Устройства обработки и хранения данных

Фирма Kodak разработала устройства типа Photo CD, позволяющие хранить снимки, сделанные на 35-миллиметровой пленке в количестве до 100 кадров. Идея состоит в том, чтобы потребитель мог сканировать снимки, полученные при помощи оборудования фирмы Kodak, а в последствии воспроизводить на любом дисководе. Реально на диске могут храниться пять различных версий одного и того же слайда при разном разрешении 24- битной палитры.

С помощью сжатия (без потери разрешающей  способности) данные пяти изображений  могут быть упакованы в файл размером 6 Мбайт. Таким образом на компакт-диске емкостью 600 Мбайт может храниться до 100 фотоснимков.

Основная идея дальнейшего повышения  скорости работы дисководов CD-ROM связана  с использованием двух лазерных лучей. Это может сделать данные устройства значительно дороже, поэтому некоторые  производители считают целесообразным усовершенствовать технологию производства приводов CD-ROM и выпуск в ближайшее время относительно дешевых моделей с высокой скоростью при использовании одного считывающего луча. Наличие дисков с высокой плотностью записи в сочетании с имеющимися технологиями дисководов дает возможность встраивать мультимедиа данные в любые приложения.

3.3 DVD – диски

 

DVD-ста ндарт был реализован с учетом накопленного опыта по производству и распространению компакт-дисков и CD-устройств, требований и рекомендаций производителей компьютерной и киноиндустрии, а также предварительных разработок различных компаний.

Достоинства DVD:

• большая емкость и возможность  ее дальнейшего наращивания; 
• обратная совместимость с существующими CD; 
• совместимость с будущими записываемыми DVD-дисками; 
• единая файловая система для всех приложений; 
• единый интерактивный стандарт для компьютера и телевидения; 
• надежность хранения данных и их последующего считывания; 
• высокая производительность при записи и считывании данных как для последовательного, так и для произвольного доступа к данным; 
• отсутствие вспомогательных конструкций типа картриджей и кэдди; 
• доступная цена.

Внешне конструкция DVD аналогична устройству традиционного компакт-диска - с теми же геометрическими размерами (диаметр - 120 мм, толщина - 1,2 мм), но содержательно  она значительно сложнее. Для увеличения объема данных при сохранении тех же геометрических размеров диска, что и CD, были предприняты следующие шаги: 
• уменьшение размеров углублений (питов) на DVD до 0,4 мкм; 
• уменьшение расстояния между соседними дорожками (треками) до 0,74 мкм; 
• размещение несущих информацию слоев в несколько этажей (до 8 пар, и это еще не предел).

DVD может быть как односторонним,  так и двухсторонним. 
Конструктивно двухсторонний диск представляет собой два склеенных нерабочими поверхностями диска толщиной 0,6 мм каждый (модель, предложенная компанией Toshiba). Спецификации DVD-стандарта предусматривают четыре конструктивно различных типа дисков с разной информационной емкостью: 
• односторонний однослойный диск (4,7 Гбайт, видео ресурс - 133 мин.); 
• односторонний двухслойный диск (8,5 Гбайт, видео ресурс - 240 мин.); 
• двухсторонний однослойный диск (9,4 Гбайт, видео ресурс - 266 мин.); 
• двухсторонний двухслойный диск (17 Гбайт, видео ресурс - 481 мин.).

Таким образом, емкость одностороннего однослойного диска в семь раз, а  двухстороннего двухслойного - в двадцать шесть раз превышает емкость  стандартного компакт-диска. Предполагается, что первый тип дисков найдет широкое  распространение для большинства  компьютерных приложений, где емкости 4,7 Гбайт вполне достаточно, а более  емкие диски, видимо, будут востребованы киноиндустрией.

Увеличение плотности данных стало  возможным благодаря созданию более  совершенных источников лазерного  излучения и системы обнаружения  и коррекции ошибок. Для считывания DVD используется луч красного спектра  с возможностью двойного фокусирования  с длиной волны 650 нм или 635 нм, в зависимости от толщины считываемого диска. Привод DVD сам определяет, какой тип диска используется, и автоматически поворачивает линзу в положение нужной фокусировки луча.

