Память на оптических дисках это
Привет, Geektimes! Обычно в нашем блоге мы рассказываем про новые продукты и технологии компании OCZ. Однако сегодня речь пойдет о том, как эволюционировали технологии хранения данных на протяжении всей истории их существования, которая насчитывает уже более 200 лет.
Наш рассказ начинается, конечно же, с перфокарт. Многие ошибочно считают, что перфокарты являются открытием XX века, однако, это не так. Первые перфокарты появились ещё в начале XIX века и использовались в ткацком станке, созданном французским изобретателем Жозефом Мари Жаккаром.
Итак, что же придумал Жаккар. В XIX веке производство ткани представляло собой довольно трудоемкий процесс, однако по своей сути это было постоянное повторение одних и тех же действий. Имея за спиной огромный опыт работы в качестве наладчика станков, Жаккар подумал, почему бы этот процесс не автоматизировать.
Плодом его работы стала система, использующая огромные твердые пластины, в которых были проделаны несколько рядов отверстий. Эти пластины и были первыми в мире перфокартами. Справедливости ради нужно отметить, что Жаккар все же не был в этой области новатором. Французские ткачи-изобретатели Базиль Бушон и Жак Вокансон также пытались использовать продырявленные ленты в своих ткацких станках, но не смогли завершить начатое.
Принцип работы Жаккардовой машины заключался в том, что на вход в считывающее устройство, которое представляло собой набор щупов, связанных со стержнями нитей, подавались перфокарты. При проходе перфорированной ленты через считывающее устройство щупы проваливались в отверстия, поднимая вверх соответствующие нити. Так определенная комбинация дыр в перфокарте позволяла получить нужный узор на ткани.
Перфокарты также занимали центральное место в изобретениях американского инженера Германа Холлерита, который в 1890 году создал табулятор – устройство, предназначенное для обработки буквенных и числовых символов, записанных на перфокарту, и вывода результата на бумажную ленту. На первых порах табулятор Холлерита использовало Бюро переписи населения США, а несколько позже систему взяли на вооружение в железнодорожном управлении и правительстве. К слову, в 1896 году Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая в 1911 году стала частью конгломерата C-T-R, который в свою очередь в 1924 году был переименован в IBM.
Основным преимуществом перфокарт была простота и удобство манипуляции данными. В любом месте колоды можно было добавить или удалить карты, а также легко заменить одни карты другими. Но были и свои минусы, которые с течением времени начали перевешивать плюсы. Прежде всего, это малая ёмкость. Как правило, перфокарта вмещала в себе всего лишь 80 символов. Это значит, что для хранения 1 Мбайта данных потребовалось бы порядка 10 тысяч перфокарт. Также для перфокарт была характерна низкая скорость чтения и записи. Даже самые быстрые считывающие устройства не обрабатывали более тысячи перфокарт в минуту, что соответствует примерно 1,6 Кбайт/мин. И, конечно, надёжность. Повредить изготовленную из тонкого картона перфокарту или проделать лишнее отверстие было проще простого.
Пик развития перфокарт пришелся на середину XX века, а закат эпохи наступил в 1980-х годах, когда им на смену пришли более совершенные магнитные носители информации.
Первая магнитная пленка была создана в 1928 году немецким ученым Фрицем Пфлюмером. Такая пленка представляла собой тонкую бумагу, на которую был нанесен тонкий слой оксида железа. В том же году Пфлюмер показал прибор, предназначенный для магнитной записи на такую ленту. При записи информации на пленку оказывалось воздействие магнитным полем, и на её поверхности сохранялась намагниченность.
Первым коммерческим компьютером, который комплектовался магнитной лентой, был UNIVAC-I, выпущенный в 1951 году. В сравнении с перфокартами, магнитная плёнка UNIVAC-I была намного более вместительной – в нее можно было уместить порядка 1 Мбайта данных.
В качестве основного хранилища данных магнитные ленты использовались до 1980-х годов. В этот период они устанавливались в мейнфреймы и мини-компьютеры. С приходом жестких дисков магнитной ленте была отведена роль резервного хранилища данных. В 2000-х годах неоднократно высказывались мнения, что в скором времени магнитные пленки окончательно уйдут на покой. Начиная с 2008 года рынок ленточных накопителей уменьшался в среднем на 14% в год. Однако ситуация кардинально поменялась в 2011 году, когда Таиланд, где были расположены огромные производственные мощности производителей жестких дисков, сильно пострадал от наводнения. Из-за стихийного бедствия объемы производства HDD значительно упали, а цены на продукцию выросли на 20-60%. В результате магнитная лента обрела вторую жизнь.
