Накопители на оптических дисках.

Накопители на оптических дисках являются относительно “молодым” видом запоминающих устройств, разработанных в восьмидесятых годах прошлого столетия. Как и некоторые другие технологические новинки, оптические диски появились в вычислительной технике из другой области: из цифровой звукозаписи. Однако им удалось довольно быстро занять прочное место в общей иерархии памяти ЭВМ (и не только!), в качестве устройств, используемых для долговременного хранения больших объемов информации.

В отличие от жестких дисков, в которых привод и носитель входят в состав одного устройства, оптические диски съемные и являются самостоятельными компонентами, а привод представляет собой отдельное устройство.

Приводы оптических дисков. Существующие приводы оптических дисков различаются по ряду признаков:

-   по выполняемым действиям: чтение, запись, перезапись;

-   типу дисков, с которыми они работают: CD, DVD, BD, комбо-приводы, позволяющие работать с дисками разных типов;

-   исполнению: внутренние, внешние, портативные;

-   способу загрузки диска: с выдвигающимся загрузочным лотком, с

щелевой загрузкой и с загрузкой в футляре (caddy);

-   количеству загружаемых дисков: с одним диском и со сменой нескольких дисков (disk changer);

-   виду интерфейса: IDE, SCSI, USB (для внешних), SATA;

-   реализуемым стандартам записи (особенно для DVD дисков) и др. признакам.

Типовой привод (рис. 2.9.) состоит из платы электромеханической, оптической и электронной частей.

Рис. 2.9. Общий вид оптического привода со снятой крышкой корпуса

 

Электромеханическая часть, в общем аналогичная жестким дискам, имеет некоторые особенности. Она включает в себя двигатель, вращающий шпиндель, систему позиционирования оптической головки (головок при использовании двусторонних дисков) чтения (и записи в записывающих приводах) и систему загрузки дисков.

Кроме того, в отличие от жестких дисков, шпиндель которых вращается с постоянным числом оборотов в минуту (постоянной угловой скоростью), шпиндель привода оптических дисков может вращаться либо с постоянной линейной скоростью (CLV – constant linear velocity), либо с постоянной угловой скоростью (CAV – constant angular velocity). Для первых приводов компакт-дисков использование режима постоянной линейной скорости было обусловлено очевидным требованием постоянства скорости воспроизведения звуковых записей, хотя это и не совпадает с постоянной угловой скоростью проигрывателей грампластинок, но ведь и звукозапись в них – аналоговая. Причем ясно, что для сохранения постоянной линейной скорости надо, в зависимости от положения оптической головки, менять угловую.

Впоследствии в приводах компакт-дисков стала устанавливаться большая буферная память, что позволяло снять жесткость этого требования, скорости их возросли, но режим сохранился. На постоянную угловую скорость приводы обычно переходят при считывании в центральной зоне, где угловая скорость вращения, при одной и той же линейной, должна быть существенно выше, чем у внешнего края диска.

При поиске нужных данных (или фрагментов аудио записей) диск может вращаться с большей скоростью, чем при считывании. Это предполагает соответствующие динамические характеристики двигателя: малые времена разгона и торможения.

Скорость вращения шпинделя у разных CD-приводов различна. Например, для Audio CD скорость считывания, соответствующая нормальному воспроизведению звука, составляет 150 Кбайт/с. Эта скорость была принята за единицу измерения скорости передачи данных приводов оптических дисков. Для стандартной плотности записи на CD, при которой на нем размещается порядка 650 Мбайт на 22 тысячах с лишним витков спиральной дорожки, такая скорость передачи достигается при средней скорости вращения шпинделя порядка 250-300 об/мин. Не следует забывать, что диаметры центральных и наружных витков составляют около 25 мм и 115 мм соответственно т.е. различаются более чем в 4 раза). Для высокоскоростных приводов, работающих со скоростями 48х (в 48 раз больше, чем 150 Кбайт/с, т.е. около 7200 Мбайт/с) скорость вращения шпинделя может достигать 12000 об/мин. Шумы и вибрации при таких скоростях очень велики, а сам диск подвергается воздействию очень больших центробежных сил, которые в некоторых случаях приводили к разрыву некачественных дисков. Поэтому скорости приводов и перестали увеличивать, остановившись на 48÷56-кратных.

