Реферат: Оптические и магнитно-оптические накопители

невозможно "дописать" диск, если на нем осталось свободным менее 20 МБ.

Перспективные типы CD

Существующие сегодня CD-ROM "родились" от аудиодисков, технологическая готовность выпуска кото­рых существует уже более 15 лет. За это время возникли и новые технологические возможности, и доста­точный рынок для создания устройства, ориентированного на эффективное хранение данных, и удобные средства доступа к ним. Возможности формата, основанного на Красной книге, почти исчерпаны (одно только хранение оглавления в Q-фрейме подканала при пустующих секторах рубит под корень возможности использования небольших сеансов). Естественно, что мир стремится к созданию более современных CD. Такие CD давно ждут на рынке, для них не только придумали название (High Density Compact Disk - HD CD), но и успели поменять его на MMCD (MultiMedia CD). Ожидается, что за счет уменьшения длины волны считывающего лазера удастся уменьшить размеры пита и расстояние между дорожками. В совокуп­ности с улучшением структуры хранения информации и более современными средствами коррекции оши­бок, возможно, удастся достичь емкости 3,7 ГБ на диск. Еще большую емкость обещает мультиповерхност­ная технология, при которой запись осуществляется на нескольких (для начала на двух) слоях, расположен­ных один над другим. Выбор считываемого слоя обеспечивается фокусировкой луча именно на нем, а чрез­вычайно короткофокусная оптика позволяет уменьшить помеху от другого слоя до приемлемой величины.
Ресурсы расширения возможностей CD станут немного понятнее после знакомства с устройством накопи­теля и различными вариантами построения его узлов.

DVD диски

О том, что обычные CD-ROM диски, рожденные для записи звука, не так уж хорошо подходят для ком­пьютеров общеизвестно. После нескольких лет обсуждения (и до­вольно жесткой конкуренции) различных вариантов улучшенных оптических дисков, имевших звучные на­звания 15 сентября 1995 года было наконец достигнуто принципиальное согласие между различными груп­пами разработчиков о технических основах создания нового диска. В 1995г. (8 декабря) крупнейшие производители CD-ROM приводов и связанных с ними устройств (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) подписали окончательное соглашение, утвердив не только «тонкости» формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk). Впрочем споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk - цифровой многофункциональный диск. Экстремисты полагают даже, что DVD следует рас­сматривать просто как «новое слово» в английском языке. И возможно они правы, если судьба новинки бу­дет так успешна, как предвещают и вызовет революцию не только в вычислительной технике, но и в быто­вой электронике.

Отсутствие единого понимания как технических, так и юридических характеристик нового изделия за­трудняет подготовку производства. Несмотря на быстро расширяющийся круг участников лицензионных соглашений и начало выпуска первых устройств, прошедший в США 10-11 ап­реля 1996 года «Первый DVD форум» также не дал окончательной редакции стандартов нового носи­теля информации. Однако, массовый выпуск DVD устройств фактически уже начался в четвертом квартале 1996 года.

DVD - сколько, где и как

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая про­стая из них похожа на обычный диск, отличающийся только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1.2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0.6 мм). Вторую половину составляет плоский верхний слой (рис. 10). При этом емкость такого диска достигает 4.7 Гбайт, что обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). При этом без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на не­скольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное - рис. 11), то суммарная емкость составляет 8.5 Гбайт (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью уменьшить взаимные помехи при считы­вании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт!

Рис.10. Структура простого DVD

Рис.11. Двухслойный DVD

Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видео индустрию. Недаром значительная часть споров и задержек с производством устройств DVD вызвана согласованием способов защиты авторских прав от пиратского копирования. Цифровые сис­темы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для созда­ния нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация кинопроизводителей Америки (MPAA - Motion Picture Association of America) совместно с Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Manufacturer's Association) возбужденно обсуждают возможности встраивания защиты от нели­цензионного копирования непосредственно в устройства, а также законопроекты, связанные с защитой от копирования. Среди предлагаемых мер не только исключение возможности прямого копирования диск/диск, но и более серьезные меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения копирова­ния данных считанных с DVD на другие носители (ожидается появление таких свойств в Windows 97 где-нибудь к 1998 году). Наиболее радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопи­рованы (рис. 12). Рабочая группа (Technical Working Group), представляющая интересы производителей ком­пьютеров при этом не остаются в стороне, так как сужение функциональных возможностей устройств может быть не безболезненно.

Чтобы понять как удалось достичь столь значительного роста объема информации на DVD диске сравним его с CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) дости­гается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих высту­пов/впадин), что и видно на рис.13.

Кроме увеличения физической плотности размещения информации на диске произошли изменения и в способах ее представления. Так на смену способа мо­дуляции 8/14 (EFM - eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается не­сколько иным алгоритмом преобразования и, главное (!), требует ввода на границе байт не трех а только двух дополнительных бит, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в диапазоне от 3 до 11 бит (то есть между двумя последовательными единицами после кодирования не менее 2 и не более 10 ну­лей). Таким образом получаем из каждого байта не 14+3=17 а 14+2=16 кодовых бит (это дает повод остро­словам требовать смены названия этого способ модуляции с EFM+ на EFM-). Изменение метода модуляции только одно из множества форматных изменений, позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм коррекции ошибок RS-PC (Reed-Solomon Product Code) обещает быть на порядок более устойчивым к воз­можным ошибкам воспроизведения (не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме резкое того уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к росту количества случайных сбоев при чте­нии).

Рис. 13. Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Из оставшихся еще не названными характеристик стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV - constant lineal velocity) 4 м/с.)

