अंदर का दृश्य: सीडी और एचडीडी

प्रस्तावना

मेरा पिछला लेख एनवीडिया से चिप के आंतरिक उपकरण के लिए समर्पित था, और, शायद, किसी भी आधुनिक प्रोसेसर का आंतरिक उपकरण। इस लेख में, हम सूचनाओं को संग्रहीत करने के साधनों पर आगे बढ़ेंगे, और मैं आपको बताऊंगा कि माइक्रो स्तर पर सीडी और एचडीडी क्या हैं।

सीडी

सीडी से शुरू करते हैं। हमारा परीक्षण विषय एक सरल शब्दशः CD-R है। दर्ज (या बल्कि मुद्रित) जानकारी के साथ एक नियमित डिस्क में 3 मुख्य परतें होती हैं। लेयर ए एक पॉली कार्बोनेट डिस्क है जो एक ही बार में कई कार्यों के लिए जिम्मेदार है। पहला ड्राइव का आधार है, जो ड्राइव के अंदर रोटेशन की विशाल गति का सामना कर सकता है।


इसलिए सामान्य शब्दों में, आप सीडी डिस्क की संरचना की कल्पना कर सकते हैं [1]

पॉली कार्बोनेट डिस्क, जैसा कि यह निकला, अतिरिक्त रूप से एक विशेष वार्निश के साथ लेपित है जो डिस्क की बाहरी सतह को यांत्रिक क्षति से बचाता है।


वार्निश परत को लाल, पॉली कार्बोनेट में "हाइलाइट" शुरू किया जाता है।


इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के एक बीम के नीचे, सुरक्षात्मक वार्निश की एक परत बहुत अच्छी तरह से महसूस नहीं करती है

दूसरा - यह पॉली कार्बोनेट पर है, शब्द के शाब्दिक अर्थ में, यह जानकारी मैट्रिक्स से मुद्रित होती है - चाहे वह फिल्म, संगीत या कार्यक्रम हो। जैसा कि विकी हमें बताता है, पॉली कार्बोनेट बेस की मोटाई 1.2 मिमी है और इसका वजन केवल 15-20 ग्राम [1] है।

स्वाभाविक रूप से, पॉली कार्बोनेट और वार्निश लेजर विकिरण के लिए पारदर्शी होते हैं, इसलिए लेजर के लिए "मुद्रित" जानकारी को "दृश्यमान" बनाया जाना चाहिए, जिसके लिए सतह को एल्यूमीनियम की एक पतली परत (परत बी) के साथ कवर किया गया है। यह ध्यान देने योग्य है कि "मुद्रित" जानकारी के साथ सीडी-रॉम, सीडी-आर और सीडी-आरडब्ल्यू में मामूली अंतर है। पिछले दो मामलों में, पॉली कार्बोनेट और एल्यूमीनियम के बीच एक मध्यवर्ती परत को जोड़ा जाता है, जो एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लेजर विकिरण के प्रभाव में इसके गुणों को बदल सकता है, और पॉली कार्बोनेट पर खाली पटरियों को मुद्रित किया जाता है। यह सीडी-आर के मामले में (या फोटोरिस्टिस्ट के समान कुछ) डाई हो सकता है, या सीडी-आरडब्ल्यू के मामले में धातु मिश्र धातु हो सकता है। यही कारण है कि प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश और अधिक गर्मी के संपर्क में होने के लिए पुन: लिखने योग्य डिस्क की सिफारिश नहीं की जाती है, जो ऑप्टिकल गुणों में बदलाव को भी उत्तेजित कर सकती है।

आइए डिस्क और एल्यूमीनियम की परत से इसकी तुलना करें। यह देखा जा सकता है कि पॉली कार्बोनेट पर "खांचे" (गड्ढे) हैं, और एल्यूमीनियम की परत पर, इसके विपरीत, ऊंचाई जो पूरी तरह से खांचे के अनुरूप हैं:


एक पॉली कार्बोनेट (AFM छवि) की सतह पर परिचित इंडेंटेशन


सुरक्षात्मक एल्यूमीनियम परत पर, गड्ढे "विपरीत" दिखाई देते हैं: खांचे नहीं, बल्कि प्रोट्रूशियंस (एएफएम छवि)

अगला, परिणामस्वरूप "केक" एक विशेष सुरक्षात्मक परत सी के साथ कवर किया गया है, जिसका मुख्य कर्तव्य "नाजुक" एल्यूमीनियम चिंतनशील परत की रक्षा करना है। आगे, आप इस परत पर कुछ चिपका सकते हैं, एक मार्कर के साथ लिख सकते हैं, मुद्रण के लिए विशेष अतिरिक्त परतें लागू कर सकते हैं, आदि। आदि

