YourLib.net
Твоя библиотека
Главная arrow Информатика (Под общ. ред. А.Н. Данчула) arrow 2.4.3. Внешняя память
2.4.3. Внешняя память

2.4.3. Внешняя память

   Во всех вычислительных системах для накопления и долговременного хранения информации используются внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или накопители, общая емкость которых во много раз превышает емкость ОП. Эти накопители физически, по отношению носителя информации к ПК, подразделяются на внешние (устройства хранения со сменными носителями) и внутренние (встроенные устройства). Каждый из них может рассматриваться как совокупность определенного носителя и соответствующего привода. По типу носителя они подразделяются на накопители: на магнитных дисках; на магнитной ленте; оптические и магнитооптические. Дисковые накопители в зависимости от среды носителя и по применяемому методу записи/чтения данных подразделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.
   Накопители на магнитных дисках, как правило, являются устройствами внешней памяти произвольного (прямого) доступа — обращение к любому участку носителя не зависит от его положения относительно других участков. Накопители на магнитной ленте являются устройствами последовательного доступа, так как для обращения к определенному его участку необходимо пройти последовательно все предыдущие участки.
   В данном подпараграфе мы рассмотрим дисковые магнитные накопители (дисковую память), которые используются в современных ПК в качестве основной встроенной внешней памяти. В ПК имеются накопители на жестких несменных дисках (Hard Disk Drive — HDD) и накопители на гибких (съемных) дисках (Floppy Disk Drive — FDD). Последний тип накопителей будет рассмотрен отдельно. Однако многие нижеприведенные рассуждения, относящиеся к HDD, также относятся и к FDD. Носителями информации на FDD и HDD соответственно являются поверхности гибких и жестких дисков, в качестве немагнитных основ которых используются соответственно майлар (как и в магнитных лентах) и алюминиевые (в последнее время стеклянные) круги (диски). Стеклянные диски являются менее критичными к температурным изменениям и позволяют увеличить плотность записи информации.
   Запись цифровой информации на поверхность диска производится одним из специально разработанных методов и заключается в нанесении на последовательные точечные позиции(Dot Positions) слоя магнитных эквивалентов нулей или единиц. Для определения местонахождения (т. е. адресов) точечных позиций их необходимо заранее отметить соответствующими синхронизирующими метками. Запись меток на поверхность дисков осуществляется при их форматировании. Произвольный доступ к любому участку поверхности осуществляется быстрым вращением диска и радиальным перемещением магнитных головок, для чего используются специальные двигатели. Синхронизирующие метки диска, образующие концентрические окружности, называются дорожками (track). Количество дорожек зависит от типа диска. Дорожки разбиваются на участки фиксированной длины, называемые секторами. Количество секторов на дорожке определяется типом и форматом диска, и они в основном одинаковы для всех дорожек. IBM PC-совместимые ПК могут работать с несколькими размерами секторов — от 128 до 1024 байт. Стандартным является сектор из 512 байт. В секторах размещаются данные любого размера, а дисковые операции записи и считывания производятся с целыми секторами. Количество секторов на дорожке в современных дисках варьируется в зависимости от длины дорожки, т. е. на внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше (так называемый метод зонно-битовой записи).
   Дорожки (с внешнего края) и сектора нумеруются начиная с нуля, сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации, а не для хранения данных. У дисков используются две стороны. Так как накопители на жестких дисках могут состоять из нескольких дисков (стопка), то общее количество поверхностей будет зависеть от размера стопки и от использования верхней и нижней поверхностей соответственно первого и последнего дисков в стопке. Для идентификации поверхностей они нумеруются, начиная с нуля (верхняя поверхность первого диска сверху). Совокупность всех дорожек, по одной на каждой стороне с одинаковыми номерами, образует цилиндр с номером соответствующей дорожки. Сами дорожки на поверхности диска занимают небольшую часть по радиальной ширине.
