Жесткий диск Физическое устройство жесткого диска Основным

Жесткий диск Физическое устройство жесткого диска

Основным компонентом жесткого диска являются одна или несколько пластин, выполненных из алюминия или стекла, покрытые магнитным слоем. Именно на этих пластинах и хранится вся информация, расположенная на жестком диске. Диски закреплены на общей оси и вращаются с достаточно большой скоростью. Кроме того, в корпусе жесткого диска имеется блок магнитных головок, которые осуществляют чтение и запись с поверхностей дисков. Строение диска можно видеть на прилагаемом рисунке. Все головки соединены вместе и не могут двигаться раздельно, поэтому запись и чтение производятся сразу со всех поверхностей всех дисков одновременно. Диски и головки находятся на металлическом шасси, обеспечивающем жесткость все конструкции, и закрыты крышкой, предохраняющей поверхности дисков и головки от попадания пыли. Крайне важна надежная защита блока дисков и головок: дело в том, что при работе диска, при вращении пластин, создается мощный поток воздуха и магнитные головки при чтении-записи "парят" на поверхностями дисков не касаясь их, а зазор между дисками и головками составляет несколько микрометров! Разумеется, любая пылинка, попавшая в зазор между диском и головкой процарапает диск, сделав его участок непригодным для дальнейшего использования, кроме того, в худшем случае, возможна и поломка головки. Именно поэтому диски изготавливаются в сверх чистых помещениях и блок головок-дисков (называемый на жаргоне "банка") тщательно зарывается при изготовлении и не подлежит вскрытию пользователем.

"Банка" не содержит никакой электроники, она подключается к специальной плате, на которой находится необходимая диску управляющая электроника, и такая совокупность блока дисковголовок и называется "жесткий диск". "Банка" не содержит никакой электроники, она подключается к специальной плате, на которой находится необходимая диску управляющая электроника, и такая совокупность блока дисковголовок и называется "жесткий диск". Давайте теперь выясним, какими параметрами можно описать производительность жесткого диска. Как и любой другой накопитель данных, жесткий диск характеризуется двумя основными параметрами скорости "Банка" не содержит никакой электроники, она подключается к специальной плате, на которой находится необходимая диску управляющая электроника, и такая совокупность блока дисковголовок и называется "жесткий диск". * Время, в течении которого можно получить доступ к необходимому участку диска. Это время включает в себя время, необходимое на поворот дисков таким образом, чтобы нужный участок диска оказался под магнитными головками, и время необходимое на подвод головок. Разумеется, чем меньше время доступа, тем производительнее жесткий диск. *Скорость последовательного чтения -записи. После того, как доступ получен, производительность определяется тем, как быстро можно производить чтение или запись информации на диск. Оба эти параметра характеризуют производительность диска. Можно ли считать, что какой - то из них важнее? Бывают ли случаи, когда один из этих параметров является определяющим, а второй менее важен?

Разумеется, оба параметра важны в среднем в равной мере, однако действительно существуют классы задач, когда один из параметров является определяющим. Пример такой задачи: WEB -сервер. Он обслуживает множество клиентов, выдавая им случайно расположенные на диске мелкие файлы и время доступа в данной задаче является определяющим. Однако, в среднем, в универсальном компьютере, оба параметра скорости крайне важны и пренебрегать никаким из них не следует. Например, производится запись живого видео на диск. Тогда доступ диску получают один раз, а затем производят последовательную запись на диск. Тогда, разумеется, гораздо важнее скорость записи, в то время как время доступа не является определяющим. И наоборот, производятся операции с множеством мелких файлов: тогда приходится постоянно получать доступ к различным участкам поверхности диска, в то время как скорость чтения отходит на второй план.

Определив, какими параметрами скорости описывается производительность жесткого диска, теперь давайте выясним, какие же физические акторы ф диска определяют его производительность. По сути, таких важнейших факторов, влияющих на производительность жесткого диска два: * Скорость вращения дисков. Разумеется, чем быстрее вращаются диски, тем быстрее можно получать доступ к диску, тем быстрее диски проходят под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные. * Плотность записи на диске. Чем плотнее записаны данные, тем больше данных в единицу времени проходит под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.

