Главная Обратная связь

Дисциплины:






Оптические носители



Если рассматривать устройства хранения данных, в которых используются сменные носители, то безоговорочным лидером по популярности в данном классе являются накопители на оптических дисках. Уже устоявшиеся в индустрии стандарты оптических дисков представлены двумя основными разновидностями: компакт-диск (CD) и DVD. CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (полноформатный диск диаметром 120 мм или «миньон» диаметром 80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых для считывания данных оптических головок.

Близок тот час, когда и эти два стандарта станут частью истории. Им на смену идут приводы нового поколения Blu-ray. Им мы посвятим отдельный подраздел, а пока несколько слов о том, что должно быть практически в каждом компьютере.

Ширина дорожки старого доброго компакт-диска составляет 1,6 мкм, а минимальная длина пита 0,833 мкм. Для считывания данных в приводах формата СГ) используется инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт (для 80-миллиметровых носителей — 185 или 210 Мбайт). Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 мин стереофонической записи (РСМ, 16 бит/44,1 кГц).

Ширина дорожки DVD составляет 0,8 или 0,74 мкм, а минимальная длина пита — 0,44 или 0,40 мкм. Для считывания данных в DVD-приводах используется красный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,6. Емкость стандартных DVD составляет 4,7 Гбайт (для 80-миллиметровых носителей — 1,4 Гбайт). В отличие от компакт-дисков, DVD-носители могут быть двухслойными или двухсторонними. Емкость двухслойного DVD составляет 8,5 Гбайт, двухстороннего — 9,4 Гбайт. Двухсторонние диски фактически представляют собой два одинаковых носи геля, склеенных друг с другом (для считывания второй стороны диск необходимо переворачивать).

Приводы компакт-дисков позволяют работать только с носителями, относящимися к группе CD. Приводы DVD позволяют работать как с DVD, так и с CD носителями. Классификация оптических дисков приведена ниже:

Классификация оптических CD и DVD

В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков:

1. диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);

2. диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL);

3. диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).

Разновидности оптических приводов

В зависимости от имеющихся функций оптические приводы можно разделить на несколько основных видов.



1. CD-ROM — приводы, позволяющие считывать информацию с носителей, относящихся к группе компакт-дисков.

2. DVD-ROM — приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD и DVD-носителей.

3. CD-RW — приводы, позволяющие выполнять чтение информации с оптических дисков, относящихся к группе компакт-дисков, а также осуществлять запись на CD-R и CD-RW.

4. DVD-ROM/CD-RW — так называемые комбинированные приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD и DVD-носителей, а также осуществлять запись на CD-R и CD-RW.

5. DVD-RW, DVD+RW, DVD±RW — универсальные записывающие приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD и DVD носителей, а также осуществлять запись на CD-R, CD-RW, записываемые и перезаписываемые DVD (набор поддерживаемых DVD-носителей зависит от конкретной модели).

Для измерения скоростных характеристик оптических приводов используются условные единицы, причем различающиеся для CD и DVD форматов. В качестве точки отсчета (1х) для носителей группы компакт-дисков была выбрана скорость считывания данных, равная 150 Кбайт/с. Следовательно, 8х для CD привода соответствует скорости передачи данных 1200 Кбайт/с, 12х — 1800 Кбайт/с и т. д.

В случае DVD устройств однократная скорость равна уже 1350 Кбайт/с. Таким образом, 4х для DVD носителей соответствует скорости 5400 Кбайт/с — что эквивалентно 36х по шкале CD.

В характеристиках приводов, поддерживающих чтение и/или запись разных типов оптических дисков, обычно указывается максимальная скорость для каждого из них. Краткое обозначение скоростных характеристик носителя называют скоростной формулой. Например, в случае привода DVD-ROM скоростная формула 8/52 означает максимальную скорость чтения, эквивалентную 52х для CD и 8х для DVD. Для привода CD-RW скоростная формула 32/24/48 означает максимальную скорость записи на CD-R и CD-RW соответственно 32х и 24х и максимальную скорость чтения 48х.

Необходимо отдельно отметить формат DVD-RAM, который получил распространение главным образом в странах Азиатско-Тихоокеанского региона (особенно в Японии), в то время как в Европе и США доминируют форматы DVD-R/RW и DVD+R/RW. По этой причине во многих приводах DVD Dual, поставляемых в европейские страны (и в Россию), поддержка носителей DVD-RAM не предусмот­рена. В общем-то, для подавляющего большинства отечественных пользователей совместимость с DVD-RAM действительно не нужна. Исключением из этого правила являются немногочисленные обладатели видеокамер и бытовых видеорекордеров, производящих запись непосредственно на диски DVD-RAM.

