Оптическая запись, хранение и считывание информации

Устройства памяти

Элементы памяти на макроскопических структурных изменениях (нарушениях формы) носителя.

Магнитные элементы памяти

Электрические элементы памяти

Оптические элементы памяти

Амплитудная бистабильность в пассивном кольцевом оптическом резонаторе.

Применение оптической бистабильности (оптические элементы памяти)

Голографические элементы памяти

Оперативные запоминающие голографические устройства

Запоминающие устройства на одноквантовых джозефсоновских элементах памяти

Новые научные разработки устройств памяти

 

Устройства памяти

Устройства памяти-устройства для записи, хранения и воспроизведения информации.

Носитель информации – физический сигнал или среда. Сама информация – задается параметрами сигнала или параметры состояния среды.

Процесс записи информации - воздействие сигнала на носитель, изменяющее состояние этого носителя.

Считывание информации – изменение параметров считывающего сигнала или его генерация под действием носителя.

Физические способы записи, хранения и считывания информации могут быть, электрическими, магнитными, оптическими, акустическими и др.

Элемент памяти (ЭП) – наименьший участок среды носителя информации позволяющий хранить единицу информации.

Бистабильный элемент информации может принимать и хранить два стабильных состояния.

Число бит информации n, которые может хранить q - стабильный элемент, определятся как

В вычислительной технике информация хранится блоками по n бит называемых словами или ячейками памяти.

При n=8 слово содержит 8 бит =1 байт.

Характеристики устройств памяти:

-Время записи (считывания) информации определяется временем переключения элемента памяти из одного устойчивого состояния в другое.

-Характерное время хранения информации определяется физическими принципами её хранения.

Плотность размещения информации измеряется, как отношение числа бит сохраняемых носителем к его площади или объему (для объемных носителей).

Информационная емкость устройства памяти определяется произведением полного числа ЭП на число бит в ЭП.

 

Элементы памяти на макроскопических структурных изменениях (нарушениях формы) носителя.

Запись и хранение информации осуществляется нарушением поверхности или рельефа носителя, механической перфорацией носителя. Считывание механическим. Электромеханическим или оптическим методами. Пример: оптические диски. Запись –лазерным пучком прожиганием отверстий в непрозрачной подложке. Считывание информации – лазерным пучком меньшей интенсивности. Из-за различия коэффициента отражения ЭП подвергнутых действию лазерного облучения и не подвергнутых. Каждый элемент памяти имеет два стабильных состояния и позволяет хранить 1 бит информации. на стандартном оптическом диске диаметром 30,5 см храниться . Время записи (считывания) информации для оптического диска составляет от100 до 500 мс. Плотность записи , высокая светочувствительность .

Запись осуществляется маломощными полупроводниковыми лазерами 5-10 мВт. Сравнительно простая технология, низкая стоимость носителей и процессов записи. Запись одного бита информации в тысячу раз дешевле, чем магнитная запись на лентах и дисках, надежность в эксплуатации решающие факторы их широкого практического применения.

Магнитные элементы памяти

Принцип действия основан на сохранении намагниченности носителя после выключения внешнего магнитного поля. Различают магнитные ЭП на ферритовых кольцах и магнитных лентах. Другими типом являются ЭП на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). В нем перемещение ЦМД осуществляется по направлению от головки записи к головке чтения при приложении внешнего продольного поля. Поле создается коммутацией тока системой проводников в подложке.

Минимальный размер магнитных ЭП составляет 5 мкм для дисков и1 мкм для ЦМД. Плотность записи информации для магнитной ленты 600 бит /мм, для магнитного диска для устройства на ЦМД .

Характерное время сохранения информации от нескольких лет до десятков лет. Время записи (считывания) для магнитной ленты , для магнитных дисков , для устройств памяти на ЦМД .

Достоинствами магнитных устройств памяти являются энергонезависимость (сохранение информации при отключении питания), и высокая радиационная стойкость.

Недостатки: потеря информации в сильных магнитных полях и высоких температурах.

Электрические элементы памяти

В основе работы лежат различные эффекты перераспределения в ЭП тока, заряда, или напряжения. Наиболее распространенными являются полупроводниковые устройства пямяти. Рассмотрим постоянные запоминающие устройства ПЗУ. В них информации я записывается на этапе изготовления устройства пямяти путем наличия или отсутствия перемычки в виде цепи истока полевого транзистора. Современные ПЗУ емкостью 1 Мбит состоят из ЭП площадью и временем переключения

Динамика увеличения плотности хранения информации для полупроводниковых устройств памяти приведена на рис. 1

 

 

Рис. 1 Увеличение плотности хранения информации для полупроводниковых устройств памяти в зависимости от времени.

 

Сравнение предельных характеристик устройств памяти приведено на рис2.

 

 

 

Рис2 Предельные характеристики различных устройств памяти. Нейрон мозга имеет время переключения , мощность/бит (Вт)= , энергию переключения 1пДж.