   Количество поверхностей накопителя соответствует количеству магнитных головок HD (Heads), а число цилиндров cyl (Cylinders) равно числу дорожек на одной поверхности. Если количество секторов на дорожке обозначить SPT (Sectors Per Track), а емкость одного сектора — L байт, то так называемая

Рис. 2.21. Условное представление физической структуры диска 

Рис. 2.21. Условное представление физической структуры диска

сырая емкость накопителя V(D) будет определяться следующим образом:

V(D) = [HD х cyl х SPT x L ] байт.

   Часть этой емкости расходуется на служебную информацию.
   Физическая структура диска схематично показана на рис. 2.21.
   Жесткие диски (HDD) часто называют винчестерами — по прозвищу разработанного в 1973 г. фирмой IBM первого накопителя на жестком магнитном диске, который имел 30 цилиндров с 30 секторами на каждой дорожке и поэтому назывался 30/30 (по аналогии с соответствующим калибром винтовки). Он мог хранить 164 Кбайта информации, имел оригинальную для того времени конструкцию «плавающих» магнитных головок. Сейчас выпускаются накопители на дисках диаметром 3,5 дюйма емкостью более 300 Гбайт. Скорость вращения двигателей некоторых накопителей достигает 5400 и даже 7200 об/мин и более.
   Для установки дисковых накопителей в системном блоке предусмотрены специальные монтажные отсеки. Габаритные размеры, соответствующие горизонтальному и вертикальному размерам винчестера, стандартизированы и характеризуются формфактором. В настоящее время существует всего несколько стандартных значений формфактора.
   Головки чтения-записи (read-write head) находятся на специальном позиционере, напоминающем рычаг. Все головки расположены гребнем. Существуют вращающиеся и линейные позиционеры. Позиционирование одной головки вызывает аналогичное перемещение всех остальных. Пара «привод — движение головок» образует замкнутую сервосистему, для нормального функционирования которой требуется специальная сервоинформация. Для ее хранения используются выделенные и (или) рабочие поверхности самого носителя.
   Внутри любого винчестера находятся электронные компоненты, необходимые для управления нормальным функционированием привода (расшифровка команд контроллера диска, стабилизация скорости вращения, генерирование сигналов для головок записи и усиление сигналов от головок чтения и т. д.). В ряде случаев применяются цифровые сигнальные процессоры — DSP (Digital Signal Processors).
   При записи битовая информация преобразуется в переменный ток в соответствии с чередованием нулей и единиц в последовательности. Этот ток поступает на магнитную головку, и в зависимости от направления тока в обмотке головки в пространстве между головкой и носителем возникает соответствующий магнитный поток, замыкающийся через элементарную область спонтанной намагниченности (доменов). В зависимости от направления магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением внешнего магнитного поля. При снятии внешнего поля это состояние доменов не меняется (память долговременного хранения).
   При выборе (разработке) метода записи учитываются такие факторы, как: возможность получения высокой плотности записи; помехоустойчивость; обладает ли метод свойством самосинхронизации или требует внешней синхронизации; необходимо ли предварительное стирание ранее записанной информации или нет и т. д. В настоящее время в связи с удешевлением электронных схем применяются более эффективные, хотя и сложные методы кодирования записываемой информации и процедуры обработки считанных сигналов (включая контроль и коррекцию ошибок при считывании).
   Нужно помнить, что помимо информационных битов необходимо хранить и синхроимпульсы. Поиск путей повышения плотности записи был связан со стабилизацией вращения диска и улучшением качества его рабочих поверхностей. Применяются различные методы записи двоичной информации на магнитную поверхность, в результате чего увеличивается емкость дорожки и скорость передачи данных. Следует отметить, что в некоторых случаях для записи информации используются одни, а при передаче считанной информации контроллеру — другие методы кодирования.