यह वीडियो सीडी के उत्पादन के सभी तकनीकी चरणों को प्रस्तुत करता है:


सीडी डिस्क पर रिकॉर्डिंग एक विनाइल रिकॉर्ड पर रिकॉर्डिंग के समान है, अर्थात। जानकारी वाला ट्रैक सर्पिल में जाता है। यह डिस्क के केंद्र में उत्पन्न होता है और बाहरी किनारे पर समाप्त होता है। लेकिन डिस्क के बीच में "खाली" खाली वर्गों और दर्ज जानकारी के साथ पटरियों:



यहां एक रिकॉर्ड था, लेकिन यहां ऐसा नहीं है। रिकॉर्ड जानकारी के साथ खाली पटरियों और पटरियों की तुलना (SEM माइक्रोग्राफ)

डीवीडी और शायद, Blu- रे से सीडी के सूक्ष्म स्तर पर कोई बुनियादी अंतर नहीं हैं। जब तक गड्ढे छोटे नहीं होंगे। हमारे मामले में, 1 न्यूनतम अवसाद के आयाम लंबाई में 330 एनएम और लंबाई में 680 एनएम हैं, जबकि पटरियों के बीच की दूरी ~ 930 एनएम है।

NB यदि आपके पास कोई खरोंच की गई सीडी है जिसे किसी भी ड्राइव में नहीं पढ़ा जा सकता है, तो उसे चमकाने का प्रयास करें। लगभग कोई भी पारदर्शी पॉलिश इसके लिए उपयुक्त है। यह उन रिक्सेस को भर देगा जो सूचना के पढ़ने में बाधा डालती हैं, और कम से कम आप डिस्क से सूचना को कॉपी कर सकते हैं।

यह कैसे होता है कि एल्यूमीनियम की एक परत कभी-कभी उत्सुकता से झुक जाती है (लगभग कला का एक काम - काला और सफेद):


हमारे जीवन की काली और सफेद धारियां। सीडी (SEM माइक्रोग्राफ)

और अंत में, एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त सीडी के कुछ और चित्र:


ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी: बाईं ओर एक एल्यूमीनियम परावर्तक परत है, दाईं ओर एक पॉली कार्बोनेट डिस्क (गहरा क्षेत्र) पर एक अल परत (हल्का क्षेत्र) है

HDD

चलिए हार्ड ड्राइव पर आते हैं। फ्लॉपी डिस्क और वीएचएस के समय से, यह हमेशा मेरे लिए एक रहस्य रहा है कि चुंबकीय स्मृति को कैसे व्यवस्थित किया जाता है! लेख लिखने से पहले, मैंने कम से कम कुछ वीडियो और मीडिया सामग्रियों को खोजने की कोशिश की, जो कि पिछले वीडियो की तरह, हार्ड ड्राइव के उत्पादन के मुख्य चरणों, और विकी द्वारा अप्रिय रूप से प्रसन्न थे: "प्लेटों के दोनों प्लेन, जैसे टेप, एक फेरोमैग्नेट की बेहतरीन धूल से ढंके हुए हैं। - लोहे, मैंगनीज और अन्य धातुओं के ऑक्साइड। सटीक रचना और अनुप्रयोग तकनीक एक व्यापार रहस्य का गठन करती है ”[2]। मुझे इसके साथ जुड़ना था और एचडीडी निर्माताओं से सच्चाई की तलाश नहीं करनी थी (सिवाय इसके कि सीगेट ने अपने रहस्यों को थोड़ा खोला), खासकर जब से बाजार में प्रतिस्पर्धा एसएसडी युग के आगमन के साथ और भी अधिक तेज हो गई थी।

