Теоретический материал_память

Запись информации на диск осуществляется лазером, но при массовом производстве оптические диски с данными изготавливаются штамповкой или прессованием с использованием оригинальной металлической матрицы, полученной на основе так называемого эталонного мастер-диска с записанной информацией (например, с программным обеспечением, видео- и аудиоданными).

Обозначения CD и DVD относятся как к самим оптическим дискам, так и к устройствам их приводов (дисководам). Дисководы DVD могут считывать и записывать обычные компакт-диски CD.

Основной особенностью DVD является использование универсального цифрового формата для программной и любой другой информации, включая мультимедийные данные. DVD-диски могут содержать видеоматериалы высокого качества, музыкальные файлы, цифровые фотографии и другие пользовательские данные значительно большего объема, чем диски CD.

Уплотнение данных на DVD-дисках достигается уменьшением длины штрихов, увеличением длины дорожки за счет уменьшения шага витков и применением двухслойной и двухсторонней записи.

Наиболее распространенная информационная емкость односторонних однослойных дисков с алюминиевым покрытием: CD — 700 Мбайт; DVD — 4,7 Гбайт.

Односторонний диск DVD с двумя слоями записи имеет емкость 8,5 Гбайт; двухсторонний диск с одним слоем записи — 9,4 Гбайт; двухсторонний с двумя слоями записи — 17,1 Гбайт. При использовании двухстороннего диска его необходимо переворачивать в дисководе.

Односторонний двухслойный диск DVD состоит из двух записанных слоев информации, находящихся на одной стороне диска. Внешний слой сделан из полупрозрачного отражающего материала, поэтому лазерный луч может проходить сквозь него и считывать информацию с внутреннего слоя. Чтобы отделить информацию, используют разные способы формирования дорожек на разных слоях диска: параллельно друг другу и по обратной спирали, которая у внутреннего слоя начинается с края диска. Лазерный луч, считывая информацию с внешнего слоя, сначала продвигается от центра диска к его краю, а затем переходит на внутренний слой, меняя направление движения на противоположное. Внешний слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Двухслойный диск вмешает в себя в два раза больше информации, чем однослойный.

Двухсторонний двухслойный диск DVD имеет по два слоя записи на каждой стороне, что дополнительно удваивает объем хранящейся информации.

В настоящее время находят применение оптические диски HD DVD (High Definition — высокая плотность) с однократной записью. Однослойный диск HD DVD имеет емкость 15 Гбайт, двухслойный — 30 Гбайт, трехслойный диск будет хранить до 45 Гбайт, четырехслойный — до 100 Гбайт.

Оптические диски, наиболее часто используемые в ПЭВМ, имеют разные форматы записи и подразделяются на следующие группы:

• диски CD (CD-ROM, CD-R и CD-RW);

• диски DVD (DVD-ROM, DVD-R, DVD+R, DVD-RW и DVD+RW).

He перезаписываемые диски CD-ROM (Compact Disk Read Only

Memory — компакт-диск только для считывания) и аналогичные DVD-ROM представляют собой пластиковые диски с односторонними или двухсторонними тонкими отражающими металлическими слоями. На всей верхней части одностороннего диска располагается маркировка в виде этикетки; на двухстороннем диске его наименование приводится на узкой кольцевой поверхности рядом с отверстием.

Для записи данных в ПЭВМ преимущественно применяются односторонние оптические диски с однократной CD-R (CD Recordable — записываемый компакт-диск), DVD-R/DVD+R и многократной записью CD/RW (Rewritable — перезаписываемый компакт-диск), DVD-RW/DVD+RW, DVD-RAM.

Стандарты записи оптических дисков DVD-R/VD+R и DVD-RW/ DVD+RW различны, поэтому все современные дисководы могут их считывать, но не все могут записывать.

В однократно записываемых дисках отражающий слой выполнен в основном из серебряной или золотой пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из активного органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч, двигаясь по спирали, разогревает органическое вещество до температуры примерно 300 °С, меняя прозрачность штрихов. После нагревания эти участки поверхности на дорожке перестают пропускать свет к отражающему слою и воспринимаются при считывании как выступы на обычном компакт- диске.

Диск с многократной перезаписью состоит из слоя, изменяющего под воздействием лазера свое фазовое состояние и расположенного поверх поликарбонатной основы, на обратной стороне которой имеется волнистая спиральная дорожка, предназначенная для точного позиционирования лазера. В качестве отражающего слоя используется алюминиевое покрытие.

При записи лазер, двигаясь по дорожке, разогревает локальные точки слоя до критической температуры около 700 °С, переводя их в аморфное состояние в пределах штрихов, создавая тем самым неотражающие участки, которые сохраняются после остывания.

