Введення
У людини завжди була потреба зберегти результати його праць, будь вони матеріальними або розумовими. Для цієї мети здавна використовувалися різні способи: стародавня людина вів записи за допомогою малюнків, тому що він не володів писемністю, з появою писемності з'явилася й можливість більш інформативно викладати свої думки, для чого стали використовуватися глиняні таблички, папіруси, папір, берест і навіть кам'яні стіни. Але з розвитком людської цивілізації, з розвитком різних наук кількість інформації, що підлягає збереженню, поступово збільшувалася і доводилося придумувати нові методи або поліпшувати старі. Так ще в 1041-48 р.р. в древньому Китаї були зроблені перші досліди друкарства (Бі Шен), яке в 15-16 ст набуло поширення у Європі, а створення у 1814 друкарської машини поклало початок сучасної поліграфії. Тоді ж, у 16 ст., Італієць Ромнецатто винайшов "записуючий піаніно", правда, не отримало розповсюдження, а взагалі з тих пір був запатентований і створено близько 300 різних конструкцій друкарських машинок, хоча практичне застосування знайшли лише 25-30 з них. Хоча це були й дуже недосконалі конструкції, вони істотно підняли індивідуальну продуктивність. У 1857 р. англієць Леон Скотт створив перший пристрій, що реєструє акустичні коливання, а в 1878 р. американцем Томасом Едісоном за таким же принципом було створено фонограф, що дозволяв записувати і відтворювати різні звуки і людську мову. Так з'явилися перші пристрої механічного запису інформації, а 40-50-х р.р. нашого сторіччя з'явилася перша технологія запису інформації на магнітні носії, що вивело цей процес на принципово новий рівень.
З розвитком комп'ютерної техніки обсяги інформації в електронній формі почали стрімко зростати. Програми для ПК і обсяг оброблюваної і зберігається ними інформації обчислюється не десятками чи сотнями кілобайт, як на зорі комп'ютерної ери, а десятками і сотнями мегабайт, до того ж зросла і цінність самої інформації. Все це зумовило потребу в ємних, швидких і надійних пристроях запису інформації.
На сьогоднішній день існує 3 основних технології запису інформації: електронна (чіпи пам'яті різних видів), магнітна (жорсткі (гнучкі) диски, стримери, накопичувачі на змінних дисках великої ємкості (Iomega Zip, Iomega Jaz та ін)), оптична (оптичні диски CD-ROM, DVD тощо) і магнітооптична.
Оптична технологія
Накопичувачі на CD (приводи CD-ROM і ін)
На сьогодні існує три оптичні технології (про 4-ий (DVD) мова піде в окремому розділі) - це власне CD-ROM (функціонально відповідає ПЗУ, тому й ROM), дисководи WORM (Write Once Read Many times) і останній, відомий під іменами перезаписуваний оптичний, що стирається оптичний або CD-RW (ReWritable).
CD-ROM
Музичні оптичні компакт-диски прийшли на зміну вініловим в 1982 році - приблизно в той же час, коли з'явилися перші персональні комп'ютери фірми IBM. Ці пристрої стали результатом плідної співпраці двох гігантів електронної промисловості - японської фірми Sony і голландської Philips. Строго певна місткість компакт-дисків пов'язана з такою цікавою історією.
Виконавчий директор фірми Sony Акіо Моріта вирішив, що компакт-диски повинні відповідати запитам виключно любителів класичної музики - не більше й не менше. Після того, як група розробників провела опитування, з'ясувалося, що найпопулярнішим класичним твором в Японії в ті часи була 9-та симфонія Бетховена, яка тривала 72-73 хвилини. Тому було вирішено, що компакт-диск повинен бути розрахований саме на 74 хвилини звучання, а точніше, на 74 хвилини і 33 секунди. Так народився стандарт, відомий як "Червона Книга" (Red Book). Коли 74 хвилини перерахували в кілобайти, вийшло 640 Mb.
Фахівці ж Philips визначили мінімальні вимоги до якості запису звуку і регламентували, наприклад, такі характеристики аудіо компакт-дисків, як їх розмір, метод кодування даних і використання єдиної спіральної доріжки.
Дві вищеназвані фірми зіграли також провідну роль при розробці першої специфікації цифрових компакт-дисків - так званої "Жовтої Книги" (Yellow Book), або просто CD-ROM. Вона послужила основою для створення компакт-дисків з комплексним представленням інформації, тобто здатних зберігати не тільки звукові, а й текстові та графічні дані (CD-Digital Audio, CD-DA). При цьому привід, читаючи заголовок диска, сам визначав його тип - аудіо-або цифрові дані. У цьому форматі, однак, не регламентувалися логічні і файлові формати компакт-дисків, оскільки рішення даних питань було повністю віддано на відкуп фірмам-виробникам. Це, зокрема, означало, що компакт-диск, який відповідає вимогам "Жовтої Книги", міг працювати тільки на конкретній моделі накопичувача. Такий стан справ, особливо у зв'язку з великим комерційним успіхом компакт-дисків, зрозуміло, не могло задовольнити виробників подібних пристроїв. У загальних інтересах необхідно було терміново знайти компроміс.
Саме тому другим стандартом де-факто для цифрових компакт-дисків стала специфікація HSG (High Sierra Group), або просто High Sierra. Цей документ носив, взагалі кажучи, рекомендаційний характер і був запропонований основними виробниками цифрових компакт-дисків з метою забезпечити хоча б деяку сумісність. Дана специфікація визначала вже як логічний, так і файловий формати компакт-дисків.
Створена специфікація виявилася настільки привабливою, що стандарт ISO-9660 (1988 рік) для цифрових компакт-дисків, в принципі збігався з основними положеннями HSG. Зауважимо, що всі компакт-диски, що відповідають вимогам стандарту ISO-9660, який визначає їх логічний і файловий формати, є сумісними один з одним. Зокрема цей документ визначає, яким чином знайти на компакт-диску його вміст (Volume Table Of Contents, V). Базовий формат, запропонований у HSG-специфікації, багато в чому нагадував формат флоппі-диска. Як відомо, системна доріжка (трек 0) будь-якої дискети не тільки ідентифікує сам флоппі-диск (його щільність, тип використовуваної ОС), але і зберігає інформацію про те, як він організований по директоріях, файлів і піддиректоріях. Ініціація доріжка даних на компакт-диску починається зі службовою області, необхідної для синхронізації між приводом і диском. Далі розташована системна область, яка містить відомості про структуруванні диска. У системній області знаходяться також директорії цього тому з покажчиками або адресами інших областей диска. Істотна відмінність між структурою компакт-диска і, наприклад, дискетою полягає в тому, що на CD системна область містить пряму адресу файлів в підтеках, що має полегшити їх пошук.
Міжнародний стандарт ISO-9660 описує файлову систему на CD-ROM. ISO-9660 першого рівня нагадує файлову систему MS-DOS: імена файлів можуть містити до 8-ми символів, розширення імені файлу (що складаються з 3-х символів) відокремлюється від імені файлу точкою. Імена файлів не можуть містити спеціальних символів ("~", "-", "+", "="). При іменуванні файлів використовуються символи тільки верхнього регістру, цифри і символ "_". Імена каталогів не можуть мати розширень. Кожен файл має версію, номер версія відділяється від розширення символом ";". Каталоги можуть мати вкладеності 8. Стандарт ISO-9660 другого рівня дозволяє використовувати в іменах файлів до 32 символів, накладаючи описані вище обмеження. Диски, створені із застосуванням такого стандарту, не можуть використовуватися в ряді ОС, в тому числі і MS-DOS.
Специфікація CD-I (Interactive) була запропонована в 1988 році. Цей стандарт визначав використання дискового плеєра без підключення його до комп'ютера. Пристроєм відображення в даному випадку повинен був стати, наприклад, звичайний телевізор. Зрозуміло, що використовувався і його стандартний звуковий канал. Крім цього, CD-I пропонувала кілька рівнів якості відтворення аудіо-і графічної інформації. Дана специфікація викладена в "Зеленій Книзі" (Green Book). Зауважимо, що так звані CD-I-Ready-диски є певної сумішшю між аудіо-CD (Red Book) та мультимедіа-диском (Green Book). Таким чином, на аудіоплеєрі прослуховується тільки звукова інформація, а на пристрої CD-I відтворюється все разом.
