Introdução aos Materiais para Tecnologia da Informação

Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Informação Comunicação Introdução aos Materiais para Tecnologia da Informação e Princípios de Armazenamento da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS O nome da disciplina Materiais para Tecnologia da Informação Materiais composição estrutura processamento propriedades Tecnologia é um produto da ciência e da engenharia que envolve um conjunto de instrumentos métodos e técnicas que visam a resolução de problemas É uma aplicação prática do conhecimento científico em diversas áreas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico Informação conjunto de dados que constitui uma mensagem Base do conhecimento Importância dos Materiais Melhorar o processo de comunicação Informação e Comunicação Armazenamento Processamento Transmissão Informação é produto ferramenta e agente de transformações A evolução da informação e da comunicação Antiguidade Idade Média Idade Moderna Contemporaneidade Os meios de comunicação Os meios de comunicação mudaram Antiguidade Evolução Meio Gestual Meio Vocal Meio Verbal Memória articular Memória auditiva Contemporaneidade Meios de comunicação físicos Agregam Tecnologias Como desenvolver as Tecnologias para Comunicação Com o desenvolvimento dos materiais Tecnologias permitem Armazenar a informação Processar a informação Transmitir a informação Materiais Os Materiais Cerâmicos Metálicos Poliméricos Os materiais podem ser classificados de diversas formas Uma classificação muito utilizada é baseada na composição Metálicos Cerâmicos Poliméricos Compósitos Propriedades dos Materiais Propriedade Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto ao material As principais propriedades dos materiais podem ser agrupadas em Mecânicas Elétricas Térmicas Magnéticas Ópticas Químicas de Degradação corrosão oxidação desgaste Quais materiais estão presentes nos dispositivos e sistemas de informação e comunicação A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 1 Paredes das cavernas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 2 O fonógrafo Cilindro coberto com folha de estanho A agulha produzia depressões e elevações nos sulcos na folha de estanho Não era possível guardar a folha de estanho e podiase tocar poucas vezes Graham Bell papel encerado que podia ser recolhido Emil Berliner sulcos em um disco de zinco Vitrola com discos de vinil cloreto de polivinila ou PVC A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 3 A fita magnética O princípio da gravação magnética foi desenvolvido na Alemanha em 1924 e é usado nos serviços de rádio comercial desde 1930 Por exemplo gravação de som As ondas sonoras são convertidas por um microfone em fem variáveis que correspondem em frequência e amplitude às ondas sonoras originais A fem é amplificada e aplicada à bobina de um eletroímã que compõe a cabeça de leitura cujo campo magnético varia em relação direta com as ondas sonoras Uma fita plástica revestida com material de óxido ferroso é deslocada com uma velocidade constante passando pela região de concentração do campo magnético Cada partícula da fita é deixada com uma densidade de campo magnético que tem relação com as ondas de som originais A densidade de fluxo remanescente na fita deve ser proporcional à força de magnetização que a produz Exemplo 3 A fita magnética A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 4 O CDROM Compact Disc Ready Only Memory A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Compact Disc 12 cm de diâmetro 12 mm de espessura O CD é composto por 3 camadas Camada principal mais espessa de policarbonato PMMA resina acrílica ou PVC O plástico permite que a luz emitida pelo laser atravesse a camada Segunda camada camada metálica geralmente em alumínio que reflete a luz emitida pelo laser Camada em verniz em baixo da camada metálica para proteção de raios ultravioleta pode desestabilizála Por último há uma quarta camada para a impressão do rótulo do CDROM Exemplo 4 O CDROM Compact Disc ReadOnly Memory A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas CD CDÁudio ou CDDigital Audio CDText SACD Super Áudio CD HDCD High Definition Compatible Digital XRCD eXtended Resolution CD XRCD2 eXtended Resolution CD versão 2 CDR CD Recordable Business card CD PCD Personal Compact Disk CDRW CD Rewritable DDR DoubleDensity Recordable DDRW DoubleDensity ReWritable CDROM CD Read Only Memory CDVídeo 11 VCD 11 VideoCD 11 ou Compact Disc Vídeo 11 CDVídeo 20 VCD 20 VideoCD 20 ou Compact Disc Vídeo 20 CVD China Video Disc SVCD Super Vídeo CD Super VCD SVCD LD LaserDisc A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas DVD DVDVídeo DVDA DVDÁudio DVDR DVD Recordable DVDR DVD Recordable DVDR DL DVD Recordable Dual Layer DVDRW DVD ReWritable DVDRW DVD ReWritable DVDRAM DVD Random Access Memory DVDROM DVD Read Only Memory MD MiniDisc HDDVD High Density DVD AOD Advanced Optical Disk Bluray Bluray Disc BD A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A tecnologia resistiva é barata e comum mas há muita instabilidade precisando de calibração contínua Tem durabilidade baixa A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A tecnologia de superfície capacitiva oferece maior transmissão de luz devido às menores mudanças no índice de refração A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico Densidade de armazenamento e taxa de transferência maiores memória holográfica Ao contrário dos outros métodos que guardam a informação de forma bidimensional a memória holográfica armazena as informações de forma volumétrica três dimensões Dados armazenados e lidos em forma de paginação em cerca de milhões de bits por página Armazenamento clássico 1 bit por página O armazenamento holográfico utiliza cristais fotossensíveis São utilizados dois lasers para escrita A luz atravessa um modulador de luz espacial tela de cristais líquidos estado mesomórfico O feixe objeto forma uma página de dados a memorizar um padrão de quadrados claros e opacos análogo a uma grade de palavras cruzadas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico O holograma é criado no material de gravação fotossensível pela interferência do feixe objeto com o feixe de referência A interferência óptica promove mudança nas propriedades físicas e químicas do material Variação de índice de refração Variação da absorbância do material Variação da espessura do material Tendose o padrão de interferência gravado sua iluminação por um dos dois feixes de origem conduz a uma difração de luz que reconstitui o outro feixe Ao iluminar o cristal com o feixe de referência o feixe objeto é recriado com a sua página de dados O padrão de dados é detectado por uma câmara CCD charge coupled device e os dados do sensor são enviados a um computador A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 8 A fibra óptica A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 9 Cristais Fotônicos A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 9 Cristais Fotônicos Princípios de Armazenamento da Informação Dispositivos de armazenamento de dados são dispositivos capazes de armazenar informações dados para posterior consulta ou uso Como gravar a informação Os Princípios ENERGIA Força manual humana escrita Vibrações acústicas gravações fonográficas Modulação de energia eletromagnética fitas magnéticas Modulação de energia luminosa mídias ópticas Dispositivos de armazenamento podem guardar informação processar informação ou ambos Princípios de Armazenamento da Informação Dispositivo que somente guarda informação Mídia de armazenamento Dispositivo que processa informação Equipamento de armazenamento de dados que pode tanto acessar uma mídia de gravação portátil ou pode ter um componente permanente que armazena e recupera dados Armazenamento Eletrônico de Dados Energia elétrica Dados eletromagnéticos Formato analógico ou digital Variedade de mídias Dados eletronicamente codificados dispositivo semicondutor chip utilizado para gravar Ou acessar a informação Por meios magnéticos disco rígido disquete Por meios ópticos CD DVD Por meios eletrônicos SSDs Solid State Drives chips cartão de memória pen drive Observações A durabilidade de métodos como a impressão em papel é ainda superior a muitas mídias eletrônicas As limitações relacionadas à durabilidade podem ser superadas ao se utilizar o método de duplicação dos dados eletrônicos comumente chamados de cópia de segurança ou backup Tipos de dispositivos de armazenamento da informação Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Informação Comunicação Introdução aos Materiais para Tecnologia da Informação e Princípios de Armazenamento da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS O nome da disciplina Materiais para Tecnologia da Informação Materiais composição estrutura processamento propriedades Tecnologia é um produto da ciência e da engenharia que envolve um conjunto de instrumentos métodos e técnicas que visam a resolução de problemas É uma aplicação prática do conhecimento científico em diversas áreas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico Informação conjunto de dados que constitui uma mensagem Base do conhecimento Importância dos Materiais Melhorar o processo de comunicação Informação e Comunicação Armazenamento Processamento Transmissão Informação é produto ferramenta e agente de transformações A evolução da informação e da comunicação Antiguidade Idade Média Idade Moderna Contemporaneidade Os meios de comunicação Os meios de comunicação mudaram Antiguidade Evolução Meio Gestual Meio Vocal Meio Verbal Memória articular Memória auditiva Contemporaneidade Meios de comunicação físicos Agregam Tecnologias Como desenvolver as Tecnologias para Comunicação Com o desenvolvimento dos materiais Tecnologias permitem Armazenar a informação Processar a informação Transmitir a informação Materiais Os Materiais Cerâmicos Metálicos Poliméricos Os materiais podem ser classificados de diversas formas Uma classificação muito utilizada é baseada na composição Metálicos Cerâmicos Poliméricos Compósitos Propriedades dos Materiais Propriedade Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto ao material As principais propriedades dos materiais podem ser agrupadas em Mecânicas Elétricas Térmicas Magnéticas Ópticas Químicas de Degradação corrosão oxidação desgaste Quais materiais estão presentes nos dispositivos e sistemas de informação e comunicação A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 1 Paredes das cavernas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 2 O fonógrafo Cilindro coberto com folha de estanho A agulha produzia depressões e elevações nos sulcos na folha de estanho Não era possível guardar a folha de estanho e podiase tocar poucas vezes Graham Bell papel encerado que podia ser recolhido Emil Berliner sulcos em um disco de zinco Vitrola com discos de vinil cloreto de polivinila ou PVC A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 3 A fita magnética O princípio da gravação magnética foi desenvolvido na Alemanha em 1924 e é usado nos serviços de rádio comercial desde 1930 Por exemplo gravação de som As ondas sonoras são convertidas por um microfone em fem variáveis que correspondem em frequência e amplitude às ondas sonoras originais A fem é amplificada e aplicada à bobina de um eletroímã que compõe a cabeça de leitura cujo campo magnético varia em relação direta com as ondas sonoras Uma fita plástica revestida com material de óxido ferroso é deslocada com uma velocidade constante passando pela região de concentração do campo magnético Cada partícula da fita é deixada com uma densidade de campo magnético que tem relação com as ondas de som originais A densidade de fluxo remanescente na fita deve ser proporcional à força de magnetização que a produz Exemplo 3 A fita magnética A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 4 O CDROM Compact Disc Ready Only Memory A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Compact Disc 12 cm de diâmetro 12 mm de espessura O CD é composto por 3 camadas Camada principal mais espessa de policarbonato PMMA resina acrílica ou PVC O plástico permite que a luz emitida pelo laser atravesse a camada Segunda camada camada metálica geralmente em alumínio que reflete a luz emitida pelo laser Camada em verniz em baixo da camada metálica para proteção de raios ultravioleta pode desestabilizála Por último há uma quarta camada para a impressão do rótulo do CDROM Exemplo 4 O CDROM Compact Disc ReadOnly Memory A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas CD CDÁudio ou CDDigital Audio CDText SACD Super Áudio CD HDCD High Definition Compatible Digital XRCD eXtended Resolution CD XRCD2 eXtended Resolution CD versão 2 CDR CD Recordable Business card CD PCD Personal Compact Disk CDRW CD Rewritable DDR DoubleDensity Recordable DDRW DoubleDensity ReWritable CDROM CD Read Only Memory CDVídeo 11 VCD 11 VideoCD 11 ou Compact Disc Vídeo 11 CDVídeo 20 VCD 20 VideoCD 20 ou Compact Disc Vídeo 20 CVD China Video Disc SVCD Super Vídeo CD Super VCD SVCD LD LaserDisc A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas DVD DVDVídeo DVDA DVDÁudio DVDR DVD Recordable DVDR DVD Recordable DVDR DL DVD Recordable Dual Layer DVDRW DVD ReWritable DVDRW DVD ReWritable DVDRAM DVD Random Access Memory DVDROM DVD Read Only Memory MD MiniDisc HDDVD High Density DVD AOD Advanced Optical Disk Bluray Bluray Disc BD A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 5 Variações de mídias ópticas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A tecnologia resistiva é barata e comum mas há muita instabilidade precisando de calibração contínua Tem durabilidade baixa A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 6 Dispositivos touchscreen Ecrã Tátil A tecnologia de superfície capacitiva oferece maior transmissão de luz devido às menores mudanças no índice de refração A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico Densidade de armazenamento e taxa de transferência maiores memória holográfica Ao contrário dos outros métodos que guardam a informação de forma bidimensional a memória holográfica armazena as informações de forma volumétrica três dimensões Dados armazenados e lidos em forma de paginação em cerca de milhões de bits por página Armazenamento clássico 1 bit por página O armazenamento holográfico utiliza cristais fotossensíveis São utilizados dois lasers para escrita A luz atravessa um modulador de luz espacial tela de cristais líquidos estado mesomórfico O feixe objeto forma uma página de dados a memorizar um padrão de quadrados claros e opacos análogo a uma grade de palavras cruzadas A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico O holograma é criado no material de gravação fotossensível pela interferência do feixe objeto com o feixe de referência A interferência óptica promove mudança nas propriedades físicas e químicas do material Variação de índice de refração Variação da absorbância do material Variação da espessura do material Tendose o padrão de interferência gravado sua iluminação por um dos dois feixes de origem conduz a uma difração de luz que reconstitui o outro feixe Ao iluminar o cristal com o feixe de referência o feixe objeto é recriado com a sua página de dados O padrão de dados é detectado por uma câmara CCD charge coupled device e os dados do sensor são enviados a um computador A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 7 Armazenamento Holográfico A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 8 A fibra óptica A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 9 Cristais Fotônicos A evolução das tecnologias da Informação em função dos materiais Exemplo 9 Cristais Fotônicos Princípios de Armazenamento da Informação Dispositivos de armazenamento de dados são dispositivos capazes de armazenar informações dados para posterior consulta ou uso Como gravar a informação Os Princípios ENERGIA Força manual humana escrita Vibrações acústicas gravações fonográficas Modulação de energia eletromagnética fitas magnéticas Modulação de energia luminosa mídias ópticas Dispositivos de armazenamento podem guardar informação processar informação ou ambos Princípios de Armazenamento da Informação Dispositivo que somente guarda informação Mídia de armazenamento Dispositivo que processa informação Equipamento de armazenamento de dados que pode tanto acessar uma mídia de gravação portátil ou pode ter um componente permanente que armazena e recupera dados Armazenamento Eletrônico de Dados Energia elétrica Dados eletromagnéticos Formato analógico ou digital Variedade de mídias Dados eletronicamente codificados dispositivo semicondutor chip utilizado para gravar Ou acessar a informação Por meios magnéticos disco rígido disquete Por meios ópticos CD DVD Por meios eletrônicos SSDs Solid State Drives chips cartão de memória pen drive Observações A durabilidade de métodos como a impressão em papel é ainda superior a muitas mídias eletrônicas As limitações relacionadas à durabilidade podem ser superadas ao se utilizar o método de duplicação dos dados eletrônicos comumente chamados de cópia de segurança ou backup Tipos de dispositivos de armazenamento da informação Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Primeiras Mídias Gravação Mecânica da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O fonógrafo Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O fonógrafo Thomas Edison Fonógrafo 1877 Cilindro coberto com folha de estanho A agulha produzia depressões e elevações nos sulcos