Информатика: аппаратные средства персонального компьютера - Владимир Яшин

Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому распространению накопителей на основе флэш-памяти. Этот вид памяти используется в так называемых «твердотельных» дисках (memory stick, memory drive и др.), картах памяти различного назначения и т. п. Накопители на основе флэш-памяти используются не только в компьютерах, но и во многих других устройствах: цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и т. д. К недостаткам данного вида накопителей можно отнести невысокую скорость передачи данных, небольшой информационный объем памяти и относительно высокую стоимость накопителей с объемом памяти 512 Мбайт и более.

6.7.4. Накопители информации на оптических дисках

6.7.4.1. Классификация, способ записи и считывания информации

Накопители информации на оптических дисках относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения относительно больших объемов информации (сотни мегабайт и десятки гигабайт). Данные накопители относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным. Накопители информации на оптических дисках подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку и состоят из дисковода и носителя информации – оптического диска. Подключаются накопители информации на оптических дисках к системной магистрали ПК через соответствующий контроллер.

Появление накопителей на оптических дисках было связано с возрастанием объемов информации, обрабатываемой ПК. В 1970-х гг. возникла проблема хранения данных и переноса информации с одного компьютера на другой. Эта проблема не потеряла своей актуальности и в наши дни, несмотря на то что она частично решена посредством использования компьютерных сетей. Информационный объем дискеты вряд ли кого удовлетворял раньше и удовлетворяет сейчас. Поэтому в 1970-х гг. начались разработки по созданию новых типов накопителей информации ведущими мировыми фирмами. Одним из перспективных направлений в области разработки и производства накопителей информации стало направление, связанное с разработкой и производством накопителей информации на оптических дисках. Результатом этого стало появление одного из самых удачных потребительских продуктов – оптических дисков.

Накопители информации на оптических дисках подразделяются на накопители, использующие в качестве носителей информации только компакт-диски (CD – Compact Disk), и универсальные (комбинированные), использующие как компакт-диски, так и цифровые универсальные диски (DVD – Digital Versatile Disk). В таких накопителях используется оптический способ записи и считывания информации.

Для реализации данного способа в дисководе накопителя установлен оптико-механический лазерный блок, основным элементом которого является генератор электромагнитных волн оптического диапазона (лазер). В качестве лазера в настоящее время чаще всего используются лазерные диоды.

В процессе считывания информации с таких дисков луч лазера падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Поскольку поверхность оптического диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность, которая соответствует логическому нулю или единице. Это изменение интенсивности лазерного луча фиксируется фотодатчиком и далее преобразуется в цифровой сигнал.

Для записи информации на оптические диски используются различные технологии: от штамповки дисков в производственных условиях до изменения отражающей способности участков поверхности дисков лучом лазера.

Несмотря на то что в CD и DVD используется один и тот же оптический способ записи и считывания информации, между ними существуют отличия: различная плотность записи информации и соответственно различный информационный объем; использование разных файловых систем и т. д. Поэтому рассмотрим их отдельно.

6.7.4.2. Накопители информации на компакт-дисках

В 1980 г. известные фирмы в области разработки и производства электронной техники Philips и Sony совместно разработали и представили стандарт хранения информации на оптических дисках (компакт-дисках). Поскольку размеры компакт-дисков были значительно меньше (диаметр большинства компакт-дисков равен 120 мм), чем размеры выпускаемых в то время виниловых пластинок, их стали называть компакт-дисками, или сокращенно CD. Первым был разработан оптический диск для хранения звуковой информации, позволяющий хранить до 74 минут высококачественного стереозвука. Запись и чтение осуществлялись в соответствии со стандартом CD-DA (Compact Disk Digital Audio, компакт-диск – цифровой звук). Опубликован был данный стандарт в книге (документе), названном Red Book (красная книга). Все дальнейшие стандарты компакт-дисков вошли в книги: Yellow Book (Желтая книга), Orange Book (Оранжевая книга), White Book (Белая книга), Blue Book (Синяя книга), Green Book (Зеленая книга). По аналогии с грампластинками звуковая информация на компакт-диск записывается и считывается с одной и той же спиральной дорожки. Дальнейшие разработки в области технологии компакт-дисков привели к тому, что они стали использоваться и на компьютерах.

