BTL NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ LƯU TRỮ DỮ LIỆU THEO NGUYÊN LÝ QUANG TỪ

Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 Đề tài: Nghiên cứu và tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo
nguyên lý quang từ.
Nhóm thực hiện: Nhóm 11

Lớp: KTPM3 – K9
Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Đình Cơng
Phạm Tùng Lâm
Nguyễn Văn Lực
Hạ Văn Toàn

0


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2015

Mục lục
MỞ ĐẦU…................................................................................................................................1
Phần 1. Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu..........................................................................2
1.1. Đĩa từ tính.......................................................................................................................2
1.1.1. Đĩa mềm – floopy disk..............................................................................................2

1.1.2. Đĩa cứng – Hard disk................................................................................................2
1.1.3. Đĩa floptical..............................................................................................................3
1.1.4. Ổ băng ghi lưu..........................................................................................................3
1.1.5. Ổ đĩa tháo ZIP...........................................................................................................3
1.2. Đĩa quang học.................................................................................................................4
1.3. Đĩa quang từ....................................................................................................................6
Phần 2. Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ........................................................7
2.1. Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO)....................................................7
2.2. Giới thiệu về ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver.............................................9
Phần 3. Cấu tạo và nguyên lý lưu trữ của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.......................10
3.1. Nguyên lý ghi đĩa MO (Write)......................................................................................10
3.2. Nguyên lý đọc đĩa MO (Read)......................................................................................15
Phần 4. Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quang từ................................................19
4.1. Ưu thế công nghệ của đĩa quang từ...............................................................................19
4.2. Những tiến bộ của đĩa quang từ....................................................................................21
Phần 5. Kết luận......................................................................................................................22

MỞ ĐẦU
● Nhiệm vụ chung: Trình bày tổng quan về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý
quang từ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ghi dữ liệu trên đĩa quang từ, cấu tạo và hoạt
động ghi/đọc dữ liệu của ổ đĩa quang từ.

● Bố cục bài làm: Gồm 5 phần:
• Phần 1: Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu.
• Phần 2: Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.
• Phần 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.
• Phần 4: Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quâng từ.
• Phần 5: Kết luận.

1

Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Phần 1.

Sơ lược về các thiết bị
lưu trữ dữ liệu

Máy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu – đó là các ổ
đĩa máy tính, nơi ghi nhớ các thông tin dữ liệu. Những thiết bị này gọi là các thiết bị
lưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị lưu trữ sơ cấp – primary storage là bộ nhớ
máy tính). Ngồi ra cịn có các thiết bị lưu trữ cấp ba và lưu trữ ngoại tuyến. Khác với
thiết bị lưu trữ sơ cấp khi ngắt điện là mọi thứ trong RAM đều khơng cịn, loại thứ cấp
này có thể lưu trữ dữ kiện ngay cả khi khơng có nguồn ni, xét về lý thuyết, dữ kiện
trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa hay xóa lúc này hay
lúc khác, có hai phương pháp lưu dữ kiện tạo nên hai họ khác nhau, là dựa trên từ tính
và dựa trên khả năng ứng dụng quang học.

1.1. Đĩa từ tính
Có hai loại chủ yếu là đĩa mềm và đĩa cứng. đĩa mềm có thể hiểu đơn giản là loại
đĩa dung lượng thấp, nhỏ gọn tháo lắp dễ dàng, nhiều đĩa cứng dùng chung một ổ đĩa.
Hiểu như vậy để có thể phân biệt với đĩa cứng là loại ổ đĩa thường lắp hẳn bên trong
máy, ít được tháo rời, phức tạp và bản thân nó là thiết bị hồn chỉnh đọc ghi với dung
lượng lớn.

1.1.1. Đĩa mềm – floopy disk
Gồm vỏ bảo vệ và một đĩa plastic nhỏ có phủ vật liệu từ (oxit sắt, oxit niken hoặc
hoặc oxit coban pha với vật liệu khơng từ tính hay đất hiếm). Dữ liệu thông tin dạng số
sẽ được đại diện bởi các hạt từ tính, các hạt này do có từ tính nên bằng một phương

pháp nào đó nó được xác định một trong hai hướng rõ rệt – như vậy thể hiện được số 0
hay số 1. Đĩa mềm cũng trải qua nhiều thế hệ, những khác nhau giữa các hệ đĩa mềm
chỉ là quanh vấn đề dung lượng nhớ của nó chứ về nguyên tắc hoạt động của đĩa cũng
như ổ đĩa khơng có thay đổi lớn nào. Ngày nay người ta chỉ còn dùng loại đĩa mềm 3.5
inch thường gọi là một đĩa 1.44 MB, nhưng cũng có loại 2.88 MB. Loại 5.25 inch gần
như khơng cịn được dùng nữa. đĩa mềm có tính cơ động cao, nhưng bị hạn chế về
dung lượng nhớ, hiện nay các chương trình hầu như khơng thể chạy trên đĩa mềm như
cách đây khoảng 5 năm, cho nên đĩa mềm chủ yếu dùng sao lưu trữ dữ liệu, vả lại tốc
độ đọc ghi của đĩa mềm rất thấp bù lại giá đĩa mềm tương đối rẻ, chúng ta có thể mua
một hộp đĩa mềm với giá khoảng 50 nghìn đồng (10 hay 11 đĩa).

