yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Математика і інформатика->Содержание->6.5.4. Оптические и магнитооптические накопители

Архитектура компьютеров

6.5.4. Оптические и магнитооптические накопители

Все оптические устройства можно разделить на два класса:

1)   накопители, предназначенные для записи информации пользователем и ее хранения (устройства с однократной записью –WORM и перезаписываемые);

2)   CD-ROM: оптические и магнитооптические.

 

CD-ROM

Процесс изготовления самого компакт-диска состоит из нескольких этапов:

1)         подготовка информации для компакт-диска (первых образцов);

2)         изготовление мастер-диска и матриц;

3)         тиражирование компакт-дисков.

Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками.

Цифровая информация представляется чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет участков. Копии мастер-диска (матриц) используются для прессования самих компакт-дисков. Тиражируемый компакт-диск состоит из поликарбонатной основы, отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется напыленный алюминий.

В отличие от винчестеров, дорожки которых представляют концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. На CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.

В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов:

-             лазерный диод;

-             сервомотор;

-             оптическая система;

-             фотодекодер.

Считывание информации с компакт диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодекодер, интерпретирующий это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается – фотодекодер фиксирует двоичный нуль.

Компакт-диск в своем приводе вращается обычно с переменной угловой скоростью (CAV), чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV). Чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных – с уменьшенным числом оборотов. Этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным.

Скорость передачи данных для привода, определяемая скоростью вращения диска и плотностью записанных на нем данных, составляет не менее 150 Кбайт/с. сейчас используются приводы. Которые используют технологию увеличения скорости вращения диска в несколько раз (например, в 2, 4, 8, 24, 32 – в этих случаях скорость передачи достигает 300, 600, 900 Кбайт/с и т.п.)

CD-R

Накопители CD-R позволяют единожды записать информацию на диск и многократно ее считывать. Различие технологий CD-R и CD-ROM заключается в том, что при записи данных на поверхности диска в первом случае не выжигаются углубления. Диск покрыт специальным термочувствительным слоем красителя с такими же отражающими свойствами, как и у алюминиевого покрытия CD. При записи информации облучаемый лазерным лучом участок поверхности диска изменяет свой цвет. Потемневшие участки называют «питами». Они начинают рассеивать свет точно так же, как углубления на мастер-диске обычного CD. Считывающий лазер стандартного накопителя CD-ROM воспринимает эти участки как псевдоуглубления с меньшим уровнем интенсивности отражаемого света.

СD-RW

На смену CD-R технологии пришла технология СD-RW- перезаписываемых CD. Эта технология объединяет элементы технологий двойного изменения фазы вещества и CD-R.

Структура СD-RW, в отличие от CD-R, более многослойна. Регистрирующий слой у него выполнен из специального металлопластика, отражающие способности которого обратимы. Этот слой формируется при при изготовлении диска из нескольких кристаллов, хорошо отражающих свет. Устройства записи СD-RW при помощи высокомощного лазера расплавляют небольшой участок этого слоя. После расплавления материал застывает в аморфном состоянии, в котором он отражает свет гораздо хуже, чем в кристаллическом. Средняя мощность лазера используется для нагрева этого слоя до температуры, которая хотя и ниже точки нагрева, но достаточно высока для того, чтобы аморфные участки опять перешли в кристаллическое состояние с высоким коэффициентом отражения. Слой металлического сплава с фазовым переходом находится между двумя диэлектрическими слоями.

Эта технология позволила многократно записывать и стирать диски СD-RW. Стирание может происходить прямо при записи новых данных.

DVD

По мере совершенствования технологии создания СD приводов, возникла потребность в увеличении емкости оптических носителей информации. В 1995 году был предложен новый универсальный формат записи данных на CD DVD.

В соответствии с первоначально принятым стандартом, DVD-диск является односторонним и может содержать до 4,7 Гбайт информации. Диск формата DVD имеет диаметр 120 мм. В накопителе нового стандарта рабочая длина волны излучения лазера снижена с 0,78 (инфракрасный диапазон) до 0,63 – 0,65 нм (красный диапазон). Это обеспечило возможность уменьшения размеров питов (отражающих выступов/впадин) практически в два раза (с 0,83 до 0,4 мкм), а расстояние между дорожками записи – с 1,6 до 0,74 мкм.

Изменилась не только физическая плотность размещения информации на диске, но и способы ее представления. Новый способ записи EFM+ отличается от EFM иным алгоритмом преобразования данных и требует ввода на границе следующих друг за другом 14-ти разрядных кодов не трех, а двух дополнительных битов. Переход к EFM+ кодированию добавляет еще 6 % к объему диска. Скорость передачи данных в таких накопителях достигала 1108 Кб/с.

