Компакт-диски
Компакт-диск (CD) відноситься до зовнішньої пам'яті і призначений для тривалого зберігання програм і даних.
Спочатку компакт-диски використовувалися виключно в високоякісної звуковідтворювальної апаратури, замінюючи застарілі вінілові пластинки і магнітофонні касети. Однак незабаром лазерні диски стали використовуватися і на персональних комп'ютерах. Комп'ютерні лазерні диски були названі CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory, або «компакт-диск - пам'ять тільки для читання»). В кінці 90-х років пристрій для роботи з CD-ROM стало стандартним компонентом будь-якого персонального комп'ютера, а переважна більшість програм стало поширюватися на компакт-дисках.
Для більшості компакт-дисків зберігається згодом на них інформація заноситься за один технологічний цикл, або сеанс (single session). Зміст диска, тобто покажчик того, де і як на ньому зберігається інформація, міститься в VTOC. Однак після того як з'явилася технологія, що дозволяє дописувати інформацію на спеціальні (дописувати) CD-ROM, мова пішла вже про багатосеансовий компакт-дисках і відповідних приводах (multi session). Так, багатосеансовий записи визначені в форматах Kodak PhotoCD і CD-ROM ХА (extended Architecture).
З'явилися диски з можливістю багаторазового запису CD-RW (Compact Disk - Rewritable: перезаписуваний компакт-диск). В даний час CD-R і CD-RW є найбільш зручними засобами зберігання і передачі великих обсягів інформації.
Вартість зберігання інформації на компакт-дисках менше, ніж на будь-яких інших носіях.
Фізичний пристрій компакт-диска
Компакт-диск складається з кількох шарів, з'єднаних в єдину круглу тонку пластину. Діаметр переважної більшості компакт-дисків складає 120 міліметрів, що дорівнює п'яти дюймам. Стандартний 5-дюймовий диск містить 640-700 Мбайт інформації.
CD-ROM, створений промисловим способом, складається з трьох шарів. Основа диска, створена з прозорого полікарбонату, займає основний обсяг диска. При виготовленні основи методом штампування або лиття під тиском на неї наноситься інформаційний узор, і в результаті чого виходить прозора пластикова пластина, гладка з одного боку, а з іншого - містить безліч мікроскопічних западин (званих іноді пітамі, від англ. Pit - поглиблення), глибина яких відраховується від поверхні (land). Далі на основу наноситься відображає металевий шар (найчастіше алюміній, хоча можуть використовуватися і інші метали або сплави), а потім - захисне покриття з тонкої плівки полікарбонату або спеціального лаку, на якому часто розміщується поліграфія - різні малюнки і написи.
Після створення всіх верств диск готовий до використання. Інформація зчитується з робочою боку диска через прозору основу. Штампований інформаційний узор і відображає шар відображають промінь лазера, що зчитує по-різному в різних ділянках.
Виготовлення штампів для CD
Оскільки скляна болванка (пластина близько 10 дюймів діаметра і 6 міліметрів товщини - «glass master»), на якій формується матриця для друку CD, використовується багаторазово, першим кроком технологічного процесу є змив фоторезистивной матеріалу, що залишився від минулого разу. Потім очищення, промивання деионизированной водою і нанесення нового рідкого шару фоторезиста і просушування. Після цього диск поміщається в лазерне записуючий пристрій (Laser Beam Recorder - LBR), поєднане з персональним комп'ютером. Для запису (мастерингу) використовується блакитний або фіолетовий лазер, промінь якого модулюється так, щоб експонувати фоторезист в точках, де повинні бути розташовані поглиблення (піти, pits); запис відбувається з постійною лінійною швидкістю. Піти повинні задовольняти геометричним вимогам, специфіковані в «Червону книгу» (Red Book). Після запису болванка поміщається в розчин NaOH, який змиває засвічені ділянки фоторезиста. Скляна поверхня не піддається змінам в цьому процесі, а лише є носієм фоторезиста.
Оброблена таким чином болванка методом вакуумного напилення покривається тонким шаром (близько 1 молекули товщиною) срібла, утворюючи металізовану болванку ( «metalised» glass master).
