Накопители на жестких дисках

Гибкие диски.

      Дискета или гибкий диск - компактное низкоскоростное малой ёмкости средство хранение и переноса информации. Различают дискеты двух размеров: 3.5”,  5.25”, 8” (последние два типа практически вышли из употребления).   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            3.5” дискета     5.25” дискета 

Конструктивно дискета представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, заключенный  в футляр. Дискета имеет отверстие  под шпиль привода, отверстие  в футляре для доступа головок  записи-чтения (в 3.5” закрыто железной шторкой), вырез или отверстие защиты от записи. Кроме того 5.25” дискета имеет индексное отверстие, а 3.5” дискета высокой плотности - отверстие указанной плотности (высокая/низкая). 5.25” дискета защищена от записи, если соответствующий вырез закрыт. 3.5” дискета наоборот -  если отверстие защиты открыто. В настоящее время практически только используются 3.5” дискеты высокой плотности.

         

Для дискет используются следующие обозначения:

- SS single side - односторонний  диск (одна рабочая поверхность).

- DS double side - двусторонний  диск.

- SD single density - одинарная  плотность.

- DD double density - двойная  плотность.

- HD high density - высокая плотность. 

Накопитель на гибких дисках принципиально похож  на накопитель на жестких дисках . Скорость вращения гибкого диска примерно в 10 раз медленнее, а головки касаются поверхности диска. В основном структура  информации на дискете, как физическая так и логическая, такая же как на жестком диске. С точки зрения логической структуры на дискете отсутствует таблица разбиения диска. 
 

ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ

Форматы CD

Следует рассмотреть  основные форматы, образуемые на CD за счет использования различных секторов, дорожек, стандартов.   

 Самый старый  формат - CD-DA - аудиодиск: единственный  сеанс, следовательно, одна заголовочная  и дна финальная область, между  которыми находятся только дорожки  первого типа.   

 Следующий  по времени - CD-ROM: также единственный сеанс, одна заголовочная область и одна финальная. Между ними находятся дорожки второго типа (формально могут быть и дорожки третьего типа, но на практике они не используются). Этот формат читается любым CD-ROM-накопителем, в том числе и старыми, не различающими несколько сеансов.   

 Смешанный  диск (Mixed Mode) содержит в единственном  сеансе дорожки CD-DA и CD-ROM. Обычный  накопитель должен отключать  воспроизведение звука, обнаруживая  дорожку CD-ROM.   

 Более современный  вариант диска для multimedia-приложений, использующих звук и видео в реальном времени - CD-ROM XA. Его дорожки данных могут содержать сектора различных форм для хранения данных и сжатых аудио- видеопоследовательностей.    

CD-I (или Зеленый  диск). По типу секторов - такой  же как CD-ROM XA, однако отличается организацией работы с ним (в частности TOC). Работает на соответствующих ему накопителях.   

CD-I Ready тип 1 - специальная разновидность диска  CD-DA, на первой дорожке которого  перед первым фрагментом сохраняется  дополнительная информация в расширенной преамбуле. Аудио-проигрыватель не должен "замечать" эту информацию (он должен воспринимать ее как обычные 2 секунды тишины перед фрагментом). Увы! Не все старые проигрыватели такие "умные" и могут позиционироваться по оглавлению.  
    CD-I Ready тип 2 предлагается для устранения неприятностей, характерных для работы старых типов проигрывателей с дисками предыдущего типа. В нем используется неспособность этих накопителей увидеть второй сеанс (на этом диске два сеанса: первый - обычный аудио, второй - CD-I).   

 Для работы  одновременно на накопителях  CD-ROM XA и CD-I используется так называемый  переходной диск CD (CD-Bridge). Это односеансовый  диск, у которого первая дорожка  CD-I, а остальные CD-ROM. Использование его базируется на разных позициях описания начала данных в накопителях CD-ROM XA и CD-I. В первом случае точка входа находится по адресу 00 мин 02 сек 16 сектор смещение 1024, а во втором случае в том же секторе, но со смещением 0. К этому типу дисков относится Photo-CD.   