Скорости вращения шпинделей приводов DVD-дисков при одинаковых скоростях передачи данных ниже, чем у приводов компакт-дисков, так как плотность записи у DVD существенно выше.

Радиальное позиционирование оптической головки (которую часто называют световой иглой – optical stylus) чаще производится с помощью двигателя, приводящего в движение каретку с головкой с помощью зубчатой или червячной передачи. Причем большие габариты привода позволяют перемещать головку по радиусу диска, а не поворотом вокруг оси блока головок, как у жесткого диска.

Однако скорость позиционирования у оптических приводов довольно низкая и составляет (с учетом времени поиска сектора) от 100 до 600 мс в зависимости от максимальной скорости вращения шпинделя.

Система загрузки диска, вне зависимости от варианта загрузки (с лотка, щелевая или в футляре), имеет двигатель для перемещения диска внутрь привода или из него (Eject). Кроме того, в ней имеется механизм установки диска на шпиндель. В нем обычно после втягивания диска внутрь производится подъем рамы, на которой закреплены шпиндельный двигатель и оптическая система. После этого диск оказывается на подставке, закрепленной на шпинделе, к которой его прижимает расположенная сверху пластмассовая шайба с постоянным магнитом.

В случае пропадания питания освободить оказавшийся в приводе диск можно опустив раму с помощью шпильки или скрепки через маленькое отверстие, имеющееся на лицевой панели привода рядом с кнопкой загрузки/выгрузки диска.

Оптическая часть включает в себя лазерный светодиод, систему фокусировки, фотоприемник и усилитель.

Система фокусировки обеспечивает фокусирование лазерного луча на отражающем слое (в том числе, и в двухслойных DVD дисках) и состоит из пластмассовой линзы, подвижной в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Для управления перемещением линзы используется катушка с током в поле постоянного магнита – прием, аналогичный используемому при радиальном позиционировании головок в жестких дисках. Эта система позволяет отслеживать поперечные биения оптического диска даже при относительно высоких скоростях его вращения.

Электронная часть представляет собой контроллер, обеспечивающий управление всеми процессами работы привода и интерфейс с шинами ЭВМ. Как правило, в ней также имеется цифро-аналоговый преобразователь, позволяющий воспроизводить звук, записанный на Audio CD.

Оптические диски. Оптические диски изготавливаются из пластмассы, на поверхность которой наносится отражающий слой. Для записи информации используется различие интенсивности (или фазы) отраженного света, соответствующее нулю и единице данных, возникающее за счет углублений (ямок, pits), формируемых в отражающем слое, либо за счет изменения коэффициента отражения света от этого слоя.

В отличие от жесткого диска на большинстве оптических дисков информация размещается не на множестве концентрических дорожек (цилиндров), расположенных с обеих сторон магнитного диска, а на одной спиральной дорожке, расположенной (обычно) с одной стороны оптического диска и начинающейся с его центральной части. Ширина ямок на дорожке 0,5 мкм, шаг спирали – 1,6 мкм, что дает более 22 тысяч витков спирали на диске диаметром 120 мм.

Информация считывается при освещении диска лазерным лучом с длиной волны порядка 0,6 – 0,8 мкм. Ровные поверхности (как ямки, так и их отсутствие) соответствуют нулевым битам, перепады высот (края ямок) – единичным битам (это соответствует методу записи “без возврата к нулю” на магнитных поверхностях). Протяженность ровной поверхности определяет количество подряд идущих нулей. Минимальная длина ямки (две “1” подряд) составляет порядка 1 мкм. Нетрудно подсчитать, что плотность записи информации в этом случае для обычных оптических дисков составит порядка 0,5 Гбит/кв. дюйм, т.е. примерно в 100 раз меньше, чем у жестких магнитных дисков. Также, как и для жестких дисков, плотность записи зависит от возможности точного позиционирования механизмов записи/считывания, а также от точности фокусировки светового луча и размера светового пятна, попадающего на отражающую поверхность. Для простых оптических дисков диаметр пятна составляет 0,9 мкм. В перспективных разработках смогли уменьшить размер пятна до 0,1 мкм и менее.

При указанных размерах на диске можно было поместить около 700 Мбайт информации.

