СЪВРЕМЕННИ ТИПОВЕ ВЪНШНИ ЗАПОМНЯЩИ УСТРОЙСТВА
1. ЗАПОМНЯЩИ УСТРОЙСТВА С ОПТИЧНИ НОСИТЕЛИ
1.1. Дефиниции и общи сведения
ЗУ с оптични дискове са устройствата, при които записът и четенето
се извършва с помощта на лазерен лъч, прецизно фокусиран върху информационния
слой за запис-четене върху дискова повърхност. Информацията се записва
посредством маркери - с различна форма и по различни технологии- вдлъбнатини,
дупки, кратери, области с различен кристалографски състав и пр., разположени по
дължината на множество концентрични писти (при CD-ROM - постоянно разгъваща се
спирала). Маркерите с елементарни области върху работанат повърхност, които в
резултат на записа изменят и запазват трайно различие в оптичните си свойства
спрямо чистата повърхност, най-често различна отражателна способност(влошена
или разсейваща светлината на четящия лазерен лъч). По характер записът е
цифров, т.е. маркерите представят цифрова кодирана информация, независимо от
изходния цифров или аналогов вид на информацията по интерфейса с оптично ЗУ.
Примерна представа за устройството и принципа на едно оптично
устройство е представен на фиг.11.1. Лазерният източник, фотоприемника на
отразената светлина фокусиращият обектив и останалите елементи на оптичната
система най-често конструктивно са обединени в т.н. лазерна оптична глава. В
нея са разположени и изпълнителните механизми на следящата система, която
осигурява прецизно следене на информационната писта.
1.2. Класификации
·
WORM - с еднократен запис -
поради необратимост на процесите, съпътствуващи записа
·
R/W - презаписваеми, с
многократен запис
·
CD-R -
·
CD-ROM - само за четене, с
формата(конструктивен?) на аудио компакт-дисковете
·
многофункционални - в едни
участък само за четене, в друг и за запис
·
CD-RW –
·
DVD –
според размера на оптичния
диск - 12”, 8”, 51/4”, 31/2”
В много случаи се извършва предварително форматиране (набраздяване - pre-grooving и времеградуиране (time-stamping)) на
носителя, което позволява крайните потребителски оптични дискови устройства да
бъдат значително по-прости.
1.3. Предимства
а голяма информационна плътност,
неограничена напречна плътност, фокусиране на лазерния лъч в петно с размер от
порядъка на микрон, работа с много ниски нива на мощността на лазерните
източници(вкл. И при запис), липса на взаимно влияние и проблемите, свързани с
това, наблюдавани при магнитния запис;
а голям информационен обем при
сменяемост на носителите
а относителна ниска цена на
информационния носител(0.13$/MB срещу
1.25$/MB при твърдите магнитни дискове [Л.
]);
а възможност за евтино тиражениране
при CD-ROM технологията чрез пресоване;
а презаписваемите носители
допускат над 100 000 презаписа;
а бърз, директен достъп до голям
информационен обем(за разлика от лентовите, със съпоставими обем и специфична
цена на носителя);
а трайно съхранение на информацията,
десетки години наред(често практически вечно);
а липса на износване, поради
безконтактния способ на запис и четене(разстояние от 0.3...1 mm);
а без специални изисквания за
чистота на средата, поне от гледна точка на износването;
а не се страхуват от разсеяни
магнитни полета;
а поне в четенето, особено при 31/2”
устройства, съвместимостта между оптични дискове, записване и на различни
устройства и от различни производители и много висока, за разлика от дисковите
а възможност за многофункционалност
- например МОR/W са WORM съвместими;
възможност за съхраняване върху едни и същ тип носител на различни типове и
форми информация - аудио и видео, цифрова и аналогова
а не се отличават по конструкция
съществено от традиционната и добре усвоена от промишлеността технология при
дисковите ЗУ.
