Материальные носители информации и их развитие

3) реверсивные оптические диски, позволяющие многократно записывать, воспроизводить и стирать сигналы (CD–RW). Это наиболее универсальные диски, способные заменить магнитные носители практически во всех областях применения. Они аналогичны дискам для однократной записи, но содержат не пять, а семь слоев. В рабочем слое таких дисков физические процессы записи являются обратимыми. В качестве рабочего слоя используется специальный комбинированный краситель, способный при нагреве лазерным лучом многократно менять свои характеристики. Питы, формируемые лазерным лучом в процессе записи на такой диск, имеют значительно меньшую глубину, чем при записи на диск CD–R. Поэтому, для считывания информации с перезаписываемых дисков требуются более чувствительные дисководы CD–ROM.  Технология изготовления таких дисков сложнее, поэтому они стоят дороже дисков для однократной записи [9, С. 179–180].

Также существует любопытный вид CD–ROM, представляющий собой компакт–диск произвольной формы, с очертанием внешнего контура в виде разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолеты, сердечки, звездочки, овалы и тому подобное. Обычно применяется в шоу–бизнесе как мультимедийная визитная карточка. Был запатентован в 1995 году рекорд–продюсером Марио Коссом , и получил название Shape CD. Однако такие диски не рекомендуют применять в приводах CD–ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск некруглой формы может лопнуть и полностью вывести привод из строя. Поэтому перед вставкой Shape CD в привод следует принудительно ограничить скорость вращения диска с помощью специальных программ.

Разработка новых разновидностей оптических дисков продолжалась.  Для однократной записи информации был создан двухсторонний дисковый оптический носитель небольшого диаметра (размером примерно с монету достоинством в 5 рублей) емкостью в 500 Мбайт – диск DataPlay. В 2002 году фирмой «Philips» продемонстрирован образец оптического диска диаметром всего в 3 см., но емкостью в 1 Гбайт.  Тогда же ряд компаний объявил о выпуске нового типа оптических носителей под названием Blu–Ray Disk диаметром 120 мм., но емкостью до 27 Гбайт и с толщиной прозрачного слоя всего лишь до 0,1 мм. Для защиты от внешних воздействий такие диски помещаются в специальные защитные картриджи.

Во второй половине 1990 годов появились новые, весьма перспективные носители документированной информации – цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) типа DVD–ROM, DVD–RAM, DVD–R, DVD–RW, то есть, как и CD, изготавливаются типы только для чтения, однократной записи и многократной перезаписи [18, С. 119]. 

DVD носители отличаются большой емкостью (до 17 Гбайт). Достигается это благодаря использованию более короткой волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность вдвое уменьшить расстояние между дорожками. Кроме того, DVD–диски могут быть двухсторонними, представляющие собой два склеенных нерабочими поверхностями диска толщиной 0,6 мм. каждый, и имеющие один или два слоя информации, считывание которой осуществляется путем изменения положения лазерной головки. Иначе говоря, у DVD–дисков диаметр углублений меньше, на дорожке они расположены с более коротким «шагом», а самих дорожек на диске гораздо больше. В результате, один рабочий слой DVD–диска имеет информационную емкость приблизительно в семь раз больше по сравнению со стандартным CD–ROM [8, С. 118].

Дальнейшее уменьшение ширины дорожек и расстояния между ними привело к появлению DVD–дисков емкостью 30 Гбайт. Здесь была использована схема записи с внешней и внутренней стороны дорожки. В первой половине 2002 года фирма «Toshiba» предоставила двухсторонний DVD емкостью 110 Гбайт. Подобное увеличение емкости было достигнуто благодаря  применению коротковолнового (синего) лазера и двойного записываемого слоя.

Широкое распространение оптических дисков связано с целым рядом преимуществ по сравнению с магнитными носителями: большая информационная емкость, компактность, высокая надежность и долговечность, нечувствительность к электромагнитным полям и меньшая чувствительность к загрязнениям и вибрациям [2, С. 253]. Однако, существует ряд рекомендаций и правил по эксплуатации оптических дисков.

Хранить диски нужно в прохладном сухом месте, в вертикальном положении, каждый диск должен быть в отдельном футляре. Необходимо избегать изгибания диска, при вынимании его из футляра, ни в коем случае нельзя «стягивать» его за края. Вместо этого нужно нажать на шпиндель, на котором он держится, что позволит вынуть диск без усилий и изгибания. Диск нужно держать за тонкие края по периметру, и стараться не касаться прозрачного защитного слоя, чтобы не загрязнять эту поверхность отпечатками пальцев.