Если говорить о скоростных характеристиках записывающих DVD-приводов, то к настоящему времени у большинства новых моделей максимальная скорость записи DVD+R и DVD-R составляет 16х, DVD+R DL и DVD-R DL — 8х, DVD+RW и DVD-RW — 6х.

Впрочем, далеко не всегда имеет смысл выбирать модель записывающего привода, обладающую максимальными (на момент покупки) скоростными характеристиками. С одной стороны, вполне очевидно, что привод, обладающий более высокой скоростью записи, позволяет сохранить тот же объем данных за более короткий промежуток времени. Однако с практической точки зрения приобретение привода с максимальной скоростной формулой не всегда целесообразно.

Во-первых, необходимо учитывать, что запись на DVD носители с относительно высокими скоростями (8х и 16х) производится в режиме Z-CLV. В этом случае диск делится на несколько зон, в пределах каждой из которых привод работает на определенной скорости. Запись начинается на минимальной скорости во внутренней зоне, расположенной в центре диска, и скачкообразно повышается при переходе из одной зоны в другую. На максимальной скорости запись производится лишь в самой последней (внешней) зоне. По этой причине DVD привод с максимальной заявленной скоростью 8х даже теоретически не позволит записать диск вдвое быстрее, чем четырехскоростной привод. Иными словами, удвоение значения максимальной скорости записи отнюдь не означает двукратного сокращения времени, необходимого для записи того же объема данных. И чем выше максимальная скорость, тем менее заметной становится эта разница.

Во-вторых, стоимость носителей DVD-R и DVD+R зависит от максимальной скорости записи, для которой они сертифицированы. Так, диски DVD+R, сертифицированные для записи со скоростью 16х, стоят заметно дороже, чем аналогичные носители, сертифицированные для записи на скорости 4х.

Существует также проблема обеспечения надежности при записи с высокой скоростью. Во многих приводах имеется функция автоматической подстройки скорости записи в зависимости от характеристик используемого носителя. Как показывает практика, довольно часто фактическая скорость записи на носители 8х и 16х оказывается ниже номинального значения.

Исходя из сложившегося положения вещей, логично будет предположить, что рубеж 16х, скорее всего, станет для записывающих DVD приводов практическим «потолком» возможностей. С одной стороны, дальнейшему росту скорости препятствуют чисто технические проблемы: при линейной скорости DVD диска, необходимой для достижения уровня 16х, шпиндель привода вращается со скоростью порядка 10 ООО об/мин. Дальнейшее увеличение скорости вращения возможно только при использовании эффективных средств для борьбы с вибрацией. Нельзя сказать, что проблема неразрешима в принципе, однако существующие на сегодня решения нельзя внедрить без значительного удорожания изделий.

Технология LightScribe

Одной из наиболее интересных технологических новинок 2005 года, реализованных в области записываемых оптических дисков, стала технология LightScribe. Она позволяет наносить на декоративную поверхность дисков монохромные изображения высокого качества непосредственно в записывающем приводе.

Принцип, положенный в основу технологии LightScribe, довольно прост. Как известно, под воздействием лазерного луча активный слой записываемых дисков теряет свою прозрачность. Засвечивая лазером одни участки рабочего слоя и оставляя нетронутыми другие, с помощью записывающего привода можно сформировать монохромное изображение.

 

В начале 2004 года компания HP объявила о создании усовершенствованной системы прямого маркирования дисков (Direct Disc Labeling System), получившей впоследствии коммерческое название LightScribe. Данная технология разработана специалистами Mitsubishi Kagaku Media (МКМ) и HP. В отличие от другой технологии — DiscT@2, LightScribe предусматривает нанесение изображений не на рабочий слой диска, а с обратной стороны — туда, где обычно располагается эти­кетка (разумеется, записываемые диски для этого должны быть снабжены дополнительным светочувствительным слоем).

Чтобы воспользоваться технологией LightScribe, необходимо иметь три компонента: LightScribe-совместимый записывающий привод, носитель с дополнительным светочувствительным слоем и специальное программное обеспечение. В этом случае пользователь по окончании записи информации может перевернуть диск и с помощью записывающего привода нанести изображение на его декоративную поверхность.

