атоми обмінюються електронами).
Антиферомагнетиками називають матеріали, в яких під час обмінної взаємодії сусідніх атомів проходить антипаралельна орієнтація їх магнітних моментів.
До феромагнетиків відносяться речовини, в яких обмінна взаємодія здійснюється не безпосередньо між магнітоактивними атомами,а через немагнітний іон кисню.
Жорсткий диск представляє собою пристрій, що містить електронну плату з мікросхемами, пам'яттю і різними зв'язувальними пристроями, що записує, зберігає і зчитує певну інформацію. Складається з декількох магнітних дисків із дзеркальною поверхнею насаджених на одну вісь із приводом, а також набір зчитувальних-записувальних голівок зі своїм приводом управління.
12, 31. Магнітні головки читання запис.
Магнітна головка - пристрій для запису, стирання та зчитування інформації з магнітного носія: стрічки, або диска (жорсткого або гнучкого). Умовно виділяють зчитувальні, що записують, стираючі і універсальні головки.
Записуюча, відтворююча і стираюча головки відрізняються між собою наявністю або відсутністю додаткового зазору, різною шириною робочого зазору, неоднаковою кількістю витків обмоток, різним діаметром дроту обмотки.
Записуюча, відтворююча і стираюча головки відрізняються між собою наявністю або відсутністю додаткового зазору, різною шириною робочого зазору, неоднаковою кількістю витків обмоток, різним діаметром дроту обмотки.
Якщо в обмотці головки запису (ГЗ) протікає струм, то силові лінії магнітного поля, яке утворюється при цьому, проходячи по осердю в зоні навколо зазору, утворюють зосереджене магнітне поле. Якщо це поле постійне, то воно рівномірно намагнічує стрічку, яка проходить повз нього. Якщо ж через обмотку ГЗ проходить змінний струм, що утворюється як наслідок дії звуку на мікрофон, то магнітне поле в зазорі головки змінюється відповідно до записуваних звукових коливань.
При відтворенні магнітної фонограми стрічка рухається повз щілину головки відтворення (ГВ). Силові лінії магнітного поля фонограми, замикаючись на осерді, перетинають обмотку ГВ. Оскільки, як ми вже знаємо, стрічка намагнічена не рівномірно, а відповідно до записаного звуку (його сили й частоти), то і в обмотці індукуватиметься електрорушійна сила, змінність якої відповідатиме силі й частоті запису на стрічці Ця ЕРС надходить на вхід підсилювача і подає результат.
В накопичувачах на магнітних дисках використовуються в основному універсальні головки.
Рис. 2.1.5. Конструкція класичної тороїдальної кільцевої магнітної головки:
а і б – основні різновиди тороїдальних головок;
в – зона робочого зазору (РЗ) головки
В залежності від феромагнітного матеріалу, застосованого для виготовлення осердь, можуть бути виділені такі їх основні різновиди: головки зі сплавів феромагнітних матеріалів на основі Ni i Fe і цілого ряду інших як магнітних, так і немагнітних матеріалів (Si, Al, Ni, Cr, V , Mn, P), наприклад, головки із пермалоя, сендасту, альфенолу та ін; головки із феритових матеріалів (монокристалічних і полікристалічних феритів); головки із аморфних металічних сплавів.
Схематично основні варіанти конструкції магнітної головки запису і відтворення приведені на рис.2.1.5. Основним елементом головки є осердя, яке складається з двох напівосердь 1 з намотаними на них обмотками 3 з обмежувачами 2. Напівосердя в області РЗ розділені прошарком з немагнітного матеріалу: скла, фольги мідної, бронзової або латунної.
Магнітні матеріали для осердь магнітних головок повинні відповідати широкій сукупності вимог, основними з яких є: високі магнітна проникність mн, індукція насичення Bs, питомий електричний опір r, відносно низьке значення коерцитивної сили Hс, висока механічна твердість HV і малий коефіцієнт зносостійкості nF. Всі ці параметри повинні бути стабільними в часі і при дії дестабілізувальних факторів зовнішнього середовища, наприклад, температури. Стабільність, розкид і значення електромагнітних параметрів матеріалів осердь головок залежать від магнітострикційних властивостей, які оцінюються коефіцієнтом магнітострикції ls, і властивостей анізотропії, які оцінюються сталою анізотропії ka. Кращі параметри, як правило, мають матеріали, для яких ls і ka малі або рівні нулю. Крім цього, доцільно враховувати, що зменшення коерцитивної сили Hс матеріалів осердь і коефіцієнта ls призводить до зменшення шуму головок відтворення.
Магнітні матеріали, які використовуються для осердь магнітних головок, можна розділити на п¢ять груп:
1. Матеріали на основі пермалоя. Пермалой є різновидністю залізонікелевих магнітом¢яких сплавів з дуже високою магнітною проникністю. Основними компонентами пермалоя є Ni i Fe; в деяких випадках до цих компонентів можуть додаватися Cu i Mo.
Основними перевагами пермалоя, які визначили його тривале використання в якості матеріалу для магнітних головок, є високі магнітні проникності mн і mmax і індукція насичення Bs. Найбільш суттєвими недоліками пермалоя є мале значення питомого електричного опору r, який зумовлює великі частотні втрати і відносно невисокі зносостійкість і твердість. Ці недоліки виключають можливість використання пермалоя в головках для широкомаштабних систем ЦМЗ.
2. Матеріали на основі пермалоя, які мають більш високе значення r і підвищені зносостійкість і твердість. До цієї групи матеріалів відноситься так званий твердий пермалой, який має склад Ni, Nb, Ti, Fe. У ньому в якості додаткових використовуються Nb i Ti. Діапазон додатків може бути розширено. Покращення механічних властивостей і деяке збільшення r в них супроводжується, як правило, зменшенням mн і Bs.
3. Феритні матеріали на основі монокристалічних і полікристалічних феритів. Головна перевага феритних магнітних головок — високе значення r і добра зносостійкість. Це визначило основну область їх застосування — відеозапис і запис широкомасштабних сигналів. Однак ферити мають низькі значення Bs і mн. Низька індукція насичення не дозволяє ефективно використовувати ферити спільно з високоокерцитивними носіями.
4. Матеріали групи «сендаст». За своїм хімічним складом сендаст відноситься до сімейства альсіферів. Класичний сендаст має хімічний склад в процентах: 15,4 Al, 9,6 Si, 85 Fe. На даний час до сендастів звичайно відносять систему сплавів, які мають крім вказаних основних компонентів широку гаму додатків, наприклад, таких елементів, як Cu, W, Ni, Nb, V, Mn, Co і інші. Основна перевага таких сплавів міститься у високих значеннях Bs i mн при малих або нульових значеннях коефіцієнта магнітострикції ls і постійної анізотропії kа. Ці сплави також мають добрі механічні властивості. Сукупність перерахованих переваг визначили широке застосування сендастів у якості матеріалів для головок запису і відтворення, універсальних магнітних головок і полюсних наконечників феритних відеоголовок. Недоліком сендастів є відносно низьке значення питомого електричного опору.
5. За останнє десятиріччя розроблена група матеріалів, яку називають аморфними металевими сплавами (АМС). АМС мають ряд високих електромагнітних і механічних властивостей, що роблять перспективними їх використання у якості матеріалів для осердь магнітних головок широкого застосування АМС містять так звані перехідні метали і аморфізатори (склоутворювачі). В якості перехідних металів використовуються феромагнітні метали Fe, Co i Ni, а в якості аморфізаторів — елементи B, C, Si, P i Ge.
Основні переваги АМС: високі значення параметрів mн і Bs, за якими вони не поступаються пермалою; наприклад, відомі матеріали з Bs » 1,7 Тл і mн = 120×103; відносно високе значення r, яке обумовлює низькі втрати на вихрові струми, однак АМС поступаються за цим показником феритам; низький коефіцієнт магнітострикції ls, низькі коерцитивна сила і стала анізотропія і, як наслідок, низький рівень шуму головок; мала чутливість до механічних напруг для більшості АМС, які виникають при штампуванні пластин і монтажі осердь у багатоканальні блоки головок. Перераховані переваги АМС обумовлюють все більш широке їх використання у апаратурі магнітного запису.