1.1.2. Đĩa cứng – Hard disk
Có thể so sánh cái tên đĩa cứng đĩa mềm cũng đủ rút ra kết luận. Đĩa cứng “cứng”
hơn đĩa mềm! Và giá cả cũng đắt hơn. Chúng ta có thể hình dung, ổ đĩa cứng gồm vỏ
cứng bảo vệ, các bộ phận điều khiển xuất nhập, nguồn và đĩa từ tính. Bộ khung vỏ bảo
2


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

vệ thường là hộp kim nhơm đúc ở áp lực cao, cũng có hai cỡ 5.25 inch và 3.5 inch, và
thông dụng nhất vẫn là loại 3.5 inch. Dung lượng ổ cứng không phải bị chi phối bởi vỏ
ổ cứng mà ở đĩa từ. Đĩa từ của ổ cứng thường làm từ nhôm, thủy tinh hay gốm - phủ
một lớp vật liệu từ và lớp bảo vệ ở cả hai mặt, ổ cứng có thể có nhiều đĩa xếp chồng
lên nhau trên trục mô tơ quay. Để hoạt động đọc ghi, ổ cứng cịn có các đầu từ, mơ tơ
dịch chuyển đầu từ, mạch chính, mạch điện tử điều khiển, và thường có bộ nhớ cache.
Đĩa cứng rất đa dạng về dung lượng, có từ vài chục MB đến vài nghìn MB hay hơn
nữa, và phụ thuộc nhiều vào các điều khiển kĩ thuật giao tiếp. Loại ổ cứng thường
dùng trong máy vi tính hiện nay khoảng 100 GB đến 500 GB, một con số khổng lồ nếu
so với cách đây 5 năm khi mà ổ cứng chỉ có thể từ 100 MB đến 200 MB, thậm chí có

máy khơng trang bị ổ cứng nữa.

1.1.3. Đĩa floptical
Là loại ổ đĩa từ mềm, có hình dáng giống như đĩa 3.5 inch, nhưng dùng phương pháp
vị quang học để đọc ghi, nên mật độ dữ liệu trên đĩa cao hơn, dung lượng nhớ lớn hơn.
Thiết bị này không ghi dữ liệu bằng quang học, chỉ làm thao tác định vị thơi. Nhưmg
do gía thành cao nên dù có khả năng lưu đến hơn 20 MB, loại này vẫn không phổ
dụng.

1.1.4. Ổ băng ghi lưu
Cũng là thiết bị lưu từ tính, nhưng loại này khác với các loại trên ở tính chất truy
cập tuần tư của nó, do đó sẽ dùng sao lưu chứ khơng dùng để làm việc hằng ngày như
thiết bị truy cập ngẫu nhiên - đĩa cứng, đĩa mềm. Ổ băng ghi lưu gồm một hộp băng và
cuộn băng từ cỡ 0,25inch. Loại này rất đa dạng về chủng loại và dung lượng, tùy yêu
cầu công việc mà chúng ta lựa chọn.

1.1.5. Ổ đĩa tháo ZIP
Dùng loại đĩa có kích thước cũng khoảng 3.5 inch, dung lượng lên đến 100MB
trên một đĩa giá 20USD. Tốc độ đọc ghi trung bình, kỹ thuật dùng ở đây là định vị
quang học để ghi dữ liệu. Nếu dùng với card SCSI, tốc độ khơng thua gì ổ cứng IDE.

3


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Một loại ổ ZIP

1.2. Đĩa quang học
Gọi là đĩa quang học, tức là vấn đề cốt lõi về kỹ thuật – đọc ghi dữ liệu được thực

hiện trên nguyên tắc quang học, dùng tia sáng laser. So với hệ thống từ tính, ổ quagn
có 3 điểm khác biệt chính: vì độ chính xác cao của thao tác quang học, nên ổ đĩa quang
có thể có dung lượng cao hơn ổ đĩa từ gấp nhiều lần. độ bền dữ liệu ghi bằng phương
pháp quang học cao hơn so với phương pháp từ tính nhiều lần, tối thiểu cũng 50 năm.
Đĩa quang có thể tháp lắp đễ dàng như một đĩa mềm mà hiệu quả hơn nhiều, do đó
ngày càng phổ dụng hơn. Điển hình cho loại này là đĩa CD compact disc là loại này.
Xuất phát từ nhu cầu âm thanh, CD âm thanh ra đời chứa dữ liệu dưới dạng
các hốc lõm, khi CD quay tia laser sẽ phát đến đĩa và nhận sự phản xạ khác nhau giữa
điểm lõm và điểm không lõm ứng với số 0 và 1 hệ nhị phân. Ðĩa CD-ROM ta dùng
hiện nay cũng hoạt động theo nguyên tắc đó, vì là loại đĩa CD chứa dữ kiện chỉ đọc
được nên có tên CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory). Thơng thường dữ liệu
có thể đưa vào loại đĩa quang gía rẻ 680MB (khoảng 10USD đĩa trắng - 1USD 68 MB)
như chúng ta dùng rộng rãi hiện nay, đồng thời các loại đĩa âm thanh cũng có thể đọc
hiểu và hoạt động được bằng ổ đĩa CD của máy tính, nhưng đầu đọc của máy CD âm
thanh thì khơng thể đọc được đĩa CD dữ liệu. Nói là CD-ROM-chỉ đọc, nhưng dĩ nhiên
là phải có một lần nào đó ghi dữ liệu lên đĩa rồi mới đọc, thao tác này theo nguyên tắc
khắc trên đĩa các điểm lõm hay không lõm đại diện cho số 0,1 bằng một nguồn phát tia
laser công suất lớn. Người ta tạo một đĩa gốc trước trên nguyên tắc này bằng đầu CD
có thể ghi trên một đĩa CD mới, sau đó âm bản của đĩa gốc được tạo ra bằng qúa trình
mạ điện hoặc photopolymer. Tiến trình nhân bản thực hiện bằng cách phun
polycarbonate - trong suốt, nhẹ, bền, ổn định, không nhiễm bẩn - nên đĩa CD giữ được
thông tin gần như vĩnh viễn.