Стандарт CD-ROM XA був створений у 1990 році зусиллями фірм Microsoft, Philips і Sony як "міст" між CD-ROM і CD-I. Таким чином, ХА-диск міг відтворюватися на CD-I-плеєрі або приводі, що відповідає стандарту Yellow Book (при використанні спеціального програмного забезпечення). Формат специфікації CD-ROM XA сумісний зверху вниз з форматами, рекомендованими High Sierra та ISO-9660. Проте в новій специфікації закладено вже набагато більше можливостей. По-перше, формат ХА дозволяє здійснювати багато сеансовий запис на диск. По-друге, основною відмінною особливістю приводів CD-ROM ХА є так звана техніка чергування (interleaving). Специфікація ХА дозволяє одночасно зберігати на диску графічні, текстові і звукові дані, причому графіка може включати як стандартні картинки і анімацію, так і полнооб'емное відео (full-motion).
Іншою відмітною особливістю специфікації ХА є стиснення звукових даних, що дозволяє зберігати на одному диску до декількох годин аудіоінформації замість звичайних 74-х хвилин. До речі, саме через стиснення мінімальна швидкість передачі інформації не повинна бути менше 150 Кбайт / с.
Ще одна специфікація, прийнята в 1991 році і викладена в "Помаранчевих Книгах" (Orange Books), відноситься до записуваних і стираємо дискам. У першій книзі мова йде про магнітооптичних дисках (CD-MO), що допускають як стирання, так і перезапис інформації. Друга книга присвячена накопичувачів з однократним записом типу WORM. До подібних накопичувачів відносяться пристрої, які відповідають, наприклад, специфікації CD-ROM XA.
У 1993 році була анонсована ще одна книга - White Book ("Біла"). У її створенні взяли участь JVC, Matsushita, Philips і Sony. У цьому документі визначалися основні параметри відео-СД - компакт-диска, на якому можна було зберігати 72 хвилини високоякісного відео разом зі стереозвуком. Зберігання даних на відео-CD базується на методі стиснення інформації, званому MPEG (Motion Picture Experts Group). Відео-CD можуть відтворюватися на спеціальних відео-CD-плеєрах, CD-I-плеєрах зі спеціальним картріджом "Digital Video", а також на комп'ютері зі спеціальною платою MPEG-декодера і приводом CD-ROM.
Специфікація White Book є в даний час ідеальним засобом для зберігання цифрового відео - це єдиний стандартний шлях відтворення відео на мультимедіа-PC.
Після прийняття специфікації White Book були переглянуті і перероблені з її урахуванням перші версії стандарту Green Book. Світ цифрового відео став належати "Білій Книзі".
Наприкінці 1994 року були анонсовані так звані музичні мультимедіа-компакт-диски. Ця специфікація носить назву CD Plus. Подібні диски містять дві частини, одна з яких - аудіо, а інша - CD-ROM. Записані композиції можна прослуховувати на аудіоплеєрі, а доступ до мультимедіа-інформації (і музиці) можливий на приводі, підключеному до ПК.
Отже, були розглянуті практично всі найбільш поширені формати зберігання даних на CD-ROM. Як вже було сказано, відмітною особливістю всіх цих форматів є їхня відмінність від файлової системи, що використовується в MS-DOS. Таким чином, для доступу до даних, що зберігаються на CD-ROM, необхідно перетворення форматів. Для цих цілей фірма Microsoft випустила спеціальний драйвер, який називається Microsoft CD Extention (mscdex.exe). Він входить в комплект поставки MS-DOS, а також поставляється практично з усіма приводами CD-ROM.
Пристрій і принцип роботи
Як відомо, більшість накопичувачів бувають зовнішніми і вбудованими. Приводи компакт-дисків в цьому сенсі не є винятком. Більшість пропонованих в даний час накопичувачів CD-ROM відносяться до вбудованих. Зовнішній накопичувач, як правило, коштує дорожче.
На передній панелі кожного накопичувача є доступ до механізму завантаження компакт-диска в привід. Також там розташовані індикатор роботи пристрою (зазвичай Busy), гніздо для підключення навушників або стереосистеми (для прослуховування аудіодисків), а також регулятор гучності (також для аудіо-CD). Крім того, при використанні контейнера на передній панелі є отвір, за допомогою якого можна отримати компакт-диск навіть в аварійній ситуації, наприклад якщо не спрацьовує кнопка Eject.
На задній панелі практично всіх без винятку приводів CD-ROM знаходяться принаймні три роз'єми: інтерфейсний, харчування і аудіо. Роз'єм для виведення звуку дозволяє підключати привід до звукової карти. Це зручно при прослуховуванні аудіодисків, оскільки не вимагає перемикання акустичної системи або навушників з одного гнізда на інше.
Крім цих роз'ємів при використанні SCSI-інтерфейсу з задньої панелі приводу доступні також резистори-термінатори пристрої та набір перемичок (jumpers), або перемикачів (switches), які визначають номер пристрою і режим роботи.
У приводі компакт-дисків можна виділити кілька базових елементів: лазерний діод, сервомотор, оптичну систему (що включає в себе расщепляющую призму) і фотодетектор.
І так, зчитування інформації з компакт-диска, також як і запис, відбувається за допомогою лазерного променя, але, зрозуміло, меншої потужності. Сервомотор по команді внутрішнього мікропроцесора приводу переміщує відображає дзеркало. Це дозволяє точно позиціонувати лазерний промінь на конкретну доріжку. Такий промінь, потрапляючи на що відображає світло острівець, через расщепляющую лінзу відхиляється на фотодетектор, який інтерпретує це як двійкову одиницю. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається - фотодетектор фіксує двійковий нуль (цифрова інформація представляється чергуванням заглиблень (неотражающих плям) і відображають світло острівців). В якості поверхні, що відбиває компакт-дисків зазвичай використовується алюміній. Вся поверхню компакт-диска покрита прозорим захисним шаром.
На відміну від, наприклад, вінчестерів, доріжки яких представляють собою концентричні кола, компакт-диск має всього одну фізичну доріжку у формі спіралі безперервної, що йде від внутрішнього діаметра до зовнішнього. Тим не менш одна фізична доріжка може бути розбита на декілька логічних.
У той час, як всі магнітні диски обертаються з постійним числом оборотів в хвилину, тобто з незмінною кутовою швидкістю (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск обертається звичайно зі змінною кутовою швидкістю, щоб забезпечити постійну лінійну швидкість при читанні (CLV, Constant Linear Velocity). Таким чином, читання внутрішніх секторів здійснюється зі збільшеним, а зовнішніх - зі зменшеним числом обертів. Саме цим обумовлюється досить низька швидкість доступу до даних для компакт-дисків у порівнянні, наприклад, з вінчестерами.
Інтерфейси
Досить часто фірми виробники поставляють привід CD-ROM з обов'язковою картою контролера, на якій реалізований так званий (власний) proprietary-інтерфейс. Зазвичай це власна реалізація однієї з версій інтерфейсів IDE або SCSI. Часто при покупці накопичувача на CD-ROM у складі Multimedia Kit на звуковій карті знаходиться саме proprietary-інтерфейс. Стандартами де-факто для інтерфейсів приводів компакт-дисків стали специфікації Mitsumi, Panasonic і Sony. Одним з популярних інтерфейсів всіх приводів, включаючи приводи CD-ROM, є IDE, SCSI або SCSI-2.
Як відомо, відмінною особливістю інтерфейсу IDE є реалізація функції контролера в самому накопичувачі. Саме тому підключення подібних приводів до комп'ютера виконується безпосередньо до IDE контролера на материнській платі ПК. Даний інтерфейс підтримує, як правило, програмний введення-виведення.
Компанія Western Digital розробила так звану специфікацію Enchanced IDE. Цей документ підтримали практично всі провідні компанії з виробництва накопичувачів. Новий інтерфейс дозволяє підключати одночасно до чотирьох приводів жорстких дисків. Але найголовніше, специфікація Enchanced IDE дозволяє не тільки збільшити кількість пристроїв, що підключаються, а й використовувати інші типи пристроїв, наприклад приводи CD-ROM або стримери. Зокрема, Western Digital для підтримки накопичувачів CD-ROM з інтерфейсом IDE пропонує протокол ATAPI (ATA Packed Interface). ATAPI є розширенням протоколу ATA і вимагає незначних змін до системної BIOS. У загальному випадку використовується спеціальний драйвер. Останнім часом з'явилися накопичувачі, які підтримують не тільки інтерфейс IDE, але і EIDE / ATAPI.
Як відомо, інтерфейс SCSI став одним з найважливіших промислових стандартів для підключення таких периферійних пристроїв, як, наприклад, вінчестери, стримери, лазерні принтери, приводи CD-ROM і т.п. Необхідно відзначити, що SCSI - інтерфейс більш високого рівня, ніж IDE. Фізично SCSI-шина є плоский кабель з 50-контактними роз'ємами, через які можна підключити до восьми периферійних пристроїв.