я, и как ся сегодн сткие т применяю ьзуются же диском я ол (RPM, вращени няшний день исп скорости в минуту д в ие были На сего оборото Как покупке? ми 5400 0 и 7200 та при 540 7200 с оборо узнать из тотами оборотов тельные но диски и в час ще неда производ 0 RPM все диски с inutes). Е как более я 720 емя Per M С, в то вр серверах. Сегодн ткого диска, в то Rotation Р машнего х его жес делом до нялись в дороги ешевых у я домашн е м для д то то им естно диски пр тановится стандар е повсем ж е с были пенно ст систем у уверенне 00 посте недавно, тельных , оди к 54 минуту, и тью вращения время ка на рынке произв ротов в с о А со скоро 0 000 об систем. енно не иски с 1 ые диски я соверш сшего одим тся д н в ки сегод применяю ы серийно произ его и вы акие дис н ту. Т ра средн тавле у е предс в в мин сто - серв оборото С - их ме 15 000 машнем Р ются в до применя Э основн ти два физ уровня. и ом и опре ческих пар устрой аме дел ст враще ва. Заметим яют произ тра диска в ни во , что увелич дительност време я дисков в б ь ни ан ение скорос време доступа к ди ке влияет и ть ни на ск и на у на подвод н у, (так как тр уменьшение ве уж ат данны личение ско ной части д ится меньше ис е ро увелич быстрее п сти чтения- ка к головке) за ро , ен уменьш ие плотнос ходят под писи, так ка к ти за головк а писи ами. операц ет время до пра А ст ии чте ния за упа, в то вре ктически н данны е мя как е быст ускоря рее пр писи снова оходят ет под го из-за того, ловкам что и.

Когда Вы приобретаете жесткий диск, в его документации, прайс-листе продавца, на нем самом обычно отображена скорость вращения дисков и Вы всегда можете выбрать, диск с какой скоростью вращения Вы желаете приобрести. Сегодня рекомендуется, если есть на то финансовые возможности приобретать диски с 7200 RPM. Второй важнейший физический параметр, влияющий на скорость жесткого диска - поверхностная плотность записи. Иными словами этот параметр показывает, как много бит данных сконцентрировано на поверхности диска. Измеряется этот параметр, соответственно, в единицах информации, отнесенных к единицам площади. Производителями дисков принято измерять эту величину в Гигабитах на квадратный дюйм (Гбит/дюйм 2), хотя эта величина, вероятно, для пользующихся метрической системной координат и не наглядна. Чем больше плотность записи, тем больше, как мы уже говорили, скорость чтения-записи с поверхности жесткого диска.

Такой информации, впрочем, Вам продавец диска тоже обычно не предоставит. Однако информацию о количестве пластин иногда можно почерпнуть из маркировки модели диска, впрочем это тоже справедливо далеко не всегда. Однако выход все же есть. Стоит только проанализировать, какого объема модели представлены в той серии, один из дисков которой Вы желаете приобрести. Например, вы желаете приобрести некоторую модель жесткого диска некоторой фирмы, Вас интересует диск, емкостью 20 Гбайт. Смотрим в прайс, и видим, что диски такой же серии бывают емкостью 10, 20, 30 и 40 Гбайт. Вы предполагаете, что емкость одной пластины 10 Гбайт, и диски соответственно содержат 1, 2, 3 и 4 пластины? Не спешите! На самом деле возможен и иной вариант: емкость одной пластины 20 Гбайт, первые два диска имеют одну пластину, вторые два - две пластины. Соответственно, диски емкостью 10 и 20 Гбайт используют не обе стороны имеющихся у них пластин: 10 Гбайтный диск имеет одну пластину и используется только одна ее сторона, 20 Гбайтный диск имеет пару пластин: одна используется с двух сторон, вторая - с одной стороны. Зачем - спросите Вы. Сегментация рынка - если пластины сегодня на 20 Гбайт, то что же, не выпускать теперь из-за этого диски меньшей емкости? Ну а экономическое обоснование состоит в том, что если одна из сторон не используется, то и головку для этой стороны ставить не нужно, а стоимость головок составляет большую часть стоимости всего жесткого диска.

Как же узнать, какова же емкость пластины в приведенном выше примере: 10 или 20 Гбайт? Можно принять во внимание и другие косвенные факты. Можно рассмотреть емкость предыдущих моделей этой же фирмы и исходить из того, что плотность записи на более новой модели безусловно выше, чем на старой. Можно рассмотреть аналогичные модели других фирм, и предположить, что плотность записи аналогичной по времени выхода и цене модели другой фирмы близка. В целом, пользуясь такими косвенными фактами вполне можно установить количество пластин Вашего диска, так как имеющиеся варианты различаются всегда вдвое, то догадаться обычно не сложон. Кроме того, если принять во внимание такой факт: современные диски имеют сегодня пластины емкостью 15 -20 Гбайт, то вопросов уже не должно возникать: у современного рассмотренного нами диска емкость одной пластины именно 20, а не 10 Гбайт.

Логическое строение диска

Давайте теперь разберемся с логической структурой диска. Естественно предположить, что минимальная единица записываемой информации - не бит, а гораздо более крупный блок данных. Действительно, если бы каждый бит записывался бы независимо, то необходимо было бы адресоваться к каждому биту на диске в отдельности. Так как бит на современном диске - сотни миллиардов, то пришлось бы адресоваться к огромному числу блоков данных на диске. А это - крайне не эффективно. Поэтому диск разбивают на гораздо более крупные логические части, нежели куски по одному биту.