Разумеется, реализация дополнительных возможностей повлечет некоторое увеличение цен на записывающие приводы и чистые носители. Правда, по данным HP, внедрение поддержки LightScribe приведет к удорожанию записывающего привода примерно на $10. Что касается носителей LightScribe, их производство по вполне понятным причинам обходится дороже по сравнению с обычными записываемыми дисками, но разница в цене также будет незначительной.

В 2005 году HP подписала соглашения о продаже лицензий на использование этой технологии некоторым крупным производителям записывающих приводов (в частности, LG, Toshiba, Philips и Lite-On (Sony)).

Оптические носители высокой плотности записи

Улучшение возможностей медиасистем и, как следствие, потребность в данных высокого качества (видео и аудио) привели к тому, что такого рода информации стало тесно на стандартном DVD. Разработки новых форматов велись и ведутся различными компаниями, однако для коммерческой эксплуатации созрели два стандарта.

1. Blu-ray Disc (от англ. blue ray — «голубой луч», сокращенно BD) — новое поколение оптических накопителей высокой плотности, разработанное консорциумом компаний во главе с Sony. Этот стандарт не имеет общих корней с DVD. Плотность записи на один слой составляет 25 Гбайт.

Примечание

При выборе названия для нового стандарта разработчикам пришлось исказить слово blue, так как при правильном написании его нельзя было использовать для регистрации торговой марки.

2. HD DVD (High-Definition DVD) — формат нового поколения, разработанный Toshiba и NEC в противовес Blu-ray. HD DVD признан эволюционным развитием стандарта DVD. Плотность записи дисков этого формата составляет 15 Гбайт на один слой.

До конца 2007 года не было понятно, какой из стандартов станет доминирующим в отрасли. Однако начало 2008 года расставило все точки над «i». Компания Toshiba объявила об отказе от этого проекта в пользу строительства фабрик по производству флэш-памяти, которую она считает более перспективной.

Что касается Blu-ray, то он не стал в одночасье популярным и распространенным. Как оказалось, позиции DVD еще сильны, а потребители не спешат переходить на новый формат. Быстрому распространению «голубого луча» препятствует и высокая стоимость самих устройств. В свете мировых экономических потрясений до сих пор непонятно, как сложится динамика цен на этот тип устройств в 2010 году. Диски Blu-ray сохранили те же размеры, которые были свойственны их предшественникам CD и DVD: 120 и 80 мм. Из-за технологических особенностей покрытия они первоначально были очень чувствительны к различного рода механическим воздействиям. Разработчики опытных образцов подумывали даже о том, чтобы защитить носители особым картриджем. В будущем такой нюанс оказался бы явно не в пользу нового стандарта. Поэтому инженерные умы все-таки смогли решить эту проблему. Было найдено новое полимерное покрытие, способное защитить данные от внешних воздействий. По заявлению некоторых источников, новые диски могут сохранять работоспособность даже будучи поцарапанными отверткой. Следует отметить, что эти впечатляющие возможности привели к удорожанию производства данных носителей.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Напомним, что обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 и 780 нм соответственно. Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD — до 0,32 мкм — и увеличить плотность записи данных.

Базовое значение скорости 1х для BD составляет 36 864 Кбит/с, что в 27 раз больше, чем у DVD, и в 243 раза превосходит CD. Проигрыватели с двукратной скоростью передачи данных способны превзойти скорость 73 000 Кбит/с.

Важной характеристикой новых носителей является объем. Изначально совместимость BD с дисками предыдущих поколений стандартом не предусмотрена, однако ассоциация BDA рекомендует всем производителям реа- лизовывать поддержку DVD для обеспечения обратной совместимости.

В процессе разработки находятся версии дисков емкостью 100 Гбайт и выше.

Флэш-накопители

Флэш-память (Flash Memory) относится к классу EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ, или ЭСППЗУ.

Флэш-накопители

Основная черта данного типа устройств — их энергонезависимость. Это означает, что такой памяти не нужно электричество для сохранности данных. Ключевая особенность работы EEPROM в том, что хранящаяся в этих устройствах информация может быть считана бесконечное количество раз, в то время как число циклов записи ограничено. Долгое время это было сдерживающим фактором развития данной технологии.

По сравнению с другими типами ПЗУ, такими как жесткие диски или оптические накопители, флэш-память имеет как свои плюсы, так и минусы.

