Современные устройства записи информации

частично компенсируются приличными емкостями и нечувствительностью к

магнитным полям.

Тем, кто нуждается в хранении очень больших объемов информации, компания

Pinnacle Micro предлагает 4.6 Gb накопитель Apx Optical Hard Drive. Его

удобно использовать, например, для производства звуковой и видеопродукции,

а также для архивации. По заявлению фирмы Pinnacle, ее накопитель работает

почти так же быстро, как некоторые жесткие диски.

Технология DVD

DVD - оптических диски, подобны CD. Под таким девизом уже начат выпуск

новых устройств, знаменующих переход к 17-гигабайтным носителям данных и

цифровому видео. Пора и нам познакомиться с новинкой. О том, что обычные

диски CD-ROM, рожденные для записи звука, не так уж хорошо подходят для

компьютеров, общеизвестно, т.к. существуют сложности вписывания

произвольной информации в структуру диска, соответствующего Красной книге.

После нескольких лет обсуждения (и довольно жесткой конкуренции) различных

вариантов улучшенных оптических дисков, 15 сентября 1995 года между

различными группами разработчиков было наконец достигнуто принципиальное

согласие о технических основах создания нового диска. 8 декабря 1995г.

крупнейшие производители приводов CD-ROM и связанных с ними устройств

(Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and

Mitsubishi Electric) подписали окончательное соглашение, утвердив не только

"тонкости" формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk), HDCD

(High Dencity CD — диск высокой плотности записи), MMCD (MultiMedia CD). SD

(Super Density — сверхвысокой плотности).

Впрочем, споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием

соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах

основателей весьма распространенной является версия расшифровки

аббревиатуры как Digital Versatile Disk (цифровой многофункциональный)

диск. Если судьба новинки будет так успешна, как предвещают, то она может

вызвать революцию не только в вычислительной технике, но и в бытовой

электронике.

Отсутствие единого понимания технических, и юридических аспектов нового

изделия затрудняет не только подготовку производства, несмотря на быстро

расширяющийся круг участников лицензионных соглашений и начало выпуска

первых устройств.

Аппаратные средства

"Первый DVD форум" также не дал окончательной редакции стандартов нового

носителя информации. DVD - сколько, где и как. Начнем с технических

характеристик.

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них

отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не

на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое

половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина — это плоский верхний слой.

Емкость такого диска достигает 4,7 GB и обеспечивает более двух часов видео

телевизионного качества (компрессия MPEG-2). Кроме того, без особого труда

на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на

нескольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут

информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то

суммарная емкость составляет 8,5 GB (некоторое уменьшение емкости каждого

слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании

дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также

двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 GB!

Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие,

которое может оказать такой диск на кино/видеоиндустрию. Недаром

значительная часть споров и задержек с производством устройств DVD вызвана

согласованием разнонаправленных способов защиты авторских прав. Цифровые

системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не

служат препятствием для создания нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация

кинопроизводителей Америки (МРАА — Motion Picture Association of America)

совместно с Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer

Electronics Manufacturer's Association) обсуждает возможности встраивания

защиты от нелицензионного копирования непосредственно в устройства, а также

законопроекты, связанные с защитой от копирования. Предлагаются не только

исключение возможности прямого копирования диска, но и более серьезные

меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения

копирования данных, считанных с DVD на другие носители. Радикальная мера -

модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности

попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть

скопированы.

Рабочая группа (Technical Working Group), представляющая интересы

производителей компьютеров, не остается в стороне, так как сужение

функциональных возможностей устройств может оказаться не безболезненным.

Отметим только, что если кино/видеопроизводство примет DVD как носитель,

то, учитывая очень низкую стоимость экземпляра диска при многотиражном

выпуске, можно ожидать действительно революционных изменений в домашней

электронике.

Как же достигается столь значительное увеличение объема информации на DVD

диске? Для ответа на этот вопрос сравним его со знакомым нам CD-ROM.

Главное отличие, конечно, в повышенной плотности записи информации. За счет

перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780

нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой

аппаратуры объектива до 0,6 (против 0,45 в CD) достигается более чем

двукратное уплотнение дорожек и укорочение длины отражающих питов

(выступов/впадин).