   Рассмотрим основные характеристики и пути развития современных HDD. Эти накопители, как было отмечено выше, состоят из четырех главных элементов:
   —  носитель (пакет дисковых пластин, вращающихся на одной оси);
   —  головки чтения/записи;
   —  позиционер (устройство, «наводящее» головки на нужную дорожку);
   —  контроллер (обеспечивающий согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между ним и ПК).
   Каждое из этих устройств вносит свой вклад в общие характеристики HDD, которые приводятся ниже.
   Емкость — количество байтов, которое можно записать в HDD. Эта характеристика определяется в первую очередь поверхностной плотностью записи, которая имеет две составляющие — продольную, т. е. количество бит данных, записываемых на единицу длины дорожки, и поперечную, т. е. количество дорожек, умещающихся на единице длины по радиусу диска. На эту характеристику также влияют размер и количество пластин. Поверхностная плотность определяется размером магнитных частиц покрытия пластин, а также размерами зазора головки записи/чтения. Уменьшение размеров частиц может привести к так называемому сверхпарамагнитному эффекту (магнитный домен может самопроизвольно изменить направление своей намагниченности за счет теплового движения молекул). С целью избежания этого эффекта применяются многослойное специальное покрытие с антиферромагнитной связью и так называемые синтетические ферромагнетики. Уменьшение размеров головки также влияет на поверхностную плотность. Поперечная плотность записи увеличивается за счет повышения точности позиционирования головок (применяются двухступенчатые схемы позиционирования — «грубое» и «точное» позиционирования), а также уменьшения нерегулярных боковых биений пластин. Еще один фактор, ограничивающий поперечную плотность, — точность записи на диск сервоинформации. Увеличение количества пластин повышает емкость памяти, однако при этом снижается надежность работы HDD (поэтому стараются уменьшить количество пластин до 2 — 3, а для изделий, требующих повышенной надежности, и до одной).
   Внутренняя скорость передачи данных (между головкой записи/чтения и поверхностью магнитных пластин) зависит от поверхностной плотности записи и скорости вращения. Хотя увеличение плотности записи достигается меньшими усилиями, повышается и скорость вращения, достигшая уже 15 тыс. об/мин.
   Время доступа к данным определяется скоростью перемещения позиционера, диаметром дисковых пластин и скоростью вращения диска. Полное время доступа для массовых 3,5-дюймовых IDE-дисков обычно составляет 8—12 мс, а для SCSI-дисков высшего класса может быть меньше 5 мс.
   Объем буферной памяти (кэш-памяти) накопителя. Увеличение емкости этой памяти позволяет увеличить внешнюю скорость передачи благодаря использованию специальных алгоритмов кэширования, в первую очередь так называемого упреждающего чтения (чтение в буфер не только заданного сектора, но и последующих секторов дорожки, с тем чтобы дальнейшая выборка данных происходила из буфера).
   Внешняя скорость передачи данных определяется прежде всего типом накопителя и его пропускной способностью. Пропускная способность интерфейса должна быть не меньше внутренней скорости передачи данных с учетом кэширования. При этом следует различать интерфейсы радиальной структуры (каждый накопитель подключается к контроллеру отдельным кабелем) и шинной (на одной шине данных может находиться более одного накопителя).
   Надежность накопителя. Для ее повышения кроме уже отмеченных нами ранее мер — уменьшения количества пластин накопителя и размеров головок — применяются еще и специальные меры — оснащение контроллера диска средствами самодиагностики, обнаружения ошибок, «скрытия» дефектных секторов и т. д.
   Наиболее массовая продукция на сегодняшний день — 3,5- дюймовые IDE-диски для настольных ПК (емкость — более 300 Гбайт, скорость вращения — до 7200 об/мин, емкость буферной памяти — от 2 Мбайт). Сейчас наметилась тенденция к снижению объемов производства этих дисков при одновременном росте сегмента 2,5-дюймовых накопителей, которые не могут похвастаться столь же высокими показателями (их емкость пока не превышает 60 Гбайт, а скорость вращения — 5400 об/мин). Имеются и особо миниатюрные 1,8- и 1-дюймовые устройства.