Рынок ленточных накопителей поддерживается ещё тем фактом, что такие запоминающие устройства до сих пор обходятся дешевле, чем современные жесткие диски. По словам Эвангелоса Элефтеро, руководителя отдела технологий хранения данных исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе, 1 Гбайт магнитной ленты стоит примерно 4 цента, тогда как 1 Гбайт дискового пространства на HDD обходится как минимум в 2,5 раза дороже – 10 центов. По этой причине выбор в пользу магнитной плёнки делают, к примеру, крупные исследовательские лаборатории, где существует необходимость хранить огромные объемы информации. К примеру, для хранения результатов на Большом адронном коллайдере используется именно магнитная лента. Для хранения 28 петабайтов данных на жестких дисках организации CERN, ответственной за создание и работу коллайдера, пришлось бы раскошелиться более чем на 38 миллионов долларов. В то время как хранение такого же объема информации на магнитной ленте обошлось им всего лишь в 1,5 миллиона.
По словам главы подразделения обработки и хранения данных CERN Альберто Пейса, помимо дешевизны, у магнитной ленты есть ещё несколько преимуществ перед жесткими дисками. Во-первых, это надежность. В случае разрыва ленты её всегда можно склеить, потеряв при этом лишь несколько сотен мегабайт даных. А при поломке жесткого диска, скорее всего, будет утеряна вся информация. Во-вторых, это скорость доступа. Роботу, который выбирает нужную кассету и вставляет её в считыватель, требуется около 40 секунд для выполнения этой операции. Но даже это примерно в 4 раза быстрее, чем если бы данные приходилось считывать с жесткого диска. В-третьих, срок службы магнитных лент достигает 30 и более лет, тогда как жесткие диски могут работать на протяжении всего 5 лет.
Альберто Пейс выделил ещё один значимый плюс магнитных лент – их безопасность. В теории злоумышленники могут получить доступ к жестким дискам, тогда как онлайн-доступ к магнитной плёнке получить невозможно.
На самом деле первые дискеты вовсе не пользовались популярностью. Причина этого заключается в том, что стоимость дисководов, которые требовались для чтения дискет, едва ли не превышала стоимость целого компьютера.
И вот в 1976 году появился формат 5,25 дюймов. Нужно отметить, что этот стандарт разрабатывался основанной Шугартом компанией Shugart Associates в тесном сотрудничестве с организацией Wang Laboratories, которая планировала использовать уменьшенный формат в своих настольных компьютерах. Почему же 5,25"? Когда Ан Вэнг из Wang Laboratories вместе с Джимом Адкиссоном и Доном Массаро из Shugart Associates обсуждали будущий форм-фактор в баре, их внимание привлекла обычная салфетка. Так и родилась идея создать дискету с такими размерами. Она получила название mini-floppy.
Привычный 3,5-дюймовый формат дискета получила в 1981 году. Создателем формата выступила компания Sony. Первые 3,5" дискеты имели объем 720 Кбайт, но вскоре появились модели, вмещающие 1,44 Мбайт информации. Но к середине 90-х годов даже этого объема уже было недостаточно. Тем не менее дискеты ещё долго удерживались на рынке носителей информации, и лишь с появлением по доступной цене накопителей на основе флэш-памяти начали сдавать свои позиции.
Несмотря на все преимущества «флэшек» над дискетами, некоторые производители предпринимали попытки спасти устаревающий стандарт. Так, компания Iomega разработала дискету под названием Iomega Zip, которая отличалась о классических дискет увеличенным до 100 Мбайт объемом памяти и более высокой скоростью чтения и записи. Но из-за высокой стоимости и проблем с надежностью Iomega Zip так и не смогла потеснить на рынке ни 3,5" дискеты, ни накопители на основе флэш-памяти.
Что такое дискеты, юное поколение может уже и не знать. И винить их не стоит, ибо данный тип носителей информации уже давненько устарел, а на его место пришли другие. К примеру, оптические диски. Эти носители появились довольно давно, по меркам скорости развития технологий, однако до сих пор используются повсеместно. Зайдя в магазин электроники, мы увидим на полочках диски с видеоиграми, фильмами, операционными системами и программным обеспечением. Однако последние годы все больше и больше развивается такой способ распространения как цифровая дистрибуция (например, Steam или PS Store). Проще говоря, зашли на сайт «магазина», выбрали продукт, заплатили и после этого пошел процесс загрузки прямиком на носитель информации, встроенный в ваше устройство. Выходит оптические диски и тут начинают уступать? Выходит, что так. И простые обыватели, и дата-центры пользуются сейчас SSD (твердотельными) и HDD накопителями. «Будущее за SSD», говорят одни. Но с этими высказываниями не согласны ученые из университета RMIT (Мельбурнский королевский технологический университет) и технологического института WIT (Wuhan Institute of Technology), разработавшие оптический диск на 10 ТБ, способный хранить данные 600 лет. Ученые назвали эту технологию — нано-оптическая память для долгих данных. Что это за новинка, в чем ее особенность, и нужна ли она миру — мы сейчас попробуем разобраться. Поехали.
Что вдохновило на этот проект?
Общий объем данных в мире растет с каждым годом, и растет он в геометрической прогрессии. Компания IDC проанализировала положения дел в 2016 году и выразила свое видение будущего инфосферы Земли в 2025. Цифры, представленные в этом докладе, поражают.