Накопившуюся пыль можно убрать, протерев диск мягкой тканью движениями от центра к краю диска в радиальном направлении. Нельзя протирать диск круговыми движениями, так как круговые царапины будут параллельны дорожке, и с ними сложнее справиться, чем с радиальными царапинами. Отпечатки пальцев или грязь можно удалить с помощью мягкой ткани, смоченной денатурированным спиртом (этиловым или изопропиловым), после чего насухо вытереть диск такими же радиальными движениями.

Необходимо оградить оптические диски от контакта с ацетоном, растворителем лака для ногтей, керосином, бензином или другим растворителем на основе нефтепродуктов. Они могут буквально разъесть сам диск или сделать его поверхность мутной и непригодной для работы.

При написании пометок на окрашенной поверхности диска, следует использовать фломастеры, специально разработанные для нанесения надписей на оптические носители [15, С. 304].

Для накопления и хранения больших информационных массивов в настоящее время используются современные накопители на жестких магнитных дисках (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), «винчестеры». В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990 годах, однако в нашей стране сохранилось и получило полуофициальный статус.

Информация в современных жестких дисках записывается на жесткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. Используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключен их нештатный контакт с поверхностью дисков.

С момента создания первых жестких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная емкость непрерывно увеличивается. Емкость современных жестких дисков на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гбайт (4 Терабайт) и близится к 5000 Гбайт.

Почти все современные (2001—2008 года выпуска) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину 3,5 или 2,5 дюйма — под размер их стандартных креплений в настольных компьютерах и ноутбуках.

Среднее время, за которое «винчестер» выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска, находится в  диапазоне от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (3,7 мс.), а самым большим — диски для портативных устройств (12,5 мс.).

Объем промежуточной памяти, предназначенной для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу, в современных дисках варьируется от 8 до 64 Мбайт. Скорость передачи данных в жестком диске составляет от 44,2 до 74,5 Мбайт/с (во внутренней зоне диска), и от 60,0 до 111,4 Мбайт/с (во внешней зоне диска).

Время доступа и средняя скорость передачи данных в значительной степени зависят от скорости вращения шпинделя, количества его оборотов в минуту. В настоящее время выпускаются жесткие диски со следующими стандартными скоростями вращения:

1) для ноутбуков: 4200, 5400 и 7200 об/мин;

2) для персональных компьютеров: 5400, 5900, 7200 и 10 000 об/мин;

3) у серверов и высокопроизводительных  рабочих станций: 10 000 и 15 000 об/мин.

Во время работы жесткого диска возникает гудение, шум, идущий от вращающегося шпинделя и шума позиционирования. Накопители, с уровнем шума около 26 дБ и ниже, считаются тихими [34].

Жесткие диски бывают стационарными  и съемными. Стационарные  встроены в системный блок, их извлечение трудоемко и нецелесообразно, а в процессе эксплуатации компьютера является и вовсе невозможным. Съемные (они же внешние) жесткие диски заключены в компактный и привлекательный корпус (из пластика, алюминия, в прорезиненном, зачастую цветном корпусе), оснащены достаточно скоростным популярным интерфейсом USB, который позволяет подключить и отключить накопитель быстро и удобно без разборки корпуса. Внешний жесткий диск идеально подходит для транспортировки и хранения цифровых данных большого объема.

Одним из самых современных и перспективных носителей документированной информации является твердотельная флэш–память, представляющая собой микросхему на кремниевом кристалле. Этот особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Название связано с огромной скоростью стирания микросхемы флэш–памяти.

Для хранения информации флэш–носители не требуют дополнительной энергии, которая необходима только для записи. Причем по сравнению с жесткими дисками и носителями CD–ROM для записи информации на флэш–носителях требуется в десятки раз меньше энергии, поскольку не нужно приводить в действие какие–либо механические устройства. Сохранение электрического заряда в ячейках флэш–памяти при отсутствии электрического питания обеспечивается с помощью плавающего затвора транзистора.