13, 32. Вінчестер: будова, характеристики та параметри
Будова. Ззовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані.
Характеристики.
Загальні характеристики:
Лінійка WD Caviar Black
Застосування для настільного комп'ютера
Форм-фактор 3.5 "
Обсяг і швидкість
Обсяг HDD 1000 Гб
Обсяг буферної пам'яті 32 Мб
Швидкість обертання 7200 rpm
інтерфейс
Інтерфейс S-ATA II
Зовнішня швидкість передачі даних 300 Мб / с
Внутрішня швидкість передачі даних 1160 Мбіт / с
додатково
Розміри (ШхВхД) 101.6x25.4x147 мм
Вага 0.69 кг
Механіка / Надійність
Ударостійкість при роботі 30 G
Ударостійкість при зберіганні 250 G
Рівень шуму простою 24 дБ
Рівень шуму роботи 33 дБ
Параметри, що впливають на швидкодію HDD:
швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;
ємність кеш-пам'яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;
середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;
час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;
швидкість обміну - визначає об'єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу.
14, 33. ЦМД-пам'ять.
Запам’ятовування і обробку інформації можна здійснити за допомогою магнітних інтегральних схем. Для їх створення застосовують магнітні плівки товщиною кілька мікрометрів, які наносяться на підкладку. В якості носіїв інформації використовуються циліндричні магнітні домени (ЦМД). Відомо, що магнітні плівки мають доменну структуру, тобто складаються з окремих мікроскопічних областей - доменів, що володіють довільним напрямком вектора намагніченості. У межах одного домену всі атоми намагнічені в одному напрямку. При відсутності зовнішнього магнітного поля домени мають форму смуг з протилежними напрямками вектора намагніченості (рис.12.5, а).
У сусідніх смугах магнітні домени в плівці займають поперечний переріз плівки, а їх вектори намагніченості перпендикулярні поверхні. Домени мають різні форму і розміри. Зміна конфігурації доменної структури відбувається уздовж поверхні плівки. Сумарні площі протилежно намагнічених доменів рівні, тому відбувається компенсація їх магнітних полів.
Якщо на магнітну плівку діє зовнішнє постійне магнітне поле Н, перпендикулярне поверхні плівки, то конфігурація і розміри магнітних доменів змінюються. Смугові домени, у яких вектор їх намагніченості співпадає з напрямком зовнішнього поля, розширюються за рахунок звуження доменів з протилежним намагнічуванням. Подальше збільшення зовнішнього поля призводить до розриву смугових доменів і утворенню доменів циліндричної форми (ЦМД, рис. 12.5, б). Встановлено, що домен стає циліндричним при деякому полі Нmin. При цьому з ростом Н діаметр домену стає меншим. При подальшому збільшенні магнітного поля, коли воно стає більше певного значення Нmax, Домени зникають. Таким чином, циліндричні магнітні домени існують при постійному магнітному полі з напруженістю від Нmin до Нmax. Діаметр ЦМД становить 1 ... 5 мкм в залежності від матеріалу і товщини плівки.
ЦМД можна створити за допомогою генератора доменів, який являє собою дротяну петлю з струмом. Така петля з тонкої металевої плівки наноситься на поверхню магнітної плівки. Через петлю пропускається імпульс струму, який створює магнітне поле Нпет з напрямком, протилежним вектору зовнішньої магнітної індукції. При цьому в магнітній плівці під петлею утворюється циліндричний магнітний домен - ЦМД (рис. 12.6, а). У запам'ятовуючих пристроях наявність ЦМД в певному місці плівки відповідає зберіганню лог. 1, а її відсутність - зберіганню лог. 0. Домен – стійкий і для запису двійкової інформації ЦМД повинен займати фіксоване положення і мати можливість переміщатися по запропонованій траєкторії до «адресату». Якщо домен зможе віддалятися від генератора доменів (петлі), то при надходженні нових імпульсів струму, відповідних введенню лог. 1, під петлею будуть створюватися нові домени.
Щоб зафіксувати домен в певному місці плівки, застосовують магнітостатичні пастки. В якості такої пастки можна використовувати виток з током (рис. 12.6, б), як у генераторі доменів. Але найбільш широке застосування знайшли пастки з пермалоєвих плівок (аплікації). На поверхню магнітної плівки наносяться плівкові аплікації певної форми зі спеціального феромагнітного матеріалу - пермалою. В області під магнітною аплікацією через її екрануючого дії відбувається ослаблення зовнішнього магнітного поля. При попаданні ЦМД в таку пастку зменшується його повна енергія, тобто ЦМД виявляється в потенційній ямі.
Систему пермалоєвих аплікацій можна використовувати для переміщення ЦМД в певну точку (адреса). Для цього застосовується керуюче магнітне поле Нпр, що обертається в площині аплікацій. Обертове поле створюється двома взаємно перпендикулярними котушками, струми в яких зміщені по фазі на 90 °. На рис. 12.7 показана система з чотирьох аплікацій, напрямок Нпр в моменти часу через чверть періоду, положення магнітних полюсів N і S на аплікаціях, створюваних полем Нпр, і положення ЦМД в ці моменти часу.
При заздалегідь виготовленій геометрії системи цих аплікацій можна перемістити домен в задану точку. Аплікації, розташовані близько один до одного, утворюють регістр. Зрушення інформації в регістрі відбувається при переміщенні доменів від краю однієї аплікації до краю інший. Швидкість переміщення доменів може бути дорівнює десяткам і навіть сотням метрів в секунду. Унаслідок малого діаметра ЦМД щільність запису інформації може бути 10 4... 10 травня біт / мм, а швидкість запису становить 10 5... 10 6 біт / с. Для зчитування інформації застосовують пристрій, заснований на магніторезисторному ефекті, який полягає в зміні опору плівки при зміні магнітного поля. Один із способів зчитування наступний: на основну плівку наносять петлю з напівпровідника, що володіє магніторезистивним ефектом. Через петлю пропускають постійний струм. Якщо під петлею проходить ЦМД, то магнітне поле в петлі змінюється. При цьому змінюються опір петлі і струм в ній, що відповідає лог. 1.
Пристрій пам'яті на ЦМД є закінченим пристроєм функціональної електроніки, широко використовується в схемотехнічних системах і видає інформацію в двійковому коді. Запам'ятовувальні пристрої на ЦМД за своїми параметрами перевершують аналогічні пристрої на магнітних дисках.
15, 34. Новітні принципи та матеріали магнітного запису інформації.
Етап, який переживає магнітний запис сьогодні, пов`язаний із застосуванням для відтворення замість магнітних головок (МГ) індукційного типу магнітних головок, робота яких заснована на використанні магніторезистивного (МР) та гігантського магніторезистивного (ГМР) ефектів. В чому полягають ці ефекти? МР-ефект спостерігається в багатьох матеріалах і пов'язаний з тим, що електричний опір зразка з такого матеріалу змінюється при розміщенні його в зовнішньому магнітному полі. Такі зразки використовують як датчики магнітного поля і, зокрема, для відтворення інформації з магнітного носія. В останньому випадку кажуть про МГ магніторезистивного типу. Один з найпоширеніших матеріалів, з яких роблять МГ з МР-ефектом, є пермалой (81/19 Fe/Ni). Також, до найпоширеніших матеріалів, що використовуються у магнітному записі, відносять пермалой – 78% Ni + 22% Co у вигляді тонкої магнітної плівки, та суспендований матеріал на стрічці – порошок Fe2O3 + Cr2O3 (магнітна суспензія).
Суть ГМР-ефекту полягає в тому ж, що і МР-ефекта: в зміні електричного опору під дією магнітного поля. ГМР-ефект спостерігається в магнітних мультишарових структурах, або "магнітних надгратках". Вони складаються із великої кількості (до 60) ультратонких шарів (кожний товщиною d~0.5-1.5 нм) з різними фізичними параметрами, що послідовно чергуються: "магнетик-немагнетик" (наприклад, Fe-Cu), або "магнетик І - магнетик ІІ" (наприклад, Со-Fe), або шари з складнішою варіацією таких параметрів, як легування, товщина тощо. Величина ГМР-ефекту в десятки разів більша, ніж в одношарових магнітних матеріалах того ж складу та при тих же зовнішніх умовах.