По мнению IDC общий объем данных в 2025 году составит 163 ZB, что в 10 раз больше объема образца 2016. «Эволюция» данных будет ощутима не только в количественном, но и в качественном показателе.
Рост общего объема данных с 2010 по 2025 год, IDC co.
На данный момент львиную долю информации (примерно 60%) генерируют конечные пользователи. К 2025 году основными генераторами данных будут коммерческие организации, что приведет к возникновению новых инструментов расширения их возможностей, а также к необходимости введения новых методов управления этими данными.
Также аналитики IDC утверждают, что будет наблюдаться рост данных не развлекательного характера. Также изменится и процентное соотношение данных по степени их важности. 20% станут критически важными, а 10% — сверх критически важными.
Развитие IoT (Интернет вещей) также сильно повлияет на инфосферу Земли, поскольку по прогнозу в 2025 году среднестатистический человек будет контактировать с устройствами, подключенными к сети, примерно 4800 раз в день. Данные, полученные от таких устройств, будут занимать 20% общего информационного фона планеты.
Почему именно оптические диски?
Прежде всего, отвечая на этот вопрос, ученые обращают наше внимание на то, что в последнее время наблюдается увеличение внимания не на «большие» данные, а на «долгие», которые позволяют формировать новые идеи и разработки благодаря анализу данных, полученных в реальном времени, и собранных за десятилетия или даже за столетия. Долгие данные могут предложить дата центрам более выгодные (с точки зрения затрат энергии и финансов) решения.
Энергоэффективность может возрасти в 1000 раз, поскольку будет меньше потребляться электроэнергии на охлаждение, необходимое для жестких дисков. А замена носителей будет проводиться значительно реже. Также, по словам ученых, оптические диски куда более безопасны, по сравнению с жесткими дисками.
Профессор Мин Гу
Вот что говорит профессор RMIT и ведущий исследователь проекта Мин Гу:
Пока оптические технологии позволяют увеличить объем, самый продвинутый оптический диск может служить не больше 50 лет. Наша технология позволит создать оптический диск с большим объемом, в сравнение с ныне имеющимися оптическими технологиями, и наши тесты показали, что он будет работать более пол тысячелетия, а также его можно будет производить массово.
На данный момент у проекта есть реальный соперник — Blu-ray диск, способный работать в течение 1000 лет. Однако его объем ограничен в 100 GB. В то время как проект Мин Гу — диск объемом в 10 ТВ.
Какова основа технологии?
Основной материал для будущего диска сильно отличается от используемых сейчас — это золотая наноплазменная гибридная стеклянная матрица. Дабы сформировать данную матрицу требуется применение золь-гель процесса, позволяющего использовать химические вещества-прекурсоры для создания стекла с более высокой степенью чистоты и однородности.
Основным плюсом стекла является его долговечность, вплоть до 1000 лет. Однако стекло обладает ограниченной внутренней емкостью, то есть данные будут жить долго, но их будет мало. Посему исследователи решили соединить стекло с каким-то органическим или неорганическим материалом, что в итоге увеличило емкость, но почти вдвое сократило срок службы.
В качестве дополнительного материала было выбрано золото, поскольку оно такое же прочное и долговечное, как и стекло.
Золотые наностержни диаметром 10 нм были получены с использованием мокро-химического синтеза.
Золь-гель процесс при комнатной температуре позволяет без спекания вводить наностержни в стеклянный композит без изменения формы наночастиц, тогда как переход формы от стержня к сфере может быть использован для записи информации. Использование неорганических материалов увеличивает модуль Юнга в области вокруг наностержня, что увеличивает срок службы, поскольку таким образом избегается нежелательная деградация формы за счет теплового воздействия окружающей среды. Для этой цели золотые наностержни были помещены в стеклянный композит, состоящий из органических (полиэтиленгликоль) и неорганических (диоксид кремния) компонентов. Полученная смесь была помещена в печь, нагретую до температуры 313 К = 39.85 C, на 1 неделю. Данная температура значительно ниже температуры плавления золотых наностержней.
На изображении (а) показано, что поверхность золотого наностержня полностью и без разрывов покрывается гибридным стеклянным композитом.
На изображении (b) продемонстрированы модули Юнга при различном соотношении органики и неорганики в стеклянном композите. При увеличении неорганической составляющей, модуль Юнга также возрастает ввиду сильной химической связи диоксида кремния. Самый высокий модуль Юнга при 90% неорганического материала в композите составляет 29 ГПа, что примерно половина от показателей кварцевого стекла (72,4 ГПа).
Изображение (с): Важным фактором увеличения срока службы является продолжительность существования формы наностержня. Дабы изменить форму нового материала необходима дополнительная энергия активации наностержней, что позволит им преодолеть эластичную потенциальную энергию, связанную с увеличением модуля Юнга при расширении матрицы. Таким образом, увеличение эффективной энергии активации значительно увеличит срок существования формы золотого наностержня, в соответствии с законом Аррениуса.
