Емкость жестких дисков бывает от 20 Мбайт до 80 Гбайт и выше. Дисководы емкостью более 100 Кбайт имеют всегда соленоидный привод и специальное покрытие дисков - напыление магнитного слоя особой структуры, и, тем самым, отличаются повышенными допустимыми продольной и поперечной плотностями записи.

Быстродействие дисковода определяется временем произвольного доступа к информации и зависит от организации хранения данных на диске, скорости вращения пакета дисков и скорости позиционирования головок.

Время доступа к информации на диске складывается из:

1) времени установки головок на требуемый цилиндр и времени успокоения позиционера;

2) времени ожидания подхода искомого сектора к головкам;

3) времени чтения информации с найденного сектора;

4) скорости передачи данных из буфера сектора в DRAM компьютера.

Среднее время установки головок составляет:

для РС/ХТ - 40 - 65 мсек,

для РС/АТ - 28 -40 мсек,

для РС386 - 12 - 20 мсек.

Скорость передачи данных определяется, главным образом, применяемым методом кодирования (FM, MFM, RLL), используемым интерфейсом, наличием буферов данных и их объемами.

Максимальная скорость считывания данных вычисляется как

Vmax = w * N * n * m,

где
w - скорость вращения шпиндельного двигаткля,
N - число секторов на дорожку диска,
n - емкость сектора (количество байтов в секторе),
m - число бит в байте.

Если принять распространенные значения: w = 3600 об/мин, n = 512 байт, m = 8, тогда скорость считывания данных будет определяться количеством секторов на дорожку данного диска

Так, накопитель с 17 секторами на дорожку должен иметь скорость передачи 4.177.920 бит/сек. Реально эту скорость достичь не удается, так как нужно время и для запоминания информации в ОЗУ РС, а пока контроллер и ПДП (или CPU) заняты передачей информации из буфера сектора в ОЗУ, диски продолжают вращаться, так что к концу передачи информации, считанной с предыдущего сектора, следующий сектор бывает уже недоступен (пройден идентификатор следующего сектора) и для чтения требуемого сектора придется ждать еще один оборот диска. Для РС/АТ ранних моделей без прокрутки лишнего оборота мог быть передан только каждый третий сектор, а для РС/ХТ только пятый.

Преодолеть этот недостаток позволяет прием, называемый фактором чередования секторов (Interleave). Смысл его в том, что физические сектора нумеруются (присваиваются адреса) не подряд, а так, чтобы к моменту окончания передачи считанных данных сектора, к головке подходил сектор со следующим по порядку адресом.

Например, при чередовании 3:1 сектора нумеруются в следующем порядке: 1, 7, 13, 2, 8, 14, 3, 9,15, 4 и т. д. Так что, пока контроллер обрабатывает данные из сектора 1, секторы 7 и 13 пройдут мимо головок и к считыванию будет готов сектор 2 и т. д. Выбор фактора чередования (а он устанавливается программно, во время низкоуровневого форматирования диска и записывается как один из параметров конфигурации HDD), должен быть проведен с учетом:

- быстродействия HDD,

- быстродействия контроллера,

- скорости обработки ввода CPU,

- наличия и скорости работы контроллера ПДП.

Вручную все это учесть достаточно сложно, но помогают некоторые программы тестирования из DOS и NU: CALIBRATE, ROM Diagnostic и др.

Важным, с точки зрения возможности установки HDD в корпусе РС, является форм-фактор:

- 5.25" полной высоты (82 мм), сейчас такие диски уже не выпускаются, но в компьютерах, выпущенных в 80 - 90 годы еще встречаются,

- 5.25" половинной высоты (41 мм),

- 3.5" половинной высоты.

Интерфейсы связи НЖМД с контроллером.

Средство связи HDD с контроллером, интерфейс, должен быть строго согласован для обоих этих устройств. В основном используются следующие типы интерфейсов:

ST-506 - с FM-кодированием, очень устаревший, использовался для РС/ХТ;

ST-506/412 - с MFM-кодированием. Этот интерфейс обладает свойством буферизованного (быстрого) поиска. Его достоинство в том, что он имеет встроенные средства автоконфигурирования и может автоматически изменять тип и параметры диска: число головок, номер цилиндра прекомпенсации, зону парковки головок.

