Внешние запоминающие устройства персонального компьютера

     Технологии сменных оптических  носителей интенсивно развивались,  с одной стороны, под воздействием  требований мультимедиа-индустрии  (видео, аудио и т.д.), нуждающейся  во все больших размерах памяти  для своих продуктов, а, с  другой стороны, под воздействием  потребностей пользователей, заинтересованных в недорогих, практичных и удобных в использовании сменных носителей памяти.

     Так, вслед за «штампованными»  заводскими CD-ROM были разработаны диски с однократной (CD-R, CD-Recordable) и многократной (CD-RW, CD-ReWritable) записью и соответствующие приводы для их записи чтения.

     Исходный CD-R диск не имеет на своей поверхности ни одного углубления, он представляет собой чистую поверхность. При записи на этой поверхности лазерный луч записывающего устройства изменяет отражающую способность рабочего слоя диска, и таким образом производится запись информации. Рабочий слой такого диска при записи необратимо изменяется, поэтому после записи информации на такой диск её нельзя стереть или изменить.

    [ Технология записи информации на CD-RW несколько отличается от CD-R

Приводы CD-RW при записи информации реализуют технологию изменения фазы рабочего слоя диска, то есть под воздействием луча лазера состояние материала в записываемом слое изменяется с кристаллического на аморфное. Различные состояния имеют различные коэффициенты преломления и, таким образом, они оптически различаются.

     Развитие всех технологий памяти  идет по пути увеличения плотности  хранения данных. Так обстоит дело и с оперативной памятью, и с НЖМД, а также с оптическими носителями.

     Скорость записи и считывания  при этом тоже возрастает, даже  когда для этого не применяются  какие-либо специальные меры. Например, если на каждом сантиметре  дорожки диска хранится в два  раза больше данных, при той  же скорости его вращения (или  скорости перемещения считывающей  головки вдоль дорожки) количество  считываемых или записываемых  в единицу времени бит информации  тоже возрастает вдвое.

     Данное положения частично подтверждается  рисунком 3, где показаны фрагменты  рабочей поверхности CD-ROM(а), DVD-ROM(б) и перспективной технологии оптических носителей BD (Blu-ray Disk)(в).

     Из рис.3 видно, что увеличение  объемов памяти до 4.7 Гб в случае  с DVD и до 27 Гб в случае с BD достигается увеличением плотности записи данных на носитель одинакового размера (диск с диаметром 120 мм и толщиной 1.2 мм).

     Применительно к оптическим дискам  увеличение плотности записи  предполагает уменьшение ширины  спиральной дорожки и длины  самих пиитов, а также сокращение  промежутков между соседними  витками дорожки. Чтобы получить  светлое пятно, соответствующее  по диаметру размерам пиитов, требуется уменьшить длину волны  лазера.]⁵

     [В обычных CD-приводах используются инфракрасные полупроводниковые лазеры с длиной волны 780 нм. Минимальный размер питов составляет 0.83 мкм, расстояние между осевой линией соседних витков дорожки – 1.6 мкм. В результате на диск диаметром 12 см можно записать от 650 до 720 Мб данных. Диски DVD имеют вдвое меньшие питы минимальным диаметром 0.4 мкм, расстояние между витками также сокращено вдвое и составляет 0.74 мкм. Для работы с такими дисками применяются лазеры с длиной волны 650 нм, что соответствует красной области спектра. Следующее поколение оптических дисков основано на дальнейшем увеличении плотности записи. Две новые конкурирующие технологии BD и AOD (Advanced Optical Disk) базируются  на применении «синих» лазеров с длиной волны 405 нм. Получаемое от них световое пятно позволило уменьшить размер питов до 0.15 мкм, а расстояние между витками – до 0.32 мкм.

     Еще одной важнейшей характеристикой  оптической системы  приводов  является так называемая «числовая  апертура» объектива (numerical aperture, NA). Эта величина обратно пропорциональна диаметру светового пятна. С целью уменьшения диаметра светового пятна разработчики не только используют все более короткую волну излучения лазера, но и увеличивают числовую апертуру.

     При этом для обеспечения оптимальных  условий фокусировки приходится  уменьшать толщину нижнего прозрачного  слоя. У носителей CD она составляет 1.2 мм, у DVD – 0.6 мм, а у BD и AOD – всего 0.1 мм. Числовые апертуры, применяемые в головках объективов, равны 0.45, 0.6 и 0.85 соответственно.]⁴

     Таким образом, за счет увеличения  плотности хранения данных удалось  увеличить емкость рабочего слоя  дисков DVD, BD и AOD.