После получения готового образца, его необходимо было проверить. Было проведено несколько тестов, среди которых: тест на нано-воздействие, тест чтения/записи данных, тест старения.
Тест на нано-воздействие
Данный тест был направлен на вычисление модуля продольной упругости (модуль Юнга) материала, полученного в лаборатории. Для этого использовались образцы с девятью точками воздействия, расположенными в виде матрицы 3х3 (расстояние между точками 3 мкм). Сила нагрузки увеличивалась от 0 до 800 мкН в течение 5 секунд. Далее сила воздействия наоборот уменьшалась от 800 мкН до 0 в течение 5 секунд. Также сила в 800 мкН постоянно воздействовала на точки в течение 10 секунд.
Чтение/запись
Процедура чтения/записи проводилась с использованием конфокального микроскопа с длиной волны фемтосекундного лазера — 820 нм и частотой повторения — 80 МГц. Луч лазера был сфокусирован на образец через маслянистую жидкость (метод иммерсии) с апертурой 1.4. Данные записывались с использованием растовой развертки. Время экспозиции каждой точки данных составляет 25 мс. Чтение проводилось путем обнаружения флуоресцентных сигналов наночастиц золота с помощью фотоэлектронного умножителя. Базовый уровень процесса чтения\записи остается неизменным на протяжении столетий.
(а) — сопоставление флуоресцентных изображений (данных) в разные периоды чтения\записи (срок службы: 0 лет, 200 лет, 400 лет и 600). Масштаб: 10 мкм.
(b) — Объемная оптическая память данных с двумя состояниями поляризации в трех слоях, расположенных на расстоянии 1,5 мкм. Красная стрелка указывает направление поляризации лазерного луча.
(с) — Четырехуровневая карта памяти оптических данных. Масштаб: 10 мкм.
Дабы имитировать старение образец поместили в печь при температуре 453 K (179.85 C) на 3 часа, что соответствует 600 годам при комнатной температуре.
Все тесты показали очень хорошие результаты, которые, к сожалению, мне не удалось найти (страница с дополнительной информацией касательно тестов на данный момент не работает).
Группа ученых, занимающаяся данным проектом, более чем уверена в его успехе и в его важности.
Синтез наноплазмонического гибридного стеклянного композита, основанный на золь-гель процессе, совместимым с методом spincoating (вращательного покрытия), прокладывает путь к масштабному массовому выпуску новых оптических дисков. Этот проект может стать первым кирпичиком в основе будущего оптических долгих данных на века вперед, что позволит раскрыть потенциал понимания долгих процессов в астрономии, геологии, биологии и истории. Он также открывает новые возможности для высоконадежных оптических носителей, которые смогут пережить экстремальные условия (высокая температура или высокое давление).
Чего-чего, а веры в свое детище команде Мин Гу не занимать. Хоть проект еще на стадии разработки, тестирования и «полирования», он имеет огромный потенциал. Если будущий супер-диск (по другому его и не назовешь) будет обладать всеми обещанными и запланированными свойствами, он может на полном серьезе устроить революцию в сфере носителей информации. Заменят ли новые оптические диски HDD и SSD? Крайне сложный и спорный вопрос. Ибо ни одна из этих технологий не стоит на месте и постоянно выдает что-то новое. Что-то способное конкурировать с соперниками. В любом случае, кто бы ни стал единоличным «королем» носителей, сам процесс исследовательского соперничества принес много плодов как миру науки и технологий, так и обществу. Ибо в любом споре рождается истина.
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Всем привет! Это вторая часть материала об эволюции носителей информации. Напомню, что в первой статье мы рассказали о первых запоминающих устройств – перфокартах, а также уделили внимание магнитным плёнкам и дискетам. Сегодня же речь пойдет о более привычных для нас девайсах, а именно — об оптических накопителях.
Когда на дворе стоял 1969 год, компания IBM еще упорно трудилась над созданием первой дискеты, а инженеры голландского производителя электроники Philips уже завершали работу над оптическим носителем под названием LaserDisc. Многие ошибочно полагают, что LaserDisc был первой в мире технологией оптической записи, однако это не совсем так. За 10 лет до этого события, в 1958 году, братья Пол и Джейм Грегг уже создавали похожую технологию. Отличие этих оптических носителей заключалось в том, что разработка братьев Греггов работала в режиме пропуска света, тогда как технология Philips использовала отраженный свет.
В 1961 году Грегги запатентовали свою технологию, но так и не смогли сделать из нее коммерческий продукт, впоследствии продав права на оптический носитель компании MCA в 1968 году. Philips и MCA посчитали, что конкуренция им ни к чему, и решили объединить свои усилия. Плодом их работы стал коммерческий запуск LaserDisc в 1972 году.