4


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Như vậy, chúng ta có thể hiểu về bản chất các đĩa CD được chép lại bán ở một
số dịch vụ tin học thực chất là một dạng đĩa gốc, do đó khi sử dụng phải tuyệt đối cẩn

thận vì nó khơng hề có một lớp bảo vệ polycarbonate như các đĩa CD được phát hành
chính quy hay các đĩa CD nhạc.
Khi mà các đĩa CD-ROM đã gần như trở nên một thiết bị lưu trữ dạng chuẩn
không thể thiếu trong hầu hết các máy tính multimedia thì lại xuất hiện một thành viên
mới trong họ đĩa quang học mà được dự đoán sẽ là thiết bị lưu trữ chủ đạo thế kỷ 21 DVD.

Một dĩa CD ~ 450 đĩa mềm ~ 500 cuốn sách!

DVD - Digital Video Disc tức là đĩa video kỹ thuật số hay Digital Versatile
Disc - đĩa đa năng kỹ thuật số là một công nghệ chỉ mới ra đời gần đây. Cho đến thời
điểm hiện nay, DVD vẫn chỉ còn trong dự án với giá thành khá cao, đã có DVD bán ra
thị trường nhưng chỉ ở dạng hàng mẫu không phổ biến lắm. Vậy đâu là điểm mạnh mà
DVD được đốn là sẽ nhanh chóng thay thế CD trong tương lai? Cũng như CD dần
dần thay thế dĩa mềm bởi dung lượng hàng trăm MB của nó, DVD thay thế CD-ROM
bởi DVD có thể lưu ít nhất 3.8 GB và có thể đạt đến 17 GB. DVD có kích thước giống
như CD (120mm đường kính và dày 1,2mm) cũng làm bằng nguyên liệu như CD. Như
đã nói ở trên, đây là một bước tiến về công nghệ? dữ liệu trên DVD sẽ được ghi vào
đĩa với mật độ cao hơn, sít hơn nhiều so với CD, lượng thấu kính trong đầu đọc nhiều
hơn để tăng độ chính xác - và đầu đọc sẽ dùng laser cóc sóng ngắn hơn, có thể là tia
laser đỏ - laser hồng ngoại. Quan trọng nhất là kỹ thuật DVD cho phép loại đĩa này có
hai lớp trên một mặt, nên với mỗi lớp khỗng hơn 4GB thì loại đĩa 2 lớp hai mặt hồn
tồn có thể chứ đến 17GB dữ liệu - hãy hình dung bằng tồn bộ dữ liệu của cả một thư
viện 10 ngàn cuốn sách !

5


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

1.3. Đĩa quang từ

Đĩa quang từ - Magneto Optical disk, thường gọi tắt là MO, là thiết bị kết hợp cả
hai hình thức từ tính và quang học để lưu dữ liệu. Đĩa từ tính dùng ánh sáng laser làm
tác nhân đọc ghi. Dung lượng của loại có kích thước 5.25 inch là 1.3 GB và loại 3.5
inch là 230 MB. Công nghệ này phù hợp để lưu trữ, theo các chuyên gia, có thể đảm
bảo dữ liệu 50 năm so với 5 năm của ổ cứng, ổ mềm, băng từ.

6


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Một số hình ảnh về đĩa quang từ.

Phần 2.

Giới thiệu về đĩa quang
từ và ổ đọc đĩa quang từ

2.1. Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO)
Các đĩa quang học laser đầu tiên xuất hiện vào năm 1972 và đã chứng minh tiềm
năng lớn cho lưu trữ thông tin. Lượng thông tin được lưu trữ trên đó cho phép sử dụng
chúng để lưu trữ một lượng lớn dữ liệu (chẳng hạn như cơ sở dữ liệu, bách khoa toàn
thư, bộ sưu tập video và các dữ liệu âm thanh). Dễ dàng thay thế các ổ đĩa này cho
phép "thực hiện" tất cả các dữ liệu cần thiết cho công việc. Các đĩa quang học có độ tin
cậy và độ bền rất cao, cho phép sử dụng cho việc lưu trữ.
Tuy nhiên, việc ghi đĩa quang mất nhiều thời gian và khó khăn vì vậy khơng thể
sử dụng đĩa quang học như một thiết bị cho mỗi máy tính. Gần đây, một loạt các tùy
chọn cho các ổ đĩa quang ghi lại. Các công ty nhà sản xuất cung cấp các giải pháp kỹ
thuật khác nhau của vấn đề.
7

Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Ví dụ một thiết bị có thể ghi lại các thơng tin trên đĩa quang học trực tiếp cho các
máy trạm, nhưng việc viết lại các thơng tin đó vẫn cịn trong câu hỏi. Các đĩa quang
học, khả thi nhất với tính chất ngày hôm nay là đĩa quang từ (MO). Đĩa MO lần đầu
tiên xuất hiện vào năm 1988 hình dạng gần giống như một ổ đĩa mềm nhỏ gọn và Box
Bernoulli (được phát minh bởi nhà bác học Bernoulli), tốc độ có thể so sánh với ổ
cứng, độ tin cậy có thể so sánh với đĩa quang. Tuy nhiên, sự phân bố rộng của các đĩa
MO ngăn chặn các chi phí tương đối tốn kém và cạnh tranh của các đĩa cứng hiện đại.
So với các ổ đĩa cứng hiện đại, thì đĩa MO chậm hơn và kém hơn về dung lượng tối đa
của thông tin được lưu trữ. Điều này làm cho chúng ta không thể sử dụng đĩa MO thay
vì các ổ đĩa cứng truyền thống. Nhưng đĩa MO có khả năng đọc ghi tốt và thời gian
lưu trữ lâu, điều này đĩa MO có triển vọng tuyệt vời như các thiết bị lưu trữ thứ cấp
được sử dụng cho việc lưu trữ sao lưu.
Đĩa quang từ sử dụng các mẫu khác nhau của sự từ hóa trên một bề mặt chất từ
tính được phủ lên để lưu trữ thông tin. Lưu trữ từ là không bay hơi. Các thông tin này
được truy cập bằng cách sử dụng một hoặc nhiều đầu đọc/ghi, trong đó có thể chứa
một hoặc nhiều bản ghi những bộ chuyển đổi. Một đầu đọc/ghi chỉ bao gồm một phần
tử của bề mặt để cho phần đầu hoặc trung hoặc cả hai phải được di chuyển liên quan
để truy cập dữ liệu.