na folha de estanho Não era possível guardar a folha de estanho e podiase tocar poucas vezes Graham Bell papel encerado que podia ser recolhido Emil Berliner sulcos em um disco de zinco Vitrola com discos de vinil cloreto de vinila ou policloreto de polivinila ou PVC Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil O disco de vinil substituiu o disco de gomalaca de 78 rpm em 1948 Gomalaca é uma resina secretada pelo inseto Kerria lacca encontrado nas florestas da Índia e Tailândia O material bruto é refinado em diversos graus para diferentes propósitos As duas melhores variedades disponíveis no mercado são a gomalaca laranja que nos chega em forma de flocos laranjamarrom finos e translúcidos e a gomalaca branca ou alvejada Tanto a gomalaca branca quanto a laranja são solúveis no álcool O disco de vinil O disco de vinil conhecido simplesmente como vinil ou ainda Long Play LP é uma mídia desenvolvida no final da década de 1940 para a reprodução musical que usa um material plástico chamado vinil normalmente feito de PVC usualmente de cor preta que registra informações de áudio que podem ser reproduzidas através de um tocadiscos O disco de vinil possui microssulcos ou ranhuras em forma espiralada que conduzem a agulha do tocadiscos da borda externa até o centro no sentido horário Tratase de uma gravação analógica mecânica Esses sulcos são microscópicos e fazem a agulha vibrar Essa vibração é transformada em sinal elétrico Este sinal elétrico é posteriormente amplificado e transformado em som audível música Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil O vinil é um tipo de plástico PVC cloreto de polivinil muito delicado e qualquer arranhão pode tornarse uma falha a comprometer a qualidade sonora Os discos precisam constantemente ser limpos e estar sempre livres de poeira ser guardados sempre na posição vertical e dentro de sua capa e envelope de proteção conhecidas vulgarmente como capa de dentro e de fora A poeira é um dos piores inimigos do vinil pois funciona como um abrasivo a danificar tanto o disco como a agulha Os discos de vinil são mais leves maleáveis e resistentes a choques quedas e manuseio que deve ser feito sempre pelas bordas Mas são melhores principalmente pela reprodução de um número maior de músicas diferentemente dos discos antigos de 78 rpm ao invés de uma canção por face do disco e finalmente pela sua excelência na qualidade sonora além é lógico do atrativo de arte nas capas de fora Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil O PVC Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil O PVC Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação O disco de vinil O formato Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação LP abreviatura do inglês Long Play conhecido na indústria como Twelve inches ou 12 polegadas em português Disco com 31 cm de diâmetro que era tocado a 33 13 rotações por minuto A sua capacidade normal era de cerca de 20 minutos por lado O formato LP era utilizado usualmente para a comercialização de álbuns completos Nota se a diferença entre as primeiras gerações dos LP que foram gravadas a 78 RPM rotações por minuto EP abreviatura do inglês Extended Play Disco com 25 cm de diâmetro 10 polegadas que era tocado normalmente a 45 RPM A sua capacidade normal era de cerca de 8 minutos por lado O EP normalmente continha em torno de quatro faixas Single ou compacto simples abreviatura do inglês Single Play também conhecido como seven inchesou 7 polegadas em português ou como compacto simples Disco com 17 cm de diâmetro tocado usualmente a 45 RPM no Brasil a 33 13 RPM A sua capacidade normal rondava os 4 minutos por lado O single era geralmente empregado para a difusão das músicas de trabalho de um álbum completo a ser posteriormente lançado Máxi abreviatura do inglês Maxi Single Disco com 31 cm de diâmetro e que era tocado a 45 RPM A sua capacidade era de cerca de 12 minutos por lado O disco de vinil Características Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação Faixas de músicas sulcos microscópicos Disco metalizado e usado como prensa Irregularidades fazem a agulha vibrar A vibração é captada e amplificada O disco de vinil O processo de fabricação Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação Disco metálico de 35 cm de diâmetro e 2 mm de espessura banho de acetato de celulose Torno de gravação Agulha de diamante movimentase em função dos impulsos elétricos gerados pela música já gravada em outra mídia Metalização do disco master de acetato Cloreto de estanho adesão para outros metais prata líquida banho de níquel funde com a prata e forma um metal duro O metal formado é separado e o acetato é descartado A estrutura com faixas em alto relevo são colocadas em uma prensa Prensa sobre o vinil PVC massa de 1 tonelada e temperatura de 193 graus Celsius Milhares de peças prensadas e as bordas com sobra de material cortadas O processo httpswwwyoutubecomwatchvOCs6x7dfNA Os cartões perfurados Precursores das memórias de computador Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação É um cartão que contém informação digital representada pela presença ou falta de furos em posições predefinidas Eram usados no século XX para processamento e armazenamentos de dados Foram usados pela primeira vez em volta de 1725 e melhorado em 1801 mas só foi incorporado para uso na informática em 1832 Só se expandiu para computadores eletrônicos em 1950 com a IBM desenvolvendo esses cartões para processamento de dados Os cartões perfurados Precursores das memórias de computador Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação Paper tape Fita em papel Primeiras mídias Gravação Mecânica da Informação Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Primeiras Mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais e Gravação Magnética da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Materiais Magnéticos Os materiais magnéticos são utilizados em diversas aplicações Motores elétricos Geradores Armazenamento da informação gravação ou leitura fitas magnéticas discos de computador Hard disc Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Propriedades Magnéticas dos Materiais O movimento ordenado de cargas elétricas resulta na criação de um campo magnético Um enrolamento de fio condutor solenóide com N espiras atravessado por uma corrente elétrica origina um campo magnético e consequentemente gera um campo de indução magnética Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Aumento do campo magnético induzido Se existir por exemplo uma barra de ferro no interior do solenóide o campo magnético induzido aumenta O que ocorre Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Magnetização do Material Quando um material é submetido ao campo magnético há a indução do campo magnético e há a magnetização do material O campo de indução magnética é proporcional à soma do campo magnético com o campo de magnetização Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais A susceptibilidade magnética Serve para classificar os materiais magnéticos e relacionálos a algumas aplicações Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Classificação dos materiais magnéticos segundo suas propriedades magnéticas Materiais Diamagnéticos Zn Cu Ag Sn pequenos valores negativos de susceptibilidade magnética ou seja o campo de magnetização opõese ao campo aplicado e desaparece quando se retira o campo aplicado Materiais Paramagnéticos Al Pt Ti pequenos valores positivos de susceptibilidade magnética o campo de magnetização desaparece quando se retira o campo aplicado Materiais Ferromagnéticos Fe Ni Co susceptibilidade magnética grande 1 O campo de magnetização se mantém quando o campo aplicado é retirado Materiais Antiferromagnéticos Mn Cr A susceptibilidade magnética é nula Os dipolos magnéticos alinhamse antiparalelamente Materiais Ferrimagnéticos ferrites magnetites em geral óxidos metálicos Os íons têm dipolos de intensidade diferente Existe sempre um momento resultante Os diferentes comportamentos dos materiais magnéticos Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais A base física para as propriedades magnéticas dos materiais é o movimento dos elétrons Movimento de translação orbital Movimento de rotação spin ao redor do seu eixo de rotação Domínios magnéticos Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Para minimizar a energia magnetostática associada às linhas de campo os dipolos formam domínios magnéticos que tem dimensões submicrométricas Os domínios magnéticos são separados por limites designados por paredes de Bloch Quando expostos a campos magnéticos os domínios tendem a alinharse segundo a direção do campo aplicado Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Diamagnetismo e Paramagnetismo Paramagnetismo e Diamagnetismo são formas fracas de interação entre o campo magnético aplicado e os sólidos O Diamagnetismo susceptibilidade magnética negativa é normalmente observado em sólidos cujos átomos apresentam camadas eletrônicas totalmente preenchidas O Paramagnetismo susceptibilidade magnética positiva normalmente aparece associado a elétrons desemparelhados na última camada O movimento orbital dos elétrons resulta sempre numa contribuição diamagnética O spin pode resultar numa contribuição paramagnética Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Exemplos de Diamagnetismo e Paramagnetismo dos Materiais Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo Antiferromagnetismo alinhamento em sentidos opostos dos dipolos magnéticos susceptibilidade magnética nula Mn Cr Ferrimagnetismo íons apresentam diferentes momentos magnéticos Isso não anula a susceptibilidade magnética tendose um momento magnético resultante Ferrites e magnetites As ferrites geralmente apresentam baixa condutividade elétrica e são utilizadas em transformadores indutores de alta frequência cabeças de gravação magnética etc Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Ferromagnetismo Ferromagnetismo em materiais com susceptibilidade magnétca alta 1 Após a aplicação do campo magnético externo a magnetização permanece Fe Co e Ni aplicações em Engenharia Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Curva de Magnetização e Histerese Magnética Campo Coercitivo Campo induzido remanescente Histerese Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Aplicações dos materiais magnéticos Transformadores Rotores em motores elétricos Dispositivos de gravação de informação Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura a estrutura da fita magnética Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnética DLT acrônimo para Digital Line Tape É um tipo de fita magnética desenvolvido pela Digital Equipment Corporation em dezembro de 1984 atualmente HP Um variante com alta capacidade de armazenamento é chamada de Super DLT SDLT Uma versão mais barata foi inicialmente fabricada pela Benchmark Storage Innovations A Quantum adquiriu a Benchmark em 2002 A DLT usa uma fita linear em serpentina registrando as informações em múltiplas trilhas com o tamanho total de 126 mm A SDLT adicionou um sistema óptico de leitura servo que lê os padrões servo gravados na fita A DLT7000 e a DLT8000 incluiam o cabeçote para frente e para trás para reduzir a interferência entre trilhas adjacentes através do azimuth medida de abertura angular isto é chamado de Gravação com fase Simética A mídia é garantida por trinta anos da data de armazenamento sob específicas condições ambientais entretanto elas são facilmente danificadas por má manipulação queda ou armazenamento impróprio Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnética DLT acrônimo para Digital Line Tape Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnéticas e computadores As fitas magnéticas são ao lado dos discos ópticos a principal representante dos suportes de armazenamento Sendo talvez o suporte de dados mais antigo amplamente utilizado em sistemas de informação elas sofreram diversas evoluções desde seu advento no início da década de 1950 Quando comparadas aos discos ópticos e ópticomagnéticos as vantagens das fitas são a grande capacidade de armazenamento o baixo custo por unidade armazenada a longa expectativa de vida e a confiabilidade na retenção dos dados ao longo de sua vida útil Suas desvantagens são o acesso seqüencial as fitas requerem um moroso avanço e retrocesso para que sejam acessados os dados desejados o elevado custo dos dispositivos de leituragravação e a maior fragilidade Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD O Hard Disk ou disco rígido é um sistema de armazenamento de alta capacidade que permite armazenar arquivos e programas Ao contrário da memória RAM os dados gravados não são perdidos quando se desliga o micro assim todos os dados e programas ficam gravados no disco rígido Apesar de também ser uma mídia magnética um HD é muito diferente de um disquete comum ele é composto por vários discos empilhados que ficam dentro de uma caixa hermeticamente lacrada pois como gira a uma velocidade muito alta qualquer partícula de poeira em contato com os discos poderia inutilizálos completamente Por esse motivo um disco rígido nunca deve ser aberto Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Histórico do HD O primeiro relato oficial do surgimento de um HD ocorreu no ano de 1956 quando a IBM lançou o dispositivo de armazenamento 305 RAMAC Random Access Method of Accounting and Control que tinha capacidade de armazenamento de 5 MB Este HD tinha dimensões enormes para os padrões atuais 14 x 8 polegadas e custava 35 mil dólares Na verdade o 305 RAMAC não era um disco rígido em si Simplesmente foi um dos primeiros meios de armazenamento de dados por meios magnéticos com 50 pratos de gravação Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Desempenho do HD As variáveis principais dos discos rígidos dizem respeito a velocidade e a capacidade e essas características se ligam diretamente as alternativas de projeto do mecanismo da unidade O atuador é o maior responsável pela velocidade na qual os dados podem ser lidos no disco o número de lâminas tem um efeito menor A capacidade do disco rígido é influenciada pelo número de lâminas pelo material magnético das lâminas e pelo conjunto dos cabeçotes A maior velocidade das lâminas dos discos rígidos significa também que os dados podem ser gravados e lidos com mais rapidez Um giro mais rápido significa que uma quantidade maior das informações contidas no disco passam pelo ponto de leitura ou gravação num mesmo período de tempo Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Funcionamento do HD As unidades de disco rígido tem sua operação semelhante a dos acionadores de disco flexível porém como o nome diz os discos são rígidos Os discos são feitos depositando uma camada magnética sob um base de alumínio A grande diferença está na quantidade de informação que pode ser armazenada Devido a alta capacidade a concentração de dados é enorme e portanto as trilhas são tão finas e próximas umas das outras quanto possível Isto exige um complicado mecanismo de alta precisão e operando em um ambiente isento de quaisquer partículas Em geral os discos rígidos giram a cerca de 3600 rpm aproximadamente dez vez mais rápido que os disquetes Ao contrário das unidades de disquete as lâminas dos discos rígidos giram constantemente quando o computador está ligado pois obter uma velocidade giratória estável para todo o conjunto de lâminas é um processo lento que demora entre dez a trinta segundos Esse giro constante resulta em uma das duas maiores vantagens dos discos rígidos os dados podem ser acessados quase instantaneamente Por outro lado os disquetes precisam esperar cerca de meio segundo para atingir a velocidade operacional Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Funcionamento do HD Para armazenar e localizar dados em um HD um dispositivo chamado controlador ou controladora se utiliza de informações conhecidas por número de trilhas setores e cilindros O conjunto dessas informações é denominada geometria de disco No processo de fabricação do HD existe uma formatação formatação pode ser entendida como mapeamento que define a forma de armazenamento dividindo cada disco em trilhas e setores Os cilindros são trilhas concêntricas na superfície dos discos e estas trilhas são divididas em setores Estes por sua vez são pedaços do HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Capacidades dos HDs Informado na Compra Considerado pelo Sistema 10 GB 931 GB 15 GB 1397 GB 20 GB 1863 GB 30 GB 2794 GB 40 GB 3725 GB 80 GB 7453 GB 120 GB 11176 GB 160 GB 14901 GB 200 GB 18626 GB 300 GB 27940 GB Toda a vez que um HD é formatado uma certa quantidade de espaço é marcada como utilizada Fabricação httpswwwyoutubecomwatchv5gpcdV4VL3Y Funcionamento httpswwwyoutubecomwatchvlpYfep68xnA Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete O disquete ou a disquete é um disco removível de armazena mento fixo de dados O termo equivalente em inglês é floppydisk significando disco flexível Pode ter o tamanho de 35 polegadas com capacidade de armaze namento de 720 KB DDDouble Density até 288 MB EDExtra Density embora o mais comum atualmente seja 144 MB HDHigh Density ou 525 polegadas com armazenamento de 160 KB Single Side Face Simples até 12 MB HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Os as tiveram diferentes tamanhos e formatos desde que foram inventados em 1971 com o último formato 3½ polegadas inch ED a ser definitivamente adotado Tipo de disco Ano Capacidade 8inch 1971 80 kB 8inch 1973 256 kB 