Строго говоря, физические параметры, такие, как количество цилиндров (количество дорожек на каждой из поверхностей диска - определяется диаметром диска и шагом позиционера, управляемого от ШД или служебной поверхности DSS), количество головок (рабочих поверхностей пакета дисков), зона парковки головок, емкость неформатированного диска - неизменны и изменены быть не могут. Но для контроллера эти параметры могут быть и переопределены. Так число головок может быть условно увеличено за счет уменьшения числа дорожек, зона парковки при этом тоже изменится (оставаясь физически той же, самой близкой к центру, еще доступной позиционеру). Начальный цилиндр прекомпенсации при этом тоже изменится, но физически опять-таки оставаясь тем же;

IDE (AT BUS) - достаточно современный скоростной интерфейс, самый популярный до недавнего времени;

ST-412/RLL - интерфейс уже устаревший, но RLL-кодирование (Run Length Limited) поддерживает высокую продольную плотность записи (RLL 2,7 - максимальное число неперемагничивающихся элементарных ячеек носителя - 2 из 7). Способы кодирования FM и MFM тоже могут считаться разновидностями RLL: FM = RLL 0,1; MFM = RLL 1,3.

ESDI - вполне современный интерфейс, использует MFM- или RLL-кодирование и очень многие HDD выпускаются именно с этим интерфейсом;

SCSI - относительно новый тип интерфейса, весьма перспективный, поддерживает технологию P&P (Plug and Play - подключил-и-работай), но требует, чтобы HDD имел встроенный SCSI-контроллер, а сам контроллер шины SCSI является только HOST-адаптером, ведущим, выполняющим функции управления исполнительными контроллерами, которые находятся непосредственно в УВВ, и решает задачу стандартного сопряжения со всеми ведомыми УВВ.

Каждый из приведенных здесь интерфейсов требует, для соединений диска с контроллером (адаптером), своих шлейфов, отличающихся количеством проводов, типом используемых разъемов и даже - числом соединительных шлейфов. Полезно знать их разновидности:

Контроллер число проводов и шлейфов

ST506/412 34 управляющего и 20 - данных (два шлейфа)

ESDI 34 управляющего и 20 - данных (два шлейфа)

Адаптер

IDE 40

SCSI 50

Контрольные вопросы.

1. Как обеспечивается необходимый для работы дисковода зазор между головками чтения-записи и поверхностью диска в НЖМД?

2. В каких условиях можно разбирать Head Disk Assembly НЖМД?

3. Какие меры предосторожности следует принимать для защиты НЖМД от микроаварий головок?

4. Какие типы приводов головок используются в НЖМД?

5. В чем состоят достоинства и недостатки соленоидного привода головок НЖМД?

6. Для чего служит сервоповерхность пакета дисков НЖМД?

7. Из чего складывается время доступа к информации на диске?

8. Что такое фактор чередования секторов и как он влияет на производительность дисковой
системы РС?

9. В чем достоинства SCSI-интерфейса?

1.5.2.3) Устройства массовой памяти на сменных носителях

К устройствам массовой памяти на сменных носителях относят устройства, имеющие емкость, значительно превышающую емкость обычных дискет. Эти устройства предназначены для архивации данных, или для переноса больших объемов информации с одного компьютера на другой. В зависимости от назначения, такие устройства выполняются внутренними или внешними, стационарными или портативными. Большинство этих устройств имеют интерфейс SCSI или ATA. Портативные устройства часто имеют интерфейс подключения к параллельному порту, что облегчает их подключение к любому компьютеру, но приводит к проигрышу в скорости передачи информации и к повышенной нагрузке процессора при обмене данными. Устройства на сменных носителях, как дисковые, так и ленточные, могут и не иметь поддержки на уровне ROM BIOS, при этом доступ к ним становится возможным только после инсталляции специальных драйверов.

Сменные накопители на жестких дисках.

Накопители на жестких магнитных дисках могут иметь различные уровни сменяемости. НЖМД обычно устанавливается в компьютер надолго, и для его смены требуется частично разбирать системный блок. Существуют и специальные накопители, допускающие "горячую" замену (Hot Swap) без отключения питания и специальный конструктив, позволяющий снимать и устанавливать их прямо с лицевой панели, не разбирая системного блока. Выпускаются недорогие переходники типа Mobile Rack, позволяющие использовать, в качестве съемного, обычный АТА-диск, но следует иметь в виду, что обычные накопители все-таки боятся тряски и ударов, опасность которых при их переноске сильно повышается. Поэтому, больший интерес представляют накопители со съемными носителями.

Диски Бернулли.

Диски Бернулли (Bernoulli Removable Media Drive) используют 3,5" гибкие диски в жесткой кассете, объемом 35 - 150 Мбайт. При вращении диска со скорость 3600 об/мин возникает эффект Бернулли (воздушная подушка), поддерживающий головки на минимальной высоте от носителя, без непосредственного контакта с его поверхностью, подобно обычным НЖМД. По скоростным характеристикам, они близки к обычным НЖМД, а кассета устойчива к внешним воздействиям. Используются интерфейсы IDE, SCSI, или LPT-порта.

Кассетные жесткие диски.