Изменилась не только физическая плотность размещения информации на диске,

но и способы ее представления. Так, на смену способу модуляции 8/14 (EFM -

eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается

несколько иным алгоритмом преобразования и, главное, требует ввода на

границе следующих друг за другом 14-разрядных кодов не трех, а только двух

дополнительных битов, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в

диапазоне от 3 до 11 битов (т. е. между двумя последовательными единицами

после кодирования не менее 2 и не более 10 нулей). Таким образом, из

каждого байта получаем не 14+3=17, а 14+2=16 кодовых битов. Изменение

метода модуляции - только одно из множества форматных изменений,

позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход

к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм

коррекции ошибок RS-PC (Red Solomon Product Code) обещает быть на порядок

более устойчивым к возможным ошибкам воспроизведения.

Из неназванных еще характеристик отметим номинальную скорость передачи

данных - 1108 Кб/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV —

constant lineal velocity) 4 м/с.

Не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем

данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме того, резкое

уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет

к увеличению количества случайных сбоев при чтении.

Стандарты, форматы, файлы

Пользователи, активно работающие с компакт-дисками, знают, насколько

разнообразны и трудно совместимы различные виды этих дисков. Ничего

удивительного. Стандарты де-факто на различные виды дисков принимались

часто в конкурентной борьбе. С DVD все может быть по-

другому: это устройство представляется едва ли не единственным

высокотехнологичным техническим решением последних десятилетий, стандарты

которого обсуждаются столь значительной группой производителей (в альянс

вошло более 10 крупнейших корпораций).

Как и стандарты на CD, требования к DVD изложены в "книгах". Но, в

отличие от уже знакомых нам "цветных книг", эти "упорядочены по алфавиту".

В настоящий момент обсуждаются пять книг - от "А" до "Е". Книга может

содержать до трех частей. При этом, в первой части описываются физические

спецификации, во второй - файловая система, а в третей - приложения. Первые

три книги определяют, соответственно, ROM, Video и Audio DVD, используя

одинаковый физический формат носителя, который изготавливается

"штамповкой", и файловую систему. Файловая система этих стандартов

переходная (UDF-Bridge). Она обеспечивает коMbинацию возможностей CD-ROM

файловой системы ISO-9660 и новой системы Universal Disk Format - UDF,

разработанной Optical Storage Technology Association (OSTA) и реализующей

рекомендации ISO/IEC 13346. Два других стандарта D и Е распространяются на

записываемые (DVD-R (recordable) или иначе DVD-WO (write once)) и

перезаписываемые (DVD-RAM, DVD-W (rewritable) или иначе DVD-E (erasable))

диски. В отличие от CD, диски DVD рождаются сразу с возможностью записи, и

даже перезаписи информации. Однако эти стандарты наименее устоявшиеся.

Особо следует сказать о совместимости уже существующими дисками. Такая

совместимость стандартами явно не требуется. Однако подавляющее большинство

производителей готовит устройства способные считывать CD-ROM за счет

использования специально сконструированной оптической головки, обладающей

возможностью перенастройки, или даже за счет установки дополнительного

объектива.

Итак, что такое DVD?

Это - носители информации. которые имеют такие же размеры, как и компакт-

диски, но обладают очень большой емкостью - от 4,7 до 17 GB, в зависимости

от формата. Последнее значение почти в 25 раз больше максимальной емкости

компакт-дисков, составляющей 682 MB, и всего несколько лет назад казалось

немыслимым.

Однако технология DVD имеет уязвимые места. Например, уже упомянутая

проблема, связанная со стандартами и средствами защиты от копирования.

Тем не менее, потребность пользователей в устройствах хранения информации

емкостью в несколько гигабайт, скорее всего, перевесит, поэтому с большой

вероятностью можно утверждать, что успех технологиям DVD-ROM, DVD-

Recordable (DVD-R) и DVD-RAM гарантирован.

"...никогда не бывает много" Дополнительная память никогда не помешает.

Несколько мегабайт памяти для мультимедиа-приложений - всего лишь

"разминка", к тому же все больше компаний поставляют документы, базы данных

и различное ПО на дисках CD-ROM. Обеспечиваемая технологией DVD-ROM высокая

плотность записи позволяет уместить на одном цифровом видеодиске данные,

занимаюшие несколько дисков CD-ROM. Кроме того, она обеспечивает высокую

производительность.

