Холографски памет - компютърни науки, програмиране

Холографски памет работи:

2. холографски памет

Сега учените работят върху създаването на друг тип информация съхранение - холографски памет, което е в контраст с описаната по-горе технология, с помощта само на повърхността на носителя, той включва работа с целия си обем. триизмерен съхранение на данни ще се увеличи значително капацитета и намаляване на размера на носителя на информация. Такава технология (sm.risunok1) може да се появи само за няколко години. Това ще бъде следващата революция в областта на съхранение на информация.

Холографски памет ще съхранява приблизително 1 терабайт в кристала, съобразен с кубче захар. Изследовател Питер ван J. Херден на компанията Polaroid е пионер в идеята за холографски памет през 60-те години. Десетилетие по-късно, учените от RCA лаборатории демонстрираха технологията на запис 500 холограми на малък чип. евтин успех полупроводникови памет за известно време е довело до прекратяване на работата в тази посока. Едва наскоро, IBM и Лусент изследвания Bell Labs възобновено. Това са основните части, необходими за изграждане на система за съхранение на данни холографски:

· Устройството, което ще се раздели на лъча.

· Огледала за смяна на посоката

Beam, аргонов лазер, се разделя на две. Първият се нарича сигнал, той преминава през пространствено svetomodulyator (пространствено-светлина модулатор), което е с LCD дисплей, показващ информация се нуждаем в двоичен вид. След това, на сигнала лъч съдържа данните, които се нуждаят. След това лъч удари фотополимер или друг вид на кристал. Вторият лъч, наречен задължителен удари на носителя на информация директно. Когато двете греди "отговарят", резултатът е модел смущения или интерферограмата. Данните се съхраняват в съответната част на кристала като холограма. (Вж. Фиг. 2-3)

Главната особеност на холографската памет е скоростта на достъп до съхраняваната информация. За да възстановите своя свързващ лъч осветява кристал точно под същия ъгъл, "запис", направени от някои от тях. Всяка "страница" на данни, съхранявани в различни региони на кристала, в зависимост от ъгъла на свързване лъч. Реконструираната страница се подава на камерата на CCD и се интерпретира по съответния начин.

3. презаписваем холографски памет

Генетично модифицирани бактериален протеин може да позволи по-ефективно устройство за съхранение.

За разлика от традиционните двуизмерни медии, холографски памет ви позволява да записвате информация в три измерения. първият холографски запаметяващите среди вече са на пазара, но информацията в реално време, докато презаписа им недостижим. Американски изследователи от Университета на Кънектикът са демонстрирали възможността за създаване на презаписваем холографски памет, използваща лазери, за да запиша данни на бактериалните протеини.

Новата технология се базира на използването на бактериородопсин бактерии Halobacterium salinarum - светлочувствителния мембранен протеин, продуциран от микроорганизъм, когато концентрацията на кислород в средата става опасно ниско. Усвояването фотон, протеинът се подлага на серия от химически превръщания, което води до "изпомпване" на протона през мембраната, което създава разлика в електрохимични потенциали на мембраната и позволява на бактерии за производство на енергия.

По време на химични реакции верига протеин преминава през няколко конфигурации, които могат да бъдат използвани за създаване на холографско изображение при осветяване. В естествени условия на живот на междинно съединение конфигурация е изключително малка: целия цикъл трае само 10-20 милисекунди. Въпреки това, по-ранни изследвания са доказали способността си от червена светлина в последните етапи от цикъла за прехвърляне на протеина до състояние стабилен в продължение на много години - т.нар Q-държава.

За създаване на холографски съхранение среда получава суспензия бактериородопсин в полимерен гел. Green лазерен лъч се разделя на две, една от които е кодиран данни, след това гредите намесват в гела. За да прочетете данните, моделът на намеса е осветен с греда на червена светлина. Изтриване на данните може да бъде синьо лазерен лъч.

Две лъч зелен лазер създава модел смущения в бактериородопсин-съдържащ полимер гела, се поставя между две стъклени плочи.

