Магнитные оптические электронные носители информации. Эволюция компьютерных носителей информации. Накопители на гибких магнитных дисках

План реферата

1. Магнитные носители……………………………………………….……3

1.1 Гибкие диски……………………………………………………….….4

2. Оптические носители……………………………………………….…...5

2.1 DVD……………………………………………………………………..5

2.2 Divx………………………………………………………………….…..6

2.3 FMD ROM - накопители третьего тысячелетия………….……...6

2.3.1 Принципы функционирования FMD ROM…………….….…6

2.4 Технология Blu-Ray - преемник DVD………………………….…..7

2.4.1 Характеристики Blu-Ray Disc…………………………..….….8

3. Магнитно-Оптический носитель…………………………………….….8

3.1 Размер 5,25’’…………………..…………………………………..…..9

3.2 Размер 3,5’’……………………………..………………………….….9

3.3 Нестандартные устройства…………………………………….…..9

3.4 Преимущества МО-дисков…………………………………………..9

3.5 Недостатки МО-дисков……………………………………………….9

4. Мобильные носители……………………………………………………10

4.1 USB Flash Memory ...………………………………………………....10

4.2 Принцип действия...……………..………………………………....10

4.2.1 NOR……………………………………………………………..10

4.2.2 NAND…………………………………………………………...11

4.3 Характеристики……………………………………………………...11

4.4 Файловые системы…………………………………………………11

4.5 Применение………………………………………………………….11

4.6 Типы карт памяти……………………………………………………12

1. Магнитные носители

Технология записи информации на магнитные носители появилась в начале 20-го века, но уже в 60-ые - 70-ые годы распространилась во всём мире.

На первой грампластинке записывали мелодии, речь человека.

Технология записи была простой: специальным аппаратом в мягком материале - виниле делались засечки, ямки, канавки. Получалась пластинка, которую прослушивали при помощи другого аппарата - патефона или проигрывателя. Пате­фон состоял из механизма, вращающего пластинку вокруг своей оси, иглы и трубки.

Игла плыла по канавкам, издавая звуки по принципу резонанса - в зависимости от глубины канавки, её ширины, наклона и.т.д. Трубка, находившаяся около самой иголки, усиливала звук (рис. 1).

Похожая система используется в устройствах считывания магнитной записи. Функ­ции составных частей остались прежними, сменились сами составные части - вместо виниловых пластинок используются ленты с напылённым на них слоем ферромагнетиков, на который “запоминается” информация. Вместо иглы - считы­вающее устройство. Вместо трубки, усиливающей звук - динамики.

Запись осуществляется с помощью магнитной индукционной головки, на неё пода­ётся ток, который активирует магнит. Магнитное поле меняется в такт со звуковыми колебаниями, и магнитные частички (домены) меняют своё расположение на поверхности плёнки в соответствии с полем электромагнита.

При воспроизведении происходит обратный процесс: намагниченная лента возбуж­дает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают в динамик. (рис. 2)

В компьютерной технике данные записываются на магнитные носители так же, но для них нужно меньше места на плёнке. Информация в компьютерах пишется в двоичной системе: если при чтении головка “чувствует” под собой домен, то значение данной частички равно “1”, если не “чувствует”, то - “0”. Компьютер преобразует эти данные в понятную для человека систему.

Существует много типов магнитных носителей: дискеты, аудио- и видеокассеты, бобинные ленты, жёсткие диски внутри компьютеров. Например:

Жесткий диск Barracuda 180

Скорость передачи данных с диска: до 48 Мбайт/с

Скорость вращения шпинделя: 7200 об/мин

Интерфейс: Ultra160 до 160 Мбайт/с, FibreChannel до 200 Мбайт/с

Предел прочности 150 G в нерабочем состоянии

Уровень шума: 37 дБ

Время поиска: 7,5 мс

Очень ёмкий внутренний жесткий диск для РС.

Жесткий диск Cheetah X15_36

Ёмкость: 36,7 и 18,3 Гбайт

Скорость передачи данных с диска: до 48,9 Мбайт/с

Скорость вращения шпинделя: 15.000 об/мин

Интерфейс: Ultra320 до 320 Мбайт/с

Предел прочности G в нерабочем состоянии

Уровень шума: 35/37 дБ

Время поиска: 3,9 мс

Самый быстрый жесткий диск для РС.

1.1 Гибкие диски

В приводе флоппи-диска (Floppy Disk – FD - гибкого диска, или дискеты) имеются два двигателя: один обеспечивает стабильную скорость вращения дискеты, а второй перемещает головки записи-чтения. Скорость вращения первого двигателя зависит от типа дискеты и составляет от 300 до 360 об/мин. Двигатель для перемещения головок в этих приводах всегда шаговый. С его помощью головки перемещаются по радиусу от края диска к его центру дискретными интервалами. В отличие от привода винче­стера головки в данном устройстве не «парят» над поверхностью флоппи-диска, а ка­саются ее.

Для каждого из типоразмеров дискет (5,25 или 3,5 дюйма) существуют свои при­воды соответствующего форм-фактора.