Кассетные жесткие диски (SyQuest Removable Media Drives) используют специальные 5,25", 3,5" и 1,8" картриджи с жесткими дисками и, по скоростям обмена, они сравнимы с дисками Бернулли. Кассеты имею большую емкость, но более чувствительны к пыли, ударам и другим внешним воздействиям.

Гибкие магнитооптические диски.

Гибкие магнитооптические диски (Floptical Drives) представляют собой 3,5" диски сверхвысокой плотности и могут иметь емкости порядка 20 Мбайт (755 дорожек, 27 сект/дор по 512 байт/сектор). Высокая поперечная плотность записи в них достигается применением лазерной системы позиционирования головок. Скорость вращения диска 720 об/мин, интерфейс SCSI, ATA или специальный адаптер, позволяющий использовать их в качестве дисковода А: Накопитель совместим и с обычными 3,5" дискетами 720 Кбайт, 1,44 Мбайт, а с 2,88 Мбайт- только по чтению. Современные устройства LS-120 (Laser Servo 120 Мбайт) имеют емкость дискеты 120 Мбайт, по 1736 треков на каждой стороне с зонным форматом записи. Устройство использует интерфейc ATAPI и логическую геометрию - 960 цилиндров, 8 головок по 32 сектора на дорожку. Лазерное позиционирование позволяет использовать до 900 сервотреков. Накопитель существенно дешевле специальных магнитооптических устройств, но его удельная стоимость на единицу информации гораздо выше. Новые версии BIOS имеют поддержку этих LS-накопителей и позволяют включать их в последовательность загрузочных устройств.

Магнитооптические диски.

Магнитооптические диски (МОD - Magneto-Optical Drives), лазерную оптику используют в процессе магнитной записи. В них существенно уменьшен размер перемагничиваемых зон, потому что при записи зона перемагниченности определяется не шириной зазора магнитной головки, а только размером точки носителя, разогретой в данный момент лазерным лучом. Эти диски устойчивы даже к сильным внешним магнитным полям. Их емкость составляет от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт. Устройства имеют интерфейс SCSI, или IDE и различаются плотностью размещения треков, методами модуляции - PWM (Pulse Width Modulation - широтно-импульсная модуляция), РРМ (Pulse Position Modulation - позиционно-импульсная модуляция), RLL 2.7 или RLL 1.7. Форматирование МОD на верхнем уровне может выполняться в стиле дискет или в стиле НЖМД. В первом случае, диск представляется в виде очень большой дискеты, в нулевом логическом блоке которой имеется программа-загрузчик (IPL) и дескриптор носителя, без таблицы разделов (Partition Table). При форматировании в стиле НЖМД, диск начинается с таблицы разделов и для ОС выглядит как жесткий диск, который, в случае SCSI-интерфейса может обслуживаться BIOS HOST-адаптера без всяких дополнительно инсталлируемых драйверов. Это позволяет загружать ОС с МОD, но не всякая ОС может верно отреагировать на смену носителя. Это может привести к потере данных, если ОС, после смены носителя, не обновит дескриптор носителя и FAT. Кстати, смена носителей в системе Macintosh иная, чем в IBM РС, поэтому накопители МОD с интерфейсом SCSI имеют переключатель "Mac-PC”, который должен быть установлен корректно. Форматирование МОD занимает до получаса, поэтому имеет смысл приобретать уже предварительно отформатированные диски.

Накопители на компакт-дисках.

Накопители CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) используются в РС, в основном, для распространения и хранения дистрибутивных SOFT-продуктов, так как их емкость (до 650 МБ) и надежность хранения данных намного превышают те же показатели магнитных дискет. Параметры, приводимые в документации на CD-ROM-дисководы, характеризуют, в основном, их производительность, которая зависит от времени доступа, скорости передачи данных, наличия и емкости внутренних буферов и типа используемого интерфейса.

Дисководы CD-ROM по устройству напоминают НГМД, но имеют более сложную головку считывания. Головка состоит из лазерного излучателя, фотоприемника и зеркала, закрепленных на подвижной каретке. На той же каретке, на качающейся подвеске находится фокусирующая линза, управляемая подвижной катушкой. Привод подвески линзы, под управлением контроллера, встроенного в накопитель, обеспечивает точную фокусировку лучей оптической системы. При юстировке оптической системы, линза устанавливается параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов на каретке. Механика привода достаточно проста, но неаккуратная чистка этой пластмассовой линзы может оставить на ее поверхности микроскопические царапины и тогда считывание данных с диска станет неустойчивым. Существуют дисководы с самоочищающимися линзами (Self-cleaning lenses) и для защиты от пыли могут иметь двойные пылезащитные шторки (Drive Sealing).