Первые оптические диски, параметры которых и приведены выше, получили название компакт-дисков или CD (Compact Disk), а поскольку они не допускали записи (изменения хранимой) информации, то их, по аналогии с постоянными ЗУ (Read-Only Memory), стали называть CD-ROM, хотя это название точнее отнести к паре диск-привод, считывающий с диска информацию.

В настоящее время используются различные типы оптических дисков, различающиеся:

-   по типу носителя;

-   возможности смены информации, записанной на диске;

-   формату хранения данных;

-   способу записи и некоторым другим особенностям.

По типу носителя различают компакт-диски (CD), DVD диски (Digital Versatile Disks – цифровые универсальные диски), HD DVD (High - Density DVD   – DVD высокой ёмкости) и BD-диски (Blu-ray Disc – синий луч). Собственно говоря, DVD, HD DVD и BD можно рассматривать как следующие поколения оптических дисков, обеспечивающее более высокую плотность хранения информации и скорость передачи данных за счет иной организации носителя.

Компакт диски в стандартном варианте допускают запись 650 – 700 Мбайт информации, хотя в лабораторных разработках достигнуты величины на 3 порядка выше.

DVD, HD DVD и BD диски внешне похожи на CD диски и по размерам, и по материалу, из которого изготовлена их основа. Однако они имеют несколько иную организацию. Например, сравнивая DVD и CD диски, можно увидеть: во-первых, что размеры ямок и шаг витков спиральной дорожки DVD в два с лишним раза меньше, чем у CD (шаг витка 0,74 мкм вместо 1,6 мкм, а минимальная длина ямки 0,4 мкм вместо 0,84 мкм). Во-вторых, на DVD дисках информация может быть записана не в один, а в два слоя, да еще и на обе стороны диска, а не на одну, как у компакт-диска. Кроме того, в DVD дисках применяют иное кодирование. Все перечисленное позволяет записывать на стандартные DVD до 17 Гбайт данных.

Таким образом, DVD диски имеют несколько разновидностей. Первоначально они ориентировались на видео рынок, и даже буква V в их названии означала Video.

По возможности смены хранимой информации, будучи по своей природе функциональными “родственниками” постоянных ЗУ, оптические диски также разделяются на прессованные, с однократной записью (записываемые – Recordable или R) и перезаписываемые (Rewritable или RW, хотя есть и иные аббревиатуры). Нетрудно заметить полную аналогию с тремя видами полупроводниковых ПЗУ: программируемыми изготовителем, с однократным программированием и перепрограммируемыми.

Прессованные компакт-диски изготавливаются на заводах, обычно большими тиражами, что обеспечивает низкую их себестоимость. Они имеют самый простой носитель, состоящий из трех слоев, показанных на рис. 2.10:

-   пластмассовой (поликарбонатной) основы, на которой отштампована спиральная дорожка с ямками, несущая записанную информацию,

-   отражающего слоя алюминиевой металлизации,

-   слоя лака, защищающего отражающий слой от царапин и пыли, на который может быть нанесено полиграфическое оформление диска.

Рис. 2.10. Прессованный компакт-диск (I) и его сечение (II):

 a) поликарбонатная основа, б) отражающий слой, в) защитный слой лака,

г) витки спиральной дорожки с ямками в месте сечения, д) виток спиральной дорожки без ямки в месте сечения, е) направление считывающего луча лазера.

 

Технология изготовления компакт-дисков в чем-то схожа с технологией изготовления грампластинок, но только более прецизионна и сложна. Сначала изготавливается так называемый мастер-диск. На стеклянную основу (совпадающую по размерам с конечным диском) наносится фоторезист, на который лазерным лучом “записывается” информация будущего диска, тем самым участки, где должны быть ямки, засвечиваются. Затем фоторезист проявляется в специальном растворе, в результате чего (в отличие от фотопленки) удаляются засвеченные участки и образуется поверхность с ямками, соответствующая той, которая должна быть получена на конечном диске. Стекло используется только как подложка для фоторезиста.

После этого вакуумным напылением на диск наносится слой серебра толщиной в несколько молекул, а затем на этот слой из раствора сульфата никеля электролитически осаждается слой металлического никеля. Отделив этот слой от стеклянного диска с фоторезистом, получают, практически, уже готовую форму (матрицу) для прессования пластмассовых дисков. Правда, непосредственно эту форму не используют, а делают с нее несколько копий пресс-форм, с помощью которых потом и прессуют пластмассовые основы будущих дисков.