Тому МГ і з МР-ефектом, і з ГМР-ефектом чутливіші порівняно із своїми попередниками - МГ індукційного типу. Це означає, що МГ нового типу можуть реєструвати слабкі магнітні поля від ділянок сигналограм з тонкою магнітною структурою (малим розміром піта - фізичної області носія інформації, яка несе інформацію про 1 біт).
У багатьох нагромаджувачах використовується шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту, завтовшки близько десятка мікрон. Таке покриття міцніше та, крім того, дозволяє приймати значно більшу щільність записи. Технологія його нанесення близька до тієї, що використовується при виробництві інтегральних микросхем.
Співробітники Дослідницької лабораторії IBM в Цюріху (Швейцарія) у співавторстві з інженерами компанії Fujitsu, розробили новий матеріал для виготовлення магнітних плівок, а також змогли суттєво удосконалити технології запису-читання на ці носії. В результаті їм вдалося домогтися щільності запису 29,5 мільярдів біт на квадратний дюйм, що дозволяє зберігати на одному картриджі з магнітною стрічкою 35 терабайт даних. Це в 40 разів більше, ніж ємність існуючих в даний час картриджів, і в 7 разів більше, ніж у самих нових жорстких дисків. Для досягнення таких результатів інженери IBM використовували нове магнітне покриття стрічки з фериту барію. Це речовина, створена і випробувана в лабораторіях Fujitsu, відрізняється від старих технологій тим, що магнітні поля частинок такого покриття можуть орієнтуватися перпендикулярно плівці, а не подовжньо, як це було реалізовано раніше. Завдяки цьому, самі магнітні поля більш стабільні й можуть зберігати своє становище не два-три роки, а десятиліттями. Крім того, перпендикулярні частинки дозволили зробити саму плівку істотно тонше. Тепер в традиційному корпусі картриджа поміщається на 12 відсотків більше стрічки. Інженерам IBM довелося повністю переробити як сам механізм читання, так і алгоритм, за яким інформація очищується від електромагнітних перешкод.
"Жорсткі диски можуть зберігати великі обсяги інформації на своїй поверхні. Крім того, з них набагато швидше зчитуються дані. Однак площа плівки всередині картриджа на порядок більше, ніж у HDD, при тому що обидва носія мають однакові габарити. Можна говорити про те, що відносна щільність запису на плівковий картридж стала набагато більшою. Що ж стосується технологій читання, то їх вдосконалення лише питання часу ", - так описує винахід Евангелос Елефтерія, керівник напрямку технологій зберігання даних IBM Zurich.
Крім того, собівартість зберігання даних на плівці на порядки нижче, ніж у жорстких дисків, - Так, ціна даних на твердотельном носії становить від 3 до 20 доларів за гігабайт. У той же час, запис і зберігання інформації на плівковому картриджі становить близько 2 центів за гігабайт. Експерти вважають, поява виробів, що використовують нову технологію запису даних на магнітні стрічки, може вплинути на розвиток інших напрямків, в тому числі на створення голографічних дисків. Навіть висока щільність в 100 терабайт, обіцяна розробниками, не зможе допомогти цим виробам швидко потіснити магнітну стрічку з ринку резервних сховищ інформації.
16, 35. МО-запис інформації.
Фізичною основою МО-запису є термомагнітна властивість феромагнітних матеріалів, зокрема при нагріванні лазером магнітоупорядкованого середовища вище точки Кюрі, воно переходить в парамагнітний стан. Явище охолодження проводять в достатньо сильному зовнішньому магнітному полі, то відновлення магнітоупорядкованих властивостей буде супроводжуватися появою намагніченості, яка відповідає напрямку магнітного зовнішнього поля. При чому в холодному середовищі поле тієї величини вже не буде здатне перемагнічувати носі. Такий процес лежить в основі магніто-оптичного запису інформації, при чому його можна проводити на 1-му носієві106раз. Читання відбувається за допомогою поляризованого лазерного випромінювання. При відбиванні від намагніченої поверхні поляризованого променя повертається його вектор поляризації в залежності від напрямку намагніченості (ефект Керра). Далі потрапляючи на приймач проходить через аналізатор і таким чином його інтенсивність змінюється. При цьому зміна інтенсивності відбитого поляризованого світла пропорційна до кута повороту площини поляризації відбитого світла.
Таким чином даний метод дозволяє реєструвати локально намагнічені-розмагнічені області, шляхом контролю відбитого світла, внаслідок зміни кута лінійно поляризованого світла.
В реальних системах для запису/читання потрібна МО-головка, яка складається із зв’язаних лазерної та магнітної головки.
При даному методі запис даних відбувається при одночасній дії магнітного поля та нагріву.
Стирання даних – лазерний промінь нагріває до T>Tc, а магнітне поле рівномірно орієнтує запам’ятовуючий шар.
Об’єм 5-6 ГГб.
Не набув поширення. Бо дорогий диск. Більше 10 років тому коштував приблизно 100 доларів.
17, 36. Основи оптичного запису інформації.
Система запису і відтворення інформації, принцип якої, полягає у використанні оптичного випромінювання.
Останнім часом використання оптичних методів збереження і обробки інформації сприймається як одне з привабливих альтернатив звичайним запам'ятовуючим пристроям. Принципова перевага оптичної пам'яті у тому, що оптика уможливлює створення за ЗП(запам’ятовуючий пристрій) великої ємності з щільно “упакованими” даними. Щільність подання в оптичних ЗП обмежена лише дифракційною межею.
Перевагою оптичної пам'яті є й можливість паралельної обробки інформації та швидкий доступом до масивів. Усе, це в поєднані із потенційно високої надійністю і прийнятними енергетичними характеристиками робить оптичну пам'ять однією з перспективних замін напівпровідникової і магнітної памяті.
За способом запису розрізняють системи фотографічного запису, голографія, записи , системи з записом на оптич. дисках і ін. Принципово можливі два способу записи інформації на оптичному ЗП: побітовий і голографічний. У першому випадку кожній елементарній ділянці інформаційного носія відповідає один біт інформації, у другому — вся поверхню деякої ділянки носія рівномірно забезпечує зберігання масиву інформації, тобто. будь-яка область, що входить у цю ділянку, зберігає з тією чи іншою достовірністю інформацію про всі масиви зразу.
Для побітового запису інформації можна використовувати будь-яке джерело випромінювання. Однак, найкращі джерела когерентного світла - лазери, щільність потоку енергії й можливості фокусування випромінювання яких багаторазово перевершують відповідні параметри від інших джерел.
Голографічний запис - надання інформації в інтерференційному формі. Тут обов'язково потрібне використання когерентного джерела випромінювання та пред'являються певних вимог до ступеня його просторової і тимчасової когерентності.
Запису вальний шар на диску перебуває в кристалізованому стані, коли чистий. Коли ж відбувається запис, на конкретну область світить лазер, який розігріває її до температури вище Кюрі, і ця область переходить в аморфний стан, внаслідок чого змінюється її пропускна здатність. Відповідно до цього і лишається інформація. Для зчитування просто той же лазер світить і відхиляється відповідно до стану запису вального шару по різному, з чого ми робимо висновки. А для стирання температура має бути менше Кюрі, але більше плавлення. Тоді відбувається кристалізація. І диск чистий.
18. Фундаментальні фізичні обмеження в електроніці.
1. Зміна енергії при переключенні має бути більша/рівна відношенню сталої Планка до часу переключення.
Якщо мінімальний час є визначеним, а він є, то мінімальна ен. переключення:
Це мініму який можна досягти, це обмеження. Зараз досягли -13/-14 степінь.
2. Тунелювання носіїв
3. Обмеженість пов’язана з властивістю матеріалу:
спад напруги на ділянці, а дельта U має бути мінімальна. В природі найменша , відповідно до цього , бо дельта z рівна добутку максимальної напруги на напруженість критично поля. Саме ці добанки дають обмеження.
4. Часове обмеження зумовлене часом Максвелівської релаксації.
це власне час встановлення електричного поля.