   Для управления процессами обмена информацией с диском применяется автономное управляющее устройство — контроллер. Тип контроллера должен соответствовать типу носителя. Он управляет процессами записи-считывания, обменом данными между накопителями, процессором и ОП через шины данных. Многофункциональные контроллеры могут обслуживать несколько носителей различного типа. В общем случае контроллер является сопрягающим управляющим устройством, которое обеспечивается соответствующим интерфейсом, т. е. совокупностью электрических и временных параметров, набором управляющих сигналов, протоколом обмена данными и конструктивными особенностями подключения.
   Постоянное повышение плотности записи и связанной с ней внутренней скорости передачи данных накопителей заставляло постоянно совершенствовать интерфейсы, обеспечивая их должную пропускную способность.
   Самый распространенный на сегодня параллельный интерфейс АТА (он же IDE, EIDE, ATAPI) передачи данных по ленточному кабелю прошел путь от 3 до 133 Мбайт/с (см. пп. 2.3.1). Ему на смену должен прийти интерфейс с последовательной передачей данных Serial А ТА (SATA). SATA должен отличаться следующими характерными особенностями: скорость передачи — 1,5  Гбит/с; каждый накопитель подключается отдельным кабелем к своему порту контроллера; данные будут передаваться по двум экранированным низковольтным дифференциальным парам (одна на передачу, другая на прием); разъем можно подключать «вслепую»; предусматривается «горячее» подключение.
   Согласно второй спецификации (Serial АТА II), скорость передачи данных достигнет 3 Гбит/с, и интерфейс возможно будет применять не только в массовых ПК и ноутбуках, но и в рабочих станциях и небольших серверах, а также в сетевых устройствах памяти (NAS — Network Attached Storage). NAS представляет собой небольшой файл-сервер, содержащий обычно RIDE-контроллер с небольшими SCSI- или АТА-жесткими дисками и ряд других необходимых компонентов. Это устройство легко подключается к соответствующей локальной сети и практически сразу же после этого становится готовым к работе (здесь ввод- вывод происходит на уровне файлов). Предполагается увеличение скорости передачи данных по интерфейсу Serial АТА до 6 Гбит/с.
   Второй параллельный интерфейс SCSI (см. пп. 2.3.1) развивался как универсальный интерфейс для подключения к ПК не только дисковых накопителей, но и любых других устройств — магнитных лент, принтеров, сканеров и т. д. (до 8 устройств к одному каналу). В SCSI команды передаются нескольким устройствам так, чтобы их выполнение происходило не последовательно, а одновременно.
   Интерфейсы USB версии 2.0 (максимальная синхронная скорость передачи данных — 60 Мбайт/с) и интерфейсы IEEE-1394 (скорость передачи данных — 50 Мбайт/с) пока широко используются в основном в малогабаритных переносных жестких дисках. В будущем варианте интерфейса 1ЕЕЕ-1394Ь планируется увеличение скорости передачи данных до 200 Мбайт/с (см. пп. 2.3.1).
   Fibre Channel — последовательная архитектура, использующая в качестве среды передачи данных медный или одномодовый волоконно-оптический кабель, а в качестве протокола уровня доступа к носителю — Gigabit Ethernet. Волоконно-оптический кабель позволяет передавать данные на расстояние до 20 км. Это дает возможность использовать Fibre Channel для построения распределенных сетей памяти — SAN (Storage Area Network). Это сеть, состоящая из множества разнородных устройств памяти, объединенных сетевой инфраструктурой из кабелей, концентраторов и коммутаторов Fibre Channel, которая обеспечивает гибкость в наращивании объемов памяти и ее перераспределении между серверами. При этом она снимает с локальных и региональных корпоративных сетей нагрузку, связанную с выполнением резервного копирования данных. Как правило, в них используется протокол SCSI over Fibre Channel. Современная реализация Fibre Channel обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбайт/с, но не за горами и 200 Мбайт/с.
