Реферат: Новые технологии хранения информации
· 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.
2.1.2 Система самоуничтожения для DVD дисков
Не совсем понятную новость только что сообщило новостное агентство "Reuters". Flexplay разработал интересную систему борьбы с недобросовестными обладателями DVD дисков. Как известно, по законодательству, прокат DVD дисков (hiring), и не только их, запрещен. Технология уже будет внедрена в жизнь в августе этого года компанией Disney.
Диски прекратят функционировать, когда процесс, названный Ez-d, сделает их неработоспособными. Как только диск вытаскивается из упаковки, он может быть использован только в течение приблизительно 48 часов. Взаимодействие поверхности диска с кислородом через данный промежуток времени создает особый слой на поверхности диска, из-за которого процесс чтения становится невозможным.
Однако, при наличии известного ПО можно просто скопировать содержимое диска на HDD за время пока он работает как обычный носитель. С другой стороны - куда деваться честным покупателям?
2.2 Divx
Компания Digital Video Express разработала новый формат Divx-диска для однократной записи кинофильмов. Разработка этого формата связана с организацией системы временного видеопроката, когда купив диск, не придется возвращать его назад. Его можно будет воспроизводить только на Divx-проигрывателях в течение двух суток с момента его первого воспроизведения. О своей поддержке этого формата заявили такие крупные голливудские компании, как Disney, Dream-Works, Paramount, Universal и другие.
Этот диск не совместим с домашними DVD-проигрывателями, подключаемыми к телевизору. Divx - это название системы, установленной непосредственно в проигрывателе, которая позволяет потребителям в течение двух дней пользоваться правом на прокат видеофильма независимо от даты покупки диска. Идея Divx состоит в том, что она обеспечивает нарушение записи на диске. Право проката видеофильма на новый срок можно приобрести через модемную линию связи, подключенную к проигрывателю для обмена информацией с сервисным центром Divx Central и отслеживания счетчика. Внедрение данного формата в нашей стране не представляется возможным ввиду того, что для просмотра Divx-дисков требуется дорогостоящее оборудование, постоянная телефонная связь с центром, да и цена диска предположительно составит около 6 долл.
2.3.1 FMD ROM - накопители третьего тысячелетия
По каким же параметрам FMD ROM будет превосходить DVD?
Первый параметр - соотношение размер/емкость. Тут "fluorescent multilayer disk" вне конкуренции. Разработчики заявляют, что уже сейчас первые прототипы способны вмещать при размере диска 12 см в диаметре, то есть на стандартном 5 дюймовом носителе до 140Гб. Это при десяти слоях. А в ближайших планах компании C3D есть желание, как минимум удесятерить число слоев. При этом становится вполне реальной возможность создания сменных носителей информации емкостью в десятки терабайт. Та емкость, которую на сегодняшний день можно получить лишь при использовании громадных дисковых массивов, занимающих подчас целые шкафы и даже комнаты, будет обеспечиваться компактным диском, который с легкостью умещается в кармане!
Насчет скорости доступа еще очень мало данных. Разработчики обещают, что этот параметр будет намного выше, нежели у DVD. Хотелось бы верить, ведь иначе, с существующими скоростями, при работе с терабайтными массивами информации даже простые операции, например, перечитка диска, может затянуться на несколько часов. Новые гигантские объемы требуют и соответствующих скоростей доступа.
Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то и тут FMD ROM не имеет себе равных. Ведь он представляет собой практически кусок пластмассы, вернее полимерную матрицу с фотохромным веществом, но по стоимости, это просто пластиковый диск. И ни каких затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных слоев, как в DVD. Собственно и никаких слоев в привычном смысле этого слова нет, но об этом в следующей главе.
2.3.2 О принципах функционирования FMD ROM.
Внешний вид FMD ROM. Как вы видите диск совершенно прозрачный, хотя и имеет формат обычного CD или DVD диска. В отличие от обычного CD-ROM, в котором отражающий алюминиевый слой нанесен на выдавленную подложку из полимера, из-за чего он собственно и непрозрачен, диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на некоторые условные области названные разработчиками "слоями" (layer). Эти "слои" не являются слоями в привычном смысле, это скорее параметр форматирования диска, ближайший аналог - это сектора и дорожки для магнитных носителей. Толщина этих слоев строго фиксирована, и это не случайно. Чтобы понять, почему разработчики выбрали именно эту толщину каждого из слоев, надо рассмотреть принципы записи/считывания информации на FMD ROM.
В оптических носителях (CD, DVD, магнитооптика) во время чтения луч полупроводникового лазера отражается от слоя с записанной информацией.
Отраженный луч затем фиксируется детектором - приемником. Грубо говоря, считывание идет по принципу: попал или не попал луч в приемник. Максимальная удельная емкость диска определяется размером светового пятна от лазера, которое в свою очередь зависит от длины волны (у красных лазеров - 650нм). Можно использовать два слоя, причем сделать один из слоев прозрачным для излучения с определенной длиной волны, как это реализовано в DVD. Но два слоя - это предел, больше сделать очень сложно, так как нужны очень точные фокусирующие системы, которые будут работать только в лабораторных условиях. Разумеется, массовое производство таких систем является невероятно дорогим и нерентабельным. Да и вообще, технология отражающих слоев подошла к своему пределу развития.