Video CD - компакт-диски,  использующие сектора пятого  типа (вторая форма) и соответствующие  Белой книге - относительно молодому  стандарту (1993 год), определяющему  способ хранения видеоинформации  с быстрым интерактивным доступом. Предполагается, что Зеленая книга будет доработана для соответствия дискам Белой книги.   

 Многосеансовые (multisession) диски могут состоять  из сеансов только CD-ROM или только CD-Bridge и при этом быть как  окончательно завершенными (рис. 9), так и допускающими запись дополнительных сеансов (рис. 8).

 
Рис. 8. Многосеансовый диск, завершенный  промежуточно

 
Рис. 9. Многосеансовый диск, завершенный  окончательно   

  Заметим,  что запись сеанса подразумевает кроме записи полезной информации еще и запись заголовочной (включая TOC) и финальной областей. Суммарный объем этих областей около 20 МБ, поэтому:

запись мелких сеансов приводит к непроизводительному  расходованию емкости диска;

невозможно "дописать" диск, если на нем осталось свободным менее 20 МБ.

Перспективные типы CD

 

    Существующие  сегодня CD-ROM "родились" от аудиодисков,  технологическая готовность выпуска которых существует уже более 15 лет. За это время возникли и новые технологические возможности, и достаточный рынок для создания устройства, ориентированного на эффективное хранение данных, и удобные средства доступа к ним. Возможности формата, основанного на Красной книге, почти исчерпаны (одно только хранение оглавления в Q-фрейме подканала при пустующих секторах рубит под корень возможности использования небольших сеансов). Естественно, что мир стремится к созданию более современных CD. Такие CD давно ждут на рынке, для них не только придумали название (High Density Compact Disk - HD CD), но и успели поменять его на MMCD (MultiMedia CD). Ожидается, что за счет уменьшения длины волны считывающего лазера удастся уменьшить размеры пита и расстояние между дорожками. В совокупности с улучшением структуры хранения информации и более современными средствами коррекции ошибок, возможно, удастся достичь емкости 3,7 ГБ на диск. Еще большую емкость обещает мультиповерхностная технология, при которой запись осуществляется на нескольких (для начала на двух) слоях, расположенных один над другим. Выбор считываемого слоя обеспечивается фокусировкой луча именно на нем, а чрезвычайно короткофокусная оптика позволяет уменьшить помеху от другого слоя до приемлемой величины.  
    Ресурсы расширения возможностей CD станут немного понятнее после знакомства с устройством накопителя и различными вариантами построения его узлов.

DVD диски

 

    О том,  что обычные CD-ROM диски, рожденные  для записи звука, не так  уж хорошо подходят для компьютеров общеизвестно. После нескольких лет обсуждения (и довольно жесткой конкуренции) различных вариантов улучшенных оптических дисков, имевших звучные названия 15 сентября 1995 года было наконец достигнуто принципиальное согласие между различными группами разработчиков о технических основах создания нового диска. В 1995г. (8 декабря) крупнейшие производители CD-ROM приводов и связанных с ними устройств (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) подписали окончательное соглашение, утвердив не только «тонкости» формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk). Впрочем споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk - цифровой многофункциональный диск. Экстремисты полагают даже, что DVD следует рассматривать просто как «новое слово» в английском языке. И возможно они правы, если судьба новинки будет так успешна, как предвещают и вызовет революцию не только в вычислительной технике, но и в бытовой электронике.

 Отсутствие  единого понимания как технических, так и юридических характеристик  нового изделия затрудняет подготовку производства. Несмотря на быстро расширяющийся круг участников лицензионных соглашений и начало выпуска первых устройств, прошедший в США 10-11 апреля 1996 года «Первый DVD форум» также не дал окончательной редакции стандартов нового носителя информации. Однако, массовый выпуск DVD устройств фактически уже начался в четвертом квартале 1996 года.