Дискеты каждого типоразмера бывают двусторонними (Double Sided, DS), односторонние - устарели. Плотность записи может быть: одинарной (Single Density, SD), двойной (Double Density, DD, емкость 360 или 720 Кбайт) и высокой (High Density, HD, емкость 1,2, 1,44 или 2,88 Мбайта). Плотность определяется величиной зазора между диском и магнитной головкой, а от стабильности зазора зависит качество за­писи - считывания. Для повышения плотности уменьшается зазор, но повышаются требования к рабочей поверхности дисков.

Материал для изготовления магнитных дисков - алюминиевый сплав Д16МП (МП - магнитная память). Он немагнитный, мягкий, достаточно прочный, хорошо об­рабатывается.

Гибкие дисковые устройства состоят из устройства чтения/записи – дисковода и непосредственного носителя – дискеты.

Дискета - это слой магнитно-мягкого материала, нанесенный на подложку из поли­мерного немагнитного пластического материала. Носитель помещается в бумажный или пластмассовый кожух-корпус. Покрытие нанесено с обеих сторон дискеты и чтение/запись производится с обеих сторон. Дискеты разного диаметра имеют различные оформления корпуса. Гибкие диски диаметром 5.25 дюйма помещаются в бумажный кожух, а 3.14 – в пластмассовый. Дискета в кожухе свободно вращается приводом дисковода через окно центрального захвата, что обеспечивает прохождение дорожки под головкой чтения/записи.

На кожухе дискеты имеются отверстия: центрального захвата(3), отверстие пози­ционирования головки(1),отверстие физической защиты от записи (5, 8), направляю­щие отверстия и пазы (2), отверстие определения полного оборота носителя (4). Отверстие для позиционирования магнитных головок чтения/записи у 3.14 дюймовых носителей закрыто металлической задвижкой (7), а отверстие для центрального за­хвата и вращения на шпинделе привода вращения диска, в отличие от носителя диа­метром 5.25 дюймов, находится только с нижней стороны дискеты. Каждый гибкий диск необходимо готовить к приему данных - форматировать. Форматирование дискет производится при помощи программ форматирования дисков.

На дискете указывается параметр называемый числом точек на дюйм носителя – Track per inch (TPI). TPI показывает максимальную плотность размещения областей независимой намагниченности носителя. В соответствии с характеристиками, диск форматируют в рамках его возможностей, иначе возможны потери данных после опе­рации записи.

Дисковод - это устройство чтения/записи с/на дискету. Каждый тип дискет требует собственного устройства. Но существуют и смешанные дисководы, соединяющие в себе устройства для чтения 3.14 и 5.25 дюймовых дискет. Дисководы располагаются внутри системного блока. Однако выпускаются и внешние варианты. Снаружи системного блока находится передняя панель дисковода, на которой распо­лагаются управляющие элементы – кнопка фиксации/извлечения дискеты, отверстие для помещения/извлечения дискеты, индикатор обращения к устройству. Внутри дис­ковод состоит из: двигателя; системы управления вращением носителя; системы управления позиционированием головок чтения/записи; схем формирования и преоб­разования сигналов, и др. электронных устройств. Дисководы подключаются к схемам компьютера интерфейсным кабелем – шлейфом. На концах и/или по длине шлейфа находятся разъемы, один из которых служит для соединения шлейфа с дисководом; другой с интерфейсом дискового устройства на материнской плате. Кабелем питания дисковод подключается к питающему напряжению.

Чтение/запись информации на дискету дают невысокие скорости обмена, объем информации до 2 Мегабайт. Поэтому дискеты используют как средство транспортировки и архивного хранения малых объемов информации. Надежность дискет невысока. Они подвержены вредным воздействиям температурных, гидромет­рических, магнитных, механических и др. факторов. Поэтому с дискетами следует об­ращаться аккуратно.

Недопустимо: хранение дискет в местах воздействия магнитных полей, влаги, механических воздействий, обильного количества пыли, резких перепадов температур. Необходимо осторожно вставлять и извлекать дискету из дисковода только после того, как индикатор обращения к диску погаснет. Необходимо чистить головки чтения/записи при помощи чистящей дискеты и очистителя. Срок службы но­сителя зависит от способа эксплуатации и от исходного качества. Дискеты высокого качества выдерживают до 70 млн. проходов головки по дорожке, что соответствует сроку интенсивной эксплуатации до 20 лет. Дискеты плохого качества подвержены высыпанию частичек магнитного покрытия и размагничиваемости.

2. Оптические носители.

В CD или DVD отражающий алюминиевый слой нанесен на выдавленную подложку из полимера, из-за чего они непрозрачны. При чтении луч полупроводникового лазера отражается от слоя с записанной информацией. Отраженный луч фиксируется детек­тором - приемником. Т.е. считывание идет по принципу: попал или не попал луч в приемник. Максимальная удельная емкость диска определяется размером светового пятна от лазера, которое 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.