   В ближайшие годы можно ожидать появления накопителей, емкость которых будет измеряться не гига-, а терабайтами, а внутренняя скорость передачи данных — сотнями Мгбайт/с, интерфейсы будут способны передавать данные со скоростями 300 Мбайт/с и более.
   Накопители со сменными носителями информации применяются для решения следующих классов задач:
   —  публикация и распространение программного обеспечения, данных и мультимедиа-контента изготовителями; основное требование — совместимость носителей информации с наиболее распространенными на текущий момент накопителями;
   —  архивирование и резервное копирование любой (программ, баз данных, музыки, видео и т. д.) информации; основные требования — максимальная емкость носителя, его надежность и долговечность, минимальная стоимость хранения единицы информации, максимальная производительность;
   —  перенос информации между ПК, в частности между пользователями; основные требования — совместимость носителей данных, максимальные скорости записи и чтения, дешевизна носителей.
   Устройства хранения информации со сменными носителями по типу используемого носителя делятся на следующие большие категории:
   1.  Магнитные устройства хранения информации со сменными носителями (флоппи-дисководы, накопители типа Zip, Jaz, LS-120 (SuperDisk) и им подобные, ленточные накопители); к этой категории условно относятся жесткие переносные диски с интерфейсами SCSI, USB и IEEE-1394, а также твердотельные накопители на базе флэш-ППЗУ (флэш-карточки памяти разных типов и миниатюрные переносные USB-накопители).
   2.  Оптические устройства хранения информации со сменными носителями (CD-ROM, DVD-ROM и записывающие накопители на основе этих технологий).
   3.  Магнитооптические устройства хранения информации со сменными носителями.
   Рассмотрим дисковые устройства с магнитными носителями.
   3,5-дюймовые флоппи-дисководы до сих пор остаются практически непременным атрибутом любого ПК. Первостепенной причиной такого долголетия является совместимость — носитель, записанный на одном ПК, может быть прочитан на любом другом. Основные методы записи и размещения информации и многое другое на этих накопителях идентичны жестким дискам. По многим параметрам (емкость — 1,44 Мбайт, надежность, скорость записи-чтения и др.) эти диски намного отстают от современных накопителей: технический прогресс в их производстве уже много лет как остановился.
   Zip — это 3,5-дюймовый гибкий магнитный носитель, похожий на обычную дискету; емкость — 94 Мбайт; в дисководе использован эффект Бернулли, прижимающий носитель к головке, в результате была достигнута скорость передачи данных порядка 1,5 Мбайт/с и время доступа около 30 мс. Но этот накопитель был несовместим с обычными дискетами, что и стало причиной неширокого его применения.
   Позже указанный недостаток был устранен в накопителе LS- 120, который получил более широкое распространение и стал называться SuperDisk. С помощью лазера создаются и читаются специальные серводорожки (LS — Laser Servo), в результате чего удалось повысить плотность дорожек и поднять их емкость до 120 Мбайт. Однако по производительности SuperDisk заметно отстает от Zip. У него скорость вращения накопителя 720 об/мин и среднее время поиска 70 мс. Далее были выпущены Zip-250 (емкость — 250 Мбайт) и SuperDisk с емкостью 240 Мбайт. Недавно была предложена технология FD-32-MB (компания Matsushita), при этом для чтения данных используется головка SuperDisk, а для записи — обычная магнитная головка. Этот накопитель позволяет записать на обычную 80-дорожеч- ную дискету 777 дорожек.
   Компания Iomega в конце 90-х гг. выпустила 2-Гбайтный вариант накопителя Jaz (скорость передачи данных в предыдущих вариантах накопителя достигала 5,4 Мбайт/с, время доступа — 12 мс). Носитель данного накопителя представляет собой фактически жесткий съемный диск с двумя пластинами диаметром 3,5  дюйма.
   Фирма Castiewood выпустила накопитель ORB на 5,7 Гбайт со скоростью передачи до 17,3 Мбайт/с.