После штамповки пластмассовых (поликарбонатных) основ на них наносят металлизацией алюминиевый слой, который затем лакируют. Диск готов. Прессованные диски можно отличить по белому (алюминиевому) цвету рабочей поверхности.

Диски с однократной записью (компакт-диски такого типа называют CD-R – recordable – записываемые) имеют несколько иную технологию изготовления носителя и записи информации. Такой диск состоит уже из четырех слоев, показанных на рис. 2.11, (I):

-   пластмассовой (поликарбонатной) основы;

-   записывающего слоя из специального красителя;

-   отражающего металлизированного слоя (из золота или серебра, что позволяет уменьшить коррозию этого слоя);

-   защитного слоя лака, на который может наноситься полиграфическое оформление диска.

Пластмассовая основа имеет углубления, образующие спиральную дорожку, имеющую такой же шаг – 1,6 мкм, как и у прессованного диска, в местах расположения которой и будет записываться информация. Запись производится тепловым воздействием сфокусированного лазерного луча на красящий слой, в результате чего в местах воздействия лазера слой темнеет (“прожигается”) и при считывании данных отраженный луч в них оказывается слабее, что подобно наличию ямок прессованных дисков в этих местах. Конечно, такой способ дает заметно меньшую интенсивность сигнала, чем в случае прессованного диска (порядка 70 %).

Записываемые диски имеют цвета зеленоватых или синих оттенков, что зависит от материала отражающего слоя и используемого в записывающем слое красителя.

Перезаписываемые диски (ReWritable - CD-RW или DVD-RW, правда, последние имеют целый ряд разновидностей) обладают еще более сложной структурой носителя. Они состоят уже чаще всего из шести слоев, показанных на рис. 2.11, (II):

-   пластмассовой (поликарбонатной) основы;

-   слоя диэлектрического материала;

-   записывающего слоя из специального материала;

-   отражающего слоя металлизации;

-   еще одного слоя диэлектрического материала;

-   защитного слоя лака.

Рис. 2.11. Сечение записываемых (I) и перезаписываемых (II) компакт-дисков:

 a) поликарбонатная основа, б) записывающий слой (красителя (I) или

композитного материала (II)), в) отражающий слой, г) защитный слой лака,

 д) канавки витков спиральной дорожки для записи данных,

е) слои диэлектрика

 

Пластмассовая основа такая же, как и у записываемого диска, с заготовленной спиральной дорожкой. Записывающий слой представляет собой композитный материал (например, смесь серебра, иридия теллура и антимония), который может изменять свое фазовое состояние, переходя либо в кристаллическую фазу, либо в аморфное состояние. Причем переход в одно или другое состояние происходит при нагреве материала сфокусированным лазерным лучом и последующим охлаждением.

Нагрев до температуры порядка 200°C с последующим охлаждением переводит материал в аморфную фазу (стирание информации), а нагрев до температуры 500–700°C и последующее охлаждение переводят соответствующий участок записывающего слоя в кристаллическое состояние. Области кристаллизации при чтении обеспечивают лучшее отражение считывающего луча лазера, тогда как области, находящиеся в аморфном состоянии, в значительной степени поглощают этот луч.

Диэлектрические слои служат для отвода избытка тепла при записи, а сам лазер должен обеспечивать три режима:

-   запись, в котором мощность луча лазера максимальна;

-   стирание с меньшей мощностью луча;

-   чтение с минимальной мощностью лазерного луча, не позволяющей изменить состояние записывающего слоя.

Однако отраженный луч у CD-RW значительно слабее, чем у записываемых и тем более прессованных дисков. Поэтому не все старые CDROM приводы могли их читать.

CD-RW диски можно отличить по сероватому цвету их поверхности.

DVD (Digital Versatile Disc – цифровой многоцелевой диск; также Digital Video Disc – цифровой видеодиск) – носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков.

С точки зрения возможности смены записанной информации DVD диски имеют такие же разновидности, как и компакт-диски, правда, перезаписываемых вариантов этих дисков несколько: DVD-RAM, DVD–RW и DVD+RW.