Особенности современных ПЗУ

Особенности современных ПЗУ (продолжение)

В начале нового столетия ощутимый импульс развитию флэш-памяти дала популяризация цифровой фототехники. Именно эти устройства постоянно требовали все больших объемов и скоростей записи. Чуть позже дополнительный стимул рынку флэш-памяти придало появление компактных музыкальных (а позже и видео-) плееров.

К тому же огромное количество пользователей оценило удобство транспортировки данных в компактных и в то же время емких гаджетах, которые, ко всему прочему, довольно устойчивы к воздействиям окружающей среды.

Сейчас уже мало кто сомневается в том, что в ближайшие годы флэш-память только укрепит свои господствующие позиции в сегменте мобильных решений (КПК, смартфоны, плееры), а вот за рыночную долю ПЗУ для ноутбуков ей еще предстоит побороться, и уж совсем смутны ее перспективы в системах настольных. Для них она пока не более чем контейнер для транспортировки данных.

Всю флэш-память можно условно разделить на три большие группы:

 

1. SSD — твердотельные накопители;

2. со встроенным USB-контроллером;

3. сменные карты памяти для электронных устройств.

В 2008 году устройства первого типа появлялись как грибы после дождя. Каждый уважающий себя производитель, связанный с флэш-памятью, не обошел эту нишу стороной. Была представлена целая россыпь продуктов — от очень надежных и сверхскоростных до довольно простых и относительно дешевых. Пока объемы таких устройств варьируются в пределах от 8 до 512 Гбайт.

Самыми распространенными являются флэш-накопители USB. Они компактны, мобильны и подключаются к любому компьютеру, имеющему USB-разъем. Производители, дабы угодить потенциальным покупателям, идут на массу уловок, совмещая эту память с различного рода аксессуарами: от авторучек и брелоков с рекламной символикой до элитных дизайнерских решений.

Карты памяти радуют глаз своим многообразием. Конечно, рядовому потребителю эта чехарда стандартов несет больше неудобств, чем пользы. Нередки ситуации, когда телефону нужна одна карта, игровой приставке — другая, а фотоаппарату — третья. Вся эта неразбериха образовалась не без участия самих производителей, стремящихся извлечь как можно больше выгоды от эксклюзивной продажи тех или иных носителей. Вот лишь небольшой список наиболее распространенных на сегодняшний день карт:

1. CompactFlash Type I (CF I)/Type II (CF II);

 

2. Memory Stick (MS Pro, MS Duo);

3. SecureDigital (SD), SD High Capacity (SDHC);

4. miniSD, microSD;

5. xD-Picture Card (xD);

6. MultiMedia Card (MMC).

Наиболее поддерживаемым является формат SD/MMC. Поэтому карты этого типа отличаются самой приемлемой ценой хранения 1 Мбайт информации.

В настоящее время максимально доступный объем для карт, построенных на флэш- памяти (из имеющихся в продаже), — 32 Гбайт. Разработка новых технологий производства полупроводниковых чипов ПЗУ свидетельствует о том, что в скором времени эта планка будет подвинута в сторону более высоких значений.

SSD-накопители

Твердотельные диски (SSD) сегодня ориентированы на установку и применение в пользовательских мобильных устройствах, таких как ноутбуки, нетбуки и неттопы. Большинство накопителей выполнено в формфакторе Slim 2,5 дюйма, хотя на рынке потихоньку появляются модели и десктопного формфактора 3,5 дюйма.

 

Первые модели SSD-дисков, выпущенные в 2007—2008 годах, во многом разочаровали пользователей из-за крайне низкой надежности. Однако существующие в настоящий момент продукты компаний OCZ, Kingston, Corsair и Samsung во многом преодолели эти недостатки. Впрочем, SSD-накопители нельзя рекомендовать для хранения больших объемов пользовательских данных прежде всего из-за высокой стоимости (диск объемом 256 Гбайт стоит не менее $300-400), а также из-за ряда других факторов, связанных с принципами работы флэш-памяти. Единственная сфера, где применение SSD выглядит вполне оправданным, — ускорение работы операционных систем и приложений. Именно поэтому многие пользователи устанавливают в свой компьютер несколько дисков: быстрый SSD небольшого объема (64-128 Гбайт), на котором хранится ОС и минимальный комплект часто используемых программ, и обычный HDD, где складируются документы, аудио- и видеофайлы, а также другой контент, не требующий высоких скоростей.