Версія інтерфейсу SCSI-2 дозволяє підвищити пропускну спроможність магістралі за рахунок збільшення тактової частоти обміну та скорочення критичних часових параметрів шини, застосування новітніх БІС і високоякісних кабелів. Таким чином реалізується "швидкісний" варіант SCSI-2 - Fast SCSI-2. "Широкий" (Wide SCSI-2) варіант магістралі, передбачає наявність додаткових 24 ліній даних завдяки підключенню другого 68-проводового кабелю (для приводів CD-ROM не застосовується). Зазвичай швидкість передачі даних по шині SCSI (-2) для приводів CD-ROM сягає від 1.5-2 до 3-4 Mbайт / с.
Незважаючи на стандартність інтерфейсу SCSI, проблема сумісності приводів з SCSI-адаптерами як і раніше залишається. У випадку реалізації власного інтерфейсу підключення інших пристроїв, окрім приводу CD-ROM, досить проблематично. Тут слід зазначити, що існує специфікація ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), яку розробила фірма Adaptec - провідний виробник адаптерів SCSI. У тому випадку, якщо виробник SCSI-пристрої поставляє ASPI-сумісний драйвер, то він сумісний з усіма host-адаптерами або інтерфейсними картами Adaptec і більшості інших виробників.
Який же з інтерфейсів краще використовувати в IBM PC-сумісних комп'ютерах для приводів CD-ROM? Хоча теоретично інтерфейс SCSI може забезпечити швидкість обміну трохи вище, ніж IDE, на практиці все дещо складніше. Не слід забувати, наприклад, той факт, що IDE-інтерфейс використовує в основному програмний введення-виведення, а SCSI-пристрої в більшості випадків - передачу даних по прямому доступу до пам'яті. У однокористувацьких системах програмний введення-виведення часто виявляється набагато ефективніше. Це особливо чітко проявляється при використанні поліпшених алгоритмів кешування. Перевага SCSI-адаптерів незаперечно в першу чергу в багатозадачних і багатокористувацьких системах. Справа в тому, що команди для SCSI-пристрої можуть бути побудовані в чергу, що звільняє процесор для виконання інших операцій. Крім того, якщо привід CD-ROM використовується в локальній мережі як колективне пристрій, альтернативи SCSI, мабуть, поки немає.
З іншого боку, встановлення IDE-приводу досить проста. У більшості випадків справедливий принцип "включай і працюй". Для нормальної роботи у файли конфігурації системи зазвичай не потрібно додавати ніяких додаткових програмних драйверів.
Для SCSI-адаптера процес установки складний. По-перше, слід пам'ятати про поділюваних системних ресурсах: портах введення-виведення, перериваннях IRQ, каналах прямого доступу до пам'яті DMA, областях у верхній пам'яті UMB. По-друге, потрібно вірно визначити SCSI ID для конкретного пристрою, по-третє, не слід забувати, сигналі парності (заборонити або дозволити), установці термінаторів і т.д. Крім того, файли конфігурації обов'язково повинні бути доповнені відповідними програмними драйверами адаптера і пристроїв.
Що ж стосується вартості, то SCSI-адаптера в комп'ютері немає, і його доводиться купувати додатково хоча останнім часом з'явилися моделі материнських плат, що мають вбудовану підтримку SCSI інтерфейсу.
Основні параметри приводів
Швидкість доступу (access time) визначає середній час (у мілісекундах), необхідний для виявлення і завантаження першого блоку даних у внутрішній буфер. Стандарт MPC 1 встановлює такий час в одну секунду або менше, але більшість сучасних приводів мають швидкість доступу близько 0.3 с. Зрозуміло, цей параметр не включає в себе час, необхідний для виходу двигуна на робочий режим.
Швидкість передачі даних (data-transfer rate) залежить від двох факторів - щільності даних і швидкості обертання диска. Під щільністю в даному випадку розуміють кількість біт (западин) на дюйм (або міліметр). Так, для 16-бітного стерео якості аудіо-CD (частота 44.1 кГц) швидкість повинна бути 1.4 Mbіта / с. Розділивши це значення на число біт у байті (8), ми отримаємо 176.4 Кбайта / с - усереднене значення для швидкості передачі даних. Стандарт МСР 1 визначає швидкість передачі даних як 150 Кбайт / с, МСР 2 - 300 Кбайт / с. Порівняно недавно з'явилися моделі приводів з 24-х, 32-х і навіть 40-х швидкістю передачі даних.
Під розміром блоку даних (data block size) розуміють мінімальну кількість байт, які передаються на комп'ютер через інтерфейсну карту. Інакше кажучи, це одиниця інформації, з якою оперує контролер приводу. Мінімальний розмір блоку даних у відповідності зі специфікацією МРС дорівнює 16 Кбайт. Оскільки файли на компакт-диску зазвичай досить великі, то проміжки між блоками даних мізерно малі.
Розмір буфера - розмір внутрішнього буфера (кеш-пам'яті), в який зчитуються файли перед їх передачею. Стандарт МРС встановлює розмір буфера в 64 Кбайт, а це в буфері буде знаходитися близько 0.4 секунди 16-бітного стерео якості CD-Audio (частоти 44.1 кГц). Для швидкісних пристроїв розмір буфера може досягати 256 Кбайт і навіть 1 Mbайта.
Підтримка програвання аудіодисків означає, що за допомогою приводу CD-ROM ви зможете слухати звичайні музичні компакт-диски. Цією можливістю володіють практично всі сучасні моделі приводів. Деякі моделі не вимагають для цього спеціальних програм - відтворення аудіо-CD виконується на "апаратній" рівні. Для включення цього режиму на передній панелі приводу є спеціальна кнопка.
Підтримка формату CD-ROM/XA. Мається на увазі використання дисків формату ХА, що підтримує зберігання аудіо-та відеоданих єдиним блоком, в який також включається інформація про синхронізацію звуку. Дані на аудіодисках та CD-ROM зберігаються на доріжках, що вміщають 24-байтові "кадри", що програються зі швидкістю 75 кадрів в секунду. Дані, що зберігаються можуть включати звук, текст, статичні і динамічні зображення. При вмісті в звичайному форматі кожен тип повинен розташовуватися на окремій доріжці, коли у форматі ХА дані різного типу можуть зберігатися на одній доріжці.
Тип завантаження диска. Існує два типи приводів CD-ROM. У першому випадку диск встановлюється безпосередньо (наприклад, в приводах Mitsumi). У другому випадку для встановлення диска використовується спеціальна касета (в даний час вийшла з ужитку).
WORM технологія
В даний час технологія WORM найкраще проявляє себе в трьох областях: накопичення даних, зберігання резервних архівів інформації та в системах відновлення даних. Всі ці галузі системи WORM вносять також багато однакових фізичних достоїнств. WORM-система дуже гарні для складання баз даних, коли не мається на увазі зміна записаної інформації.
Магнітооптичні накопичувачі та накопичувачі типу WORM є відносно низькошвидкісними в порівнянні з іншими розглянутими тут пристроями зовнішньої пам'яті. Це обумовлюється кількома причинами. По-перше, оптичний носій обертається, як правило, з меншою швидкістю, ніж жорсткі магнітні диски - звичайно близько 3000 - 4200 об / хв (проти швидкостей для винчестерская накопичувачів від 3600 до 7200 об / хв). Другий фактор - це характерна для оптичного носія висока інтенсивність помилок, які потрібно виправляти. Оптичний носій в принципі є більш ненадійним (при записі / відтворенні, але не зберіганні), ніж магнітний, і тому для роботи з ним потрібні складні алгоритми виправлення помилок. А це призводить до втрат у швидкості обміну даними приблизно на 3-5%. Оптичні накопичувачі характеризуються також більш тривалим часом доступу. Їх середній час встановлення головки становить від 30 до 50 мс проти 10-16 для НЖМД, а час очікування (поки потрібний сектор даних не опиниться під головкою читання / запису) становить 13 мс проти 8-15 мс для НЖМД.
WORM системи використовують досить потужний лазер для запису інформації. За допомогою лазера WORM-пристрої обробляють поверхню диска для зміни відбивної здатності певних ділянок диска або для видалення ямок з його поверхні (це досягається за рахунок зміни поверхневого натягу робочої поверхні диска під дією температури).
CD-r технологія
Основна мета більшості розробників оптичних дисків - створення продукту, який поєднував би в собі всі переваги оптичних носіїв (великий час життя, надійність зберігання інформації, велика щільність носія) з гнучкістю, швидкістю і простотою використання звичайних магнітних дисків. Крім того носій має бути стирається і перезаписуваний. Ці вимоги змогли бути здійснені за допомогою двох технологій.