При такой плотности записи любая  внутренняя неоднородность может сделать  диск непригодным к использованию. Поэтому с помощью технологии компании Sony была модернизирована и стандартизирована схема цифровой модуляции и коррекции ошибок RS-PC (Reed Solomon Product Code), которая уменьшила вероятность их появления на порядок по сравнению с компакт- диском. Кроме того, DVD, как и компакт-диск, стоек и малочувствителен к пыли, царапинам и прикосновениям пальцев.

3.4 Технология  Blu-Ray - преемник DVD

19 февраля 2002... Представители девяти  лидирующих высокотехнологических  компаний Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, LG,Philips, Thomson, Hitachi, Sharp и Pioneer на совместной пресс-конференции объявили о создании и продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием Blu-Ray Disс, этим самым возможно подписав смертный приговор DVD. Согласно объявленной спецификации Blu-Ray Disс - перезаписываемый диск следующего поколения со стандартным CD/DVD размером 12 см с максимальной емкостью записи на один слой и одну сторону до 27 Гб .

Собственно, назвать Blu-Ray принципиально новым форматом нельзя 
- это скорее эволюция формата DVD. Как следует из названия в Blu-Ray для записи и воспроизведения диска вместо красного лазера, который используется в DVD и CD-ROM, применен синий лазер (blue-violet laser). У синего лазера длина волны составляет 405 нанометров, что значительно меньше длины волны красного лазера (650 нм). Меньшая длина волны - соответственно меньшая интерференция отраженного луча, соответственно можно сделать толщину дорожку данных тоньше, что приводит к значительному увеличению емкости носителя. Толщина дорожки у Blu-Ray диска в два раза меньше, чем у DVD. 
Единственно, что внушает опасение - тот факт, что энергетика синего лазера выше, чем у красного, что должно приводить к значительному разогреву поверхности диска. По-видимому, Blu-Ray приводы потребуют мощного охлаждения. 
Покрытие Blu-Ray на которое записываются данные (optical transmittance protection layer) очень тонкое - 0.1 мм. Из этого факта можно сделать 3 вывода. Первое - чем тоньше слой, тем меньше рассеяние отраженного луча и больше данных можно вместить на квадратный дюйм, то есть тонкий слой - это необходимость для достижения большой емкости диска. Второе - настолько тонкий слой позволит без проблем сделать диск многослойным (по крайне мере двухслойным, как DVD), так как уменьшается рефракция луча отраженного от более глубокого слоя. Третье - настолько тонкий слой легко повредить, следовательно Blu-Ray Disс потребует защиты, то есть будет упакован в пластиковую оболочку, наподобие MiniDisk от Sony. Последний факт, к сожалению, говорит о том, что цены на Blu-Ray приводы возможно будут существенно выше, чем на DVD, так как, если бы Blu-Ray Disc оставался бы диском без упаковки, то производители смогли бы использовать корпуса и механику от DVD-приводов без переделки, сменив лишь лазер и декодирующую микросхему, а так придется начинать практически с нуля. Возможен компромиссный вариант, когда односторонние диски относительно малой емкости (23-27 ГБ) будут производиться без упаковки и иметь соответствующие приводы, мало отличающиеся от DVD-приводов по внешнему виду и по цене, такие объемы для домашних мультимедийных компьютеров на первое время более чем достаточны, по крайне мере объем Blu-Ray диска в разы превосходит DVD, а для пользователей весьма важна цена. Потребители голосуют рублем, неважно зеленый он или нет, соответственно, чем меньше будет начальная стоимость Blu-Ray для домашнего и мультимедийного сектора, тем быстрее он наберет популярность. Так же диски этого формата будут использоваться для цифровых пишущих видеоплееров нового поколения, так как на один Blu-Ray Disc умещается до 13 часов видеоинформации качества VHS (MPEG-2 c bitrate 
3.8Mbps) или же 2 часа видео в модном сейчас в Японии формате HDTV 
(телевидение высокого разрешения до 1600х1200х32bit, MPEG-2 c bitrate от 
8Mbps и выше).

