Накопители информации

Самая большая проблема, которая всегда преследовала изготовителей устройств  записи на оптические диски, - опустошение  буфера. Поскольку запись идет с  постоянной (линейной или угловой) скоростью, в буфере дисковода постоянно  должны присутствовать данные для записи. Если по каким-либо причинам (перегрузка ЦП другими задачами, проблемы в  интерфейсе, сбой программы и т. п.) данные начинают поступать слишком  медленно, может возникнуть ситуация, когда в буфере накопителя нет  данных для записи следующего блока. В накопителях первых поколений  это приводило к безвозвратной  порче "болванки"в случае CD-R или необходимости стирать и заново записывать CD-RW В конце 2000 г. Sanyo запатентовала технологию BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof, т. е. защита от опустошения буфера), которая позволяла останавливать запись, если объем данных в буфере становился меньше определенного порога, и возобновлять ее с того же места при заполнении буфера. Сейчас вариации этой технологии (каждая фирма называет ее по-своему: у Yamaha это "SafeBurn", у Acer - "Seamless Link", у Ricoh - "JustLink") применяются практически всеми изготовителями накопителей CD-RW. Похоже, что процесс роста "X" в накопителях CD-RW, шедший в последние годы семимильными шагами, приближается к своему логическому завершению, как это случилось в свое время с CD-ROM. "На марше" накопители со скоростями записи/перезаписи/чтения 52Х-24Х-52Х (носители CD-RW для них должны соответствовать новой спецификации Ultra Speed - US-RW, описывающей диски со скоростями перезаписи от 4Х до 24Х). Вышла версия 0.9 спецификации записываемых дисков повышенной емкости (High Capacity Recordable Disc System) с длительностью проигрывания 98,5 мин. С почти годичной задержкой относительно первоначально намеченных сроков начался этап повсеместного внедрения стандарта Mount Rainier в серийные модели накопителей (их стали называть накопителями CD-MRW). Напомним, что этот стандарт, разработанный совместно компаниями Philips, Sony, Compaq (HP) и Microsoft, обеспечивает возможность работы с носителем CD-RW как с обычным жестким или магнитооптическим диском, т. е. записи на него файлов простым перетаскиванием мышью, без предварительной подготовки диска и его "финализации" по окончании записи и без применения специальных драйверов типа Direct CD.

Алгоритм  работы накопителя CD-ROM

1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.
2. Серводвигатель по командам встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт - диске.
3. Отражённый от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.
4. Разделительная призма направляет отражённый луч на другую фокусирующую линзу.
5. Эта линза направляет отражённый луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

Накопители DVD 
 
Решение проблемы увеличения емкости оптических носителей информации на базе совершенствования технологии производства CD и приводов, а также имеющихся научно-технических решений в области высококачественного цифрового видео привело к созданию CD-дисков повышенной емкости. В 1995 г. фирмы — производители CD предложили свои стандарты компакт-дисков с увеличенной емкостью. Одним из этих стандартов стал формат SD (Super Density). Во избежание многообразия и несовместимости стандартов в сентябре 1995 г. фирма Sony в союзе с восемью другими фирмами предложила новый универсальный формат записи данных на CD-DVD (Digital Versatile Disk). Этот формат, удовлетворяющий требованиям к воспроизведению видеоизображений и к хранению данных, получил активную поддержку среди ведущих производителей CD. 
 
Качество изображения, хранимого в формате DVD, соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, причем качество звука также не уступает студийному. Считывание звуковой информации в формате DVD производится со скоростью 384 Кбайт/с, что позволяет организовать многоканальное звуковое сопровождение. 
 
Такие возможности дисков формата DVD обусловлены улучшенными параметрами рабочей поверхности дисков. На рисунке 3 приведены параметры элементов рабочей поверхности дисков, записанных в форматах CD и DVD. Так же как и CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм. В приводе DVD используется полупроводниковый лазер с длиной волны излучения в видимой области 0,63 — 0,65 мкм. Такое снижение длины волны (по сравнению с 0,78 мкм у обычного CD-привода) обеспечило возможность уменьшения размеров штрихов записи (пит) практически в два раза, а расстояние между дорожками записи — с 1,6 до 0,74 мкм. Питы располагаются по спирали, как на виниловых долгоиграющих пластинках. 
 