Будучи упакованы в прочный жесткий пластиковый корпус, микросхемы флэш–памяти способны выдерживать значительные механические нагрузки (в 5–10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков). Надежность такого рода носителей обусловлена и тем, что они не содержат механически движущихся частей. В отличие от магнитных, оптических и магнитооптических носителей, здесь не требуется применение дисководов с использованием сложной прецизионной механики. Их отличает также бесшумная работа и компактность. Информацию на флэш–носителях можно перезаписывать. Количество допустимых циклов записи/стирания достигает 10 000, а также от 10 000 до 100 000 циклов.

Несмотря на миниатюрные размеры, флэш–карты обладают большой емкостью памяти. Они универсальны по своему применению, позволяя записывать и хранить любую цифровую информацию. Впервые флэш–карты стали применяться в цифровых фотокамерах и практически сразу вошли в разряд основных носителей информации, широко используемых в разных цифровых мультимедийных устройствах – в портативных компьютерах, сотовых телефонах, электронных часах, телевизорах, МРЗ–плеерах, в цифровых фото– и видеокамерах [9, С. 183].

Флэш–карты являются одним из наиболее перспективных видов материальных носителей документированной информации. Разработаны карты нового поколения – Secure Digital, размером 24 x 32 x 2,1 мм.,  обладающие высокопрочным корпусом, существенно снижающим риск повреждения носителя статистическим электричеством, и механическим переключателем защиты от записи. В положении защиты невозможны запись информации, и, соответственно, удаление файлов и форматирование карты, что позволяет избежать случайной потери информации.

Для миниатюрных приборов разработаны флэш–карты MiniSD размером 20 x 21,5 x 1,4 мм. и самая маленькая из   всех карт — MicroSD размером 11 x 15 x 1 мм. Карты MiniSD и MicroSD имеют переходники (адаптеры), при помощи которых их можно вставлять в любой слот для обычной SD–карты.  Их емкость варьируется от 64 Мбайт до 8 Гбайт.

Еще одним широко распространенным носителем на базе флэш–памяти является USB–флэш–накопитель, «флэшка» – съемное и перезаписываемое запоминающее устройство, подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Размер накопителя около 5 см., вес – меньше 60 г. Обычно устройство имеет вытянутую форму и съемный колпачок, прикрывающий разъем. Современные USB–накопители могут иметь самые разные размеры и способы защиты разъема, а также нестандартный внешний вид (имитирующие армейский нож, украшение, игрушки, даже пищу) и различные дополнительные возможности (например, проверку отпечатка пальца). USB–накопители получили большую популярность из–за компактности, большой емкости легкости перезаписывания файлов, бесшумности работы, низкого энергопотребления. Емкость USB–флэш–накопителя составляет от 64 Мбайт до 16 Гбайт, а в 2009 году был выпущен флэш–накопитель объемом в 256 Гбайт.

В основном USB–накопители используются как портативный носитель информации для удобного и быстрого переноса и обмена данными [40]. Совершенствование технологии флэш–памяти идет в направлении увеличения емкости, надежности, компактности, многофункциональности носителей, а также снижения их стоимости.

В настоящее время подавляющее большинство документов создаются в электронном виде, и зачастую не переносятся на бумагу, оставаясь компьютерными файлами. Также, огромное количество бумажных документов (архивы, книги литературного и научного характера) переносятся на электронный формат, таким образом, копируя, сохраняя и придавая им кардинально новые преимущества.

Однако производить процесс чтения таких документов с экрана монитора компьютера, смартфона или коммуникатора зачастую неудобно и некомфортно. Портативные устройства обладают слишком маленьким экраном для полноценного чтения, а на стационарных машинах обычно установлены мониторы  с жидкокристаллическими экранами, которые для формирования изображения используют просвет матрицы, а подсветка осуществляется за счет импульсивных газоразрядных ламп. То есть, экран мерцает, и глаз устает, не говоря уже о головных болях и падения остроты зрения. Поэтому, на сегодняшний день существует ряд устройств, созданных специально для чтения электронных документов в формате TXT, DOC, PDF, DjVu и FB2 называемых электронными книгами – узкоспециализированных планшетных компьютерных устройств.

Их отличает компактность и существенно большее время автономной работы. Их дисплей выполнен по технологии E–ink, так называемой электронной бумаги. Это технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге и основанная на явлении электрофореза.

Электронная бумага состоит из множеств заряженных микрокапсул двух цветов (черного и белого), обладающих разными зарядами (белые с плюсовым зарядом, черные с отрицательным) и свободно плавающих в глицерине. В зависимости от подаваемого на каждую капсулу заряда к поверхности матрицы поднимается нужная частица.