DVD-стандарт базируется на принципах:

• · большая емкость и возможность ее дальнейшего наращивания;
• · обратная совместимость с существующими CD;
• · совместимость с будущими записываемыми DVD-дисками;
• · единая файловая система для всех приложений;
• · единый интерактивный стандарт для компьютера и телевидения;
• · надежность хранения данных и их последующего считывания;
• · высокая производительность при записи и считывании данных для последовательного и для произвольного доступа к данным;
• · отсутствие вспомогательных конструкций типа картриджей и кэдди;
• · доступная цена.

Внешне конструкция DVD аналогична устройству компакт-диска - с теми же геометрическими размерами (диаметр - 120 мм, толщина - 1,2 мм), но она значи­тельно сложнее. Для увеличения объема данных при сохранении тех же геометрических размеров диска, что и CD, были предприняты шаги:

• · уменьшение размеров углублений (питов) на DVD до 0,4 мкм;
• · уменьшение расстояния между соседними дорожками (треками) до 0,74 мкм;
• · размещение несущих информацию слоев в несколько этажей (до 8 пар, и это еще не предел).

DVD может быть как односторонним, так и двухсторонним. Конструктивно двух­сторонний диск представляет собой два склеенных нерабочими поверхностями диска толщиной 0,6 мм каждый. Спецификации DVD-стандарта предусматривают четыре типа дисков с разной информационной емкостью:

• · односторонний однослойный диск (4,7 Гбайт, видео ресурс - 133 мин.);
• · односторонний двухслойный диск (8,5 Гбайт, видео ресурс - 240 мин.);
• · двухсторонний однослойный диск (9,4 Гбайт, видео ресурс - 266 мин.);
• · двухсторонний двухслойный диск (17 Гбайт, видео ресурс - 481 мин.).

Ёмкость одностороннего однослойного диска в семь раз, а двухстороннего двухслойного - в двадцать шесть раз превышает емкость стандартного компакт-диска.

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.

DVD, как и компакт-диск малочувствителен к пыли, царапинам и прикоснове­ниям пальцев.

2.2 Divx

Компания Digital Video Express разработала новый формат Divx-диска для однократной записи кинофильмов. 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. Разработка этого формата связана с организацией системы временного видеопроката: купив диск, не придется возвращать его назад. Его можно будет воспроизводить только на Divx-проигрывателях. О поддержке этого формата заявили такие крупные компании, как Disney, Dream-Works, Paramount, Universal. Этот диск не совместим с DVD-проигрывателями. Divx обеспечивает нарушение записи на диске.

2.3 FMD ROM - накопители третьего тысячелетия

Превосходство FMD ROM над DVD:
Соотношение размер/емкость. Прототипы FMD ROM способны вмещать до 140Гб при размере диска 12 см в диаметре, т.е. на 5 дюймовом носителе. Это при де­сяти слоях. Число слоев будет увеличиваться. При этом станет возможно создание дисков емкостью в десятки терабайт. На данный момент такой объём информации обеспечивается использованием дисковых массивов, занимающих целые шкафы и комнаты.

Новые объемы потребуют и соответствующих скоростей доступа.
FMD ROM представляет собой полимерную матрицу с фотохромным веществом, по стоимости это пластиковый диск. Нет затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных слоев, как в DVD. Собственно и никаких слоев в привычном смысле этого слова нет.

2.3.1 Принципы функционирования FMD ROM.

FMD ROM - прозрачный диск формата CD или DVD. Диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на условные "слои" (layer). Они не являются слоями в привычном смысле, это параметр форматирования диска, аналогичный сектору и до­рожке магнитных носителей. Толщина этих слоев строго фиксирована.

Два слоя в CD или DVD - это предел, больше сделать сложно, так как нужны точные фокусирующие системы, которые будут работать только в лабораторных условиях. Массовое производство таких систем является дорогим и нерентабельным.

Разработчиками FMD было предложено 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. 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 предложено название "трехмерный диск".

Плотность записи будет зависеть от чувствительности регистрирующего детектора. Чем меньше 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. Отражения будут происходить от поверхности диска и других записанных слоев. Качественное ухудшение сигнала в обычных дисках нарастает с увеличением числа слоев. В случае с флуоресцентными дисками это ухудшение происходит го­раздо медленнее. 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 Тб на один FM диск. 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 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.

На фотографии - прототип привода для таких дисков.

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. Читающий лазер, ни в коем случае не должен вносить изменения в данные, хранящиеся на диске.
Идея использования фотохромов в качестве носителей информации не нова. Ей примерно тридцать лет, но лишь теперь она реализована на практике.

2.4 Технология Blu-Ray - преемник DVD

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray - синий луч и disc - диск; написание blu вместо blue - намеренное) - формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высо­кой чёткости. Стандарт Blu-ray разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES). Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования коротковолно­вого (405 нм) «синего» лазера. Буква «e» была исключена из слова «blue» зарегистрировать торговую марку.

С 2006 году и до 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент - альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отка­залась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля 2008 года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD.

Blue Laser DVD диск

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 ГБ, двухслой­ный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 ГБ. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 ГБ и 200 ГБ с использованием четырёх и восьми слоёв соответственно. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 ГБ.

5 октября 2009 года японская корпорация TDK сообщила о создании записывае­мого Blu-ray диска ёмкостью 320 гигабайт. Новый десятислойный носитель полностью совместим с существующими приводами, сообщает сайт TechOn.

