Записът на информация е едно от основните приложения на компютрите в наши дни. Но запомнящите устройства отдавна не намират приложение само в компютърната техника, те са част от битовата електроника и цифровата фотография и почти всички други съвременни устройства. Изискванията към тях се увеличават постоянно. За да се покрият нуждите на информационните технологии изследователите са в постоянно търсене на материали които да позволяват по-голям обем съхранява информация и по евтино производство.

3. Тенденции в развитието на HDD технологиите

През последните няколко дни водещите компании в областта на дисковите технологии обявиха интересни нови продукти и разработки, които безспорно ще повлияят на пазара на твърди дискове в близко бъдеще.

Японската Toshiba е една от първите фирми, произвели 1.8-инчови мобилни хард дискове(фигура 1)[?]. Нещо повече, компанията вече ги използва в някои от собствените си продукти – например в МР3 плеъра си Gigabyte. Сега Toshiba възнамерява двукратно да увеличи производството на тези дискове. В момента фирмата доставя по 300 000 броя от миниатюрните дискове месечно. От март 2004 г. тази цифра трябва да се удвои.

Фигура 1

Японската компания обаче не може сама да осигури производството на 1.8-инчовите твърди дискове в такива обеми. Затова Toshiba ще прибегне до помощта на някои свои дългогодишни партньори. Един от тях е Matsushita Kotobuki Electronics, която е подразделение на Matsushita Electronic Industrial. Споразумението между двете фирми е подписано още през януари. Възможно е и други фирми да поемат част от производството. Разбира се, цялата продукция ще бъде с марката Toshiba. Неотдавна японската компания отчете тримилионния си 1.8-инчов диск, който е доставила след началото на производството им през 2000 г. След като удвои тяхното производство, Toshiba разчита, че пазарът на тези устройства (според прогнозите на аналитиците) ще достигне 25 млн. броя през 2006 г. Досега Toshiba държеше практически 100% от този пазар, но отскоро има конкуренция – китайската GS Magicdrive.

Производителите на хард дискове винаги са се стремили към постигане на минимална себестойност на продукцията си в условията на жестока конкуренция на този пазар. Фирмите Agere Systems (бивше подразделение на Lucent Technologies) и Maxtor Corporation съобщиха[?,?], че със съвместни усилия са разработили нова микросхема, която позволява количеството на чиповете, използвани на платките на твърдите дискове, да бъде сведено до абсолютния минимум. Това означава, че освен кеш-паметта, на платката ще присъства още само един чип.

Разработката е част от семейството “серийни” продукти на Agere, които поддържат интерфейсите Serial ATA, Serial Attached SCSI (SAS) и Fiber Channel. Това са решения от типа “System on a Chip” (SoC) и обединяват в себе си Serial ATA I интерфейс с максимална пропускателна способност 1.5 Gbit/s, високопроизводителен канал за четене, микропроцесор, контролер на двигателя на хард диска и дори памет (флаш-памет за съхраняване на фърмуера).

Очаква се новите продукти да бъдат използвани в следващите поколения твърди дискове на Maxtor – MaXLine и DiamondMax SATA. Засега не е ясно точно кога ще видим новите, по-интегрирани и по-евтини хард дискове.

Интересна новина дойде и от основополагащата компания Adaptec. Тя пусна пресинформация, в която съобщава, че е достигнала паспортна скорост от 3 гигабита в секунда при тестовете на собствените си микросхеми Serial Attached SCSI от първо поколение. В лабораториите на Adaptec са достигнати и 5 Gbit/s момента скорост на трансфер. Това доказва готовността на фирмата в близко бъдеще да премине към интерфейс SAS от второ поколение, който трябва да осигурява скорост от 6 Gbit/s. Архитектурата на въпросните микросхеми на Adaptec е разчетена за едно поколение напред и освен това поддържа фирмената технология за защита на данните Host RAID.