Đĩa quang từ.

Magneto - optical (MO) có thể được sử dụng với các lợi thế trong các thông tin
lưu trữ . Đĩa 5cm, đường kính có thể lưu trữ 10MB, mà là tương đương với khoảng
5000 trang kích cỡ A4. Chúng nhỏ hơn, ít nhạy cảm với các thiệt hại và rẻ hơn đĩa
mềm.

8


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Đĩa MO 130mm 2.6 GB

MO 90mm 640 MB

Ban đầu, đĩa 130 mm và có kích thước đầy đủ chiều cao 130 mm (như trong máy
tính IBMXT). Nó trơng giống như một đĩa CD-ROM đính kèm trong một phong cách
cũ - caddy. Trong khi đĩa 90 mm về kích cỡ thường giống một đĩa mềm 1.44 MB,
nhưng do dày gấp đơi. Đĩa MO có thể kháng bụi nhờ bộ vỏ bao bọc, và chúng ln
được đóng lại chỉ khi thực hiện đọc ghi thì mới mở.

2.2. Giới thiệu về ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver
Ổ đọc đĩa MO là một loại ổ đĩa quang có khả năng đọc và ghi lại dữ liệu trên đĩa
quang từ. Những công nghệ đã dược giới thiệu vào cuối thập kỉ 1980. Nó xuất hiện
như là ổ đĩa cứng với hệ điều hành và không có yêu cầu hệ thống tập tin (mà chúng có
thể được định dạng như FAT, HPFS, NTFS...), ổ đĩa quang được phổ biến trong một số
quốc gia như Nhật Bản, Hoa Kỳ…

9


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Ổ đọc đĩa quang từ

So sánh công suất giữa đĩa quang và đĩa quang từ

Mơ tả phịng thí nghiệm mơ hình của một thiết bị lưu trữ xóa được - quang từ
với cơng suất 10 MByte tương ứng với 10 triệu ký tự. "Đĩa mềm" thơng thường trong
hình chỉ có 1/10 năng lực.

Phần 3.

Cấu tạo và nguyên lý lưu
trữ của đĩa quang từ và
ổ đọc đĩa quang từ

Đĩa MO được ghi và đọc bằng cách sử dụng thiết bị chiếu tia laser và nam châm
điện. Để ghi thì tia laser sẽ làm nóng đĩa ở trên nhiệt độ Curie của nó và nam châm
điện sẽ định hướng cho các hạt từ bit 1 hoặc 0. Để đọc, laser hoạt động ở cường độ
thấp hơn, và phát ra ánh sáng phân cực. Ánh sáng phản xạ được phân tích cho thấy
một sự khác biệt đáng chú ý giữa bit 0 hoặc 1 nhờ vào hiệu ứng Kerr giúp cho máy
tính có thể đọc được dữ liệu đã được lưu trong đĩa.

10


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

3.1. Ngun lý ghi đĩa MO (Write)
Ổ đĩa MO được xây dựng trên sự kết hợp của các nguyên tắc lưu trữ từ tính và
quang học. Các thơng tin được ghi bởi các chùm tia laser và từ trường nam châm tác
động vào các hạt từ tính.
Trong q trình ghi trên đĩa MO chùm tia laser làm nóng một điểm nhất định trên
điểm chúng chiếu đến, làm cho các điểm nóng, độ kháng từ giảm mạnh, cho phép từ
trường thay đổi tính phân cực của các điểm.

Sau khi làm nóng độ kháng từ một lần nữa tăng lên nhưng sự phân cực của các
điểm nóng là phù hợp với từ trường được áp dụng tại thời điểm nóng. Trong ổ đĩa MO
hiện đang có sẵn 2 đầu đọc để thực hiện hai chu kỳ đó là chu kỳ xóa và chu kỳ ghi.
Trong q trình tẩy xố từ trường có cùng một phân cực, tương ứng với một số 0 nhị
phân. Các chùm tia laser làm nóng tồn bộ khu vực xóa được và do đó viết cho chuỗi
đĩa của số 0. Trong chu kỳ ghi sự phân cực của từ trường đảo ngược, tương ứng với số
1 nhị phân. Trong chu kỳ này, các chùm tia laser được chiếu vào các vùng chứa số 1
nhị phân, và rời khỏi khu vực với số 0 nhị phân khơng thay đổi.
Trong q trình đọc từ đĩa MO bằng cách sử dụng hiệu ứng Kerr, là thay đổi mặt
phẳng phân cực của tia laser phản xạ, tùy thuộc vào hướng từ trường của các hạt tích
từ. Các yếu tố trong trường hợp này được từ hóa điểm ghi trên bề mặt của đĩa, tương
ứng với một lượng thông tin được lưu trữ. Khi đọc bằng cách sử dụng một chùm laser
cường độ thấp, không dẫn đến nóng khu vực lấy, do đó, khi đọc các thông tin được lưu
trữ không bị “tiêu diệt”.
Phương pháp này, không giống như thường được sử dụng trong đĩa quang học
không biến dạng bề mặt của đĩa và cho phép ghi lại mà khơng có thiết bị bổ sung.
Phương pháp này cũng có lợi thế hơn ghi từ tính truyền thống về độ tin cậy. Kể từ khi
đảo ngược một phần của lớp từ tính chỉ có thể dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao, xác
suất chuyển đổi ngẫu nhiên là rất thấp, khơng giống như ghi từ tính truyền thống, một
sự mất mát mà có thể dẫn đến các vùng từ ngẫu nhiên.
Giao diện ổ đĩa MO được trang bị với một bộ điều hợp SCSI (16 hoặc 8 bit), ổ
đĩa và tiện ích định dạng cấp thấp. Nhiều nhà cung cấp cũng trang bị cho các sản phẩm
của họ với các chương trình đặc biệt để sao lưu. Hiện nay, có một số định dạng để định
dạng đĩa MO CCS và SS.
Đĩa quang từ sử dụng tính chất từ để ghi dữ liệu, khi đĩa được chèn vào trong sự
truyền động, cạnh nhãn sẽ giáp mặt nam châm, và cạnh trong suốt sẽ giáp mặt laser.
Khi đĩa được lắp vào ổ đĩa, mặt bên sẽ phải đối mặt các nam châm, và mặt bên trong
suốt sẽ gặp laser. Chúng có tiềm năng cho mật độ bậc cao của sự ghi từ. Hầu hết ổ
cứng ngày nay dùng sự ghi dọc, trong khi một vài hệ thống vẫn sử dụng phương
hướng thẳng góc của sự từ hóa.