Напримеp, популярный в США электронный телефонный справочник PhoneDisc

PowerFinder USA, содержащий 112 млн телефонных номеров, использует шесть

дисков CD-ROM, и даже при наличии устройства для их смены доступ к нужной

информации происходит довольно медленно. Но вышла новая версия этого

продукта на диске DVD, который целиком вмешает всю упомянутую базу данных

размером 3,7 Gb, причем еще и остается свободное место. Новая технология

наверняка придется по душе и разработчикам мультимедиа-приложений, ведь для

размещения всей входящей в приложения реалистичной графики, видеоклипов и

стереофонических звуковых фрагментов одного диска CD-ROM уже недостаточно.

В то же время, например, разработанная компанией Sierra игра

Phantasmagoria, занимающая семь дисков CD-ROM, легко умещается на одном DVD-

ROM.

Для достижения высокой плотности записи в дисках DVD используются четыре

метода. Первые два основываются на более совершенной технике производства

дисков и применении лазеров с меньшей длиной волны. Компакт-диски и DVD

хранят данные в форме микроскопических углублений. обозначающих двоичные

нули и единицы. В компакт-дисках минимальная длина углубления составляет

0.834 мк, а в DVD - 0,4 мк. Это позволяет при производстве дисков размещать

выемки более компактно. Кроме того, содержащая данные спиральная дорожка в

дисках DVD имеет шаг 0,74 мк. а в компакт-дисках он достигает 1,6 мк. Для

считывания информации с DVD используется красный лазер с длиной волны от

635 до 650 им. дисководы же CD-ROM оснащены инфракрасным лазером с длиной

волны 780 им. Реализованные в дисководах DVD диоды на основе красного

лазера аналогичны диодам. широко используемым в устройствах для считывания

штрихового кода.

Уменьшение размеров углублений и шага спиральной дорожки способствовало

увеличению емкости дисков почти в семь раз: от 632 Mb в компакт-дисках до

4.7 GB в DVD. Памятуя о постоянно возрастающих требованиях к устройствам

массовой памяти, компании-разработчики DVD (среди которых особо следует

выделить Philips, Sony, Toshiba и Matsushita) пошли еще дальше: они

предлагают двухслойные и двухсторонние диски.

Наиболее впечатляющей технологией является использование для записи

информации двух слоев. Традиционно все компакт-диски и DVD состоят из

одного слоя отражающего материала (обычно это алюминий), на который

нанесена содержащая упоминавшиеся выше углубления углеродная пленка

(polycarbonate substrate). Луч лазера отражается от этого слоя и попадает

на фотодетектор. В двухслойных же дисках DVD поверх отражающего слоя

нанесен полупрозрачный слой и разные лазеры в дисководах DVD обеспечивают

считывание информации с каждого из этих слоев.

Такой подход позволяет увеличить емкость диска почти в два раза:

отражающий слой обеспечивает 4.7 Gb. а полупрозрачный - 3.8 Gb (емкость

меньше из-за более низкой отражающей спосоопостн данного слоя). Таким

образом, полная емкость диска составляет 8,5 GB, а не 9,4 GB. Однако если и

этого недостаточно, можно хранить данные на обеих сторонах диска.

Двухсторонние диски состоят из двух углеродных пленок для хранения данных,

находящихся по обеим сторонам отражающего слоя, поверх которых может быть

нанесено еще и по полупрозрачному слою. Возможна также ситуация, когда одна

сторона содержит один, а другая - два отражающих слоя. Таким образом,

емкость двухсторонних DVD может достигать от 9,4 до 17 GB. Правда, такие

диски имеют и некоторые недостатки. В то время, как метки на обычных дисках

непрозрачны для луча лазера, двухсторонние диски DVD требуют использования

специальных голографических меток. Кроме того, двухсторонние диски DVD

более чувствительны к повреждениям поверхности, поскольку в них как

углеродная пленка, так и отражающие слои тоньше.

Теперь, когда имеется возможность использования одно- и двухсторонних, а

также одно- и двухслойных дисков, возникает необходимость по крайней мере в

пяти физических форматах. Но и это еще не все. Ожидается появление дисков

DVD-R. Идейно они подобны CD-R, в которых вместо углеродной пленки

используется слой органического красителя. Запись производится путем

выжигания отверстий в этом слое. Правда, из-за некоторых ограничений,

связанных с применением красителя, емкость односторонних дисков DVD-R

меньше, чем DVD-ROM (около 4 GB по сравнению с 4,7 GB). Кроме того,

подобная технология не подходит для создания двухслойных дисков.