Компанията се надява нейните продукти да са първите серийни контролери за SAS на пазара, макар все още да не съобщава конкретни срокове за официалната им поява.
IBM пък ще предлага нова система за защита на мобилните хард дискове
Една от най-незащитените части в преносимите компютри е твърдият диск, чиято механика е много чувствителна на сътресения и вибрации. Дефектирането на този модул винаги е свързано с неприятна загуба на важни данни.

За да защити хард дисковете на преносимите компютри от повреда в случай на падане или рязко преместване по време на работа, компанията IBM е разработила нова система за защита с название Active Protection System (APS). При нея специален датчик “следи” резките изменения в положението на корпуса и в случай на необходимост бързо “паркира” главите на хард дисковото устройство в безопасната област. Връщането им в работно положение става едва когато системата е отново в покой.

Според IBM използването на такова несложно решение ще е много ефективно и ще осигури надеждна защита на хард диска дори в случай на падане на ноутбука. Това обаче не значи, че може да се злоупотребява.

Първоначално технологията APS ще бъде вграждана в преносимите компютри от серията ThinkPad R50 с процесори Pentium M, Pentium 4 или Mobile Celeron, както и в ThinkPad T41 с Pentium M. Цената на двата модела е съответно 1529$ и 1649$. [18]

4. Оптични дискове

DVD стандартcj е достъпен на масовия пазар от 1997 година. От тогава и до днес се разработват нови стандарти с по голям капацитет на съхраняваната информация. Очаква се да бъдат анонсирани през 2006 година.

Нуждата от по-голям обем е породена от необходимостта да се покрият изискванията на HDTV телевизионния стандарт в САЩ и Япония. В сравнение с NTSC телевизионния стандарт DVD дисковете предлагат по-добро изображение. HDTV предлага много по-висока разделителна способност, до 1080 реда по 1920 пиксела на всеки ред. Капацитетът на DVD дисковете се явява недостатъчен за запис на видео със такава резолюция.

Разработват се 2 нови стандарта: Blue-ray и HD-DVD, и двата използват син лазер за четене и запис на информацията, но като изключим това са разработени по абсолютно различен дизайн.

4.1. Blue-ray Disc

Стандарта Blue-Ray се разработва от „Blue-ray founders group” които се състоят от компаниите Hitachi, LG, Matsushita, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson, Mitsubishi се присъедини към групата през 2003 година, Dell на скоро обявиха своята подкрепа.

Фигура 2

Blue-ray дисковете предлагат обем на съхраняваната информация до 27 гигабайта за слой. Това се постига чрез използването на лазер с дължина на вълната 405 нанометра. Този лазер е в синия спектър. При изработването на дисковете е намален покриващия слой от 0,6 мм както е при DVD на 0,1мм. Това обаче води до сериозни проблеми при процеса на производство. Възниква нужда от внедряване на нови технологии и разпространението им.

Компанията Sony започна производството за Blue-ray записващо устройство, което е специално насочено към Японския пазар за записване на HD видео от Японските HDTV сателитни телевизионни предавания. Направени са също и 23 гигабайтови еднослойни дискове. Разпространението на Blue-ray продуктите най-вероятно няма да започне в щатите преди 2006 година, а в Европа продажбите ще започнат по-късно.

Предишна версия наречена BD-ROM също е в процес на разработка, но все още не е ясно дали ще предлага пълен капацитет от 27 гигабайта. Предварително записаните дискове трябва да бъдат налични на някои пазари от 2006 година, но това зависи изцяло от одобрението на Холивудските студия.

4.2. HD DVD Disc

Алтернативен вариант е разработен от Toshiba и NEC и е одобрен от DVD форума. Оригиналното име на разработката е AOD(Advanced Optical Disk).

В момента се разработват 3 версии на този вариант:

HD DVD-ROM дисковете са презаписани и предлагат по 15 гигабайта за всяка страна на всеки слой. Те могат да бъдат използвани за разпространението на филми записани съобразно HD стандарта.