Де
Внаслідок теплових флуктуацій МДН транзистор може випадково перемикатися з відкритого стану в закритий, або навпаки. Число флуктуацій n рівно:
Щоб такого не було, то
- час протягом якого відбувається переключення.
Таким чином для зменшення частоти збоїв, що виникають через теплові флуктуації необхідно збільшувати роботу переключення.
Для надійної роботи, як правило енергія переключення має бути 20кТ.
19. З’єднання та їхні обмеження на швидкодію.
Необхідна умова для мінімального розсіяння, що може впливати на швидкодію інтегральної схеми є P<Q*A, де Q – потік тепла, A – площа кристалу.
Існує вимога для передачі сигналу через кристал А1/2<C1*td, де C1 – швидкість поширення, td – час затримки, і тому P/Q < (C1*td)2 звідси (td)2 < P/Q* C12 – це власне формула, яка щось каже про обмеження.
Якщо ввести мінімальну енергію переключення Em = P*td
це є гранично мінімальний ча, який може існувати при наявності Em. Цей час приблизно на 2,5 порядка менший за швидкодію найшвидкіснішого ключа і тому величина td може бути взята за нижню межу.
20. Обмеження в схемотехніці ,що накладаються добутком потужність-швидкодія.
Теоретично для передачі сигналу з’єднання вихідний сигнал повинен повністю заряджати і розряджати лінію зв’язку при передачі кожного біту інформації. Насправді це вимога необхідна тим, що реальні побудовані лінії мають декілька символів синхронізованих, тому вони можуть розглядатися як довгі лінії. Тому вимога перезарядки тут значень пом’якшена. Однак тут виникає проблема з наявністю в лінії RC- та RL-фактори. Тому ємність ліній предств. основн. затр. фактор. Нехай лінія має ємнясть C, довжина l і де через неї імпульс U за t вводиться P = CLU2/t. З цього P*t = ClU2 – це рівняння є основне для аналізу пошуку компромісу між швидкодією, потужністю і затримкою. Зокрема воно стверджує, що потужність, що передається по з’єднаннях можна знизити зменшення швидкодії логічних систем і навпаки.
21. Енергія переключення.
– час руху електрона до стоку
– потужність
– різниця напруг, визначає енергію логічного елемента
– енергія переключення
Умова надійності переключення елемента
Середній розкид порогової напруги, яка здатна перемикати елементи повинен бути не менше, ніж у 20 разів більшим від порогової напруги транзистора.
Під впливом теплових флуктуацій може відбутись спонтанне переключення елемента.
Де – робота переключення Т – час без переключень
– напруга переключення
Для реальних транзисторів напруга переключення повинна бути не менше 0,75 В, тоді не буде спонтанних переключень.
22. Швидкодіючі ПТ на основі гетеро структур.
Гетероструктура – контакт двох напівпровідників з різною шириною забороненої зони. Між двома різними матеріалами утворюється гетероперехід, в якому спостерігається підвищена концентрація носіїв. На основі таких структур створюються транзистори на 2D електронному газі.
2D електронному газі – це електронний газ, у якому частинки можуть вільно рухатися лише вздовж двох напрямів, а по третьому вони затиснуті в потенціальну яму.
Утворення потенціальної ями:
n1 - широкозонний напівпровідник, легований донорами
n2 – напівпровідник, близький до власного
крутизна стоково-затворної характеристики
Для створення таких транзисторів використовують метод молекулярно-променевої епітаксії. Він полягає в осадженні випаруваної речовини на кристалічну підкладку в умовах високого вакууму.
23. Короткоканальні ефекти в ПТ. Порівняльна характеристика швидкодії основних типів ПТ.
Всі довжини більші за один мікрометр є багатоканальними, а менше одного – коротко канальними. При скорочені довжини каналу виникають коротко канальні ефекти.
Ефекти:
Сучасні розрахунки показують що ефекти проявляються при мір. 0.5 мкм і менше.
P0τ0 >(C(ΔU)2Λ1 )/2
Середній розряд порогової напруги, яка здатна перемикати елементи повинна бути не менше 20 раз від локальної порогової напруги транзистора.
24. Шляхи підвищення продуктивності ЕОМ.
Підвищення продуктивності системи за рахунок прискорення процесів обробки даних
Підвищення ефективності використання ПК шляхом раціонального управління його ресурсами
Збільшення швидкодії (прямий доступ пам'яті).
Збільшення швидкодії окремих компонент структури (центральний процесор, пам'ять, шини передачі) (більше транзисторів в менший розмір)
Вдосконалення елементної бази: покращена будова і матеріали транзисторів
Організація паралельності роботи окремих компонент структури
Максимальна продуктивність досягається тоді, коли всі компоненти структури працюють без зупинок
Збільшення кількості вирішуючих блоків
Паралельність роботи досягається на мікрорівні - кожен транзистор повинен працювати (всі працюють синхронно)
Немає затримок в потоці завдань
25. Модель логічного елемента: термодинамічні обмеження.
Між інформаційною та термодинамічною ентропією є глибокий взаємозв’язок. З другого начала термодинаміки, яке не допускає зменшення загальної ентропії замкненої системи випливає, що зі зменшенням інформаційної ентропії збільшується ентропія термодинамічна, тобто виділяється тепло. Ландауер в 1961 р. виявив, що знищення 1 біта інформації призводить до виділення не менше k∙T∙ln 2 джоулів енергії. Сама пособі ця енергія невелика: при T=300K вона рівна 0.017 еВ на 1 біт, але з розрахунку на весь процесор, виділяється 1 Дж/с, тобто 1 ВТ. Крім того, враховується і опір матеріалу, що теж провокує тепловиділення.
На найбільш низькому рівні у «І-НЕ» елементах інформаційна ентропія зменшується на 1.189 біта і розсіюється ~0.02 эВ тепла. Так само і з записом пам’яті: на інформаційному рівні старі дані просто губляться, а на фізичному рівні виділяється тепло та паразитне випромінювання. Вже понад 30 років існує спосіб обчислень без знищення інформації – консервативна логіка. Цей спосіб дозволяє створювати енергоефективні процесори. Проте в кремнії не вдалось компактно реалізувати цей спосіб, відомий тільки спосіб реалізації на МДН транзисторах. Для квантових і оптичних процесорів цей метод цілком природній.
Обчислювальні моделі, побудовані на консервативному принципі, повинні використовувати базові логічні елементи, що в свою чергу повинні задовольняти ряд умов, в тому числі , вони мають бути оборотні і зберігати ті ж самі адитивні величини (заряди, моменти). Кількість входів в елементах повинна бути рівною кількості виходів. В звичайній схемотехніці вихід одного елемента може підключатись до кількох інших елементів, а в консервативній логіці для цього потрібен спеціальний елемент-розгалужувач. Консервативна логіка базується на 2 елементах : повторювач і вентиль Фредкіна.
Повторювач просто повторює на виході вхідний сигнал з затримкою в 1 такт.
yt= xt-1
Він також може виконувати функцію пам’яті.
Вентиль Фредкіна – це пристрій з 3 входами u, x1, x2 і 3 виходами v, y1, y2, що реалізую функцію «перетину» 2 ліній даних. Вихід співпадає з входом.
При u=1 виходи y1,y2 рівні входам x1,x2; при u=0 y1=x2 и y2=x1 (см. табл.)
26. Модель логічного елемента: квантово-механічні обмеження.
З точки зору квантової мех. вентель – це система 2-х рівнів, які володіють різними часами життя на цих рівнях. З точки зору квант. мех. можливість переходу між цими рівнями створює ефект взаємодії між ними, як такт в електроніці (квантовій). Ця взаємодія призводить до перенормування рівнів, що проявляється їх розширенням. В теор. випадку рівень представляє собою дельта функцію Pi(E) = σ(E - Ei) , то за рахунок взаємодії (існування кінцевого часу життя частинки на рівні) Pi(E) = (h/2*Пі2*tau)*[(E- Ei)2 + (h/2*Пі*tau)2]
Функція Фермі-Дірака.