DVD диски состоят из двух соединенных между собой половинок (“сто-

рон”) толщиной по 0,6 мм каждая. Такое построение диска обусловлено тем, что поликарбонатная основа DVD делается тоньше, чем у CD, в связи с необходимостью считывания сигналов, отражаемых от ямок меньших размеров и от второго слоя, если он используется. Но это дает толщину как раз около 0,6 мм, и такой диск был бы слишком мягким и неудобным в использовании. Поэтому для придания диску жесткости (впрочем, и для увеличения его информационной емкости) две половинки и соединяют вместе (специальным адгезивным слоем).

Если одна из половинок не используется для хранения информации, то такие диски называют односторонними, если же данные хранятся на обеих половинках, то это двусторонние диски (схожие в этом отношении с грампластинками). При этом если половинка имеет один слой для хранения (записи) информации, то такой диск называют однослойным, а если данные хранятся в двух слоях, то – двухслойным. Обычно, если диск двусторонний, то обе половинки имеют одинаковое количество слоев, хотя это и не обязательно.

Конструкции DVD дисков у разных производителей могут несколько отличаться друг от друга, но основные их компоненты одинаковы.

Прессованные DVD в зависимости от типа исполнения (однослойный/двухслойный и односторонний/двухсторонний) состоят из различного количества слоев. Так, показанный на рис. 2.12, (I) односторонний однослойный DVD состоит:

-   из пластмассовой (поликарбонатной) основы, на которой отштампована спиральная дорожка с ямками, несущая записанную информацию;

-   отражающего слоя;

-   защитного слоя лака, покрывающего отражающий слой;

-   соединительного (адгезивного) слоя между двумя половинами диска (этот слой может совмещаться с защитным);

-   пластмассового слоя (“второй”, неиспользуемой половинки-стороны), дополняющего диск до стандартной толщины 1,2 мм.

Такой диск позволяет хранить 4,7 Гбайт и называется DVD-5.

Рис. 2.12. Сечение односторонних однослойного (I) и двухслойного (II) DVD дисков: a) поликарбонатная основа и дополнительные слои,

 б) отражающий слой, в) слой лака, г) адгезивный слой,

д) полупрозрачный отражающий слой двухслойного диска,

 е) слой фотополимера, на котором записаны данные второго слоя диска

 

На рис. 2.12, (II) показано сечение одностороннего двухслойного DVD, который имеет два слоя, хранящих информацию. В этом случае один (нижний) из отражающих слоев полупрозрачный, поэтому оказывается возможным считывать данные как с этого слоя (д), так и с расположенного над ним обычного отражающего слоя (б) посредством фокусировки считывающего луча лазера на нужном слое. Причем переключение между слоями оказывается даже быстрее по времени, чем позиционирование на другое место в одном и том же слое.

Правда, для обеспечения считывания из двух слоев плотность записи информации приходится делать несколько меньше. Поэтому односторонний двухслойный диск имеет немного меньший объем, чем два однослойных или двусторонний однослойный диск (8,5 Гбайт и 9,4 Гбайт соответственно). У двухсторонних дисков верхняя половина идентична нижней.

Штампованные DVD диски часто обозначают как DVD-5, DVD-9, DVD-10, и DVD-18, что примерно соответствует их информационной емкости. Это соответственно односторонний однослойный (SS/SL – Single Sided, Single Layer), односторонний двухслойный (SS/DL), двусторонний однослойный (DS/SL) и двусторонний двухслойный (DS/DL – Double Sided, Dual Layer). Почти так, как у старых гибких дисков, да и стандарт высокой плотности (HD DVD), при котором на одностороннем диске размещается 15-20 Гбайт, тоже готов к освоению.

Записываемые и перезаписываемые DVD диски организованы аналогично CD дискам, используя в качестве записывающего слоя краситель и материал, изменяющий фазовое состояние соответственно. Эти диски могут быть односторонними и двусторонними, но в основном однослойными, хотя начинают появляться и двухслойные варианты.

HD DVD (High - Density DVD – DVD высокой ёмкости) – технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba, NEC и Sanyo. Стандарт HD DVD первоначально назывался “Advanced Optical Disc” (AOD), но 19 ноября 2003 решением собрания DVD Forum был переименован в HD DVD.