Наиболее простые дисководы имеют механизм лоточной подачи дисков, но при этом диск приходится брать руками; при этом диск можно уронить, испачкать, или поцарапать. В более совершенных накопителях (Caddy Type) компакт-диск укладывается в специальную защитную кассету типа 3,5”-дискеты и эта кассета просто вставляется в накопитель. Это предохраняет диски от случайного повреждения и позволяет загружать их в дисковод в любом положении. При частой смене дисков желательно иметь несколько таких кадди-кассет и даже прямо в них хранить архивные диски.

Накопители CD-ROM имеют форм-фактор соответствующий 5,25" дисководу половинной высоты.

Для компактных вариантов компьютеров существуют и малогабаритные накопители, размещающиеся прямо в корпусах Lap-Top или Note-Book.

Минимальной адресуемой единицей информации на диске является сектор, могущий содержать 2048 байт данных, защищенных от ошибок ECC-кодом, или 2324 (2336) незащищенных байт аудио/видео информации. Последовательность секторов одного назначения (формата) объединяется в трек. Минимальный размер трека - 300 секторов, максимальный - весь диск, на диске может быть до 99 треков. Начальный трек хранит информацию об организации диска (VTOC - Volume Table Of Contents).

Время доступа к данным на CD-ROM определяется так же, как и для жестких дисков. Оно равняется времени задержки между получением команды на поиск данных и моментом считывания первого бита данных. Это время для восьмискоростного (8х) CD-ROM составляет 100 мсек. и, в общем случае, уменьшается с увеличением скорости вращения диска. Напомним, что запись на CD-ROM происходит всего на одну спиральную дорожку длиной более 5 км (221188 витков с поперечной плотностью записи около 600 витков/мм). Продольная плотность записи не зависит от радиуса витка, потому что угловая скорость вращения диска изменяется от витка к витку так, чтобы линейная плотность записи оставалась постоянной на протяжении всей спирали.

Первые накопители имели собственные интерфейсы Sony, Panasonic, Mitsumi - по именам их производителей. Все эти интерфейсы напоминают 8-битовый вариант шины АТА, но несовместимы ни с ней, ни друг с другом, и требуют специальных драйверов, соответствующих типу дисковода. Современные CD-дисководы выпускаются с интерфейсами SCSI и АТА (ATAPI), и поддержку CD-ROM часто встраивают в BIOS. При этом, для устройства АТА, тип диска указывать не нужно, он будет опознан автоматически. В дисковый сервис Int13h введены новые функции, позволяющие для накопителя CD-ROM эмулировать дискету или жесткий диск LBA, а также загружать ОС с CD-ROM. Спецификация загружаемого диска позволяет создавать на CD образ системной дискеты 1,2 Мбайт, или 1,44 Мбайт, или образ жесткого диска, с которых может быть загружена ОС.

Для подключения накопителей CD-ROM к системе, используются, в основном, три разновидности интерфейсов:

- SCSI/ASPI (Small Computer System Interface/ Advanced SCSI Programming Interface);

- IDE/ATAPI (Integrated Drive Electronics/ AT Attachment Packet Interface);

- специализированные, "фирменные" интерфейсы.

Взаимодействие между CD-ROM и HOST-адаптером SCSI, а также другими совместимыми устройствами, осуществляется с помощью стандартного программного интерфейса ASPI. Он состоит из двух частей:

1) программы-драйвера ASPI-Manager, обеспечивающей взаимодействие HOST-адаптера SCSI с операционной системой и общее взаимодействие устройств с шиной SCSI;

2) входящих в систему ASPI драйверов для отдельных подключаемых к интерфейсу устройств. С помощью каждого из индивидуальных драйверов организуется взаимодействие периферийного устройства с основным (HOST) SCSI-адаптером и программой ASPI-Manager.

SCSI/ASPI наиболее подходящий интерфейс для CD-ROM. Он позволяет добиться высокой производительности системы и подключать к HOST-адаптеру 7 и более дисководов, но SCSI-интерфейс достаточно дорог, и если не планируется подключать к шине SCSI никаких других периферийных устройств, кроме накопителя CD-ROM, более рационально - установить интерфейс IDE/ATAPI.

IDE/ATAPI является дополнением к интерфейсу АТА (АТ Attachment), к которому обычно подключаются НЖМД. Строго говоря, ATAPI - это стандартный программный расширенный интерфейс для накопителей CD-ROM, который преобразует команды SCSI/ASPI к стандарту IDE/ATA. Он позволяет быстро приспособить новые модели дисководов к работе с интерфейсом IDE и сохранить совместимость IDE-накопителей CD-ROM с программой MSCDEX, обеспечивающей их взаимодействие с DOS. В Windows имеется драйвер для CD-ROM - CDFS VxD (CD File System Virtual Device). Дисководы ATAPI иногда называют расширенными IDE-накопителями (Enhanced IDE), поскольку в них используется одноименный интерфейс (электрически - АТА).

