TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN 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 18 Lớp: Tin 3 – K 13
Người thực hiện: Hồ Văn Quyết
Giáo viên hướng dẫn: Th.s Vương Quốc Dũng
Hà nội, ngày 23 tháng 06 năm 2012
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính

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.
Lời nói đầu
Sau một học kỳ được tiếp thu và tích lũy những kiến thức về môn học Kiến trúc
máy tính do giảng viên Th.s Vương Quốc Dũng truyền dạy thì em đã có khá đầy đủ
những kiến thức cần thiết để tiếp cận gần hơn với các thiết bị, linh kiện, bảng mạch và
biết thiết kế những hệ thống nhớ, chip nhớ và hầu hết những gì mà một thiết bị máy vi
tính có. Và bài viết dưới đây là thành quả của em sau một học kỳ, đó là một thiết bị
ngoại vi của máy vi tính, thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang từ - Đĩa quang
từ.

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 không 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 không còn 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 không 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
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
3
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
vệ thường là hộp kim nhôm 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 còn có các đầu từ, mô 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 không 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

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 không 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.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
5
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
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 không 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.
Hình 2. 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 đoán 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

Tuy nhiên, việc ghi đĩa quang mất nhiều thời gian và khó khăn vì vậy không 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.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
8
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Ví dụ một thiết bị có thể ghi lại các thông tin trên đĩa quang học trực tiếp cho các
máy trạm, nhưng việc viết lại các thông tin đó vẫn còn 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.

Hình 4. 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

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.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
11
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
3.1. Nguyên 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 thông tin được ghi bởi các chùm tia laser và từ trường nam châm tác
động vào các hạt từ tính.
Trong quá 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 quá trình tẩy xoá từ trường có cùng một phân cực, tương ứng với một số 0 nhị
phân. Các chùm tia laser làm nóng toàn 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 không thay đổi.
Trong quá 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 không 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

- Projective Layer: lớp bảo vệ.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
13
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
- Magnetic Layer: lớp từ.
- 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 (hình 13), 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 môi 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 không bị sửa đổi hoặc xóa đi
bởi các lực từ thường xuyên tiếp xúc.
Hình 10. Chu trình ghi (Write Cylce) và chu trình đọc (Read
Cycle).
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
14
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 11. Sơ đồ ghi trong MO.
Tóm tắt quá 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 không được tia
laser chiếu đến thì sẽ thể hiện số 0.

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
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
16
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
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 0.5
o
). 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 hoá 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 13. Một số hạt nhỏ của nam châm NdFeB và các vùng từ tính.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13

Khi ghi dữ liệu điện dao động, các vị trí nơi mà được bắt đầu ghi sẽ không được
hoàn thành hoặc bị méo một cách dễ dàng. Độ dài của mô hình sẽ dao động.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
19
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 17. Cấu trúc điển hình của một đĩa MO.
Chú thích:
- Protective coating: lớp phủ ngoài bảo vệ
- Dielectric layer: lớp chất điện môi
- 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 (hình
17). Nhưng thay vì thay đổi sự phản xạ của các cấu trúc khi nó được làm nóng, một ổ
đĩa MO thay đổi thông lượng từ tính của một khu vực nhỏ của đĩa.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
20
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 18. Đầu đọc laser và từ tính.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
21
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 19. Mô tả rõ hơn hình 16
● Chú thích:
- Collimator: lăng kính hội tụ
- Incident Polarization: tia tới phân cực
- Polarizing Beam - Splitter: thiết bị tách tia phân cực
- Subjec Layer: lớp chất nền

tích dương (+). Hai cực này kết hợp lại và truyền dữ liệu mang thông tin tới máy tính.
Phần 4. Ưu thế công 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 mô 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 không xác định được hình dạng của các
mô 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.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
23
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 20. Sự chịu đựng góc nghiêng tiếp tuyến.
Hình 18 cho thấy kết quả của một cuộc thử nghiệm. Biểu đồ hiểm thị biến động
của tỉ lệ lỗi khối khi đĩa được nghiêng đi nghiêng lại - phát trở lại. ngay cả khi các đĩa
nghiêng đi là +/- 1.5° song song với việc theo dõi, các khối lỗi ở mức độ gần như ổn
định, miễn là nó không phải nghiêng đi nghiêng lại ở thời điểm đó là đã đọc. Hình 18
cho thấy việc lấy dữ liệu khi đĩa là nghiêng đi theo hướng phải bán kính. Các kết quả
gần giống với những gì ban đầu trong khi nó nghiêng đi. Những lợi thế chất lượng về
ghi dữ liệu và đọc mang lại độ tin cậy cao cho các sản phẩm loại này.
Hồ Văn Quyết – Tin 3 – K 13
24
Trường ĐH Công Nghiệp HN – Kiến trúc máy tính
Hình 21. Nghiêng xuyên 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.