HD DVD является дальнейшим развитием формата DVD и может хранить в три раза больше данных, чем его предшественник – 15Гб на одном слое против 4.7Гб. HD DVD (как и Blu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм.

HD-DVD использует те же самые структуры данных (образ, сектор, блоки ECC), алгоритмы коррекции ошибок и модуляцию, что и стандартные DVD. Единственное отличие заключается том, что блок ECC HD DVD соответствует по размеру двум блокам ECC DVD, обеспечивая более сильную коррекцию ошибок. Объем однослойного HD DVD – 15Гб, двухслойного – 30Гб. Объем однослойного HD DVD-RAM – 20Гб, формат коммерчески не реализован. Как и на DVD, слой данных HD DVD располагается в 0.6мм от поверхности диска и таким образом защищен от механических повреждений. Числовая апертура оптической системы считывания – 0.65, тогда как в DVD она равна 0.6. Все HD DVD проигрыватели обратно совместимы с DVD и CD.

Blu-ray Disc, BD (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 был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм (Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать торговую марку, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как торговая марка). Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring). Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять HD DVD – стандарту, который в то время рассматривался как основной конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально работать без картриджей, так же как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 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 того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD.

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. 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.

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. Планируется, что их объём будет достигать 15 ГБ для двухслойного варианта.

Организация данных на оптических дисках. Данные записываются на диски блоками по 2352 байта, называемые также секторами (как и у жестких дисков), которые и являются минимально адресуемыми единицами информации. Блоки эти состоят из 98 кадров по 24 байта каждый.

Логически сектора объединяются в информационную дорожку (трек – термин из звукозаписи), количество секторов в треке переменное, от 300 секторов. Трек может соответствовать, например, музыкальной композиции или какому-либо файлу, причем, он может занимать как часть физической дорожки диска, так и всю ее и даже более чем один диск.

Данные записываются в так называемую информационную область диска (кроме нее в CD с записью имеется еще системная область). Эта область, в свою очередь, делится на три зоны (areas): зону ввода (lead-in), зону данных (user data) и зону вывода (lead-out). Располагаются они в названном порядке, начиная от внутренней части диска, как показано на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Расположение основных зон на компакт диске: а) зона калибровки,

б) зона памяти программ, (а и б только для записываемых и перезаписываемых дисков)  в) зона ввода, г) зона данных пользователя (программная зона),

д) зона вывода

Зона ввода предназначена для позиционирования считывающей системы на дорожке и синхронизации. В этой зоне ввода имеется только одна информационная дорожка, на которой (в служебной области – канале Q) записывается таблица содержимого диска (TOC – Table of Contents). В ней может быть указано до 99 адресов информационных дорожек (треков).

Зона данных предназначена для собственно хранения данных и может содержать до 99 информационных треков, адресуемых: в минутах, секундах и долях секунды.

Зона вывода завершает зону данных и содержит только один (с записью

тишины или нулей) информационный трек.

Записываемые и перезаписываемые CD имеют дополнительную область – системную (SUA – System Use Area). Эта область расположена в центральной части диска, до начала информационной, и разделяется на две части: зону калибровки мощности (PCA – Power Calibration Area) и зону памяти программ (PMA – Program Memory Area).

Первая из них используется при записи для подбора мощности записывающего сигнала лазера и допускает до 99 таких операций, выполняемых при каждой записи. Вторая – служит для записи до 99 номеров треков и адресов их начала и конца, что выполняется по окончании сеанса записи.

Кроме того, зона, эквивалентная зоне данных (User Data Area) информационной области CD-ROM, в записываемых дисках называется программной зоной (Program Area).

Ряд особенностей организации имеют также многосессионные записываемые диски (Multisession CD).

Организация данных на DVD и BD дисках, в целом, аналогична рассмотренным вариантам. Однако для записи данных в них используются другие способы кодирования.

 

Вопросы для самопроверки:

1.Понятие файловой структуры размещения информации на внешней памяти.

2. Основы чтения и записи информации в накопителях с записью на магнитной поверхности.

3. Накопители на жестких магнитных дисках.

4. Накопители на оптических дисках.

5. Накопители на гибких магнитных дисках.

6. Накопители на магнитных лентах..