В DVD-RAM для обеспечения возможности многократной перезаписи будет

использоваться материал, в котором одновременно могут сосуществовать две

фазы (rewritable phase-change material). Емкость этих дисков будет еще

меньше, чем DVD-R - примерно 2,6 GB в расчете на одну сторону. Как

утверждает Арьен Боумен (Arjen Bouwman), директор по маркетингу DVD

компании Philips, возможность создания двухслойных дисков DVD-RAM

существует, однако первые такие диски все же будут однослойными.

Кроме дисков диаметром 120 мм, стандартом DVD также предусмотрена

перспектива изготовления дисков и диаметром 80 мм. Несмотря на то. что их

емкость почти на 70% меньше. они могут найти широкое применение в мобильных

системах. Как и свои 120-миллиметровые собратья. они могут быть одно- или

двухсторонними, одно- или двухслойными. с возможностью однократной записи

или перезаписываемыми.

Сейчас обсуждается возможность создания дисководов DVD, обеспечивающих

чтение информации с постоянной угловой скоростью и постоянной линейной

скоростью. В настоящее время стандартами на компакт-диски и DVD для

поддержания постоянной скорости побитового считывания информации

предусмотрены дисководы с постоянной линейной скоростью. В них скорость

вращения диска по мере перехода к внутренним (более коротким) дорожкам

постепенно увеличивается. В то же время в дисководах с постоянной угловой

скоростью линейная скорость элемента диска зависит от того, на каком

расстоянии от центра он находится. Поэтому при перемещении к внутренним

дорожкам скорость побитового считывания информации будет уменьшаться,

однако скорость доступа при этом увеличится, поскольку диск не надо будет

разгонять или тормозить при переключении с одной дорожки на другую. Это

выгодно при работе с приложениями, интенсивно обращающимися к диску,

например с базами данных.

Еще одним форматом является гибрид СD/DVD. В этом диске полупрозрачный

слой DVD может быть размещен поверх полностью отражающего слоя CD. Более

тонкий слой DVD (толщиной 0,6 мм) будет практически прозрачным для

существующих дисководов CD-ROM и CD-плееров, инфракрасные лазеры которых

обеспечат считывание информации с внутреннего слоя CD толщиной 1,2 мм.

Такой гибридный диск может использоваться в дисководах обоих типов.

Сравнение DVD и CD: углубления меньше, а дорожки плотнее

Возможно даже создание универсальных дисководов CD/DVD, хотя это и не

предусмотрено стандартом DVD. Вместо того. чтобы использовать при этом два

лазера (красный и инфракрасный), компания Mitsubishi предлагает помещать на

пути лазерного луча две различные линзы, изменяющие длину волны излучения

от 635 до 780 нм. Еще одно оригинальное решение предлагает компания

Matsushita. Идея его заключается в том, чтобы пропускать луч лазера через

несферическую линзу из специального стекла (aspheric molded-glass lens), на

поверхность которой нанесена специфическая голографическая картина.

Благодаря явлению дифракции длина волны излучения изменяется в зависимости

от того, с какого диска - CD или DVD - считывается информация (по-видимому,

в обоих случаях используются явления нелинейной оптики, по сколько только

они позволяют изменять длину волны излучения).

Так, если вы внимательно изучите строение одностороннего DVD, то

наверняка обратите внимание, что он, как и двухсторонний диск, содержит две

углеродные пленки, разделенные слоем отражающего материала, при этом одна

из них совершенно не используется. Это является результат-ом того, что

альянс Toshiba-Time Wamer отстаивал двухсторонние диски, требующие

подоопого скрепления пленок. Толщина одной пленки равна 0,6 мм, а толщина

двух скрепленных пленок — соответственно 1,2 мм. Использовать же единую

пленку толщиной 1,2 мм невозможно из-за того. что лазер рассчитан на чтение

данных "на глубине" именно 0,6 мм. Таким образом, односторонний диск должен

иметь две пленки толщиной 0,6 мм каждая, хотя только одна из них является

полезной.