8inch 1974 800 kB 8inch dualsided 1975 1MB 5¼inch 1976 160 kB 5¼inch DD 1978 360 kB 5¼inch QD 1984 12 MB 3inch 1984 320 kB 3½inch 1984 720 kB 3½inch HD 1987 144 MB 3½inch ED 1991 288 MB Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Disquete de 514 Tipo Usado Em Setores por Trilha Trilhas por Face Capacidade Taxa de transferência de bits Dupla Densidade PCXT 8 40 160320 KB 250 KBitss Dupla Densidade PCXT 9 40 180360 KB 250 KBitss Alta Densidade AT 15 80 12 MB 500 KBitss A capacidade dos disquetes 514 nos modelos mais antigos de leitora é limitado a uma face Neste caso embora a mídia permita apenas uma das faces é acessada de cada vez Nos modelos mais novos com duas cabeças de leituraescrita ambas as faces são acessadas Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Disquete de 312 Tipo Usado em Setores por trilha Trilhas por Face Capacidade Taxa de transferência de bits Dupla Densidade PCXT 9 80 720 KB 250 Kbits Alta Densidade AT 18 80 144 MB 500 Kbits Alta Densidade Extra AT 36 80 288 MB 1 Mbits Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Legenda 1 Trava de proteção contra escrita 2 Base central 3 Cobertura móvel 4 Chassi corpo plástico 5 Disco de papel 6 Disco magnético 7 Setor do disco Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Zip Drive Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Zip Drive É um sistema de disco removível de média capacidade introduzido pela Iomega em 1994 O Zip Drive foi baseado no sistema Bernoulli Box da própria Iomega em ambos os sistemasum jogo de cabeças de readwrite montado em atuadores lineares flutuando em cima de um disquete girando rapidamente montado em um cartucho robusto O Zip Drive usa mídias menores aproximadamente o tamanho de um disquete 35 em lugar dos disco de tamanho compacto das mídias Bernoulli Isto resultou em um disco que tem tudo da conveniência do disquete 35 mas armazena muito mais dados com desempenho que é muito mais rápido que um floppy drive entretanto não diretamente competitivo com discos rígidos O Zip Drive original teve uma taxa de transferência de dados de cerca de 1Mbs e um tempo de busca de 28 milissegundos em média comparado aos 500Kbits de taxa de transferência de um disquete de 14 MB e várias centenas de milissegundo de tempo de busca Capacidades de 100MB 250MB e 750MB Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Site da turma httpsmoodleufabcedubrcourseviewphpid2976 Link da Videoaula httpsyoutubeR4dzGle8h1k Primeiras Mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais e Gravação Magnética da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Materiais Magnéticos Os materiais magnéticos são utilizados em diversas aplicações Motores elétricos Geradores Armazenamento da informação gravação ou leitura fitas magnéticas discos de computador Hard disc Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Propriedades Magnéticas dos Materiais O movimento ordenado de cargas elétricas resulta na criação de um campo magnético Um enrolamento de fio condutor solenóide com N espiras atravessado por uma corrente elétrica origina um campo magnético e consequentemente gera um campo de indução magnética Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Aumento do campo magnético induzido Se existir por exemplo uma barra de ferro no interior do solenóide o campo magnético induzido aumenta O que ocorre Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Magnetização do Material Quando um material é submetido ao campo magnético há a indução do campo magnético e há a magnetização do material O campo de indução magnética é proporcional à soma do campo magnético com o campo de magnetização Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais A susceptibilidade magnética Serve para classificar os materiais magnéticos e relacionálos a algumas aplicações Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Classificação dos materiais magnéticos segundo suas propriedades magnéticas Materiais Diamagnéticos Zn Cu Ag Sn pequenos valores negativos de susceptibilidade magnética ou seja o campo de magnetização opõese ao campo aplicado e desaparece quando se retira o campo aplicado Materiais Paramagnéticos Al Pt Ti pequenos valores positivos de susceptibilidade magnética o campo de magnetização desaparece quando se retira o campo aplicado Materiais Ferromagnéticos Fe Ni Co susceptibilidade magnética grande 1 O campo de magnetização se mantém quando o campo aplicado é retirado Materiais Antiferromagnéticos Mn Cr A susceptibilidade magnética é nula Os dipolos magnéticos alinhamse antiparalelamente Materiais Ferrimagnéticos ferrites magnetites em geral óxidos metálicos Os íons têm dipolos de intensidade diferente Existe sempre um momento resultante Os diferentes comportamentos dos materiais magnéticos Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais A base física para as propriedades magnéticas dos materiais é o movimento dos elétrons Movimento de translação orbital Movimento de rotação spin ao redor do seu eixo de rotação Domínios magnéticos Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Para minimizar a energia magnetostática associada às linhas de campo os dipolos formam domínios magnéticos que tem dimensões submicrométricas Os domínios magnéticos são separados por limites designados por paredes de Bloch Quando expostos a campos magnéticos os domínios tendem a alinharse segundo a direção do campo aplicado Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Diamagnetismo e Paramagnetismo Paramagnetismo e Diamagnetismo são formas fracas de interação entre o campo magnético aplicado e os sólidos O Diamagnetismo susceptibilidade magnética negativa é normalmente observado em sólidos cujos átomos apresentam camadas eletrônicas totalmente preenchidas O Paramagnetismo susceptibilidade magnética positiva normalmente aparece associado a elétrons desemparelhados na última camada O movimento orbital dos elétrons resulta sempre numa contribuição diamagnética O spin pode resultar numa contribuição paramagnética Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Exemplos de Diamagnetismo e Paramagnetismo dos Materiais Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo Antiferromagnetismo alinhamento em sentidos opostos dos dipolos magnéticos susceptibilidade magnética nula Mn Cr Ferrimagnetismo íons apresentam diferentes momentos magnéticos Isso não anula a susceptibilidade magnética tendose um momento magnético resultante Ferrites e magnetites As ferrites geralmente apresentam baixa condutividade elétrica e são utilizadas em transformadores indutores de alta frequência cabeças de gravação magnética etc Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Ferromagnetismo Ferromagnetismo em materiais com susceptibilidade magnétca alta 1 Após a aplicação do campo magnético externo a magnetização permanece Fe Co e Ni aplicações em Engenharia Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Curva de Magnetização e Histerese Magnética Campo Coercitivo Campo induzido remanescente Histerese Primeiras mídias Propriedades Magnéticas dos Materiais Aplicações dos materiais magnéticos Transformadores Rotores em motores elétricos Dispositivos de gravação de informação Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura a estrutura da fita magnética Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação A teoria básica de cabeças de gravação e leitura Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnética DLT acrônimo para Digital Line Tape É um tipo de fita magnética desenvolvido pela Digital Equipment Corporation em dezembro de 1984 atualmente HP Um variante com alta capacidade de armazenamento é chamada de Super DLT SDLT Uma versão mais barata foi inicialmente fabricada pela Benchmark Storage Innovations A Quantum adquiriu a Benchmark em 2002 A DLT usa uma fita linear em serpentina registrando as informações em múltiplas trilhas com o tamanho total de 126 mm A SDLT adicionou um sistema óptico de leitura servo que lê os padrões servo gravados na fita A DLT7000 e a DLT8000 incluiam o cabeçote para frente e para trás para reduzir a interferência entre trilhas adjacentes através do azimuth medida de abertura angular isto é chamado de Gravação com fase Simética A mídia é garantida por trinta anos da data de armazenamento sob específicas condições ambientais entretanto elas são facilmente danificadas por má manipulação queda ou armazenamento impróprio Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnética DLT acrônimo para Digital Line Tape Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Fita magnéticas e computadores As fitas magnéticas são ao lado dos discos ópticos a principal representante dos suportes de armazenamento Sendo talvez o suporte de dados mais antigo amplamente utilizado em sistemas de informação elas sofreram diversas evoluções desde seu advento no início da década de 1950 Quando comparadas aos discos ópticos e ópticomagnéticos as vantagens das fitas são a grande capacidade de armazenamento o baixo custo por unidade armazenada a longa expectativa de vida e a confiabilidade na retenção dos dados ao longo de sua vida útil Suas desvantagens são o acesso seqüencial as fitas requerem um moroso avanço e retrocesso para que sejam acessados os dados desejados o elevado custo dos dispositivos de leituragravação e a maior fragilidade Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD O Hard Disk ou disco rígido é um sistema de armazenamento de alta capacidade que permite armazenar arquivos e programas Ao contrário da memória RAM os dados gravados não são perdidos quando se desliga o micro assim todos os dados e programas ficam gravados no disco rígido Apesar de também ser uma mídia magnética um HD é muito diferente de um disquete comum ele é composto por vários discos empilhados que ficam dentro de uma caixa hermeticamente lacrada pois como gira a uma velocidade muito alta qualquer partícula de poeira em contato com os discos poderia inutilizálos completamente Por esse motivo um disco rígido nunca deve ser aberto Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Hard Disc HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Histórico do HD O primeiro relato oficial do surgimento de um HD ocorreu no ano de 1956 quando a IBM lançou o dispositivo de armazenamento 305 RAMAC Random Access Method of Accounting and Control que tinha capacidade de armazenamento de 5 MB Este HD tinha dimensões enormes para os padrões atuais 14 x 8 polegadas e custava 35 mil dólares Na verdade o 305 RAMAC não era um disco rígido em si Simplesmente foi um dos primeiros meios de armazenamento de dados por meios magnéticos com 50 pratos de gravação Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Desempenho do HD As variáveis principais dos discos rígidos dizem respeito a velocidade e a capacidade e essas características se ligam diretamente as alternativas de projeto do mecanismo da unidade O atuador é o maior responsável pela velocidade na qual os dados podem ser lidos no disco o número de lâminas tem um efeito menor A capacidade do disco rígido é influenciada pelo número de lâminas pelo material magnético das lâminas e pelo conjunto dos cabeçotes A maior velocidade das lâminas dos discos rígidos significa também que os dados podem ser gravados e lidos com mais rapidez Um giro mais rápido significa que uma quantidade maior das informações contidas no disco passam pelo ponto de leitura ou gravação num mesmo período de tempo Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Funcionamento do HD As unidades de disco rígido tem sua operação semelhante a dos acionadores de disco flexível porém como o nome diz os discos são rígidos Os discos são feitos depositando uma camada magnética sob um base de alumínio A grande diferença está na quantidade de informação que pode ser armazenada Devido a alta capacidade a concentração de dados é enorme e portanto as trilhas são tão finas e próximas umas das outras quanto possível Isto exige um complicado mecanismo de alta precisão e operando em um ambiente isento de quaisquer partículas Em geral os discos rígidos giram a cerca de 3600 rpm aproximadamente dez vez mais rápido que os disquetes Ao contrário das unidades de disquete as lâminas dos discos rígidos giram constantemente quando o computador está ligado pois obter uma velocidade giratória estável para todo o conjunto de lâminas é um processo lento que demora entre dez a trinta segundos Esse giro constante resulta em uma das duas maiores vantagens dos discos rígidos os dados podem ser acessados quase instantaneamente Por outro lado os disquetes precisam esperar cerca de meio segundo para atingir a velocidade operacional Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Funcionamento do HD Para armazenar e localizar dados em um HD um dispositivo chamado controlador ou controladora se utiliza de informações conhecidas por número de trilhas setores e cilindros O conjunto dessas informações é denominada geometria de disco No processo de fabricação do HD existe uma formatação formatação pode ser entendida como mapeamento que define a forma de armazenamento dividindo cada disco em trilhas e setores Os cilindros são trilhas concêntricas na superfície dos discos e estas trilhas são divididas em setores Estes por sua vez são pedaços do HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação Capacidades dos HDs Informado na Compra Considerado pelo Sistema 10 GB 931 GB 15 GB 1397 GB 20 GB 1863 GB 30 GB 2794 GB 40 GB 3725 GB 80 GB 7453 GB 120 GB 11176 GB 160 GB 14901 GB 200 GB 18626 GB 300 GB 27940 GB Toda a vez que um HD é formatado uma certa quantidade de espaço é marcada como utilizada Fabricação httpswwwyoutubecomwatchv5gpcdV4VL3Y Funcionamento httpswwwyoutubecomwatchvlpYfep68xnA Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete O disquete ou a disquete é um disco removível de armazena mento fixo de dados O termo equivalente em inglês é floppydisk significando disco flexível Pode ter o tamanho de 35 polegadas com capacidade de armaze namento de 720 KB DDDouble Density até 288 MB EDExtra Density embora o mais comum atualmente seja 144 MB HDHigh Density ou 525 polegadas com armazenamento de 160 KB Single Side Face Simples até 12 MB HD Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Os as tiveram diferentes tamanhos e formatos desde que foram inventados em 1971 com o último formato 3½ polegadas inch ED a ser definitivamente adotado Tipo de disco Ano Capacidade 8inch 1971 80 kB 8inch 1973 256 kB 8inch 1974 800 kB 8inch dualsided 1975 1MB 5¼inch 1976 160 kB 5¼inch DD 1978 360 kB 5¼inch QD 1984 12 MB 3inch 1984 320 kB 3½inch 1984 720 kB 3½inch HD 1987 144 MB 3½inch ED 1991 288 MB Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Disquete de 514 Tipo Usado Em Setores por Trilha Trilhas por Face Capacidade Taxa de transferência de bits Dupla Densidade PCXT 8 40 160320 KB 250 KBitss Dupla Densidade PCXT 9 40 180360 KB 250 KBitss Alta Densidade AT 15 80 12 MB 500 KBitss A capacidade dos disquetes 514 nos modelos mais antigos de leitora é limitado a uma face Neste caso embora a mídia permita apenas uma das faces é acessada de cada vez Nos modelos mais novos com duas cabeças de leituraescrita ambas as faces são acessadas Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Disquete de 312 Tipo Usado em Setores por trilha Trilhas por Face Capacidade Taxa de transferência de bits Dupla Densidade PCXT 9 80 720 KB 250 Kbits Alta Densidade AT 18 80 144 MB 500 Kbits Alta Densidade Extra AT 36 80 288 MB 1 Mbits Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Disquete Legenda 1 Trava de proteção contra escrita 2 Base central 3 Cobertura móvel 4 Chassi corpo plástico 5 Disco de papel 6 Disco magnético 7 Setor do disco Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Zip Drive Primeiras mídias Gravação Magnética da Informação O Zip Drive É um sistema de disco removível de média capacidade introduzido pela Iomega em 1994 O Zip Drive foi baseado no sistema Bernoulli Box da própria Iomega em ambos os sistemasum jogo de cabeças de readwrite montado em atuadores lineares flutuando em cima de um disquete girando rapidamente montado em um cartucho robusto O Zip Drive usa mídias menores aproximadamente o tamanho de um disquete 35 em lugar dos disco de tamanho compacto das mídias Bernoulli Isto resultou em um disco que tem tudo da conveniência do disquete 35 mas armazena muito mais dados com desempenho que é muito mais rápido que um floppy drive entretanto não diretamente competitivo com discos rígidos O Zip Drive original teve uma taxa de transferência de dados de cerca de 1Mbs e um tempo de busca de 28 milissegundos em média comparado aos 500Kbits de taxa de transferência de um disquete de 14 MB e várias centenas de milissegundo de tempo de busca Capacidades de 100MB 250MB e 750MB Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Armazenamento Óptico da Informação Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O armazenamento óptico da informação depende da refletância absorbância e transmitância Dependendo do tipo de material utilizado podese evidenciar e controlar cada uma dos fenômenos ópticos Dependerá da característica do material utilizado O disco óptico Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação As trilhas onde se encontram gravados os dados estão separadas por aproximadamente 3 vezes o comprimento de onda do laser Isto confere ao CD uma brilhante coloração quando iluminado com luz branca Sulcos e trilhas no disco óptico CD Materiais no disco óptico Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Materiais