К моменту появления Laserdisc кассетные форматы VHS и Betamax уже снискали успех. Несмотря на то что Laserdisc имел множество преимуществ над кассетами, он так и не смог стать востребованным. В Европе его встретили довольно прохладно, и основными для этой технологии стали рынки США и Японии. Первым фильмом, выпущенным на носителе Laserdisc, были «Челюсти». Это случилось в 1978 году. А последним – картина «Воскрешая мертвецов» в 2000 году. Интересно, что производство Laserdisc проигрывателей продолжалось вплоть до 2009 года, когда компания Pioneer выпустила последнюю партию таких девайсов.
Намного более успешной альтернативой Laserdisc стал стандарт Compact Disc (CD), выпущенный в 1982 году. Разработкой этого формата занимался альянс компаний Sony и Philips. Изначально предполагалось, что компакт-диски будут использоваться только для хранения аудиозаписей в цифровом виде, однако со временем их начали использовать для хранения файлов любых типов. Во многом это стало возможным благодаря усилиям компаний Apple и Microsoft, которые начали устанавливать CD-приводы в свои компьютеры с 1987 года.
Что касается устройства компакт-диска, то оно достаточно простое. Сам CD представляет собой поликарбонатную подложку, которая покрыта тонким слоем металла. Этот слой защищен лаком, на который наносятся изображения, надписи и другие внешние опознавательные знаки диска.
Информация, записанная на компакт-диск, имеет вид спирали из углублений, или «питов», нанесенных на обратную поверхность диска. Размер одного пита обычно составляет около 500 нм в ширину и от 850 до 3500 нм в длину. При этом глубина пита достигает отметки в 100 нм. Расстояние от каждого пита до соседних обычно равняется около 1,6 мкм. Это расстояние называется лэндом. Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча, который образует световое пятно с диаметром около 1,2 мкм, что на 0,4 мкм меньше расстояния между соседними питами. В том случае, если луч «упирается» в лэнд, приемный фотодиод фиксирует сигнал максимальной интенсивности и распознает его как логическую единицу. При попадании лазера на пит, свет рассеивается и поглощается, а затем он отражается от поликарбонатной подложки. В таком случае фотодиод фиксирует свет меньшей интенсивности, и он распознается как логический нуль.
Долгие годы после появления CD его максимальный объем держался на отметке 650 Мбайт. На диске такой ёмкости можно было хранить около 74 минут качественного аудио. Лишь в 2000-х объем CD увеличился до 700 Мбайт. Также в продаже можно было найти 800-мегабайтные «болванки».
Когда технология CD только появилась, компакт-диски предназначались только для чтения: еще на стадии производства информация записывалась на диск путем нанесения питов на подложку. И уже затем поверх подложки наносился отражающий слой и защитный лак. Однако вскоре после появления CD пользователям захотелось самим записывать на диски информацию. Это подтолкнуло Philips и Sony на разработку стандарта CD-R (Compact Disc-Recordable). Так, первые компакт-диски, предназначенные для однократной записи, появились в 1988 году.
По своей конструкции диски CD-R отличались от предшественников лишь наличием еще одного слоя между подложкой и отражателем. Это слой был изготовлен из органического прозрачного красителя. У красителя было интересное свойство: под воздействием тепла он разрушался и темнел. Собственно, эти физические характеристики органического слоя и позволили реализовать возможность записи информации на диск. Во время записи лазер специального пишущего привода менял свою мощность, выжигая в слое красителя отдельные точки. При последующем чтении эти потемневшие зоны воспринимались фотодиодом как питы, или логический нуль.
Как уже говорилось выше, записать информацию на диск CD-R можно было лишь однократно. И это было главным недостатком этого формата. Многократная запись информации стала возможна в 1997 году с выходом стандарта CD-RW (Compact Disc-Rewritable).
Конструкция CD-RW полностью совпадала с устройством CD-R, за исключением слоя между подложкой и отражателем. На смену органическому красителю пришел неорганический активный материал – сплав халькогенидов. Так же как и органическое вещество, под воздействием мощного лазерного луча сплав темнел. Затемнение происходило в результате перехода вещества из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. В отличие от органического вещества, сплав халькогенидов мог возвращаться в исходное кристаллическое состояние, что и обеспечило возможность многократной записи на диск.
За год до появления формата CD-RW свет увидели диски стандарта DVD (Digital Versatile Disc). История создания DVD довольно занимательна. Она берет свое начало в начале 90-х годов, когда компании Philips и Sony занимались разработкой технологии MMCD (Multimedia Compact Disc), а альянс, в который входили компании Toshiba, Time Warner, Hitachi, Pioneer и некоторые другие, трудились над созданием стандарта SD (Super Density). Обе коалиции активно рекламировали свои технологии, но под давлением компании IBM, в которой опасались повторения «войны форматов» между VHS и Betamax, они пошли на компромисс. Так появилась технология DVD.