 
 
Рис.3.Элементы рабочей поверхности дисков форматов CD и DVD 
 
DVD-диски конструктивно выполняются односторонними и двухсторонними, однослойными и многослойными, как это показано на рис. 3.11. Односторонний однослойный DVD-диск обладает емкостью 4,7 Гбайта, а двухслойный — 8,5 Гбайта. Двухсторонний DVD-диск состоит из двух дисков толщиной по 0,6 мм, плотно соединенных друг с другом. На DVD-диске можно разместить полнометражный видеофильм (длительностью до 135 мин) с тремя каналами качественного звукового сопровождения и четырьмя каналами субтитров, применяя сжатие MPEG-2. 
 
 
 
Рис.4. Варианты исполнения DVD-дисков 
 
 
В накопителях стандарта DVD применяется более узкий луч лазера, чем в приводах CD-ROM, что позволило уменьшить толщину защитного слоя диска в два раза: с 1,2 мм до 0,6 мм. Поскольку общая толщина диска должна была остаться неизменной (1,2 мм), под предохранительный слой был помещен укрепляющий слой. 
 
На укрепляющем слое также стали записывать информацию, что привело к появлению двухслойных дисков DVD. Последовательное считывание информации с каждого слоя обеспечивается за счет изменения положения фокуса. Когда сфокусированным лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой. По окончании считывания информации с первого слоя фокусировка луча лазера меняется по команде контроллера. Луч фокусируется в плоскости второго (наружного) полупрозрачного слоя, и считывание данных продолжается. Конструкция двухслойного одностороннего диска обеспечивает емкость 8,5 Гбайт. 
 
Следующим шагом в развитии технологии DVD стало создание двухсторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этом емкость дисков составила 9,4 и 17 Гбайт при длительности воспроизведения записанной на них информации соответственно 4,5 и 8 ч. 
 
Во избежание необходимости переворачивать вручную двухсторонний диск для доступа к данным на второй стороне наибольшую популярность получили приводы DVD, оснащенные двумя независимыми считывающими системами. 
 
Приводы DVD-ROM поставляются как с аппаратным декодером MPEG-2 в виде карты расширения для шины PCI, так и с программным декодером. Записывающие DVD-R и перезаписывающие дисководы DVD-RW способны работать с однослойными односторонними дисками емкостью до 4,7 — 5,2 Гбайт при скорости записи информации около 1 Мбайт/с.

Штрихи, нанесённые на поверхность  диска, имеют разную длину. Интенсивность  отражённого луча изменяется, соответственно изменяя электрический сигнал, поступающий  на фотодатчик. Биты данных считываются  как переходы между высокими и  низкими уровнями сигналов, которые  физически записываются как начало и конец каждого штриха. 

Поскольку для программных  файлов и файлов с данными важен  каждый бит, в накопителях CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы обнаружения  и коррекции ошибок.

Благодаря таким алгоритмам вероятность неправильного считывания данных составляет менее 0.125 . Другими  словами, безошибочно считывается  два квадриллиона дисков, что соответствует стопке компакт - дисков высотой около двух миллиардов километров.

Для реализации этих методов  коррекции ошибок к каждым 2048 полезным байтам добавляется 288 контрольных. Это  позволяет восстанавливать даже сильно повреждённые последовательности данных (длиной до 1000 ошибочных битов). Использование столь сложных  методов обнаружения и коррекции  ошибок связано, во- первых, с тем, что  компакт - диски весьма подвержены внешним  воздействиям, а, во- вторых , потому, что подобные носители изначально разрабатывались лишь для записи звуковых сигналов, требования к точности которых не столь высоки.

 

                          Заключение

      Развитие  электронной промышленности осуществляется  такими быстрыми

темпами, что буквально  через  один  год, сегодняшнее  "чудо техники"

становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера

остаются неизменными.

    По словам специалистов, в скором времени компании  не будет

комплектовать персональные компьютеры дисководами - их заменят USB-

накопители на флэш-памяти емкостью 16 мегабайт, которые сначала

предполагается устанавливать  на компьютеры класса hi-end, а затем, при

положительной реакции покупателей, на все десктопы. Dell уже исключила

дисководы из стандартной  комплектации ноутбуков.  В компьютеры Macintosh

уже пять лет не устанавливаются  флоппи-дисководы.