no disco óptico CD Camada metálica 10 a 100 nm Acrílico 10 a 30 microns Espessura 12 mm Os sulcos estão muito mais próximos da etiqueta 20 microns Riscos na região do adesivo podem danificar permanentemente o disco óptico Características dos sulcos nos discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Os sulcos são lombadas Índice de refração do ar 10 Índice de refração do policarbonato 155 A luz laser que incide no policarbonato é refratada provocando a focalização do laser Feixe incidente chega com 800 microns na superfície do policarbonato e é focalizado para 17 microns na superfície do metal O efeito de focalização minimiza o efeito da presença de poeira e de riscos na superfície Características dos sulcos nos discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Refração da luz do laser no policarbonato Características dos sulcos nos discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O sulcos são cuidadosamente fabricados para terem ¼ do comprimento de onda O feixe incidente percorrerá ½ do comprimento de onda ficando em oposição de fase com a luz refletida nos sulcos Há uma interferência destrutiva não havendo onda refletida Reflexão da luz num sulco e numa superfície plana Características dos sulcos nos discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Características dos sulcos nos discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O espaçamento entre os sulcos é cuidadosamente planejado para que a imagem de um feixe que passa através de uma abertura forme um padrão característico Os sulcos vizinhos devem estar exatamente nos pontos onde o padrão se anula minimizando a interferência entre sulcos vizinhos Espaçamento entre sulcos e padrão luminoso formado Tipos de discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Somente leitura Graváveis Regraváveis Variações nas superfícies dos discos SOMENTE LEITURA Fabricação utiliza um processo de prensagem a partir de um molde como os discos antigos de vinil A camada com os sulcos é moldada a partir de uma matriz prensada sobre um material termoplástico GRAVÁVEIS Processo de gravação denominado WORM Write Once Read Many do tipo organic dye polymer O laser queima pontos microscópicos em uma camada de material orgânico geralmente verde colocada sobre a superfície refletora na parte inferior do disco Estes pontos tornamse opacos e impedem que a luz do laser atinja a camada refletiva situada abaixo da camada orgânica deixando de atingir o sensor de raios refletidos pelo disco Tipos de discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação REGRAVÁVEIS Gravação é feita pela técnica chamada de Optical phasechange mudança de fase óptica A camada que recobre a superfície reflexiva é diferente aquecida até 200 graus Celsius tornase opacorefletor Aquecida a uma temperatura de 500 a 700 graus Celsius e após resfriada rapidamente tornase amorfo Laser com três diferentes potências Fraca para leitura Média para apagar pontos amorfos tornandoos cristalinos novamente Alta Para tornar transparentes amorfos pontos cristalinos Após a camada reflexiva é colocada uma camada dielétrica para dissipar calor do laser mais potente A camada reflexiva dos CDs e DVDs é calibrada para o tipo de laser utilizada em drivers de CD e microcomputadores pode gerar incompatibilidade com alguns equipamentos Tipos de discos ópticos Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Estrutura do disco regravável O processo de leitura do disco óptico Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O CDROM Compact Disc Read Only Memory Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Compact Disc 12 cm de diâmetro 12 mm de espessura O CD é composto por 3 camadas Camada principal mais espessa de policarbonato PMMA resina acrílica ou PVC O plástico permite que a luz emitida pelo laser atravesse a camada Segunda camada camada metálica geralmente em alumínio que reflete a luz emitida pelo laser Camada em verniz embaixo da camada metálica para proteção de raios ultravioleta pode desestabilizála Por último há uma quarta camada para a impressão do rótulo do CDROM O CDROM Compact Disc Read Only Memory Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Estrutura do CD O CDROM Compact Disc Read Only Memory Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação A codificação da informação em um CDROM é representada numa faixa do disco por uma descontinuidade do relevo O feixe luminoso do laser atinge a superfície do disco Na ausência de uma micro bacia região côncava o feixe é refletido e volta para a célula fotoelétrica Ao varrer uma região côncava há pouca luz refletida A célula fotoelétrica recebe uma série de impulsos luminosos que representam o relevo do disco Um conversor analógico digital reconstitui o código binário O sinal é gravado ao longo de uma espiral de 16 microns O disco comporta em torno de 20 mil faixas que totalizam uns 5 Km O disco é organizado logicamente em três regiões Região 1 zona lead in região de sincronização da velocidade de leitura Região 2 região dos dados Região 3 zona leadout zeros por pelo menos 90 segundos marca o final do CD O CDROM Compact Disc Read Only Memory Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O processo de reflexão no CD Processo de fabricação consiste da criação de uma matriz e duplicação através de um sistema de prensas Para isso é necessário um processo ser realizado em vácuo para evitar que pequenas partículas se depositem na camada metálica do CD e alterem o sinal lido CDs graváveis Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Existem três processos de escrita em CDs graváveis escrita por ablação por deformação e por mudança de fase Os dois primeiros processos não possibilitam reescrever o disco CDR enquanto o último possibilita apagar e reescrever no disco CDRW Processo de ablação criação de microbacias obtidas através da fusão de um material de gravação filme termosensível localizado na camada mais externa do disco Isso permite o substrato ocupar o volume liberado A potência do laser é de 5 a 10 mW e a temperatura atinge 250 graus Celsius Após o processo o CDR se comporta exatamente como um CDROM Não é permitida a regravação mas há vários softwares que permitem a gravação sucessiva de várias sessões sobre um mesmo CDR CDs graváveis Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Escrita por ablação CDs graváveis Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Processo de deformação Aquecimento de um filme plástico termodegradável liberando bolhas que criam microdeformações no relevo da superfície metálica As microdeformações funcionam de modo semelhante às microbacias Escrita por deformação CDs regraváveis CDRW Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação A superfície refletora de um CDRW é uma liga de prata antimônio e índio ou telúrio que possuem em seu estado inicial uma estrutura policristalina Elevação da temperatura além do ponto de fusão a liga passa para o estado amorfo tecnologia de mudança de fase A potência do laser é de mais de 10mW e a temperatura varia entre 500 e 700 graus Celsius dependendo da liga em questão Ao resfriarem as zonas continuam em seu estado amorfo mas para isso é necessário que o resfriamento seja rápido o suficiente para evitar a volta ao estado cristalino Na leitura as zonas equivalentes às microbacias no CRROM em estado amorfo refletem menos a luz que nas regiões cristalinas permitindo a codificação de 0 ou 1 comportandose como um simples CD Para apagar o CD as regiões são aquecidas a 200 graus Celsius por tempo suficiente para voltar ao estado cristalino O DVD Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O acesso às duas camadas sobrepostas é obtido através do ajuste do ponto de focalização do laser a diferentes profundidades A camada superior mais próxima do laser é semitransparente superfície dourada e permite o laser atravessála e atingir a camada inferior superfície prateada quando seu ponto de focalização estiver no nível desta Princípio de funcionamento do DVD de duas camadas O DVD Digital Versatile Disc Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação DVDs regraváveis Três tecnologias diferentes DVDRAM 26 GB 52 GB ou 94 GB DVDRW 47 GB DVDRW 47 GB Todos se baseiam na tecnologia de mudança de fase mas utilizam substratos diferentes Face ao problema existem leitores de DVD que conseguem ler todos os tipos de DVD especificações criadas pela OSTA OSTA Optical Storage Technology Association O BluRay Disc BD Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Tecnologia baseada no laser azul crescimento da quantidade de dados guardados em periféricos de armazenamento óptico Os comprimentos de onda dos lasers utilizados atualmente limitam enormemente a redução do tamanho das microbacias dos discos O laser azul possui comprimento de onda de aproximadamente 400 nm e consegue escrever e ler bacias cada vez mais estreitas possibilitando uma capacidade de pelo menos 20 GB Dois grandes consórcios que exploram esta tecnologia O BluRay Disc Sony e o HDDVD Toshiba A diferença das duas tecnologias é que o HDDVD é compatível com os DVDs atuais São importantes e de interesse particular para a HDTV high definition TV CDs X DVDs Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação CDs X DVDs Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação CD X DVD X BD Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Comparação entre o CD o DVD e o BD O cabeçote e a velocidade de leitura Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação O cabeçote de leitura é uma das partes mais complexas de um leitor de CD e DVD O cabeçote deve ser posicionado verticalmente para focalizar o laser sobre o disco e radialmente para acompanhar a faixa a ser lida Velocidade de rotação do disco Dois tipos Velocidade linear constante CLV necessidade de adaptar a velocidade dependendo da posição do cabeçote Velocidade angular constante CAV mais dados serão lidos no centro do disco em relação à extremidade do disco possibilitando um acesso mais rápido Tecnologias híbridas aperfeiçoamento das vantagens das duas velocidades ZCLV velocidade constante por trecho do disco PCVA velocidade constante apenas no último terço exterior do disco Armazenamento fluorescente em multicamadas FMS Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Empregase um laser para leitura das informações Ao atingir o substrato ele emite luz fluorescente de um comprimento de onda diferente Não ocorre interferência entre os feixes luminosos Armazena até um Terabyte em 100 camadas de um disco do tamanho de um DVD Leitura dos dados em 1GBs Substrato que contém poços de materiais fluorescentes que possuem 05 micron de diâmetro De 10 a 50 camadas de substrato mantidas por uma resina como o verniz do CDROM O leitor de FMS pode ler também um disco de DVD pois o cabeçote é similar ao da tecnologia de DVD NME DVDs de quatro camadas VMD Versatile Multilayer Disc com capacidade de 40 GB Armazenamento fluorescente em multicamadas Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Estrutura da tecnologia baseada em materiais fluorescentes Gestão de erros Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Poeira Arranhões Problemas de gravação Problemas no posicionamento do cabeçote de leitura Taxa média de erros 14 erros por segundo Alta densidade de erros utilizamse algoritmos que detectam e corrigem os erros Gestão de erros Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação Principal algoritmo de detecção e correção de erros usados em CDs e DVDs CIRC CIRC CrossInterleaved ReedSolomon Code adiciona a cada pacote de 3 bytes um byte extra de paridade O algoritmo detecta e corrige erros aleatório e erros em sucessão Pode ocultar erros que não podem ser corrigidos Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Mídias Ópticas Armazenamento Óptico da Informação e Introdução às Mídias Capacitivas Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Armazenamento Holográfico FeLiNbO3 Niobato de lítio dopado com ferro Densidade de armazenamento e taxa de transferência maiores memória holográfica Ao contrário dos outros métodos que guardam a informação de forma bidimensional a memória holográfica armazena as informações de forma volumétrica três dimensões Dados armazenados e lidos em forma de paginação em cerca de milhões de bits por página Armazenamento clássico 1 bit por página O armazenamento holográfico utiliza cristais fotossensíveis São utilizados dois lasers para escrita A luz atravessa um modulador de luz espacial tela de cristais líquidos O feixe objeto forma uma página de dados a memorizar um padrão de quadrados claros e opacos análogo a uma grade de palavras cruzadas Armazenamento Holográfico O holograma é criado no material de gravação fotossensível pela interferência do feixe objeto com o feixe de referência A interferência óptica promove mudança nas propriedades físicas e químicas do material Variação de índice de refração Variação da absorbância do material Variação da espessura do material Tendose o padrão de interferência gravado sua iluminação por um dos dois feixes de origem conduz a uma difração de luz que reconstitui o outro feixe Ao iluminar o cristal com o feixe de referência o feixe objeto é recriado com a sua página de dados O padrão de dados é detectado por uma câmara CCD charge coupled device e os dados do sensor são enviados a um computador Armazenamento Holográfico Figura 1 Princípio da memória holográfica Gravação dos dados Armazenamento Holográfico Figura 2 Princípio da memória holográfica Leitura dos dados O holograma Figura 3 Padrões de um holograma Investigação científica Artística Marketing e publicidade Segurança e Antifalsificação Armazenamento da informação Os polímeros utilizados em discos de armazenamento óptico Spintrônica e a Computação quântica A tecnologia atual utiliza controle de fluxo de elétrons pelos seus componentes para processamento da informação Centenas de milhares de informações processadas por segundo Podese controlar o fluxo de elétrons não somente pela carga mas também pelo spin A carga elétrica sofre a ação de campos elétricos e o spin sofre a ação de campos magnéticos A informação pode ser processada muito mais rapidamente com o controle do spin dos elétrons dos materiais Desenvolvimento de novos algoritmos para codificação da informação Desenvolvimento da computação quântica Figura 4 Princípios da spintrônica e computação quântica Como aumentar a capacidade de memória dos computadores 1 Força que vem do giro Sem rotação os elétrons têm somente a força elétrica que atrai prótons e repele outros elétrons Ao girar em torno de si mesmos num movimento chamado spin ganham também força magnética 2 Preservação do magnetismo Num fio elétrico as forças magnéticas dos elétrons tendem a anular umas às outras pois adquirem sentidos opostos Só a eletricidade se alinha num único sentido criando a corrente elétrica Já nos ímãs com os spins emparelhados o magnetismo se mantém Como aumentar a capacidade de memória dos computadores 3a Memória magnética As instruções básicas do computador são escritas com pequenos ímãs colados ao disco rígido Ao apontar para cima ou para baixo eles indicam as duas únicas letras do alfabeto eletrônico os números 1 e 0 Essa memória é fixa nunca se apaga 3b Memória elétrica Ao ser ligada a máquina lê dados do disco e os armazena nos chips em pequenas células de memória Se passa corrente elétrica numa célula significa 1 se não quer dizer 0 Os dados somem quando a máquina é desligada 3c Memória spintrônica Chip filtra elétrons e deixa passar só os que têm spin no mesmo sentido podendo gravar magneticamente os dados de forma permanente ou temporária Grande vantagem da spintrônica relacionado ao Boot imediato Diamantes e a informação quântica Armazenamento da informação em um cristal memória quântica A memória quântica não utiliza 0s e 1s como os computadores convencionais Utiliza estados 0 e 1 ao mesmo tempo As impurezas do cristal são as chaves para o desenvolvimento da tecnologia O nitrogênio é a principal impureza defeito importante para a tecnologia Quando um átomo de nitrogênio se liga ao carbono criase um elétron extra que se move na lacuna do cristal Podese mudar o spin do elétron dos átomos utilização da energia das microondas Ligação do spin do elétron ao spin do núcleo do átomo de nitrogênio A transferência desencadeada por campos magnéticos tem tempo de 100 ns e é comparável ao tempo de transferência da memória RAM Diamantes e a informação quântica Fidelidade da técnica está entre 85 e 95 Grande quantidade de sistemas quânticos em estudo precisam trabalhar em temperaturas próximas do zero absoluto Esta técnica é realizada na temperatura ambiente Alguns importantes características da técnica A memória quântica do diamante não dura para sempre mas o tempo é longo para padrões quânticos O diamante pode ser expandido para tamanhos maiores Podese implantar átomos de nitrogênio no cristal criando os defeitos no corpo do material A transferência da informação ocorre pela ligação de bits quânticos ou qubits Formação de redes quânticas de diamantes para longas distâncias de transferência da informação Mídias capacitivas Baseiamse na grandeza capacitância O que é um capacitor Sensores capacitivos Quais as aplicações dos sensores capacitivos Medidas de diversas grandezas como Posição Deslocamento Aceleração linear angular Umidade Concentração de gases Nível de líquidos Força Torque Pressão Temperatura Presença Sensores capacitivos Sensores capacitivos exemplos Figura 4 Sensor capacitivo de a