В большинстве случаев IDE/ATA-накопители CD-ROM подключаются ко второму разъему (каналу) интерфейса, а первый - используется для НЖМД. Во многих современных звуковых платах также устанавливаются драйверы ATAPI и специальные разъемы для подключения CD-ROM, но к одному вторичному IDE-разъему можно подключить не более двух дисководов CD-ROM, иначе - лучше использовать SCSI.

Существуют и другие немаловажные для эксплуатации CD-ROM факторы, такие как:

- пылезащищенность;

- автоматическая очистка линз;

- тип накопителя - внешний, или встраиваемый в РС.

Пылезащищенность важна для CD-ROM, как ни для одного из других устройств РС, так как пыль и грязь, попадающие в оптическую систему или механизм накопителя, приводят, в лучшем случае, - к снижению быстродействия системы (при ошибках чтения потребуются повторные поиск и чтение секторов), а то и к потере читаемости дисков. В некоторых накопителях узлы оптической системы размещаются в специальных герметизированных отсеках, а в других - используются своеобразные "шлюзы" из заслонок (внутренней и внешней). Для чистки линз оптической системы CD-ROM можно воспользоваться специальным чистящим диском, но некоторые современные модели накопителей CD-ROM имеют собственное, встроенное устройство для автоматической чистки линз от пыли.

Дисководы CD-ROM выпускаются в двух исполнениях: внешний дисковод, и дисковод, встраиваемый в системный блок. Внешний тип накопителя более прочен, чем встраиваемый, но он больше по габаритам и занимает отдельное место на столе. Такой тип следует выбирать, если в системном блоке РС нет свободного отсека для установки CD-ROM-накопителя, или недостаточен запас мощности источника питания (внешний накопитель имеет собственный источник питания), или один и тот же накопитель планируется подключать по очереди к нескольким компьютерам. Если в каждом из них уже установлен свой HOST SCSI-адаптер, то достаточно отсоединить разъем накопителя от одного РС и подключить к другому. Если подобных требований нет, то лучше использовать встроенный накопитель. Дополнительное удобство встроенного накопителя состоит в том, что его можно подключить к внутреннему разъему звуковой карты, а внешние разъемы шины использовать для других целей.

Записываемые оптические диски (CD-R), уже при изготовлении, имеют нанесенную ровную спиральную дорожку, по которой позиционируется записывающая головка. В отличие от магнитных и магнитооптических дисков, обеспечивающих произвольный доступ к искомой дорожке, как по чтению, так и по записи, на CD-R непрерывным потоком может быть записан только целый трек оптического диска. Так что по записи, CD-R является устройством с последовательным доступом. По утверждению изготовителей, время жизни записанных дисков CD-R составляет 75 лет - для "зеленых" и 100 - лет для "золотых" дисков. Однако срок хранения диска до записи составляет всего 5-10 лет. В обозначении модели дисковода указываются его параметры: скорость записи, скорость считывания и объем буфера. Так, например, модель CDR-102 (2x4/512K) имеет скорость записи 2х (2х150=300 Кбайт/сек), скорость считывания 4х и объем буфера 512 Кбайт. Время наработки на отказ у CD-R значительно меньше, чем у CD-ROM. Время доступа к данным у CD-R больше, а скорость считывания ниже, чем у CD ROM из-за более сложной и тяжелой головки. Поэтому использовать CD-R - как CD-ROM, для регулярной работы, нецелесообразно.

Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск называются CD-RW (ReWritable -перезаписываемые). В них используются многослойные диски с отражательной поверхностью, перед которой находится слой вещества, с изменяемой фазой состоянии (аморфное - кристаллическое). Это состояние при записи изменяется под воздействием лазерного луча. При считывании, лазерный луч оказывается промодулированным, вследствие разницы отражательной способности точек слоя, находящегося в аморфном или кристаллическом состоянии. Записанный таким способом диск может быть считан и обычным CD-ROM накопителем, если в него установлен достаточно чувствительный считывающий элемент.

Практически все CD-накопители могут воспроизводить и аудио-диски, для чего имеют встроенные ЦАП и аналоговый интерфейс с линейным выходом стереосигнала. Для проигрывания аудиодисков, накопители часто имеют кнопку, по которой можно включить воспроизведение без помощи программных средств. Если при запуске аудио диска индикатор на лицевой панели накопителя светится, а звука нет, то причиной может быть несовпадение аналогового интерфейсного кабеля с разъемом звуковой карты. В принципе, возможно считывание аудиоинформации с дисков в цифровой форме, по интерфейсу передачи данных, для дальнейшей цифровой обработки, или сохранения ее на другом носителе, но эту функцию поддерживают не все CD-накопители, хотя есть и накопители, считывающие аудиодиски с выходом на интерфейс, применяемый в цифровой аудио аппаратуре.

