3. Использование буферной (сверхоперативной) памяти.

Такая память программно не доступна для пользователя, поэтому называется кэш-памятью (Cache – тайник).

Она используется как буфер между внутренней оперативной памятью и процессором. Для организации кэш-памяти вся информация в оперативной памяти, представляющая собой различные программы, разбивается на блоки. Такие же по размеры блоки имеются и в кэш-памяти. Количество ячеек в одном блоке памяти равняется количеству информационных слов блока программы. В текущий момент времени в кэш-памяти находятся те блоки программы, которые наиболее активны в данный момент времени, то есть к ним наиболее часто осуществляется доступ. При снижении активности блоков производится их замена.

При организации кэш-памяти возможны 2 варианта обновления информации. Первый – когда производится изменение содержимого ячеек кэш-памяти и одновременно изменяется содержимое блока в оперативной памяти. В этом случае быстродействие получается не высоким.

Второй вариант предусматривает запись информации (обновлениие) только в блоках кэш-памяти. Обновление информации в оперативной памяти происходит лишь тогда, когда неактивный блок из кэш-памяти выводится в оперативную память.

Структура кэш-памяти

Кэш-память организована по ассоциативно-адресному принципу. Структурная схема представлена на рис.3.9.

Основными элементами кэш-памяти является регистр адреса, буферная память, матрица адресов, схема сравнения и шифратор.

Регистр адреса служит для хранения адреса ячейки памяти, информация из которой должна быть считана в текущем цикле обращения. Поскольку вся информация в оперативной памяти имеет блочную структуру, то адрес должен содержать следующие атрибуты: номер строки и столбца, на пересечении которых находится активный блок, а также номер ячейки памяти внутри блока.

Блоки копируются в буферную память с тем же номером столбца, что и в оперативной памяти, при этом изменяется номер строки блока. Для соответствия адресной информации при хранении блока в буферной памяти вводится матрица адресов, содержащая в своем составе столько элементов, сколько блоков содержит буферная память.

В каждой ячейке матрицы адресов хранится номер строки блока, располагающегося на соответствующем месте в буферной памяти. Этот номер характеризует положение блока в оперативной памяти.

Структура DVD-дисков и принцип записи

Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании информации используется различие отражательной способности поверхности в зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном состоянии.

При считывании информации с диска измеряется различие между темными аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке.

Форматы DVD

Сегодняшний стандарт DVD позволяет реализовать несколько различных конструкций диска. Это односторонние или двусторонние диски, с одним или двумя несущими информацию слоями на каждой стороне.

Один слой толщиной 0,6 мм может уместить до 4,7 Гб информации, а весь диск – до 17 Гб.

Возможны четыре разновидности DVD дисков: DVD-5, DVD-9, DVD-10 и DVD-18.

DVD-5

DVD-5 - это первая рыночная версия DVD диска: односторонний диск с однослойной записью и емкостью 4,7 Гб.

DVD состоит из 0,6 мм пленки, покрытой аллюминием и наклеенной на чистую подложку. Технология напыления та же, что используется при изготовлении обычного CD. Алюминиевая пленка имеет толщину 55 нанометров, как и для аудио-CD и CD-ROM. Структура DVD-5 показана на рисунке.

DVD-9

DVD-9 - это двухуровневый односторонний диск с емкостью 8,5 Гбайт. Для производства такого диска необходимо создать полупрозрачный слой, который отражает 18-30% лазерного излучения. Этого достаточно, чтобы можно было считывать информацию с верхнего слоя. И в то же время полупрозрачный слой будет пропускать достаточно излучения, чтобы сигнал от нижнего уровня с высокой отражательно способностью тоже читался. Информационные уровни разделяет высокооднородный клей (толщина клеевой прослойки составляет 40-70 микрон), используемый для соединения двух половин диска. Это расстояние необходимо, чтобы различить сигнал, отраженный от одного и другого уровней. Структура DVD-9 показана на рисунке.

Использование полупрозрачного слоя диктует более жесткие требования к материалу и используемой технологии:

• Высокий коэффициент пропускаемости

• UV прозрачность

• Однородность уровня не ниже 1,5%

• Высокая прочность

• Низкие издержки производства

С одной стороны, оптимальным материалом для полупрозрачного слоя является золото. С другой стороны, применение вместа золота другого материала поможет сократить издержки производства на 70%. Сегодня в качестве альтернативы золоту используются кремниевый и серебряный сплавы.

DVD-10

DVD-10 – однослойный двухсторонний диск с емкостью 9,4 Гб. В принципе это двойной DVD-5 без чистой подложки. Два диска, покрытых металлическими пленками, соединены вместе. Чтобы считывать информацию с двух сторон диска, используется один лазер. Следующий рисунок показывает структуру DVD-10.

DVD-18

Структура DVD-18 в принципе та же самая, как у DVD-9, но DVD-18 может читаться с обеих сторон. Результат – двойная емкость по сравнению с DVD-9. Принципиальная структура диска на рисунке.

Оптическая запись

За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная технология для создания перезаписываемых носителей информации. Помимо общих преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.

Принцип работы

Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).

Запись информации

Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T > T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист). Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.

Стирание данных

Следующий график объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист < Т < Т плавл). Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист < t отж).

Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже 100 наносек, а это строго ограничивает выбор используемого материала. Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того, они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C).

Механизм записи

Существенной частью каждого метода, основанного на изменении длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии записи. Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов (P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P стирания < P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт).

Методика прямой перезаписи информации

Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир < P записи.