velocidade b umidade e c pressão a b c A grandeza capacitância Figura 5 A grandeza capacitância Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen A Estrutura a b c d e f Figura 6 Tecnologia Touch Screen com a camada simples e b camada dupla de vidro c Vista frontal da ligação por d um lado e Vista frontal da ligação por e 2 lados Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Teoria A capacitância é definida como a relação entre a carga e o potencial de um condutor carregado isolado eletricamente Como o corpo humano é um condutor quando o dedo humano se aproxima de uma tela táctil de capacitância determinada a capacitância entre o dedo e a tela é alterada o que torna possível um controlador localizar a posição do toque uma linha tem a variação de capacitância A força na tela é nula O material destas telas é de vidro altamente resistente a arranhões durável e resistente a ambientes hostis A tela é ativada utilizandose um condutor Figura 7 Ativação da tela capacitiva As telas tácteis de superfície capacitiva usam uma camada de ITO Indium Tin Oxide óxido estanho índio liso com borda metalizada Existe um padrão ITO sofisticado que torna o campo elétrico aproximadamente linear em todo o ITO As telas tem camadas homogêneas e detectam sinais em 3 dimensões e não consegue suprimir os sinais errados A estruturação do ITO é feita em linhas e colunas nas camadas interiores As telas simples não conseguem discernir mais de um toque por vez Com duas camadas podese diferenciar com precisão dois toques Pulsos em ângulos e posições aleatórias geram erros de leituras efeito sombra Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Princípio de funcionamento Material condutor em uma das faces Uma pequena tensão é aplicada nos quatro cantos da camada condutora resultando em um campo elétrico uniforme A localização do toque é calculada pela variação do campo Quando um condutor toca a superfície não revestida uma capacitância é formada Assim a capacitância efetiva nas pontas muda A localização do toque é realizada a partir da capacitância medida em um determinado canto Quanto maior a variação da capacitância Mais próximo o toque está daquele canto Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Princípio de funcionamento Figura 8 O toque na tela capacitiva Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Princípio de funcionamento O corpo é um condutor elétrico Por isso quando se toca na tela com o dedo uma pequena quantidade de corrente vai circular criando uma queda de tensão A corrente originase dos quatro cantos e é proporcional à distância do ponto a cada um dos cantos O controlador precisamente calcula a proporção de corrente para determinar as coordenadas X e Y do ponto do toque Figura 9 As correntes criadas na tela capacitiva Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen Princípio de funcionamento Uma pequena tensão é aplicada aos quatro cantos da tela Uma pequena corrente circula no ponto de contato quando o dedo toca a superfície As coordenadas X e Y do ponto de contato são calculadas pelo controlador e comunicadas ao processador central Figura 10 Determinação das coordenadas X e Y do toque Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen A superfície capacitiva Um sistema capacitivo também detecta mudanças nos campos elétricos mas não depende da pressão Um sistema capacitivo inclui uma camada de material que armazena cargas elétricas Tocandose um condutor parte da carga é transferida para o material e a tela registra o toque Uma tela capacitiva necessita de um condutor para realizar o toque na tela Os sistemas capacitivos são mais robustos que os sistemas resistivos pois não é necessário exercer pressão sobre o material Mídias capacitivas Tecnologias Touch Screen A superfície capacitiva Vantagens Durável e resistente a arranhões Mais rápido e ágil Imune a contaminantes na superfície Clareza óptica superior display mais brilhante e menos reflexão na superfície Desvantagens Deve ser tocada com o dedo condutor Dificuldade na seleção de objetos pequenos Pequenos choques elétricos com as mão molhadas Calibração periódica Redução de brilho da imagem Mais caros Tecnologias Resistiva X Capacitiva A tecnologia resistiva é barata e comum mas há muita instabilidade precisando de calibração contínua Tem durabilidade baixa Figura 11 Tecnologias resistiva e capacitiva Tecnologias Resistiva X Capacitiva A tecnologia de superfície capacitiva oferece maior transmissão de luz devido às menores mudanças no índice de refração Figura 12 Transmissão da luz nas tecnologias resistiva e capacitiva Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Mídias capacitivas Memórias voláteis e não voláteis Circuitos Impressos Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS As telas capacitivas projetadas utilizam basicamente o óxido de estanho índio ITO A camada de óxido de estanho é carregada com uma corrente elétrica Quando a superfície é tocada criase um acoplamento capacitivo que consome corrente daquela região Assim as coordenadas XY são determinadas Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Figura 1 Estrutura da tecnologia capacitiva projetada Figura 2 Posicionamento real do toque pela variação de capacitância Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen A Capacitância é detectada por receptores continuamente na tela Quando um dedo toca a superfície da tela há alteração da capacitância Em cada intersecção das linhas X Y sentido unidade a alteração da capacitância é medida capacitância mútua Os dados são interpretados e convertidos para coordenadas XY que correspondem à posição do toque real Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Funcionamento O dedo roubadoa carga do eletrodo X alterando a capacitância entre os eletrodos As linhas de campo elétrico são projetadas para além da superfície de contato quando um dedo está presente Operação exterior possível chuva neve gelo Ativada mesmo pela mão enluvada Funciona mesmo que o vidro esteja riscado ou quebrado Aplicações máquinas ao ar livre Figura 3 Projeção do campo e a variação de capacitância Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen As Telas táteis projetadas consistem de uma matriz X e de uma matriz Y entrelaçadas de ITO condutor Óxido de índioestanho com acoplamento capacitivo entre ambas O acoplamento capacitivo entre cada linha e coluna é modelado com o valor da capacitância mútua enquanto o acoplamento de cada um é feito e modelado com a autocapacitância Figura 4 Estrutura das linhas e colunas das matrizes de ITO Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Aplicandose tensão a uma matriz criase uma grade de capacitores A aproximação de um dedo ou outro condutor perto da superfície sensora muda o campo local eletrostático A variação da capacitância em cada ponto individual da grade pode ser medida para determinar com precisão a posição O toque nesta grade permite uma resolução maior do que a tecnologia resistiva e também permite operação multitouch O Controlador da Touch Screen calcula a localização de toque coordena e transmite os dados para o processador do sistema Figura 5 Variação do campo eletrostático pelo toque Sob o substrato de vidro superior há duas camadas de ITO estampados que criam campos elétricos entre os eixos X e Y Estes campos elétricos entre camadas adjacentes de ITO vão se projetar acima da superfície de vidro Uma vez que um dedo se aproxima da superfície de vidro um novo equilíbrio de campo elétrico será estabelecido entre o dedo e uma grade correspondente a um ponto de coordenadas X e Y O IC do controlador irá localizar os sinais de ITO que têm alterações de capacitância para identificar a posição do toque do dedo com precisão As telas de capacitância projetada têm sensores capacitivos e vidro de proteção frontal que fornecem melhores características ópticas e de resistência Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Figura 6 Camadas das mídias capacitivas projetadas Figura 7 Camadas em detalhes da tecnologia capacitiva projetada Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Autocapacitância Os sensores da Autocapacitância têm a mesma grade sensora XY como a Capacitância Mútua mas as colunas e linhas operam independentemente Com a Autocapacitância os sensores detectam a carga capacitiva de um dedo em cada coluna ou linha Isso produz um sinal mais forte do que a detecção da Capacitância Mútua mas é incapaz de resolver com precisão contatos com mais de um dedo o que resulta em fantasmas ou a localização errada dos contatos Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Figura 8 Grade da tecnologia baseada na autocapacitância Capacitância Mútua Os sensores de Capacidade Mútua possuem um capacitor em cada intersecção de cada linha e de cada coluna Uma matriz de 12x16 por exemplo teriam 192 capacitores independentes Uma voltagem é aplicada às linhas ou às colunas Com a aproximação de um material condutor ou um dedo próximo à superfície do sensor alterase o campo elétrico local o que reduz a capacitância mútua A variação da capacitância em cada ponto individual sobre a grade é medida para determinar com precisão a localização do toque através da medição da tensão no outro eixo Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Figura 9 Grade da tecnologia baseada na capacitância mútua Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen A Capacitância Mútua permite operação multitouch Vários dedos palmas das mãos ou canetas podem ser monitorados com precisão ao mesmo tempo Cada linha é controlada com um sinal do controlador A saída capacitiva de cada coluna é detectada analogicamente e depois digitalizada Os dados são então transferidos para o processador central Quando um dedo ou a caneta é colocada perto da tela de toque existe uma alteração nos valores das capacitâncias Isto resulta numa mudança nos sinais detectados nas coordenadas X e Y A localização do dedo ou a caneta pode então ser determinada Figura 10 Variação no sinal para detecção das posições Pode ser multitoques Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Autocapacitância X Capacitância Mútua A tecnologia de toque baseada na autocapacitância detecta o toque através da produção de uma capacitância no que diz respeito ao eletrodo quando o dedo toca a superfície dielétrica que afeta a capacitância inicial do eletrodo a ser tocado A obtenção de sinal é feita pela digitalização dos eletrodos nas direções X e Y Quando há um ponto de toque o eletrodo com variação da capacitância na direção X irá ser detectado com um outro eletrodo detectado na direção de Y As coordenadas de toque podem então ser determinadas pela combinação dos eletrodos nas direções X e Y Em caso de múltiplos pontos de toque no entanto uma vez que há mais de um eletrodo X e Y tocados uma combinação incorreta será gerada levando a erros de identificação de pontos não tocados como pontos tocados que são os pontos chamados de fantasmas Quanto mais pontos de contato existirem mais pontos de fantasmas são gerados Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen A Autocapacitância difere da Capacitância Mútua na capacitância medida Quando o dedo toca o painel na capacitância mútua mede se a variação da capacitância mútua entre dois eletrodos para detectar o ponto de toque varrendo a capacitância mútua entre os eletrodos X e Y individualmente Portanto quando forem detectadas alterações de capacitância mútua sua coordenada pode ser diretamente determinada sem gerar o ponto de fantasma fornecendo assim a possibilidade de toque múltiplo real Como resultado a tecnologia de capacitância mútua é a melhor escolha nas aplicações multitoque multitouch Figura 11 Comparação entre a autocapacitância e a capacitância mútua Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen VANTAGENS Sensível ao toque Resistência a riscos Alto impacto Resistente ao vandalismo Imune às mudanças potenciais de terra Imune à proximidade de metais Imune à gordura Imune à sujeira Imune à água Imune a produtos químicos É de longa duração resistente ao desgaste Transmite mais que 90 da luz Não é afetado pela chuva umidade ou temperatura VANTAGENS Pode ser usado com o dedo Não requer recalibração periódica Baixo consumo de energia Outros revestimentos de superfície não são necessários Aceita Dualtouch Aceita Multitouch Pode ser usado em superfícies curvas flex Alta resolução As coordenadas do Toque livres de desvios Pode ser usado com uma mão enluvada Escalonável para telas maiores Pode ser usado com monitor LCD Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen Mídias capacitivas projetadas Tecnologias Touch Screen DESVANTAGENS Não pode ser utilizado com uma caneta Stylus Não está imune à interferência eletromagnética OBS Todas as telas de toque capacitivo projetadas PCT têm três características fundamentais em comum Sensor com matriz de linhas e colunas O sensor está por trás da superfície de toque O sensor não usa partes móveis Melhor resolução com tecnologias de Near Field Induction NFI Armazenamento volátil requer energia para manter a informação armazenada Duas tecnologias Memória RAM Geral Popularizada como RAM Randomic access memory memória de acesso aleatório O nome é devido à forma de armazenamento e não à forma de acesso das informações dados e programas Memória dinâmica DRAM Dynamic Randomic Access Memory Necessita ser recarregada a cada momento dinamicamente utilizando mais energia Mais barata Memória estática SRAM Static Randomic Access Memory Não necessita ser recarregada a todo momento A informação é guardada enquanto receber alimentação de energia Mais cara Memórias voláteis Memória SRAM Exemplo Figura 12 Memória SRAM de 64MB Transistores na memória SRAM Figura 121 Transistor MOS a esquema da estrutura b micrografia da estrutura a b Armazenamento não volátil consiste no armazenamento onde uma vez gravados os dados não são perdidos ao se retirar a fonte de energia Exemplos Disco Rígido HD Memória flash Discos ópticos Fitas magnéticas Cartões perfurados Mídias ou memórias ou dispositivos de armazenamento Memórias não voláteis Discos Rígidos HDs O HD armazena os dados em discos magnéticos que mantêm a gravação por vários anos Usa componentes mecânicos e por isso durava no início em média de cinco a sete anos Figura 13 O disco rígido HD Memórias não voláteis São aquelas que guardam todas as informações mesmo quando não estiverem recebendo alimentação Memórias ROM FeRAM e FLASH Dispositivos de armazenamento em massa Disco Rígido Cds DVDs Blurays Memórias ROM permitem acesso aleatório e são conhecidas pelo fato de o usuário não poder alterar o seu conteúdo Memórias do tipo ROM Tabela 1 Comparação das memórias do tipo ROM A Memória FLASH A memória FLASH é uma variação do tipo EPROM Tornaramse muito populares por dois motivos a utilização de dispositivos de armazenamento removíveis como os chamados pen drives a aplicação em equipamentos de som que reproduzem música no formato MP3 e os cartões de memória das câmeras digitais Os dados armazenados neste tipo de memória permanecem ali sem a necessidade de alimentação Sua gravação é feita em geral através da porta USB que fornece 5 Volts para alimentação Figura 14 A estrutura do pen drive Os Pen Drives Memória USB Flash Drive Dispositivo de armazenamento constituído por uma memória Flash Memória tipo EEPROM ElectricallyErasable Programmable Read Only Memory Não volátil o que significa que não necessita de energia para manter as informações armazenadas no chip Em condições normais podem armazenar informações durante 10 anos Limitação tem um número finito de modificações Vantagens Ocupação mínima de espaço Baixo custo benefício Baixo consumo de energia Alta resistência Durabilidade e Segurança Os Pen Drives Mais resistentes que os discos rígidos Não tem peças móveis Evitam problemas mecânicos Utilizam apenas 5 dos recursos normalmente empregados na alimentação de discos rígidos Figura 15 A estrutura do pen drive e o cartão de memória A placa de circuito impresso material base da maioria das memórias não voláteis Definição dos circuitos impressos Um circuito impresso consiste em uma placa formada por camadas de materiais plásticos e fibrosos como fenolite fibra de vidro fibra e filme de poliéster entre outros polímeros que contam com finas películas de substâncias metálicas cobre prata ouro ou níquel Essas películas formam as trilhas ou pistas que serão responsáveis pela condução da corrente elétrica pelos componentes eletrônicos Figura 16 Layout do circuito impresso Definição dos circuitos impressos Esses impulsos elétricos são transmitidos para os componentes viabilizando o funcionamento de cada peça e consequentemente do sistema completo formado pela PCI As placas de circuito impresso tiveram sua origem em 1936 pelas mãos do engenheiro austríaco Paul Eisler embora a técnica fundamental para o desenvolvimento das PCIs tenha surgido no ano de 1903 com as pesquisas do inventor alemão Albert Hanson Figura 17 Layout do circuito impresso Criação do esquema elétrico e do desenho dos CIs O processo de fabricação de uma placa de circuito impresso começa em um computador Cada modelo de PCI é projetado por engenheiros com conhecimentos em elétrica ou eletroeletrônica utilizando softwares específicos Os arquivos originados geralmente nos formatos CAD e CAM formam o esquema elétrico da placa definindo por onde a corrente elétrica deverá passar Esses desenhos serão utilizados pelas máquinas de produção para selecionar as camadas furar e criar as trilhas da PCI Criação do esquema elétrico e do desenho