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Speichertechnologien > Magnetic Storage > Flashcards

Magnetic Storage Flashcards

1
Q

Was sind charakteristische zeitliche Kennzahlen von Festplatten?

A

Spurzeit
Latenzzeit
Transferrate
Zugriffszeit

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Q

Wie ist der Aufbau einer Festplatte?

A 
Stapel (1-4 Platten)
Antriebsmotoren
Arme mit Schreib-/Lesekopf
Kopfservo
Controller
Caches
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3
Q

Welche Kenndaten haben Festplatten? (4)

A

Umdrehungszahl:
Drehzahl maßgebend für Latenzzeit & Geräusch

Spur:
Kreisförmige Folge von Informationen (Spurdichte, Spurwechselzeit)

Zylinder:
Menge aller Spuren, die übereinander liegen
Paralleler Zugriff auf alle Spuren eines Zylinders

Sektor:
Bestandteil einer Spur, kann in Länge variieren

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4
Q

Wie ist ein Sektor organisiert? (3)

A

Konstante Sektorzahl:

  • variable Dichte (innen>außen)
  • ineffiziente Nutzung der Oberfläche

variable Sektorzahl
-effizienter, komplex, Standard

mehrere Bereiche mit konstanter Sektorzahl z.B. 10:

  • Zahlen sind herstellerabhängig
  • Sektoren/Spur: 30-200
  • Kapazität/Spur: 29.696 - 49.152
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5
Q

In welcher Ruhe-Position befindet sich der Kopf?

A

Außerhalb des Plattenstapels

  • notwendig bei Wechselmedien
  • einfachere Herstellung der Scheiben
  • bessere Resistenz gegen Erschütterungen
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6
Q

Wie findet die Positionierung des Kopfs statt?

A

Schrittmotor: Schritte zu weit (veraltet)

Positionierung durch magn. Informationen:

  • Positionierungsinformationen zw. Blöcken
  • Spur-Servoinformationen in jedem Block (ID)
  • Kontinuierliches Lesen und Nachregeln der Kopflage
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7
Q

Wie ist ein Kopf aufgebaut?

A 
Spule
Lager
Arm
Kopfträger
Mikroaktuator
Kopf
Gleitstück
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8
Q

Wie wird die Armbewegung gedämpft?

A

durch integrierte Sensoren

Regelkreis mit Dämpfung

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9
Q

Wodurch entstehen systematische Spurfehler

A
  • Durch Drehpunkt des Kopfträgers entsteht tangentialer Spurfehlerwinkel
  • nur ein Punkt, wo Winkel = 0°
  • Reduktion durch abwinkeln des Kopfes
  • besser: Regelung des Kopfes durch Aktuator
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10
Q

Warum sind Leseköpfe schmaler als Schreibköpfe?

A

keine Informationen benachbarter Spur gelesen

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11
Q

Wie ist ein Sektorformat aufgebaut?

A

Daten
Lücke (W/R recovery)
ID (zone,cylinder,…,logische block number, flags, error correction code)

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11
Q

Warum gibt es Sektorformate ohne ID-Feld?

A

-ID-Feld wird gespart
-keine Störung des ID-Felds, da Informationen in EEPROM steht
-Wegoptimierung leichter
Umsetzung in zwei Stufen

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12
Q

Welches Material wird für Platten verwendet? Und warum?

A

Glas

  • höhere Steifigkeit
  • höhere Gleichmäßigkeit (Zuverlässigkeit)
  • weniger Oberflächendefekte
  • bessere Resistenz gegen raue Behandlung
  • geringere Flughöhe möglich
  • 10000RPM möglich

veraltet: Aluminium/Magnesium

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13
Q

Wie unterscheiden sich magnetische Materialien?

A

Kristallgröße

Kristallform

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14
Q

Wie verhält sich ferromagnetisches Material?

A
  • eigenes Magnetfeld oder durch externes Feld magnetisiert
  • behalten Rest Magnetisierung (Remanence)
  • Beispiel für parallele Orientierung
  • Eisen, Nickel, Cobalt
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15
Q

Wie verhält sich ferrimagnetisches Material?