1.4. Недостатъци
· Необратимост на процесите при запис в повечето типове оптични ЗУ;
· много високи изисквания към качеството на работната среда - най-малки дефекти в нея водят до загуби на съществени обеми информация;
· сравнително бавен запис:
Ø многофазен - clear/write/verify, а напоследък(Panasonic) и двуфазен(без clear) - но все пак за фазата verify са необходими 30% от общото време на запис; известно подобрение дава кеширането(64КВ до 4МВ);(внм! - производителите в повечето случаи конфигурират устройствата с изключена фаза-опция verify, за да ускорят процеса на запис)
Ø оптиката и монтажът на лазерната глава са скъпи - те са обикновено едно цяло тяло - тежко и инертно(не се практикуват устройства с много лазерни глави, четящи едновременно, за ускоряване на достъпа, така както се прави в съвременните магнитно-дискови устройства), така че времето за позициониране е сравнително голямо; напоследък се практикува така наречената процепна глава, при която лазерът източник едната призма и фотосензорът са фиксирани, а втората призма и лещите са подвижни и позиционират по пистите;
Ø Ограничение на максимално допустимата скорост на запис, реализиран обикновено чрез нагряване в областта на маркера - един инертен процес;
· липсата на достатъчна стандартизация, както в размерите на носителите, така и във форматите на данните, интерфейсите, драйверите, свързания с ползуването им софтуер.
1.5. Основни физични принципи
Същност на записа - излъчваната от лазера еднородна
немодулирана светлина Б се модулира от информацията за запис А и се превръща в
светлинен поток С, който се фокусира за
запис върху повърхността на пистата. Могат да бъдат модулирани най-различни
параметри: - интензитет, периодичност, фаза, поляризация, обемни параметри.
Най-съществено при оптичните запомнящи среди е свойството им надеждно да
регистрират и съхраняват резултата от въздействие на модулирания лъч при
записа.
Обобщената схема при запис е показана на фиг.11.2.
Фиг.11 .2. Схема на тракт запис
при оптични ЗУ
При четен върху регистриращата среда въздействува немодулиран
светлинен поток А с малък интензитет (фиг.11.3.), за да се избегнат нежелателни
изменения в свойствата на средата(изтриване, презапис). Регистриращата среда
променя някой от параметрите на отразената светлина в степен, да бъде извлечена
модулираната в нея информация.
Фиг.11.3. Тракт четене при оптични ЗУ
Повечето от съвременните
оптични устройства за многократен запис работят на магнитооптичен принцип.
Лазерният лъч с достатъчна мощност нагрява точката на маркера до състояние, в
което външно магнитно поле с подходяща ориентация, приложено чрез магнитна
глава от обратната страна на диска,
може да преориентира магнитните частици на материала(ефект на Кер). При
изстиването тази ориентация се запазва и в зависимост от посоката си отразява
по различен начин светлината от маломощния лазер при четене. Освен това тя не
се влияе от външни магнитни полета.
Фирмата Panasonic използува друга технология, наречена запис с промяна
на фазата на материала, основана на промяна на структурата - кристална или
аморфна, в зависимост от нагряването на лазерния лъч в областта на маркера.
Отразяването при четене е различно при различната структура на материала..
1.6. Блокова схема. Основни възли и системи
Блоковата схема на типично
оптично ЗУ (с многократен запис) е показана на фиг.11.4.
Фиг.11.4. Блок схема на оптично ЗУ с многократен запис
Следящи системи в оптичното
ЗУ за:
· фокусирането на лазерния лъч - компенсира аксиалното биене на диска;
· радиално следене на пистата;
· грубо позициониране(подаване) на оптичната глава;
· управление на скоростта на въртене на шпиндела;
· корекция на постъпващите от диска данни(тангенциална?);
· поддържане на средната мощност на лазерния източник.
Придвижването на каретката
може да бъде със стъпков или линеен двигател, както при дисковите ЗУ, но тук
главата е по-голяма, а разстоянието от писта до писта е по-малко, което
задължително налага разделянето на позиционирането на две части - грубо и
финно, аналогично на дисковите устройства с висока напречна плътност на
разполагане на пистите(технология ”сервоповърхност”).
Типичната скорост на въртене
на оптичния диск беше 2400 rpm, но напоследък повечето производители преминават
към 3600rpm, като има устройства и с 5400rpm.
Вземат се специални
конструктивни мерки за предпазване от проникване на прах до оптичния диск на
сменяемата касета - добро затваряне на носителя, отделяне от системата за
принудителното охлаждане от и др..
Съществуват устройства с
двустранни глави - с три лазерни лъча - за запис, четене и verify(Fujitsu
[Л. ]).
Нов MOST механизъм - с 256МВ при 31/2” устройства ?