HD DVD-RW дисковете са презаписваеми и могат да бъдат използвани за запис и презапис на 20 гигабайта за всяка страна.

HD DVD-R дисковете са предназначени за еднократен запис със обем на съхраняваната информация 15 гигабайта за всяка страна.

Също както Blue-ray HD DVD се нуждае от син лазер с дължина на вълната 405nm. DH DVD исковете са сходни по физически параметри с DVD, тай като и HD DVD има покриващ слой с дебелина 0,6mm. Поради тази причина HD DVD дисковете могат да бъдат произвеждани в настоящите поточни линии за DVD и с помощта на съществуващото UV оборудване.

4.3. Сравнение на техническите характеристики на Blue-ray и HD DVD

Таблицата поместена долу дава сравнение между двата нови стандарта и DVD. Все още не е ясно кои формат ще спечели надпреварата. За момента изглежда че Blue-ray има най-сериозна поддръжка, но HD DVD създава много по-малко проблеми при производството на дискове за презапис. HD DVD може да бъде внедрен и произвеждан със настоящото оборудване за DVD дискове, докато Blue-ray изисква въвеждане на ново оборудване и нови процеси на производство Следната таблица обобщава разликите между предварително записаните DVD, HD DVD-ROM и BD-ROM формати:

Параметри	DVD	HD-DVD	BD
Капацитет за слой (GB)	4,7	15	25
Дебелина на диска (mm)	0,6+0,6	0,6+0,6	1,1+0,1
Дължина на вълната на лазера	650	405	405
Цифрова апаратура	0,60	0,65	0,85
Касетка	Не	Не	?
Необходимост от контрол на наклона	Не	Да	?
Възможност за четене на DVD	Да	Да	Да (усложнено)

(1)(2)(3)

5. Flash памети

Търсенето на масов продукт за пренос на данни, удобен за употреба и много надежден доведе до появата на една много удачна комбинация – флаш памет с USB интерфейс. В предвид това, че всички нови машини вече са снабдени с USB порт, а софтуерната поддръжка е на ниво, няма пречки за масовата им употреба. Избор на капацитет до 2GB, постоянно падащи цени, много висока сигурност на данните и лесна експлоатация – налице са всички предпоставки за превръщането му в нов пазарен хит. Не напразно все повече фирми започват да включват подобни продукти в производствената си листа.

Общи характеристики на флаш паметта:

малки размери и тегло
удъроустойчиви (водоустойчиви)
безшумна работа
отсъствие на движещи се части
ниска консумация
дълго съхранение на данните
около милион цикъла на запис
не изискват драйвери под Windows ME, XP, 2000
относително висока скорост на пренос на информацията

На нашия пазар устройствата се предлагат масово, но търсенето още не е голямо. Причината може би е в относително високите все още цени или в недостатъчната популярност на продукта като цяло. Хора, които рядко прехвърлят малки обеми информация, или го правят чрез Интернет няма да оценят преимуществото, което получават. Но тези, които наистина се нуждаят от него, са във възторг от удобството, което предлага. Пазарът на флаш продукти в момента се счита за много перспективен. Започват да го предлагат и фирми, нямащи нищо общо с бизнеса с памет ,като някои от тях не произвеждат, а поръчват готова продукция със собствен дизайн или лого. Конструкцията на USB флаш паметта е много проста – в корпуса е затворена малка платка с залепени на нея контролер и един или повече чипове флаш памет. Всички модели са снабдени със светодиод за индикация на режима, а повечето имат и дискретен ключ за разрешаване или забрана на записа.

Въпреки, че устройството им не е сложно и не поставя особени изисквания към производството, качеството варира при различните производители поради различните компоненти които използват. Производителите на USB контролери само в Тайван в момента са 7, а и изборът на флаш чипове е много голям. Случва се с цел смъкване на цената някои производители да използват и “second grade” компоненти, които могат да създадат сериозни проблеми на ползващите ги.