dos CIs Figura 18 Layout de um circuito impresso Perfuração da PCI Com o projeto da PCI devidamente revisado o primeiro procedimento da fabricação propriamente dita é a perfuração Agrupados em grandes painéis diversas placas fibrosas que formarão as camadas da PCI são perfuradas por grandes máquinas das quais algumas são capazes de ultrapassar até seis painéis ao mesmo tempo Uma fina folha de papel alumínio pode ser colocada sobre os painéis para absorver e auxiliar na distribuição do calor ocasionado pela perfuração evitando possíveis danos à placa A quantidade de brocas utilizadas pelas máquinas pode variar mas em geral elas possuem cartuchos com 120 brocas Banho químico e de cobre Após a retirada do papel alumínio os painéis passam por uma limpeza Nessa etapa do processo as placas passam longe do contato com correntes elétricas ficando restritas a entrar em contato com substâncias químicas As substâncias utilizadas são escolhidas conforme o material das placas e das películas metálicas Em seguida as PCIs ainda agrupadas seguem para recipientes cheios de cobre Assim toda a área das placas inclusive dentro dos buracos abertos na perfuração receberá uma finíssima camada desse metal Banho químico e de cobre Figura 19 PCIs em banho de cobre Aplicação de filme fotorresiste e mascaramento O próximo passo é a aplicação de um filme fotorresistente um material sensível à luz que tem o objetivo de criar um revestimento para proteger a camada de cobre das PCIs da ação dos raios UV evitando possíveis oxidações e curtocircuitos Essa é uma etapa que exige muito cuidado Os ambientes de armazenamento dos painéis com o filme fotorresistente exposto devem estar muito higienizados para que partículas estranhas como poeira não entrem em contato com as áreas de condução das placas Posteriormente os painéis recebem uma película que determinará o traçado das trilhas que conduzirão a corrente elétrica pela PCI Essa nova camada funciona como uma máscara Ela cobre as partes da superfície das placas que não deverão receber corrente deixando apenas as posições dos componentes e o caminho que a corrente deve seguir entre eles as trilhas expostos Aplicação de estanho As placas de circuito impresso seguem para receber um reforço na camada de cobre nas partes que continuaram expostas as trilhas e os buracos oriundos da perfuração As aplicações da substância metálica finíssima tendo milésimos de centímetros de espessura Entra em ação outro elemento metálico o estanho Essa substância é adicionada aos pontos em que as áreas recémbanhadas no cobre continuam expostas Ela vai servir como uma proteção para os contatos onde serão futuramente soldados os componentes eletrônicos Aplicação de estanho Figura 20 PCIs em banho de estanho Remoção do fotorresiste e do estanho Máscara de solda Então as PCIs partem para o procedimento de retirada do filme fotorresistente As películas são removidas com máquinas pois a precisão deve ser perfeita para não afetar outras camadas das placas Depois os painéis são mergulhados em tanques com componentes químicos para a remoção do estanho Nesse momento a estrutura que será responsável pela condução da corrente elétrica está finalizada As placas partem para o processo em que receberão a chamada máscara de solda um tipo de verniz constituído de polímeros que dão um revestimento capaz de proteger permanentemente os traços de cobre das PCIs Finalmente as placas ganham a coloração verde que conhecemos Os painéis ficam expostos a luzes UV para que a máscara de solda seque e eles possam ser manipulados O excesso do verniz é removido e as placas vão para uma estufa ou forno para curálas em altas temperaturas Serigrafia O processo de fabricação inicia sua fase final As placas de circuito impresso vão para um dispositivo que pode ser entendido como uma impressora gigante no qual elas terão a serigrafia impressa como o nome do produto versão indicações das posições dos componentes e outras informações que serão úteis na montagem dos componentes eletrônicos Novamente as PCIs ficam em repouso em uma estufa ou forno para secar a serigrafia Figura 21 PCI em serigrafia Fluxo de solda Inspeção de qualidade Para finalizar as placas são banhadas em fluxo de solda uma substância que facilita o procedimento de soldagem O fluxo adere apenas na superfície onde o cobre ainda está exposto Removido o excesso desse elemento os painéis podem seguir para a inspeção de qualidade final Não é somente no final do processo produtivo que as placas são aferidas As inspeções visuais quando o ser humano averigua imperfeições nas placas pode acontecer em diversos momentos da linha variando de acordo com a fabricante Normalmente além de uma última verificação superficial ao final da produção as PCIs passam por máquinas que irão testar se a corrente elétrica está passando pelos pontos especificados no projeto inicial Feito isso as placas de circuito impresso já podem ser separadas ou remetidas em painéis para os clientes os quais farão a inserção dos componentes eletrônicos As placas antesdepois Figura 22 Placas de circuito impresso Fabricação de Placas de CI httpswwwyoutubecomwatchvRo1640L81jA Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Fenômenos Ópticos Adicionais Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Introdução Arcoíris espectro visível Raios de luz comprimentos de onda desvios gotas de chuva refração da luz Cores vivas das bolhas de sabão e das manchas de óleo Interferência construtiva ou destrutiva da luz refletida As ondas refletidas combinamse de modo a reforçar ou suprimir certas cores do espectro da luz solar incidente Luz incidente sobre um vidro comum 4 de perda Películas simples ou multicamadas diferentes espessuras e diferentes materiais para reforçar ou diminuir a reflexão Janelas com películas para controle de comprimentos de onda incidentes refletir o infravermelho e deixar passar a luz visível para iluminação Até 1800 1 Descrição ondulatória da luz Huygens 2 Descrição da mecânica de partículas Newton 1803 Thomas Young 1 Difração e interferência são fenômenos ondulatórios 2 Luz é uma onda 1860 Descrição Teoria de Maxwell Difração A difração é o fenômeno pelo qual as ondas conseguem contornar obstáculos Quanto maior o comprimento de onda mais acentuada é a difração difração sonora difração da luz Princípio de Huygens Teoria parte do seguinte princípio que as ondas são planas e viajam com uma velocidade c Todos os pontos de uma frente de onda são fontes puntiformes de ondas esféricas secundárias A difração é mais evidente se a razão aλ é aλ1 λ aumenta ou a diminui aumento da difração λ diminui ou a aumenta diminuição da difração Experimento de Young 1 Se através da experiência de Young ficou comprovado que a luz é uma onda porque sofre interferência e difração foi admitido que ela se propaga num meio ÉTER 1900 Morley mostrou a não existência do ÉTER a luz se propaga no vácuo Tipos de interferência Numa corda Franjas de interferência Interferência em Filmes Finos Por que é importante estudar interferência e difração Tecnologia de filmes finos reflexão e transmissão de luz ou de calor Laser tem comprimento de onda bem específico e fase bem definida a cortes cirurgias e processamento de materiais b Tecnologia da informação Holografia aeronaves lentes de contato bifocais dispositivos de varredura medições biomédicas e de engenharia componentes ópticos de computador etc Difração de Raio X átomos de um cristal espaçamento interplanar característico Para a disciplina Materiais para Tecnologia da Informação é importante Laser a Sistemas de gravação e leitura laser b Máquinas de corte a laser c Emissores em sistemas de comunicação óptica d Estudo de materiais ópticos e Pesquisa e desenvolvimento de processos materiais e diversas outras aplicações Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Introdução aos princípios de transmissão óptica da informação Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Breve histórico 01 Sinais com as mãos não funciona no escuro Sol é a fonte transmissor As mãos moduladores Há um receptor os olhos detectam a mensagem e o cérebro a processa Taxa de transferência baixa Alcance da transmissão é limitado Probabilidade de erro é grande 02 Sinais de fumaça Variase o padrão de fumaça emergente do fogo Necessita de um método de codificação aprendido pelo transmissor e pelo receptor Transmissão Óptica da informação 03 Fotofone 1880 Graham Bell Luz é refletida por um espelho fino cuja posição é modulada pela voz O espelho do fotofone modula a luz em intensidade Célula de selênio converte a luz em corrente elétrica 04 Enlaces de luzes piscantes lâmpadas em navios sinais de conversão para automóveis piscapisca e luzes de trânsito 05 LASER Light Amplification by stimulated emission of radiation 1960 comunicações ópticas de grande capacidade Fonte de radiação óptica Largura espectral estreita Portadora de informação Comparáveis a sistemas de radiofrequência Transmissão Óptica da informação 06 Sistemas sem fibras ópticas Luz não guiada atmosfera limpa e ligação em linha reta entre transmissor e receptor 07 Modems ópticos 08 A partir de 1960 Estudo da atenuação de vidros fabricados pelo homem ao longo da história fibras ópticas 10000 dBKm 09 Corning Glass 1970 Atenuação de 17 dBKm perdas aceitáveis Transmissão Óptica da informação 10 1860 John Tyndall Experimento do balde iluminado Transmissão Óptica da informação Figura 1 Experimento do balde iluminado de John Tyndall Sistema básico de comunicações Figura 2 Sistema básico de comunicações Sistema básico de comunicações ópticas Figura 3 Sistema básico de comunicações ópticas Natureza ondulatória da luz Figura 4 Espectro eletromagnético Natureza ondulatória da luz Figura 5 Espectro eletromagnético comparativo Natureza de partícula quântica da luz Figura 6 Os tipos de fótons pacotes de energia Principais constantes utilizadas em Comunicações ópticas Tabela 1 Principais constantes utilizadas em Comunicações ópticas Sistemas de transmissão por fibras ópticas Classificação Configuração básica ponto a ponto e multiponto Tipo de informação transportada analógicos e digitais Alcance curta e longa distância Técnica de Modulação e detecção utilizada sistemas de detecção direta ou detecção coerente Sistemas de transmissão por fibras Ópticas Aplicações Aplicações de voz Troncos telefônicos interoffice interurbano transoceânico Serviço de assinante cidade cabeada com fibras serviço de difusão Perto de estações geradoras de eletricidade Ao longo de linhas de transmissão Comunicações de campo Aplicações de vídeo Difusão de TV eventos ao vivo minicâmeras de TV Cable television CATV linhas entre a fonte de vídeo e a cabeça de tronco headend distribuição tap de assinantes supervisão monitoração remota cidade cabeada Sistemas de transmissão por fibras Ópticas Aplicações Aplicações de dados Comunicação de computadores de CPU para periféricos de CPU para CPU Enlaces de dados interoffice Cabeamento de aeronaves Cabeamento de navios Estações terrestres de satélites Sensores Giroscópios Hidrofone Sensores de posição Sensores de temperatura Sensores de pressão Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Fibras Ópticas Parte I Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Os bits viajarão através de fios de cobre pelo ar e pela estrutura da estrada da informação que será em grande parte composta por fios de fibra óptica A fibra óptica é um cabo feito de vidro ou plástico tão liso e puro que se você olhar através de uma parede dessa fibra de mais de cem quilômetros conseguirá enxergar uma vela acesa do outro lado A enorme vantagem que o cabo de fibra óptica leva sobre o fio é a largura de banda Quanto maior a largura de banda mais bits de informação conseguem passar por cada circuito num segundo A Estrada do Futuro Bill Gates 1995 Pensamento sobre a Fibra Óptica Estrutura da fibra óptica Figura 1 a Estrutura básica de uma fibra óptica e b conjunto de fibras ópticas a b Cerâmicas Sílica pura e sílica dopada Polímeros Polimetilmetacrilato PMMA o acrilonitrilobutadienoestireno ABS ácido polilático PLA A dinâmica dos raios de luz na Fibra óptica Figura 2 Esquema do fenômeno da refração O fenômeno da refração e o ângulo limite L Condição n1n2 A dinâmica dos raios de luz na Fibra óptica Figura 3 Esquema do fenômeno da reflexão total O fenômeno da reflexão total Condição n1n2 Condições para a ocorrência de reflexão total 1 Os raios de luz irem do meio mais refringente para o meio menos refringente 2 i L Fibra Óptica Índice de refração do tipo degrau ID Figura 4 Estrutura básica de uma fibra óptica com perfil de índice tipo degrau a Perfil de índice de refração b corte transversal da fibra óptica c corte longitudinal da fibra óptica Fibra Óptica Índice de refração do tipo gradual IG Figura 5 Estrutura básica de uma fibra óptica com perfil de índice tipo gradual a Perfil de índice de refração b corte transversal da fibra óptica c corte longitudinal da fibra óptica Ângulo de aceitação da fibra óptica Figura 6 Cone de aceitação de uma fibra óptica imersa no ar Cálculo do ângulo de aceitação da fibra óptica Exemplo Determine o ângulo de aceitação de uma fibra óptica ID cujos índices de refração do núcleo e da casca são respectivamente n1 e n2 A fibra óptica está imersa em um meio cujo índice de refração é n0 Figura 7 Notação para o cálculo do ângulo de aceitação de uma fibra óptica Imersa em um meio de índice de refração n0 Cálculo do ângulo de aceitação da fibra óptica Abertura numérica e diferença relativa de índices de refração Índice de refração em Fibras IG Figura 8 Trajetória de raios de luz ao longo de uma fibra IG Modelo em degrau e abertura numérica na Fibra IG Figura 9 Modelo em degrau da variação do índice de refração de uma fibra IG Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Fibras Ópticas Parte II Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Janelas de Transmissão Figura 1 Perdas das fibras ópticas de sílica em função do comprimento de onda Janelas de Transmissão As janelas utilizadas em fibras ópticas são 850nm 1310nm e 1550nm Figura 1 Perdas das fibras ópticas de sílica em função do comprimento de onda Vantagens das Fibras ópticas Imunidade a interferências externas Materiais dielétricos Ruídos existentes no local não interferem as fibras ópticas Tráfego das informações é garantido com total fidelidade São usados em locais com risco de explosão e locais de redes elétricas próximas pois são imunes a faíscas Dimensões reduzidas Cabos de fibra óptica são mais finos 20 vezes menos espessos Mesma capacidade de transmissão Um pouco mais espessa que um fio de cabelo Segurança no tráfego de informações Sinais luminosos dificultam os grampos para obtenção de informações sigilosasbancárias militares e de pesquisa Para obter estas informações são necessários equipamentos sofisticados Vantagens das Fibras ópticas Maior alcance de transmissão Sem a necessidade de repetidores chegam a 250 Km 5 vezes maior que as comunicações por microondas O aumento de distâncias é constante para aumentar a potência de transmissão dos dados Maior capacidade de transmissão Dependendo monomodo ou multimodo tem capacidades de 160MHzKm 500MHzKm ou centenas de THzKm Os sistemas convencionais de microondas estão limitados a 700MHzKm Maiores capacidades possibilitam aumentar os canais de dados voz e vídeo num mesmo meio de transmissão As fibras não transmitem a informação mais rapidamente porém transmitem maior quantidade de informações por vez Vantagens das Fibras ópticas Relação custobenefício Depende da aplicação Longas distâncias os cabos ópticos tem maior capacidade de transmissão e maior alcance entre os repetidores Microondas tem capacidade de transmissão limitada a 50 Km entre os repetidores Para curtas distâncias as fibras ópticas podem ser caras mas devemse pensar na expansão das comunicações do sistema Ausência de Diafonia Linha Cruzada Crosstalk Não há interferência entre si São problemas comuns em sistemas de cabeamento metálico especialmente em altas frequências pois são necessárias blindagem às interferências o que aumenta o custo dos sistemas de comunicações Desvantagens das Fibras ópticas Fragilidade Não podem ser manuseadas facilmente sem estar revestidas Dificuldade de conexão Com dimensões reduzidas as fibras exigem alta precisão em seu manuseio e na realização de conexões e junções Acopladores tipo T com perdas muito altas Há uma inviabilidade da utilização de fibras ópticas em sistemas multiponto devido às grandes perdas em conectores tipo T Impossibilidade de alimentação remota de repetidores Não é possível realimentar os repetidores através do próprio meio de transmissão sendo necessária alimentação elétrica independente para cada repetidor Desvantagens das Fibras ópticas Falta de padrão dos componentes Como a tecnologia está em constante avanço não facilita o estabelecimento de padrões para os componentes dos sistemas de comunicação óptica por fibras Tipos de fibras Multimodos Monomodos Figura 2 Fibras ópticas multimodo de a índice degrau e b índice gradual a b Figura 3 Fibra óptica monomodo Cabos de fibras ópticas Cabo tipo LOOSE Fibras protegidas da tração flexão e variação de temperatura Camada de gel dentro do tubo Comunicações em longas distâncias em áreas externas Figura 4 Cabo tipo LOOSE Cabos de fibras ópticas Cabo tipo TIGHT Revestimento de plástico nylon ou poliéster Já foram utilizados em telefonia e agora são utilizados em redes internas Figura 5 Cabo tipo TIGHT Cabos de fibras ópticas Cabo tipo GROOVE Fio tensor no