प्लेटें स्वयं गैर-चुंबकीय धातु मिश्र धातुओं से बनी होती हैं। इन मिश्र धातुओं का आधार सबसे हल्का संरचनात्मक सामग्री के रूप में एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम है। फिर एक पतली, फिर से विकी के अनुसार, उन पर 10-20 एनएम की चुंबकीय परत लागू होती है - यहां, शायद, शब्द नैनोक्रिस्टलाइन उपयुक्त होगा - एक ऐसी सामग्री जो तब संरक्षण के लिए कार्बन की एक छोटी परत के साथ लेपित होती है। चूंकि डिस्क NoName है, और इसे सूचना की समानांतर रिकॉर्डिंग की प्राचीन तकनीक का उपयोग करके बनाया गया था, मैं अपने आप को EDX ( एक्स-रे माइक्रोएनालिसिस ) डेटा के अनुसार सामग्री की संरचना यहां देने की अनुमति दूंगा: सह - 1.1 परमाणु%, Y - 1.53 बजे। %, सीआर - 2.38 बजे। %, नी - 45.81 बजे। %। कार्बन सामग्री 36.54% है। सी और पी, जिनकी सामग्री 0.46 पर है। % और 12.25 बजे। %, क्रमशः। सिलिकॉन की उत्पत्ति - जाहिर है, ट्रेस मात्रा में माइक्रोटेम के काम करने के बाद सतह पर बनी हुई थी और मेरे चमकाने, और फास्फोरस - यह बस नमूना धब्बा।
ईमानदारी से, मैंने "10-20 एनएम" की मोटाई के साथ चुंबकीय सामग्री की एक परत खोजने की कोशिश की, लेकिन कोई फायदा नहीं हुआ। मैंने जो देखा उसके आधार पर, सतह परत की मोटाई लगभग 12 माइक्रोमीटर है:


बहुत "पतली" परत जो हमारी हार्ड ड्राइव में जानकारी संग्रहीत करती है

बेशक, आप मुझे टिप्पणियों में सही कर सकते हैं, लेकिन:
1. डिस्क काफी पुरानी है (यानी इसके निर्माण की तारीख पिछले दशक की शुरुआत में वापस आ गई थी);
2. ईडीएक्स विशेषताएं ऐसी हैं कि सिग्नल आउटपुट की गहराई 1 से 10 माइक्रोन तक होती है;
इस प्रकार, यह मुझे लगता है कि ये 12 माइक्रोमीटर चुंबकीय परत है, जो कार्बन की सबसे पतली परत (50-100 एनएम) के साथ शीर्ष पर कवर किया गया है, जो कट पर दिखाई नहीं दे सकता है।

डिस्क की सतह ही बहुत, बहुत चिकनी है, ऊंचाई अंतर 10 एनएम के भीतर है, जो कि एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन की सतह खुरदरापन के बराबर है। और यहां चरण विपरीत मोड में छवियां हैं, जो सतह पर चुंबकीय डोमेन के वितरण के अनुरूप हैं, अर्थात। हम वास्तव में जानकारी के अलग बिट्स देखते हैं:


हार्ड डिस्क की सतह की AFM छवियां। चरण विपरीत छवियों को दाईं ओर दिखाया गया है।

चरण विपरीत के बारे में थोड़ा सा: पहले, एएफएम माइक्रोस्कोप सुई "राहत" महसूस करती है, फिर, राहत और उसके आकार को दोहराते हुए, सुई नमूना से 100 एनएम की दूरी पर एक दूसरा पास बनाती है ताकि वैन डेर वाल्स बलों की कार्रवाई और "हाइलाइट" चुंबकीय के प्रभाव को उजागर कर सके। बलों। यह कैसे होता है, इसके बारे में एक फ्लैश ड्राइव यहां देखी जा सकती है ।