   Ленточные накопители в качестве устройств для резервного копирования сохраняют и даже упрочили свои позиции благодаря высокой надежности, скорости и низкой стоимости хранения единицы информации.
   QIC (Quarter-Inch tape Carteidge) — накопитель на четвертьдюймовой (с 6-мм пленкой) кассете. QIC выпускаются давно, создано множество стандартов, что привело к несовместимости накопителей между собой. QIC очень похожа на обычную аудиокассету. Данные записываются на продольные дорожки (их может быть до 144), параллельные краям ленты. С обеих сторон от записывающей головки располагаются головки чтения, обеспечивающие немедленный контроль записи и перезапись блока в случае обнаружения ошибок (независимо от направления движения ленты). С целью устранения вышеотмеченной несовместимости разработан новый стандарт Travan. Кассеты Travan продолжили линию QIC. Всего сменилось пять поколений этих кассет и накопителей. Последние две — TR-4 (QIC-3095) и TR-5 (QIC-3220-MC) — применяются в имеющихся накопителях. В них лента 0,315-дюймовая (8 мм), емкость 72-дорожечной кассеты TR-4 составляет 4 Гбайт (при использовании сжатия — 8 Гбайт), скорость передачи данных может достигать 1,2 Мбайт/с. TR-5 имеет 108 дорожек, его характеристики— 10(20) Гбайт, 1,8 Мбайт/с. Кассета TR-6 имеет емкость 16(32) Гбайт, скорость передачи данных — 2,7 Мбайт/с.
   DAT (Digital AudioTape — цифровая звуковая лента) пришла в вычислительную технику из профессиональной звукозаписи.
   Далее был разработан стандарт DDS (Digital Data Storage), определяющий способ записи на DAT произвольных цифровых данных. Используется 4-мм лента и технология спиральной развертки, аналогичная применяемой для видеозаписи. Первоначальный вариант стандарта предусматривал кассету емкостью 2  Гбайт и скоростью передачи 55 Кбит/с, далее стандарты DDS-1 — DDS-4 подняли планку до 20 Гбайт и 4,8 Мбайт/с, сохраняя совместимость.
   AIT (Advanced Intelligent Таре) является еще одним накопителем с 8-мм лентой со спиральной разверткой. Накопитель отличается наличием в кассете микросхемы флэш-памяти, которую назвали Memory-In-Cassette (MIC). MIC содержала всю необходимую информацию о параметрах кассеты и расположении данных на ленте. Здесь же был применен разработанный IBM метод сжатия данных без потерь, который позволил получить коэффициент компрессии 2,6:1. Выпущены AIT-1, AIT-2 и AIT-3 со следующими параметрами соответственно: емкость — 25 (65 со сжатием), 35 (90) и 100 (260) Гбайт; скорость передачи данных — 4 (10), 6 (15) и 12 (31) Мбайт/с. Предполагается выпуск AIT-6 емкостью 800 (2008) Гбайт и скоростью передачи данных 95 (248) Мбайт/с. Все накопители совместимы с кассетами предыдущих поколений как по чтению, так и по записи.
   DLT (Digital Linear Таре — цифровая линейная лента). Этот накопитель является развитием идеи катушечных НМЛ с полудюймовой лентой, в которых подающей служила катушка с лентой, а приемная катушка находилась в накопителе. Лентопротяжный механизм DLT-накопителей захватывает конец ленты из кассеты, плавно проводит его через тракт и фиксирует в приемной катушке. Происходят крайне бережное обращение с лентой, минимальный контакт ее с головкой и самоочистка. Срок службы головки в этих накопителях составляет 30 тыс. часов, тогда как в 8-мм накопителях со спиральной разверткой он не превышает 2 тыс. часов. Было выпущено три поколения накопителей — DLT-2000, 4000 и 7000 с емкостями соответственно 15 (30), 20 (40) и 35 (70) Гбайт и скоростями 2,5, 3 и 20 Мбайт/с. Далее была представлена технология Super DLT, использующая лазерную сервосистему для более точного позиционирования головки относительно ленты. Имеются следующие варианты — SDLT-220 (емкость — 110 (220) Мбайт, скорость передачи — И (22) Мбайт/с), SDLT-320 (емкость — 160 (320), скорость передачи — 16 (32) Мбайт/с). В планах фирмы Quantum предполагается повысить к 2006 г. емкость накопителей SuperDLT до 1,2 (2,4) Тбайт, а скорость — до 100 (200) Мбайт/с.