Что же касается Sony и Philips, то свою позицию они подкрепляли

следующими аргументами: во-первых, производство дисков со скрепленными

пленками обходится дороже, во-вторых, при использовании двухсторонних

дисков их приходится переворачивать вручную. Конечно, можно для каждой

стороны приспособить отдельный лазер, но это почти в два раза увеличило бы

стоимость и сложность дисковода DVD. Более того, в этом случае размеры его

будут настолько велики, что он вряд ли поместится в стандартном гнезде

дисковода. В то же время представители Toshiba и Time Warner утверждают,

что технология скрепления пленок вполне законченная (она уже применяется

несколько лет при производстве 12-дюймовых лазерных видеодисков) и что

двухсторонние диски DVD имеют большую емкость. В конечном счете, последний

аргумент является решающим.

К счастью, обе стороны выработали согласие по поводу логического формата.

До настоящего момента речь шла о физических форматах, т. е. о физических

методах хранения данных на диске. В то же время логический формат

определяет структуру файлов на диске. Все диски DVD будут соответствовать

стандарту Universal Disk Format (UDF), являющемуся частью oпpcделяющего

метода обмена данными стандарта ISO-13346.

Стандарт UDF облегчает создание дпсков, которые могут использо-ваться

при работе с нсколькими операцинными системами) включая DOS, Windows, OS/2,

MacOS и UNIX. Когда в этих ОС будет поддержка UDF (с помощью новых

драйверов или расширений), они смогут распознапать любой диск DVD.

Фактически UDF "абстрагирует" такие специфические особености операционных

систем, как соглашения об именах файлов, побайтовой структуре (byte

ordering). Конечно, иcполняемые программы будут работать только под

управлением какой-то одной ОС однако данные можно переносить с одной

платформы на другую.

Следует отметить, что даже если поначалу поддержка сгандарта UDF будет

обеспечена не во всех операционных сислемах, первые диски DVD-ROM могли бы

cтать своеобразным переходным звеном, так как на них можно размешать

относящиеся к одним и тем же данным файловые структуры UDF и ISO-9660

(стандарт для дисков CD-ROM). В то же премя видеоплееры DVD смогут

распознавать только диски, соответствующие специальному "подстандарту" UDF,

а именно Micro UDF. По сути, это тот же UDF, но им предусмотрено, что

видеоплееры ищут нужные файлы в синальном каталоге. Это позволяет

разработчикам размещать иа одном диске как видео, для просмотра которого

необходима обыкновенная 6ытовая видеодека, так и данные для компьютеров.

для чтения которых требуется дисковод DVD-ROM. Например, компания Walt

Disney могла бы поставлять мультфильм "The Hunchback or Noire Dame" и

компьютерную игру на его основе на одном диске.

Магнитная технология.

Технология записи информации на магнитные носители появилась сравнительно

недавно - примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже

несколько десятилетий спустя - 60-ые - 70-ые годы - это технология стала

очень распространённой во всём мире.

Очень давно появилась на свет первая грампластинка, которая

использовалась в качестве носителя различных звуковых данных. Сама

технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи

специального аппарата в специальном мягком материале, виниле, делались

засечки, ямки, полоски. И из этого получалась пластинка, которую можно было

прослушать при помощи проигрывателя. Проигрыватель состоял из: механизма,

вращающего пластинку вокруг своей оси, иглы и трубки.

Приводился в действие механизм, вращающий пластинку, и ставилась игла на

пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая

при этом различные звуки - в зависимости от глубины канавки, её ширины,

наклона и т.д., используя явление резонанса. А после, труба, находившаяся

около самой иголки, усиливала звук, “высекаемый” иголкой.

Почти такая же система и используется в современных (и использовалась

раньше тоже) устройствах считывания магнитной записи. Функции составных

частей остались прежними, только поменялись сами составные части - вместо

виниловых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху

слоем магнитных частиц; а вместо иголки - специальное считывающее

устройство. Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на

которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается”

информация. Процесс записи также похож на процесс записи на виниловые

пластинки - при помощи магнитной индукционной вместо специального аппарата.

На головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука

на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на напыление.

Магнитное поле магнита меняется в зависимости от сигнала, и благодаря этому

магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на

поверхности плёнки в определённом порядке, в за-висимости от воздействия на

них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.

Напыляемый тонкопленочный носитель

В середине 80-х годов произошел массовый переход с относительно

нестойкого оксидного покрытия магнитного материала (который наносился

методом полива) на напыляемый тонкопленочный, обеспечивающий более гладкую

и устойчивую к внешним воздействиям поверхность. Это позволило приблизить

головки чтения/записи к магнитному слою и увеличить плотность записи. Кроме

того, при использовании технологии напыления стало возможным поверх

магнитного слоя наносить защитный углеродный слой, твердость которого

соизмерима с твердостью алмаза.