Спецификация DVD сначала разрабатывалась для одностороннего однослойного диска, затем появилась конструкция двухслойного диска емкостью 8,5 Гбайт. Следующим шагом в развитии технологии DVD явилось создание двухсторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этом емкость дисков доведена до 9,4 и 17 Гбайт соответственно.

В накопителях DVD используется более узкий луч лазера, чем в приводах CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в два раза (до 0,6 мм). С учетом того, что общая толщина диска должна оставаться неизменной (1,2 мм), под предохранительный слой был помещен укрепляющий. На укрепляющем слое также стали записывать информацию, что привело к появлению двухслойных DVD. Когда лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой диска. По окончании считывания информации с первого слоя, по команде контроллера, меняется фокусировка луча лазера. Луч фокусируется в плоскости второго (наружного) полупрозрачного слоя для дальнейшего считывания данных.

Для доступа к данным на второй стороне двухстороннего диска приводы DVD оснащены двумя независимыми считывающими системами. Двухсторонние диски состоят из двух углеродных пленок для хранения данных, находящихся по обеим сторонам отражающего слоя, поверх которых может быть нанесено еще и по полупрозрачному слою. Такие диски имеют недостатки – двухсторонние диски более чувствительны к повреждениям поверхности, поскольку в них как углеродная пленка, так и отражающие слои тоньше; двухсторонние диски DVD требуют использования специальных голографических меток.

Магнитооптические устройства

Существуют два весьма отличающихся вида устройств, использующих комбинацию магнитных и оптических явлений:

1)        МО диски используют для записи информации как лазерный луч, так и магнитное поле (считывание производится с помощью лазера);

2)        МО диски используют чисто оптическую технологию для позиционирования головки, и чисто магнитную технологию чтения/записи данных

Все магнитные устройства хранения данных, включая МО, в качестве записываемой среды используют материал, который может быть постоянно намагничен в одном из двух направлений. МО диски создаются на основе магнитной среды, имеющей в 10 раз большую коэрцитивную силу. Это означает, что после записи диск МО становится практически невосприимчивым к воздействующим на него магнитным полям. Однако у всех сохраняющих намагниченность материалов коэрцитивная сила падает с ростом температуры. Более того, при достижении критической точки (температуры Кюри), материал перестает быть постоянным магнитом. Однако после охлаждения материала ниже критической температуры, его магнитные свойства возвращаются.

В результате, если достаточно сильно нагреть поверхность МО диска, можно легко задать ориентацию его намагниченности с помощью небольшой записывающей головки. Световой импульс сфокусированного лазера быстро разогревает магнитный материал до температуры Кюри. Одновременно с этим записывающая головка генерирует магнитное поле, достаточное для изменения ориентации намагниченности данной точки.

Техника чтения данных с МО диска использует следующее свойство магнитной среды для записи: ее способность изменять поляризацию света. Лазерный луч состоит из света одной длины волны, двигающегося в одном направлении. Кроме того, он может быть сильно поляризован, т.е. магнитные поля каждого кванта света параллельны друг другу (и перпендикулярны направлению распространения луча). При отражении такого луча от намагниченной поверхности магнитные поля всех фотонов немного повернутся в направлении, зависящем от ориентации магнитного поля того участка поверхности, от которого отразился луч.

Возвращающийся луч проходит линейный поляризатор, который будет пропускать почти все фотоны, отразившиеся от участков с одной ориентацией, и практически ни одного фотона, отразившегося от участка с противоположной ориентацией намагниченности. Отмечая скачки в амплитуде отраженного луча, можно, в результате, считывать ориентацию магнитного поля на поверхности среды.

Современные МО устройства имеют два стандарта размеров: 5 дюйма и 3 дюйма. Объем столько же, сколько у CD дисков. МО диски заключены в гораздо более прочные и толстые картриджи, чем трехдюймовые дискеты.

Новый тип МО дисков

Дисковод Floptical представляет собой обычный дисковод с дополнительной аппаратурой для оптического позиционирования. У него есть две головки: одна – традиционная головка записи/чтения для любых трехдюймовых дискет; другая головка намного меньше и изначально предназначалась для использования жестких дисков. Оптические компоненты заимствованы из стандартных дисководов CD. Технология LS120, названная по имени среди используемой для высокоплотной записи, может хранить до 120 Мбайт на одной 3-дюймовой дискете.

 

 

35