11


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khơng giống những hệ thống ghi từ truyền thống, những hệ thống nhanh chóng
sử dụng ánh sáng phân cực để đọc dữ liệu từ đĩa. Những sự thay đổi trong sự phân
cực nhẹ xuất hiện vì sự có mặt của một từ trường trên bề mặt của đĩa (hiệu ứng Kerr).
Nếu một chùm tia của ánh sáng phân cực được chiếu sáng trên bề mặt đĩa, ánh sáng sự
phân cực của chùm tia phản xạ sẽ thay đổi yếu ớt, nếu nó được phản chiếu từ một từ
hóa bề mặt. Nếu sự từ hóa được đảo ngược, sự thay đổi trong sự phân cực (góc Kerr)
cũng được đảo ngược. Từ hóa những vùng khơng thể được nhìn thấy trong ánh sáng
bình thường, mà chỉ trong ánh sáng phân cực. Sự thay đổi là phương hướng của sự từ
hóa có thể được liên tưởng với những số 0 hay 1, làm kĩ thuật này hữu ích cho bộ nhớ
dữ liệu nhị phân.

Cấu tạo của đĩa MO.

• Chú thích:
- Reflective beam: tia phản xạ.
- Substrate Layer: lớp chất nền.
- Projective Layer: lớp bảo vệ.
- Magnetic Layer: lớp từ.
12


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

- Reflective Layer: lớp phản quang.

- Intermediate Layer: lớp trung gian.
- Switching Layer: lớp chuyển mạch, bẻ ghi.
- Initializing Layer: lớp khởi động, gán giá trị cho biến đầu.
Tất cả các dữ liệu có một đặc tính nhiệt độ, gọi là nhiệt độ Curie mà ở đó nó làm
đảo lộn chất từ tính trên miền của đĩa quang từ. Sự kháng từ của nam châm, là khả
năng chống chịu từ hóa bởi một lực từ bên ngoài, giảm khi nhiệt độ tiếp cận điểm
Curie, và đạt đến chữ số “0” khi vượt qua nhiệt độ này. Để ghi lại dữ liệu trên đĩa
quang từ, tia laser làm nóng mơi trường vùng nó chiếu tới, làm giảm độ kháng từ ở
vùng đó và làm thay đổi cấu trúc từ tính bới một từ trường tương đối yếu. Khi dữ liệu
được ghi, khu vực này sau đó nguội đi và tù dữ liệu khơng bị sửa đổi hoặc xóa đi bởi
các lực từ thường xuyên tiếp xúc.

Chu trình ghi (Write Cylce) và chu trình đọc (Read Cycle).

13


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Sơ đồ ghi trong MO.

Tóm tắt q trình ghi dữ liệu trên đĩa quang từ: Tia laser được chiếu từ
nguồn phát đến thấu kính hội tụ thì tia sẽ hội tụ tại mặt phẳng các hạt từ làm cho chúng
giảm độ kháng từ và kết hợp với đầu nam châm điện nằm ở mặt đối diện với đầu laser
hút các hạt đổi chiều từ tính quay ngược xuống và thể hiện số 1, vì nam châm điện này
có 2 cực bắc nam, đầu nam được đặt gần mặt đĩa nên nam châm này có su hướng hút
các kim loại hoặc các chất tích từ gần nó lại gần. Và những hạt tích từ khơng được tia
laser chiếu đến thì sẽ thể hiện số 0.
Đối với các vật liệu hiện đại MO được sử dụng trong hệ thống có nhiệt độ Curie
vào khoảng 200°C. Điều quan trọng là chỉ có sự thay đổi của chất từ tính mà khơng

làm tổn hại đến các dữ liệu có sẵn của chúng. Điều thực tế là các hạt từ tính có độ
kháng từ ở nhiệt độ cao hơn cho phép, chất từ tính ghi dữ liệu với sự hỗ trợ tương đối
yếu, mà đơn giản hóa trình điều khiển của người thiết kế. Ngay cả một điểm yếu tương
đối rõ, laser có thể tạo ra khi nhiệt độ cao, tập trung tại một chỗ nhỏ (khoảng 1
micron). Khi những hạt từ tính nóng làm cho độ kháng từ (tính kháng từ) giảm, sự từ
hóa của các dữ liệu có thể thay đổi bằng cách áp dụng từ tính từ nam châm. Khi những
hạt từ tính được để nguội ở nhiệt độ phòng, các độ kháng từ tăng trở lại như vậy dữ
liệu có thể khơng dễ dàng bị ảnh hưởng bởi từ tính.

14


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Điểm Curie.

 Chú thích:
-

Coercivity Hc: độ kháng từ.

