Перспективы развития устройств хранения информации

Важными направлениями научных исследований в этой области является изучение эффектов, влияющих на сверхплотную запись информации, таких, как теп­ловые ограничения, так называемые магнитные вре­менные эффекты и флуктуации различного характера. Однако проблема заключается не только в том, ка­кую среду использовать для записи информации, но и каким образом эту информацию записать и считать с данного носителя. Например, если для записи и считы­вания информации непосредственно использовать луч лазера, то размер одного бита информации не может быть существенно меньше половины длины волны. Цифровые видеодиски уже используют красный лазер сλ ≈ 630—635 нм, недалекая перспектива в этой облас­ти — широкое использование голубого полупроводни­кового GaN-лазера с длиной волны 410—415 нм.

Учеными разрабатываются несколько оптических методов записи и хранения информации. К наиболее известному из них можно отнести так называемую DVD-технологию, которая уже частично пришла на смену обычным CD. Использование DVD-носителей позволяет выпускать, например, двухчасовые видео­фильмы, записанные на одном диске.

Большое внимание исследователей привлекает оп­тическая память ближнего поля. Оптика ближнего по­ля использует тот факт, что свет может проходить сквозь отверстия гораздо меньшего размера, чем длина волны λ. Однако свет при этом может распространять­ся на очень короткую дистанцию — так называемую об­ласть ближнего поля. Ученые предлагают реализовать данную схему путем, например, перфорирования от­верстия диаметром около 250 нм на покрытом метал­лом конце лазерного диода. Технология же самой запи­си заключается в использовании летающей на малой высоте от подложки оптической головки, содержащей записывающее кольцо для магнитной записи и два оптических элемента. Одним из этих элементов является твердая иммерсионная линза. Линза используется для фокусировки лазерного луча в пятно ультрамалого раз­мера, которое затем проецируется на поверхность дис­ка. По некоторым оценкам, уменьшение размера от­верстия на лазере до 30 нм может позволить достичь плотности записи более чем 80 Гбит/см².

Активно разрабатываются устройства, позволяю­щие проводить запись и считывание информации в объеме материала, то есть осуществлять трехмерное хранение информации. Использование трехмерной (3.0-память) оптической памяти позволит записывать до 10¹² бит на 1 см³. Место бита в объеме материала мо­жет быть определено с помощью простых пространст­венных, спектральных или временных координат. Так, например, при голографической записи, концепция которой возникла еще в 1960-х годах, информация хра­нится в толще среды как «страницы» электронных изо­бражений.

Если упомянутые нами выше DVD имеют на каж­дой стороне лишь по два слоя записи информации, то развиваемая сейчас двухфотонная технология запи­си позволяет использовать по нескольку сот слоев на каждой стороне диска (созданные прототипы имеют 100 слоев при толщине 8 мм). При этом методе записи атом или молекула могут перейти из одного энергети­ческого состояния в другое только при одновременной абсорбции двух фотонов. Использование двух лазерных лучей позволяет легко варьировать месторасположение бита информа­ции в толще материала. Индуцированные изменения при этом могут быть зафиксированы как изменения абсорбции, флуоресценции, отражательной способно­сти или электрических свойств материала в точке рас­положения бита. Такая технология позволит сохранять до 100 Гбайт информации на одном диске того же, что и CD и DVD, размера. Одной из перспективных сред, которая может, например, абсорбировать или флуо­ресцировать при записи битов, является материал spirobenzopyran. Однако при комнатной температуре записанная в нем информация может храниться не бо­лее 20 часов. Неограниченно долго данный материал может сохранять информацию только при температуре -32°С, то есть при температуре сухого льда. Исследует­ся также возможность использования для двухфотонной записи фотохромного протеина bacteriorhodopsin и нитронафтиальдегида (rhodamine В).

Ведутся также исследования новых возможностей трехмерной записи информации, делающих ее в неко­тором смысле четырехмерной. При этом способе запи­си предлагается помимо обычной использовать также такую информацию о каждой точке записи, как длина волны, время или молекулярная структура (например, записывать информацию в одной и той же точке прост­ранства на разных длинах волн). Таким образом, мож­но будет записывать до 100 бит информации в одной точке пространства микронного размера.