Ймовірність помилки визначається лінією, яка перекривається областю, що займ. протилежним рівнем. Помилка – суміщення. Сист з 2-х рівнів щоб уникнути чи мінімізувати , що хар. часами життя тау1 і тау2 потрібно: 1) звузити лінії, що відповідають відповідним рівням, тобто зменшити час життя частинки на рівні. 2) збільшити енер. відст. Е0 і Е1 в квантовій системі. Таким чином квантовий логічний вентиль, що скл. з двох рівнів володіє певним рівнем шуму і цей рівень виникає внаслідок розширення реальних рівнів внаслідок взаємодії.
37. ПЗЗ-структури, як елементи памяті.
Пристрій з зарядовим зв’язком являє собою однорядкову або двовимірну матрицю, кожен елемент якої є мініатюрним електричним конденсатором типу метал-оксид-напівпровідник (МОН)
Елемент ПЗЗ – електричний конденсатор типу МОН:
1 – металевий електрод; 2 – діелектрик; 3 – напівпровідник
р-типу; 4 – потенціальна яма, що сформувалася біля площини ро-
зділу між діелектриком та напівпровідником під впливом
прикладеного до електрода імпульсу позитивної напруги.
В основі роботи ПЗЗ лежить явище внутрішнього фотоефекту. При освітленні структури світловим потоком Φ в напівпровіднику генеруються пари носіїв заряду електрон і дірка. Під дією позитивної напруги (+U) дірки витісняються в глиб напівпровідника, а неосновні носії заряду, електрони, накопичуються в потенціальній ямі. Тут вони можуть зберігатися достатньо тривалий час, оскільки дірок в збідненій області немає і електрони не рекомбінують. Електроди виготовлені з полікристалічного кремнію, який є прозорим майже у всьому видимому діапазоні. Якщо два мініатюрних конденсатори розмістити один біля одного так, щоб їх електричні поля впливали один на одного, потенціальні ями двох конденсаторів стануть зв’язаними, а накопичений заряд потече в більш глибшу потенціальну яму. Таке перетікання зарядів складає основу принципу дії пристроїв з зарядовим зв’язком.Таким чином перебування електронів у потенціальній ямі являє собою збереження інформації ,яку можна змінювати змінюючи електричні поля.Даний тип носія інформації не набув широкого використання оскільки процеси добування заряджених електронів були повільні, а це суттєво впливало на швидкодію обчислювальної техніки.ПЗЗ-матриці і лінійки знайшли своє застосування у фото-відеотехніці.
38. Оптичні накопичувачі.
Пристрій для CD-ROM - типовий привід складається з плати електроніки, шпиндельного двигуна ,системи оптичної голівки, що зчитує і системи завантаження диска.
На платі електроніки розміщені всі керуючі схеми приводу, інтерфейс з контролером комп'ютера, роз'єми інтерфейсу і виходу звукового сигналу.
Більшість приводів використовує одну плату електроніки, проте в деяких моделях окремі схеми виносяться на допоміжні невеликі плати.
шпиндельні двигун служить для приведення диска в обертання з постійною або змінною лінійною швидкістю. Збереження постійної лінійної швидкості вимагає зміни кутової швидкості диска в залежності від положення оптичної головки. Під час пошуку фрагментів диск може обертатися з більшою швидкістю, ніж при зчитуванні, тому від шпиндельного двигуна потрібна хороша динамічна характеристика; двигун використовується як для розгону, так і для гальмування диска.
На осі шпиндельного двигуна закріплена підставка, до якої після завантаження притискається диск. Поверхня підставки звичайно покрита гумою або м'яким пластиком для усунення прослизання диска. Притиск диска до підставці здійснюється за допомогою шайби, розташованої з іншого боку диска; підставка і шайба містять постійні магніти, сила, тяжіння яких притискає шайбу через диск до підставки.
Система оптичної головки складається з самої головки і системи її переміщення. В головці розміщені лазерний випромінювач, на основі інфрачервоного лазерного світлодіоди, система фокусування, фотоприймач і попередній підсилювач. Система фокусування являє собою рухому лінзу, що приводиться в рух електромагнітної системою voice coil (звукова котушка), зробленої за аналогією з рухомою системою гучномовця.
Зміна напруженості магнітного поля викликають переміщення лінзи і перефокусування лазерного променя. Завдяки малої інерційності така системаvефективно відслідковує вертикальні биття диска навіть при значнихvшвидкостях обертання.
Система переміщення головки має власний приводний двигунv,приводить в рух каретку з оптичною головкою за допомогою зубчастої або черв'ячною передачі. Для виключення люфту використовують з'єднання з початковим напругою: при черв'ячною доставку - підпружинені кульки, при зубчастої - підпружинені в різні боки пари шестернею.
Система завантаження диска виконується у двох варіантах: з використанням спеціального футляра для диска (caddy), що вставляється в приймальний отвір приводу, і з використанням висувного лотка (tray), на який кладеться сам диск. В обох випадках система містить двигун, який приводить в рух лоток або футляр, а також механізм переміщення рами, на якій закріпленався механічна система разом зі шпиндельні двигуном і приводом оптичної головки, в робочий стан, коли диск лягає на підставку шпиндельного двигуна.
На передній панелі приводу зазвичай розташовані кнопка Eject для завантаження/вивантаження диска, індикатор звертання до приводу і гніздо для підключення навушників з електронним або механічним регулятором гучності.
У ряді моделей додано кнопку Play/Next для запуску програвання звукових дисків та переходу між звуковими доріжками; кнопка Eject при цьому зазвичай використовується для зупинки програвання без викидання диска. На деяких моделях з механічним регулятором гучності, виконаним у вигляді ручки, програвання і перехід здійснюються при натисканні на торець регулятора.
Більшість приводів також має на передній панелі невеликий отвір, призначене для аварійного витягу диска в тих випадках, коли звичайним способом це зробити неможливо - наприклад, при виході з ладу приводу лотка або всього CD-ROM, при пропажі харчування і т.п. В отвір потрібно вставити шпильку або распрямления скріпку і акуратно натиснути – при цьому знімається блокування лотка або дискового футляра, і його можна висунути вручну.
39. Зовнішня пам'ять. Параметри.
Зовнішня пам'ять – пристрій, що дозволяє автономно зберігати інформацію до наступного її використання незалежно від стану комп’ютера. Використовують різні фізичні принципи зберігання інформації (магнітний, магнітооптичний, оптичний, акустичний, голографічний).
По методу доступу такі пристрої поділяються на:
Характерною особливістю пристроїв зовнішньої пам'яті є те, що вони оперують блоками інформації, а не словами чи байтами в оперативній пам’яті , при чому ці блоки мають фіксований розмір. Прямий доступ передбачає можливість звертання до блоків за їх адресами в довільному порядку. В пам’ятіз послідовним доступом, кожен блок інформації можу мати свою адресу. Для звертання до нього пристрій повинен спочатку знайти деякий маркер після чого послідовно холостим читанням блоку за блоком дійти до необхідного місця і тільки тоді проводити самі операції обміну даними.
Основним параметрами є:
Для пристроїв з рухомими носіями основна втрата часу відбувається через позиціонування часових та очікування підходу до них необхідної ділянки, при чому дискові пристрої мають час доступу від одиниці до сотень мілісекунд. Для електронних пристроїв зовнішньої пам'яті час доступу визначається швидкодією мікросхем пам’яті і складає долі мілісекунди.
Питома ціна зберігання інформації
40. Основні конструктивні елементи СD-ROM. Параметри.
CD-ROM (англ. compact disc read-only memory) — різновид компакт-дисків з даними, доступними тільки для читання. Спочатку такий тип дисків використовувався лише для зберігання музики, але згодом він був доопрацьований для зберігання і інших цифрових даних. Диски CD-ROM — популярний засіб для розповсюдження програмного забезпечення, комп'ютерних ігор,мультимедійних програм та даних. Деякі CD містять одразу як комп'ютерні дані (програмне забезпечення), доступне для використання лише на комп'ютері, так і відео- і аудіодані, тексти та зображення, які можна відтворювати в CD-програвачі. Такі диски називаються удосконаленими
Конструкція накопичувача:
1. Корпус. Призначення його, я думаю зрозуміло всім.
2. Контейнер. Механізм завантаження дисків в накопичувач.
3. Привід диска. Обертає диск з певною швидкістю (про це трохи нижче).
