4.3.3. Магнитооптические накопители

Магнитооптические накопители (НМОД) во многом аналогичны НГМД, но отличаются более высокой емкостью. В магнитооптических дисках информация также хранится на магнитном носителе-дискете, но чтение и запись осуществляются оптическим (лазерным) лучом, что значительно повышает сохранность носителя. Принципиальным недостатком данного вида устройств хранения является их высокая стоимость.

4.3.4. Оптические накопители – компакт-диски

Компакт-диск (CD) относится к внешней памяти и предназначен для длительного хранения программ и данных. К основным типам компакт-дисков относятся:

• накопитель CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков) используется для чтения оптических компакт-дисков.

Накопитель CD-R (CD-Recordable) —, позволяет выполнить одноразовую запись и неограниченное количество считываний;

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable) используется для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск (предыдущие данные уничтожаются).

Накопитель DVD (Digital Video Disk) — устройство для записи и чтения цифровых видеозаписей.

Кратко рассмотрим каждый накопитель.

А. Накопитель CD-ROM

Оптические накопители CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков), унаследовали свое название от названия первых оптических носителей. В качестве носителя информации первые оптические накопители использовали компакт-диски (CD), которые записывались («прожигались») однократно, не допускали перезаписи и фактически являлись постоянными запоминающими устройствами, на что и указывает приставка ROM.

Накопители на оптических дисках получили широкое распространение благодаря большой емкости компакт-диска (свыше 650 Мб), что является превосходным носителем для больших программных продуктов и мультимедийных данных.

Компакт-диск состоит из нескольких слоев, соединенных в единую круглую тонкую пластину. Диаметр подавляющего большинства компакт-дисков составляет 120 мм, что равняется пяти дюймам. Стандартный 5-дюймовый диск содержит 640—700 Мбайт информации.

CD-ROM, созданный промышленным способом, состоит из трех слоев (рис. 4.10, а).

Рис. 4.10. Структура компакт-диска (а); микрофотография поверхности CD (б)

Основа диска, созданная из прозрачного поликарбоната, занимает основной объем диска. При изготовлении основы методом штамповки или литья под давлением на нее наносится информационный узор, и в результате чего получается прозрачная пластиковая пластина, гладкая с одной стороны, а с другой — содержащая множество микроскопических впадин (называемых иногда питом, от англ. рit — углубление), глубина которых отсчитывается от поверхности. Далее на основу наносится отражающий металлический слой (чаще всего алюминий, хотя могут использоваться и другие металлы или сплавы), а затем — защитное покрытие из тонкой пленки поликарбоната или специального лака, на котором часто размещается полиграфия — различные рисунки и надписи (рис. 4.7).

После создания всех слоев диск готов к использованию. Информация считывается с рабочей стороны диска через прозрачную основу. Штампованный информационный узор и отражающий слой отражают луч считывающего лазера по-разному в разных участках. Как видно на упрощенной схеме (рис. 4.11), считывающий луч на ровных участках дорожки отражается от алюминиевого слоя полностью, а в углублении (пите) – рассеивается.

Такой подход обеспечивает двоичную запись и считывание информации.

От центра к краю компакт-диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона.

Рис.4.11. Упрощенная схема устройства, принципа записи и считывания данных CD-ROM

Поверхность диска разбита на три области.

Начальная область расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область содержит метку конца диска.

Накопитель CD-ROM включает:

• электродвигатель, который вращает диск;

• оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;

• микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

Б. Накопитель CD-R (CD-Recordable)

Н акопитель CD-R (CD-Recordable) – тип оптического диска внешне похожий на накопитель CD-ROM и совместимый с ним по размерам дисков и формату записи. Он обеспечивает одноразовую запись и состоит из четырех слоев (рис.4.12).

Рис.4.12. Упрощенная схема устройства, принципа записи и считывания данных CD-R.

Основой оптического диска CD-R, как и диска CD-ROM, является слой поликарбоната (рис.4.12). Далее между отражающим алюминиевым слоем и поликарбонатом располагается слой органического красителя.

Если обычный CD-ROM изготовляется путем механической штамповки углублений (марок, «питов»), при записи CD-R используется лазер, «выжигающий» метки в органическом красителе. Будучи нагретой до критической температуры, «выжженная» область становится непрозрачной (или поглощающей) и при считывании отражает меньшее количество света, чем смежные участки, которые не были нагреты лазером. Эта технология подражает способу, которым информация считывается с обычного CD, когда свет полностью отражается от поверхности («land»), но рассеивается углублением («pit»)/

На записываемом диске имеется спиральное углубление (ведущая дорожка), отштампованное при его изготовлении, на которое в дальнейшем заносятся данные. При записи пишущая лазерная головка следует вдоль этой дорожки и в результате диск получает такие же характеристики, что и обычный компакт-диск — ширина дорожки 0,6 мкм и подача (шаг) дорожки — 1,6 мкм. Запись начинается от внутренней части диска и на полном диске спиральная фонограмма делает 22 188 оборотов или примерно 600 оборотов на 1 мм.

В. Накопитель CD-RW – перезаписываемый CD (rewritable CD)

Перезаписываемый CD-RW позволяет пользователю делать запись по старым данным или удалять отдельные файлы. Отличительной особенностью этого диска является наличие между слоем поликарбоната и отражающим слоем специальной среды записи (рис.4.13). Эта среда может находиться в двух состояниях: кристаллическом или аморфном.