Използването на холографски носители може да позволи да се намали нарастващата разлика между обема на носителя и записване на информация и скоростта на четене. Например, за да пишете на твърдия диск на компютъра 30-гигабайтов файл, с игрален филм в Висока формат Definition, сега се изисква 30-45 минути. Използването на холографски устройства (които се извършва едновременно запис на информация по целия обем) може да намали това време до по-малко от 10 секунди. Фигура 4

Що се отнася до компанията с информация за записа плътност синфазни Technologies демонстрира устройство с висока плътност на запис на до 80 гигабайта на квадратен сантиметър. Новата технология позволява да създавате презаписваеми устройства, но недостатъкът е, че записвате червената светлина. Фактът, че постижими увеличава плътността на данни с намаляване на дължината на вълната на светлината, - че това се дължи на преминаването от технологията на CD (червена светлина) на Blu-Ray и HD-DVD, като се използва сини лазери.

Въпреки това, основният проблем се крие във факта, че превежда естествен бактериородопсин в Q-държава е трудно. Следователно, молекулярни биолози от Кънектикът работят на генетична модификация на бактериите, за да се получи протеин, по-лесно преведени в това състояние.

4. холографски паметта - стъпка по суперпарамагнитни LIMIT

Безпристрастна статистика казва, че през последните няколко години, хората ежегодно събира около 5 екзабайта (1018 байта) на информация, както и цените продължават да се покачват. Това налага създаването на повече и по-интензивни, бързи и надеждни устройства за съхранение на данни. Една от многото области на научни изследвания, използващи методи за оптично холографията. Напредъкът в тази област са такива, че първите търговски вече са на пазара продукти.

Фигура 5: История и перспективи за развитие на устройства за съхранение (в зависимост от IBM).

IBM изследва историята и перспективите за развитие на съхранение (памет) по отношение на зоните плътност (фиг. 5). Очевидно е, че има само един начин да се преодолее суперпарамагнитни праг - да се използват методи за немагнитни запис. Най-обещаващите и развит от тях е холографията.

Холографски памет се развива, като се започне с работата на Питер ван Херден (Pieter J. Van Херден), служител на компанията Polaroid. Той предложи идеята за съхраняване на данни в три измерения, дори през 1963 г. и днес, някои производители вече са започнали търговското производство на холографски памет.

Използваната технология позволява да записвате и четат милиони бита данни на лазер флаш. Резервен информация обемна плътност N (N

1012 бит / cm 3) определя от дължината на вълната на излъчване.

Хиляди холографски страници могат да се съхраняват в една и съща среда за запис, като използвате различни опции екран мултиплексиране. Той може да се управлява чрез промяна на ъгъла на падане на лазерния лъч, неговата дължина на вълната, фазите на референтната лъч пространственото отклонение на входната точка информация и референтни греди в средата за запис, когато тя се премества или върти, както и комбинации от тези методи.

Фиг. 6. Сравнение на оптични и холографски запис техники

Фигура 7. Принцип на холографски запис

Фигура 8. Схема на данни за запис / четене от холография

Предимства на холографски памет: висока плътност на запис и голяма скорост на четене; паралелна информация за запис (един бит и цели страници, Фигура 6). Висока точност на страницата за възпроизвеждане; ниско ниво на шума по време на възстановяването на данни; безразрушителен четене; дългосрочно съхранение - 30-50 години или повече; конкурентоспособни спрямо останалите оптични технологии.