Накопители информации на компакт-дисках состоят из дисковода (устройства считывания и записи информации) и носителя информации – компакт-диска. Дисководы в свою очередь можно подразделить на дисководы, только считывающие информацию, и комбинированные, которые позволяют как считывать, так и записывать информацию на компакт-диски. В комбинированных дисководах используется более мощный лазер (мощность его приблизительно в 10 раз больше мощности лазера, устанавливаемого в дисковод только для считывания информации). Однако в настоящее время в ПК устанавливаются в основном комбинированные дисководы.

Конструктивно дисковод состоит из большого числа механических, оптических и электронных компонентов и включает в себя:

• электрический двигатель, вращающий компакт-диск;

• систему загрузки компакт-дисков;

• оптико-механический лазерный блок;

• электронный блок, обеспечивающий управление, преобразование, согласование и передачу электрических сигналов.

Все эти компоненты размещаются в едином корпусе, который вставляется в соответствующий отсек системного блока ПК. Внешние дисководы компакт-дисков выполнены в виде функционально законченного устройства.

Система загрузки компакт-дисков в зависимости от своего конструктивного исполнения может обеспечить несколько вариантов загрузки компакт-дисков. Однако чаще всего используется выдвижной лоток, называемый tray-лоток. С помощью электрического двигателя системы загрузки лоток выезжает и задвигается внутрь после того, как на него поместили нужный компакт-диск.

Оптико-механический лазерный блок состоит из оптической головки и системы ее перемещения. В оптической головке расположены лазер, система линз и приемник отраженного сигнала. Основой системы перемещения головки является высокоточный двигатель, позволяющий перемещать оптическую головку точно над информационной дорожкой диска. Электронный блок обеспечивает совместную работу всех устройств дисковода, распознает команды компьютера и передает полученную информацию с диска.

В дисководах компакт-дисков применяются два основных способа вращения компакт-дисков вокруг своей оси и соответственно считывания и записи информации: с постоянной угловой скоростью и с постоянной линейной скоростью. Первый метод называется CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость), второй – CLV (Constant Linear Velocity – постоянная линейная скорость).

Первый способ обеспечивает постоянную угловую скорость вращения диска на всем пути лазерного луча. При этом, если не предпринимать определенных мер, скорость чтения (записи) данных в процессе продвижения лазерной головки над поверхностью компакт-диска от центра диска к краю диска будет изменяться от минимальной скорости до максимальной, поскольку линейная скорость вращения точки на краю диска будет больше, чем внутри. В физике соотношение между линейной и угловой скоростью вращения точки вокруг своей оси определяется соотношением:

V = ω · R,

где V и ω – соответственно линейная и угловая скорость точки; R – текущий радиус точки.

Дисководы, в которых реализован способ постоянной угловой скорости, подразделяются на дисководы с постоянной и переменной скоростью считывании и записи информации.

В дисководах первого типа для компенсации изменения линейной скорости, необходимой для считывания (записи) данных с постоянной скоростью, используется способ, аналогичный тому, который используется для магнитных дисков, т. е. посредством увеличения пространства между битами данных, записанных в сегментах диска. Это пространство на краю диска больше, чем внутри. При использовании такого способа данные могут быть считаны (записаны) с постоянной скоростью при постоянной угловой скорости вращения компакт-диска. На рис. 6.18 приведена схема распределения данных на компакт-диске при использовании постоянной угловой скорости и постоянной скорости считывания и записи информации. Компакт-диск при форматировании делится на концентрические дорожки с определенным количеством секторов. Преимущество дисководов данного типа состоит в возможности непосредственной адресации к отдельным блокам данных путем указания адреса дорожки и сектора на компакт-диске. Существенный недостаток такого способа в том, что суммарное количество данных, которые хранятся на внешней дорожке, такое же, как и на внутренней дорожке компакт-диска. Поскольку при размещении небольшого объема информации на участке внешней дорожки неэкономно расходуется пространство дорожки, то способ постоянной угловой скорости и постоянной скорости считывания и записи не нашел широкого распространения при чтении (записи) данных с компакт-дисков.