Несомненным преимуществом SSD-дисков является относительно низкое энергопотребление, хотя здесь преимущество не столь велико, как это обещают рекламные проспекты (около 2-2,5 Вт против 3,5-4 Вт у обычных винчестеров). Отметим также тот факт, что потребление энергии у SSD одинаково при любом режиме работы (за исключением полного бездействия), а у винчестеров оно может сни­жаться в несколько раз в зависимости от скорости чтения.

Другим преимуществом SSD считают практически мгновенное время доступа к информации (0,1-0,2 мс против 7-14 мс у обычных винчестеров). Конечно, традиционный HDD, вынужденный постоянно шуровать головками в поиске нужных секторов на магнитной пластине, проигрывает ему вчистую. А вот со скоростью чтения/записи ситуация сложнее. Дорогие и емкие модели SSD-устройств пока­зывают следующие результаты:

1. чтение — 250-270 Мбайт/с;

2. запись — 100-150 Мбайт/с.

Как видим, по скорости чтения SSD-диски превосходят HDD практически вдвое, а по скорости записи в среднем находятся на уровне обычных накопителей.

Добавим, что для SSD-дисков наблюдается разница в скорости выполнения последовательных и выборочных операций: это может показаться странным, поскольку для обычных USВ-флэшек такая разница отсутствует. По всей видимости, этот факт объясняется наличием буфера (кэша) у SSD-диска в совокупности с реализацией механизма предвыборки данных (упреждающего чтения данных с диска и упреждающей загрузки данных в кэш для их последующей записи на диск). Понятно, что механизм предвыборки данных эффективен только в случае выполнения последовательных операций. Если же речь идет о выборочных операциях, то наличие кэша не отражается на повышении производительности диска.

Кроме того, для повышения времени наработки на отказ в SSD-дисках реализован алгоритм записи, препятствующий быстрому износу ячеек памяти. Суть этого алгоритма сводится к следующему. В обычных условиях при последовательной записи/перезаписи информации на диск одни ячейки памяти задействуются в большей степени, а другие — в меньшей. Дабы предотвратить больший износ одних ячеек по сравнению с другими, в SSD-дисках реализуется алгоритм записи, позво­ляющий равномерно задействовать все ячейки памяти. Фактически данный алгоритм превращает последовательную запись в выборочную, а его реализация определяется прошивкой диска. Скорее всего, именно этим фактом можно объяснить несколько странное поведение дисков в операциях выборочного чтения/записи (непредсказуемое изменение скорости при изменении размера блока, плохая повторяемость результатов).

В последнее время пользователи современных твердотельных дисков часто сталкиваются с такой проблемой, как потеря производительности, связанная с частой перезаписью блоков. Флэш-память, применяемая сейчас в SSD-дисках, состоит из ячеек, которые содержат 4 Кбайт данных, объединенных в блоки по 512 Кбайт. Когда ячейка не используется, запись в нее производится довольно быстро. Но если ячейка уже содержит какую-либо информацию, причем неважно, сколько места она занимает — всю ячейку или только ее малую часть, необходимо перезаписать весь блок. Это означает, что сначала нужно прочитать содержащуюся в блоке информацию, затем скомбинировать ее или заменить новыми данными и только потом перезаписать блок. Конечно, такая операция занимает гораздо больше времени, чем при простой записи информации в пустой блок. Таким образом, в блоках при частой перезаписи постепенно скапливается ненужный «мусор». Эта проблема не касается новых, только установленных дисков, а затрагивает лишь те твердо­тельные накопители, которые работают уже продолжительное время. Таким образом, при захламлении ячеек производительность диска падает, поскольку приходится постоянно использовать функцию перезаписи ячеек. Чтобы как-то сгладить последствия длительной работы таких устройств, многие производители твердотельных дисков объединились и нашли временное решение проблемы в виде специального дополнения для прошивки диска. В последней версии прошивки происходит автоматическое удаление неиспользуемой информации, благодаря чему повышается производительность твердотельных накопителей, которые активно применяются в компьютере.

Отметим, что производительность твердотельных дисков, в отличие от традиционных жестких, во многом зависит от прошивки устройства, ведь в SSD нет механических частей, а есть только управляющее ПО, которое может быть изменено в более широких пределах, нежели у HDD. При этом изменения в прошивке могут существенно затронуть скоростные показатели диска, изменив их как в лучшую, так и в худшую сторону.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...