Принципът на холографски запис е показана на Фиг. 3. лъч на лазера (не е показана на фигурата) е разделен на две греди. Един от тях се използва като препратка, и други осветен обект (или да преминава през светлина модулатор пространствен, където данните поставени правоъгълна маса), - лъч, съдържащ данните. При преминаване на определена област на пространството тези греди създават модел смущения (фиг. 7,1). (. Фигура 7.2) Ако в тази област поставя прозрачен фоточувствителен среда, след което тя ще остане в модела на смущения (холограма) (Фигура 7.3.) - данните се записват. За да прочетете достатъчно, за да се подчертае справка превозвач греда, а след тяхното взаимодействие стигнем лъча с точно копие на записаните данни. За разлика от конвенционалните информация фотография се съдържа в голямо количество медии. Ако този обем е разделена, например на пет части, той ще бъде освободен пет идентични копия на записаната информация. Тази функция значително подобрява надеждността на съхранение на данни. холографски запис / четене апарат подробна схема е показана на Фиг. 8.

холографски технологии памет има ограничения за конвенционален оптичен запис чрез прилагане на триизмерни данни, вместо да двумерен четат и пишат лазерен лъч в самолета. Това означава, че теоретично за запис на данни в холографска памет може да се използва пълния размер на кристала, въпреки че има практически ограничения. Въпреки това, дори и с ограничения на размерите медиите - значително предимство за холографската технология памет. Неговите възможности са достатъчни, за да остави след себе DVD и Blu-лъчи. скорости на трансфер на данни могат да достигнат до 1 Gbps или повече. Това е много по-бързо от всеки друг оптични технологии, като например CD, DVD, HD DVD и Blu-лъчи, където максимална скорост за пренос не надвишава 11 Mbps.

На теория, холограма може да съхранява един бит на сума, която е равна на куба на дължината на вълната на лазера. Например, червен лазерен лъч на смес от неон и хелий има дължина на вълната 632,8 нм, и перфектно холографски паметта може да съхранява 4 GB на кубичен милиметър. В действителност, плътността на запис на данни е много по-ниска, така че има най-малко четири причини: необходимостта от корекция на грешки, дефекти и оптични ограничения системи, икономически (с увеличаване на плътността на записа от разходите за отглеждане на значително по-бързо) и физическите ограничения (крайността на лазерната дължина на вълната, на interatomic разстояние на запис и кристални несъвършенства оптични системи).

Фигура 9. Фотополимер съхранява информация при осветяване с лазерен лъч

Един от основните проблеми в областта на холографски съхранение - създаване на подходящи материали за запис. Холографски медии трябва да отговарят на строги критерии, включително и голям динамичен обхват, висока фоточувствителност, стабилност на размерите, оптични прозрачност, безразрушителен отчитане, топлинна и устойчивост на влага, и са с ниска цена. Разработчиците са открити много материали fazovraschayuschie материали, фоторефрактивни кристали като LiNbO3, органични полимери, течни кристали, полимери със структурна повърхност и дори екзотични среди като бактериородопсин в желатинови матрици. Най-евтиният в индустрията - фотополимери. При осветяване с поляризирана светлина полимер част на молекулата са ориентирани и постоянно запази такова състояние (фиг. 9).

Фигура 10. изпълнения на холографски приложения памет: холографски устройства за съхранение

Работата по създаването на холографски памет започва преди повече от 40 години, а днес, редица компании като NTT и Optware в Япония, синфазни технологии в САЩ са завършили развитието на холографски дискове (холографски Versatile Disc - HVD) и картите (холографски Versatile Card - хепатит C) и най-накрая да започне да продава първите си търговски устройства. Помислете за някои холографски устройства са навлезли на пазара.

Фигура 13. холографски карта Информация-MICA (по-горе), Reader (в средата) и относителния размер (отдолу)

NTT компания демонстрира прототип висок капацитет за съхранение, която се основава на многослоен тънкослоен технология холография, и устройство за четене на данни (фиг. 10). Капацитетът на носителя (сто слоя) размера на пощенска марка - 1 Gb. Картата с памет е обявен за Info-слюда (Информационно-многослойна отпечатано карта), като неговата многопластова структура, подобна на структурата на скалите на слюда. Записване на информацията, е както следва. Първо цифрови данни се прекодират в двуизмерни изображения, които след това се конвертират в технологията на холограма с помощта на ТЕЦ (Computer Generated холограма), и накрая холограмата записан под формата на специални структури за носещите слоеве. Слоевете са вълноводи. Когато лазерният лъч е фокусиран върху челната страна на вълна слой, тя започва да се разпространява по него са разпръснати по-структури. Разсеяна светлина генерира двуизмерен образ в равнина, успоредна на вълна слой. Те са заловени от CCD-сензорите и декодира в оригиналните цифрови данни.