Для стирания информации на диске слой переводится в первоначальное кристаллическое состояние — лазер разогревает слой только до температуры ниже критической (примерно 200 °С) и отражающие свойства материала по всей длине дорожки восстанавливаются.

Оптические диски CD-R, CD-RW имеют стандартную емкость 700 Мбайт; DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM — 4,7 Гбайт. Количество циклов записи зависит от отражающей способности поверхности перезаписываемых дисков и может достигать несколько десятков тысяч.

Оптические диски состоят из трех основных зон: центральное отверстие с зоной посадки диска, не содержащей информации; область с записанными данными и нулевая зона — оглавление диска, в котором хранятся начальные адреса, длины всех файлов и суммарная длина области данных.

В перезаписываемых дисках добавляются: область калибровки мощности, предназначенной для определения мощности лазера, необходимой для оптимальной записи диска; область хранения временной таблицы оглавления, которая по окончанию сеанса записи переписывается в нулевую зону.

Рабочий температурный диапазон оптических дисков составляет от -5 до +55 °С при влажности 10... 90 %.

Оптические диски (при правильной эксплуатации) очень долговечны, устойчивы к циклическим колебаниям температуры, на них не влияют магнитные и электрические поля, они позволяют осуществлять быстрый поиск файлов, что делает их практически незаменимыми при создании резервных копий программ и данных.

Периферийные накопители

К периферийным накопителям относятся дисковые, ленточные и твердотельные (флэш-память) накопители, которые не входят в состав системных блоков и подключаются к ПЭВМ с использованием внешних портов, как и периферийные устройства. Наиболее распространенными средствами подсоединений являются интерфейсы USB, SCSI, SAS и FireWire.

В периферийных накопителях ПЭВМ применяются сменные магнитные и магнитооптические диски, которые используются очень редко. К ним относятся гибкие съемные магнитные диски Бернулли с повышенной плотностью записи, которая обеспечивается обычным и оптическим позиционированием головок. По технологии гибких дисков с эффектом Бернулли выпускаются 3,5- дюймовые накопители Zip и LS (Laser Servo mechanism — лазерный сервомеханизм), размещаемые в пластиковых футлярах — картриджах.

Диски Zip выпускались емкостью 100 и 250 Мбайт, а с переходом на новый картридж U-образной формы их объем увеличился до 750 Мбайт.

Диск LS имеет те же размеры, что и обычная 3,5-дюймовая дискета, но располагает более жесткой конструкцией и использует совмещенную оптическую и магнитную технологию записи/считывания данных. Высокая плотность хранения информации достигается наличием на дисках специальных серводорожек, нанесенных лазерным лучом и служащих для точного оптического позиционирования магнитных головок. Информация записывается традиционным магнитным способом на ферромагнитный слой диска, но на большее количество дорожек меньшей ширины.

В ПЭВМ применялись 3,5- и 5,25-дюймовые магнитооптические носители информации с многократной перезаписью, которые не нашли широкого распространения. На поверхность магнитооптического диска наносится слой из вещества, не магнитного в нормальных условиях, на который информация может быть записана магнитной головкой только при его нагреве до высокой температуры. Такая температура создается мощным лазерным импульсом малой длительности. При стирании информации лазер нагревает участок магнитооптического диска до температуры около 200 °С (точка Кюри) и вещество становится восприимчивым к магнитному полю. В разогретой зоне диска информацию можно стереть или записать магнитным полем головки, не влияя на другие части диска, которые имеют нормальную температуру. Места на диске, которые содержат 0, отражают свет с углом поляризации, отличным от угла поляризации областей, содержащих 1.

Считывание информации выполняется лазерным лучом меньшей мощности. При считывании информации вектор поляризации отраженного от поверхности диска лазерного луча изменяет свое направление на несколько градусов (в зависимости от ориентации

намагниченного участка активного слоя). Изменение поляризации воспринимается соответствующим фотодатчиком.

В нормальных климатических условиях диск практически нечувствителен к магнитному полю и может надежно хранить данные около 30 лет. Емкость магнитооптических 5-дюймовых дисков превышает 10 Гбайт; 3-дюймовых — 2 Гбайт.

Для резервного копирования и архивирования больших объемов данных в ЭВМ используют магнитные ленты, упакованные в специальные кассеты (картриджи).

В качестве приводов магнитных лент при записи и считывания информации используются лентопротяжные механизмы — стримеры (streamer — длинная узкая лента). В отличие от накопителей на дисках с произвольным доступом к данным стримеры являются устройствами последовательного доступа, в которых для повторного считывания информации необходимо перемотать ленту в ее начало.

Несмотря на конструктивные отличия во всех ленточных устройствах используются два базовых аппаратных метода записи (линейная и наклонно-строчная магнитная запись), совмещаемых с программным сжатием данных в среднем 2:1.