Барвний полімер
Першим і отримали найбільшу популярність прикладом даної технології є система THOR фірми Tandy. Як і всі інші зроблені за цією технологією системи THOR грунтується на напівпрозорих дисках з підфарбованим внутрішнім шаром, який знебарвлюється від нагрівання лазером. Міняється відбивна здатність диска. Другий лазер розгладжує робочу поверхню диска, ефективно стираючи раніше записані дані.
Зміна фази
В оптичних системах, що використовують зміна фази, стан активного шару для збереження нулів і одиниць цифрового коду змінюється від кристалічного до аморфному і назад. Матеріал, що використовується для запису, може бути у вигляді правильно впорядкованої кристалічної решітки або у вигляді хаотично розташованих молекул. Так, після нагрівання лазером, хоча хімічний склад носія не змінився, його відбивна здатність змінюється. У результаті носій виявляється як би складається з світлих і темних цяток, які можуть використовуватися для кодування інформації.
Ці зміни стану ефективніше аналогічних змін носія в WORM-пристрої. Кілька комерційних продуктів використовують цю технологію для отримання пристроїв подвійного призначення: один дисковод працює і з WORM-дисками і з CD-r дисками. Прикладом є продукт Hewlett Packard CDWriterPlus 7200i.
Магнитооптические системи.
Всі оптичні пристрої можна розділити на два класи. Це накопичувачі, призначені для запису інформації користувачем і її зберігання, і приводи CD-ROM. Накопичувачі підрозділяються на пристрої з одноразовим записом - WORM (Write Once Read Many) і перезаписувані. Останні в свою чергу діляться на оптичні, в яких для запису використовується промінь лазера, що змінює оптичні властивості середовища, і магнітооптичні, в яких запис здійснюється зміною намагніченості підкладки з феромагнітного матеріалу шляхом нагрівання за допомогою променя лазера її невеликої ділянки в зовнішньому магнітному полі. Обидві технології забезпечують приблизно однакові параметри. Найбільшими виробниками таких пристроїв є японські компанії Sony (оптичні) і Fujitsu (магнітооптичні).
Принципова відмінність оптичних і магнітооптичних накопичувачів від приводів CD-ROM пов'язано з різними форматами запису інформації. Так, для першого класу виробів інформація розташовується на концентричних доріжках, як і в вінчестерах, тобто запис і відповідно відтворення здійснюються з постійною кутовий швидкістю. Звідси той же, що і в вінчестерах, підхід до підвищення продуктивності - збільшення швидкості обертання і щільності запису для збільшення швидкості передачі даних, зменшення маси зчитувального пристрою - для збільшення швидкості його переміщення і зменшення часу доступу і т.д. Є, правда, одна серйозна відмінність - необхідно забезпечувати сумісність з виробами інших фірм (оскільки носії змінні), тобто жорстко дотримуватися існуючих стандартів. Крім того, необхідно забезпечувати сумісність з попередніми стандартами, тому що щільність запису постійно збільшується.
Запис інформації в магнітооптичних накопичувачах здійснюється на диск зі скла або прозорого полікарбонату, що містить магнітний шар зі сплаву тербия, заліза і кобальту (або іншою коMbінаціі за участю рідкісноземельних елементів). Цей сплав має необхідними магнітними властивостями і має низьку - близько 300 градусів Цельсія - температуру Кюрі. За допомогою променя лазера невеликої потужності можна дуже швидко нагріти невелику ділянку магнітного шару, близько 0.5 кв. Мікрона, до більш високої температури, так що при охолодженні навіть у досить слабкому зовнішньому магнітному полі ділянку виявляється намагніченим в напрямку цього зовнішнього магнітного поля. Поле прикладається перпендикулярно поверхні диска. Змінюючи напрям цього поля, можна по-різному намагнічувати різні ділянки, здійснюючи таким чином запис інформації. Для зчитування даних використовується ефект Керра, який полягає в зміні напрямку поляризації променя, відбитого від намагніченої поверхні. Оскільки в даному випадку напрямок намагнічування перпендикулярно поверхні диска (так звана вертикальна запис), досягається щільність запису інформації в 5 разів вище, ніж у вінчестерах - понад 19 тис. Доріжок на дюйм.
Сплав, з якого виготовлений активний шар, володіє однією особливістю. Він при звичайній температурі (через високу коерцитивної сили) не може бути перемагнічен прикладеним до нього магнітним полем певної напруженості. Тільки при нагріванні (досягши температури Кюрі) відповідну ділянку активного шару перемагнічується належним чином.
В даний час випускається магнітооптичні накопичувачі, призначені для роботи з носіями діаметром 3.5 і 5.25 дюйма. Диски поміщені в нерозбірні картриджі, що нагадують по конструкції 3.5-дюймові дискети, таким чином, вони надійно захищені від випадкового пошкодження. Використовуючи магнітооптичні диски, можна домогтися надзвичайно надійного зберігання інформації, так як час збереження даних визначається фактично стійкістю використаної підкладки (скло або полікарбонат). Що стосується циклів запису, то у випробуванні на 100 мільйонів циклів не було помічено ніяких необоротних змін властивостей магнітного шару та підкладки. Завдяки тому, що головки читання / запису в них ніколи не стосуються диска, забезпечується висока стійкість до вібрацій і ударних навантажень. У магнітооптичних дисках, на відміну від магнітних, не спостерігається мимовільне викривлення інформації, що робить ці пристрої придатними для довготривалого архівування даних. Вони не бояться дії підвищених і знижених температур, електромагнітних випромінювань і забруднень. Термін гарантованого збереження інформації не магнітооптичних дисках, за різними оцінками, коливається до 70 років. Ці пристрої поза конкуренцією по місткості - 5.25 дюймові диски, заповнені з двох сторін, вміщають до 4.6 Gb інформації. І хоча початкові витрати на придбання магнитооптического дисководу (за рахунок ціни дисковода) набагато вище, ніж на придбання будь-якого накопичувача зі змінним магнітним носієм, завдяки високій місткості і відносно невеликий вартості самих дисків вартість зберігання інформації на різних носіях виявляється порівнянної.
Крім того, в магнитооптическом накопичувачі запис даних здійснюється таким чином, що істотно знижується швидкодію. На відміну від накопичувача типу WORM, в якому операція запису виконується за один оборот диска, в магнитооптическом накопичувачі перезапис даних здійснюється за два оберти: стирання, безпосередньо запис і контроль.
У деяких 5.25-дюймових МО-дисководах використовується технологія phase change (зміна фазового стану). Ця технологія дозволяється зчитувати і записувати дані за один прохід, замість двох, що вдвічі скорочує час доступу. Однак, записані таким чином диски несумісні з традиційними МО пристроями.
Низька швидкодія робить ці магнітооптичні накопичувачі непридатними для застосування в якості основної зовнішньої пам'яті. Ця обставина і висока ціна є їх головними недоліками, які частково компенсуються пристойними ємностями і нечутливістю до магнітних полів.
Тим, хто потребує зберіганні дуже великих обсягів інформації, компанія Pinnacle Micro пропонує 4.6 Gb накопичувач Apx Optical Hard Drive. Його зручно використовувати, наприклад, для виробництва звукової та відеопродукції, а також для архівації. За заявою фірми Pinnacle, її накопичувач працює майже так само швидко, як деякі жорсткі диски.
DVD - оптичних диски, подібні CD. Під таким девізом уже виробляються нові пристрої, які знаменують перехід до 17-гігабайтних носіїв даних і цифрового відео. Пора і нам познайомитися з новинкою. Про те, що звичайні диски CD-ROM, народжені для запису звуку, не так вже й добре підходять для комп'ютерів, загальновідомо, тому що існують складнощі вписування довільної інформації в структуру диска, відповідного Червоній книзі. Після декількох років обговорення (і досить жорсткої конкуренції) різних варіантів поліпшених оптичних дисків, 15 вересня 1995 року між різними групами розробників було нарешті досягнуто принципової згоди про технічні основи створення нового диска. 8 грудня 1995. найбільші виробники приводів CD-ROM і пов'язаних з ними пристроїв (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) підписали остаточну угоду, затвердивши не тільки "тонкості" формату, але і назва новинки DVD ( Digital Video Disk), HDCD (High Dencity CD - диск високої щільності запису), MMCD (MultiMedia CD). SD (Super Density - надвисокої щільності).