Особенностью формата DVD было то, что первоначально он разрабатывались как замена устаревающим видеокассетам. Поэтому первое время аббревиатуру DVD было принято расшифровывать как Digital Video Disc. Однако позже оказалось, что DVD-диски идеально подходят для хранения любого рода данных, и предыдущее название быстро сменили на Digital Versatile Disc.
По своей конструкции DVD-диск не так сильно отличается от предшествующего стандарта CD. В технологии DVD уменьшился размер питов, поэтому для чтения таких дисков стало возможным использование красного лазера с длиной волны 635 или 650 нм. Для сравнения: чтение CD-дисков осуществлялось лазером с длиной волны 780 нм. Кроме этого, дорожки питов стали располагаться ближе друг к другу. Это позволило значительно увеличить плотность записи, и по итогу однослойный DVD вмещал 4,7 Гбайт данных – в 6,5 раз больше, чем CD. Также нужно отметить, что конструкция DVD предусматривает использование двух пластин толщиной 0,6 мм каждая вместо одной 1,2-миллиметровой у CD. Благодаря этому появилась возможность записывать информацию на DVD в два слоя – в обычный нижний слой и в верхний полупрозрачный.
Для того чтобы считать информацию с двухслойного диска лазеру требовалось менять фокусировку путем изменения длины волны. Главным преимуществом таких «болванок» стал вдвое увеличенный объем – 8,5 Гбайт. Кроме этого, спустя некоторые время появились двухсторонние DVD-диски, в том числе и двухслойные. Емкость таких девайсов достигла внушительных 17 Гбайт.
В 1997 году в продаже появились первые диски, предназначенные для однократной записи информации. Они получили маркировку DVD-R. А уже в 1999 году в продаже можно было увидеть девайсы DVD-RW, на которые информацию можно было записывать многократно. При создании этих двух форматов использовались те же принципы, что лежали в основе CD-R и CD-RW дисков: между подложкой и отражателем располагался слой органического или неорганического вещества, который под воздействием лазера умел имитировать питы.
Оба эти стандарта, DVD-R(W) были предложены альянсом DVD Forum. Кроме них, эта организация также разработала формат DVD-RAM, который выгодно отличался от DVD-RW более высокой скоростью чтения и большим количеством циклов перезаписи (до 100 тысяч, тогда как DVD-RW диск можно было перезаписать лишь 10 тысяч раз). Однако формат DVD-RAM не был совместим с DVD-RW, и поэтому обычные DVD-приводы не умели читать такие диски. По этой причине технология не получила особого распространения.
В 2002 году компании Sony и Philips, которые не входили в организацию DVD Forum, представили обратно совместимую с DVD-R(W) технологию DVD+R(W). От «минусового» варианта новый формат отличался разметкой, которая значительно упрощала позиционирование считывающей головки, и иным материалом отражающего слоя. Кроме этого, на DVD+R(W) информация записывалась поверх старой, как на видеокассеты, тогда как для записи на DVD-R(W) требовалось предварительно стереть все имеющиеся на диске данные. Это также положительно сказалось на скорость записи DVD+R(W) девайсов.
На этом потенциал технологии DVD был исчерпан, и следующим шагом в индустрии стал выпуск оптических накопителей нового поколения: Blu-ray и HD DVD. Они увидели свет в 2006 году. Формат Blu-ray был разработан консорциумом Blu-ray Disc Association, в который входили такие крупные компании, как Sony, Panasonic, Samsung, LG и многие другие. А созданием технологии HD DVD занимались японские производители: NEC, Toshiba и Sanyo. Оба формата использовали сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, что позволило в очередной раз значительно увеличить ёмкость дисков. Так, однослойный Blu-ray диск вмещает в себе 25 Гбайт данных, а HD DVD – 15 Гбайт.
В целом, характеристики Blu-ray и HD DVD были очень схожи. Но американские киностудии дали понять, что они не будут поддерживать обе технологии одновременно. «Война форматов» продлилась два года. За это время подавляющее большинство киностудий отдали предпочтение стандарту Blu-ray, и в феврале 2008 году компания Toshiba объявила о прекращении разработки и дальнейшей поддержки HD DVD.
С тех пор Blu-ray остается единственным игроком на рынке оптических накопителей. За это время появились диски BD-R и BD-RE для однократной и многократной записи. Кроме этого, в 2009 году была представлена технология Blu-ray 3D, предназначенная для хранения и воспроизведения трехмерного видеоконтента. А в начале следующего года состоится запуск первых 4К-фильмов на оптических дисках формата Ultra HD Blu-ray. Новый стандарт обеспечивает поддержку разрешения 3840x2160 пикселов, звуковых форматов Dolby Atmos и DTS:X, технологии HDR и высокой частоты развертки (до 60 кадров в секунду). Емкость таких дисков составит 50, 66 или 100 Гбайт.
Этим способом, световые лучи используются уметь интерпретировать все преломления, вызванные их собственным излучением . У этих читателей обычно есть большая емкость, чем у дискет . Но их очень недостаточно, если мы сравним их с другими устройствами, такими как жесткие диски или USB-накопители.