Итого емкость диска = cylinder * sector * head * 512 byte. Каким образом производят подобное разбиение? Каждый диск разбивается на дорожки (Track), концентрические кольца. Кроме того, диск разбивают на секторы, области пересечения секторов и дорожек называют блоками (block), в блоке хранится 512 байт полезной информации. Тогда количество блоков на одной пластине равно произведению количества секторов на количество дорожек. Как учесть тот факт, что диск состоит из некоторого количества пластин? На первый взгляд нужно умножить количество блоков на одной пластине на количество пластин. Однако, если подумать, то правильнее будет сказать, что количество блоков на одной пластине (точнее, на одной стороне!) нужно умножить на количество используемых сторон, а если вспомнить, что количество используемых сторон равно количеству магнитных головок (head) на диске, то получаем итоговую формулу для расчета количества блоков на диске: количество дорожек * количество секторов * количество головок. А емкость диска равна количеству блоков умноженному на объем одного блока, т. е. на 512 байт. Единственное замечание: так как магнитные головки жестко скреплены друг с другом, то запись производится на все дорожки всех сторон одновременно. Следовательно, вместо понятия "дорожка" следует ввести понятие, описывающее все равноудаленные от центра дорожки на всех сторонах всех пластин: совокупность таких дорожек по понятным соображениям называется цилиндром (cylinder).

Мы рассмотрели очень простую адресацию, на самом деле все гораздо сложнее, есть ряд причин, приводящих к тому, что так адресоваться к блокам на жестком диске нельзя. Первая причина состоит в том, что идеальное разбиение диска на сектора приводит к тому, что блоки на внутренних цилиндрах будут иметь меньшую площадь, нежели блоки, расположенные на внешних цилиндрах. А так как объем информации в КАЖДОМ блоке одинаковый, то можно заметить, что полезная площадь диска используется неэффективно: внешние блоки занимают слишком большую площадь. Для того, чтобы избежать такого расточительного расходования дискового пространства, применяют зонное деление на сектора. Т. е. на внутренних цилиндрах сектора шире, а на внешних - более узкие, так, чтобы сделать более эффективным использование площади поверхности диска. Однако про такой диск уже нельзя сказать, что он имеет некоторое количество секторов - количество секторов зависит от цилиндра.

Обращение к каждому блоку на диске (адресация блока) совершенно необходимое для работы с устройством осуществляется посредством задания номера цилиндра, сектора и головки для каждого блока. Т. е. по сути на диске вводится цилиндрическая система координат и каждый блок на диске имеет в этой системе координат свой собственный уникальный адрес, по которому контроллер жесткого диска находит необходимый блок. Такая адресация называется CHS (Cyl, Sect, Hd) или Normal. Следовательно, рассмотренная нами выше схема адресации уже не может соответствовать реальной геометрии жесткого диска. Для того, чтобы по-прежнему пользоваться введенной системой координат, нужен какой-то механизм ТРАНСЛЯЦИИИ, который смог бы преобразовать реальную геометрию жесткого диска в некоторую идеальную, в которой он имеет фиксированное количество секторов. В таком случае трансляция должна поддерживаться самим диском.

Разумеется, сегодня совершенно никуда не годится поддержка дисков емкостью только 512 Мбайт. Для того, чтобы решить эту проблему следует добавить еще некоторое количество бит для хранения информации о цилиндрах и секторах. Однако это не так просто: необходимые области памяти зарезервированы под другие нужды. Обращения к диску в рамках описанной системы координат выполняет BIOS контроллера жесткого диска. В силу некоторых причин при написании первых BIOS для РС было зарезервировано явно недостаточное количество бит для хранения информации о цилиндрах, секторах и головках. Первые BIOS поддерживали обращение лишь к 1024 цилиндров, 64 секторам и 16 головкам. Простейший расчет показывает, что в таком случае BIOS может обращаться только к 512 Мбайт жесткого диска! Вот она цена непродуманности. Впрочем такой непродуманности в РС достаточно много, вспомним хотя бы проблему 2000 -го года: пожалели зарезервировать лишние 2 байта для хранения информации о годе.

Дискета

Диске та — портативный магнитный носитель информации, используемый для м ногократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970 -х — начале 2000 -х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД — «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопитель на гибких магнитных дисках» , жаргонный вариант — флоповод, флопик, флопарь от английского floppy-disk). Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» ( «гибкий диск» ). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

История возникновения. 1971 — Первая дискета диаметром в 200 мм (8″) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM. Обычно само изобретение приписывается Алану Шугарту, работавшему в конце 1960 -х годов в IBM. 1973 — Алан Шугерт основывает собственную фирму Shugart Associates. 1976 — Алан Шугерт разработал дискету диаметром 5, 25″. 1978 — фирма TEAC представляет первый в мире дисковод для чтения 5, 25″-дискет. 1981 — Sony выводит на рынок дискету диаметром 3, 5″ (90 мм). В первой версии объём составляет 720 килобайт (9 секторов). Поздняя версия имеет объём 1440 килобайт или 1, 40 мегабайт (18 секторов). Именно этот тип дискеты становится стандартом (после того, как IBM использует его в своём IBM PC). Позже появились так называемые ED-дискеты (от англ. Extended Density — «расширенная плотность» ), имевшие объём 2880 килобайт (36 секторов), которые так и не получили широкого распространения.