PD/CD - комбинированный накопитель, записывающий информацию на специальный носитель по методу изменения фазы вещества (Phase Сhange Disk), как в CD-RW. Носитель - многослойный диск в защитном картридже. В отличие от CD с одним спиральным треком, PD имеет концентрические треки, как у магнитных дисков. Шпиндельный двигатель накопителя поддерживает постоянную угловую скорость вращения, следовательно, дисковод имеет произвольный доступ к дорожкам. Время на разгон и торможение диска при переходе на другой трек не тратится, поэтому время доступа к данным, по сравнению с CD ROM, заметно снижается. Емкость PD-диска, как и у CD, составляет 650 Мбайт, но PD-диск не может быть считан накопителем CD-ROM. Однако, комбинированные устройства PD/CD (например, модель PD650) считывают и обычные CD, а тип установленного носителя, дисководом определяется автоматически. Большое преимущество PD перед CD - возможность многократных циклов стирания-записи, а недостаток - их несовместимость с CD.

Накопители на DVD-дисках.

По мере совершенствования технологии CD и их приводов, возникла потребность в увеличении емкости оптических носителей информации.

Фирма Sony, в союзе с восемью другими фирмами, в 1995 году предложила новый универсальный формат записи на CD - DVD (Digital Versatile Disk), который был активно поддержан практически всеми ведущими мировыми компаниями, потому что DVD удовлетворяет практически всем требованиям к воспроизведению видеоизображений, а также и к хранению цифровых данных. Иногда диски формата DVD отождествляют с цифровыми видеодисками Digital Video Disks, однако они не тождественны, т.к. последние являются только предшественниками дисков нового универсального стандарта Versatile.

DVD (Digital Video Disk) - диски, первоначально предназначавшиеся для цифровой видеозаписи с высокой плотностью, сейчас уже широко используются в компьютерной технике для записи и хранения цифровой информации. DVD-дисководы имеют форм-фактор такой же, как у CD-дисководов. Для повышения емкости, в них уменьшена ширина трека и размер хранящей ячейки, и снижена избыточность кодов коррекции ошибок (ECC).

Как и CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм и толщину 1.2 мм.

В соответствии с первоначально принятым соглашением, DVD-диск выполняется односторонним и может содержать до 4,7 Гбайт информации (на самом деле - 4,3 Гбайт; производители DVD-дисков и накопителей в рекламных целях неверно трактуют единицы измерения информации).

В накопителях формата DVD рабочая длина волны, излучаемая лазером, по сравнению с CD, снижена с 0,78 до 0,63-0,65 мкм, что обеспечило возможность уменьшения штриха записи практически вдвое, а расстояние между дорожками записи - с 1,6 до 0,74 мкм. Кроме того, в накопителях стандарта DVD используется более узкой луч лазера, чем в приводах CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена вдвое - до 0,6 мм. С учетом того, что общая толщина диска должна была остаться 1,2 мм, под предохранительный слой был помещен укрепляющий. На выполненном из соответствующего материала укрепляющем слое также можно записывать информацию. Это привело к появлению двухслойных дисков. Когда лазерным лучом считывается информация, записанная на втором слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую первый, наружный слой диска. Для считывания информации с первого слоя, оптическая система дисковода, по команде контроллера, меняет фокусировку луча так, чтобы луч был сфокусирован в плоскости первого, наружного полупрозрачного слоя.

Спецификация DVD сначала разрабатывалась для одностороннего однослойного диска, но позже появилась конструкция двухслойного диска, емкостью 8,5 Гбайт. Так, следующим шагом в развитии технологии DVD явилось создание двусторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этом емкость диска доведена до 9,4 Гбайт и 17 Гбайт соответственно.

В случае двустороннего DVD-диска используются два диска толщиной 0,6 мм, склеенные нерабочими сторонами в один диск, стандартной толщины в 1,2 мм. Для доступа к данным на второй стороне двустороннего диска его приходится переворачивать вручную. Несмотря на то, что этот промежуточный формат стал частью спецификации, предпочтительными следует считать приводы DVD, оснащенные двумя независимыми считывающими системами.

В настоящее время DVD-накопители выпускаются в разных модификациях, различающихся количеством рабочих сторон (SS, Single Side - односторонние; DS, Dual Side - двусторонние) и рабочих слоев на стороне (SL, Single Layer - однослойные; DL, Dual Layer - двухслойные). Существуют диски емкостью 4,7 Гбайт (SS/SL), 8,5Гбайт (SS/DL), 9,4 Гбайт (DS/SL) и 17 Гбайт (DS/DL).