Потім електролізним методом на срібло наносять шар нікелю, який потім знімається з скла, утворюючи металевий лист, іменований «батьком» ( «father»). Будучи дзеркальним відображенням нанесених даних, він може вже використовуватися для друку CD, однак процес на цьому не закінчується, оскільки необхідно безліч копій такого штампа. Тому «батько» використовується для отримання свого знову ж нікелевого зворотного зображення - «матері» ( «mother»), яке застосовується для виробництва подібних «батькові» робочих штампів (званих «син», «son»).
Перед передачею у виробництво штампи проходять ретельну вибракування на предмет точності розташування центрального отвору, наявності поздовжніх і поперечних биття при обертанні на пристрої під назвою «stamper player».
Робочий штамп ( «stamper») використовується для нанесення інформаційного візерунка на поверхню полімерної основи CD, яка потім покривається відображає алюмінієвим і захисним акриловим шарами.
Технологія TrueX (Kenwood Technologies)
Дисковод TrueX забезпечує швидкість передачі від 6750 до 7800 Кбайт / с (або 45х - 52х) на всій поверхні диска, в той час як звичайний дисковод 48х-max - на внутрішніх доріжках працює зі швидкістю 19х, досягаючи швидкості 48х на зовнішніх доріжках (якщо, звичайно, диск заповнений).
Записуються формати CD
CD-R. Тип оптичного диска для одноразової запису (Write Once / Read Many storage - WORM) був відомий з кінця 1980-х років При запису даних на WORM фізичні позначки (марки) робляться на поверхні носія малопотужним лазером і так як ці марки не можуть бути стерті, запис здійснюється тільки один раз.
Фарбувальний шар з азосоединений, які раніше використовувалися в інших оптичних носіях запису, тепер також застосовується в CD-R.
Виробники CD-R використовують ці різні барвники, комбінуючи їх, варіюючи товщину фарбувальних і відображають шарів і так далі для отримання широкого діапазону таких характеристик, як довговічність, швидкість запису і потужність лазера, використовуваного при записі. Для усунення недоліків, властивих алюмінієвому відбиває шару звичайних CD, тут використовують відображають шари із сплавів срібла або золота.
На записуваному диску є спіральне поглиблення (ведуча доріжка), відштампованих при його виготовленні, на яке в подальшому заносяться дані. При записи друкарська лазерна головка слід уздовж цієї доріжки і в результаті диск отримує такі ж характеристики, що й звичайний компакт-диск - ширина доріжки 0.6 мкм і подача (крок) доріжки - 1.6 мкм. Запис починається від внутрішньої частини диска і на повному диску спіральна фонограма робить 22 188 оборотів або приблизно 600 оборотів на 1 міліметр.
Якщо звичайний CD-ROM виготовляється шляхом механічної штампування заглиблень (марок, «питов»), під час запису CD-R використовується лазер, «випалює» мітки в органічному барвнику. Будучи нагрітої до критичної температури, «випалена» область стає непрозорою (або поглинає) і при зчитуванні відображає меншу кількість світла, ніж суміжні ділянки, що не були нагріті лазером. Ця технологія наслідує способу, яким інформація зчитується зі звичайного CD, коли світло повністю відбивається від поверхні ( «land»), але розсіюється поглибленням ( «pit»).
На відміну від технології WORM, диски CD-R не дозволяють стирати раніше записані дані, проте вони дозволяють послідовно додавати їх за кілька сеансів (або сесій) в вільні області диска. Проблема полягає в тому, що такі мультисесійні диски можуть бути не лічені повністю на більш ранніх версіях програвачів, комп'ютерів або при використанні застарілих операційних систем.
Спочатку CD-R випускалися в форматах 63 або 74 хвилини, цього відповідали ємності в 550 або 650 Мбайт, в подальшому з'являються диски ємністю 700 Мбайт. Формат CD-R не був вільний від проблем сумісності. На відміну від звичайних компакт-дисків, що відображає поверхню CD-R розрахована так, щоб точно відповідати світла лазера звичайного плеєра CD-ROM (780 нм). Якщо помістити такий диск в дисковод першого покоління (лазер з довжиною хвилі в 650 нм), то немає ніяких гарантій точного зчитування інформації. В подальшому були розроблені лазерні головки із змінною (подвійний) довжиною хвилі, і ця проблема була вирішена.