Но вот создатели технологии многослойных дисков, компания C3D, нашли способ обошли проблему множественной интерференции между слоями и потери самого луча в многослойных дисках. И технологически это выглядит очень красиво и остроумно.
Разработчиками FMD было предложено следующее решение: материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как подложка в DVD или CD, а излучает! Использовано явление флуоресценции, то есть, при освещении активирующим излучением (в данном случае полупроводниковым лазером с определенной длиной волны) вещество начинает излучать, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину. Причем величина сдвига зависит от толщины слоя. Таким образом, выбрав такую толщину слоя, что бы спектр отраженного света получается смещенным относительно длины волны излучающего лазера на строго определенную величину, например на 30 или 50 нм, можно с высокой достоверностью записывать информацию вглубь диска и впоследствии считывать ее без потери данных.
Для FMD ROM разработчиками так же предложено название "трехмерный диск", и в данном случае это вполне оправдано.
Таким образом, плотность записи будет зависеть и от чувствительности регистрирующего детектора. Чем меньше то дополнительное излучение флюоресцирующего вещества, добавляющееся к частоте рабочего лазера, который удастся зафиксировать, тем большее число слоев можно вместить в один диск.
Излученный свет от флуоресцентного слоя некогерентен и хорошо контрастирует с отраженным светом лазера, что является дополнительной гарантией надежности считывания, ведь без отражений все равно не обойтись, они будут происходить от 
поверхности диска и других записанных слоев. Качественное ухудшение сигнала в обычных (отражающих) многослойных дисках нарастает с увеличением числа слоев, но вот в случае с флуоресцентными дисками это ухудшение происходит гораздо медленнее. По заявлению разработчиков FMD ROM, даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения полезного сигнала. Используя синий лазер (480нм) можно увеличить плотность записи до десятков Терабайт на один FM диск. Вполне возможно создание диска с 1000 слоями - это уже субмолекулярные размеры. Теоретически возможно создание пятна размером в несколько молекул, проблема лишь в том, как зафиксировать столь малое флуоресцентное излучение.
Одна из главных особенностей этой разработки - возможность параллельного чтения слоев (т.е. последовательность бит будет записана не по "дорожкам", а по слоям) - скорость выборки данных в этом случае должна быть очень высокой. Вот уж действительно "3-х мерный диск".
На фотографии - привод для таких дисков, пока, разумеется, только прототип.
Ну вот, с чтением разобрались, а как обстоят дела с записью? Принцип записи на FMD ROM основан на явлении фотохромизма. Фотохромизм - это свойство некоторых веществ под действием активирующего излучения обратимо переходить из одного состояния в другое, при этом изменяя свои физические свойства (например, такие как цвет, появление/исчезновение флюоресценции и т.д.). Материал, из которого состоит FMD ROM содержит специальную фотохромную субстанцию, которая циклизуется под воздействием лазерного луча определенной длины волны, превращаясь в необходимый устойчивый флуоресцент. Обратная реакция рециклизации, приводящая к исчезновению флуоресцентных свойств (операция стирания), происходит под действием лазера с другой длиной волны. Стирающая частота лазера выбирается с таким расчетом, чтобы она не встречалась в повседневной жизни, во избежание потери данных. Ну, и естественно читающий лазер, ни в коем случае не должен вносить изменения в данные, хранящиеся на диске.
Наиболее ценными фотохромными свойствами обладают соединения под названием фульгиды, поэтому можно предположить, что используемый в FMD ROM фотохром принадлежит именно к этому классу.
Общая формула фульгидов:
Вообще идея использования фотохромов в качестве носителей информации не нова. Ей примерно тридцать лет. И лишь теперь эта идея была реализована на практике.
2.4.1 Технология Blu-Ray - преемник DVD
Так уж повелось, что эволюция в области компьютерных технологий происходит быстрее, чем в остальных технических отраслях. И с течением времени период, за который мощность компьютера удваивается, становится все меньше и меньше. До 1 ГГц процессоры шли 22 года, а до 2 ГГц - всего лишь полтора. Объем винчестера растет как на дрожжах, 160-180 гигабайт - это уже обыденность, а ведь совсем недавно для достижения таких объемов конструировались целые RAID-массивы из десятков жестких дисков. Миниатюризация, увеличение быстродействия, скорости передачи данных, увеличение плотности записи - вот что мы слышим каждый день, вот что появляется каждый день на новостных страницах Интернета. Объемы, скорости, частоты - все это удваивается, учетверяется, удесятеряется и все это никого уже не удивляет. Но есть область, в которой на фоне успехов на других фронтах до последнего времени царил, казалось бы, полный застой. Это область сменных носителей информации.
Действительно, в этой области, как и двадцать лет назад продолжает лидировать старичок CD-ROM. Правда, за эти годы он подрос с 650 Мб до 700 Мб, а благодаря стараниям TDK местами даже и до 800 Мб, но, увы, в наш насыщенный информацией век такие объемы становятся явно недостаточными. Столь долгой жизнью CD-ROM обязан не в последнюю очередь форматам сжатия звука (MP3) и видео (MPEG4, DivX;-)), благодаря которым в столь мизерный объем стало возможным запихивать огромные массивы музыки и целые фильмы. Конечно, качество страдает, но народ у нас невзыскательный и в конечном итоге все равно выходит качественнее и долговечнее, чем переписанные аудио и видеокассеты.