Втім, суперечки навколо нового стандарту не завершилися з прийняттям угоди - навіть назва не знаходить одноголосної підтримки в рядах засновників дуже розповсюдженою є версія розшифровки абревіатури як Digital Versatile Disk (цифровий багатофункціональний) диск. Якщо доля новинки буде так успішна, як передвіщають, то вона може викликати революцію не тільки в обчислювальній техніці, але і в побутовій електроніці.
Відсутність єдиного розуміння технічних, і юридичних аспектів нового виробу утрудняє не тільки підготовку виробництва, незважаючи на швидко розширюється коло учасників ліцензійних угод і початок випуску перших пристроїв.
Апаратні засоби
"Перший DVD форум" також не дав остаточної редакції стандартів нового носія інформації. DVD - скільки, де і як. Почнемо з технічних характеристик.
DVD може існувати в декількох модифікаціях. Найпростіша з них відрізняється від звичайного диску тільки тим, що відбиває шар розташований не на складовій майже повній товщині (1,2 мм) прошарку полікарбонату, а на прошарку половинної товщини (0,6 мм). Друга половина - це плоский верхній шар. Ємність такого диска досягає 4,7 GB і забезпечує більш двох годин відео телевізійної якості (компресія MPEG-2). Крім того, без особливих зусиль на диску можуть додатково зберігатися високоякісний стереозвук (кількома мовами!) І титри (також багатомовні). Якщо обидва шари несуть інформацію (у цьому випадку нижнє покриття, що відбиває напівпрозоре), то сумарна ємність складає 8,5 GB (деяке зменшення ємності кожного шару викликається необхідністю скоротити взаємні перешкоди при зчитуванні далекого шару). Toshiba і Time Warner пропонують використовувати також двосторонній двошаровий диск. У цьому випадку його ємність складе 17 GB!
Уже цієї характеристики досить, щоб уявити собі вплив, що може зробити такий диск на кіно / видеоиндустрию. Недарма значна частина суперечок і затримок з виробництвом пристроїв DVD викликана узгодженням різнонаправлених способів захисту авторських прав. Цифрові системи, як відомо, зберігають якість сигналу при копіюванні і вже не є перешкодою для створення неліцензійних копій. Тому Асоціація кіновиробників Америки (МРАА - Motion Picture Association of America) спільно з Асоціацією виробників побутової електроніки (Consumer Electronics Manufacturer's Association) обговорює можливості вбудовування захисту від неліцензійного копіювання безпосередньо в пристрої, а також законопроекти, пов'язані із захистом від копіювання. Пропонуються не тільки виключення можливості прямого копіювання диску, але і більш серйозні міри, такі як модифікація операційної системи з метою недопущення копіювання даних, лічених з DVD на інші носії. Радикальна міра - модифікація архітектури ПК із метою принципового виключення можливості влучення DVD-даних на системну шину, звідки вони далі можуть бути скопійовані.
Робоча група (Technical Working Group), що представляє інтереси виробників комп'ютерів, не залишається осторонь, тому що звуження функціональних можливостей пристроїв може виявитися не безболісним. Зазначимо тільки, що якщо кіно / відеовиробництво прийме DVD як носій, то, враховуючи дуже низьку вартість екземпляра диска при багатотиражному випуску, можна очікувати справді революційних змін у домашній електроніці.
Як же досягається настільки значне збільшення обсягу інформації на DVD диску? Для відповіді на це питання порівняємо його зі знайомим нам CD-ROM. Головна відмінність, звичайно, у підвищеній щільності запису інформації. За рахунок перекладу лазера, що зчитує, з інфрачервоного діапазону (довжина хвилі 780 нм) у червоний (з довжиною хвилі 650 нм чи 635 нм) і збільшення числової апаратури об'єктива до 0,6 (проти 0,45 у CD) досягається більш ніж дворазове ущільнення доріжок і вкорочення довжини відображають пітів (виступів / западин).
Змінилася не тільки фізична щільність розміщення інформації на диску, але і способи її подання. Так, на зміну способу модуляції 8 / 14 (EFM - eight to fourteen modulation) прийшов спосіб, званий EFM +. Він відрізняється трохи іншим алгоритмом перетворення і, головне, вимагає введення на границі наступних один за одним 14-розрядних кодів не трьох, а тільки двох додаткових бітів, що підтримують умову обмеженості розмірів пита в діапазоні від 3 до 11 бітів (тобто між двома послідовними одиницями після кодування не менш 2 і не більш 10 нулів). Таким чином, з кожного байта одержуємо не 14 +3 = 17, а 14 +2 = 16 кодових бітів. Зміна методу модуляції - тільки одна з безлічі форматних змін, що дозволяють у цілому збільшити обсяг даних. Власне перехід до EFM + додає ще майже 6% до обсягу диска. Більш могутній механізм корекції помилок RS-PC (Red Solomon Product Code) обіцяє бути на порядок більш стійким до можливих помилок відтворення.
З неназваних ще характеристик відзначимо номінальну швидкість передачі даних - 1108 Кб / с, підтримувану при постійній лінійній швидкості (CLV - constant lineal velocity) 4 м / с.
Не слід особливо зваблюватися - збільшується на порядок також і обсяг даних, які нам хотілося б прочитати без помилок. Крім того, різке зменшення окремих елементів на поверхні, що відбиває неминуче призведе до збільшення кількості випадкових збоїв при читанні.
Стандарти, формати, файли
Користувачі, які активно працюють з компакт-дисками, знають, наскільки різноманітні і важко сумісні різні види цих дисків. Нічого дивного. Стандарти де-факто на різні види дисків приймалися часто в конкурентній боротьбі. З DVD усіх може бути по-іншому: цей пристрій представляється навряд чи не єдиним високотехнологічним технічним рішенням останніх десятиліть, стандарти якого обговорюються настільки значною групою виробників (в альянс увійшло більше 10 найбільших корпорацій).
Як і стандарти на CD, вимоги до DVD викладені в "книгах". Але, на відміну від уже знайомих нам "кольорових книг", ці "упорядковані за алфавітом". На даний момент обговорюються п'ять книг - від "А" до "Е". Книга може містити до трьох частин. При цьому, в першій частині описуються фізичні специфікації, у другий - файлова система, а в третій - додатки. Перші три книги визначають, відповідно, ROM, Video і Audio DVD, використовуючи однаковий фізичний формат носія, що виготовляється "штампуванням", і файлову систему. Файлова система цих стандартів перехідна (UDF-Bridge). Вона забезпечує коMbінацію можливостей CD-ROM файлової системи ISO-9660 і нової системи Universal Disk Format - UDF, розробленої Optical Storage Technology Association (OSTA) і реалізує рекомендації ISO / IEC 13346. Два інших стандарти D і Е поширюються на записувані (DVD-R (recordable) чи інакше DVD-WO (write once)) і перезаписувані (DVD-RAM, DVD-W (rewritable) чи інакше DVD-E (erasable)) диски. На відміну від CD, диски DVD народжуються відразу з можливістю запису, і навіть перезапису інформації. Однак ці стандарти найменш устояні. Особливо слід сказати про сумісність вже існуючими дисками. Така сумісність стандартами явно не потрібно. Однак переважна більшість виробників готує пристрою здатні зчитувати CD-ROM за рахунок використання спеціально сконструйованої оптичної голівки, яка має можливістю перенастроювання, або навіть за рахунок установки додаткового об'єктива.
Отже, що таке DVD?
Це - носії інформації. які мають такі ж розміри, як і компакт-диски, але мають дуже великий ємністю - від 4,7 до 17 GB, в залежності від формату. Останнє значення майже в 25 разів більше максимальної ємності компакт-дисків, що становить 682 MB, і всього кілька років тому здавалося немислимим.
Проте технологія DVD має вразливі місця. Наприклад, вже згадана проблема, пов'язана зі стандартами і засобами захисту від копіювання.
Тим не менше, потреба користувачів у пристроях зберігання інформації ємністю в кілька гігабайт, швидше за все, переважить, тому з великою ймовірністю можна стверджувати, що успіх технологіям DVD-ROM, DVD-Recordable (DVD-R) і DVD-RAM гарантований.
"... Ніколи не буває багато" Додаткова пам'ять ніколи не завадить. Кілька мегабайт пам'яті для мультимедіа-додатків - всього лише "розминка", до того ж все більше компаній поставляють документи, бази даних і різне ПЗ на дисках CD-ROM. Забезпечувана технологією DVD-ROM висока щільність запису дозволяє вмістити на одному цифровому відеодиску дані, занімаюшіе декілька дисків CD-ROM. Крім того, вона забезпечує високу продуктивність.