Форматы Хронология возникновения форматов дискет Формат Год возникновения Объём в килобайтах 8″ 1971 80 8″ 1973 256 8″ 1974 800 8″ двойной плотности 1975 1000 5, 25″ 1976 110 5, 25″ двойной плотности 1978 360 5, 25″ четырёхкратной плотности 1982 720 5, 25″ высокой плотности 1984 1200 3″ 1982 360 3″ двойной плотности 1984 720 3, 5″ двойной плотности 1984 720 2″ 1985 720? 3, 5″ высокой плотности 1987 1440 3, 5″ расширенной плотности 1991 2880

ическая ь, что факт т отметит оба их Следуе ела от спос е скет завис ьку кром ёмкость ди я. Поскол вани рактически форматиро оделей, п них м одержали самых ран ки не с ппи-дис орожек, все фло ванных д формиро области жёстко с ментов в я экспери ования дорога дл о использ х фективног системны более эф ткрыта для ла о м стало дискеты бы Результато стов. естимых программи тва не совм множес т даже появление атов диске ою форм нными между соб е операцио и и теми ж 1 и её под одним , для RT-1 р . Наприме Р версий системами в ССС анных в обороте адаптиров дящихся нахо дискеты количество орматов имых ф (Наиболее несовмест ток. деся о емые в превышал Y применя — MX, M известные ДВК). с тот ицу внё в н ую пута льзовала нительн ол спо ды, Доп пания Apple и дисково то ком acintosh при факт, ч ерах M п кодирования пьют ком ринци PC. В своих е иной п IBM ющи чем на ование применя использ записи, ой мации тря на магнитн не смо еренос инфор был ате, ет, п результ етах не х диск ичны на диск огда Apple идент к ормами платф ого момента, жду отности ме кой пл. до т со н ах ды вы возможе дисково е в обоих режим а BM PC внедрил , работавши дискет I ive орматы еством Super. Dr тные» ф , колич р а твом «Станда азмером диск количес р , лись ает дорожке различа обознач а н (SS — в секторо сторон DS ых , уем дискету тностью использ ом (пло нюю ип рон да также т односто дисково юю), а Тип ронн а. тность, двухсто исковод одинарная пло д ерная записи) лся как SD — — четв как , QD ва маркиро йная плотность клонах, таких во в strad DD — д (использовался 0 К , Am — кета 72 ть плотнос 910 — 5, 25″ дис ета 640 К, HD -1 иск т QD Robotron йрон — 5, 25″ д ался о D — ч Не (отли торов), E PC, ПК отность к пл твом се высокая количес нным повыше тность. ная пло н расшире

Рабочие плотности дисководов и ёмкости дискет в килобайтах Дюймов 8 5, 25 160/180 3, 5 160/180 Плотность SD DD 320/360 QD 640/720 HD 1200 ED 720 1440 2880 8 -дюймовые дисководы долгое время были предусмотрены в BIOS и поддерживались MS -DOS, но точной информации о том, поставлялись ли они потребителям, нет (вaозможно, поставлялись предприятиям и организациям и не продавались физическим лицам).

Кроме вышеперечисленных вариаций форматов, существовал целый ряд усовершенствований и отклонений от стандартного формата дискет. Наиболее известные — 320/360 Кб дискеты Искра-1030/Искра-1031 — фактически представляли из себя SS/QD дискеты, но бут-сектор их был отмаркирован как DS/DD. В результате стандартный дисковод IBM PC не мог прочесть их без использования специальных драйверов (800. com), а дисковод Искра-1030/Искра-1031, соответственно, не мог читать стандарные дискеты DS/DD от IBM PC. Специальные драйверы-расширители BIOS 800, pu_1700 и ряд других позволяли форматировать дискеты с произвольным числом дорожек и секторов. Поскольку дисководы обычно поддерживали от одной до 4 дополнительных дорожек, а также позволяли, в зависимости от конструкционных особенностей, отформатировать на 1 -4 сектора на дорожке больше, чем положено по стандарту, эти драйвера обеспечивали появление таких нестандартных форматов как 800 Кб (80 дорожек, 10 секторов) 840 Кб (84 дорожки, 10 секторов) и т. д. Максимальная ёмкость, устойчиво достигавшаяся таким методом на 3, 5″ HD -дисководах, составляла 1700 Кб. Эта техника была впоследствии использована в Windows 98, а также Майкрософтовском формате дискет DMF, расширившим ёмкость дискет до 1, 68 Мб за счёт форматирования дискет на 21 сектор в аналогичном IBMовском формате XDF использовался в дистрибутивах OS/2, а DMF — в дистрибутивах различных программных продуктов от Майкрософт. Драйвер pu_1700 позволял также обеспечивать форматирование со сдвигом и интерливингом секторов — это ускоряло операции последовательного чтения-записи, но лишало совместимости даже при стандартном количестве секторов, сторон и дорожек. Наконец, достаточно частой модификацией формата дискет 3, 5″ является их форматирование на 1, 2 Мб (с пониженным числом секторов). Эта возможность обычно может быть включена в BIOS современных компьютеров. Такое использование 3, 5″ характерно для Японии и ЮАР. В качестве побочного эффекта, активация этой настройки BIOS обычно даёт возможность читать дискеты, отформатированные с использованием драйверов типа 800.

