Устройства для хранения данных. Устройства ввода/вывода информации

Величина среднего времени доступа (среднее время позиционирования плюс время ожидания) представляет собой среднее количество времени, необходимое накопителю для обращения к произвольно расположенному сектору.

Надежность

Это среднестатистическое время между сбоями {Mean Time Between Failures — MTBF), которое обычно колеблется от 20 до 500 тыс. часов и более.

 

1.2.Гибкие диски

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, а также хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере. Однако как носитель информации дискеты используются все меньше, поскольку они недостаточно надежны и позволяют хранить значительно меньше данных, чем другие носители информации.

Типы дискет.

 Наиболее распространены дискеты размером 3,5 дюйма (“Трёхдюймовые дискеты ”). Также существуют дискеты размером 5,25 дюймов. Они аналогичны по устройству но различаются лишь размером. Трехдюймовые дискеты предпочтительнее, поскольку они обеспечивают более надежное хранение информации (жесткий пластиковый корпус и металлическая защелка защищают поверхность дискеты от повреждений).

Емкость дискет.

 Дискеты различаются друг от друга по своей емкости, то есть количеству информации, которое на них можно записать. Трехдюймовые дискеты чаще всего имеют емкость, 1,44 Мбайта, хотя встречаются старые дискеты емкостью 720 Кбайт.

Защита дискет от записи.

 На дискетах размером 3,5 дюйма имеется специальный переключатель — защелка, разрешающая или запрещающая запись на дискету - это черный квадратик в нижнем левом углу дискеты. Запись на дискету разрешена, если отверстие, закрываемое защелкой, закрыто, и запрещена, если это отверстие открыто.

 

1.3. Устройства оптического хранения  данных

В устройствах оптического хранения запись и считывание осуществляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча.

Впадины и площадки

Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается.

Диск вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором световых вспышек, повторяющих рисунок впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т. е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук.

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина — 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная — 3,3 микрона (рис. 1.3.1).

Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска. Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину длины волны (1/4 + 1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом, отразившимся от впадины. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2 длины волны не совпадает по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят друг друга, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на покрытие металлической отражающей пленкой, становятся "черными" (т. е. не отражающими свет).

Дорожки и секторы

Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на миллиметр или 15875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22 188 витков. Диск разделен на шесть основных областей, представленных на рис.1.3.2.

 

•Область фиксирования диска. Область фиксирования (посадки) представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных.

• Область калибровки мощности (РСА). Эта область существует только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW) и используется только дисководами перезаписываемых дисков для определения мощности лазера, необходимой для оптимального выжигания диска.

• Программируемая область памяти (РМА). Эта область, существующая только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW), представляет собой зону, используемую для записи временной таблицы оглавления (Table Of Content — ТОС). После завершения сеанса записи информация ТОС переписывается на нулевую дорожку.

•Нулевая дорожка. Эта дорожка содержит оглавление диска (или сеанса) в кодировочном канале Q. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек (музыкальных или дорожек данных), общую длину программной области (области данных), а также информацию о каждом сеансе записи. Компакт-диск, записанный полностью за один сеанс (в режиме DAO или Disk At Once), содержит только одну нулевую дорожку. Диски, записанные в течение нескольких сеансов, включают в себя несколько нулевых дорожек, которыми начинается каждый сеанс записи. Нулевая дорожка занимает 4 500 секторов диска. Нулевая строка также указывает, является ли данный диск многосеансовым (т. е. многократно перезаписываемым); кроме того, она указывает следующий адрес записи диска, если он не заполнен.

•Программная (информационная) область. Область диска, которая начинается на расстоянии 25 мм от его центра.

•Конечная зона. Эта область отмечает конец программной (информационной) области диска или же завершение сеанса записи на многосеансовом диске. Конечная зона не содержит каких-либо данных и используется только в качестве маркера. Первая конечная зона (или единственная, если диск записан в течение одного сеанса или в режиме Disk At Once) занимает 6750 секторов. Все последующие конечные зоны многосеансового диска занимают 2250 секторов.

Диски CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мбайт данных.

Доступ к данным, хранящимся на CD-ROM, осуществляется быстрее, чем к данным, записанным на дискетах, но все же значительно медленнее, чем на современных жестких дисках. Термин CD-ROM относится как к самим компакт-дискам, так и к устройствам (накопителям), в которых информация считывается с компакт-диска.

Диски CD-R 

Диски CD-R работают по тем же принципам, что и стандартные CD-ROM. На обычных компакт-дисках спиральная дорожка выдавливается или штампуется в поликарбонатной массе. В свою очередь, диски CD-R содержат рисунок впадин, выжженный на приподнятой спиральной дорожке. Таким образом, впадины представляют собой темные (выжженные) участки, отражающие меньшее количество света. В целом отражательная способность впадин и площадок остается такой же, как и на штампованных дисках, поэтому обычные дисководы CD-ROM и проигрыватели музыкальных компакт-дисков читают как штампованные диски, так и диски CD-R.

