Носители информации. Виды носителей 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.

Доклад по физике

по теме:

“Магнитная запись.

Магнитные носители информации”

Технология записи информации на магнитные носители появилась сравни-тельно недавно - примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже нес-колько десятилетий спустя - 60-ые - 70-ые годы - это технология стала очень рас-пространённой во всём мире.

Очень давно появилась на свет первая грам-пластинка. Которая использова-лась в качестве носителя различных звуковых данных - на неё записывали различ-ные музыкальные мелодии, речь человека, песни.

Сама технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи специального аппарата в специальном мяг-ком материале, виниле, делались засечки, ямки, полоски. И из этого получалась плас-тинка, которую можно было прослушать при помощи специального аппарата - патифона или проигрывателя. Патифон состоял из: ме-ханизма, вращающего пластинку вокруг сво-ей оси, иглы и трубки.

Приводился в действие механизм, вра-щающий пластинку, и ставилась игла на пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая при этом различные звуки - в зависимости от глубингы канавки, её ширины, наклона и.т.д., используя явление резонанса. А после труба, находившаяся около самой иголки, усиливала звук, “высекаемый” иголкой. (рис. 1)

Почти такая же система и используется в современных (да и использовалась раньше тоже) устройствах считывания магнитной записи. Функции составных час-тей остались прежними, только поменялись сами составные части - вместо винило-вых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху слоем маг-нитных частиц; а вместо иголки - специальное считывающее устройство. А трубка, усиливающая звук, исчезла совсем, и на её место пришли динамики, использующие уже болдее новую технологию воспроизведения и усиления звуковых колебаний. А в некоторых отраслях, в которых применяются магнитные носители (например, в ком-пьютерах) пропала необходимость использования таких трубок.

Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается” информация.

Процесс записи также похож на про-цессс записи на виниловые пластинки - при помощи магнитной индукционной вмес-то специального апарата.

На головку подаётся ток, который при-водит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в за-висимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.

А при воспроизведении записи наблюдается процесс обратный записи: намаг-ниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают дальше в динамик. (рис. 2)

Данные, используемые в компьютерной технике, записываются на магнитные носители таким же образом, с той разницей, что для данных нужно меньше места на плёнке, чем для звука. Просто вся информация, записываемая на магнитный носи-тель в компьютерах, записывается в двоичной системе - если при чтении с носите-ля головка “чувствует” нахождение под собой домена, то это означает, что значение данной частички данных равно “1”, если не “чувствует”, то значение - “0”. А дальше уже система компьютера преобразует данные, записанные в двоичной системе, в более понятную для человека систему.

Сейчас в мире присутсвует множество различных типов магнитных носителей: дискеты для компьютеров, аудио- и видеокассеты, бабинные ленты, жёсткие диски внутри компьютеров и.т.д.

Но постепенно открываются новые законы физики, и вместе с ними - новые возможности записи информации. Уже несколько десятилетий назад появилось мно-жество носителей информации, базирующихся на новой технологии - считывания информации при помощи линз и лазерного луча. Но всё-равно технология магнит-ной записи просуществует ещё довольно долго из-за своего удобства в использова-нии.

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

Потребность хранить какую-либо информацию у человека появилась еще в доисторические времена, чему яркий пример - наскальная живопись, которая сохранилась и по сей день. Наскальные рисунки можно по праву назвать самым износостойким носителем информации на данный момент, хотя с портативностью и удобством использования есть некоторые трудности. С появлением ЭВМ (и ПК в частности) разработка емких и удобных в использовании носителей информации стала особенно актуальной.

Бумажные носители

В первых компьютерах использовалась перфокарты и перфорированная бумажная лента, намотанная на бобины, так называемая перфолента. Ее прародителями были автоматизированные ткацкие станки, в частности машина Жаккара, финальный вариант которой был создан изобретателем (в честь которого она и названа) в 1808 году. Для автоматизации процесса подачи нитей использовались перфорированные пластины:

Перфокарты - картонные карточки, которые использовали подобный метод. Их было много разновидностей, как с отверстиями, которые отвечали за "1" в двоичном коде, так и текстового вида. Самым распространенным был формат IBM: размер карты составлял 187х83 мм, на ней инфомация располагалась в 12 строк и 80 столбцов. В современных терминах, одна перфокарта хранила 120 байт информации. Для ввода информации перфокарты нужно было подавать в определенной последовательности.