centro que aumenta a resistência mecânica do conjunto Acomoda 864 fibras aplicações para grandes quantidades de fibras Figura 6 Cabo tipo GROOVE Cabos de fibras ópticas Cabo tipo RIBBON Fibras envolvidas por fita plástica Aplicações em sistemas de grande porte Acomodam 4000 fibras Figura 7 Cabo tipo RIBBON Evolução dos Sistemas de comunicações ópticas com fibra óptica Evolução dos Sistemas de comunicações ópticas com fibra óptica Evolução dos Sistemas de comunicações ópticas com fibra óptica Evolução dos Sistemas de comunicações ópticas com fibra óptica Fibras ópticas X Satélites Tabela 1 Comparativo entre fibras ópticas e satélites Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Fibras Ópticas Parte III Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Modos de propagação Os modos de propagação representam o conjunto de ondas eletromagnéticas que são guiadas de forma estável pelo guia de onda Frequência de corte a menor frequência a partir da qual é possível a propagação de um determinado modo As fibras ópticas apresentam geometria cilíndrica e por isso aumentam a complexidade dos problemas de propagação Figura 1 Estrutura básica de uma fibra óptica Tipos de modos de propagação Transversal Eletromagnético TEM nem o campo elétrico nem o campo magnético possuem componente na direção de propagação da onda TE o campo elétrico não possui componente na direção de propagação da onda TM o campo magnético não possui componente na direção de propagação da onda Híbrido HE ou Híbrido EH tanto o campo elétrico quanto o o campo magnético possuem componentes na direção de propagação da onda Os modos estão relacionados com soluções das equações de Maxwell As fibras ópticas são guias cilíndricos homogêneos e infinitos Características importantes das fibras ópticas para a propagação O ângulo de aceitação Diferença relativa dos índices de refração Características importantes das fibras ópticas para a propagação A abertura numérica Frequência normalizada ou número V Características importantes das fibras ópticas para a propagação Número de modos de propagação fibra ID V10 Número de modos de propagação fibra IG Características importantes das fibras ópticas para a propagação Parâmetro do perfil de índice de refração α Vários modos de propagação dão origem a um alargamento do pulso devido à distorção modal Maior alargamento de pulso menor é a capacidade de transmissão Perfil parabólico para uma fibra IG Operações monomodo Fibra ID Fibra IG Características de transmissão da fibra óptica Atenuação e alargamento dos pulsos Atenuação perdas de transmissão Onde ocorre no acoplador de entrada do sinal nas emendas nos conectores na própria fibra Expressão Mecanismos básicos responsáveis pela atenuação Absorção Espalhamento Curvaturas Projeto da fibra Mecanismos básicos responsáveis Pela atenuação Absorção Figura 2 Perdas das fibras ópticas de sílica em função do comprimento de onda Mecanismos básicos responsáveis Pela atenuação Espalhamento Espalhamento Brillouin Espalhamento Raman Mecanismos básicos responsáveis pela atenuação Curvaturas Figura 3 Exemplos de curvaturas em fibras Mecanismos básicos responsáveis pela atenuação Projeto Garantir que a maior parte da potência luminosa seja confinada no núcleo da fibra óptica Utilizar uma casca com espessura adequada e composta por um material com perdas comparáveis às do material do núcleo Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Transmissores e Receptores Ópticos Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Sistema Básico de Comunicações Ópticas Figura 1 O enlace óptico Fontes de Luz Transmissores Diodo emissor de luz LED ou Diodo Laser LD Circuito eletrônico O dispositivo emissor é responsável pela conversão eletroóptica dos sinais O circuito eletrônico é responsável pelo controle da polarização elétrica e da potência luminosa Fotodetectores Receptores Fotodiodo PIN ou Fotodiodo Avalanche APD Circuito eletrônico O dispositivo receptor tem a função de detecção e conversão do sinal luminoso em sinal elétrico O circuito eletrônico estágio de interface com a saída tem a função de filtrar e amplificar o sinal convertido As fontes luminosas e os fotodetectores usados em comunicações ópticas são realizados com materiais semicondutores e usam propriedades elétricas e ópticas peculiares a esses materiais Essas propriedades são determinadas pela estrutura das bandas de energia permitidas para os elétrons quando os átomos desses materiais são dispostos numa rede cristalina Os transmissores e receptores As bandas de energia Semicondutor intrínseco Zero grau absoluto Ligações covalentes Mecanismos Agitação Térmica Absorção de fótons fotodetectores Injeção de elétrons fontes luminosas Figura 2 Bandas de energia Mecanismos de Fotogeração 1 Recombinação espontânea elétron lacuna fóton Conservação de energia e momento Sem conservação de momento necessidade de fônons vibração da rede cristalina Banda proibida direta X Banda proibida indireta Figura 3 Recombinação espontânea Mecanismos de Fotogeração 2 Recombinação estimulada elétronlacunafóton 2 fótons Os dois fótons gerados são emitidos com a mesma fase em diodos laser produção de uma luz mais coerente Figura 4 Recombinação estimulada Fontes semicondutoras A necessidade de recombinação direta em fontes semicondutoras impede o uso de materiais simples como Si e Ge São usados materiais compostos como o arseneto de gálio GaAs o arseneto de gálioalumínio GaAlAs e arsenetofosfeto de gálio índio InGaAsP LED predomina a fotogeração por recombinação espontânea DL predomina a fotogeração por recombinação estimulada O LED 1 Polarização para injeção de elétrons na banda de condução do tipo p Ocorre a recombinação e a geração de fóton ou seja emissão de luz Figura 5 Estrutura do LED O Diodo Laser Polarização para injeção de elétrons na banda de condução do tipo p ou para injeção de lacunas na região do tipo n Acima de um certo nível de corrente ocorre a emissão estimulada e abaixo do nível de corrente o diodo laser funciona como um LED Figura 7 Estrutura do Diodo Laser Transmissores laser Figura 8 Exemplos de Transmissores laser Os fotodetectores O mecanismo básico de conversão de luz em corrente pelo material é a fotoionização Figura 9 O processo de fotoionização O fotodiodo PIN 1 Quando um fóton incide há energia maior que o intervalo de energia entre as bandas do semicondutor utilizado Essa energia fornecida pelo fóton excita um elétron da banda de valência fazendo ele se deslocar para banda de condução O processo gera pares elétronlacuna que constituem os fotoportadores Figura 10 Estrutura do fotodiodo PIN O fotodiodo PIN 2 Figura 11 Exemplos de fotodiodos PIN O fotodiodo Avalanche APD 1 O fotodiodo APD combina a detecção de sinais ópticos com amplificação interna da fotocorrente O ganho interno é dado através da multiplicação avalanche de portadores na região da junção Sua vantagem é uma razão elevada de sinalruído Figura 12 Estrutura do fotodiodo Avalanche O fotodiodo Avalanche APD 2 Figura 13 Exemplos de fotodiodos Avalanche Os fotodetectores Eficiência quântica Responsividade Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Amplificadores conectores e emendas em sistemas de comunicação óptica Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Amplificadores ópticos Como a luz se propaga em um meio a fibra óptica há perdas do sinal e portanto devese utilizar artifícios para amplificar o sinal São usados os amplificadores ópticos Figura 1 Dispositivo amplificador óptico Tipos de amplificadores ópticos Amplificador de linha compensa a atenuação da fibra óptica em sistemas limitados pela atenuação permitindo aumentar a distância entre regeneradores Figura 2 Amplificador de linha Préamplificador Usado para amplificar um sinal fraco antes da fotodetecção permitindo diminuir o efeito do ruído de origem térmica originado no receptor e melhorar a relação sinalruído Figura 3 Préamplificador Tipos de amplificadores ópticos Amplificador de potência Pósamplificador É colocado logo a seguir à fonte óptica de modo a aumentar a potência transmitida e deste modo aumentar a distância de transmissão Conjugando um amplificador de potência com um préamplificador é possível atingir distâncias entre 200 e 250 km em sistemas limitados pela atenuação Figura 4 Amplificador de potência Amplificador de compensação Usado para compensar as perdas devidas à derivação de potência Figura 5 Amplificador de compensação Tipos de amplificadores ópticos Amplificador de fibra dopada A amplificação acontece em um segmento de fibra dopada érbio para a banda de 155 μm e neodímio para a banda de 13 μm A alimentação é feita por um laser Figura 6 Amplificador de fibra dopada Amplificador Raman A amplificação tem lugar na fibra óptica usada na transmissão do sinal óptico através do efeito de Raman Figura 7 Amplificador Raman Tipos de amplificadores ópticos Amplificador semicondutor A amplificação acontece numa heterojunção de material semicondutor acoplada à fibra óptica Figura 8 Amplificador Semicondutor Vantagens dos amplificadores ópticos Devido à largura de banda elevada permite amplificar sinais WDM Wavelength Division Multiplexing constituído por um grande número de canais Como a amplificação tem lugar no domínio elétrico permite facilitar o processo de codificação binária Permite aumentar a capacidade atuando unicamente nos terminais do sistema Permite compensar as perdas de componentes passivos derivadores filtros acopladores comutadores ópticos etc Amplificadores EDFAs O amplificador de fibra dopada a érbio ou EDFA Erbiumdoped fibre amplifier é obtido dopandose a parte central do núcleo diâmetro de cerca de 25 μm de uma fibra óptica de sílica com íons de érbio Er3 Os íons de érbio são ativados pela energia fornecida por um laser bombeador permitindo criar uma inversão de população e realizar amplificação por emissão estimulada O EDFA é usualmente bombeado por lasers de semicondutor operando em 980 nm ou 1480 nm Figura 9 Transições eletrônicas Amplificadores EDFAs O ganho do amplificador permanece insensível às variações do sinal de entrada desde que estas sejam mais rápidas do que o tempo de fluorescência O amplificador evita o problema da diafonia intercanal presente nos sistemas de comunicação óptica Conectores Conectores ópticos são dispositivos passivos que permitem realizar junções temporárias pontoaponto entre duas fibras ópticas ou nas extremidades dos sistemas juntando opticamente a fibra ao receptor ou ao transmissor óptico Figura 10 Conectores ópticos Características de conectores de alta qualidade Perdas por reflexão baixas Estabilidade de características face ao ciclos repetidos de conexão e desconexão Construção e montagem fáceis Insensibilidade a fatores ambientais tais como temperatura e poeira Padronização Custos baixos Características de conectores ópticos Emendas ópticas Uma emenda é uma junção permanente de dois segmentos de fibras ópticas São usadas geralmente em sistemas de longa distância e alta capacidade As emendas são necessárias Na fase de fabricação da fibra a fim de aumentar o seu comprimento No campo de localização a fim de realizar interconexões reparar fibras quebradas etc Podem ser do tipo Mecânicas Por fusão Figura 11 Emendas ópticas mecânicas Processo de fabricação da fibra óptica httpswwwyoutubecomwatchvEK9bblRKayA Instalação de fibra óptica httpswwwyoutubecomwatchvHRnfPhjSl8M Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Cristais Fotônicos uma introdução Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Solução CRISTAIS FOTÔNICOSpodem guiar a luz através de estruturas de elevada curvatura sem apresentar perdas fibra óptica problemas dimensão espacial e perdas em regiões de elevada curvatura Meios e mecanismos de interconexão óptica de dispositivos Cristais Fotônicos Alta densidade de integração óptica Controle de emissão absorção e propagação da luz Inibem a emissão espontânea evitando perdas no desempenho dos dispositivos CRISTAIS FOTÔNICOS Dispositivos ópticos integrados Computadores Ópticos Dificuldade na integração óptica Figura 1 Estruturas de cristais fotônicos 1D 2D e 3D Estruturas de Bandas Dependência Espectral de transmitância e refletância Naturais existentes na natureza Artificiais Yablanovitch banda proibida na região de microondas Cristais Fotônicos Sistemas autoorganizados Precursores Forças de Van der Walls forças de Coulomb ligações de hidrogênio componentes hidrofílica e hidrofóbica forças capilares componentes hidrodinâmicas Formação de nanomateriais para aplicação em nanotecnologia Aplicados em Engenharia de Materias Engenharia Eletrônica Microeletrônica e Nanoeletrônica Bioengenharia etc Processo solgel compósitos mesoestruturados materiais inorgânicos poliméricos e cerâmicos blocos copoliméricos zeólitas Compostos nanométricos obtidos Aplicações em lentes de contato guias de onda dispositivos de memória filtros químicos biosensores e preenchimento dental Possibilidade do controle das propriedades ópticas dos materiais Alto potencial de densidade de integração óptica Sistemas autoorganizados menor custo maior facilidade de implementação e bons resultados reportados pela literatura Motivações Procedimentos Experimentais Obtenção de estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno Substrato vidro ou silício oxidado Monodispersão de esferas de Poliestireno de diâmetro de 660 nm Esferas de poliestiremo depositadas Béquer Monodispersão de esferas de Poliestireno de diâmetro de 660 nm Substrato vidro ou silício oxidado Monodispersão de esferas de Poliestireno de diâmetro de 660 nm Esferas de poliestiremo depositadas Béquer Substrato vidro ou silício oxidado Monodispersão de esferas de Poliestireno de diâmetro de 660 nm Esferas de poliestiremo depositadas Béquer Monodispersão de esferas de Poliestireno de diâmetro de 660 nm Figura 2 Esquema da deposição de esferas de poliestireno realizada com a utilização da configuração vertical As esferas pintadas de azul são para mostrar a forma hexagonal da rede formada na deposição d6603nm a b Figura 3 a Representação do arranjo experimental b Foto do arranjo experimental completo c Foto da célula eletroquímica num recipiente para isolamento térmico sistema de cortiça Obtenção de estruturas autoorganizadas de óxido de alumínio poroso alumina porosa Substratos de alumínio de 9999 de pureza Eletrólitos da anodização T0oC T 10oC T20oC Ácido oxálico 03M 20V 40V e 60V Ácido sulfúrico 05M 10V 30V e 50V Ácido fosfórico 10M 80V 100V e 140V Eletrodo de 08 cm2 de área béquer Fonte Keithley agitador Banho criostático água teflon eletrólito Al Pt béquer Fonte Keithley agitador Banho criostático água teflon eletrólito Al Pt c Fabricação de máscaras metálicas a partir de monocamadas de esferas de poliestireno a b c d Figura 4 Esquema do processo de obtenção das máscaras metálicas Au Está representado o substrato de silício em cinza o SiO2 em verde as esferas de poliestireno em azul e o Au em amarelo a indica a etapa de oxidação b a etapa de deposição das esferas c a etapa de deposição de metal e d a remoção das esferas Fabricação de estruturas organizadas de silício amorfo a partir de estruturas tridimensionais multicamadas de esferas de poliestireno a b c d Figura 5 Esquema do processo de obtenção das estruturas de Siamorfo Está representado o substrato de silício em cinza o SiO2 em verde as esferas de poliestireno em azul e o Si amorfo em preto a indica a etapa de oxidação b a etapa de deposição das esferas c a etapa de deposição do Siamorfo e d a remoção das esferas Caracterização das estruturas auto organizadas Caracterização Óptica Espectrofotometria Caracterzação Morfológica Microscopia Eletrônica de Varredura MEV Micrsocopia de Força Atômica MFA Resultados Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno a b Figura 6 Imagens SEM de estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados a 65oC e utilizandose uma monodispersão de concentração 172wt As estruturas foram obtidas nas configurações a horizontal e b vertical Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno Figura 7 Imagem SEM de uma estrutura de esferas de poliestireno obtidas sobre um substrato de vidro a 50oC utilizandose uma monodispersão de concentração 172wt Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro 1 a c b Figura 8 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro a 35oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt b 086wt e c 043wt A 100 m2 2 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro 2 a c b Figura 9 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro a 50oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt b 086wt e c 043wt A 400 m2 3 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro 3 a c b Figura 10 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro a 65oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt b 086wt e c 043wt A 200 m2 3 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício termicamente oxidados 1 a c b Figura 11 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados a 35oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt b 086wt e c 043wt A 100 m2 3 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício termicamente oxidados 2 a c b Figura 12 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados a 50oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt b 086wt e c 043wt A 150 m2 3 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício termicamente oxidados 3 a b Figura 13 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados a 65oC e utilizandose monodispersões