Наклейка защиты от записи 1. Ступица 2. Шторка 3. Пластиковый корпус 4. Бумажное кольцо 5. Магнитный диск 6. Сектор диска

В начале 80 -х годов практически на всех крупных международных выставках, представляющих новинки бытовой радиотехники, появился необычный экспонат - небольшой диск, отливающий всеми цветами радуги. Его быстро окрестили лазерным или компакт-диском (Compact Disk, CD), а фирма Philips - создательница этого "чуда техники" - объявила о совершенной ею революции в области записи и воспроизведения звука. Одним из главных достижений новой технологии стало отсутствие механического контакта между диском и считывающим устройством за счет использования лазерного луча вместо иглы. Это преимущество заставило производителей задуматься о применении компакт-дисков в компьютерах. С тех пор оптические диски превратились в универсальное средство хранения компьютерной информации. Причем традиционный CD считается уже несколько устаревшим, его теснят новые, более совершенные носители. Привод CD-ROM. Устройство для чтения и записи лазерных компактдисков CD-ROM/R/RW.

ЧТО ЗАПИСАНО В ROM, НЕ ВЫРУБИШЬ ТОПОРОМ Первые компьютерные компакт-диски, выпущенные в 1986 году, получили название CD-ROM (от англ. Read Only Memory - память только для чтения). Чтобы не путать компьютерные носители с появившимися ранее аудиодисками, последние стали именовать CD-DA (Digital Audio - цифровое аудио). Название CD-ROM указывало на то, что новый компакт-диск предназначался только для считывания уже записанной на него информации, стереть ее или записать что-то новое было невозможно. Емкость первого CD-ROM составляла 680 Мб - в те годы такой объем казался поистине огромным. Объем типичного жесткого диска (винчестера) был в несколько раз меньше. Не существовало программ, способных целиком заполнить компакт-диск. Сегодня ситуация изменилась: емкость жестких дисков в современных ПК составляет десятки гигабайт, многие мультимедийные приложения уже не помещаются на одном CD-ROM. Однако популярность компакт-дисков все еще велика. ти нос ерх пов е в а на пит ученно скоп. ого л о одн DA, по й микр е Dени ны раж иска C ктрон об т-д ле Из ак ий э п ком ирующ скан

Как же устроен обычный CD-диск? По своей структуре он напоминает слоеный пирог. Первый слой - основной - изготавливается из пластмассы (поликарбоната), второй - отражающий - выполнен из металла (алюминия, золота, серебра), третий - защитный - из прозрачного лака полиакрилата. Поверх лака часто наносятся рисунки, надписи и прочее декоративное оформление. Основной слой содержит полезную информацию, закодированную в нанесенных на него микроскопических углублениях, называемых питами (от англ. pit - ямка, впадина). Питы, представляющие, по сути, битовые ячейки, располагаются вдоль спиральной дорожки, идущей от центра к периферии. Информация составляется Внутреннее устройство компакт-диска чередованием питов (логических нулей) и промежутков между ними (логических единиц). При производстве компакт-дисков используются методы штамповки, или прессования. Эталонный диск изготавливается из очень чистого стекла и покрывается специальной пластиковой пленкой. Мощный записывающий лазер с программным управлением выжигает в пленке ямочки, содержащие закодированную информацию. Затем изготавливается металлическая матрица, с помощью которой штампуются серийные компактдиски. Микрофотография фрагмента металлической матрицы, используемой для штамповки компакт-дисков.

Отражающий слой компакт-диска служит для оптического считывания информации. Основной принцип системы считывания состоит в том, что лазерный луч направляется на поверхность компакт-диска, вращающегося с большой скоростью. Отраженны й от поверхности сигнал попадает на светоприем ник (фотодиод), который в зависимости от характеристик падающего на него света выдает слабые электрические импульсы различной величины. Свет, идущий от углублений, оказывается значительно более слабым, чем отраженный от плоских участков. Таким образом, двигаясь вдоль дорожки, система считывания "видит" последовательность темных и светлых участков. После фотоприемника электрический сигнал проходит через усилитель и далее преобразуется в цифровую информацию. Чтение данных с компакт-диска осуществляет специальный дисковод, или привод, который многие называют так же, как и сам диск, - CD-ROM. Привод может быть внутренним (встроенным в системный блок) и внешним (в виде отдельного устройства). Типичный привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. Двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью, а также для его торможения. При установке диска в привод его положение фиксируется путем зажима между подставкой, закрепленной на оси двигателя, и шайбой, расположенной с другой стороны диска. Подставка и шайба притягиваются друг к другу постоянными магнитами. Система оптической головки включает в себя инфракрасный полупроводниковый лазер, систему фокусировки лучей, фотоприемник и предварительный усилитель сигнала, а также систему перемещения головки.