На данный момент доступны диски BD-R (одноразовая запись) и BD-RE (многоразовая запись), в разработке находится формат BD-ROM. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируемый объём 15 ГБ.

Привод для записи Blu-Ray дисков

Для совместимости с CD и DVD, Blu-Ray, привод имеет два лазера - основной синий и дополнительный красный. Совместимость с предыдущими форматами нужна, т.к. библиотека DVD и CD очень велика и потребитель не захочет отказываться от нее.

Привод, записывающий Blu-Ray диски Головка с лазером

2.4.1 Характеристики Blu-Ray Disc

Емкость носителя	23.3 Гб / 25 Гб / 27 Гб / 50 Гб / 100 Гб
Длина волны лазера	405nm (blue-violet laser)
Шаг линзы	0.85 NA (numerical aperture)
Скорость пересылки данных
Диаметр диска
Толщина диска	1.2mm (толщина оптически активного слоя - 0.1mm)
Толщина трека
Минимальная длина точки	0.160/0.149/0.138um
Плотность записи	16.8/18.0/19.5 Gbit/inch2
Формат записи видео	MPEG2 video (для видеоплеера), для компьютера - любые
Формат записи аудио МО-диск это поликарбонатная подложка толщиной 1,2 мм, на которую нанесено несколько тонкопленочных слоев. В этом заключается магнитная часть технологии, а оптическая представлена считывающим лазером. Защитный слой предохраняет поверхность диска от повреждений. Отражающий - необходим для работы лазера. Диэлектрические слои выполняют две функции: 1)теплоизолируют магнитный слой для эффективности использования энергии лазера при записи; 2)увеличивают эффект поляризации при чтении. Сам МО-диск помещается в пластиковую коробку со "шторкой" и окошечком защиты от записи Запись на магнитооптический диск осуществляется так: излучение лазера разогре­вает участок дорожки выше температуры точки Кюри, после чего электромагнитный импульс изменяет намагниченность, создавая отпечатки, эквивалентные Питам на оп­тических дисках. Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: поляризованный лазерный луч прохо­дит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую сис­тему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера, что и определяется датчиком. 3.1 Размер 5,25’’ Максимальная емкость - 9,1 Гб. DVD уступают магнитооптике не только по быстродействию, но и по надежности хранения данных. МО-диски выдерживают огромное количество циклов перезаписи, не чувствительны к внешним магнитным по­лям и радиации, гарантируют сохранность записанной информации в течение полусотни лет. Запись производится с помощью двух головок. Оптическая осуществляет нагрев, а магнитная изменяет направление магнитного поля. Обе стороны диска запи­сываются одновременно, следовательно, скорость записи и чтения данных удваивается. 3.2 Размер 3,5’’ Магнитооптика формата 3,5, в отличие от магнитооптики формата 5,25, ориентиро­вана на массовый рынок. Достоинства: компактность, высокое быстродействие и надежность. Формат высокоплотной записи GigaMO - составляет 1,3Гб и 2,3Гб. Эти форматы предусматривают полную обратную совместимость устройств с носителями предыдущих поколений (128-640 Мб). 3.3 Нестандартные устройства Диск диаметра 50 мм (чуть меньше 3,5 дюймового) вмешает 730 Мб. Он идеально подходит для применения в карманных и цифровых устройствах различного назначения. Диск диаметром 50,8мм, высокой плотности. Объем хранимой информации приблизительно равен 1-2 Гб, предназначен для использования в портативных вычислительных устройствах, главным образом в ноутбуках. 3.4 Преимущества МО-дисков ¨ Слабая подверженность механическим повреждениям ¨ Слабая подверженность магнитным полям ¨ Гарантированное качество записи ¨ Работа как с жестким диском ¨ [править] 3.5 Недостатки МО-дисков ¨ Высокое энергопотребление. Для разогрева поверхности требуются ла­зеры значительной мощности, а, следовательно, и высокого энергопотребления. Это затрудняет использование пишущих МО приводов в мобильных устройствах. ¨ Высокая цена, как самих дисков, так и накопителей. ¨ Малая распространённость. 4 Мобильные носители 4.1 USB Flash Memory Флеш-память (англ. Flash-Memory) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ). Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, типично - 10-100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально - около миллиона циклов). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи - намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW. Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах - фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения. Широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD. Основным недостатком является высокое соотношение цена/объём, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2-3 раза. Работы в этом направлении ведутся - удешевляется технологический процесс, усиливается конкуренция. В ноябре 2009 года компания OCZ предложила SSD-накопитель ёмкостью 1Тб и 1,5 млн циклов перезаписи. Ещё один недостаток флеш-памяти по сравнению с жёсткими дисками - меньшая скорость. Производители SSD-накопителей заверяют, что скорость этих устройств выше скорости винчестеров, но в реальности она ощутимо ниже. Это приводит к снижению общей производительности. Последние модели SSD-накопителей по этому параметру уже приблизились к винчестерам, но они слишком дороги. 4.2 Принцип действия Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC; triple-level cell, TLC ) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора. 4.2.1 NOR В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ-НЕ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

• записи;
• хранения;
• чтения;
• передачи (распространения) информации.

Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

• оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
• полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);
• CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;
• DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;
• диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

• по объёму (размеру) хранимой информации;
• по удельной стоимости хранения;
• по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;
• по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

• хрупкость устройств считывания;
• вес (масса) (в некоторых случаях);
• зависимость от источников электропитания;
• необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;
• с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;
• с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Основные характеристики оптических дисководов:

• емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)
• скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;
• время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).

В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).

При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.

У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) , так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы, расположенной ниже.

Тип накопителя	Преимущества	Недостатки
Жесткий диск	Большой объём хранимой информации. Высокая скорость работы. Дешевизна хранения данных (в расчете на 1 Мбайт)	Большие габариты. Чувствительность к вибрации. Шум. Тепловыделение
Оптический диск	Удобство транспортировки. Дешевизна хранения информации. Возможность тиражирования	Небольшой объём. Нужно считывающее устройство. Ограничения при операциях (чтение, запись). Невысокая скорость работы. Чувствительность к вибрации. Шум
Флеш-память	Высокая скорость доступа к данным. Экономное энергопотребление. Устойчивость к вибрациям. Удобство подключения к компьютеру. Компактные размеры	Ограниченное количество циклов записи

ТИПЫ ВЗУ, (по критерию физической основы или технологии производства носителя)

Магнитные носители, -оптические, -флеш-память

Магнитные носители

Магнитные носители основаны на свойстве материалов находиться в двух состояниях: «не намагничено»-«намагничено», кодирующие 0 и 1. По поверхности носителя перемещается головка, которая может считывать состояние или изменять его. Запись данных на магнитный носитель осуществляется следующим образом. При изменении силы тока, проходящего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля на поверхности магнитного носителя, и состояние ячейки меняется с «не намагничено» на «намагничено» или наоборот. Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частички ферро магнитного покрытия являются причиной появления электрического тока. Электромагнитные сигналы, которые возникают при этом, усиливаются и анализируются, и делается вывод о значении 0 или 1.

Из-за контакта головки с поверхностью носителя через некоторое время носитель приходит в негодность.

Рассмотрим три типа магнитных носителей.

1. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД; harddisk – жесткий диск) представляют собой несколько дисков с магнитным покрытием, нанизанные на шпиндель, в герметичном металлическом корпусе. При вращении диска происходит быстрый доступ головки к любой части диска.

2. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД; FDD – Floppy Disk Drive) предназначены для записи информации на переносные носители – дискеты.

3. Дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – массив недорогих дисков с избыточностью) используются для хранения данных в суперкомпьютерах (мощных ЭВМ предназначенных для решения крупных вычислительных задач) и серверах (подключенных к сети ЭВМ, предоставляющих доступ к хранящимся в них данным). Массивы RAID – это несколько запоминающих устройств на жестких дисках, объединенные в один большой накопитель, обслуживаемый специальным RAID-контроллером.

Оптические носители

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром. Оптические носители состоят из трех слоев:

1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);

2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;

3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).

В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.

Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»).

1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;

2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;

3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана. Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.

Флэш-память

Флэш-память представляет собой микросхемы памяти, заключенные в пластиковый корпус, и предназначена для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Микросхемы флэш-памяти не имеют движущихся частей. При работе указатели в микросхеме перемещаются на начальный адрес блока, и затем байты данных передаются в последовательном порядке. При производстве микросхем флэш-памяти используются логические элементы NAND (И-НЕ). Количество циклов перезаписи флэш-памяти превышает 1 млн. В настоящее время размер флэш-памяти превышает 64 Гбайт (2011 г.), что позволило флэш-памяти вытеснить дискеты. Флэш-память подключается к порту USB.

"

Самым первым носителем магнитной записи, который использовался в аппаратах Поульсена на рубеже 19-20 вв., была стальная проволока диаметром до 1 мм. В начале 20 столетия для этих целей использовалась также стальная катаная лента. Тогда же (в 1906 г.) был выдан и первый патент на магнитный диск. Однако качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими. Достаточно сказать, что для производства 14-часовой магнитной записи докладов на Международном конгрессе в Копенгагене в 1908 г. потребовалось 2500 км или около 100 кг проволоки.

Лишь со второй половины 1920-х гг., когда была изобретена порошковая магнитная лента, началось широкомасштабное применение магнитной записи. Первоначально магнитный порошок наносился на бумажную подложку, затем - на ацетилцеллюлозу, пока не началось применение в качестве подложки высокопрочного материала полиэтилентерефталата (лавсана). Совершенствовалось также и качество магнитного порошка. Стали использоваться, в частности, порошки оксида железа с добавкой кобальта, металлические магнитные порошки железа и его сплавов, что позволило в несколько раз увеличить плотность записи.

В 1963 г. фирмой Philips была разработана так называемая кассетная запись, позволившая применять очень тонкие магнитные ленты. В компакт-кассетах максимальная толщина ленты составляет всего 20 мкм при ширине 3,81 мм. В конце 1970-х гг. появились микрокассеты размером 50 х 33 х 8 мм, а в середине 1980-х гг. - пикокассеты - втрое меньше микрокассет.