de concentrações a 172wt e b 043wt A 200 m2 3 camadas Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro através do controle da umidade relativa RH do ambiente a c b d e Figura 14 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de vidro a 50oC utilizando se monodispersões de concentração 213wt com umidades relativas de a 50 b 60 c 70 d 80 e e 90 A 600 m2 A 800 m2 A 300 m2 A 600 m2 A 1200 m2 Estruturas autoorganizadas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados através do controle da umidade relativa RH do ambiente a c b d e Figura 15 Imagens SEM das estruturas de esferas de poliestireno obtidas sobre substratos de silício oxidados a 50oC utilizandose monodispersões de concentração 213wt com umidades relativas de a 50 b 60 c 70 d 80 e e 90 A 800 m2 A 800 m2 A 1200 m2 A 400 m2 A 800 m2 Caracterização óptica das estruturas autoorganizadas de poliestireno 1 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Vidroref v1 v2 v3 Transmitância Comprimento de Onda nm 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Comprimento de Onda nm Transmitância vidroref v4 v5 v6 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Comprimento de Onda nm Transmitância vidroref v7 v8 v9 Figura 16 Espectros de transmitância em função do comprimento de onda das estruturas autoorganizadas de poliestireno obtidas sobre substrato de vidro a 65oC com dispersões de concentrações 172wt v1 086wt v2 e 043wt v3 a 50oC com dispersões de concentrações 172wt v4 086wt v5 e 043wt v6 e a 35oC com dispersões de concentrações 172wt v7 086wt v8 e 043wt v9 Resultados de Simulações realizadas no software Translight 03 04 05 06 07 02 04 06 08 10 TE Mode One layer Two Layers Three Layers Four Layers Transmitance fHzxac Espectro de transmitância em função de fca de estruturas de poliestireno com 1 2 3 e 4 camadas Simulação realizada no Translight Caracterização óptica das estruturas autoorganizadas de poliestireno 2 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 Vidro ref V50 V60 V70 V80 V90 Transmitância Comprimento de Onda nm Figura 17 Espectros de transmitância em função do comprimento de onda das estruturas auto organizadas de poliestireno obtidas sobre substrato de vidro a 50oC com dispersões de concentração 213wt e com umidades relativas do ambiente de 50 V50 60 V60 70 V70 80 V80 e 90 V90 Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com poros autoorganizados 1 a b Figura 18 Imagens SEM da estrutura final de óxido de alumínio poroso formado a sem eletropolimento prévio e b com eletropolimento prévio Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com poros autoorganizados 2 a b c Figura 19 Imagens AFM da topologia das estruturas autoorganizadas de alumina porosa obtidas a 0oC utilizando a o eletrólito de ácido sulfúrico 05M a 30V b o eletrólito de ácido oxálico 03M a 60V e c o eletrólito de ácido fosfórico 10M a 80V D 111 nm D 143 nm D 190 nm Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com poros autoorganizados 3 Ácido sulfúrico a b Figura 20 Imagens SEM das estruturas finais de óxido de alumínio poroso Al2O3p fabricadas a 0oC com polarização de 30V em solução de ácido sulfúrico 05M c D 136 nm d 95 nm Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com poros autoorganizados 4 Ácido oxálico a b c Figura 21 Imagens SEM das estruturas finais de óxido de alumínio poroso Al2O3p fabricadas a 0oC com polarização de 60V em solução de ácido oxálico 03M D 146 nm d 97 nm Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com poros autoorganizados 5 Ácido fosfórico a b d Figura 22 Imagens SEM de uma estrutura de Al2O3p obtida a 0oC aplicandose uma tensão de 80V e utilizandose um eletrólito de ácido fosfórico de concentração 1M As imagens b e c representam vista de topo 0o e as demais representam vista em ângulo 60o A imagem c apresenta as costas do filme e as demais apresentam a superfície frente do filme c e D 193 nm d 130 nm Estruturas organizadas de Si amorfo 1 a b Figura 23 Imagens SEM da estrutura de Siamorfo obtida utilizandose as esferas de poliestireno como molde a mostra a estrutura tridimensional de Siamorfo sem a remoção das esferas e b mostra a estrutura tridimensional de Siamorfo com remoção total das esferas Estruturas organizadas de Si amorfo 2 a c b d Figura 24 Imagens SEM das estruturas bidimensionais de Siamorfo obtidas sobre substratos de silício oxidados A estrutura é apresenta em diversos aumentos e vistas em diversos ângulos Estruturas organizadas de Au máscaras metálicas a b Figura 25 Imagens SEM de uma máscara de Au obtida sobre substrato de silício oxidado utilizandose as esferas de poliestireno de 660nm de diâmetro Conclusões 1 Sistemas autoorganizados baixo custo fácil implementação para substituirem os processos convencionais na Microeletrônica Esferas de poliestireno apresentam fatores determinantes na boa qualidade do filme concentração da monodispersão pre condição da superfície temperatura tipo de deposição e umidade relativa do ambiente Boa qualidade cristalina para ambos substratos vidro e silício termicamente oxidado Vantagem do silício dipositivos ópticos e eletrônicos na tecnologia do silício Utilização das esferas de poliestireno como cristal fotônico Conclusões 2 Apresenta banda estreita 130nm devido ao pequeno contraste entre os índices de refração dos poliestireno n154 e ar n100 Moldes para estruturas tridimensionais de Siamorfo e estruturas bidimensionais de Au máscaras metálicas A partir dos resultados da alumina porosa verificouse que a Propagação de poros de forma cilíndrica intensificação do campo elétrico na máxima curvatura b 2 ou 3 subcamadas de óxido 2 ou 1 com impurezas e 1 livre de impurezas c Utilizar a temperatura de 0oC Conclusões 3 Máscaras em corrosões eletroquímicas Sensores de gases e sensores eletroquímicos Deposição de materias semicondutores cerâmicos e poliméricos para a aplicação na tecnologia de moldes Biosensores incorporaçao de agentes biológicos nos poros cultura de células e fabricação de chips de DNA Substituição da fibra óptica por cristais fotônicos inicialmente para sistemas de curtas distâncias Disciplina ESZM02817 Materiais para Tecnologia da Informação Turma A1 NOTURNO 2Q2023 Horário Aulas Quartafeira das 1900 às 2100 Sextafeira das 2100 às 2300 Sala S3111 na quartafeira e 3011 na sextafeira Horário Atendimento Quartafeira das 1700 às 1900 Sala 7191 bloco A torre 1 Dispositivos para Tecnologia da Informação e Internet das Coisas Docente Daniel Scodeler email danielscodelerufabcedubr Universidade Federal do ABC Centro de Engenharia Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas CECS Os sensores O que são Em quais sistemas já vimos sensores nesta disciplina Os sensores O que são Sensores são dispositivos sensíveis a alguma forma de energia do ambiente que pode ser luminosa térmica cinética relacionando informações sobre a grandeza física que precisa ser mensurada medida como temperatura pressão velocidade corrente elétrica aceleração posição etc Os Sensores transformam qualquer grandeza em grandeza elétrica O monitoramento do ambiente é necessário para que seja realizada alguma interferência ou ação no ambiente O que pode ajudar o sensor a ter um papel importante na identificação de alterações no ambiente é o tipo de material base utilizado no dispositivo Os sensores O que são Para se realizar a interferência ou ação no ambiente é necessário utilizar um dispositivo atuador Com o atuador o processo é inverso Convertese um sinal elétrico enviado pelo sensor em um outro tipo de sinal qualquer Grandeza não elétrica sensor sinal elétrico Sinal elétrico atuador grandeza não elétrica Os sensores Onde estão Estão mais próximos do que você imagina Os sensores Onde estão Estão mais próximos do que você imagina Naturais ou SintéticosFabricados Figura 1 Os órgãos dos sentidos são sensores Historicamente O Homem se beneficiavabeneficia da inteligência e sensibilidade do mundo animal Uso de canários como sensor de gás em minas Esse animais são muito mais sensíveis que o homem a pequenos níveis de metano monóxido de carbono e baixos níveis de oxigênio Historicamente Figura 2 O uso de canários em minas Historicamente O Homem se beneficiavabeneficia da inteligência e sensibilidade do mundo animal Uso de canários como sensor de gás em minas Esse animais são muito mais sensíveis que o homem a pequenos níveis de metano monóxido de carbono e baixos níveis de oxigênio Cães farejadores são utilizados para localizar drogas explosivos etc Uma maior parte do cérebro do cão em relação ao ser humano é destinado ao sentido do olfato Isso faz com que eles consigam detectar odores com concentrações de um determinado elemento 8 ordens de magnitude menor que a detectável pelo homem Historicamente Figura 3 O uso de cães farejadores em aeroportos Historicamente O uso dos órgãos dos sentidos humanos Figura 4 A utilização dos órgãos dos sentidos Com o avanço da tecnologia e as necessidades de comunicações e processos mais velozes Figura 5 A automatização na abertura e fechamento de portas Com o avanço da tecnologia e as necessidades de comunicações e processos mais velozes Figura 6 A automatização de processos de controle no automóvel Com o avanço da tecnologia e as necessidades de comunicações e processos mais velozes Figura 7 Os diversos sensores no celular galaxy S5 Com o avanço da tecnologia e as necessidades de comunicações e processos mais velozes Os sensores tecnológicos podem ver mais que nossos olhos A Faixa de trabalho varia do infravermelho ao ultravioleta Figura 8 Resposta espectral de alguns sensores em comparação ao olho humano Características importantes dos sensores Estabilidade Acurácia Velocidade de resposta Tempo de vida Custo tamanho peso Resolução Seletividade Condições de trabalho ambiente Linearidade Sinal de saída Outros Tipos de sensores e aplicações Figura 9 Símbolo e estrutura do LDR LDR Os LDRs ou Light Dependent Resistors também conhecidos como fotorresistores e células de sulfeto de cádmio são sensores do tipo fotocondutivo LDR Figura 10 Resposta da resistência do LDR em função da luminosidade RLRD resistência do LDR Ω Rdark resistência do LDR sem a presença de luminosidade Ω L luminosidade incidente sobre o LDR lux α constante do material usando na construção do LDR ohmlux RLDR Rdark x Lα Tipos de sensores e aplicações LDR Tipos de sensores e aplicações Um circuito usando o LDR para iluminação automática Utilizando Amplificador Operacional AmpOp como comparador Figura 11 A iluminação pública e um circuito utilizado no uso do LDR Tipos de sensores e aplicações Potenciômetro Pode ter a saída linear ou logarítmica Figura 12 O potenciômetro de saída linear e logarítmica Tipos de sensores e aplicações Potenciômetro O potenciômetro pode ser aplicado para análise de posições lineares e angulares de máquinas industriais e robôs De acordo com a tensão de saída é possível saber a angulação inclinação ou posição linear de um objeto ou sistema Monitoramento do volume de um tanque mostra se está cheio vazio o volume de líquido ou a altura do líquido Figura 13 Comparando as formas tradicional e automatizada de um processo Tipos de sensores e aplicações Piezoelétrico Figura 14 Estado livre pressionado em X comprimido pressionado em Y estendido Tipos de sensores e aplicações Piezoelétrico Figura 15 Aplicação da Piezoeletricidade E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Internet das coisas Internet of Things IoT O que é IoT E porque você deveria se importar A Internet das Coisas IoT é a rede de objetos físicos que contêm tecnologia para comunicar e sentir ou interagir com seus estados internos ou o ambiente externo Fonte Gartner A Internet das coisas IoT é a rede de dispositivos físicos veículos edifícios e outros itens incorporados com eletrônica software sensores atuadores e conectividade de rede que permitem que esses objetos coletem e troquem dados Todos os dias novos dispositivos são equipados com sensores e conectividade para trabalhar em conjunto entender o que estamos fazendo e operar automaticamente para tornar a nossa vida mais fácil Fonte Digital Trends E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Internet das coisas Internet of Things IoT A Internet das Coisas IoT é a rede de objetos físicos que contêm tecnologia incorporada para sentir e interagir com seu ambiente e para coletar e trocar dados para tornar nossas vidas melhores Figura 15 Ações em tecnologia da informação e internet das coisas E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras E como veio a evolução A Revolução Industrial e os avanços E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Vem a Internet das Pessoas E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras E depois a internet das coisas E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Internet das coisas Internet of Things IoT Figura 16 Os diversos controles que podem ser realizados com os diversos sensores sendo utilizados em Internet das coisas IoT httpswwwyoutubecomwatchvoi9YiBMMs4 E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Internet das coisas Internet of Things IoT Figura 16 Os diversos controles que podem ser realizados com os diversos sensores sendo utilizados em Internet das coisas IoT httpswwwyoutubecomwatchvP1KvcprNkb4 E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras IoT hoje Lojas Figura 171 Os diversos controles que podem ser realizados no interior de lojas para estudar comportamentos e características dinâmicas httpswwwyoutubecomwatchvYxkuqVK0EEw E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras IoT hoje Indústria Petrolífera Figura 172 Aplicações na Indústria Petrolífera E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras IoT hoje Comprimidos Inteligentes Uma vez ingerido o comprimido com microchip emite um sinal de alta frequência por meio dos tecidos do corpo O sinal é captado por um receptor colocado sobre a pele como se fosse um curativo Este receptor registra as informações e envia os dados periodicamente para o celular do paciente Caso uma medicação não seja ingerida conforme o programado o receptor envia uma mensagem de texto SMS de alerta para o celular do paciente Além disso também há a possibilidade de um médico monitorar de forma remota a dosagem da medicação de seus pacientes O projeto de comprimido inteligente já existe desde 2015 mas ainda passa por testes nos Estados Unidos e na Europa antes de ser fabricado em massa Figura 173 Aplicações em Medicina E com os avanços da tecnologia mais aplicações inovadoras Onde colocar todas as informações Data Center Central de Dados Armazenamento residencial x armazenamento em nuvem Basicamente dispositivos de memória RAM e suas variações em Data Centers gigantescos Vídeo sobre o data center httpswwwyoutubecomwatchvjQx6wItPuSo Vídeo sobre o armazenamento de vídeos no Youtube httpswwwyoutubecomwatchvB0DTW9ZLgZk Figura 18 Imagem de parte de um data center O que é feito na universidade em relação aos sensores O que é feito na universidade em relação aos sensores MICRONANO ELETRÔNICA Figura 17 O tamanho da formiga e o tamanho de um microdispositivo Figura 18 Estruturas MEMS Microeletromecânicas O que é feito na universidade em relação aos sensores Nanotubos de TiO2 e TiOxNy O que é feito na universidade em relação aos sensores Nanofios de TiO2 e TiOxNy O que é feito na universidade em relação aos sensores FORMAS DE MEDIÇÃO Indicadores ácidosbase Aparelhos eletrônicos pHmetro O que é feito na universidade em relação aos sensores FORMAS DE MEDIÇÃO pHmetro e seus buffers O que é feito na universidade em relação aos sensores ÁREAS DE APLICAÇÃO Agricultura Tratamento de efluentes Indústria Saúde pH em regiões cancerígenas 65 O que é feito na universidade em relação aos sensores VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DE NANOTUBOS NO SENSORIAMENTO DE pH Maior resistência mecânica Dimensões reduzidas nanométricas Auto limpante UV Sensibilidade comparado aos eletrodos convencionais Custo reduzido Pequeno volume de amostra para medição O que é feito na universidade em relação aos sensores O que é feito na universidade em relação aos sensores O que é feito na universidade em relação aos sensores Estruturas de óxido de alumínio poroso Al2O3p com nanotubos autoorganizados Ácido fosfórico a b d Figura 22 Imagens SEM de uma estrutura de Al2O3p obtida a 0oC aplicandose uma tensão de 80V e utilizandose um eletrólito de ácido fosfórico de concentração 1M As imagens b e c representam vista de topo 0o e as demais representam vista em ângulo 60o A imagem c apresenta as costas do filme e as demais apresentam a superfície frente do filme c e D 193 nm d 130 nm O que é feito na universidade em relação aos sensores Estruturas organizadas de Si amorfo nanotubos a c b d Figura 24 Imagens SEM das estruturas bidimensionais de Siamorfo obtidas sobre substratos de silício oxidados A estrutura é apresenta em diversos aumentos e vistas em diversos ângulos O que é feito na universidade em relação aos sensores Intensificação do campo local nas estruturas metálicas de Au a c b f d e Figura 25 Imagens SEM das amostras após deposição de Au O que é feito na universidade em relação aos sensores Figura 621 Imagem SEM da estrutura macroporosa de Si obtida por anodização em DMFHF com 12 de HF por 10 minutos seguida de oxidação térmica Figura 622 Espectros Raman do silício monocristalino cSi x2cSi e do silício macroporoso Macroporous sample obtido a partir de uma solução de DMF com 12 de ácido fluorídrico HF Nanoestruturas de Silício para intensificação de campo próximo