Схема считывания данных с компакт-диска. Система фокусиpовки включает подвижную линзу (1), пpиводимую в движение электpомагнитной системой Voice Coil, сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля, создаваемо го катушкой (2), вызывает пеpемещение подвешенного на упругом держателе (3) магнита (4), к которому крепится линза, и соответственно пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.

ЗАПИСЫВАЕМЫЕ И ПЕРЕЗАПИСЫВАЕМЫЕ CD Первое время главным недостатком компакт-диска была невозможность записи на него данных в домашних условиях. Пользователи, привыкшие сафмостоятельно переписывать музыку с пластинок на магнитные ленты, ожидали аналогичных возможностей и от оптических дисков. Вскоре их ожидания оправдались - сначала появился однократно записываемый диск CD-R (CD-Recordable), а потом и диск для многократной перезаписи CD-RW (СD-Re. Writable). Хотя внешне записываемые диски очень похожи на обычный CD-ROM, их внутренняя структура и способ записи информационного сигнала заметно отличаются. Запись информации на обычный и многоуровневый компакт-диски. В первом случае используются две градации сигнала, во втором - восемь градаций. Пластиковая основа для CD-R не несет полезной информации - вместо питов на ней отпечатаны лишь пустые дорожки (они необходимы для ориентации привода головки). Сверху наносится тонкая пленка органических молекул, а затем диск покрывается слоем отражающего металла. Используемые органические молекулы (цианины, фталоцианины) способны необратимо менять свои оптические свойства при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки поверхности, они перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные питам. В результате на CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках. Таким образом при помощи соответствующего оборудования и программного обеспечения можно записывать различные диски, в том числе и звуковые, а затем использовать их в традиционых CD-приводах или в бытовых плейерах. Заметим, однако, что отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R немного хуже по сравнению со штампованными CD-ROM. Поэтому недостаточно качественные приводы CD-ROM либо вовсе не могут считывать с них данные, либо часто дают сбои.

Так выглядит в сканирующий электронный микроскоп последовательность питов, "записанная" лазером на поверхности диска CD-R.

Важные характеристики CD-приводов - время доступа, показывающее, как быстро происходит поиск нужной информации на диске, и скорость чтения данных после того, как файл найден. Последнюю обычно измеряют в единицах, равных скорости считывания информации с аудио CD (около 150 килобайт в секунду). Тогда, например, параметр "52 x" означает, что дисковод может вращать диск в 52 раза быстрее, чем это делает стандартный CD-плейер. Однако, если надежность считывания информации ухудшается, например из -за низкого качества самого диска, скорость автоматически снижается. Однократно записываемый диск CD-R.

DVD - УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ДИСК Сег одня, нес мотря на популярно огромну сть дисков ю считается, CD-ROM/R что станд /RW, артный ко безнадежн мпакт-диск о устарел. современн Для ых прилож многих ени Мб уже н едостаточн й емкости 600 -700 о. В част касается ц ности, это ифрового в идео. Дейс одна твительно, минута высококач цифрового ественного видеофил ьма требуе памяти. т до 100 Мб Как пра вило, ви компресси деоданные руются (с жимаются) формату согласно MPEG 2, необходим что уменьшает ый объем памяти д минуту по о 30 Мб н каза. Легк а о подсчит таком сжа ать, что п тии двухча ри совой фил 3, 6 Гб па ьм займет мяти - эт о почти в больше е шесть ра мкости ст з андартного Конечно, м CD-диска ожно сжат. ь видеофи что он по льм и так местится , на один к однако пр омпакт-дис и этом ка к, чество за несколько писи буде ниже, че т видеокассе м на обычной те. ный а огром и. л ци оверши DVD с лей информа гия о Технол сти носите 17 Гб 4, 7 до а в обл ить от точно скачок D могут хран е доста иси V вполн зап Диски D акого объема ной - т вен мов, данных высококачест еофиль ых вид едийн для х жны ультим м етра полном рных игр, те ннему компью внутре ожи. й и т. п. иду и опеди энцикл внешнему в нь пох VD оче логия и D По ски CD е техно ову тву ди акая ж устройс пользуется т иковую осн и ст ис аци В DVD я на пла регистр ия ни окрыт нанесе ского п нулей -питов, иче ний углубле ого от металл ции в виде та чие нн отраже его интерпре льное отли и ии: иа сигнала ц. Принцип си информац а пи ни ит и еди плотности за ый размер п е ьн в ни состоит CD минимал а, а расстоя ля она, рон если д , 6 микр 83 мик 1 яет 0, , 74 жками составл седними доро равны 0, 4 и 0 е со ачения личени между эти зн венно. Уве жным DVD ст озмо то для соответ ало в зованию т а иси с микрон исполь и зап шей ост плотн с мень аря лазера благод кового оводни полупр ны. ной вол дли