Напрімеp, популярний в США електронний телефонний довідник PhoneDisc PowerFinder USA, містить 112 млн телефонних номерів, використовує шість дисків CD-ROM, і навіть при наявності пристрою для їх зміни доступ до потрібної інформації відбувається досить повільно. Але вийшла нова версія цього продукту на диску DVD, який цілком вмішає всю згадану базу даних розміром 3,7 Gb, причому ще й залишається вільне місце. Нова технологія напевно припаде до душі і розробникам мультимедіа-додатків, адже для розміщення всієї вхідної в додатки реалістичною графіки, відеокліпів і стереофонічних звукових фрагментів одного диска CD-ROM уже недостатньо. У той же час, наприклад, розроблена компанією Sierra гра Phantasmagoria, що займає сім дисків CD-ROM, легко вміщується на одному DVD-ROM.
Для досягнення високої щільності запису в дисках DVD використовуються чотири методи. Перші два грунтуються на більш досконалої техніки виробництва дисків і застосуванні лазерів з меншою довжиною хвилі. Компакт-диски і DVD зберігають дані у формі мікроскопічних поглиблень. позначають двоцифрові нулі й одиниці. У компакт-дисках мінімальна довжина поглиблення становить 0.834 мк, а в DVD - 0,4 мк. Це дозволяє при виробництві дисків розміщати виїмки більш компактно. Крім того, містить дані спіральна доріжка в дисках DVD має крок 0,74 мк. а в компакт-дисках він досягає 1,6 мк. Для зчитування інформації з DVD використовується червоний лазер з довжиною хвилі від 635 до 650 ім. дисководи ж CD-ROM оснащені інфрачервоним лазером з довжиною хвилі 780 ім. Реалізовані в дисководах DVD діоди на основі червоного лазера аналогічні діодів. широко використовуються в пристроях для зчитування штрихового коду.
Зменшення розмірів поглиблень і кроку спіральної доріжки сприяло збільшенню ємності дисків майже в сім разів: від 632 Mb в компакт-дисках до 4.7 GB у DVD. Пам'ятаючи про постійно зростаючих вимогах до пристроїв масової пам'яті, компанії-розробники DVD (серед яких особливо слід виділити Philips, Sony, Toshiba і Matsushita) пішли ще далі: вони пропонують двошарові і двосторонні диски.
Найбільш вражаючою технологією є використання для запису інформації двох шарів. Традиційно всі компакт-диски і DVD складаються з одного шару відображає матеріалу (зазвичай це алюміній), на який нанесена містить згадувані вище поглиблення вуглецева плівка (polycarbonate substrate). Промінь лазера відбивається від цього шару і потрапляє на фотодетектор. У двошарових ж дисках DVD поверх відбиває шару завдано напівпрозорий шар і різні лазери в дисководах DVD забезпечують зчитування інформації з кожного з цих шарів.
Такий підхід дозволяє збільшити ємність диска майже у два рази: відображає шар забезпечує 4.7 Gb. а напівпрозорий - 3.8 Gb (ємність менше з-за нижчої відбиває спосоопостн даного шару). Таким чином, повна місткість диска складає 8,5 GB, а не 9,4 GB. Проте якщо і цього недостатньо, можна зберігати дані на обох сторонах диска. Двосторонні диски складаються з двох вуглецевих плівок для зберігання даних, що знаходяться по обидва боки відбиває шару, поверх яких може бути завдано ще й по напівпрозорому шару. Можлива також ситуація, коли одна сторона містить один, а інша - два відображають шару. Таким чином, ємність двосторонніх DVD може сягати від 9,4 до 17 GB. Щоправда, такі диски мають і деякі недоліки. У той час, як мітки на звичайних дисках непрозорі для променя лазера, двосторонні диски DVD вимагають використання спеціальних голографічних міток. Крім того, двосторонні диски DVD більш чутливі до пошкоджень поверхні, оскільки в них як вуглецева плівка, так і відбивають шари тонше.
Тепер, коли є можливість використання одно-і двосторонніх, а також одно-і двошарових дисків, виникає необхідність принаймні у п'яти фізичних форматах. Але і це ще не все. Очікується поява дисків DVD-R. Ідейно вони подібні CD-R, в яких замість вуглецевої плівки використовується шар органічного барвника. Запис проводиться шляхом випалювання отворів у цьому шарі. Щоправда, з-за деяких обмежень, пов'язаних із застосуванням барвника, ємність односторонніх дисків DVD-R менше, ніж DVD-ROM (близько 4 GB в порівнянні з 4,7 GB). Крім того, подібна технологія не підходить для створення двошарових дисків.
В DVD-RAM для забезпечення можливості багаторазового перезапису буде використовуватися матеріал, в якому одночасно можуть співіснувати дві фази (rewritable phase-change material). Ємність цих дисків буде ще менше, ніж DVD-R - приблизно 2,6 GB в розрахунку на одну сторону. Як стверджує Арьєн Боумен (Arjen Bouwman), директор з маркетингу DVD компанії Philips, можливість створення двошарових дисків DVD-RAM існує, однак перші такі диски все ж будуть одношаровими.
Крім дисків діаметром 120 мм, стандартом DVD також передбачена перспектива виготовлення дисків і діаметром 80 мм. Незважаючи на те. що їх ємність майже на 70% менше. вони можуть знайти широке застосування в мобільних системах. Як і свої 120-міліметрові побратими. вони можуть бути одно-або двосторонніми, одно-або двошаровими. з можливістю однократного запису або перезаписуваними.
Зараз обговорюється можливість створення дисководів DVD, що забезпечують читання інформації з постійною кутовою швидкістю і постійною лінійною швидкістю. В даний час стандартами на компакт-диски і DVD для підтримки постійної швидкості побітового зчитування інформації передбачені дисководи з постійною лінійною швидкістю. У них швидкість обертання диска в міру переходу до внутрішніх (більш коротким) доріжкам поступово збільшується. У той же час в дисководах з постійною кутовою швидкістю лінійна швидкість елемента диска залежить від того, на якій відстані від центра він знаходиться. Тому при переміщенні до внутрішніх доріжок швидкість побітового зчитування інформації буде зменшуватися, однак швидкість доступу при цьому збільшиться, оскільки диск не треба буде розганяти або гальмувати при переключенні з однієї доріжки на іншу. Це вигідно при роботі з додатками, інтенсивно звертаються до диска, наприклад з базами даних.
Ще одним форматом є гібрид СD / DVD. У цьому диску напівпрозорий шар DVD може бути розміщений поверх повністю відбиває шару CD. Більш тонкий шар DVD (товщиною 0,6 мм) буде практично прозорим для існуючих дисководів CD-ROM і CD-плеєрів, інфрачервоні лазери яких забезпечать зчитування інформації з внутрішнього шару CD товщиною 1,2 мм. Такий гібридний диск може використовуватися в дисководах обох типів.
Порівняння DVD і CD: поглиблення менше, а доріжки щільніше
Можливо навіть створення універсальних дисководів CD / DVD, хоча це і не передбачено стандартом DVD. Замість того. щоб використовувати при цьому два лазера (червоний та інфрачервоний), компанія Mitsubishi пропонує поміщати на шляху лазерного променя дві різні лінзи, змінюють довжину хвилі випромінювання від 635 до 780 нм. Ще одне оригінальне рішення пропонує компанія Matsushita. Ідея його полягає в тому, щоб пропускати промінь лазера через несферичних лінзу зі спеціального скла (aspheric molded-glass lens), на поверхню якої нанесена голографічна специфічна картина. Завдяки явищу дифракції довжина хвилі випромінювання змінюється в залежності від того, з якого диска - CD або DVD - зчитується інформація (мабуть, в обох випадках використовуються явища нелінійної оптики, по скільки тільки вони дозволяють змінювати довжину хвилі випромінювання).
Так, якщо ви уважно вивчите будову одностороннього DVD, то напевно зверніть увагу, що він, як і двосторонній диск, містить дві вуглецеві плівки, розділені шаром відображає матеріалу, при цьому одна з них зовсім не використовується. Це є результат-му того, що альянс Toshiba-Time Wamer відстоював двосторонні диски, які потребують подоопого скріплення плівок. Товщина одного плівки дорівнює 0,6 мм, а товщина двох скріплених плівок - відповідно 1,2 мм. Використовувати ж єдину плівку товщиною 1,2 мм неможливо через те. що лазер розрахований на читання даних "на глибині" саме 0,6 мм. Таким чином, однобічний диск повинен мати дві плівки товщиною 0,6 мм кожна, хоча тільки одна з них є корисною.