-

Saturation magnetization Ms: từ hóa bão hòa.

-

Room temperature: nhiệt độ phòng.

-

Writing temperature: nhiệt độ ghi.

-

Substrate: chất nền.

3.2. Nguyên lý đọc đĩa MO (Read)
Đầu quang và đầu từ tính nằm đối diện nhau và ở giữa là đĩa MO. Trong trường
hợp các hệ thống điều biến từ tính, một laser bán dẫn liên tục sử dụng bức xạ khoảng
4.5 MW điện năng tại chỗ laser soi sáng mặt đĩa, các lớp bề mặt, nhiệt độ lên đến điểm
Curie, nhiệt độ khoảng 180 - 200°C. ngay sau khi vượt qua vị trí đó, các lớp nhiệt độ
bề mặt là giảm. quá trình này được lặp đi lặp lại liên tục, tại vị trí laser soi sáng, mỗi
bit “1” hoặc “0” được ghi lại với những dòng của đẳng nhiệt Curie. Lúc đó các hình
dạng và độ dài của các bit “1” và “0” ghi lại diện tích được xác định. Nếu tốc độ của
15


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

các chất từ tính đảo ngược là đủ nhanh, có thể viết trong khoảng 0.3 µm ngay cả với sự
kết hợp của một chùm ánh sáng với bước song khoảng 780 nm và một NA (Numerical
Aperture) = 0.45 ống kính. Hơn nữa, bit “1” và “0” sẽ trở thành khu vực đối xứng, mà
là một đặc tính của các hệ thống từ tính.
Để đọc dữ liệu từ đĩa MO, ổ đĩa không sử dụng từ tính hiện tại gây ra trên đầu
đọc bởi từ thông thay đổi trên đĩa, như một ổ đĩa cứng, nhưng thay vì có lợi thế của
hiệu ứng Kerr. Bởi vì các hiệu ứng Kerr, sự phân cực của ánh sáng sẽ thay đổi khi nó
được chiếu trên một khu vực của ổ đĩa đó được từ hóa. Chiếu một chùm ánh sáng phân
cực trên một bề mặt từ hóa gây ra sự phân cực của ánh sáng để thay đổi góc lệch tia
phản xạ (thường ít hơn 0.5o). Nếu từ hóa bị đảo ngược, sau đó các góc độ của sự thay

đổi trong sự phân cực (góc Kerr) cũng thay đổi. Sự thay đổi trong hướng từ hóa có thể
được xem như là những số 1 và 0, làm MO thuận tiện cho lưu trữ dữ liệu.
Hiệu ứng từ quang Kerr (Magneto optic Kerr effect - MOKE) là một hiệu ứng
quang từ mà ở đó ánh sáng phản xạ trên các bề mặt của từ hóa thì bị thay đổi cả về tính
chất phân cực cũng như độ phản xạ. Tên hiệu ứng này được đặt theo tên của nhà vật lý
người Scotland Rev. John Kerr, người đã phát hiện ra hiệu ứng này vào năm 1877.
MOKE là một hiệu ứng thuộc nhóm hiệu ứng Kerr.
Ánh sáng được phản xạ từ một bề mặt từ hố có thể thay đổi trong cả hai phân
cực và cường độ phản ánh. Hiệu ứng này tương tự như hiệu ứng Faraday: các hiệu ứng
Faraday mô tả những thay đổi ánh sáng truyền qua một vật liệu từ tính, trong khi hiệu
ứng Kerr mô tả thay đổi ánh sáng phản xạ từ một bề mặt từ tính.

Hình 1.

Một số hạt nhỏ của nam châm NdFeB và các vùng từ tính.

16


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Hiệu ứng từ quang Kerr có 3 kiểu: hiệu ứng từ quang Kerr đứng, hiệu ứng từ
quang Kerr dọc và hiệu ứng từ quang Kerr ngang.
Quá trình đọc dữ liệu của đĩa MO sử dụng hiệu ứng từ quang Kerr đứng, như
chúng ta cũng thấy thì khi vector từ hóa vng góc với bề mặt phản chiếu, và song
song với mặt phẳng tới, hiệu ứng được gọi là hiệu ứng Kerr đứng. Để đơn giản hóa
việc phân tích, gần tỷ lệ bình thường thường được sử dụng khi làm thí nghiệm trong
hiệu ứng Kerr đứng.

3 kiểu hiệu ứng Kerr.

Đĩa quang từ sử dụng hiệu ứng từ quang Kerr đứng thì vector từ hóa (E) của tia
phản xạ bị lệch đi một góc nhỏ (Өk)so với ban đầu phụ thuộc vào chiều của các hạt từ
tính (M) trên mặt phẳng đĩa MO. Q trình đọc đĩa MO trải qua nhiều giai đoạn và
phức tạp, nhưng quang trọng là giai đoạn sử dụng hiệu ứng Kerr này, vì dữ liệu mà
máy đọc được là gì thì phụ thuộc vào sự phân tích của hiệu ứng Kerr.

Góc lệch của tia phản xạ phân cực

17


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

So sánh các mơ hình được ghi trên đĩa

Một số hệ thống khác nhau được sử dụng trong một hệ thống sự biến thiên laser
bằng hồ sơ của các tín hiệu chuyển đổi các cấp tiến độ của laser bán dẫn điện theo
hướng mà từ trường chỉ được thêm vào trong một hướng. Khu vực, nơi mà ánh sáng
laser soi sáng sẽ được “1” và khu vực nơi mà ghi dữ liệu không được thực hiện sẽ là
“0”. Việc ghi dữ liệu sẽ trở thành khn mẫu khơng đối xứng. Ngồi việc này cịn có
một vấn đề với các hệ thống điều biến laser là dễ bị tổn thương do biến động trong ghi
dữ liệu điện.
Khi ghi dữ liệu điện dao động, các vị trí nơi mà được bắt đầu ghi sẽ khơng được
hoàn thành hoặc bị méo một cách dễ dàng. Độ dài của mơ hình sẽ dao động.