A
  • Schwächere Form von Ferromagnetismus, da -antiparallele Organisation
  • Beispiel für anitparallele Orientierung
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16
Q

Was ist die Curie Temperatur Tc?

A

Ferromagnetische und ferrimagnetische Materialien werden paramagnetisch

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17
Q

Was sind anti-ferromagnetische Materialien?

A
  • Interne Kompensation aller magnetischen Momente/Kräfte
  • hängen von der Temperatur ab
  • Neel Temperatur Tn definiert maximale Permeabilität
  • T>Tn: Material wird paramagnetisch
  • T
18
Q

Wie können anti-ferromagnetische Materialien genutzt werden?

A
  • für Datenspeicherung genutzt
  • Energie zuführen um Neél Temperatur zu erreichen
  • Bit magnetisieren
  • Abkühlen
19
Q

Wie funktioniert magnetisches Schreiben?

A
  • hängt von geometrischen Eigenschaften des Mediums und des Kopfes ab
  • Vormagnetiesiurngsfeld schiebt den Arbeitspunkt zum Punkt der Magnetisierungskurve, wo sie annähernd linear ist
20
Q

Wie funktioniert der Lesevorgang?

A

1) Konventioneller Kopf mit Spule
- Hohe Windungszahl (hohe Spannung)
- Spannung abhängig von Änderung des Magnetfelds

2) Magneto-resitive reading
- Material ändert Widerstand anhängig vom Magnetfeld

21
Q

Was ist der Magneto-resistive effect?

A

Material verändert seinen Widerstand abhängig vom Magnetfeld

-in einem Dünnen Film keine wenige Domänen, es entsteht eine zusammenhängende Domäne
-Ausrichtung des Feldes parallel zur Filmebene
-Strom durch den Kopf beeinflusst Sensitivität des Sektors
höhere Sensitivität als mit konventionellen Kopf

22
Q

Welche Parameter sind im Bezug auf Köpfe und Plattenoberflächen wichtig?

A 
Oberflächenqualität und Aerodynamik des Kopfs
-Freiheitsgrade:
Vertikal zur Plattenoberfläche
Drehbewegung um die Achse des Arms
Nickbewegung quer zum Arm
23
Q

Wie wird die Flughöhe des Kopfes verringert?

A 
Helium wird in Drive gefüllt.
Kleinere Atome
Today < 10nm
N:70pm
O:66pm
He:28pm
24
Q

Was ist die Superparamagnetische Grenze?

A
  • kleinste Einheit sind Körner oder Bezirke mit einheitlicher Magnetisierung (5-15nm)
  • gewisse Anzahl an Bezirken mit einer Richtung stellt ein BIT dar
25
Q

Wovon hängt die Superparamagnetische Grenze ab?

A

Oberflächendichte abhängig von:
Temperatur
Anisotropische Energie Ku

26
Q

Was ist mit vertikaler Aufzeichnung gemeint?

A
  • Verkleinerung der magnetischen Bits auf der Festplatte durch vertikale Magnetisierung.
  • Erzeugung der vertikalen Richtung durch Spiegelung des Kopfes an weichmagnetischer Unterschicht
  • Asymmetrischer Kopf
  • kleines Joch: hohe Feldstäre (Schreiben)
  • großes Joch: Rückführung, schwaches Feld

Optimierungen der Schichten durch:
Magnetisierung
Domänengröße
Homogenität

27
Q

Wie ist die Grundidee zum vertikalen Schreiben?

A
  • An Schicht mit magnetisch weichem Material (Soft Underlayer, SUL) spiegelt sich der Kopf
  • Das Feld ergibt sich aus Summe der Felder des realen Kopfs
28
Q

Was sind Ziele bei der Entwicklung von Medien?