Этот тип оптического привода имеет разные названия, например считыватель дисков, un CD-ридер, оптический привод, Проигрыватель Blu-ray или DVD. Принимая все это во внимание, здесь мы собираемся рассказать немного больше об этом элементе и о том, какие типы существуют в настоящее время.
Классификация оптических накопителей по поколениям
Эти подразделения, отвечающие за кодирование, резервное копирование и хранение классифицируются по разным поколениям, что мы объясним ниже
Компакт-диски еще называют компакт-диски , и это цифровая поддержка используется для хранения любого типа информации, будь то документы, файлы, фотографии, видео или музыка , последнее является его основным средством использования. Они также известны как CD-ROM .
DVD известны как оптический диск для хранения данных, где его аббревиатура означает «Универсальный цифровой диск». С момента выпуска DVD, что было DVD-плееры имеют начал генерироваться , это для того, чтобы привести людей в распространять видео дома и на работе.
Что такое оптический диск и для чего используется этот тип компьютерного оборудования?
Это поддержка хранилище данных оптического типа который работает через свет лазера, он состоит из круговой диск где le процесс информация о кодировании транспортируется , защищены и хранятся через микроскопические канавки с лазер на одной стороне этого диска.
Таким образом, этот тип единиц основан на том, что цифровая технология, где может храниться любой тип информации, будь то документы, аудио, видео, изображения , Среди других. Его можно закодировать в цифровом формате. Вот как ODD использование луч лазер чтобы можно прочти и напиши информация о поверхность диска .
Также важно отметить, что это устройство не так быстро, как жесткий диск , но достаточно места для хранить большой объем данных. Кроме того, они характеризуются меньшая чувствительность к факторам окружающей среды и много дешевле с портативными жесткими дисками .
HD DVD
Распространение видео не могли остановиться на этом, поэтому было решено запустить то, что было цифровой многоцелевой диск высокой плотности известный как HD-DVD. Это стало формат хранения, разработанный как стандарт для DVD-дисков высокой четкости , который использовался Microsoft, Toshiba, NEC и различные проигрыватели фильмов . Он может хранить Количество 30 ГБ .
Блю рей
Он сделан из компакт-диска новое поколение и привык воспроизводить видео в высоком разрешении, 3D и Ultra HD. Кроме того, он предлагал большую емкость, чем DVD.
Известный как le Имя универсальный медиа-диск , он был разработан Компания Sony и в основном используется для разрабатывать игры для консоли PlayStation PSP. Этот тип компакт-диска может содержать до 900 МБ данных или 1,8 ГБ двухслойного. Он умеет магазин игр, музыки, фильмов или их комбинация.
Различия в оптических и магнитных накопителях
Оптический компакт-диск
Магнитный компакт-диск
Если у вас есть какие-либо вопросы, оставляйте их в комментариях, мы свяжемся с вами как можно скорее, и это будет большим подспорьем для большего числа участников сообщества. Je Vous remercie!
Вы здесь: Главная Устройства оптического хранения данных
Компоненты ПК
Как оптический диск хранит информацию? Основные характеристики
Сегодняшний день , приводы оптических дисков можно найти практически на всех компьютерах. Однако в большинстве новых моделей компьютеров он устранен. Но эти устройства обладают широким спектром функций, и именно так компьютеры должны использовать лазер для чтения и записи данных хранятся там или сохраняют данные.
Также важно отметить, что эти агрегаты работают намного медленнее, чем другие устройства хранения, но в то же время они предлагают достаточно Espace хранить большой объем информации, не требующей быстрая скорость для бега .
Также важно отметить, что эти ODD работать иначе, чем Жесткие диски, потому что жесткие диски поддерживают постоянно их скорость , в отличие от ЦУР, потому что их производительность не будет постоянной из-за разница в расстоянии от центра диска. диск .
Устройства оптического хранения данных
Какие типы оптических дисков существуют на данный момент?
В настоящее время мы можем найти несколько типы оптических дисков, доступные на рынке, где каждый из них выполняет определенную функцию и которые мы объясним вам ниже:
Компакт-диски
Эти диски обычно используются для записывать цифровой звук , они начали быть распространен в 1980 году Sony и Philips как альтернатива запись магнитных лент и виниловых пластинок . Все это обновлялось годами, пока не превратилось в инструмент, включающий функции хранения и поиска данных . По этой причине новый формат CD-ROM CD-ROM будет запущен .
С этого момента путь слушать музыку и управлять всей электронной информацией внезапно начал меняться . Эти компакт-диски обычно имеют емкость STOCKAGE de 700 мегабайт данных и вокруг От 80 до 90 минут чтения .
В общем, когда мы покупаем чистые компакт-диски, они обычно бывают следующих размеров:
- 21 минут = 94500 XNUMX блоков.
- 63 минут = 283500 блока
- 74 минут = 333000 XNUMX блоков.