4. Серводвигун. Пересуває каретку з відбиваючим дзеркалом до заданої доріжці на диску.
5. Напівпровідниковий лазер. Генерує інфрачервоний промінь, який потрапляє на відбиває дзеркало.
6. Лінза. Фокусує і направляє відбитий промінь на фотодатчик.
7. Фотодатчик. Перетворює отримані світлові сигнали в електричні імпульси.
8. Мікропроцесор. Отримані імпульси від фотодатчика декодує і передає їх комп'ютера для подальшої обробки.
Це і є основні елементи накопичувача.
Будова приводу CD-ROM
Звичайний привод складається з плати електроніки, шпиндельного двигуна, системи оптичної зчитувальної головки й системи завантаження диска.
На платі електроніки розміщені всі керуючі схеми приводу, інтерфейс із контралером комп'ютера, роз'єми інтерфейсу й виходу звукового сигналу. Більшість приводів використовує одну плату електроніки, однак у деяких моделях окремі схеми виносяться на допоміжні невеликі плати.
Шпиндельний двигун служить для обертання диска з постійною або змінною лінійною швидкістю. Зазвичай диск обертається з постійною лінійною швидкістю, що означає, що швидкість проходження диска під головкою повинна бути постійною. Для цього шпиндель змінює частоту обертання в залежності від радіуса доріжки, з якої у цей момент зчитує інформацію оптична головка. При переміщенні головки від зовнішнього радіуса диска до внутрішнього диск повинен швидко збільшити швидкість обертання приблизно вдвічі, тому шпиндельний двигун повинен характеризуватися високою динамічною характеристикою. Двигун використовується як для розгону, так і для гальмування диска.
На осі шпиндельного двигуна закріплена підставка, до якої після завантаження притискається диск. Поверхня підставки зазвичай вкрита гумою або м'яким пластиком для усунення ковзання диска. Притискання диска до підставки здійснюється за допомогою шайби, розташованої з іншого боку диска; підставка і шайба містять постійні магніти, сила притягання яких притискає шайбу через диск до підставки. У деяких конструкціях для цього використовуються спіральні або плоскі пружини.
Система оптичної головки складається із самої головки й системи її переміщення. У головці розміщені лазерний випромінювач на основі інфрачервоного лазерного світлодіода, система фокусування, фотоприймач і попередній підсилювач. Система фокусування являє собою рухливу лінзу, що приводиться в рух електромагнітною системою voice coil (звукова котушка), зробленою за аналогією з рухливою системою гучномовця. Зміна напруженості магнітного поля викликає переміщення лінзи й перефокусування лазерного променя. Завдяки малій інерційності така система ефективно відслідковує вертикальні биття диска навіть при значних швидкостях обертання.
Система переміщення головки має власний двигун, що рухає каретку з оптичною головкою за допомогою зубчастої або черв'ячної передачі. Для уникнення люфту використовується з'єднання з початковою напругою: при черв'ячній передачі — підпружинені кульки, при зубчастій — підпружинені в різні боки пари шестерень.
Система завантаження диска як правило виконується у двох варіантах: із використанням спеціального футляра для диска (caddy), що вставляється в прийомний отвір привода, і з використанням висувного лотка (tray), на який кладеться сам диск. В обох випадках система має двигун, що рухає лоток або футляр, а також механізм переміщення рами, на якій закріплена вся механічна система разом зі шпиндельним двигуном і приводом оптичної головки, у робоче положення, коли диск лягає на підставку шпиндельного двигуна.
При використанні звичайного лотка привод неможливо встановити в інше положення, крім горизонтального. У приводах, що допускають монтаж у вертикальному положенні (наприклад у ноутбуках), конструкція лотка передбачає фіксатори, які утримують диск при висунутому лотку.
Зараз усе більше поширення одержують приводи з щілинним завантаженням. Такі системи містять двигун для втягування й викидання дисків через вузьку зарядну щілину в передній панелі.
На передній панелі приводу зазвичай розташовані кнопка Eject для завантаження/розвантаження диска, індикатор звертання до приводу й гніздо для підключення навушників з електронним або механічним регулятором гучності, у ряді моделей додана кнопка Play/Next для запуску програвання звукових дисків і переходу між звуковими доріжками; кнопка Eject при цьому зазвичай використовується для зупинки програвання без викидання диска. На деяких моделях з механічним регулятором гучності, виконаним у вигляді ручки, програвання й перехід здійснюються при натисканні на торець регулятора.
Більшість приводів також має на передній панелі невеликий отвір, призначений для аварійного витягання диска в тих випадках, коли звичайним способом це зробити неможливо — наприклад, при виході з ладу приводу лотка або всього CD-ROM, при вимкнутому живленні й т. ін. В отвір потрібно вставити шпильку або розпрямлену скріпку й акуратно натиснути — при цьому знімається блокування лотка або дискового футляра, і його можна висунути вручну.
За стандартну швидкість обертання для CD-ROM прийнята швидкість обертання аудіодисків у звичайних плеерах. При такій швидкості обертання диска потік даних із CD-ROM диска (для формату ISO9660 із сектором 2048 байт) складає 150 КБ/с Приводи, шо забезпечують більший потік, відповідно називаються Х-швидкісними. Наприклад, привод, що забезпечує читання CD-ROM з потоком даних у 600 КБ/с, називається 4-швидкісним (тому що 600 КБ / 150 КБ = 4). Чи досягається це за рахунок збільшення швидкості обертання диска, чи якимсь іншим шляхом (наприклад використанням двопроменевої оптоголовки) — як для маркування, так і для користувача абсолютно не має значення.
Через те що фізичні параметри диска (нерівномірність товщини, геометричний ексцентриситет і т. д.) були стандартизовані, виходячи з припустимих вібрацій на стандартній (їх) швидкості обертання, зі збільшенням швидкостей виникають значні вібрації диска, які погіршують надійність зчитування. Деякі приводи при багаторазових помилках читання можуть автоматично знижувати швидкість обертання диска, однак чимало з них після цього не можуть повернутися до своєї максимальної швидкості аж до зміни диска. На швидкостях обертання понад 4000—5000 об/хв через вібрації надійне зчитування без кардинальної зміни конструкції шпинделя й оптоголовки стає практично неможливим, тому багато моделей швидкісних CD-ROM або обмежують верхню межу швидкості обертання, або зменшують швидкість обертання при виникненні вібрацій. При цьому на зовнішніх доріжках швидкість передачі зазвичай досягає номінальної, а з наближенням до внутрішніх — значно падає.
Сьогодні швидкості приводів сягають 52х—54х. Однак якість читання дисків У таких приводах значно гірша, ніж, наприклад, у 40х-моделях. Крім того, відцентрові сили, які виникають при розгоні до таких швидкостей, можуть викликати ушкодження або навіть розрив диска в приводі. Тому подальше нарощування швидкостей практично усі виробники приводів компакт-дисків визнали недоцільним і переключилися або на підвищення якості читання, або на здешевлення вартості приводу, або взагалі на інші технології, наприклад записуваних і псрезаписуваних дисків
41. Особливості DVD-запису.
Вся інформація на DVD зберігається у файловій системі MICROUDF (Micro Universal Disk Format). MICROUDB підтримує носії великої ємності і файли великих розмірів. Імена файлів записуються у форматі unicode, що забезпечує сумісність DVD зі всіма операційними системами для ПК, а також з різноманітною побутовою технікою.
Істотною відмінністю DVD від CD, є можливість двошарового запису дисків. На одному односторонньому диску (бувають і двосторонні, з інформаційною поверхнею на кожній стороні) можна зберігати в два рази більше інформації. Обидва шари мають відбиваючу поверхню, тільки один з них володіє високою прозорістю (до 40%). При записі/читанні промінь просто міняє фокусування, що дозволяє не потрапляти на обидва шари одночасно.