Улучшенные смазочные материалы

Тонкопленочная технология позволила создать на поверхности дисков

скользящий слой, препятствующий “залипанию” головок (кто иногда случается

со старыми накопителями с оксидным покрытием). Даже в том случае, когда при

остановке накопителя головки опускаются на поверхность диска, его

теоретический срок службы не уменьшается.

Облегченные головки

Новые материалы и конструктивные решения позволили предохранять носитель

и данные от разрушения - головки чтения/записи “парят” над поверхностью

магнитного носителя на высоте в несколько микрон.

Линейный привод головки чтения/записи

Благодаря линейному сервоприводу значительно сокращается время поиска и

перехода с дорожки на дорожку. Управляющий микропроцессор следит за тем,

чтобы головки не выходили на рабочую поверхность до тех пор, пока

шпиндельные наберет нужной скорости.

Все перечисленные инновации в сочетании с последними достижениями в

области сервоприводов, методов чтения/записи, динамической коррекции ошибок

и применение сверх больших интегральных схем позволили существенно улучшить

характеристики накопителей на магнитных дисках.

Накопители типа Bernoulli

Этот накопитель является, по-видимому, самым уникальным. Вместо того,

чтобы идти по пути применения жесткого магнитного диска, который должен

иметь защиту против неблагоприятных внешних факторов, в том числе

загрязнений и вибраций, инженеры компании Iomega разработали на основе

принципов динамики потоков, впервые сформулированных швейцарским

математиков XVIII века Даниэлем Бернулли, оригинальный принцип действия

системы “гибкий магнитный диск-головка чтения/записи”.

Головка чтения/записи, спроектированная с учетом требований аэродинамики,

“плавает” над поверхностью гибкого диска Бернулли. Воздушные потоки,

возникающие вследствие вращения диска с высокой скоростью, вызывает изгиб

части поверхности диска, находящейся под головкой чтения/записи, в

направлении к последней. Однако диск не соприкасается с головкой, между

ними остается небольшой достаточно стабильный запор, который обеспечивается

потоками воздуха, уравнения для описания которых впервые предложил

Бернулли.

Какое-либо изменение нормальных условий работы накопителя Бернулли

(например, из-за удара или появления пятнышка загрязнения на поверхности

диска ) вызывается нарушение эффекта Бернулли и приводит к тому, что диск

отходит от головки, вместо того чтобы соприкоснуться с ней (как это бы

произошло на обычном винчестере). Благодаря этому исключается возможность

отказов накопителя, поскольку вращающийся диск практически не может

соприкоснуться с головкой. Поэтому диски Бернулли самые удароустойчивые.

Сам накопитель Бернулли, хотя он является гибким и по виду похож на

обычную дискету, действительности может эксплуатироваться до пяти лет в

режиме считывания/записи - т.е. характеризуется в 20 раз большей

долговечностью, чем дискета, - согласно данным поставщика. Носитель с

бариево-ферритовым покрытием не только позволяет записывать данные с втрое

более высокой плотностью чем носитель с обычных винчестерских накопителей

или НГМД, но и отличается существенно большей стойкостью к износу, чем у

обычных дискет.

Накопители Бернулли по скорости доступа не уступают ряду широко

используемых накопителей на жестких дисках со средним быстродействием. Так,

например, Bernoulli230 имеет емкость одной кассеты 230 Mb, строенный кэш

256 Кб, интерфейс SCSI-2 или IDE и время доступа 12 мсек.

Жёсткие диски

Жёсткие диски являются самыми распространёнными устройствами хранения

информации, потому что они обладают такими характеристиками, которые больше

всего привлекают пользователей. Это высокая производительность,

определяемая малым временем доступа и высокой скоростью записи/считывания

информации, надёжность её хранения, большие объёмы и малая стоимость из

расчёта на 1 Mb информации.

Жёсткий диск – это единая система, собранная из нескольких частей.