Для hi-tech учреждений, предприятий, систем управления, образовательных заведений и других, где требуются большие объемы информации, понадобятся более емкие - двусторонние, двухслойные (или многослойные) Blu-Ray диски с емкостью от 100 Гб. Такие диски будут заключены в прозрачный картридж и использовать специальные Blu-Ray приводы, оснащенные лазерами с разной длиной волны (в пределах синей части спектра) для чтения разных слоев. Первые прототипы 100 Гб дисков уже созданы. 
Такие, кажущиеся сейчас огромными объемы информации, могут уже в ближайшем будущем стать нормой, так же как в свое время быстро привыкли к огромному скачку между 3,5’ дискетой (1.44 Мб) и CD-ROM (650 Мб). Через некоторое время и домашний сектор станет одним из потребителей многослойных Blu-ray дисков, когда упадут первоначально высокие цены на приводы и носители информации этого формата.

Нельзя не упомянуть о высокой  скорости пересылки данных, которая  будет осуществлена в Blu-Ray устройствах. Так, согласно спецификации, максимальная скорость пересылки данных между Blu-Ray приводом и целевым устройством (MPEG-2 декодер или компьютер) будет достигать 36Mbps, что при огромных объемах носителя весьма актуально. Такой скорости пересылки данных, должна в полной мере соответствовать скорость считывания. К сожалению, не указывается, каким путем будет достигнута столь высокая скорость, так как если этот способ - повышение скорости вращения диска, то боюсь, что взорвавшиеся Blu-Ray диски и сгоревшие приводы уже не за горами, разве что в игру вступит какой-нибудь неизвестный фактор, например новый состав материала, из которого будут делаться диски. Но тогда возникает вопрос совместимости с предыдущими поколениями носителей. Конечно, можно добавить логические схемы, которые будут определять тип носителя CD/DVD/Blu- 
Ray и соответственно менять максимальную скорость вращения для каждого типа, но это приведет к удорожанию привода. Путь же увеличения числа считывающих лазеров, как мы видим на примере технологии True-X, ведет к взрывообразному увеличению стоимости привода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Жёсткие диски

 

Жесткий диск или винчестер, служит для долговременного хранения и использования данных.

Достоинства:

·        чрезвычайно большая емкость;

·        простота и надежность использования;

·        возможность обращаться к тысячам файлов одновременно;

·        высокая скорость доступа к данным 

 

Немного истории  о жестком диске...

Первый жесткий диск был  представлен фирмой IBM в 1956 году. Он назывался RAMAC, обладал 5-ти мегабайтной  емкостью и состоял из 50-ти 24-х  дюймовых пластин. Безусловно, кроме  названия и основных принципов работы, это устройство ни имеет ничего общего с тем, что мы привыкли подразумевать  под жестким диском. В то время  еще даже не существовало названия "винчестер", которое прочно вошло  в лексикон всех, кто имеет отношение  к информационным технологиям. Этот термин появился лишь в 1973 году, когда  все та же IBM представила модель 3340, имевшую неофициальное название "Винчестер". Это был 60-ти мегабайтный  жесткий диск, состоявший из четырех 14-ти дюймовых пластин. Нужно сказать, что физический размер накопителей  на ранних этапах развития компьютерной индустрии был далеко не самым  важным фактором при их проектировании и производстве, так как основной упор делался на емкость и скорость. Однако со временем достаточно остро встал вопрос об уменьшении размеров жестких дисков. И вот через 6 лет после выпуска "Винчестера", в 1979 году, IBM была анонсирована модель 3310 - первый жесткий диск с 8-ми дюймовыми пластинами. Этот форм-фактор пришел на смену 14-ти дюймовому, который являлся стандартом де-факто на протяжении почти 10-ти лет. Практически вслед за этим событием (в 1980 году) Seagate представила жесткий диск ST-506, имевший форм-фактор 5,25 дюйма (5 мегабайт, 4 пластины). Достижение столь малых по тем временам размеров накопителей позволило использовать их в первых персональных компьютерах. Данный форм-фактор приобрел небывалую популярность и использовался в ПК на протяжении многих последующих лет. Даже появление в 1984 году первого жесткого диска с более прогрессивным размером 3,5", ставшим в последствии одним из важнейших стандартов всей индустрии информационных технологий, практически не повлияло в тот момент на ситуацию на рынке, где продолжали доминировать 5,25" устройства.