Вищій ємності DVD-диски зобов’язані не тільки можливістю двошарового запису дисків, але і більшою щільністю запису інформації, що була досягнута за рахунок зменшення відстані між інформаційними доріжками на спіралі. Ця відстань у CD-дисків складає 1,6 мкм. У дисків DVD – 0,74 мкм. Об’єм DVD-дисків, залежно від їх конкретного типу, може бути від 4,7 до 17 ГБ. Нижче приведений список всіх типів DVD-дисків:
DVD-5 – односторонній одношаровий диск ємкістю 4,7 Гб;
DVD-9 – односторонній двошаровий диск ємкістю 8,5 Гб;
DVD-10 – двосторонній одношаровий диск ємкістю 9,4 Гб;
DVD-14 – двосторонній диск: на одній стороні – один шар, на іншій – два; ємкість – 13,24 Гб;
DVD-18 - двосторонній двошаровий диск ємкістю 17 Гб.
Найпоширеніші диски – DVD-5 і DVD-10. Останні мають меншу популярність через більшу вартість і меншу поширеність відповідних виробничих ліній.
Основою запису і зберігання даних на дисках DVD є технологія зміни фазового стану речовини. При записі і зчитуванні інформації, використовується відмінність відбивної здатності поверхні в залежності від того, чи знаходиться вона в кристалічному або аморфному стані.
При зчитуванні інформації з диска, вимірюється різниця між темними аморфними і яскравими прозорими зонами. Цю технологію цілком можна назвати оптичною - для читання і запису достатньо мати лише лазер. Пошарова структура однієї половини диска показана на малюнку.
Промінь лазера викликає кристалографічні зміни в активному шарі оптичного диска (а саме, в результаті опромінення речовина змінює свій стан з кристалічного на аморфне і навпаки). Запис аморфних областей показана на наступному графіку. Короткий лазерний імпульс високої потужності розплавляє записуючий матеріал (температура нагріву перевищує температуру плавлення матеріалу, T> T плавл). Потім йде охолодження нижче температури кристалізації (T крист). Результат охолодження - запобігання утворення центрів кристалізації. Таким чином, зростання кристалічної фази не відбувається, і речовина залишається в аморфному стані.
Якщо необхідна дуже висока швидкість запису, наприклад для DVD-RW, то необхідно, щоб відбувалась швидка кристалізація. Тому час tкрист має бути нижче 100 нс, а це значно обмежує вибір використовуваного матеріалу. Оптимально використання набули сплави Ge, Sb і Te - вони не тільки задовольняють умовам часу кристалізації, але і володіють великим оптичним контрастом між аморфною і кристалічною фазою. Крім того, вони мають прийнятні температури кристалізації і плавлення (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C).
Істотною частиною кожного методу, заснованого на зміні тривалості імпульсу, є використання багато-імпульсної стратегії запису. Кожна записувана мітка формується за допомогою потужних лазерних імпульсів (P запису = 12 мВт, тривалість імпульсу 15 нс). Між імпульсами, інтенсивність лазерного випромінювання зменшується. Таким чином, після кожного імпульсу, розплавлений матеріал охолоджується до температури, нижчої температури кристалізації, формуючи область з аморфної фазою. Стирання (тобто кристалізація) досягається за допомогою тривалого імпульсу лазера (Pстирання < Pзапису). Читання інформації здійснюється вже при набагато меншій потужності лазера (P читання = 0,5-0,6 мВт).
42. Перспективні технології магнітного запису.
Звичайна технологія АТОМ-технологія NANO-технологія
Ідея АТОМ технології заклечається в зменшені товщини магнітного шару в носії, оскільки товстий шар при високих густинах запису затрудняє виділення корисного сигналу. Крім того при зменшенні товщини магнітного шару суттєво покращується швидкодія. Товщина немагнітного шару становить 0.2мкм, в порівнянні з іншими технологіями де 2.5 мкм. Ще краще в використанні технології NAN CUBIC.
Технологію NANO можна розглядати як технологію ATOM. На перший погляд вона відрізняється лише більшою товщиною немагнітного шару і меншою товщино магнітного шару. Нова технологія використовує декілька ненових елементів, зокрема:
Припускає використання прецизійного процесу нанесення магнітного шару,що дозволяє контролювати його товщину манометричною товщиною. Крім того використовується спеціально підготовлене органічне зв’язуюче, що забезпечує отримання максимально однорідної структури. Накінець магнітний шар в NANO СUBIC містить дві різновидності частин – голкоподібні і лускаті.
Критерії жорстких магнітних дисків.
1)Ємність (capacity) — кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємність сучасних пристроїв досягає 1000 Гб. На відміну від прийнятої в інформатиці (випадково) системі приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використаються кратні 1000 величини.
2)Надійність(reliability) (час безперервної роботи (MeanTimeBetweenFailures)
3)Швидкодія:
а) середньостатистичний час пошуку
б) швидкість передачі даних
в) середній час доступу ( сума середніх часів пошуку і запізнювання)
г) швидкість передачі даних (залежить від: конструкції, параметрів контролера)
4) система протиударної підвіски
5) вартість(питома вартість) */мб
6) Кількість операцій введення-виведення за секунду — у сучасних дисків це близько 50 оп./сек при довільному доступі до накопичувача й близько 100 оп./сек при послідовному доступі.
7)Інтерфейс
Інтерфейсом накопичувачів називається набір електроніки, що забезпечує обмін інформацією між контроллером пристрою(кеш-буфером) і комп'ютером. Нині в ПК IBM - PC, частіше за інших, використовуються два різновиди інтерфейсів ATAPI - AT AttachmentPacketInterface(IntegratedDriveElectronics - IDE, EnhancedIntegratedDriveElectronics - EIDE) і SCSI(SmallComputersSystemInterface).
8)Кеш
Використання кеша збільшує швидкодію будь-якого жорсткого диска, зменшуючи кількість фізичних звернень до диска, а також дозволяє працювати вінчестеру навіть тоді, коли хост-шина зайнята. Більшість сучасних накопичувачів мають об'єм кеша від 8 до 16 мегабайт. Проте, найбільш просунуті диски мають кеш, що досягає об'єму в 64 мегабайт.
9)Швидкість обертання диску
Швидкість обертання диску (англ. spindlespeed) — кількість оборотів шпинделя у хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу й швидкість передачі даних. Випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 (ноутбуки), 7200 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об./хв. (сервери і високопродуктивні робочі станції).
10)Фізичний розмір
Фізичний розмір (форм-фактор) — майже всі сучасні накопичувачі для персональних комп'ютерів і серверів мають розмір або 3,5, або 2,5 дюйма. Останні частіше застосовуються в ноутбуках.
11)Виробник
43. Характеристики накопичувачів на ЖМД.
Таке як і 10…
44. Часові параметри вінчестерів.
Середній час позиціонування
Це час зазвичай вимірюється в мілісекундах (мс); він необхідний для переміщення головки від одного циліндра до іншого на довільну відстань. Один із способів, що дозволяють визначити цю величину, полягає в багаторазовому виконанні операцій пошуку випадкової доріжки і наступному розподілі витраченого часу на кількість виконаних операцій. Цей метод дозволяє обчислити середній час, необхідний для виконання однієї операції пошуку доріжки.
Стандартний метод, використовуваний різними виробниками для визначення середнього часу позиціонування, полягає у вимірюванні часу, що витрачається головками для переміщення на відстань, рівну одній третині радіусу всіх циліндрів. Середній час позиціонування залежить безпосередньо від конструкції жорсткого диска; тип інтерфейсу або контролера практично ніяк не впливає на цей параметр. Величина середнього часу позиціонування говорить, в першу чергу, про можливості механізму приводу головки.
Час очікування
Часом очікування називається середній час (в мілісекундах), необхідний для переміщення головки до зазначеного сектору після досягнення певної доріжки. У середньому ця величина дорівнює половині часу, який потрібний для одного обороту жорсткого диска.
При збільшенні частоти обертання диска вдвічі час очікування зменшиться наполовину. Час очікування є одним з чинників, що визначають швидкість читання і запису накопичувача. Зменшення часу очікування (чого можна досягти лише при підвищенні частоти обертання) скорочує час доступу до даних або файлів.
В даний час швидкість обертання багатьох накопичувачів досягає 7200 об / хв, чому відповідає час очікування, рівний всього лише 4,17 мс. При збільшенні частоти обертання до 10000 або навіть 15000 об / хв час очікування зменшується до немислимих величин, рівних відповідно 3 і 2 мс. Збільшення частоти обертання накопичувача призводить не тільки до підвищення його ефективності, що виражається в зменшенні часу доступу до даних, але і до збільшення швидкості передачі даних, зчитаних головкою із зазначених секторів.