Часть её запрашивается в BIOS, а коды жёсткого диска хранятся на системной

плате в ПЗУ. Связь диска с системой реализуется через интерфейс. Здесь

сигналы становятся взаимопонятными для дисковода и для ПК. Интерфейс может

реализовываться отдельным дисковым контроллером или через электронику,

встроенную в дисковод. Существует множество интерфейсов жёстких дисков,

которые могут работать и с другими устройствами. Это IDE, SCSI, SCSI-2, W-

SCSI, U-SCSI и т.д. Интерфейсом, наиболее часто использующимся в настольных

системах, является IDE. От других он отличается скоростью работы, но

современные его решения позволили приблизить его показатели к системам,

работающим на интерфейсе SCSI, по крайней мере в настольных системах.

Остальные же интерфейсы нашли своё применение главным образом в сетевой

индустрии как накопители для серверов.

Сам диск представляет собой круг из жёсткого материала (алюминия или

стекла), называемого подложкой и дающего возможность магнитному носителю

использоваться для хранения цифровых кодов. Подложка разрабатывается так,

чтобы быть как можно более плоской и никогда не менять свою форму при

работе.

Крошечные области носителя на поверхности подложки, хранящие по одному

биту информации, называются магнитными доменами. Для проведения операций

чтения/записи и позиционирования головок используется специальный механизм.

Для работы жёсткому диску необходимо реализовать 3 функции: нужно усилить

слабые логические сигналы до значений, способных изменить магнитную

направленность доменов во время записи информации и различить слабые

сигналы магнитного покрытия во время чтения и преобразовать их в форму,

понятную остальной системе; головка диска должна позиционироваться с

точностью до домена при выполнении операций чтения/записи; подложка должна

вращаться с как можно более постоянной скоростью, чтобы последовательное

чередование доменов по радиусу происходило через равные промежутки времени.

Различия характеристик каждой части влияют на производительность всего

жёсткого диска в целом и на совместимость компьютерных систем.

Принцип действия у жестких дисков остался прежним, хотя различные

элементы постоянно подвергаются усовершенствованиям. Так на сегодняшний

день быстродействие жёстких дисков достигает 7 мс, скорость передачи

информации нескольких десятков Mb/с, а ёмкость 17 Gb.

Массивы жёстких дисков

Массивы жёстких дисков используются там, где необходимо сохранить

громадные объёмы хранимой информации и при этом сделать минимальным риск

потери этой информации в результате какого-либо сбоя. Объём современных

массивов жёстких дисков может достигать нескольких сотен терабайт.

Идея массивов элементарна: объединить несколько жёстких дисков для

создания массива виртуальной системы. Но это не простое подключение

нескольких дисков к одному контроллеру. В массиве работа дисков

координируется, и специальный контроллер распределяет между ними

информацию. Вращение каждого диска в массиве синхронизировано, и каждый

байт данных может храниться на нескольких дисковых поверхностях.

Очевидное преимущество – ёмкость. На двух дисках может храниться больше,

чем на одном, а на четырёх – больше чем на двух. Но массивная технология

позволяет ускорить процесс обработки информации и увеличить надёжность.

Секрет кроется в способе объединения дисков в массив. Они не образуют

последовательность, когда после заполнения одного диска начинает

заполняться другой. Вместо этого каждый байт информации делится между

дисками. Например, в системе с четырьмя дисками два бита каждого байта идут

на первый диск, следующие два на второй и т.д. Таким образом, каждый байт

данных обрабатывается в четыре раза быстрее, чем в однодисковой системе.

Выигрыш в ёмкости и производительности подкрепляется большой надёжностью

системы. Ключ – в избыточности. При разбиении информации между дисками она

записывается с перекрытиями. Например, в системе с четырьмя дисками на

каждый диск записывается не по 2 бита, а по 4. Так на первый диск запишутся

первые четыре бита, на второй тоже четыре, но начиная с третьего, на третий

– начиная с пятого и т.д. Такая технология позволяет восстановить

потерянную в одном месте информацию или даже в случае выхода из строя

целого диска.

Такие диски называют защищёнными от сбоев. Приведённый выше пример

показывает примитивнейший алгоритм работы массива. Улучшенные способы

кодировки позволяют избежать дублирования каждого бита. Более того,

повреждённый диск может быть заменён без прекращения работы остальной

системы.

Электронная технология.

Электронная технология в настоящее время применяется в микросхемах

памяти для различных устройств и в чипах, где хранятся системные настройки

ПК или других устройств (например, BIOS). Электронная технология позволяет

добиться производительности в тысячи раз больше, чем в других устройствах

накопления информации, при меньших размерах и при меньших энергозатратах.