1.7. Параметри и характеристики
· информационен капацитет на диска
· размери, съответствие със стандартите,
· интерфейс - SCSI -2, MAC и PC-AT,
· internal, external
· формати
· средно време за достъп до информацията
· скорост на обмен
· честота на поява на грешки след корекцията
Constant Linear Velosity
1.8. Интерфейси и стандарти
1.9. Формати на информацията
1.10. Библиотеки от оптични и МО устройства и носители. Роботизирани библиотеки
1.11. ОБЛАСТИ НА ПРИЛОЖЕНИЕ. ЙЕРАРХИЯ НА ПАМЕТИТЕ
архивиране; GB и TB архиви
дистрибуция на софтуер,
шрифтове,
сменяем и универсален
носител за пренасяне на големи масиви информация - DTP, бази данни
системи за бърз достъп до
големи масиви информация, например МУлтимедия
документо-обработващи
системи и системи за обработка на изображения
2. WORM
3. CD-ROM
Използуват се
стандартни4,72” компакт диск с записана във файлова организация цифрова
информация. Обемът и достига 540-680МВ потребителска информация, време за
достъп в диапазона 280-350ms и скорост на обмен 150, 300 и вече достигаща до
600КВ/s (при CD-ROM с повишена скорост на въртене).
В стандартния CD-ROM диск производителят е нанесъл чрез пресоване
шаблон от писти и маркери в прозрачен поликарбонатен слой, на чийто гръб е
нанесен отражателен алуминиев слой, слой от лак и етикета на производителя.
Устройството чете диска от обратната страна, чрез подложката. Слоят на
подложката на записващия CD-ROM (CD-R) диска е покрит с органичен слой за
запис, слой злато и слой лак.
CD-ROM дисковете използуват
непрекъсната спирална писта със сектори с еднаква дължина.
Типичният CD-ROM дисков
сектор може да съдържа или 2048B с коригирани от грешки данни или 2336B
некоригирани данни. Ако се освободим от корекцията на грешки(което се
препоръчва само за най толерантните аудио или видео данни) разширява дисковият
капацитет с повече от 50МВ.
High Sierra - група фирми (Philips,
Hitachi, Sony и др.), активни в
областта на CD-ROM, дефинирала първите стандарти в тази област, приети по-късно
като ISO9660 - за организацията на
данните(файлова и томова структура) върху CD-ROMа и за спецификацията на
драйверния софтуер за контролера.
Метод за запис multisession и стандарт XA (eXtended Architecture)
специфицират изисквания към CD-ROM устройствата, наложени от технологията Kodak Photo
CD на фирмата Eastman Kodak.
Тя предвижда върху диска да могат моногократно да се дописват в цифров вид
кадри от фотолента, дигитализирани във формата Photo CD чрез специални CD-ROM
записващи устройства (? или специални приспособления във фотостудио или чрез
специални фотоапарати?).
1976 - Philips, Sony - CD-DA
- Compact Disc - Digital Audio
1982 - Red Book -
спецификация за CD audio, дефинираща размер на носителя, физичен формат,
разполагане на данните, корекция на грешки, скорост на въртене на диска и др.
Параметри; допуска запис и на звукови писти(2...99); ограничено количество
текст и графика с обем до 20 МВ (CD-plus-Graphics - CD+G)
1983 - Yellow Book -
спецификацията за CD-DA се разширява
върху физическия формат на оптичните дискове тип CD-ROM; цифрови данни, с
ограничени възможности за звук и графика и с капацитет 600МВ; за по-голяма
сигурност, в добавка на CIRC (Cross-Interleaved Read-Solomon кода, стандартен
за CD audio, се отделят повече битове за EDC(Error Detection Code) и
ECC.
1986 - Green Book - (Philips) - CD-I (Compact Disk-Interactive) -; използува
формата на данните, съответствуващ на Mode 2 при ISO9660 CD-ROM, но с
дефинирани две секторни форми - Form 1 - идентична на Mode 1 и Form 2 -
идентична на Mode 2. С това се дава възможност за вмъкване/физично размесване
на аудио (моно и стерео звук по стандарта CD-DA или
с трите нива - A,B и С на модулация
ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modullation), еквивалентни на
високопрецизния New Vynil Record, FM и AM(20 часа продължителност) радио записи),
видеоданни(над 6000 компютърни графики в 256 цвята,
компресирани чрез таблиците CLUT(Colour Look-Up Tables), над 6000 професионални
фотографии с ефективно неограничен диапазон на цветовете, компресирани с метода
DYUV(Delta YUV) и текст,
необходимо за работа в реално време. Стандартът
позволява например постигането на анимация в реално време от RLE(Run-Lenght
Encoding) кодирани образи CLUT и изцяло цветови RGB образи от пълноекранно
напълно подвижно видео с качество Super VHS и стерео звук на ниво В с
продължителност 72 минути. Тази дефиниция на Mode 2 се ползува и в
редица по-нови стандарти, като CD-ROM XA, Photo CD, CD WO.