Середній час доступу
Середнім часом доступу до даних називається сума середнього часу позиціонування і часу очікування. Середній час доступу зазвичай виражається в мілісекундах.
Цей показник характеризує час, необхідний накопичувачу для звернення до довільно розташованого сектору.
45. Принтери. Розділення та методи їх покращення.
Принтер- пристрій, необхідн. для перевед. тексту або зображ. на фізик. носій. Колись принтери використав. як основн. пристрій вивед. Інф. — монітори були ще недосконалі й мало пошир. Зараз пр.. можна побачити майже в кож. домі та офісі. Пр. класифік. за наступ. ознаками : принципом роботи, макс. форматом аркуша паперу, функцією кольор. друку, наяв. або відсут. апаратної підтримки мови PostScript (мова програмув. та мова розмітки сторінок), тощо. За принципом друку розрізн. матричні, струменеві й лазерні пр. Лазерна і світлодіодна технології (в останньому випадку замість лазера і дзерк., що його відхил. використов. лінійка світлод.) у багатьох випадках, з точки зору кінцев. користувача, нічим не відрізняються. Параметр, що визнач. якість друку лазер. пр., — розділ. здатність. Найбільш пошир. моделі формату A3 і Legal (аркуш паперу трохи більший, ніж А4). Більшість моделей пр. формату A3 використов. матрич. або струменев. принцип друку. За гамою відтворюв. кольорів пр. поділ. на чорно-білі, чорно-білі з опцією кольорового друку (є серед матрич. і струменев.) і кольорові. Монохромні пр. мають кілька градацій, зазвичай 2-5, наприклад: чорний — білий, одно колір. (або червоний, або синій, або зелений) — білий, багатобарвний (чорн., червон., синій, зелений) — білий. З розвитком комп. техн. монохром. пр. поступаються місцем кольоров., які друкують «весь спектр кольорів», видимий людським оком. Пр. з опцією кольор. друку, зазвичай погано відтвор. сторінки, на яких кольорова графіка межує з чорним тлом. Останнє отримують шляхом змішув. чорнила кількох основн. кольорів У результаті чорн.колір виявляється недостат. насич., а варт. друку такої сторінки — досить високою. Для якісн. друку зображ. у векторних форматах важлива наявність вмонтов. інтерпретатора мови PostScript. Такі моделі приблизно на 25% дорожчі від звич. Однак на практиці для реалізації PostScript доводиться створ. додаткову пам'ять, що значно підвищує ціну. PostScript необхідна для додруковоі підготовки книг, газет, тощо. За швидк. друку можна виділити 4 групи: матричні пр. без автоподачі, пр. індивід. застосування (швидкість друку до 8 стор./хв.); пр., що обслугов. роб. групи (до. 20 стор./хв.). мережні пр. (більше 20 стор./хв.). Набули пошир. багатофунк. пристрої, в яких об'єднані пр., сканер, копіюв. апарат і факс. Таке об'єднання раціональне технічно і зручне в роботі. Техніч. вимоги. Звич. цифровий фотоапарат з матр. 5,25 МП дає фото з розділ. здатн. 2560х1920. Якщо друк. фото розміром 10х15 см, то принтер повинен мати роздільну здатн. не менше 2560:(10см:2,54 см)=650 dpi (точок на дюйм, 1дюйм=2,54 см). Також потрібно макс. чітко відтворити кольоров. спектр (16777216 кольорів) а також всі відтінки сірого (256 відтінків). До цих характеристик «близькі» результ. друку на аналоговий кольор. фотопапір, друк сублімації «схожий» на якісний, струменевий і лазерний друк знаходяться на початку шляху до цих можливостей. Найбільш пошир. зараз струменев. друк., потім лазер., термосублімац., матрич. За кольороутвор. до повнокольор. віднос. тільки термосублімац. технологія. Струменева, лазерна і матрич. технології — растрові. Зараз найпопуляр.,найякісн.і найдешев. спосіб друку повнокольоров. фото— це друк на аналогов. фотопапір на цифрових друк. автоматич. машинах. Нові модифік. та поєдн. лазер., струменев. і термосублім. технол. дають добрі результ. і віднос. до комбінов. Наразі одна з Австрал. комп. розробила принтер з викор. нанотехнологій (розмір каплі близько 1 піколітра, а к-сть сопел А4-принтера складає 70400). Коштуватиме менше 150 баксів.
46. Технологія лазерного друку.
Формування зображення Лазерні принтери формують зображення шляхом створення положення точок на папері. Спочатку сторінка формується в пам'яті принтера і лише, потім передається в механізм друку. Таке формування зображення проводиться під управлінням контролера принтера. Кожен образ формується шляхом відповідного розташування точок в осередках сітки або матриці, як на шаховій дошці (рис. 2.1). Такий тип формування зображення називається растровим.
Принцип дії Лазерні принтери, що одержали найбільше поширення, використовують технологію фотокопіювання, звану ще Електрофотографічний, яка полягає в точному позиціонуванні точки на сторінці за допомогою зміни електричного заряду на спеціальній плівці з фотопровідного напівпровідника. Подібна технологія друку застосовується в ксероксах.
Найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є обертовий фотобарабан, за допомогою якого виробляється перенос зображення на папір. Фотобарабан являє собою металевий циліндр, покритий тонкою плівкою з фотопровідного напівпровідника. По поверхні барабана рівномірно розподіляється електричний заряд. За допомогою тонкої дроту або сітки, званої коронирующим проводом. На цей провід подається висока напруга, що викликає виникнення навколо нього світної іонізованої області, званої короною.
Лазер, керований мікроконтролером, генерує тонкий світловий промінь, що відбивається від обертового дзеркала. Цей промінь, потрапляючи на фотобарабан, засвічує на ньому точки, і в результаті в цих точках змінюється електричний заряд.
Функціональна схема лазерного принтера
Відхиляюче дзеркало Таким чином, на фотобарабані виникає копія зображення у вигляді потенційного рельєфу.
На наступному робочому кроці за допомогою іншого барабана, званого девелопером (developer), на фотобарабан наноситься тонер - найдрібніша барвна пил. Під дією статичного заряду дрібні частинки тонера гко притягуються до поверхні барабана в точках, які зазнали експозиції, і формують на ньому зображення.
Створення копії зображення на фотобарабані
Аркуш паперу з лотка, що подає за допомогою системи валиків переміщається до барабана. Потім листу повідомляється статичний заряд, протилежний за знаком заряду засвічених точок на барабані. При зіткненні папери з барабаном частинки тонера з барабана переносяться (притягуються) на папір.
Для фіксації тонера на папері листу знову повідомляється заряд і він пропускається між двома роликами, нагріваючими його до температури близько 180 ° -200 ° С. Після власне процесу друку барабан повністю розряджається, очищується від прилиплих частинок тонера і готовий для нового циклу друку. Описана послідовність дій відбувається дуже швидко і забезпечує високу якість друку.
47.Технологія друку лазерного та струменевого принтерів.
Струменеві принтери
Технологія передбачає розпилення рідкого чорнила безпосередньо на папір у вибрані місця. Існує 2 типи таких принтерів термічні і п’єзоелектричні . Ці назви відображають технологію розбризкування чорнила в картридж через відповідні сопла. Картридж-резервуар з рідким чорнилом і невеликими отворами. Через нього воно виштовхується на папір. Кількість отворів визначає його розділення. Як правило їх від 21 до 128. Кольорових 4 резервуари з різними чорнилами. Чорнило нагрівається до 400 С і утворює пару внаслідок зростання тиску. Через відповідні сопла чорнило розпилюється на папір.
П’єзоелектричний друк
Використовується зміна розмірів п’єзоелектричних кристалів у відповідних отворах резервуара. Таким чином якщо реалізувати зменшення розмірів , то через отвори буде виштовхуватися чорнило. Завдання , яке стоїть перед розробниками :
Обмеження струменевих принтерів
1)Менше розділення 2)Швидкість менша
3)Особливість розмазування чорнила 4)Ціна друкованої сторінки нижча