Magnetic Storage Flashcards
Was sind charakteristische zeitliche Kennzahlen von Festplatten?
Spurzeit
Latenzzeit
Transferrate
Zugriffszeit
Wie ist der Aufbau einer Festplatte?
Stapel (1-4 Platten) Antriebsmotoren Arme mit Schreib-/Lesekopf Kopfservo Controller Caches
Welche Kenndaten haben Festplatten? (4)
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
Wie ist ein Sektor organisiert? (3)
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
In welcher Ruhe-Position befindet sich der Kopf?
Außerhalb des Plattenstapels
- notwendig bei Wechselmedien
- einfachere Herstellung der Scheiben
- bessere Resistenz gegen Erschütterungen
Wie findet die Positionierung des Kopfs statt?
Schrittmotor: Schritte zu weit (veraltet)
Positionierung durch magn. Informationen:
- Positionierungsinformationen zw. Blöcken
- Spur-Servoinformationen in jedem Block (ID)
- Kontinuierliches Lesen und Nachregeln der Kopflage
Wie ist ein Kopf aufgebaut?
Spule Lager Arm Kopfträger Mikroaktuator Kopf Gleitstück
Wie wird die Armbewegung gedämpft?
durch integrierte Sensoren
Regelkreis mit Dämpfung
Wodurch entstehen systematische Spurfehler
- Durch Drehpunkt des Kopfträgers entsteht tangentialer Spurfehlerwinkel
- nur ein Punkt, wo Winkel = 0°
- Reduktion durch abwinkeln des Kopfes
- besser: Regelung des Kopfes durch Aktuator
Warum sind Leseköpfe schmaler als Schreibköpfe?
keine Informationen benachbarter Spur gelesen
Wie ist ein Sektorformat aufgebaut?
Daten
Lücke (W/R recovery)
ID (zone,cylinder,…,logische block number, flags, error correction code)
Warum gibt es Sektorformate ohne ID-Feld?
-ID-Feld wird gespart
-keine Störung des ID-Felds, da Informationen in EEPROM steht
-Wegoptimierung leichter
Umsetzung in zwei Stufen
Welches Material wird für Platten verwendet? Und warum?
Glas
- höhere Steifigkeit
- höhere Gleichmäßigkeit (Zuverlässigkeit)
- weniger Oberflächendefekte
- bessere Resistenz gegen raue Behandlung
- geringere Flughöhe möglich
- 10000RPM möglich
veraltet: Aluminium/Magnesium
Wie unterscheiden sich magnetische Materialien?
Kristallgröße
Kristallform
Wie verhält sich ferromagnetisches Material?
- eigenes Magnetfeld oder durch externes Feld magnetisiert
- behalten Rest Magnetisierung (Remanence)
- Beispiel für parallele Orientierung
- Eisen, Nickel, Cobalt
Wie verhält sich ferrimagnetisches Material?
- Schwächere Form von Ferromagnetismus, da -antiparallele Organisation
- Beispiel für anitparallele Orientierung
Was ist die Curie Temperatur Tc?
Ferromagnetische und ferrimagnetische Materialien werden paramagnetisch
Was sind anti-ferromagnetische Materialien?
- Interne Kompensation aller magnetischen Momente/Kräfte
- hängen von der Temperatur ab
- Neel Temperatur Tn definiert maximale Permeabilität
- T>Tn: Material wird paramagnetisch
- T
Wie können anti-ferromagnetische Materialien genutzt werden?
- für Datenspeicherung genutzt
- Energie zuführen um Neél Temperatur zu erreichen
- Bit magnetisieren
- Abkühlen
Wie funktioniert magnetisches Schreiben?
- hängt von geometrischen Eigenschaften des Mediums und des Kopfes ab
- Vormagnetiesiurngsfeld schiebt den Arbeitspunkt zum Punkt der Magnetisierungskurve, wo sie annähernd linear ist
Wie funktioniert der Lesevorgang?
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
Was ist der Magneto-resistive effect?
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
Welche Parameter sind im Bezug auf Köpfe und Plattenoberflächen wichtig?
Oberflächenqualität und Aerodynamik des Kopfs -Freiheitsgrade: Vertikal zur Plattenoberfläche Drehbewegung um die Achse des Arms Nickbewegung quer zum Arm
Wie wird die Flughöhe des Kopfes verringert?