1986 - ECMA-119 - по
предложението на HSG
1987 - IEC 908 за CD - DA
1987 - ISO9660 - допълващ физическия
стандарт Yellow Book
1988 - ECMA-130 ISO/IEC DIS 10149- допълва ISO9660 и ECMA-119
- CDV - формат на LaserVision, за аналогови устройства
1987 - DVI(Digital Video Interactive) - RCA, погълната от General
Electric; по късно разработката поета от Intel и IBM(1993 г. разработката е
прекратена)
1993 - Philips Interactive
media Systems обяви допълнението на
CD-I за напълно подвижно цифрово
видеоFMV(Full-Motion Video) - FMV/CD-I или CD-I/DV
- FSFM
Video CD на Nimbus Technology and Engineering за
формати с единична и двойна напречна плътност (79 и 135 минути FMV)
- Karaoke CD - White Book - възприет от Philips, Sony, JVC и Matsushita - подформат на CD-I и специален CD-ROM XA с компресия MPEG1 (Motion Picture Experts Group)(ниво на компресия до 100:1 при скорост на предаване 1.2Mb/s); осигурява 74 минути FMV за страна на диск;
- CD-ROM XA - е разширение на CD-ROM в посока CD-I, мост
между двата формата. Philips и Sonyр подкрепено от Microsoft(1988). Използува
някои от звуковите формати на CD-I (ADPCM
нива B и С), смесването и
синхронизиране на различни типове данни в реално време (цифрови данни, текст, звук, картини) чрез вмъкнати редуващи се
сектори Mode 2 Form 1 и M2 F2.
- Bridge/Multifunctional Disks - могат да се ползуват и на CD-I
и на CD-XA устройства чрез специфичен софтуер. Такива са Kodak Photo
CD и
Video CD.
- CDTV ММ система на Comodore;
1993 - заменена с Amiga CD32
(битова система-възпроизвеждащо устройство за игри
с мишка, клавиатура и джойстик и включвано към битов телевизор);
1992 - VIS(Visual
Information Sysytem) на Tandy - битова развлекателна платформа, базирана на
технология CD-ROM, но с нестандартен интерактивен диск, поддържащ обаче и
CD-ROM XA и Photo CD.
1986 - Philips и Sony - CD-WO
спецификация(проект)(CD-WO);
1988 - предложение а
физически стандарт
- Orange Book (Раздел II); разширение на Yellow Book с
добавени възможности за мултисесиен запис (Appended CD-WO)
- Frankfurt Group - разработва проект за логически формат за
CD-WO дискове - ECMA 168 - Draft, с
тенденция да бъде замене ISO9660. Ще обединява стандарти за дискове изцяло за
еднократен запис и и смесени (само за четене и част от диска и за еднократен
запис). Стандартизира аналогични на другите CD
формати геометрични размери, скорост на сканиране, методи за кодиране,
структура на данните, , набраздени зони, върху които може да се записват данни
във форматите CD-DA/CD-ROM и с капацитет 600MB.
1991 - Photo CD - мултисесийна CD
платформа на Kodak за съхранение на до 100 висококачествени фотографски
кадъра от 35 мм филм с 4 пъти по-висока разрешаваща способност от тази при
HDTV. Форматът е специфициран в Orange Book. Чете се от CD-XA съвместими
устройства. Предложени са нови 4 варианта и нов цветови формат Photo YCC(с
алгоритъм за компресия, различен от JPEG (Joint Photographic Experts Group)).
Оригиналният вид може да съхранява и данни, но не е предвидено съхраняване и
възпроизвеждане на звук.
3.1. Технологии и стандарти
3.1.1. Механизъм на четящото устройство
3.1.2. Производителност на четящото устройство ?
4. CD-Recordable
5.
CD-RW
6.
Презаписваеми
магнитооптични устройства
7.
DVD
8.
Fero