Компанией, представившей первый 3,5" жесткий диск была небольшая шотландская  фирма Rodime plc. Модель называлась RO352, имела емкость 10 мегабайт и две 3,5" пластины. Практически сразу же после выпуска этого диска Rodime запатентовала данный форм-фактор, как свое изобретение. Патент был выдан без каких-либо препятствий и в тот момент никто из производителей жестких дисков не придал этому факту особого значения.

Практически одновременно с Rodime разработками в области 3,5" жестких дисков занимался Дервуд Кинси (Derwood Kinsey), основатель калифорнийской фирмы Evkin Corp. Но ряд просчетов в проектировании и отсутствие достаточного количества финансовых вложений сделали свое дело: ни один жесткий диск компанией Evkin Corp. не был выпущен.

Нужно отметить, что первоначально  этот форм-фактор использовался преимущественно  в портативных ПК, но со временем получил безоговорочное признание  и в среде их настольных собратьев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1                       Устройство диска.

 

Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся управляющая электроника, за исключением предусилителя, размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.

Под дисками расположен двигатель - плоский, как во floppy-дисководах, или встроенный в шпиндель дискового пакета. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует по периметру гермоблока и постоянно очищается фильтром, установленным на одной из его сторон.

Ближе к разъемам, с левой или  правой стороны от шпинделя, находится  поворотный позиционер, несколько напоминающий по виду башенный кран: с одной стороны  оси, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие  магнитных головок, а с другой - короткий и более массивный хвостовик  с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционера  головки совершают движение по дуге между центром и периферией дисков. Угол между осями позиционера  и шпинделя подобран вместе с расстоянием  от оси позиционера до головок  так, чтобы ось головки при  поворотах как можно меньше отклонялась  от касательной дорожки.

В более ранних моделях коромысло  было закреплено на оси шагового двигателя, и расстояние между дорожками  определялось величиной шага. В современных  моделях используется так называемый линейный двигатель, который не имеет  какой-либо дискретности, а установка  на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках, что дает значительное увеличение точности привода и плотности  записи на дисках.

Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло  начинает поворачиваться в соответствующую  сторону с соответствующим ускорением; динамически изменяя ток в  обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая система  привода получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с диффузором громкоговорителя.

На хвостовике обычно расположена  так называемая магнитная защелка - маленький постоянный магнит, который  при крайнем внутреннем положении  головок (landing zone - посадочная зона) притягивается к поверхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так называемое парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь с нею. В ряде дорогих моделей (обычно SCSI) для фиксации позиционера предусмотрен специальный электромагнит, якорь которого в свободном положении блокирует движение коромысла. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

В оставшемся свободном пространстве размещен предусилитель сигнала, снятого  с головок, и их коммутатор. Позиционер соединен с платой предусилителя  гибким ленточным кабелем, однако в  отдельных винчестерах (в частности - некоторые модели Maxtor AV) питание обмотки подведено отдельными одножильными проводами, которые имеют тенденцию ломаться при активной работе. Гермоблок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением. В крышках гермоблоков некоторых винчестеров специально делаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой, которые служат для выравнивания давления внутри и снаружи. В ряде моделей окно закрывается воздухопроницаемым фильтром. У одних моделей винчестеров оси шпинделя и позиционера закреплены только в одном месте - на корпусе винчестера, у других они дополнительно крепятся винтами к крышке гермоблока. Вторые модели более чувствительны к микродеформации при креплении - достаточно сильной затяжки крепежных винтов, чтобы возник недопустимый перекос осей. В ряде случаев такой перекос может стать труднообратимым или необратимым совсем. Плата электроники - съемная, подключается к гермоблоку через один - два разъема различной конструкции. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется и в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. На одних винчестерах программа процессора полностью хранится в ПЗУ, на других определенная ее часть записана в служебной области диска. На диске также могут быть записаны параметры накопителя (модель, серийный номер и т.п.). Некоторые винчестеры хранят эту информацию в электрически репрограммируемом ПЗУ (EEPROM).