В перфоленте используется тот же принцип. Информация хранится на ней в виде отверстий. Первые компьютеры, созданные в 40-х годах прошлого века работали как с вводимыми с помощью перфоленты в реальном времени данными, так и использовали некое подобие оперативной памяти, преимущественно с использованием электронно-лучевых трубок. Бумажные носители активно использовались в 20-50 годах, после чего постепенно начали заменяться магнитными носителями.

Магнитные носители

В 50-х годах началось активное развитие магнитных носителей. За основу взято было явление электромагнетизма (образование магнитного поля в проводнике при пропускании тока через него). Магнитный носитель состоит из поверхности, покрытой ферромагнетиком и считывающей/пишущей головки (сердечник с обмоткой). По обмотке протекает ток, появляется магнитное поле определенной полярности (в зависимости от направления тока). Магнитное поле воздействует на ферромагнетик и магнитные частицы в нем поляризуются в направлении действия поля и создают остаточную намагниченность. Для записи данных на разные участки производится воздействие магнитным полем разной полярности, а при считывании данных регистрируются зоны, в которых изменяется направление остаточной намагниченности ферромагнетика. Первыми такими носителями были магнитные барабаны: большие металлические цилиндры, покрытые ферромагнетиком. Вокруг них устанавливались считывающие головки.

После них появился жесткий диск в 1956 году, это был 305 RAMAC компании IBM, который состоял из 50 дисков диаметром 60 см, по размером был соизмерим с большим холодильником современного формата Side-by-Side и весил чуть меньше тонны. Его объем составлял невероятные по тем временам 5 МБ. Головка свободно перемещалась по поверхности диска и скорость работы была выше, чем у магнитных барабанов. Процесс погрузки 305 RAMAC в самолет:

Объем быстро начал увеличиваться и в конце 60-х годов IBM выпустила высокоскоростной накопитель с двумя дисками емкостью по 30 МБ. Производители активно работали над уменьшением габаритов и к 1980 году жесткий диск имел размеры 5.25-дюймового привода. С тех времен конструкция, технологии, объем, плотность и размеры претерпели колоссальных изменений и самыми популярными стали форм-факторы и 3.5, 2.5 дюйма, в меньшей мере - 1.8 дюйма, а объемы уже достигают десятка терабайт на одном носителе.

Некоторое время использовался еще формат IBM Microdrive, который представлял из себя миниатюрный жесткий диск в форм-факторе карты памяти CompactFlash тип II. Выпущен в 2003 году, позже продан компании Hitachi.

Параллельно развивалась магнитная лента. Появилась она вместе с выходом первого американского коммерческого компьютера UNIVAC I в 1951 году. Опять же постаралась компания IBM. Магнитная лента представляла из себя тонкую пластиковую полосу с магниточувствительным покрытием. С тех времен использовалась в самых разных форм-факторах.

Начиная с бобин, ленточных картриджей и заканчивая компакт-кассетами и видеокассетами VHS. В компьютерах использовались начиная с 70 годов и заканчивая 90-ми (уже в значительно меньших количествах). Часто в качестве внешнего носителя к ПК использовался подключаемый магнитофон.

Накопители на магнитной ленте под названием Стримеры применяются и сейчас, преимущественно в промышленности и крупном бизнесе. На данный момент используются бобины стандарта Linear Tape-Open (LTO), а рекорд в этом году поставили IBM и FujiFilm, умудрившись записать на стандартную бобину 154 терабайта информации. Предыдущий рекорд - 2.5 терабайт, LTO 2012 года.

Еще один тип магнитных носителей - дискеты или флоппи-диск. Тут слой ферромагнетика наносится на гибкую, легкую основу и помещается в пластиковый корпус. Такие носители были просты с точки зрения изготовления и отличались невысокой стоимостью. Первая дискета имела форм-фактор 8 дюймов и появилась в конце 60-х. Создатель - опять IBM. К 1975 году емкость достигла 1 МБ. Хотя популярность дискеты заработали благодаря выходцам из IBM, которые основали собственную компанию Shugart Associates и в 1976 году выпустили дискету формата 5.25 дюйма, емкость составляла 110 КБ. К 1984 году емкость уже составляла 1.2 МБ, а Sony подсуетилась с более компактным форм-фактором 3.5 дюйма. Такие дискеты до сих пор можно найти у многих дома.