CD-RW - перезаписуваний CD (rewritable CD)
Технологія CD-RW - зміна оптичного стану (фази) речовини - сама по собі далеко не новина. Зауважимо, однак, що технології CD-RW не вимагають впливу магнітних полів (як це використовується в магнітооптичних накопичувачах). Накопичувач CD-RW відрізняється від дисків CD-R, і їх структура в своїй основі подібна до дисками CD-R (полікарбонатна основа з виплавленої провідною спіральної доріжкою), але з істотними відмінностями в подробицях - записує шар розміщений між шарами діелектрика, які відводять від нього надлишкове тепло в процесі запису.
Як середовище записи CD-RW зазвичай використовує прозорий склад, складений із з'єднань срібла, індію, сурми і телуру. В процесі запису сфокусований лазерний промінь вибірково нагріває області, вище температури плавлення (500-700 ° С), і після досить швидкого охолодження речовина переходить в так зване аморфний стан, формуючи область непрозорості.
При стирання шар нагрівається до температури, яка нижче точки плавлення, але вище, ніж температура кристалізації (200 ° С) протягом достатнього часу (по крайней мере, довше ніж мінімальний час кристалізації), і атоми повертаються до впорядкованого (прозорого) станом.
Щоб отримати ці ефекти в записуючий шарі, що пише лазер пристрою CD-RW використовує три рівні потужності:
- висока, так звана «потужність записи», створює непрозорі (поглинають) ділянки в шарі записи;
- середня ( «потужність стирання»), розплавляє ділянку записуючого шару і перетворює його до отражающему (прозорого) станом;
- низька ( «потужність зчитування»), не змінює стан чутливого шару і може використовуватися, щоб зчитувати дані.
файлові системи
Формат даних ISO 9660, розроблений Міжнародною організацією зі стандартизації (MOC / ISO) в 1984 році, описує структури каталогів і імен файлів на дисках. Імена файлів можуть містити лише великі літери латиниці, Цифри «0» - «9» і символ підкреслення - «_». Імена каталогу можуть мати максимальну довжину вісім символів (без розширення), ступінь вкладеності каталогів не повинна перевищувати восьми.
Кожен компакт-диск має зміст (table of contents - ТОС), яке містить інформацію про треки (фонограмах), розміщених на диску. «Помаранчева Книга» вирішує проблеми записи компакт-дисків, де при наступних сеансах записи на диск відбувається модифікація ТОС.
Компакт-диски мають діаметр 12 сантиметрів і центральний отвір діаметром 15 міліметрів. Аудіо- або комп'ютерні дані записуються починаючи від радіуса 25 міліметрів (після запису lead-in) до радіуса 58 міліметрів (або до запису lead-out). Стандарт «Помаранчевої Книги» CD-R в цілому розбиває компакт-диск на дві області:
- системну (System Use Area - SUA);
- інформаційну (Information Area - IA).
У той час як IA - тільки простір для розміщення даних, SUA подібна завантажувального сектора жорсткого диска і використовує початкові 4 міліметри радіусу поверхні компакт-диска. Тут записується інформація для пристрою, що зчитує, де вказується, який тип і формат інформації слід очікувати. SUA, в свою чергу, поділяється на дві частини - область калібрування потужності (Power Calibration Area - РСА) і область записи програми (Program Memory Area - РМА).
На кожному диску РСА використовується як база для настройки лазера пише пристрою. Як тільки диск вставляється в накопичувач CD-R, промінь лазера направляється на поверхню РСА, щоб оцінити оптимальну установку потужності для запису компакт-диска. На калібрування впливають такі фактори, як швидкість запису, вологість і температура навколишнього середовища, тип використовуваного диска. На диску дозволяється максимум 99 калибровок, оскільки кожна з них руйнує ділянку поверхні РСА.