 

2.1.2.Разновидности носителей данных по технологии DVD.

     Рассмотрим более подробно основные  принципы, положенные в основу  наиболее распространенных современных  оптических носителей памяти  – дисков DVD.

     Во-первых, также как и в CD, у DVD дисков единственная спиральная дорожка, на которую от центра к краю записаны данные. Единственная спиральная дорожка и непрерывное следование головки вдоль нее является оптимальным для записи и воспроизведения потоковых аудио-и видеоданных.

     Во вторых, при разработке DVD появилась идея создать двухслойные диски. Нижний слой толщиной 0.6 мм выполнен из поликарбонатного пластика, в нём отпрессована микроскопической толщины спиральная дорожка с пиитами и нанесено полупрозрачное отражающее пленочное покрытие толщиной 0.05 мкм. Второй прозрачный слой со своей спиральной дорожкой выполнен из фотополимера и его толщина составляет 40 мкм. Далее следуют обычный отражающий слой (0.05 мкм), адгезивный слой и подложка. Считывание данных со второго слоя осуществляется путем перефокусировки лазера. Поскольку условия считывания со второго слоя хуже, чем с первого, плотность записи на нём меньше, и в сумме емкость двухслойного диска составляет не 9.4, а 8.5 Гб.

  [  В-третьих, с точки зрения механической прочности, общая толщина DVD дисков сохранена такой же, как и у CD, то есть, равной 1.2 мм. Тот факт, что толщина прозрачного слоя уменьшилась до 0.6 мм, позволил предложить двухсторонние диски, представляющие собой комбинацию из склеенных рабочими поверхностями наружу двух дисков, как показано на рисунке 4.]⁹

Таким образом, стандарт DVD предусматривает четыре варианта дисков, которые вытекают из комбинации числа рабочих слоев и сторон и имеют следующие характеристики:

DVD-5 – односторонний однослойный диск емкостью 4.7 Гб

DVD-9 – односторонний двухслойный диск емкостью 8.5 Гб

DVD-10 – двухсторонний однослойный диск емкостью 9.4 Гб

DVD-18 – двухсторонний диск емкостью 17 Гб

     Самые распространенные диски  – DVD-5 и DVD-10. Остальные имеют меньшую популярность в силу большей стоимости и меньшей распространенности соответствующих производственных линий. Перспективные стандарты BD и AOD подразумевают такую же, как у DVD, систему слоев и сторон. Они совпадают и по размерам.

     [Вся информация на DVD хранится в файловой системе MicroUDF (Micro Universal Disk Format), которую официально утвердили в 2000 году. MicroUDB поддерживает носители большой емкости и файлы больших размеров. Имена файлов записываются в формате Unicode, что обеспечивает совместимость DVD со всеми операционными системами для ПК, а также с разнообразной бытовой техникой.

     Для работы с DVD используются специальные приводы, которые внешне не отличаются от приводов для дисков CD. Более того, современные мультиформатные приводы позволяют работать как с CD так и c DVD.

     Одно из принципиальных отличий  приводов CD и DVD состоит в количественной оценке скорости выполнения операций чтения, записи или же перезаписи дисков, поскольку для DVD-приводов за единицу скорости принято считать 1250 Кб/с, что соответствует примерно 8х для CD-приводов.]¹⁰

     Развитие технологий однократно  записываемых и перезаписываемых  DVD основывалось на ранее накопленном опыте с аналогичными CD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.Устройства внешней памяти.

Электронные накопители Flash-памяти.

2.2.1.Разновидности Flash-памяти и принцип хранения данных.

     Одной из тенденций развития  современных технических средств  информатизации является разработка широкого спектра мобильных технических средств, позволяющих использовать их в любых условиях. Так появились миниатюрные, легкие и удобные телефоны, карманные ПК, цифровые фото-и видеокамеры и другие мультимедийные устройства, отличающиеся высокой производительностью и длительной автономной работой.

     В первую очередь, это достигнуто  благодаря новым микропроцессорным  технологиям. Тем не менее,  значительный результат  на  пути к разработке современных  мобильных технических средств  информатизации обусловлен новой  технологией хранения данных, называемой Flash-памятью.