Helium wird in Drive gefüllt. Kleinere Atome Today < 10nm N:70pm O:66pm He:28pm
Was ist die Superparamagnetische Grenze?
- kleinste Einheit sind Körner oder Bezirke mit einheitlicher Magnetisierung (5-15nm)
- gewisse Anzahl an Bezirken mit einer Richtung stellt ein BIT dar
Wovon hängt die Superparamagnetische Grenze ab?
Oberflächendichte abhängig von:
Temperatur
Anisotropische Energie Ku
Was ist mit vertikaler Aufzeichnung gemeint?
- 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
Wie ist die Grundidee zum vertikalen Schreiben?
- An Schicht mit magnetisch weichem Material (Soft Underlayer, SUL) spiegelt sich der Kopf
- Das Feld ergibt sich aus Summe der Felder des realen Kopfs
Was sind Ziele bei der Entwicklung von Medien?
Geringe Korngröße
Gleichmäßige Kornverteilung
Gleichmäßige Oberfläche
Möglichst große Entkopplung der einzelnen Körner
Was sind Unterschiede zwischen Längsaufzeichnung und Vertikalaufzeichnung?
Längsaufzeichnung:
- Körner zufällig verteilt
- Hohe Anforderung an Schreibfeld, um alle Körner zu magnetisieren
Vertikalaufzeichnung
- große Schichtdicke
- Körner werden ausgerichtet
- geringe Anforderung an Schreibfeld
Wie ist ein Medium aufgebaut?
Schutzschicht Hartmagnetische Schicht für Daten Trennschicht Weichmagnetische Schicht zur Spiegelung Haftverbesserung Träger aus Glas
Wofür ist die weichmagnetische Schicht SUL (Soft Underlayer)?
Sorgt für die Spiegelung
Welche Anforderung hat die Weichmagnetische Schicht?
nicht in Sättigung gehen
>Magnetisierung des Kopfes
möglichst dicke Schicht
Zu dick wird wellig
Was ist die Idee für Shingled Magnetic Recording?
Gedecktes Schreiben
- Spuren nicht nebeneinander schreiben, sondern teils überlappend
- Überlappung breit genug, um ihn zu lesen
- Daten 2-dimensional codiert
Ziel: 1 Bit / mag. Korn
Wie wird gedecktes Schreiben implementiert?
Schreibkopf hat eine Ecke die etwas gekippt ist (Corner Head)
Spuren werden in einer Richtung überlappend geschrieben
Welche Schritte sind nötig für zweidimensionale Aufzeichnung?
3 Schritte
>10 user bits
>40 channel bits
>20 grains
Was sind Vorteile von gedecktem Schreiben?
- Höhere Feldstärke durch neue Kopfform
- kein unbeabsichtigtes Löschen der Nachbarspur (da nur Spitze schreibt
Was sind Nachteile von gedecktem Schreiben?
- 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
Wofür wird Helium in Festplatten verwendet?
kleine Molekühle
Dünnere Platten (Faktor 7) -> mehr Platten
weniger Reibung, weniger Energie
Schwierig, da Helium aus Platte entweicht
Was ist Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?
- Verwendung von Material, dass Magnetisierung nicht bei Raumtemperatur wechselt
- Lokale Erhitzung beim Schreiben durch einen Laser
- kleinere Einheiten können beschrieben werden
Was sind Anforderungen an Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?
- sehr kleiner Brennfleck
- hoher Temperaturgradient (Erhitzung nur kleiner Bereiche)
- Schmiermittel auf Oberfläche darf nicht verdampfen oder nachgeliefert werden
Was sind Vorteile von Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?
Höhere Speicherdichte
Höhere Kapazität in 3,5” und 2,5”
Kompatibel mit existierenden Technologien
Was sind Nachteile von Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)?
Komplexe Köpfe
Zusätzliche Energie für Laser
Schmiermittel verdampft
Höhere Wahrscheinlichkeit von Head Crashes
Wie sieht die Entwicklung von Festplatten Technologien aus?
Vergangenheit:
- Horizontale Aufzeichnung
- vertikale Aufzeichnung
Heute:
- Shingled Writing (gedecktes Schreiben)
- Zwei-Dimensionales Schreiben
Zukunft:
- Heat Assisted Magnetic Recording
- Microwave Assisted Magnetic Recording
- Patterned Media