Рис.4.13. Упрощенная схема устройства, принципа записи и считывания данных CD-RW.

В качестве среды записи CD-RW обычно использует прозрачный состав, составленный из соединений серебра, индия, сурьмы и теллура. В процессе записи сфокусированный лазерный луч выборочно нагревает области материала выше температуры плавления (500—700°С), и после достаточно быстрого охлаждения вещество переходит в так называемое аморфное состояние, формируя область непрозрачности (см. рис. 4.13).

При стирании слой нагревается до температуры, которая ниже точки плавления, но выше, чем температура кристаллизации (200°С) в течение достаточного времени (по крайней мере, дольше, чем минимальное время кристаллизации), и атомы возвращаются к упорядоченному (прозрачному) состоянию.

Чтобы получить эти эффекты в записывающем слое, пишущий лазер устройства СО- RW использует три уровня мощности:

• высокая, так называемая «мощность записи», создает непрозрачные (поглощающие) участки в слое записи;

• средняя («мощность стирания»), расплавляет участок записывающего слоя и преобразует его к отражающему (прозрачному) состоянию;

• низкая («мощность считывания»), не изменяет состояние чувствительного слоя и может использоваться, чтобы считывать данные.

Прозрачные области позволяют металлизированному слою отражать свет, в то время как непрозрачные его поглощают.

Основной характеристикой оптических накопителей (CD) является скорость передачи данных, которая измеряется в кратных долях скорости проигрывателя аудио компакт-дисков (150 Кбайт/с) и характеризует максимальную скорость; с которой накопитель передает данные в оперативную память компьютера. Например, 2-скоростной CD-ROM (2x) будет считывать данные со скоростью 300 Кбайт/с., 50-скоростной (50х) — 7500 Кбайт/с.

Г. Накопитель DVD (Digital Video Disk)

Накопитель DVD— устройство для записи и чтения цифровых видеозаписей.

Существует пять физических форматов DVD, которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

• DVD-RОМ — среда хранения данных большой емкости, только для чтения;

• DVD-видео — цифровой носитель данных для кинофильмов;

• DVD-аудио — только для хранения звука; формат, подобный аудиоCD;

• DVD-R — однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R.;

• DVD-RАМ — перезаписываемый (стираемый) вариант DVD который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD-RW и DVD+RW.

Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм), диски DVD обеспечивают до 17 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-RОМ, временем доступа, подобным CD-RОМ, и имеют четыре версии:

• DVD-5 — односторонний однослойный диск вместимостью 4,7 Гбайт;

• DVD-9 — односторонний двухслойный диск на 8,5 Гбайт;

• DVD-10 — двусторонний однослойный диск 9,4 Гбайт;

• DVD-18 -- вместимость до 17 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

Упрощенные изображения всех разновидностей DVD показаны на рис.4.14.

Рис. 4.141. Разновидности DVD:

а — односторонний, однослойный (4,7 Гбайт); б — односторонний, двухслойный (8,5 Гбайт); в — двухсторонний, однослойный (9,4 Гбайт); г — двухсторонний, двухслойный (17 Гбайт)

Кроме того, есть проект формата DVD-14 — два слоя на одной стороне, один — на другой, который, будучи более простым в производстве, будет заменять DVD-18, пока потребность в последнем не проявится в полной мере.

Важно признать, что в дополнение к пяти физическим форматам DVD также имеет множество прикладных форматов типа DVD-видео и DVD-аудио.

На первый взгляд диск DVD не отличается от CD: пластмассовый диск диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, оба используют лазеры, чтобы читать данные, записанные во впадинах на спиральной дорожке. Однако семикратное увеличение DVD по вместимости данных сравнительно с CD было в значительной степени достигнуто путем напряжения всех допусков системы-предшественника (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Характеристики записывающей среды для CD (а) и DVD (б).

Во-первых, дорожки размещены более плотно, шаг дорожки DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 мкм, более чем в 2 раза по сравнению с 1,6 мкм для CD. Впадины (питы) также намного меньше. Плотная упаковка данных дала одну часть выигрыша, вторая – получена за счет сокращения длины волны лазера.

Во-вторых, спецификация DVD позволяет считывать информацию более чем с одного слоя, изменяя фокусировку луча лазера чтения.

В-третьих, DVD позволяет использовать двусторонние диски.

Кроме того, более эффективный код с исправлением ошибок для DVD оставляет больше памяти для реальных данных.

Скорость передачи данных является важной характеристикой накопителей DVD. За единицу скорости принята скорость 1350 Кбайт/с. В настоящее время наиболее распространены универсальные дисководы DVD-ROM, обеспечивающие скорости чтения 16х и 48х для DVD-ROM и CD-ROM соответственно.

Не останавливаясь подробно на записываемых дисках DVD, необходимо отметить, что принцип записи на дисках DVD не значительно отличается от принципа записи на дисках CD. Отметим только, что существует четыре основных версии записываемых дисков DVD:

• DVD-R обычный (однократно записываемый носитель);

• DVD-RAM (перезаписываемый);

• DVD-RW;

• DVD+RW.

Форматы DVD-RW и DVD+RW несовместимы и возникли в результате конкурентной борьбы, однако в настоящее время широко выпускаются дисководы, которые поддерживают оба эти формата.