Однако чисто оптические методы записи, в кото­рых среда для записи расположена на за­метном расстоянии от лазера, имеют одно важное огра­ничение — минимальный размер бита записываемой информации ограничен величиной λ/2. Это обуслов­лено дифракционными ограничениями. Даже при ис­пользовании голубого твердотельного лазера линей­ный размер одного бита информации может быть лишь около 215 нм. Хотя принципиальных ограничений на создание твердотельных лазеров с длиной волны менее 400 нм нет, но трудности создания хорошо управляе­мых компактных лазеров заметно возрастают при даль­нейшем уменьшении длины волны. Таким образом, следует ожидать, что в случае даже полного развития трехмерной памяти и при использовании голубого ла­зера чисто оптические методы позволят записывать в одном кубическом сантиметре не более 10'⁴—10¹⁵ бит информации. Для достижения в компьютерах плотнос­ти записи 10'⁴/см³ понадобится не менее 15—20 лет.

В настоящее время разрабатываются и другие виды оптической памяти, использующей, например, в каче­стве носителя информации уже отдельные молекулы или предлагающие перейти к многоуровневой логике вместо общепринятой сейчас бинарной.

Обещающим кажется и использование термомеха­нических процессов для считывания и записи инфор­мации на тонких полимерных органических пленках. Ученые компании IBM предлагают использовать для этого так называемый millipede — тысячи кантилеверов (чувствительных элементов), закрепленных на одной кремневой похтожке, причем каждый из кантилеверов может записывать и считывать информацию на/с по­лимерной среды.

Однако в отличие от разработок технологии маг­нитной памяти доведение данных работ до промыш­ленного прототипа требует огромных финансовых за­трат. В то же время проведенные к настоящему времени исследования магнитного метода записи уже сейчас позволяют увеличивать плотности записи в два раза за один год. Дальнейшее развитие магнитной памяти не требует чрезмерно больших затрат. Цена одного мега­байта магнитной информации уже сейчас снизилась приблизительно в 500 раз от начальной его цены и не превышает нескольких десятых цента. Таким образом, можно предположить, что в ближайшие 7—10 лет маг­нитные материалы будут оставаться наиболее исполь­зуемой средой для записи информации (по крайней мере для жестких дисков компьютеров) и в ближайшем будущем будут успешно конкурировать с чисто оптиче­скими и другими методами[11].

Заключение

Подведем итоги изученному в курсовой работе.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. Важной характеристикой внешней памяти служит ее объем. Объем внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее важными характеристиками внешней памяти являются время доступа к информации и скорость обмена информацией. Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации типа доступа к ней.

Скорость обмена информацией зависит от скорости ее считывания или записи на носитель, что определяется, в свою очередь, скоростью вращения или перемещения этого носителя в устройстве.

Устройства внешней памяти - это, прежде всего, магнитные устройства для хранения информации. По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.

Раньше в вычислительной технике к внешним устройствам (ВЗУ) относили устройства хранения дискретной информации, главным образом, на магнитных лентах, барабанах, дисках.

Уже совсем скоро на рынке устройств хранения информации появится новинка - это будет устройство для накопления информации на специальных дисках наподобие CD. Они будут поддерживать стандарт DVD и иметь емкость 4.72 Гбайт, причем на них можно будет и записывать информацию и естественно считывать не один раз. Эта разработка совершит переворот в теории хранения и накопления информации. Это время уже совсем близко.

Научно обоснованные прогнозы утверждают, что совершенствование электронной техники и применение новых высокоэффективных накопительных сред в сочетании с широким использованием методов бионики при решении проблем, связанных с синтезом запоминающих устройств, позволят создавать запоминающие устройства, близкие по параметрам памяти человека.

Список использованной литературы

1. Альянах И. Н. Внешние запоминающие устройства. М, 1991.

2. Батыгов М., Денисов О. Накопители на жестких магнитных дисках. М., 2001.

3. Гиляровский Р.С. Основы информатики. – М.: Экзамен, 2003.

4. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. – СПб: Питер, 2001.

5. Извозчиков В.А. Информатика в понятиях и терминах. - М.: Просвещение, 1997.

6. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой. М., 2002.

7. Козырев А.А. Информатика. – М.: Издательство Михайлова, 2003.

8. Лебедев О. Н. Микросхемы памяти и их применение. М., 1990.

9. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия ПК. – М.: Проспект, 2003.

10. Основы современных технологий / Под ред. Хоманенко А.Д. Гофмана В.Э. Мальцевой П.Б. М., 1998.

11. Острейковский В.А. Информатика. – М.: Высшая школа, 2005.

12. Современные информационные технологии и сети. Юнита 2. – М.: Современный гуманитарный университет, 2001.

13. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. — М.: БИНОМ, 2001.

14. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М., 2003.

15. Бирюков В. Прибавь обороты // Компьютера.- 2004. - №5.

16. Симонов С. Семь тысяч двести // Компьютера. – 1999. - №32.

17. Тишин А.М. Память современных компьютеров. – М.: Московский государственный университет им. Ломоносова, 2001.

Приложение 1

Виды памяти

Приложение 2