Современные чипы имеют объём 256 Mb при скорости доступа менее 10 нс.

Наиболее часто используемым типом памяти является DRAM (Dynamic Random

Access Memory). Они называются динамическими потому, что хранят данные в

виде электрических зарядов, которые медленно разряжаются и должны

периодически обновляться для обеспечения достоверности хранимых данных.

В случае обычных DRAM-микросхем каждому чипу требуется период

восстановления между последовательными операциями чтения или записи, что

может вызвать снижение общей скорости системы в случае нескольких

последовательных обращений к такому чипу. Время, которое требуется для

упомянутого восстановления, называется временем доступа чипа, и оно может

представлять принципиальное ограничение для скорости всей памяти системы.

Для минимизации задержек, предполагаемых в случае последовательных

обращений к чипу памяти, были созданы микросхемы памяти других типов. Чипы

памяти страничного режима разрешают повторный доступ в пределах одного

блока памяти в чипе без периода восстановления. Похожий тип микросхем,

которые называются static-column RAM-микросхемами, позволяет повторяющийся

доступ в пределах колонки, и это тоже не ведёт к ограничениям скорости.

Статическая RAM представляет собой совершенно другую технологию памяти,

при которой данные сохраняются путём изменения положения электронных

переключателей, называемых флип-флопы. SRAM-микросхемы не требуют периодов

восстановления и имеют более высокое быстродействие, чем DRAM-микросхемы.

Микросхемы видео-RAM – это специальный вариант DRAM-микросхем с двумя

портами, когда данные могут записываться в чип и одновременно считываться

из другого порта. Данный тип памяти применяется в видеоадаптерах, потому

что он позволяет обновлять изображение (вести запись в чип) в то время,

когда данные из него посылаются на экран. Существует также WRAM (Window

RAM), предложенная фирмой Samsung, которая также применяется в

видеоадаптерах.

Существуют также и другие виды памяти. Это PROM (Programmable ROM), EPROM

(Erasable PROM) – память, которая может быть подвергнута многократному

стиранию и перепрограммированию (стирание обычно предполагает то, что чип

будет подвергнут сильному ультрафиолетовому излучению через специальное

окошечко в верхней части корпуса), EEPROM (Electrically Erasable ROM) – то

же самое, но с помощью электрических сигналов, но не таких как в случае

DRAM. Flash-ROM – это специальная разновидность EEPROM, но приспособленная

для частых стираний и перепрограммирований. Также, не так давно в

компьютерной индустрии стала использоваться SDRAM и RDRAM (Synchronous DRAM

и Rambus DRAM) – памяти с очень маленькими временами доступа и конвейерной

организацией.

Заключение

Современные технологии записи информации продолжают стремительно

развиваться. Особенно в последние годы. Прогресс движется в сторону

увеличения ёмкости, увеличения скорости и надёжности систем сохранения

информации. Те решения, которые ещё вчера были приемлемы только для

серверов, сегодня становятся нормальными для обычных домашних рабочих

станций или даже с трудом удовлетворяющими их потребностям. Это вполне

нормально, т.к. производительность процессоров стремительно растёт а

программы наделяются всё большими и большими способностями. Всё это

сопровождается постоянным снижением цен, что делает новейшую технику

сравнительно доступной.

Список используемой литературы

Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. Минск: Мир

науки,

1995. – 208 с.

А. Жаров. Железо IBM

А. Бозенко, А. Фёдоров. Мультимедиа для всех: 2-ое издание

Гуриков В. Восковой, виниловый, лазерный… // ТМ. – 1996.-8.-с.30

Содержание

Введение 1

Оптическая технология 2

Накопители на CD (приводы CD-ROM и др.) 2

CD-ROM 2

Устройство и принцип работы 4

Интерфейсы 5

Основные параметры приводов 6

WORM технология 7

CD-r технология 8

Красящий полимер 8

Изменение фазы 8

Магнитооптические системы. 8

Технология DVD 10

Аппаратные средства 10

Стандарты, форматы, файлы 12

Магнитная технология. 15

Напыляемый тонкопленочный носитель 16

Улучшенные смазочные материалы 16

Облегченные головки 16

Линейный привод головки чтения/записи 16

Накопители типа Bernoulli 16

Жёсткие диски 17

Массивы жёстких дисков 18

Электронная технология. 18

Заключение 19

Список используемой литературы 20

Содержание 21

Страницы: 1, 2