7. Флэш-память, физика записи и чтения.

Устройства ввода

Устройства ввода – это устройства ввода данных в систему оперативной памяти из системы устройств внешней памяти или устройств связи с внешними объектами.

К устройствам ввода относятся:

· клавиатура (ввод символьной информации),

· мышь (выбор координаты на экране монитора для ввода символьной или графической информации),

· трекбол,

· тачпэд и трек-пойнт,

· графический планшет,

· игровые манипуляторы (джойстик, руль, педаль, геймпад и т.д.)

· сканер (ввод цифровой и графической информации с бумажного носителя и т.д.),

· микрофон,

· устройства связи с внешними объектами.

Клавиатура

Рис. 2.14. Традиционная клавиатура PC

 

Традиционная клавиатура PC (см. рис. 2.14) представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики и датчики на эффекте Холла. Типы клавишных датчиков влияют на надежность, долговечность и, конечно же, цену клавиатуры. Последние два типа являются самыми долговечными, поскольку в них исключены механические контактные системы. Независимо от типов применяемых датчиков нажатия клавиш все они объединяются в матрицу. Клавиатура содержит внутренний контроллер, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом.

Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатуры, которые поставлялись вместе с предыдущими сериями – IBM PC и IBM PC/XT, –имели 86 клавиш. Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на английский алфавит.

Помимо традиционного стандартного исполнения существуют и другие варианты клавиатур. Малогабаритные клавиатуры портативных компьютеров интегрированы в общий корпус, но часто эти компьютеры имеют разъем для подключения обычной внешней клавиатуры, работать с которой все-таки удобнее.

Существует множество вариантов клавиатур, различающихся используемыми датчиками, ощущениями от нажатия и расположением клавиш. Имеются разные эргономические варианты: клавиатуры, «разламывающиеся» на две половины, имеющие подкладки для рук и т. п. При большом объеме клавиатурного ввода на эти нюансы есть смысл обратить внимание, поскольку неправильное положение рук оператора может приводить и к профессиональным заболеваниям. По ощущению от нажатия различают клавиатуры с «кликом» и без него. «Клик» – это щелчок, раздающийся при срабатывании нажатой клавиши. Щелчок может быть акустическим (это сильно раздражает соседей по помещению) и механическим, ощущаемым пальцами как преодоление некоторого предела упругости, после которого нажимаемая клавиша проваливается. В клавиатурах без клика срабатывание датчика почувствовать не удается, и, если оператор не привык смотреть на экран, возможны пропуски символов или их ложные

повторы.

Клавиши клавиатуры разделены на несколько групп:

-   основная клавиатура (алфавитно-цифровой блок);

-   функциональная клавиатура;

-   цифровая клавиатура (numeric keypad) – при выключенном индикаторе Num Lock (или включенном индикаторе Num Lock и нажатии клавиши

Shift) используется для управления курсором и экраном;

-   клавиши модификаторы;

-   выделенные клавиши управления курсором и экраном (дублируют эти функции цифровой клавиатуры);

-   клавиши управления питанием;

-   клавиши быстрого доступа к приложениям.

К алфавитно-цифровому блоку относятся клавиши для ввода букв, цифр, знаков пунктуации и арифметических действий, специальных символов. В стандартной клавиатуре PC/AT этот блок включает 47 клавиш. В тех странах, где число букв в алфавите больше 26, производители клавиатур выпускают клавиатуры с дополнительными клавишами в алфавитно-цифровом блоке. Например, на клавиатурах для украинского языка их уже 48. Для русского алфавита с его 33 буквами специальные клавиатуры не производятся. Все буквы русского алфавита размещены на клавишах стандартной клавиатуры PC/AT.

В самом верхнем ряду клавиатуры расположены двенадцать функциональных клавиш. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы – клавиша F10.

Основное назначение клавиш цифровой панели – дублирование функций клавиш алфавитно-цифрового блока в части ввода цифр и арифметических операторов. Использование клавиш этой панели более удобно для ввода цифр и арифметических операторов, нежели ввод этих символов клавишами алфавитно-цифрового блока.

К числу клавиш-модификаторов относятся клавиши Shift, Ctrl, Caps Lock, Alt и AltGr (правый Alt). Они предназначены для изменения (модификации) действий