   LTO (Linear Таре Open) позволил увеличить емкость, надежность и производительность накопителей. На базе технологии LTO предложены два несовместимых формата — двухкатушечный Accelis (с быстрым доступом к данным) и однокатушечный Ultrium. Накопители Ultrium первого поколения имеют максимальную емкость 100 (200) Гбайт и скорость передачи 10 — 20 (20 — 40) Мбайт/с. Соответствующие характеристики для накопителей второго поколения имеют следующие значения: 200 Гбайт и 20 — 40 Мбайт/с, а в дальнейшем предполагается увеличить емкость накопителя до 800 (1600) Гбайт.
   Кроме автономных ленточных накопителей широкое распространение получили ленточные библиотеки, состоящие из нескольких накопителей и упорядоченного хранилища кассет, выбор которых осуществляется автоматизированным электромеханическим устройством.
   Первыми из оптических накопителей в 1984 г. появились CD- ROM. С того момента они прошли славный путь развития (скорости вращения дисков выросли до 12 тыс. об/мин). Гонка за количеством X (X = 150 Кбайт/с) прекратилась по достижении 60Х. Это максимальная скорость (скорость на внешних дорожках диска). Необходимо вспомнить, что первые такие устройства имели постоянную линейную скорость (constant linear velocity — CLV) и поэтому при перемещении головки от центра диска к его периферии скорость вращения пропорционально уменьшалась. Для уменьшения времени доступа в CD-ROM стали применять режим постоянной угловой скорости (constant angular velocity — CAV, присущий жестким дискам) или комбинацию этих двух режимов. Эта технология называется partial-CAV или zoned-CLV. В этой технологии диск разбивается по радиусу на несколько зон, в каждой из которых используется своя скорость вращения, а чтение может происходить как в режиме CAV, так и в CLV. Сейчас эта технология широко применяется в записывающих накопителях.
   Имеется четыре главных формата компакт-дисков — CD- Digital Audio (CD-DA), CD-ROM, CD-Recordable (CD-R — записываемый), CD-Rewritable (CD-RW — перезаписываемый). Спецификация MultiRead, принятая Ассоциацией изготовителей оптических устройств, обеспечивает возможность чтения дисков всех четырех форматов (устройства помечаются соответствующим логотипом).
   В 2002 г. компания Flexstorm GmbH представила первый в мире гибкий CD-диск 0,1-миллиметровой толщины. Этот диск может считываться существующими накопителями с помощью специального адаптера. Предполагается, что он найдет широкое применение в распространении рекламных и других информационных материалов.