Решающим достоинством спецификации DVD является и тот факт, что приводы DVD совместимы с CD-дисками как по чтению, так и по записи.

Спецификация HD-DVD и технология FMD.

В мае 2005 года корпорация Toshiba объявила о разработке трехслойного диска HD-DVD-ROM, емкостью 45 Гбайт. Емкость одностороннего однослойного диска стандарта HD-DVD-ROM составляет
15 Гбайт, однослойного двустороннего - 30 Гбайт. Достоинством формата HD-DVD, разрабатываемого совместно фирмами Toshiba и NEC, является его совместимость на физическом уровне с форматом DVD. Этому стандарту покровительствует организация DVD-Forum, кроме того, и Microsoft заявила о своем желании включить поддержку HD-DVD в новой операционной системе Longhorn.

Флуоресцентные диски.

Перспективным может оказаться и технология FMD (Fluorescent Multilayer Disk - многослойный флуоресцентный диск), разрабатываемая компанией C3D (Constellation 3D). Характеристики FMD поражают воображение: диск, размером со стандартный CD, вмещает до терабайта данных, при этом скорость чтения с него, может достигать 1 Гбайт/сек.

В основе работы FMD лежит не отражение от подложки лазерного луча, как у CD- и DVD-дисков, а флуоресценция - свечение вещества под воздействием луча лазера. Количество слоев в FMD, в существующих образцах, - несколько десятков, но теоретически их количество можно довести до тысячи, причем угловая скорость вращения диска в приводе будет даже меньше, чем у CD.

У многослойных дисков CD и DVD возникает проблема. Вследствие интерференции и некоторых других факторов, оказывается сложным различать свет, отраженный от разных слоев диска. Принцип работы флуоресцентного диска иной. Вначале, луч лазера фокусируется на определенном слое и вызывает его флуоресценцию, которая и регистрируется фотоприемником, причем материал, содержащий записанную информацию, при прохождении через него света, изменяет длину волны этого света. Чем больше путь луча света, тем большей становится длина его волны, поэтому есть возможность определять, где лежит слой, с которого происходит считывание. Более того, возможно одновременное считывание информации с нескольких слоев, лежащих один над другим.

Голографические накопители.

Голографические накопители HVD (Holographic Versatile Disk), как и флуоресцентные, тоже используют принцип хранения информации по всему объему запоминающего материала. Но, в отличие от флуоресцентных дисков, на светочувствительном материале с помощью лазерного излучателя регистрируются одновременно все фазовые характеристики (голограмма) записываемого объекта. В цифровом приложении, этот объект - цифровая матрица записываемой информации. По данным французского сайта Clubic, голографические накопители теоретически способны обеспечить скорость считывания данных до 1 Гбайт/сек. Первые серийные образцы голографических накопителей, емкостью 200-300 Гбайт, фирма Optware собиралась представить уже в 2006 году, а приводы под носители HVD, емкостью в 1 Тбайт - в 2007 году.

Стримеры.

Накопители на магнитной ленте (стримеры) являются типичными устройствами последовательного доступа. Носители - кассеты с магнитной лентой различного размера и емкостью - от 20 Мбайт до 2 Гбайт и более. Простейшие стримеры имеют интерфейс, совместимый с контроллерами НГМД, а более сложные используют собственную интерфейсную карту, или встроенный контроллер с интерфейсом SCSI или ATA (ATAPI). Стримеры с интерфейсом SCSI, внутреннего или внешнего исполнения, имеют большую производительность и поддерживаются большинством ОС на системном уровне.

Мини-картриджи для стримеров (Quarter-Inch Cartridge QIC) содержат ленту, шириной ?" (6,25 мм). Распространенные стандарты QIC 40 и QIC 80 имеют продольную плотность записи 10000 бит/дюйм на 20 дорожках и 14700 бит/дюйм на 28 дорожках соответственно, и позволяют хранить сотни мегабайт на одной ленте. Еще большие объемы обеспечивают стандарты QIC 1350 и QIC 2100 - 1,35 Гбайт и 2,1 Гбайт соответственно, а большие QIC-картриджи вмещают до 13 Гбайт. Стримеры на кассетах для цифровой звукозаписи DAT (Digital Audio Tape) позволяют хранить до 12 Гбайт, а стримеры на 8-мм ленте с наклонно-строчной записью (как на видеокассетах) - до 20 Гбайт. Используются стримеры исключительно для архивного хранения очень больших объемов информации

С появление столь емких и надежных носителей и их приводов, как CD, DVD, HD-DVD, в цифровой вычислительной технике становится возможным сохранять в архивах, а не на рабочем магнитном диске, большие объемы информации, вплоть до дампов системных, программных и даже файловых областей рабочих жестких дисков.