При линейной магнитной записи используется широкая лента с большим числом расположенных по длине параллельных дорожек и многоканальная неподвижная магнитная головка (как в кассетном или катушечном магнитофоне).

В стримерах с наклонно-строчной записью (спиральная развертка, диагональная запись) несколько головок размещают на вращающемся цилиндре, установленном, как в видеомагнитофоне, под углом к ленте. Лента при записи и считывании движется только в одном направлении с небольшой скоростью (несколько сантиметров в секунду) мимо вращающегося с высокой скоростью блока головок считывания/записи.

В настоящее время существуют различные технологии и форма- ' ты записи, позволяющие хранить на лентах шириной 4,0... 12,7 мм объем информации от нескольких гигабайт до сотен терабайт.

Информационная емкость кассеты (картриджа) зависит от длины и ширины ленты, числа дорожек и метода записи данных. Длина ленты может составлять 90... 350 м, а число дорожек — больше сотни.

В ПЭВМ для резервного копирования очень редко и ограниченно применяют QIC (Quarter Inch Cartridge — четвертьдюймовый картридж) с линейной записью и DAT (Digital Audio Таре — цифровая аудиолента) с наклонно-строчной записью.

В последние годы самое широкое распространение получили твердотельные малогабаритные носители информации, разработанные на основе микросхем РПЗУ: USB Flash Drive и карты флэш- памяти и накопители SSD 1,8; 2,5; 3,5 дюймов с объемом памяти до 960 Гбайт.

USB Flash Drive (флэш-диск, флэш-память) — носитель информации, подключаемый к ПЭВМ через стандартный разъем или концентратор USB, имеющий обычно вытянутую форму и съемный колпачок, который прикрывает разъем, индикатор обмена информацией и механический переключатель, блокирующий запись или стирание информации. Большинство накопителей USB Flash Drive выполнены в виде брелока (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Накопители USB Flash Drive

Флэш-диски получили большую популярность в связи с их компактностью, легкостью перезаписывания файлов и большим объемом (до 128 Гбайт) хранимой информации. При подключении к ПЭВМ таким накопителям автоматически присваивается очередное имя логического диска.

Карты памяти (флэш-карты) имеют более широкое распространение, так как они нашли применение почти во всех видах бытовой техники — от цифровых фотоаппаратов до различных типов персональных компьютеров (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Флэш-карты

К наиболее известным флэш-картам относятся CompactFlash, MultiMedia Card, Secure Digital и Memory Stick.

Устройства флэш-памяти CompactFlash (CF) имеют самую высокую емкость и подразделяются на два типа: Type I и Type II, которые отличаются толщиной корпуса (3,3 и 5 мм соответственно). Другие размеры карт составляют 42,8 х 36,4 мм. Карты CompactFlash Type I могут вставляться в слоты обоих типоразмеров, CompactFlash Type II — только в слот для CompactFlash Type II. Память CompactFlash имеет 50-кон- тактный разъем с интерфейсом IDE, скорость считывания данных 8 Мбайт/с, скорость записи 6,6 Мбайт/с, объем — от 256 Мбайт до 32 Гбайт.

Карты стандарта MultiMedia Card (ММС) имеют очень малые размеры — 24х32х 1,4 мм, объем более 2 Гбайт. В устройстве используется 7-контактный интерфейс и РПЗУ, которое сохраняет работоспособность в диапазоне напряжений 1,8...3,0 В. Разновидность ММС — Secure ММС — позволяет кодировать содержимое памяти в процессе записи.

Карты памяти Secure Digital (SD) похожи на ММС, выпускаются с тем же объемом, хотя отличаются толщиной (2,1 мм) и числом контактов (девять вместо семи). Разъем карт SD имеет свою специфику — в нем предусматривается внутренняя контактная группа — пластиковый переключатель защиты записи. Карты имеют скорость обмена данными от 900 Кбайт/с до 22,5 Мбайт/с. В отдельных устройствах допускается замена карт SD на ММС.

Размер обычной карты Memory Stick — 21,5 х 50 х 2,8 мм, а максимальная емкость — 128 Мбайт. Другие разновидности новых карт (Memory Stick Pro, Memory Stick DUO, Memory Stick Pro DUO и Memory Stick Micro) рассчитаны на хранение большего объема ин-. формации — до 32 Гбайт. Флэш-карты Memory Stick DUO и Memory Stick Pro DUO отличаются меньшими размерами (20 x 31 x 1,6 мм), однако существуют специальные переходники для их подключения в слот другого вида памяти.

К настольным ПЭВМ и ноутбукам они подключаются через специальные устройства — картридеры; к карманным компьютерам — через слоты. Накопители SSD подключаются к системной плате с помощью интерфейса SATA и PSI Express.

Все твердотельные носители обеспечивают до 1 млн циклов записи и хранят информацию до 10 лет при выключенном питании.

1