Диски CD-RW 

Носители CD-RW имеют четыре основных отличия. Если говорить кратко, то для дисков CD-RW характерно следующее:

• они могут перезаписываться;

•имеют более высокую стоимость;

•отличаются меньшей скоростью записи;

•имеют более низкую отражательную способность.

Диски DVD

DVD (Digital Versatile Disc) — это цифровой универсальный диск или, проще говоря, компакт-диск высокой емкости. Цифровые универсальные диски используют ту же самую оптическую технологию, что и компакт-диски, и отличаются только более высокой плотностью записи. Стандарт DVD значительно увеличивает объем памяти и, следовательно, объем приложений, записываемых на компакт-дисках. Диски CD-ROM могут содержать максимум 737 Мбайт данных (80-минутный диск), что на первый взгляд кажется довольно неплохим показателем. К сожалению, этого уже недостаточно для многих современных приложений, особенно при активном использовании видео. Диски DVD, в свою очередь, могут содержать до 4,7 Гбайт (однослойный диск) или 8,5 Гбайт (двухслойный диск) данных на каждой стороне, что примерно в 11,5 раза больше по сравнению со стандартными компакт-дисками. Емкость двухсторонних дисков DVD, конечно, в два раза выше односторонних. Однако в настоящее время для считывания данных со второй стороны приходится переворачивать диск.

В соответствии со оригинальным стандартом, DVD-диск является односторонним, однослойным и содержит 4,7 Гбайт информации. Новый диск имеет такой же диаметр, как современные компакт-диски, однако он в два раза тоньше (0,6 мм). Применяя сжатие MPEG-2, на новом диске можно разместить 135 минут видео — полнометражный фильм с тремя каналами качественного звука и четырьмя каналами субтитров. Значение емкости диска не случайно: стандарт создавался в ответ на требования представителей киноиндустрии, давно искавших недорогую и надежную замену видеокассетам.

Дорожки и секторы DVD

Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку (в каждом слое) с расстоянием 0,74 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 1 351 витков на миллиметр или 34 324 витков на дюйм. В целом это составляет 49 324 витков, а общая длина дорожки достигает 11,8 км (или 7,35 мили). Дорожка разбита на секторы, каждый из которых содержит 2048 байт данных. Диск разделен на четыре основные области.

•Область фиксирования (посадки) диска. Представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных.

•Начальная область. Включает в себя буферные зоны, код ссылки, а также, главным образом, зону служебных данных, содержащую информацию о диске. Зона служебных данных состоит из 16 секторов, продублированных 192 раза, что составляет в целом 3 072 сектора данных. В этих секторах расположены данные о диске, в частности указана категория диска и номер версии, размер и структура диска, максимальная скорость передачи данных, плотность записи и распределение зоны данных. В целом начальная область занимает до 196607 секторов диска. Базовая структура всех секторов DVD, в отличие от компакт-дисков, одинакова. Секторы буферной зоны начальной области содержат только символы ООН (шестнадцатеричные нули).

•Область данных. Содержит видео, аудио или другого типа данные и начинается с сектора под номером 196608 (ЗООООЬ). В общей сложности область данных однослойного одностороннего диска может содержать до 2 292 897 секторов.

•Конечная (или средняя) зона. Отмечает завершение области данных. Секторы конечной зоны содержат только значения ООН. В том случае, если диск имеет два слоя

 записи и записан в режиме обратного считывания (Opposite Track Path — ОТР), где второй слой начинается с внешней стороны диска и считывается в противоположном по отношению к первому слою направлении, эта зона называется средней.

Центральное отверстие диска DVD имеет диаметр 15 мм, т. е. его края расположены на радиусе 7,5 мм от центра диска. Область фиксирования диска (Hub Clump Area — НСА) начинается от края центрального отверстия и заканчивается на расстоянии 16,5 мм от центра диска. Начальная (или нулевая) область начинается в 22 мм от центра диска. Область данных начинается на радиусе 24 мм и завершается конечной (или средней) областью, расположенной на расстоянии 58 мм от центра диска. Формально дорожка диска заканчивается на расстоянии 58,5 мм от его центра; затем следует буферная зона шириной 1,5 мм. Как правило, спиральная дорожка стандартного DVD начинается с нулевой области и заканчивается конечной (средней) зоной, расположенной на расстоянии 58,5 мм от центра диска или 1,5 мм от его внешнего края. Длина одной спиральной дорожки достигает 11,84 км (или 7,35 мили).

Существуют однослойные и двухслойные, а также односторонние и двухсторонние версии дисков DVD. Двухсторонние диски, в сущности, представляют собой два односторонних диска, склеенных тыльными сторонами друг с другом. Между двух и однослойными версиями имеется более существенное различие. Длина впадин (штрихов) двухслойных дисков немного больше, что приводит к незначительному уменьшению емкости диска.

Емкость дисков DVD (слои и стороны)

В настоящее время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифицируются по количеству сторон (одно или двухсторонние) и слоев (одно и двухслойные).

• DVD-5 — односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие. 

•DVD-9 — односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя находятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев используется один лазер с изменяемой фокусировкой.