Контрольные вопросы.

1. Для чего предназначены устройства массовой памяти на сменных носителях?

2. В чем особенности подключения накопителей на сменных магнитных дисках?

3. В чем особенности дисков Бернулли?

4. В чем заключаются недостатки жестких кассетных дисков по сравнению с дисками Бернулли?

5. Из чего складывается время доступа к информации на CD-ROM?

6. Как ускоряется время доступа к данным CD-ROM?

7. Какие разновидности интерфейсов подключения CD-ROM применяются в настоящее время?

8. Каково назначение программы-драйвера ASPI-Manager?

9. Как организуется взаимодействие периферийного устройства CD-ROM с основным (HOST) SCSI-адаптером и программой ASPI-Manager?

10. В чем состоит удобство использования технологии SCSI?

11. В каком случае более рационально установить интерфейс IDE/ATAPI?\

12. Какие существуют способы чистки линз накопителей CD-ROM?

13. Как провести конфигурирование HOST SCSI-адаптера?

14. Какое программное обеспечение необходимо для нормального функционирования CD-ROM?

15. Как правильно инсталлируется программное обеспечение накопителя CD-ROM?

1.5.3 Средства коммуникации компьютера

Персональные компьютеры снабжаются внешними интерфейсами, позволяющими расширить его функциональные возможности, подключая к нему через эти интерфейсы разнообразное периферийное оборудование, и обеспечивать коммуникации с другими АПС. В основном, средства коммуникации РС включают в себя COM-, LPT-, Game- и MIDI-порты, а также сетевые средства связи. Для обмена информацией между компьютером и высокоскоростными периферийными устройствами можно также воспользоваться возможностями USB-шины или шины Fire Wire (IEEE 1394). Обе эти шины используют высокоскоростной последовательный интерфейс но, с точки зрения коммуникационных задач, различаются тем, что шина USB ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к хост-компьютеру. Единственный, но необходимый в той системе компьютер управляет всеми функциями - физическими периферийными устройствами, хабами или их комбинациями.

Шина IEEE 1394, в отличие от USB, позволяет интенсивный обмен не только между хост-компьютером и периферийными устройствами, а между любыми подключенными к ней интеллектуальными устройствами. Шина 1394 не требует централизованного управления со стороны РС, может даже его не иметь, или наоборот, подключать несколько РС. В последнем случае, шина 1394 может быть использована для объединения нескольких компьютеров и периферийных устройств в небольшую локальную сеть.

История интерфейсов соединения РС с удаленными устройствами подтверждает теорию спирального развития. Так, последовательный интерфейс COM-порта RS-232C, пришедший от связи с удаленными терминалами, использовался даже для подключения лазерных принтеров, но вскоре он был вытеснен из принтерных интерфейсов параллельным интерфейсом Centronics, реализуемым LPT-портом. Однако, по мере роста производительности принтеров, возможностей LPT-порта, даже с использованием быстродействующих режимов обмена IPP и ECP стандарта IEEE 1284, становится недостаточно. Те же проблемы встают и с подключением сканеров, внешних дисков, скоростных модемов и т. д. В результате исследований оказалось, что повысить скорости обмена можно переходом снова на последовательный интерфейс, дополнительно снимающий проблемы изготовления многожильных кабелей, с нормированными параметрами задержек сигналов, и многоконтактных разъемов.

В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно - байта) передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В РС традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном интерфейсе биты данных передаются последовательно, друг за другом, по одной линии. Для этого в РС используется
СОМ-порт в соответствии со стандартом RS-232C, но последние модели компьютеров имеют, как правило, и высокоскоростной канал последовательного типа, с шинами USB.

Очевидно, что, при одинаковом быстродействии приемо-передающих цепей и пропускной способности линий связи, по эффективной скорости передачи данных параллельный интерфейс должен превосходить последовательный, однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи, ограничивается волновыми характеристиками соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса, при повышении скоростей передачи данных начинает сказываться различие в задержках сигналов в разных линиях одного и того же интерфейса, вследствие не полной идентичности их проводов и контактных соединений. В последовательных интерфейсах, среда передачи данных тоже вносит ограничения на скорость передачи данных. Но, т.к. для последовательной передачи данных используется всего одна линия, а не набор линий, как в параллельных интерфейсах, фактор разброса задержек в разных линиях в последовательных интерфейсах отсутствует. Таким образом, повышение пропускной способности последовательного интерфейса оказывается дешевле, чем параллельного. К примеру, два пучка коаксиальных кабелей, каждый пучок толщиной в руку (параллельный интерфейс канала ЕС ЭВМ), и современный USB-кабель (последовательный интерфейс) имеют примерно одинаковую пропускную способность.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14