С начала 1960-х гг. широкое применение получили магнитные диски - прежде всего в запоминающих устройствах ЭВМ. Магнитный диск - это алюминиевый или пластмассовый диск диаметром от 30 до 350 мм, покрытый магнитным порошковым рабочим слоем толщиной в несколько микрон. В дисководе, как и в магнитофоне, информация записывается с помощью магнитной головки, только не вдоль ленты, а на концентрических магнитных дорожках, расположенных на поверхности вращающегося диска, как правило, с двух сторон. Магнитные диски бывают жёсткими и гибкими, сменными и встроенными в персональный компьютер. Их основными характеристиками являются: информационная ёмкость, время доступа к информации и скорость считывания подряд.

Алюминиевые магнитные диски - жёсткие (винчестерские) несъёмные диски - в ЭВМ конструктивно объединены в едином блоке с дисководом. Они компонуются в пакеты (стопки) от 4 до 16 штук. Запись данных на жёсткий магнитный диск, также как и чтение, осуществляется на скорости до 7200 оборотов в минуту. Ёмкость диска достигает свыше 9 Гбайт. Эти носители предназначены для постоянного хранения информации, которая используется при работе с компьютером (системное программное обеспечение, пакеты прикладных программ и др.).

Гибкие пластмассовые магнитные диски (флоппи-диски, от англ. floppy - свободно висящий) изготавливаются из гибкого пластика (лавсана) и размещаются по одному в специальных пластиковых кассетах. Кассета с флоппи-диском называется дискетой. Наиболее распространены дискеты с флоппи-дисками диаметром 3,5 и 5,25 дюйма. Ёмкость одной дискеты составляет обычно от 1,0 до 2,0 Мбайт. Однако уже разработана 3,5-дюймовая дискета ёмкостью 120 Мбайт. Кроме того, выпускаются дискеты, предназначенные для работы в условиях повышенной запылённости и влажности.

Широкое применение, прежде всего в банковских системах, нашли так называемые пластиковые карты, представляющие собой устройства для магнитного способа хранения информации и управления данными. Они бывают двух типов: простые и интеллектуальные. В простых картах имеется лишь магнитная память, позволяющая заносить данные и изменять их. В интеллектуальных картах, которые иногда называют смарт-картами (от англ. smart -умный), кроме памяти, встроен ещё и микропроцессор. Он даёт возможность производить необходимые расчёты и делает пластиковые карты многофункциональными.

Следует заметить, что, кроме магнитного, существуют и другие способы записи информации на карту: графическая запись, эмбоссирование (механическое выдавливание), штрих-кодирование, а с 1981 г. - также и лазерная запись (на специальную лазерную карточку, позволяющую хранить большой объём информации, но пока очень дорогую).

Для записи звука в цифровых диктофонах используются, в частности, миникарты, имеющие подобие дискет с объёмом памяти 2 или 4 Мбайт и обеспечивающие запись в течение 1 часа.

В настоящее время материальные носители магнитной записи классифицируют:

по геометрической форме и размерам (форма ленты, диска, карты и т.д.);

по внутреннему строению носителей (два или несколько слоёв различных материалов);

по способу магнитной записи (носители для продольной и перпендикулярной записи);

по виду записываемого сигнала (для прямой записи аналоговых сигналов, для модуляционной записи, для цифровой записи).

Технологии и материальные носители магнитной записи постоянно совершенствуются. В частности, наблюдается тенденция к увеличению плотности записи информации на магнитных дисках при уменьшении его размеров и снижении среднего времени доступа к информации.

Магнитная запись

Цифровая магнитная запись производится на магниточувствительные материалы, к которым относятся некоторые разновидности оксидов железа, никель, кобальт, соединения редкоземельных элементов с кобальтом, магнитопласты и магнитоэласты со связкой из пластмасс и резины, микропорошковые магнитные материалы . В зависимости от содержания оксидов железа, цвет магнитного материал может иметь характерный темно-коричневый оттенок. Магнитное покрытие очень тонкое (несколько микрометров), причем чем оно тоньше, тем выше качество магнитной записи. Покрытие наносится на немагнитную основу, в качестве которой для магнитных лент и гибких дисков используются различные пластмассы, а для жестких дисков - алюминиевые или стеклянные круги. Размеры (форм-факторы) жестких дисков (называемых также винчестерами): 3,5 дюйма (рис. 1.9 слева), 2,5 дюйма (для ноутбуков, рис. 1.9 справа),), 1 дюйм (“микродрайв” – для фотоаппаратуры, карманных ПК, плейеров и т.д.).

Рис. 1.9. Винчестер формфактора 3.5 дюйма Sumsung SpinPoint T133 (400 Гбайт, 3 пластины, слева) и винчестер формфактора 2.5 дюйма Sumsung SpinPoint М60 (120 Гбайт, 1 пластина, справа)

Для повышения емкости винчестеров целесообразно не увеличивать число поверхностей и магнитных головок (это увеличивает шум при работе, нагрев и процент ошибок при записи и чтении данных), а уменьшать размер ферромагнитных частиц. Так фирма Samsung разработала накопители емкостью 400 Гбайт (рис. 1.19 слева) для настольных ПК и серверов и емкостью 120 Гбайт для ноутбуков (рис. 1.19 справа), применив магнитные TMR-головки на основе технологии туннельного магниторезистивного эффекта (Tunneling Magneto Resistanse, TMR).