Інформаційна область в свою чергу поділяється на три ділянки:
- область lead-in містить нульові біти ( «цифрову тишу») в головному каналі плюс зміст (VTOC) в подканале «Q». Довжина lead-in визначається необхідністю розмістити зміст томи (VTOC), що містить до 99 треків (фонограм);
- область програми містить приблизно до 76 хв. даних, розділених максимум на 99 доріжок (фонограм). У той час як на звичайних носіях вісім бітів утворять байт, послідовність яких свою чергу формує блоки даних, на компакт-диску кожен байт (8 біт) кодується як 14 біт плюс 3 приєднаних біта за алгоритмом, іменованого «модуляція вісім до чотирнадцяти» (Eight те Fourteen Modulation - EFM);
- область lead-out, що містить нульові біти і визначає кінець програми.
магнітооптичні технології
Як випливає з назви, ці диски використовують поєднання магнітних і оптичних технологій, використовуючи лазер, щоб зчитувати дані з диска, при додатковому використанні магнітного поля під час запису даних. Пристрій спроектовано так, що вставляється диск піддається впливу магнітного поля з одного боку і лазерного променя з протилежного. Диски, які мають формати в 3.5 і 5.25 дюймів, покриті шаром спеціального сплаву, який має властивість відбивати випромінювання лазера під злегка розрізняються кутами залежно від напрямку намагніченості, і дані можуть записуватися як «північні» і «південні» магнітні полюси, як і в разі жорсткого диска.
У той час як жорсткий диск може перемагнічуватися при будь-якій температурі, магнітне покриття, яке використовується на МО-носіях, надзвичайно стійке до намагнічування при кімнатній температурі, зберігаючи дані незмінними, поки що записує шар не буде нагрітий вище рівня температури, званого точкою Кюрі (приблизно 200 ° С). Магнітооптичні накопичувачі використовують лазер для нагрівання певних областей магнітних частинок. Після розігріву магнітних частинок напрямок їх магнітних полів може бути легко змінена полем, що згенерував магнітної голівкою.
Інформація зчитується, використовуючи менш потужний лазер і ефект Керра, який полягає в тому, що поляризація відбитого світла змінюється в залежності від орієнтації магнітного поля. У тих точках, де поверхня не була піддана лазерно-магнітного впливу, ділянка являє «О», а там, де точка була нагріта і намагнічена, буде записаний сигнал «1».
Light Intensity Modulated Direct Overwrite (пряма перезапис із змінною потужністю світлового променя).
LIMDOW - дисководи і диски використовують той же самий основний принцип, що і звичайний МО-накопичувач: поверхня для запису нагрівається і намагничивается під впливом зовнішнього магнітного поля. Але замість використання магнітної головки в дисководі тут магніти вбудовані в сам диск.
LIMDOW - диск має два магнітних шару безпосередньо позаду відбиває робочої поверхні. Ця поверхня при нагріванні до одного рівня температури приймає намагніченість одного з цих шарів, але при подальшому нагріванні набуває полярність іншого магнітного шару. При запису даних на диск використовуються лазерні імпульси двох різних потужностей. Таким чином вдалося суттєво підвищити швидкість запису даних до майже порівнянної з жорсткими дисками.
Крім створення МО, конкурентоспроможного за швидкостями запису, технологія LIMDOW дозволяє перейти до магнитооптическим дискам вищою місткості. Оскільки магнітний шар розташований поруч з робочою поверхнею (а не де-небудь поза диска), запис може бути зроблена з набагато більш високою щільністю, фактично обмеженою роздільною здатністю сліду лазерного променя ( «плями», що нагріває поверхню). У майбутньому з застосуванням лазерів з коротшою довжиною хвилі (червоні лазери, а потім синій лазер) очікується зниження розміру сліду, і місткість диска по відношенню до сьогоднішньої (2.6 Гбайт і більше) може збільшитися в 4 рази.
Замінники НГМД та жорсткі диски
Змінні жорсткі диски
Додаткова інформація по темі
Детальний опис пристрою гнучких магнітних дисків і способів зберігання інформації на цих дисках
У статті описуються різні типи моніторів, описуються їх принципи роботи і характеристики
У статті описується історія розробки процесорів, напрямки в яких йшла інженерна думка, принципи роботи різних процесорів
Повний опис типів і пристроїв сучасних DVD носіїв в комп'ютерній індустрії