Различные типы DVD-дисков односторонний однослойный (а) односторонний двухслойный (б) двусторонний однослойный (в)

Кроме того, диски DVD могут быть двухслойными и двухсторонними. В первом случае два простых DVD-диска как бы последовательно соединяются друг с другом, образуя один диск с двумя информационными слоями - верхним и нижним. Чтобы лазер мог считывать данные с обоих слоев, верхнее отражающее покрытие делается полупрозрачным. Перефокусируя луч, можно регистрировать характеристики отраженного сигнала на разной глубине. На двухслойном DVD-диске можно разместить 8, 5 Гб данных, то есть на 3, 5 Гб больше, чем на обычном DVD. (Следовало бы ожидать увеличение емкости в два раза, однако, чтобы минимизировать препятствия, возникающие на пути лазера при прохождении через внешний слой, минимальный размер питов на двухслойном диске увеличен с 0, 4 до 0, 44 микрона. ) При создании двухстороннего DVD-диска опять же, по сути, соединяют два простых диска, но на этот раз тыльными сторонами друг к другу. В результате между двумя пластинками поликарбоната с отпечатанными на них питами оказывается общий отражающий слой металла. На двухстороннем DVD-диске помещается 9, 4 Гб данных (по 4, 7 Гб на каждой стороне). Однако, поскольку данные располагаются с двух сторон, придется либо переворачивать диск вручную, либо использовать специальное устройство, способное считывать данные с обеих сторон.

Размер информационных ячеек - питов и расстояние между соседними дорожками на дисках DVD (справа) почти в два раза меньше, чем на компакт-дисках (слева). Поэтому на DVD-диске помещается гораздо больше информации. Для считывания данных с DVD-диска требуется специальное устройство - привод DVD (или DVD-ROM). Благодаря совместимости технологии DVD с технологией CD привод DVD также читает и старые диски CD-ROM, причем разных форматов. (К сожалению, обратное неверно: прочитать DVD с помощью CD-ROM не удастся. ) Поэтому все производители понемногу сворачивают выпуск приводов CD-ROM и переходят на DVD-ROM. Для пользователей сдерживающим фактором пока остается довольно высокая цена на новые приводы. К тому же сейчас на отечественном рынке практически вся программная продукция, в том числе и мультимедийная, по-прежнему распространяется на компакт-дисках. На DVD можно найти разве что фильмы. Стандарт DVD-ROM имеет подмножества DVD-Video и DVD-Audio. Диски DVD-Video специально предназначены для хранения видеозаписей, они проигрываются бытовыми DVDплейерами, подключенными к видеовходу обычного телевизора. Предусмотрена возможность многоканального звукового сопровождения и отображения титров на нескольких языках. Диски DVD-Audio служат для записи только звука, но зато с высоким качеством, многоканальностью и возможностью размещения на диске различной сопутствующей информации.

Для записи видео- и звука на DVD применяется уже упоминавшаяся выше технология компрессии данных Звук на DVD может быть MPEG-2. Это следующее после MPEG-1 поколение записан в стандарте АС-3 (он стандарта на сжатие видео- и звуковых данных, же Dolby Digital 5. 1) раздельно разработанное Экспертной группой кинематографии для шести каналов - центр, (Moving Picture Experts Group, MPEG). Поскольку более два фронтальных, два 97% цифровых данных, представляющих собой тыловых канала и сабвуфер, видеосигнал, от кадра к кадру дублируются, алгоритм воспроизводящий только MPEG-2 (так же, как и MPEG-1) анализирует самые низкие частоты. видеоизображение в поисках повторов и удаляет их без ущерба качеству изображения. Но главное новшество MPEG-2 заключается в применении переменного коэффициента сжатия: быстро меняющиеся сцены сжимаются с большими потерями, в то время как видеоинформация, фигурирующая в значительном количестве кадров, кодируется более качественно. Кроме того, MPEG-2 выигрывает и чисто количественно - разрешение в 500 телевизионных линий против 240 у MPEG-1. Уже существуют однократно записываемые диски DVD-R, использующие адаптированную для DVD технологию CD-R. Они могут быть прочитаны большинством приводов и проигрывателей DVD. Для многократной перезаписи разработан стандарт DVDRAM, допускающий около ста тысяч циклов стирания-записи. Диск DVD-RAM так же, как и CD-RW, поддерживает файловую систему UDF и потому может использоваться как обычный сменный носитель. К сожалению, современные DVD-RAM не читаются большинством стандартных DVD-приводов. Однако в следующем поколении перезаписываемых дисков этот недостаток будет исправлен.