Сравнение на основните типове флаш карти

	Compact Flash (+)	Smart Media	Multi Media Card	Secure Digital
Капацитет	32MB до 6GB	32MB до128MB	32MB до 1GB	32MB до512MB
Размери (mm)	36.4 x 42.8 x 3.3	45 x 37 x 0.8	32 x 24 x 1.4	32 x 24 x 2.1

(11)(12)(10)(15)

6. Нано-технологии

фигура 3

В съвременните информационни технологии една от основните цели е да се съхранява голям обем цифрова информация на носител с малки размери. Въпреки че съществуват различни видове носители: CD, MО и др. , не може да се очаква драстично увеличение на в техния обем поради основни ограничения като дължина на вълната на лазерите. Дори за запомнящите устройства използващи силициеви полупроводникови материали съществуват тези ограничения тай като те се произвеждат с помощта на литографски методи при които се използва светлина. Поради тези причини трябва да търсим нови материали и новаторски методи за четене и запис. Установено е, че молекулите сдържат много информация в пространствения си строеж и електрическите си характеристики Сред тях, електрическия дипол би могъл да е едно възможно решение, ако посоката на диполите се контролира на наноскопично ниво. Въпреки че фероелектричните органични нишки придобиват голяма популярност през последните няколко години, поради технологичното си приложение в пиезо и пиро електрични устройства, те не са използвани за формиране на памети на нано-ниво, поради липсата на метод за манипулация ориентацията на диполите. Друг възможен вариант за съхранение на информация на нанониво е използването на нанотръби. Учени от изследователските центрове на IBM в Цюрих, Осака в Японския нано-изследователски институт са успели да използват многостенни въглеродни нанотръби за да постигнат по ефективни устройства за съхранение на информация.

Въглеродните нанотръби представляват слоеве от въглеродни атоми обвити един във друг. Многостенните нанотръби от последователно навързани малки тръби. Една единствена нанотръба може да бъде по-малка от нанометър в диаметър. Необходими са само10 водородни атома за да се изплете нанорешетка.

Изследователите вече са доказали че е по-удобно да се използва многостенна въглеродна нанотръба от колкото силициева за запис на информация върху полимерна нишка. Цифровата информация е записана с помощта на загряване на полимера с цел да се получат наръбвания които представляват единици и празни места които представляват нули.

Фигура 4

Изследователите представиха технология която е стъпка напред. Демонстрацията показва как нанотръба може да бъде използвана за съхраняването на повече от 250 GB – капацитетна на 6,6 DVD-та за квадратен инч. Установено е ,че термалния трансфер се осъществява по-лесно между нанотръби и полимерната повърхност, отколкото силиций и полимер. Това води до понижаване на енергийните разходи в сравнение с конвенционалните запомнящи устройства

Очаква се да минат поне пет години преди въглеродните нанотръби да намерят приложение в устройства за масовия пазар.

1. Holostore Technology

Наименованието Holostore е съкращение от “Holographic Storage”.Холографската технология постига необходимия голям капацитет на съхранявана информация комбиниран с много бързо време за достъп. Тази възможност се дължи на факта, холографската картина, холограма записва голям блок от информация само с една операция. И обратно, процесът на четене на холограмата става едновременно за целия блок.

1.1. Защо Holostore technology

Изследователите са установили, че холографска информация в която има хиляди блокове от информация всеки от които съдържа милиони битове може да бъде събрана в обект с размерите на захарна бучка, което прави около 10GB за кубичен сантиметър. Тази картина е впечатляваща в сравнение с днешните запомнящи устройства С такава плътност на запис, оптичен носител с размерите на тесте карти би могъл да съдържа терабайт информация. Тъй като такава система не би имала движещи части и пакетите с информация дават възможност за паралелен запис и четене, изчислено е че през такава система може да има трансфер на информация със скорост 1Gbps и дори по-висок. При холографски запис, по-голямата дължина а взаимодействие капацитета на запис. Тези предимства са само допълнение към възможността да се синтезира много по-голяма активна площ от колкото при настоящите материали.