Покрытие дисков состоит из множества мельчайших магнитных доменов - однородно намагниченных областей, отделенных от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами). На рис. 1.10 представлено распределение векторов магнитной индукции атомов в доменах ферромагнетиков. При уменьшении размеров ферромагнетика тепловые колебания молекул приводят к самопроизвольной утрате ориентации доменов, для уменьшения этого эффекта используют антиферромагнитную подложку. В антиферромагнетике магнитные моменты соседних атомов направлены антипараллельно, так, что суммарный магнитный момент любой области равен нулю. Практический максимум емкости одной пластины (3,5 дюйма) при продольной ориентации доменов (рис. 1.11 слева) составляет 150-200 Гбайт.

Более высокую плотность записи обеспечивает поперечное расположение доменов (рис. 1.10 и 1.11 справа). Первые накопители на жестких дисках (винчестеры), использующие перпендикулярную запись, созданы в 2005 г.
(рис. 1.22). Компания Hitachi Global Storage Technology планирует довести емкость 3,5-дюймовых дисков до 1 Тбайт (1терабайт=1000 Гбайт).

Рис. 1.10. Распределение векторов магнитной индукции в доменах ферромагнетиков

Рис. 1.11. Схема продольной (слева) и поперечной (справа) записи на магнитный диск: А – ферромагнитный слой, Б – антиферромагнитная подложка, В –электромагнитная головка. .

Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных силовых линий. После прекращения воздействия внешнего поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности - на диске сохраняется информация о действовавшем магнитном поле. Изменение направления тока записи вызывает соответствующее изменение направления магнитного потока в сердечнике головки, что приводит к появлению на поверхности носителя участков с противоположной намагниченностью (рис. 1.13).

Рис. 1.12. Винчестер Momentos 5400.3 (2.5 дюйма, 160 Гбайт, скорость вращения дисков 5400 об/мин) с перпендикулярной записью производства компании Seagate

Рис. 1.13. Изменение направления магнитного потока в обмотке головки чтения/записи

Оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, такие участки наводят в ней при считывании электродвижущую силу (э.д.с.). Изменение направления э.д.с. в течение некоторого промежутка времени отождествляется с двоичной единицей, а отсутствие этого изменения - с нулем. Указанный промежуток времени называется битовым элементом.

Для правильной записи информации требуется предварительное форматирование - логическое разбиение диска на дорожки и секторы (рис. 1.14 слева) путем нанесения меток, помогающих находить необходимые позиции записи. Быстрый доступ к любой части поверхности гибкого или жесткого диска обеспечивается за счет его вращения и передвижения магнитной головки чтения/записи по радиусу диска (рис. 1.14 справа).

Рис. 1.14. Дорожки и секторы магнитного диска (слева) и организация прямого доступа к информации (справа)

Благодаря быстрому вращению диска задержка при переходе от одной точки любой части окружности диска к другой невелика. Скорость вращения гибкого диска (дискеты) 300-360 об/мин, жестких дисков 5400 и 7200 об/мин.

Магнитные диски относятся к носителям информации с прямым доступом, так как можно непосредственно обратиться к любой части записанных данных (рис. 1.24). Поверхность диска разбивается на концентрические кольца - дорожки записи (рис. 1.24), начиная с внешнего края. В гибких магнитных дисках (3,5", 1,44 Мбайт) число дорожек равно 80, а в жестких дисках составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. Дорожки идентифицируются номером (внешняя дорожка имеет нулевой номер). Кольцо дорожки разбивается на участки (обычно 17-18), называемые секторами (рис. 1.24). В качестве стандарта принят размер сектора 512 байт. Секторам на дорожке присваиваются номера, начиная с нуля. Сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации записываемой информации, а не для хранения данных. Наименьшим участком диска, которым оперирует операционная система при распределении места для записи файла, называется кластер. Он состоит из нескольких секторов. Жесткий диск (винчестер) обычно представляет собой пакет (сборку) из нескольких дисков (рис. 1.19 слева). Стороны дисков идентифицируются номерами, начиная с нуля (верхняя сторона). Все дорожки, одновременно находящиеся под головками чтения/записи, называются цилиндром. При этом дорожки на верхней стороне диска смещены к центру относительно дорожек на нижней стороне.