DVD - сколько, где и  как

 DVD может существовать  в нескольких модификациях. Самая  простая из них похожа на обычный диск, отличающийся только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1.2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0.6 мм). Вторую половину составляет плоский верхний слой (рис. 10). При этом емкость такого диска достигает 4.7 Гбайт, что обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). При этом без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное - рис. 11), то суммарная емкость составляет 8.5 Гбайт (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью уменьшить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт!

Рис.10. Структура  простого DVD

Рис.11. Двухслойный DVD   

 Уже этой  характеристики достаточно, чтобы  представить себе воздействие,  которое может оказать такой диск на кино/видео индустрию. Недаром значительная часть споров и задержек с производством устройств DVD вызвана согласованием способов защиты авторских прав от пиратского копирования. Цифровые системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для создания нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация кинопроизводителей Америки (MPAA - Motion Picture Association of America) совместно с Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Manufacturer's Association) возбужденно обсуждают возможности встраивания защиты от нелицензионного копирования непосредственно в устройства, а также законопроекты, связанные с защитой от копирования. Среди предлагаемых мер не только исключение возможности прямого копирования диск/диск, но и более серьезные меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения копирования данных считанных с DVD на другие носители (ожидается появление таких свойств в Windows 97 где-нибудь к 1998 году). Наиболее радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопированы (рис. 12). Рабочая группа (Technical Working Group), представляющая интересы производителей компьютеров при этом не остаются в стороне, так как сужение функциональных возможностей устройств может быть не безболезненно.

 

Чтобы понять как  удалось достичь столь значительного  роста объема информации на DVD диске  сравним его с CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) достигается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин), что и видно на рис.13.

 Кроме увеличения физической плотности размещения информации на диске произошли изменения  и в способах ее представления. Так на смену способа модуляции 8/14 (EFM - eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается несколько иным алгоритмом преобразования и, главное (!), требует ввода на границе байт не трех а только двух дополнительных бит, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в диапазоне от 3 до 11 бит (то есть между двумя последовательными единицами после кодирования не менее 2 и не более 10 нулей). Таким образом получаем из каждого байта не 14+3=17 а 14+2=16 кодовых бит (это дает повод острословам требовать смены названия этого способ модуляции с EFM+ на EFM-). Изменение метода модуляции только одно из множества форматных изменений, позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм коррекции ошибок RS-PC (Reed-Solomon Product Code) обещает быть на порядок более устойчивым к возможным ошибкам воспроизведения (не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме резкое того уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к росту количества случайных сбоев при чтении).

Рис. 13. Сравнение  плотности записи на DVD и CD дисках

 Из оставшихся еще не названными характеристик  стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV - constant lineal velocity) 4 м/с.)

Магнитооптические диски

 Скачок в  развитии компьютерной индустрии и  тенденцийя постоянного роста мощных компьютерных информационных систем неуклонно  влекут за собой увеличение объемов обрабатываемой информации. Это обстоятельство все чаще заставляет задумываться над проблемой хранения этой информации и выбором типов применяемых устройств для систем резервного копирования. Применявшиеся до недавнего времени накопители на магнитной ленте (стримеры) уже не удовлетворяют современным требованиям. Магнитная лента легко подвергается всевозможным механическим и электромагнитным повреждениям. Небольшое повреждение ленты хотя бы в одном месте может привести к потере блока информации объемом несколько мегабайтов. Это не позволяет использовать ленточные картриджи как надежные носители для любого рода информации, а скорость работы таких систем с последовательным доступом не позволяет оперативно работать с сохраняемой на них информацией. Не справились с задачей и накопители на гибких дисках: последнее достижение в этой области - дискеты емкостью в 21 МБ - в наше время уже мало на кого произведет впечатление. К тому же эти носители для своего объема стоят недешево, и создание на них "библиотек" архивов данных - весьма дорогое удовольствие. Похоже, что эта технология зашла в тупик и сегодня не способна конкурировать с другими, более современными накопителями. Недавно организация FTA (Floptical Technology Association) объявила о начале разработки диска емкостью 120 МБ, но несмотря на дешевизну, вряд ли новый накопитель будет иметь успех.