1.2. Как работи Holostore Technology

Записът на информация става под формата на триизмерни обекти, по такъв начин че след това да могат да бъдат разчетени. Холографската памет използва лазери за запис и за четене на информацията които осветяват фото чувствителен материал.Устройството първо разделя синия аргонов лазерен лъч на две. Лъчът който носи информацията се разширява и осветява SLM(spatial light modulator) модула.SLM представлява LCD панел, който показва страница сурова бинарна информация, под формата на масив от прозрачни или черни пиксели. За да се прочете записаната информация се използва втория от двата лъча. Всяка страница от холограмата е записана по отделно. За да се запише на холограмата, информацията бива преобразувана от електрична във оптична с помощта “composer”. Контролерът генерира адреса за достъп до желаната страница. В резултат на това част от носителя бива подложен на осветляване Оптичният изходен сигнал бива засечен от дефлектор. Използвайки този механизъм за отразяване двата лъча си взаимодействат. Основните компоненти на холографска система за съхранение на информация са показани на Error! Reference source not found..

фигура 5

1.3. Материали за холографско съхранение на информация

Въпреки изминалите няколко десетилетия в търсене на подходящ материал за холографски запис, най-разпространения избора за такива системи си остават железните и литиевите сплави. Въпреки множеството недостатъци като лесно изхабяване на материала и ниска чувствителност това си остава единствения материал който покрива изискванията за работа.

В момента технологията е в процес на разработка в университета Кеймбридж. Очаква се през 2005 година да бъдат представени първите работещи прототипи с обем 500GB и 1TB. Скоростта на трансфер ще е около 1 Gbit/s.(17)

2. Молекулярна памет

С напредъка в молекулярната електроника стана възможно да се направи прототип на памет, която използва молекули за да съхранява числа и битове. Молекулата която е използвана за провеждане на серия експерименти се нарича bacteriorhodopsin. Нейния поротоцикъл, последователността от структурни промени и молекулни промени при реакция със светлина я правят идеален материал за съхранение на информация.

фигура 6

2.1. Принцип на работа на молекулярната памет

Принципът на работа на този вид памет е показан на фигура 6. За да бъде записана информация трябва първо жълтия лазер да се включи за да постави молекулите във състояние 0. Пространствено светлинния модулатор (SLM), който е LCD масив, разрязва лазерния лъч на 2 с цел да той да отдели равнина от материала за запис. Получената енергизирана равнина образува една „страница” за заспи и може да съдържа 4096 байта. Преди протеина да бъде върнат във свето нормално състояние втория лазер който може да се ползва и за запис и за четене бива включен. Друг SML записва подадената бинарна информация. Молекулите на тези места преминават във своето Q състояние и отговарят на бинарни единици. Останалата част от страницата се връща във нормалното си състояние и се приема за 0.

За да се прочете записаната информацията лазерът за страниците бива включен отново. Той намира определения участък в материала и го отделя като страница. Нулите във страницата преминават във своето енергийно състояние. Това е необходимо за по-нататъшното разчитане на информацията. 2 милисекунди по-късно материала е подложен на лъчение с червена светлина. Молекулите които представляват нули поглъщат червената светлина. Получената картина бива преобразувана обратно във цифрова информация с помощта на CID масив. За да бъде изтрита информация синия лазер минава през молекулите които се намират със Q състояние и ги обща обратно във нормалното им състояние.

Четенето на информацията става паралелно.Времето за промяна на състоянието на молекулите е няколко милисекунди. Комбинираната стъпка за запис и четене на информация отнема 10 милисекунди. Тази разработка на молекулярна памет не се характеризира с голяма скорост на трансфер на данните, но основното и преимущество е големия капацитет на съхранявана информация и ниската цена на материала за производство на носителите. (17)