A

Geringe Korngröße
Gleichmäßige Kornverteilung
Gleichmäßige Oberfläche
Möglichst große Entkopplung der einzelnen Körner

29
Q

Was sind Unterschiede zwischen Längsaufzeichnung und Vertikalaufzeichnung?

A

Längsaufzeichnung:

  • Körner zufällig verteilt
  • Hohe Anforderung an Schreibfeld, um alle Körner zu magnetisieren

Vertikalaufzeichnung

  • große Schichtdicke
  • Körner werden ausgerichtet
  • geringe Anforderung an Schreibfeld
30
Q

Wie ist ein Medium aufgebaut?

A 
Schutzschicht
Hartmagnetische Schicht für Daten
Trennschicht
Weichmagnetische Schicht zur Spiegelung
Haftverbesserung
Träger aus Glas
31
Q

Wofür ist die weichmagnetische Schicht SUL (Soft Underlayer)?

A

Sorgt für die Spiegelung

32
Q

Welche Anforderung hat die Weichmagnetische Schicht?

A

nicht in Sättigung gehen
>Magnetisierung des Kopfes
möglichst dicke Schicht
Zu dick wird wellig

33
Q

Was ist die Idee für Shingled Magnetic Recording?

Gedecktes Schreiben

A
  • Spuren nicht nebeneinander schreiben, sondern teils überlappend
  • Überlappung breit genug, um ihn zu lesen
  • Daten 2-dimensional codiert

Ziel: 1 Bit / mag. Korn

34
Q

Wie wird gedecktes Schreiben implementiert?

A

Schreibkopf hat eine Ecke die etwas gekippt ist (Corner Head)
Spuren werden in einer Richtung überlappend geschrieben

35
Q

Welche Schritte sind nötig für zweidimensionale Aufzeichnung?

A

3 Schritte
>10 user bits
>40 channel bits
>20 grains

36
Q

Was sind Vorteile von gedecktem Schreiben?

A
  • Höhere Feldstärke durch neue Kopfform

- kein unbeabsichtigtes Löschen der Nachbarspur (da nur Spitze schreibt

37
Q

Was sind Nachteile von gedecktem Schreiben?

A
  • Spuren nicht einzeln schreibbar
  • daher notwendig, alle inneren Spuren neu zu schreiben

Lösung:

  • Lücke nach einer bestimmten Anzahl von Spuren
  • Unterscheidung:
  • -große Datenmenge (gedeckt)
  • -Verzeichnisse, volle Spur
38
Q

Wofür wird Helium in Festplatten verwendet?

A

kleine Molekühle
Dünnere Platten (Faktor 7) -> mehr Platten
weniger Reibung, weniger Energie

Schwierig, da Helium aus Platte entweicht

39
Q

Was ist Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?

A
  • Verwendung von Material, dass Magnetisierung nicht bei Raumtemperatur wechselt
  • Lokale Erhitzung beim Schreiben durch einen Laser
  • kleinere Einheiten können beschrieben werden
40
Q

Was sind Anforderungen an Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?

A
  • sehr kleiner Brennfleck
  • hoher Temperaturgradient (Erhitzung nur kleiner Bereiche)
  • Schmiermittel auf Oberfläche darf nicht verdampfen oder nachgeliefert werden
41
Q

Was sind Vorteile von Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?

A

Höhere Speicherdichte
Höhere Kapazität in 3,5” und 2,5”
Kompatibel mit existierenden Technologien

42
Q

Was sind Nachteile von Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?

A

Komplexe Köpfe
Zusätzliche Energie für Laser
Schmiermittel verdampft
Höhere Wahrscheinlichkeit von Head Crashes

43
Q

Wie sieht die Entwicklung von Festplatten Technologien aus?

A

Vergangenheit:

  • Horizontale Aufzeichnung
  • vertikale Aufzeichnung

Heute:

  • Shingled Writing (gedecktes Schreiben)
  • Zwei-Dimensionales Schreiben

Zukunft:

  • Heat Assisted Magnetic Recording
  • Microwave Assisted Magnetic Recording
  • Patterned Media

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