Компания Iomega выпустила в 1980-х картриджи с магнитными дисками Bernoulli Box, емкостью 10 и 20 МБ, а в 1994 году - так называемые Zip размера 3.5 дюйма объемом 100 МБ, до конца 90-х они достаточно активно использовались, но конкурировать с компакт-дисками им было не по зубам.

Оптические носители

Оптические носители имеют форму дисков, чтение с них ведется с помощью оптического излучения, обычно лазера. Луч лазера направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками на специальном слое, при регистрации и декодировании этих изменений восстанавливается записанная на диск информация. Впервые технологию оптической записи с использованием светопропускающего носителя была разработана Дэвидом Полом Греггом в 1958 году и запатентована в 1961 и 1990 годах, а в 1969 году компания Philips создала так называемый LaserDisc , в котором свет отражался. Впервые публике LaserDisc был показан в 1972 году, а в продажу поступил в 1978. По размеру он был близок к виниловым пластинкам и предназначался для фильмов.

В семидесятых годах началась разработка оптических носителей нового образца, в результате Philips и Sony представили в 1980 году формат CD (Compact Disk), который был впервые продемонстрирован в 1980 году. В продажу компакт-диски и аппаратура поступили в 1982 году. Изначально использовались для аудио, помещалось до 74 минут. В 1984 году Philips и Sony создали стандарт CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) для любых типов данных. Объем диска составлял 650 МБ, позже - 700 МБ. Первые диски, которые можно было записывать в домашних условиях, а не на заводе были выпущены в 1988 году и получили названиеCD-R (Compact Disc Recordable), а CD-RW, позволяющие многократную перезапись данных на диске, появились уже в 1997.

Форм-фактор не менялся, увеличивалась плотность записи. В 1996 году появился формат DVD (Digital Versatile Disc), который имел ту же форму и диаметр 12 см, а объем - 4.7 ГБ или 8.5 ГБ у двухслойного. Для работы с DVD-дисками были выпущены соответствующие приводы, обратно совместимые с CD. В последующие годы было выпущено еще несколько стандартов DVD.

В 2002 году миру были представлены два разных и несовместимых формата оптических дисков нового поколения: HD DVD и Blu-ray Disc (BD). В обоих случаях для записи и чтения данных используется голубой лазер с длинной волны 405 нм, что позволило еще увеличить плотность. HD DVD способен хранить 15 ГБ, 30 ГБ или 45 ГБ (один, два или три слоя), Blu-ray - 25, 50, 100 и 128 ГБ. Последний стал более популярен и 2008 году компания Toshiba (один из создателей) отказалась от HD DVD.

Полупроводниковые носители

В 1984 году компания Toshiba предложила полупроводниковые носители, так называемую флэш-память NAND, которая стала популярна спустя десятилетие после изобретения. Второй вариант NOR был предложен Intel в 1988 году и используется для хранения программных кодов, например BIOS. NAND-память используется сейчас в картах памяти , флэшках, SSD-накопителях и гибридных жестких дисках.

Технология NAND позволяет создавать чипы с высокой плотностью записи, она компактна, менее энергозатратна в использовании и имеет более высокую скорость работы (в сравнении с жесткими дисками). Основным минусом на данный момент является достаточно высокая стоимость.

Облачные хранилища

С развитием всемирной сети, увеличением скоростей и мобильного интернета появились многочисленные облачные хранилища, в которых данные хранятся на многочисленных распределенных в сети серверах. Данные хранятся и обрабатываются в так называемом виртуальном облаке и пользователь имеет к ним доступ при наличии доступа в интернет. Физически серверы могут находиться удаленно друг от друга. Есть как специализированные сервисы типа Dropbox, так и варианты компаний-производителей ПО или устройств. У Microsoft - OneDrive (ранее SkyDrive), iCloud у Apple, Google Диск и так далее.

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.