    CD и DVD-диски  могут занимать передовые позиции  в технологиях хранения

данных, однако, достаточно старомодные механические ленточные накопители до

сих пор играют важную роль в хранении больших объемов информации. Мало

того, эта роль столь велика, что ученые IBM разработали механизм записи 1

терабайта (что составляет 1 триллион байт данных) на линейном цифровом

ленточном картридже. Это величина, по утверждению разработчиков,

приблизительно в 10 раз  больше любого другого доступного сейчас объема

ленточных накопителей. Такой  объем информации равносилен 16 дням

непрерывного воспроизведения DVD-видео, или в 8 000 раз больше того объема

информации, который человеческий мозг сохраняет за время всей жизни. Хотя

накопитель на магнитной  ленте сложно представить в домашнем интерьере на

настольных ПК, для среднего и крупного бизнеса эта технология остается

вполне актуальной при резервном хранении данных, к тому же лента менее

уязвима для взлома и воровства информации. Новейшая технология позволяет

упаковать накопитель с высокой  плотностью записи данных так, что он

становится довольно компактным. В долгосрочной перспективе, возможно

снижение затрат компаний на хранение данных. В то время, как сейчас средняя

стоимость хранения информации на магнитной ленте составляет около $1 за

1Гб, возможно снижение  этих затрат до 5 центов за Гб. Для сравнения,

стоимость хранения 1 Гб информации на жестком диске составляет сейчас $8-

10, а на устройствах  на основе полупроводников - около  $100 за Гб. Новые

технологии хранения данных на МЛ приобретут важную роль в таких

информационное емких  отраслях, как, например, горное дело или архивы. Также

необходимость увеличения объемов  хранимой информации возникает у  корпораций

и ученых во всех дисциплинах, от геофизики до социологии. К примеру,

академические занятия требуют  системы, позволяющей осуществлять

долгосрочный повторный  доступ к данным с возможностью создания множества

копий и их легкого перемещения  в любое место. Первый накопитель на

магнитной ленте был создан 50 лет назад, тогда разработка IBM Model 726

могла хранить всего 1,4МБ информации, приблизительно столько, сколько

сейчас помещается на обычный  гибкий диск, а катушка для ленты  имела около

12 дюймов в диаметре. Для  сравнения, последняя разработка  специалистов IBM

с возможностью хранения 1ТБ помещается в картридж размером с почтовый

конверт, а объем хранимой в нем информации эквивалентен содержимому 1.500

CD. По словам представителей  компании, план возможного массового  выпуска

терабайтных картриджей будет  включать выпуск промежуточных продуктов  в

течение нескольких лет. За это время планируется выпустить  картриджи

объемом 200,400, а потом и 600ГБ.

    Исследователям  удалось изготовить магнитную  пленку из сплава кобальта,

хрома и платины. Затем  с помощью сфокусированного ионного  пучка они

разрезали пленку на прямоугольные  магнитные «островки» размером всего  в 26

миллионных долей миллиметра в поперечнике. Это соответствует  плотности

записи, составляющей 206 ГБ на квадратный дюйм. Правда, запись и считывание

информации в этом случае не удастся осуществлять непосредственно, поскольку

размер головок намного  превышает размер «островков». Следовательно,

необходимы новые, более  миниатюрные головки. Кроме того, потребуется

эффективная синхронизация  процедур записи и считывания с движением  головок.

В прототипе, разработанном  в IBM, подобная синхронизация реализована,

однако широкое распространение  подобных систем потребует значительного

усовершенствования технологий создания жестких дисков.

 

 

                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемые источники  информации

 

    1. Леонтьев В.П.  ПК: универсальный справочник пользователя  Москва

       2000.

    2. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. изд.5-е С.-Перетбург, АО

       «Коруна» 1994.

    3. Архитектура  ПК, комплектующие, мультимедиа. - Рудометов  Е.,

       Рудометов  В. – Питер, 2000.

    4. http://citforum.co.kz

    5. News Factor Network.