18


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Hình 2.

Cấu trúc điển hình của một đĩa MO.

Chú thích:
- Protective coating: lớp phủ ngồi bảo vệ
-

Dielectric layer: lớp chất điện mơi

-

Reflective aluminum layer: lớp nhôm phản quang

-

Magneto-Optical Film: màng quang từ

-

Substrate layer: lớp chất nền

-

Polycarbonate: chất nhựa polycarbonate

-

Laser beam: tia laser

Như có thể thấy, cấu trúc của MO có một số phần tương tự như CD-RW. Nhưng
thay vì thay đổi sự phản xạ của các cấu trúc khi nó được làm nóng, một ổ đĩa MO thay
đổi thơng lượng từ tính của một khu vực nhỏ của đĩa.

Tóm tắt q trình đọc dữ liệu trên đĩa quang từ: Ban đầu, tia laser đã
phân cực được phát ra từ nguồn phát laser đến thấu kính hội tụ (1) làm cho các tia ló đi
ra khỏi thấu kính song song với nhau, tiếp tục các tia laser đi tới thiết bị tách tia phân
cực (Polarizing Beam - Splitter) (2), thiết bị này có một tấm gương 1 chiều (part
mirror) vì vậy khi tia phân cực đi qua mặt sau của tấm gương này thì truyền thẳng rồi
19


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

tới tiếp một chiếc thấu kính hội tụ thứ hai (3), vì các tia tới là những tia song song nên
khi đi qia thấu kính thì sẽ hội tụ lại một điểm tại mặt phẳng của các hạt từ trên đĩa MO,
lúc này các tia laser sẽ nhận được tín hiệu trên đĩa MO bằng cách nhận biết các hạt từ
đó là hướng quay lên (bit 0) hay quay xuống (bit 1), tiếp theo các tia laser sẽ bị phản
chiếu ngược lại nhờ lớp quang trên đĩa, khi bị phản chiếu ngược lại thì các tia laser
phân cực đó sẽ bị lệch đi một góc nhỏ (khoảng 5°) nhờ hiệu ứng Kerr quang từ (Kerr
Effect) phụ thuộc vào các hạt từ mà hướng lệch góc của tia laser sẽ lệch về hướng nào,
máy tính sẽ đọc được tín hiệu như thế nào thì chủ yếu phụ thuộc vào quá trình này (lúc
này thì xem như các tia laser đã mang dữ liệu và chỉ cịn việc truyền dữ liệu chứa
thơng tin này tới máy tính), tiếp theo các tia laser bị phản chiếu lại đi qua lăng kính hội
tụ (3) mà chúng vừa đi qua, giống như lúc đầu thì những tia ló lại đi tới thiết bị tách tia
phân cực một lần nữa (2) và lần này thì các tia laser gặp tấm gương đặt lệch một góc
45° so với trục chính của chùm tia laser và thấu kính nên chúng phản xạ một góc 90°
so với tia tới, chùm tia này lại tiếp tục đi qua một thiết bị tách tia phân cực nữa (4):
một phần của tia phân cực đi xuyên qua tấm gương trong thiết bị này và đến một thấu

kính hội tụ (5) tiếp tục chùm tia này vào photodiode 1 (quang điot 1) là một thiết bị
chứa chất bán dẫn có nhiệm vụ biến đổi quang năng của ánh sáng tới thành các tín
hiệu điện, và lúc này thì dịng điện một chiều mà chùm tia laser truyền đến mang điện
tích âm (-); phần cịn lại của chùm tia phân cực bị tấm gương phản chiếu nên chúng đi
vng góc và giống q trình trước thì quang điot 2 phân tích tia sáng này thành điện
tích dương (+). Hai cực này kết hợp lại và truyền dữ liệu mang thơng tin tới máy tính.

Phần 4.

Ưu thế cơng nghệ và
những tiến bộ của đĩa
quang từ

4.1. Ưu thế công nghệ của đĩa quang từ
Hệ thống điều biến từ tính hưởng thụ một lợi thế nữa tức là nó kháng cự cao đối
với độ nghiêng đĩa. Khi đĩa nghiêng đi, ánh sáng tại chỗ bị méo. Với hệ thống điều tiết
laser việc ghi hình lại hình dạng của các mơ hình được xác định bởi ánh sáng tại chỗ.
Chúng có thể bị bóp méo. Tuy nhiên các hệ thống điều tiết laser sử dụng các chùm
laser để tăng nhiệt độ của lớp quang từ. Nó khơng xác định được hình dạng của các mơ
hình được ghi lại. Vì vậy, khi các đĩa nghiêng đi tại thời điểm ghi dữ liệu và các chùm
bị méo một ít tại chỗ có hiệu ứng.

20


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Nghiêng xun tâm.

Tuy nhiên nó có vẻ khó khăn để nhận thức được việc sản xuất của các đầu từ

tính. Những người thiết kế cần phải cần phải đề cập đến làm thế nào để giải quyết
được vấn đề này.
Sử dụng một thiết bị tiếp xúc trên đầu là một giải pháp đơn giản cho vấn đề này.
May mắn thay, phía sau mặt của các đĩa quang từ cần phải được phủ một lớp mỏng
bảo hộ để bảo vệ các lớp ghi dữ liệu từ môi trường. Và thêm, các lớp được kiểm sốt
để giảm ma sát. Vì vậy nếu viết trên đầu từ tính vẫn giữ khoảng cách với lớp này, nó sẽ
vẽ lại một lớp từ tính thích hợp. Độ chính sác rất cao, độ bền của các dữ liệu với chu kì
có thể đạt được khá lớn. Do đó, bằng cách sử dụng các hệ thống điều tiết đè lên các hệ
thống, các đặc tính sau được thu được:
-

Khả năng trực tiếp viết đè lên

-

Mật độ ghi dữ liệu cao (0.6 µm/pit) (1 đơn vị từ tích có kích thước 0.6 µm)

-

Thích hợp cho điều chỉnh hạt từ - mặt phẳng

-

Diện tích lề ghi dữ liệu rộng

-

Lề nghiêng giữa đĩa và đầu đọc rộng.
21

Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Các đĩa bao gồm một lớp sắt từ niêm phong các chất dưới một lớp từ mạ. khơng
bao giờ có vật can thiệp trong quá trình đọc hay ghi dữ liệu.