     Flash-память нашла свое применение в системах управления, где условия эксплуатации настолько суровы, что иные современные носители информации просто не в состоянии их выдержать. Это горячие цеха, транспорт, авиация и космонавтика. В этих условиях Flash-память на сегодняшний день незаменима. Кроме экстремальных условий Flash-память вполне работоспособна и в бытовом использовании. Она входит в состав любого компьютера как микросхема BIOS системной платы, так и различных устройств (CD-ROM, видеоадаптер, звуковая карта, модем). SIM-карта сотовых телефонов тоже содержит в себе Flash-память. Она используется для хранения телефонных номеров, учета времени использования, идентификации пользователя и других служебных данных. С вводом в широкую эксплуатацию сотовых сетей нового поколения (3G) применение Flash-памяти в мобильном телефоне станет обязательным.

     [Первые образцы Flash-памяти были разработаны в 1984 году инженерами компании Toshiba. До сих пор нет единого мнения по поводу происхождения названия Flash. С одной стороны, существует мнение, что Flash характеризует высокую скорость записи и стирания информации. С другой стороны, существует и другое мнение, согласно которому Flash характеризует процесс записи, поскольку операция записи требует подачи высокого напряжения на управляющий затвор и сток, то отсюда и английское название Flash (молния).

     В настоящее время выпускается  два основных типа Flash-памяти:

• NOR (Not OR – логическое «НЕ-ИЛИ») – разработана компанией Intel в 1988 году;
• NAND (Not AND – логическое «НЕ-И») – разработана компанией Toshiba в 1989 году.

     Память типа NOR обеспечивает возможность произвольного чтения-записи данных и быстрое считывание, но при этом относительно медленные схемы записи и стирания. Кроме того, такая память имеет довольно крупные ячейки, что вызывает сложности в изготовлении повышении емкости.

     Память типа NAND обеспечивает блочный доступ, быстрые процедуры стирания и записи, дешевизну и простоту наращивания емкости модулей. Данные на Flash-памяти NAND считываются поблочно. Размер единичного блока варьируется от 256 байт до 256 Кбайт. Практически все современные микросхемы позволяют работать с блоками разного размера. Благодаря блочной организации Flash-памяти NAND она дешевле.

     В простейшем случае одна ячейка  Flash-памяти содержит один бит и может быть выполнена как на одном, так и на двух полевых транзисторах. Сам транзистор включает в себя специальную электрически изолированную область, называемую «плавающим затвором», как показано на рисунке 5.

 

     Этот термин возник из-за того, что потенциал этой области не является стабильным, что позволяет накапливать в ней электроны, то есть, заряд, и именно здесь хранится информация. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит: логическая 1 – заряда нет, 0 – есть. Выше «плавающего» находится управляющий затвор, который является неотъемлемой частью при процессе записи/стирания данных памяти.

     При программировании между истоком  и стоком, вследствие воздействия  положительного поля на управляющем  затворе создается канал –  поток электронов. Некоторые из  электронов благодаря наличию  большей энергии преодолевают  слой диэлектрика и попадают  на плавающий затвор, где могут  храниться в течение нескольких  лет. Для стирания информации  на управляющий затвор подается  высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора  переходят на исток.

     Процесс записи и стирания  вызывает износ ячейки памяти, поэтому микросхемы Flash-памяти характеризуются временем хранения информации (несколько лет) и числом циклов чтения/записи (от 100 тысяч до нескольких миллионов).]⁴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.2 Разновидности сменных карт Flash-памяти.

     На сегодняшний день самыми  распространенными являются семь  типов сменных носителей на  основе Flash-памяти. Шесть из них, реализованные в виде сменных карт памяти, используются в основном в цифровой фото-и видеотехнике, хотя их можно встретить и в других продуктах. Седьмая разновидность – накопители Flash-памяти с интерфейсом USB, которые практически вытеснили 3.5-дюймовые гибкие диски.

    CompactFlash (CF). (рисунок 6).

     [Карты памяти этого формата были разработаны компанией SanDisk и впервые появились в 1994 году. Карта содержит довольно сложный контроллер, благодаря которому она совместима с адаптерами PCMCIA. Питание может составлять 3.3 или 5 В. Существует два класса карт CompactFlash(Type I и Type II), различающихся толщиной (3.3 и 5 мм) и количеством чипов памяти, которые могут в них поместиться. Стандартный размер карты CF составляет 43*36 мм.

     Наличие встроенного контроллера  позволяет разрабатывать в форм-факторе  CompactFlash различные контроллеры ввода-вывода, например, модемы, адаптеры сотовой связи GSM/GPRS, системы позиционирования GPS, беспроводных сетей Bluetooth и Wi-Fi, миниатюрные фотокамеры.