   Об оптических дисках с однократной записью и многократным чтением (WORM) заговорили в конце 80-х гг. Немного позже появился накопитель CD-R, для изготовления которого использовался обычный диск, покрытый специальным красителем, поверх которого напылялся тончайший отражающий слой благородного металла (серебра или золота). При записи лазерный луч, сфокусированный на слое красителя, физически «выжигает» его, образуя непрозрачный участок, аналогичный «ямке» на обычном штампованном CD. Однако при многосеансовой записи появляются неиспользованные участки (начальные и конечные «пустые» участки). Наличие неиспользуемых участков приводит к потере при записи каждого следующего сеанса 13,5 Мбайт пространства на CD-R. После достижения скоростей по записи/считыванию 8Х/24Х С D-R были вытеснены более универсальными накопителями CD-RW, позволяющими записывать диски не только с однократной записью, но и перезаписываемые. Здесь используются три режима работы лазера, отличающиеся мощностью луча: режим записи (максимальная мощность, обеспечивающая переход активного слоя поликристаллического сплава в неотражающее аморфное состояние), режим стирания (возвращает активный слой в отражающее кристаллическое состояние) и режим чтения (самая низкая мощность, не влияющая на состояние активного слоя)
   Изготовителей устройств записи на оптические диски всегда преследует проблема — опустошение буфера. Так как запись происходит с постоянной скоростью, то в буфере дисковода все время должны присутствовать данные для записи. Если данные отсутствуют, то при CD-R «болванка» безвозвратно теряется, а при CD-RW необходимо стирать и заново записывать информацию. Далее была разработана технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof, т. e. защита от опустошения буфера), процесс записи приостанавливается, если в буфере объем данных меньше, чем некоторый порог. Сейчас эта технология используется всеми изготовителями накопителей CD-RW.
   Выпущен накопитель, в котором осуществляется пакетная запись на CD-RW (путем переноса файлов). Достигнуты скорости записи/перезаписи/чтения значений 40Х/12Х/48Х, используется буфер с емкостью 8 Мбайт, и получено время доступа к данным 72 мс.
   DVD-ROM(Digital Versatile Dick — цифровой многофункциональный диск). Недостаточность (до 700 Мбайт) емкости и невозможность дальнейшего повышения производительности CD-ROM требовали задуматься о новом формате оптических дисков. DVD Forum (в нее входят 11 изготовителей накопителей и носителей к ним) подготовило 5 документов, описывающих форматы DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R (однократно записываемый DVD), DVD-RAM (DVD с возможностью многократной записи), совсем новые два формата многократно записываемых дисков — DVD-RW и DVD+RW — и один однократно записываемый DVD+R.
   В отличие от CD-ROM (односторонние и однослойные) DVD-диски бывают: односторонний однослойный (емкость 4,7 Гбайт) — DVD-5; односторонний двухслойный (8,5 Гбайт) — DVD-9; двусторонний однослойный (9,4 Гбайт) — DVD-10; двусторонний двуслойный (17 Гбайт) — DVD-18.
   Увеличение емкости диска одного и того же размера в 7 — 25 раз получается за счет применения лазера красного диапазона с длиной волны 635 или 650 нм (вместо ИК-лазера с длиной волны 780 нм). В результате удалось сократить размер «ямок» с 0,83 до 0,4 мкм, а шаг дорожек — с 1,6 до 0,74 мкм. Это дало общий выигрыш в емкости в 4,5 раза. Были применены более эффективные коды коррекции ошибок. Следовательно, автоматически увеличились скорости передачи данных при той же скорости вращения носителя. DVD-ROM IX имеет значение 1250 Кбайт/с, что соответствует 8Х CD-ROM.
   Всего существует 6 форматов записываемых DVD (в хронологическом порядке их появления): DVD-R for General, DVD-R for Authoring, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW и DVD+R. Видимо, изготовители записываемых оптических дисков объединятся вокруг технологий DVD+RW и DVD+R. Совместимость — проблема, которая преследовала накопители DVD с самого их рождения. В табл. 2.8 обобщены данные о совместимости оптических носителей и дисководов различных форматов (+— да, нет).
   В отличие от обычных магнитных дисков, в которых намагниченность может быть изменена при комнатной температуре, в магнитооптических накопителях это невозможно. Для изменения направления намагниченности соответствующий участок диска должен быть нагрет лазером до точки Кюри (около 200° С). При обычных же температурах магнитооптические носители не подвержены влиянию внешних магнитных полей и обладают очень высокими показателями по длительности хранения — 30 лет и более.

Таблица 2.8. Совместимость носителей и накопителей

Таблица 2.8. Совместимость носителей и накопителей

 
< Пред.   След. >