Đĩa quang từ.

Một chu kỳ địi hỏi phải cho laser để sóa các bề mặt, và chọn nam châm để ghi
các thông tin, và kết quả là phải mất rất nhiều thời gian để ghi và đọc dữ liệu. năm
1966, công nghệ ghi đè trực tiếp đã giới thiệu cho đĩa 90 mm, để tránh bị xóa thơng tin
ban đầu khi viết. điều này đòi hỏi thiết bị truyền tải thật đặc biệt.
Ổ đĩa quang theo mặc định sau khi kiểm tra các thơng tin ghi nó vào đĩa, và nó
có thể ngay lập tức báo cáo bất kỳ vấn đề nào để điều hành hệ thống. Điều này có
nghĩa là q trình ghi mất rất nhiều thời gian, lâu hơn 3 lần đọc nhưng nó có thể làm
cho các đĩa MO rất đáng tin cậy, không giống như đĩa CD-R hay DVD-R, công nghệ
mà các dữ liệu được ghi vào đĩa mà khơng có bất kỳ dữ liệu tích hợp đồng kiểm tra.
Bằng cách sử dụng như một đĩa mềm hơn bằng cách sử dụng một ổ đĩa CD-RW.
Tiến trình trong cơng nghệ quang từ được đẩy mạnh trong mùa xuân năm 1997
với sự ra mắt của Plasmon của DW260. Nó được sử dụng công nghệ biến điệu trực
tiếp ghi đè lên với cường độ nhẹ để đạt được một mức gia tăng có hiệu xuất cho đĩa
MO.

4.2. Những tiến bộ của đĩa quang từ
Tại cuộc hội thảo thương mại điện tử tiêu dùng trong tháng 1 năm 2004, Sony tiết
lộ đĩa Minidisc có khả năng lưu trữ 1GB được gọi như là “Hi-Disk”. Điều này làm
tăng 6 lần khả năng ghi đọc, thực hiện bằng cách sử dụng thủ thuật từ tính. Để ghi lại
tiêu chuẩn Minidisc những người viết sử dụng một laser hồng ngoại để sưởi ấm một
chỗ của sắt từ của tài liệu trên đĩa của nó ở trên điểm Curie, sau đó nó được từ hóa
bằng một đầu ghi. Khi một ánh sáng laser theo dõi, chuyển đổi các lớp, trong đó có

một điểm Curie thấp hơn so với lớp khác, làm giảm từ tính. Lớp dịch chuyển có “hàng
rào từ tính” xung quanh theo dõi, tạm thời khiến cho thiết bị đọc có thể đọc được một
kích cỡ. Tốc độ ghi của đĩa Hi-MD cũng có thể gấp đôi tốc độ của các Minidisc
22


Nhóm 11-KTPM3-K9-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

thường với các định dạng, đặc biệt là đưa ra đĩa không thể đọc được (hoặc ghi) không
phải là của Hi-MD ghi. Như với tất cả các phương tiện lưu trữ rời, giá rẻ của CD/DVD
và ổ đĩa flash, chúng đã thực hiện phần lớn dư thừa, đĩa quang từ đặc biệt là khi mới
đắt tiền và độ tin cậy cao, trong khi các văn bản làm chậm thời gian cũng là một yếu tố
tiêu cực.
Chắc chắn đĩa MO đầy hứa hẹn và nhanh chóng phát triển các thiết bị có thể giải
quyết các vấn đề đang nổi lên với số lượng thông tin lớn. Tuy nhiên, phát triển hơn
nữa của chúng phụ thuộc không chỉ vào công nghệ để ghi lại chúng, nhưng cũng tiến
bộ trong các phương tiện truyền thông khác. Và nếu không phát minh ra một cách hiệu
quả hơn dữ liệu lưu trữ, đĩa MO có thể chiếm một vai trị chủ đạo.

Phần 5.

Kết luận

Về bài làm thì sau khi nghiên cứu và tìm hiểu rất nhiều tài liệu trên mạng, trên
sách tham khảo và kiến thức của thầy truyền đạt thì chúng em đã hồn thành được
nhiệm vụ được giao đó là Nghiên cứu và tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo
nguyên lý quang từ, từ đây em đã biết cấu tạo, nguyên lý đọc ghi của đĩa quang từ và
ổ đọc đĩa quang từ và rất nhiều kiến thức liên quan.
Về kiến thức thì trong khi tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu rất nhiều
thứ trong cuộc sống kết hợp lại thì mới có thể hồn thành bài tập lớn này tuy chưa

được chi tiết và đầy đủ cho lắm, vì vậy trong khi nghiên cứu tìm hiểu thì em đã đúc kết
được rất nhiều kinh nghiệm và tri thức về mơn học cũng như cách làm một bài tập lớn,
vì đây là bài tập lớn đầu tiền mà chúng em phải làm nên nó cũng làm mốc cho những
bài tập lớn sau này vì vậy thầy đã đặt ra cho chúng em những yêu cầu tối thiểu để làm
một bài tập lớn – đây cũng là kinh nghiệm rất quý báu mà thầy đã truyền đạt cho
chúng em.

23