Що ж стосується Sony і Philips, то свою позицію вони підкріплювали наступними аргументами: по-перше, виробництво дисків зі скріпленими плівками обходиться дорожче, по-друге, при використанні двосторонніх дисків їх доводиться перевертати вручну. Звичайно, можна для кожного боку пристосувати окремий лазер, але це майже в два рази збільшило б вартість і складність дисковода DVD. Більш того, в цьому випадку розміри його будуть настільки великі, що він навряд чи поміститься в стандартному гнізді дисководу. У той же час представники Toshiba і Time Warner стверджують, що технологія скріплення плівок цілком закінчена (вона вже застосовується кілька років при виробництві 12-дюймових лазерних відеодисків) і що двосторонні диски DVD мають велику ємність. У кінцевому рахунку, останній аргумент є вирішальним.
На щастя, обидві сторони виробили згода з приводу логічного формату. До теперішнього моменту мова йшла про фізичних форматах, тобто про фізичних методах зберігання даних на диску. У той же час логічний формат визначає структуру файлів на диску. Всі диски DVD будуть відповідати стандарту Universal Disk Format (UDF), що є частиною oпpcделяющего методи обміну даними стандарту ISO-13346.
Стандарт UDF полегшує створення дпсков, які можуть використовуватися при роботі з нсколько операційних системами) включаючи DOS, Windows, OS / 2, MacOS і UNIX. Коли в цих ОС буде підтримка UDF (за допомогою нових драйверів або розширень), вони зможуть распознапать будь-який диск DVD. Фактично UDF "абстрагує" такі специфічні особливості операційних систем, як угоди про імена файлів, побайтовой структурі (byte ordering). Звичайно, іcполняемие програми будуть працювати тільки під управлінням якоїсь однієї ОС проте дані можна переносити з однієї платформи на іншу.
Слід зазначити, що навіть якщо спочатку підтримка сгандарта UDF буде забезпечена не у всіх операційних сіслемах, перші диски DVD-ROM могли б Статті своєрідним перехідним ланкою, тому що на них можна розмішати пов'язані з одним і тим же даними файлові структури UDF і ISO-9660 (стандарт для дисків CD-ROM). У той же премія відеоплеєри DVD зможуть розпізнавати тільки диски, відповідні спеціальним "подстандарту" UDF, а саме Micro UDF. По суті, це той же UDF, але ним передбачено, що відеоплеєри шукають потрібні файли в сінальном каталозі. Це дозволяє розробникам розміщувати иа одному диску як відео, для перегляду якого необхідна звичайна 6итовая відеодека, так і дані для комп'ютерів. для читання яких потрібен дисковод DVD-ROM. Наприклад, компанія Walt Disney могла б поставляти мультфільм "The Hunchback or Noire Dame" і комп'ютерну гру на його основі на одному диску.
Магнітна технологія.
Технологія запису інформації на магнітні носії з'явилася порівняно недавно - приблизно в середині 20-го століття (40-ті - 50-ті роки). Але вже кілька десятиліть по тому - 60-ті - 70-ті роки - це технологія стала дуже поширеною в усьому світі.
Дуже давно з'явилася на світ перша грамплатівка, яка використовувалася як носія різних звукових даних. Сама технологія записи на платівки була досить простою. За допомогою спеціального апарата в спеціальному м'якому матеріалі, вінілі, робилися зарубки, ямки, смужки. І з цього виходила платівка, яку можна було прослухати за допомогою програвача. Програвач складався з: механізму, що обертає платівку навколо своєї осі, голки і трубки.
Приводився в дію механізм, що обертає платівку, і ставилася голка на платівку. Голка плавно пливла по канавках, прорубаним в пластинці, видаючи при цьому різні звуки - залежно від глибини канавки, її ширини, нахилу і т.д., використовуючи явище резонансу. А після, труба, що знаходилася біля самої голки, посилювала звук, "добувається" голкою.
Майже така ж система і використовується в сучасних (і використовувалася раніше теж) пристроях зчитування магнітного запису. Функції складових частин залишилися колишніми, тільки помінялися самі складові частини - замість вінілових платівок тепер використовуються стрічки з запиленим на них зверху шаром магнітних частинок; а замість голки - спеціальний зчитувальний пристрій. Магнітна стрічка складається із смужки щільної речовини, на яку напилюється шар феромагнетиків. Саме на цей шар "запам'ятовується" інформація. Процес запису також схожий на процес запису на вінілові платівки - за допомогою магнітної індукційної замість спеціального апарату.
На головку подається струм, який приводить в дію магніт. Запис звуку на плівку відбувається завдяки дії електромагніта на напилення. Магнітне поле магніту змінюється в залежності від сигналу, і завдяки цьому магнітні частинки (домени) починають змінювати своє місце розташування на поверхні плівки в певному порядку, залежно від впливу на них магнітного поля, створюваного електромагнітом.
Напилюваний тонкоплівковий носій
У середині 80-х років відбувся масовий перехід з відносно нестійкого оксидного покриття магнітного матеріалу (який наносився методом поливу) на напилюваний тонкоплівковий, що забезпечує більш гладку та стійку до зовнішніх впливів поверхню. Це дозволило наблизити головки читання / запису до магнітного шару і збільшити щільність запису. Крім того, при використанні технології напилення стало можливим поверх магнітного шару наносити захисний вуглецевий шар, твердість якого порівнянна з твердістю алмазу.
Поліпшені мастильні матеріали
Тонкоплівкова технологія дозволила створити на поверхні дисків ковзний шар, що перешкоджає "залипання" головок (хто іноді трапляється зі старими зберігання інформації за оксидним покриттям). Навіть у тому випадку, коли при зупинці накопичувача головки опускаються на поверхню диска, його теоретичний термін служби не зменшується.
Полегшені головки
Нові матеріали і конструктивні рішення дозволили охороняти носій і дані від руйнування - головки читання / запису "парять" над поверхнею магнітного носія на висоті в декілька мікрон.
Лінійний привід головки читання / запису
Завдяки лінійному сервоприводи значно скорочується час пошуку та переходу з доріжки на доріжку. Керуючий мікропроцесор стежить за тим, щоб головки не виходили на робочу поверхню до тих пір, поки шпиндельні набере потрібної швидкості.
Всі перераховані інновації в поєднанні з останніми досягненнями в області сервоприводів, методів читання / запису, динамічної корекції помилок і застосування понад великих інтегральних схем дозволили істотно поліпшити характеристики накопичувачів на магнітних дисках.
Накопичувачі типу Bernoulli
Цей накопичувач є, мабуть, самим унікальним. Замість того, щоб йти шляхом застосування жорсткого магнітного диску, який повинен мати захист проти несприятливих зовнішніх факторів, в тому числі забруднень і вібрацій, інженери компанії Iomega розробили на основі принципів динаміки потоків, вперше сформульованих швейцарським математиків XVIII століття Даніелем Бернуллі, оригінальний принцип дії системи "гнучкий магнітний диск-головка читання / запису".
Головка читання / запису, спроектована з урахуванням вимог аеродинаміки, "плаває" над поверхнею гнучкого диска Бернуллі. Повітряні потоки, що виникають внаслідок обертання диска з високою швидкістю, викликає вигин частини поверхні диска, що знаходиться під головкою читання / запису, у напрямку до останньої. Проте диск не стикається з головкою, між ними залишається невеликий досить стабільний запор, який забезпечується потоками повітря, рівняння для опису яких вперше запропонував Бернуллі.
Будь-яка зміна нормальних умов роботи накопичувача Бернуллі (наприклад, через удар або появи плямочки забруднення на поверхні диска) викликається порушення ефекту Бернуллі і призводить до того, що диск відходить від головки, замість того щоб доторкнутися до неї (як це б відбулося на звичайному вінчестері). Завдяки цьому виключається можливість відмов накопичувача, оскільки обертовий диск практично не може стикнутися з голівкою. Тому диски Бернуллі самі ударостійким.
Сам накопичувач Бернуллі, хоча він є гнучким і з вигляду нагадує звичайну дискету, насправді може експлуатуватися до п'яти років у режимі читання / запису - тобто характеризується в 20 разів більшою довговічністю, ніж дискета, - згідно з даними постачальника. Носій з барієвої-феритовим покриттям не тільки дозволяє записувати дані з утричі більше високою щільністю ніж носій зі звичайних винчестерская накопичувачів або НГМД, але і відрізняється істотно більшою стійкістю до зношування, ніж у звичайних дискет.