वैसे, उन्होंने देखा कि एकल चुंबकीय डोमेन डिस्क के विमान के साथ लम्बी हैं और इसके समानांतर हैं?! मैं अपने आप को रिकॉर्डिंग विधियों के बारे में कुछ शब्दों की अनुमति देता हूं। वर्तमान में, रिकॉर्डिंग जानकारी के लंबवत विधि के साथ डिस्क (यानी, चुंबकीय डोमेन के साथ डिस्क के विमान के लिए लंबवत उन्मुख), जो 2005 में दिखाई दिया, ने लगभग पूरी तरह से डिस्क को समानांतर रिकॉर्डिंग के साथ बदल दिया है। लंबवत रिकॉर्डिंग का लाभ स्पष्ट है - रिकॉर्डिंग घनत्व अधिक है, लेकिन चुंबकीय परत की मोटाई पर विकी के डेटा के संबंध में यहां एक सूक्ष्म बिंदु है। इस बारीकियों को कहा जाता है - सुपरपरमैग्नेटिक सीमा। यानी एक निश्चित महत्वपूर्ण कण आकार है, जिसके बाद कमरे के तापमान पर भी फेरोमैग्नेटिक सामग्री पैरामैग्नेटिक अवस्था में गुजरती है। यानी घूमने के लिए पर्याप्त तापीय ऊर्जा होती है, इस तरह के एक छोटे चुंबक को पुन: प्रस्तुत करना। चुंबकीय रिकॉर्डिंग के मामले में, वे अक्सर निम्न कार्य करते हैं: वे अन्य दो की तुलना में "मैग्नेट" में से एक बनाते हैं (यह चुंबकीय डोमेन के वितरण के साथ तस्वीर में स्पष्ट रूप से देखा जाता है), फिर चुंबकीय क्षण इस बड़ी दिशा में संरक्षित होता है। इसलिए, अगर समानांतर रिकॉर्डिंग के मामले में मैं अभी भी विश्वास कर सकता हूं कि कई माइक्रोमीटर में 1 बिट के आकार में चुंबक की परत दसियों नैनोमीटर है, तो लंबवत रिकॉर्डिंग के मामले में यह बस नहीं हो सकता है। डिस्क के विमान में न्यूनतम आकार के साथ इस तरह के एक चुंबकीय क्षेत्र की मोटाई बस कम से कम कुछ माइक्रोमीटर होनी चाहिए। तो शायद विकी थोड़ा धोखा है। या वे 10-20 एनएम के व्यास के साथ नैनोकणों के रूप में एक चुंबक लगाते हैं, और उसके बाद ही वे डिस्क को उन क्षेत्रों में तोड़ते हैं जो कुछ "चालाक" तरीके से जानकारी संग्रहीत करने के लिए जिम्मेदार हैं। दुर्भाग्य से, मैंने अपनी जिज्ञासा को पूरी तरह से संतुष्ट नहीं किया और सूचना के चुंबकीय रिकॉर्डिंग के बारे में सवालों के जवाब दिए, शायद कोई मदद करेगा?


हार्ड ड्राइव पर रिकॉर्डिंग जानकारी के समानांतर और लंबवत तरीकों की तुलना [2]

मैं तीन वीडियो भी साझा करना चाहूंगा जो इंटरनेट पर पाए गए और हार्ड ड्राइव से जुड़े हैं। पहला यह है कि HDD कैसे काम करता है (यह कैसे काम करता है?):



शायद किसी को सीगेट से अंग्रेजी में वीडियो पसंद आएगा:



आखिरी यह है कि 1995 के बाद से 1 एमबी एचडीडी की लागत कैसे बदल गई है और कितने डिस्क जारी किए गए हैं:



जैसा कि वादा किया गया था, मैं विभिन्न उपकरणों पर शूटिंग कैसे की जाती है, इस बारे में एक वीडियो पोस्ट करता हूं (YouTube पर वीडियो का वर्णन पढ़ना न भूलें और अपनी टिप्पणियाँ छोड़ें)। आंकड़ों के लिए: शूटिंग में 4 दिन लगे (हालाँकि सब कुछ 2 में डाला जा सकता है), वीडियो की अवधि, जिसे संपादित किया गया था - लगभग 3 घंटे, अंत में यह 15 मिनट का वीडियो बन गया। मुझे उम्मीद है कि निकट भविष्य में इस वीडियो के लिए अंग्रेजी उपशीर्षक दिखाई देगा।



पुनश्च: यह लेख साइंस फेस्टिवल की पूर्व संध्या पर प्रकाशित हुआ था, जो 7 से 9 अक्टूबर, 2011 को मॉस्को में आयोजित किया जाएगा (वास्तव में नि: शुल्क प्रवेश केवल 8 और 9 अक्टूबर को होगा), और मैं हर किसी को आमंत्रित करने के लिए हमारी प्रदर्शनी "सौंदर्य की सामग्री, जो कि आयोजित की जाएगी मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के क्षेत्र में मौलिक पुस्तकालय की दूसरी मंजिल पर।

PPS: एंटोन वोज्शिकोव्स्की के साथ, हम कई वीडियो नोट्स तैयार कर रहे हैं कि कैसे कुछ जैविक वस्तुओं की व्यवस्था की जाती है (उदाहरण के लिए, एक गुलाब, बस भव्य दिखता है)। मुझे लगता है कि वे हैबर पर दिखाई नहीं देंगे (आपको मानना ​​होगा, आईटी में रेजर या मैच हेड का माइक्रोग्राफ संलग्न करना मुश्किल है), लेकिन जैसे ही वीडियो तैयार होते हैं, वे तुरंत मेरे चैनल पर youtube और rutube पर दिखाई देंगे, और निश्चित रूप से Nanometer.ru वेबसाइट पर।

सूत्रों का कहना है:
1. विकी: सीडी
2. विकी: एचडीडी

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