Стандарты, форматы, файлы

Те, кто активно работает с компакт дисками знает насколько разнообразны и, часто, трудно совметстимы различные виды этих дисков. Стандарты де-факто на различные виды дисков принимались часто в конкурентной борьбе. С DVD все может быть по другому: это устройство представляется едва ли не единственным высокотехноло­гичным техническим решением последних десятилетий стандарты которого обсуждаются столь значитель­ной группой производителей (в альянс еще весной 1996г. вошло более 10 крупнейших корпораций).

Как и стандарты на CD требования к DVD изложены в «книгах». Но в отличии от уже знакомых нам «цветных книг» эти - «упорядочены в алфавитном порядке». В настоящий момент обсуждаются пять книг от «A» до «E». Книга может содержать до трех частей (рис. 14). При этом в первой части описываются физиче­ские спецификации, во второй - файловая система, а в третей - приложения. Первые три книги описывают соответственно ROM, Video и Audio DVD. При этом они используют одинаковый физический формат носи­теля, изготавливаемого «штамповкой» и файловую систему. Файловая система этих стандартов - переходная (UDF-Bridge), обеспечивающая комбинацию возможностей уже знакомой пользователям CD-ROM файло­вой системы ISO-9660 и реализующей рекомендации ISO/IEC 13346 новой системы, разработанной Optical Storage Technology Association (OSTA) и получившей название Universal Disk Format - UDF. Два других стандарта D и E описывают записываемые (DVD-R (recordable) или иначе DVD-WO (write once)) и переза­писываемые (DVD-RAM, DVD-W (writable) или иначе DVD-E (erasable)) диски. Да-да! В отличие от CD диски DVD рождаются сразу с возможностью записи и даже перезаписи информации. Однако эти стандарты наименее устоявшиеся, ещё стоит отметить что формат файлов и для тех и для других предполагается UDF.

Рис.14. Стандартизация видов DVD

Особо следует сказать о совместимости с уже существующими дисками. Явно такая совместимость стан­дартами не требуется. Однако подавляющее большинство производите­лей готовит устройства, способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструирован­ной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки или даже за счет установки дополни­тельного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные нам «старые» диски.

Магнитооптические диски

Скачок в развитии компьютерной индустрии и тенденцийя постоянного роста мощных компьютерных информационных систем неуклонно влекут за собой увеличение объемов обрабатываемой информации. Это обстоятельство все чаще заставляет задумываться над проблемой хранения этой информации и выбором типов применяемых устройств для систем резервного копирования. Применявшиеся до недавнего времени накопители на магнитной ленте (стримеры) уже не удовлетворяют современным требованиям. Магнитная лента легко подвергается всевозможным механическим и электромагнитным повреждениям. Небольшое повреждение ленты хотя бы в одном месте может привести к потере блока информации объемом несколько мегабайтов. Это не позволяет использовать ленточные картриджи как надежные носители для любого рода информации, а скорость работы таких систем с последовательным доступом не позволяет оперативно работать с сохраняемой на них информацией. Не справились с задачей и накопители на гибких дисках: последнее достижение в этой области - дискеты емкостью в 21 МБ - в наше время уже мало на кого произведет впечатление. К тому же эти носители для своего объема стоят недешево, и создание на них "библиотек" архивов данных - весьма дорогое удовольствие. Похоже, что эта технология зашла в тупик и сегодня не способна конкурировать с другими, более современными накопителями. Недавно организация FTA (Floptical Technology Association) объявила о начале разработки диска емкостью 120 МБ, но несмотря на дешевизну, вряд ли новый накопитель будет иметь успех.

В последнее время в решении этой проблемы все более широкое признание получает магнитооптическая технология, которая использует магнитные и оптические механизмы записи и чтения; все чаще магнитооптические накопители используются для хранения больших объемов информации. Прародителем магнитооптической технологии считается фирма IBM, которая начала ее развитие в 1972 году. Первые магнитооптические дисководы появились в начале 80-х, но не получили широкого признания из-за высокой стоимости и сложности в работе. На сегодняшний день благодаря применению новых технических решений и последних технологий в магнитооптических системах ситуация с магнитооптическими накопителями полностью изменилась. Постоянное снижение цен на магнитооптические дисководы и улучшение технических характеристик позволит им в недалеком будущем полностью вытеснить с рынка стримеры, а постоянное увеличение емкости носителей и надежности хранения информации делает их работу в сетевых системах более эффективной по сравнению с накопителями типа CD-ROM.

Существует несколько стандартных типов магнитооптических дисководов, но на сегодняшний день самое большое распространение получили два из них. Это 3,5-дюймовые и 5,25-дюймовые накопители, причем 3,5-дюймовые накопители более популярны, хотя они и имеют меньший объем. Стандартные емкости 3,5-дюймовых дисков - 128, 230 и 640 МБ. У этих дискет одна рабочая поверхность, их размер соответствует размеру обычной 3,5-дюймовой дискеты, однако они несколько толще. Диски размером 5,25-дюйма имеют стандартные емкости 600 и 650 МБ или 1,2 и 1,3 ГБ (диски двойной плотности). В отличие от 3,5-дюймовых, у них две рабочие поверхности. Так же, как и обычный флоппи-диск, магнитооптические диски снабжены окошком защиты записи. Оба типа дисков полностью совместимы сверху вниз, а соблюдение стандартов магнитооптических дисководов не привязывает пользователей к конкретному производителю.

Запись на диск выполняется посредством последовательного нагревания ячейки диска лазером большой интенсивности до t=200 С^о , в результате чего ячейка теряет заряд и последующего нанесения нового заряда при этой же температуре магнитной головкой. Считывание производится лазерным лучом меньшей интенсивности. Он направляется на ячейку и поляризуется имеющимся там зарядом (если таковой имеется), а считы?