Накопичувачі Бернуллі по швидкості доступу не поступаються ряду широко використовуваних накопичувачів на жорстких дисках із середнім швидкодією. Так, наприклад, Bernoulli230 має ємність однієї касети 230 Mb, будований кеш 256 Кб, інтерфейс SCSI-2 або IDE і час доступу 12 мсек.
Жорсткі диски є найпоширенішими пристроями зберігання інформації, тому що вони володіють такими характеристиками, які найбільше привертають користувачів. Це висока продуктивність, обумовлена малим часом доступу і високою швидкістю запису / зчитування інформації, надійність її зберігання, великі обсяги і мала вартість з розрахунку на 1 Mb інформації.
Жорсткий диск - це єдина система, зібрана з декількох частин. Частина її запитується з BIOS, а коди жорсткого диска зберігаються на системній платі в ПЗУ. Зв'язок диска з системою реалізується через інтерфейс. Тут сигнали стають взаємозрозумілою для дисковода і для ПК. Інтерфейс може реалізовуватися окремим дисковим контролером або через електроніку, вбудовану в дисковод. Існує безліч інтерфейсів жорстких дисків, які можуть працювати і з іншими пристроями. Це IDE, SCSI, SCSI-2, W-SCSI, U-SCSI і т.д. Інтерфейсом, найбільш часто використовується в настільних системах, є IDE. Від інших він відрізняється швидкістю роботи, але сучасні його рішення дозволили наблизити його показники до систем, що працюють на інтерфейсі SCSI, принаймні в настільних системах. Решта ж інтерфейси знайшли своє застосування головним чином у мережевій індустрії як накопичувачі для серверів.
Сам диск являє собою коло з жорсткого матеріалу (алюмінію або скла), званого підкладкою і дає можливість магнітному носію використовуватися для зберігання цифрових кодів. Підкладка розробляється так, щоб бути якомога більш плоскою і ніколи не міняти свою форму при роботі.
Крихітні області носія на поверхні підкладки, що зберігають по одному біту інформації, називаються магнітними доменами. Для проведення операцій читання / запису і позиціонування головок використовується спеціальний механізм.
Для роботи жорсткого диска необхідно реалізувати 3 функції: потрібно посилити слабкі логічні сигнали до значень, здатних змінити магнітну спрямованість доменів під час запису інформації і розрізнити слабкі сигнали магнітного покриття під час читання і перетворити їх у форму, зрозумілу решті системі; головка диска повинна позиціонуватися з точністю до домену при виконанні операцій читання / запису; підкладка повинна обертатися з якомога більш постійною швидкістю, щоб послідовне чергування доменів по радіусу відбувалося через рівні проміжки часу. Відмінності характеристик кожної частини впливають на продуктивність всього жорсткого диска в цілому і на сумісність комп'ютерних систем.
Принцип дії в жорстких дисків залишився тим самим, хоча різні елементи постійно піддаються удосконаленням. Так на сьогоднішній день швидкодію жорстких дисків досягає 7 мс, швидкість передачі інформації декількох десятків Mb / с, а ємність 17 Gb.
Масиви жорстких дисків
Масиви жорстких дисків використовуються там, де необхідно зберегти величезні обсяги інформації, що зберігається і при цьому зробити мінімальним ризик втрати цієї інформації в результаті будь-якого збою. Обсяг сучасних масивів жорстких дисків може досягати декількох сотень терабайт.
Ідея масивів елементарна: об'єднати кілька жорстких дисків для створення масиву віртуальної системи. Але це не просте підключення декількох дисків до одного контролера. У масиві робота дисків координується, і спеціальний контролер розподіляє між ними інформацію. Обертання кожного диска в масиві синхронізовано, і кожен байт даних може зберігатися на декількох дискових поверхнях.
Очевидна перевага - ємність. На двох дисках може зберігатися більше, ніж на одному, а на чотирьох - більше ніж на двох. Але масивна технологія дозволяє прискорити процес обробки інформації і збільшити надійність. Секрет криється в способі об'єднання дисків в масив. Вони не утворюють послідовність, коли після заповнення одного диска починає заповнюватися інший. Замість цього кожен байт інформації ділиться між дисками. Наприклад, в системі з чотирма дисками два біти кожного байта йдуть на перший диск, наступні два на другий і т.д. Таким чином, кожен байт даних обробляється в чотири рази швидше, ніж у однодискової системі.
Виграш в ємності і продуктивності підкріплюється великою надійністю системи. Ключ - у надмірності. При розбитті інформації між дисками вона записується з перекриттями. Наприклад, в системі з чотирма дисками на кожен диск записується не по 2 біта, а по 4. Так на перший диск запишуться перші чотири біта, на другий теж чотири, але починаючи з третього, на третій - починаючи з п'ятого і т.д. Така технологія дозволяє відновити втрачену в одному місці інформацію або навіть у разі виходу з ладу цілого диска.
Такі диски називають захищеними від збоїв. Наведений вище приклад показує примітивний алгоритм роботи масиву. Поліпшені способи кодування дозволяють уникнути дублювання кожного біта. Більш того, пошкоджений диск може бути замінений без припинення роботи решти системи.
Електронна технологія.
Електронна технологія в даний час застосовується в мікросхемах пам'яті для різних пристроїв і в чіпах, де зберігаються системні налаштування ПК або інших пристроїв (наприклад, BIOS). Електронна технологія дозволяє добитися продуктивності в тисячі разів більше, ніж в інших пристроях накопичення інформації, при менших розмірах і при менших енерговитратах. Сучасні чіпи мають об'єм 256 Mb при швидкості доступу менше 10 нс.
Найбільш часто використовуваним типом пам'яті є DRAM (Dynamic Random Access Memory). Вони називаються динамічними тому, що зберігають дані у вигляді електричних зарядів, які повільно розряджаються і повинні періодично оновлюватися для забезпечення достовірності даних, що зберігаються.
Що стосується звичайних DRAM-мікросхем кожному чіпу потрібно період відновлення між послідовними операціями читання або запису, що може викликати зниження загальної швидкості системи, якщо є кілька послідовних звернень до такого чіпу. Час, який потрібен для згаданого відновлення, називається часом доступу чіпа, і воно може представляти принципове обмеження для швидкості всієї пам'яті системи.
Для мінімізації затримок, передбачуваних у разі послідовних звернень до чіпу пам'яті, були створені мікросхеми пам'яті інших типів. Чіпи пам'яті сторінкового режиму дозволяють повторний доступ в межах одного блоку пам'яті в чіпі без періоду відновлення. Схожий тип мікросхем, які називаються static-column RAM-мікросхемами, дозволяє повторюваний доступ у межах колонки, і це теж не веде до обмежень швидкості.
Статична RAM являє собою зовсім іншу технологію пам'яті, при якій дані зберігаються шляхом зміни положення електронних перемикачів, званих фліп-флоп. SRAM-мікросхеми не вимагають періодів відновлення і мають більш високу швидкодію, ніж DRAM-мікросхеми.
Мікросхеми відео-RAM - це спеціальний варіант DRAM-мікросхем з двома портами, коли дані можуть записуватися в чіп і одночасно зчитуватися з іншого порту. Даний тип пам'яті застосовується в відеоадаптерах, тому що він дозволяє оновлювати зображення (вести запис в чіп) в той час, коли дані з нього надсилаються на екран. Існує також WRAM (Window RAM), запропонована фірмою Samsung, яка також застосовується в відеоадаптерах.
Існують також і інші види пам'яті. Це PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM) - пам'ять, яка може бути піддана багаторазового стирання і перепрограмуванню (стирання зазвичай передбачає те, що чіп буде підданий сильному ультрафіолетового випромінювання через спеціальне віконце у верхній частині корпусу), EEPROM (Electrically Erasable ROM ) - те ж саме, але з допомогою електричних сигналів, але не таких як у випадку DRAM. Flash-ROM - це спеціальний різновид EEPROM, але пристосована для частих стирок і перепрограмування. Також, не так давно в комп'ютерній індустрії стала використовуватися SDRAM і RDRAM (Synchronous DRAM і Rambus DRAM) - пам'яті з дуже маленькими часом доступу і конвеєрної організацією.
Висновок
Сучасні технології запису інформації продовжують стрімко розвиватися. Особливо в останні роки. Прогрес рухається в бік збільшення ємності, збільшення швидкості та надійності систем збереження інформації. Ті рішення, які ще вчора були прийнятні тільки для серверів, сьогодні стають нормальними для звичайних домашніх робочих станцій або навіть насилу задовольняють їх потребам. Це цілком нормально, тому що продуктивність процесорів стрімко зростає а програми наділяються все більшими й більшими здібностями. Все це супроводжується постійним зниженням цін, що робить новітню техніку порівняно доступною.