Предимства на новата Info-MICA технологията са запис с висока плътност, малкия размер на устройството, ниска консумация на енергия, възможността за евтини автомобили масово производство, трудността на неоторизирано копиране на данни от тях, и лекота на рециклиране.

В NTT Смята се, че на Info-MICA поради тяхната ниска цена и малък размер може да замени друг ROM диск. И ги разглеждаме като заместител на хартия като носителя на запис. Тези карти ще бъдат полезни в разпределението на масата на игри, музика, филми и електронни издания като клонирането на пирати трудно. Предполага се, и много други приложения на новата технология.

първият четец на карти (струва няколко стотин долара) и поддържа 1 GB ($ 1-2) вече са на пазара. планове на компанията - освобождаването на Info-MICA ROM капацитет от 10 Gb и развитие на записващи устройства и презаписваеми носители.

Фигура 14. Схема на оптика за холографски запис / четене компанията данни синфазни технологии

Фигура 15. холографски съхранение HDS-300R компанията синфазни технологии

Схема холографски синфазни компания устройство е показано на фиг. 8. Както може да се види, има се прилага класическата схема с две колинеарни греди.

Първото устройство тип Tapestry HDS-300R (фиг. 9) е снабдена с вграден радиочестотна идентификация (RFID) използва дискове 300 и GB-веднъж запис предназначени за професионалния архивиране. Той разполага със SCSI интерфейс със скорост на предаване на 20 MBps, средното време за достъп от 250 милисекунди. Лазерно Дължина на вълната - 407 нм, количеството на страници - 1,4 Mb, вероятността от грешки не надвишава 10-15. MTBF -. 100 000 часа носител служи като диск 130 mm, разположени в размера на капсулата 5,25 х 6 х 0,25 ", записът период на съхранение - до три години, архивиране - повече от 50 години.

Фигура 16. Схема колинеарни холографски запис / чете (четене само включва носещи греди)

Докато другите системи изискват два отделни греди - (. Фигура 10) и референтните данни в Optware колинеарни греди, което значително опростява дизайна на четене / запис система, подобрява надеждността и намалява разходите.

«Експерти на Sony и други водещи японски компании, работещи в областта на електрониката, внимателно изучаване на характеристиките на холографски технологии, които да се заменят DVD дискове HD и Blu-лъчи, - каза Optware мениджър на маркетинг и бизнес развитие Yasuhide Kageyama. - В Sony вече сте готови да започнете да създавате системи за съхранение на вдругиден, и аз трябва да се отбележи, че решението ни лежат предизвика голям интерес ".

В същото време, и Optware и синфазни са пуснали свои собствени устройства до търговската мрежа. Цената на дискови устройства на около 12 000-15 000 долара на холографски дискове -. $ 120-150. Архивен ресурс е гарантирано за 50 години.

Така че чакането е дълъг.

Така че, на ползите от новата технология е повече от достатъчно: в допълнение, тази информация се съхранява и чете паралелно, е възможно да се постигне много високи скорости на трансфер, а в някои случаи, високоскоростен произволен достъп. И най-важното - на практика няма механични компоненти, характерни за настоящите пазители на информация (например вретена с огромен брой на оборотите). Това гарантира не само бърз достъп (за дадена технология точно да се каже мигновени) данни, по-ниска вероятност за неуспехи, но и по-ниска консумация на енергия, тъй като това е най-твърдия диск - един от най-енергоемките компоненти на компютъра. Все пак, има трудности с привеждането в съответствие на оптика, така че в началото тези устройства вероятно ще бъдат все още е "страх" трети страни "механични въздействия".