В 2002-2003 г. начался переход от параллельного дискового интерфейса EIDE, или АТА (РАТА) к последовательному (Serial ATA 1.0, SATA) и были выпущены первые накопители с этим интерфейсом, PCI-платы контроллеров и наборы микросхем со встроенными контроллерами SATA. С тех пор жесткие диски и оптические накопители с этим интерфейсом все быстрее вытесняют РАТА-устройства. В 2006 г. прогнозируется резкое снижение выпуска АТА-винчестеров. Следующее поколение последовательного дискового интерфейса Serial ATA II будет включать восемь новых возможностей, среди которых алгоритм оптимизации очереди команд Native Command Queuing (NCQ) и повышение скорости передачи информации до 3 Гбит/c (300 Мбайт/c), реализованные во многих выпускаемых моделях . Примерами являются винчестеры Samsung SATA 3 Гбит/c, показанные на рис. 1.19, которые также выпускаются с параллельным интерфейсом Ultra ATA/100 для совместимости с ранее выпускавшимися компьютерами. По результатам тестирования журналом Hard и Soft лучшие показатели в 2005 г. продемонстрировали винчестеры формфактора 3.5 дюйма Sumsung SpinPoint P120S (емкостью 250 и 200 Гбайт, 2 пластины) с интерфейсом SATA 3 Гбит/c и поддержкой технологии NCQ и стоимостью $0.5/Гбайт.

Оптическая запись

При записи информации на оптические диски на нем создаются чередующиеся участки (штрихи, pit) с различными отражающими свойствами. Двоичная единица представляется на диске в виде границы между хорошо и плохо отражающими свет участками, а двоичный нуль в виде участков с одинаковыми отражающими способностями. При освещении участков диска лучом полупроводникового лазера и регистрации отраженного света производится считывание информации. При кодировании 1 байта (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита слияния. Базовая информационная единица - кадр (Frame) содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24·(14+3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры на диске образуют секторы и блоки. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байта и 882 байта коррекции ошибок и управления). Такая организация записи данных на СD-RОМ и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить качественное чтение информации с вероятностью ошибки на бит 10 -10 . В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделенана три области (рис.1.15):

· Входная директория (Lead in) - область в форме кольца шириной 4 мм, ближайшего к центру диска. Считывание информации с диска начинается именно со входной директории, где содержатся оглавление (Table Of Contents- ТОС), адреса записей, число заголовков, суммарное время записи (объем), название диска (Disk Label).

· Основная область данных, или файловая система (кольцо шириной 33 мм).

· Выходная директория (Lead out) c меткой конца диска.

Рис. 1.15. Организация данных на компакт-диске CD-ROM

Штрихи расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблется от 0,8 до 3,3 мкм, емкость диска формата 4,72” составляет 700 Мбайт. Более высокую плотность записи предусматривает формат DVD (Digital Versatle Disk), стандарт которого был принят в 1995 г. Параметры элементов рабочей поверхности дисков в форматах CD-ROM и DVD (Digital Versatle Disk) приведены на рис. 1.16. Существуют одно- и двухсторонние диски с одно- и двухслойной записью на каждой стороне, их емкость достигает 17 Гбайт.

Повысить емкость дисков можно, увеличивая число слоев (в скором времени до 4-х) и увеличивая плотность записи с записью и чтением данных лазерным лучом с более короткой длиной волны (не красным, а сине-фиолетовым излучением). В настоящее время завершается подготовка к массовому коммерческому производству дисков новых форматов: Blue-ray (синий луч из-за указанной цветовой особенности) фирмы Sony и HD DVD (High Density DVD – “DVD высокой плотности” корпорации Toshiba. Различия между форматами касаются, в основном, способов защиты от несанкционированного копирования. Из-за усиленной защиты формата ”Синего луча” его поддерживают кинокомпании, не учитывающие его неудобства для потребителей. Формат HD DVD, наоборот, совместим с существующим форматом DVD. В конце 2005 г. были выпущены компьютерные приводы Blue-ray. Одна из первых моделей Pioneetr BDR-101A умеет считывать и записывать однослойные диски BD-R (Blue-ray Disc Recordable) и BD-RE (Blue-ray Disc REwritable), емкостью 25 Гбайт (двуслойные – 50 Гбайт), а также читать однослойные и двуслойные диски BD-ROM. Кроме того, привод умеет читать и записывать диски DVD±R (в том числе двухслойные) и DVD±RW.

Рис. 1.16. Элементы рабочей поверхности дисков форматов CD-ROM и DVD

Компакт-диски изготавливают путем штамповки с помощью металлических матриц (что обеспечивают до 10000 циклов безошибочного считывания данных) и путем записи (прожига) лазером диска-заготовки CD-R, DVD-R (Recorable –записываемый) или диска CD-RW, DVD-RW (Rewritable – перезаписываемый). Диск CD-R покрыт специальным термочувствительным слоем с красителем, а также слоем золота. При записи информации на диск луч лазера разогревает слой золота и слой красителя и вызывает химическую реакцию, изменяющую цвет участка диска и снижающую его отражательную способность. Благодаря слою красителя и золотому отражающему слою под ним диски CD-R имеют зеленовато-золотистый цвет. Запись на диски CD-RW (более темного цвета) выполняется с помощью сочетания технологий CD-R и двойного изменения фазы вещества. Лазерный луч с высокой точностью расплавляет отдельные участки покрытия диска, при охлаждении они переходят либо в кристаллическое состояние (с более высокой отражательной способностью), либо в аморфное (с меньшей отражательной способностью). Это обеспечивает возможность по крайней мере 1000-кратной перезаписи.