ЧТО ДИСК ГРЯДУЩИЙ НАМ ГОТОВИТ? 1 Прогресс в области цифровых технологий 4 Компания Constellation 3 D (C 3 D) решила пойти 2 Как повысить емкость оптических другим путем и, похоже, совершила революцию. Идея идет бешеными темпами. С каждым годом носителей? Наиболее очевидный путь - была проста: вместо того, чтобы регистрировать сигнал потребность во все более совершенных и увеличивать плотность записи информации, за счет то есть уменьшать размер материал, отражения, можно заставить питов и емких носителях информации увеличивается. Если еще совсем недавно возможность содержащий информацию, сам соседними дорожками. расстояние между излучать свет. В итоге хранить на диске DVD до 17 Гб данных был разработан флуоресцентный многослойный диск Однако плотность записи на оптических (Fluorescent Multilayer Disk, FMD) - длиной емкий на самый казалась фантастической, то сегодня дисках ограничена волны сегодняшний день носитель информации. Так, производители уже всерьез обеспокоены считывающего лазера: дифракция не созданный позволяет сфокусировать луч на поверхности компанией 10 -слойный прототип FMD разработкой оптических дисков нового поколения - еще более емких, быстрых и, способен хранить до 140 Гб данных. А, вообще, как в пятно диаметром меньше длины волны. заявляют разработчики, число информационных более слоев конечно же, дешевых. Именно поэтому переход к может быть увеличено до ста и более - тогда на одной 5 высокочастотному (коротковолновому) лазеру дюймовой позволил сделать скачок от CD к DVD. Таким пластинке поместится до терабайта информации! образом, следующий шаг - создание полупроводникового лазера, излучающего в 3 Другой способ увеличения емкости - синей или фиолетовой области спектра (450 наращивание числа информационных слоев. 400 нм). Ожидается, что в этом случае Однако попытки создать DVD с числом слоев емкость одного информационного слоя больше двух (с каждой стороны) пока не составит 14 -20 Гб. Разработки по созданию увенчались успехом - многократная "голубого лазера" активно ведут многие интерференция и рассеяние лучей в толще компании. Уже имеются действующие материала портят качество сигнала до прототипы, но до массового производства неприемлемого уровня, а использование технология пока не дошла. сверхточных детекторов слишком дорого и нерентабельно. Таким образом, на пути к многослойности традиционная технология, основанная на использовании отражающих покрытий, столкнулась с непреодолимыми трудностями.

Внутреннее устройство флуоресцентного многослойного диска. Внешне флуоресцентный диск очень похож на обычный компакт-диск или DVD, если не считать того, что он совершенно прозрачен (из-за отсутствия отражающих свет металлических покрытий). Каждый информационный слой FMD, изготовленный из поликарбоната, содержит ячейки-питы, заполненные органическим материалом (фотохромом). Молекулы фотохрома можно переводить во флуоресцентное (то есть способное испускать свет) состояние и обратно с помощью записывающего лазера определенной длины волны и мощности. Это свойство используется для записи и стирания информации. ый ентн ресц о но флу его - вершен щ у буд ие - со диск к (FMD) отсутств лоя. с ский с тиче йный ди а тому - ческого Оп ли чин сло ного ен. При т метал м све рач проз ающего ж отра

Записанная на диск информация читается устройством, похожим на обычный привод CD-ROM. При освещении считывающим лазером флуоресцентные питы испускают свет, причем их излучение оказывается немного сдвинутым в красную область по отношению к излучению лазера (на 30 -50 нм). Благодаря этому удается легко различить рассеяный сигнал лазера и флуоресценцию материала диска. Последняя улавливается фотоприемником и принимается за логическую единицу. Схема, иллюстрирующая работу флуоресцентного многослойного диска.

Разработчики FMD-технологии поддерживают ее совместимость с форматами CD и DVD, используя ту же систему распределения данных на каждом слое. Кроме того, многие этапы производства флуоресцентных дисков унифицированы под уже давно существующие методы производства CD/DVD, хотя, конечно, введены и существенные технологические новшества, связанные с отсутствием металлического покрытия и необходимостью заполнения питов флуоресцентным материалом. Вероятно, в будущем устройства для чтения FMD будут поддерживать DVD как подмножество своих функций. График зависимости качества считываемого сигнала от числа информационных слоев в дисках DVD и FMD. Важная особенность новой технологии - возможность параллельного считывания данных. Если записывать последовательность битов не вдоль дорожки, а вглубь по слоям, то можно значительно повысить скорость выборки информации. Таким образом, создание FMD - это, по сути, шаг к объемной записи информации. Не случайно новый носитель часто называют "трехмерный диск". По-настоящему объемная запись информации возможна при использовании трехмерной голографии. В этом случае в кристалле размером с сахарный кубик поместилось бы около терабайта данных. Запись может производиться освещением фоточувствительного материала опорным лучом и лучом, несущим полезную информацию. А восстановление - повторным освещением опорным лучом. Меняя при записи длину волны и угол падения опорного луча, можно на одном и том же носителе сохранить огромное число голографических изображений. При считывании данных угол падения и длина волны опорного сигнала служат адресом информации. Голографический носитель, скорее всего, уже не будет похож на диск, так как вращать его при чтении данных необязательно. Хотя идея голографической памяти известна с 60 -х годов прошлого века, ее применение в компьютерах еще впереди.