- 80 минут = 360 000 блоков.
Неважно, что эти компакт-диски были изготовлены или записаны на заводе или с помощью проигрывателя дисков, в этих случаях все читатель de CD-ROM умеет их читать.
Мини блог
Форматы компакт-дисков и накопителей
После создания формата Red Book CD-DA, который упоминался в начале главы, компании Philips и Sony начали работу над стандартами других форматов, позволяющими сохранять на компакт-дисках данные, видеоматериалы или фотографии. Эти стандарты определяют способ форматирования данных, в соответствии с которым выполняется их считывание. В свою очередь, дополнительные форматы файлов определяют структуру драйверов и программного обеспечения компьютера, позволяющую правильно распознать и интерпретировать считанные данные. Обратите внимание, что геометрические параметры компакт-диска и организация структуры данных, обусловленные стандартом Red Book, были приняты всеми последующими стандартами CD. Это относится к кодированию данных и основным уровням коррекции ошибок, которые поддерживаются дисками CD-DA. Остальные “книги” определяют, в первую очередь, методы обработки 2352 байт, содержащихся в каждом секторе, типы сохраняемых данных, способы их форматирования и т.п.
В таблице ниже перечислены форматы компакт-дисков.
В начале 2008 года было официально объявлено о прекращении поддержки производителями формата HD-DVD, что знаменовало его проигрыш в конкурентной борьбе с Blu-ray.
Универсальные цифровые диммеры
Как и в предыдущем случае, они также были впервые представлены Philips и Sony в январе 1995 года. 6 месяцев спустя другим компаниям нравится Pioneer, Toshiba и Time Warner имеют представили свои Версии DVD который развил характеристики, отличные от представленных. по Sony и Philips , как и формат воспроизведения.
После этого начался спор о том, какие форматы использовать, но все закончилось, когда Эппл, Майкрософт, ХП и другие крупные ведущие производители программного и аппаратного обеспечения выбрано для создания отчета, в котором ни один из этих два формата не использовались . Для этого они заставили провести встречу со всеми представителями, которые разработали этот технология ищу решение.
Итак, по соглашению, уникальный формат представляется кто станет смесь двух форматов ранее представленные этими компаниями. В 1996, Форматы DVD-ROM и DVD-Video были готовы к может быть читается DVD-плеерами которые едва доходили до рынка.
Эти Универсальные цифровые компакт-диски, как компакт-диски, состоят из спираль блоков которые начинаются с центр к краям компакт-диска . Каждый из этих блоки имеют размер 2 байт .
Накопители DVD
DVD (Digital Versatile Disc) — это цифровой универсальный диск или, проще говоря, компакт-диск высокой емкости. Фактически каждый накопитель DVD-ROM является дисководом CD-ROM, т.е. накопители этого типа могут читать как обычные компакт-диски, так и DVD. Цифровые универсальные диски используют ту же оптическую технологию, что и компактдиски, и отличаются только более высокой плотностью записи. Стандарт DVD значительно увеличивает объем памяти и, следовательно, объем приложений, записываемых на компактдисках. 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. 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 двусторонних DVD, естественно, в два раза выше емкости односторонних. Однако в настоящее время для считывания данных со второй стороны приходится переворачивать диск.
На DVD можно записать до двух информационных слоев, при этом емкость стандартного одностороннего однослойного диска равна 4,7 Гбайт. Новый диск имеет такой же диаметр, как и диски CD, однако он в два раза тоньше (0,6 мм). Применяя сжатие MPEG-2, на новом диске можно поместить 133 минуты видео — полнометражный фильм с тремя каналами качественного звука и четырьмя каналами субтитров. Используя оба слоя одностороннего диска, можно записать на него 240-минутный фильм. В значениях емкости оптических дисков нет никакой кабалистики. Диски DVD были непосредственно связаны с производством фильмов, и киноиндустрия уже давно считала этот тип носителей дешевле и надежнее видеокассет.
Цифровые универсальные диски пришли на смену компакт-дискам и видеокассетам. Приобретенные или взятые напрокат DVD выполняют те же функции, что и лента видеомагнитофона, но обеспечивают более высокое качество звука и изображения. Как и компактдиски, которые предназначались, в первую очередь, для музыкальных записей, DVD могут использоваться для самых разных целей, в том числе и для хранения компьютерных данных.
Примечание!
Диски Blu-ray
«ОБНОВЛЕНИЕ ✅ Оптический диск - это устройство, которое может хранить информацию, но его можно записать только один раз ⭐ ВОЙДИТЕ ЗДЕСЬ ⭐ и узнайте больше»
Наконец, мы находим диски Blu-ray , которые стали новым поколением, чтобы иметь возможность хранить видео в высоком разрешении , где у них было больше места для хранилище данных . Вся эта новая технология стала результатом работы группы электронные компании который назывался как ассоциация Blu-Ray который возглавлял Sony и Philips.
Вот как Blu-лучи иметь Емкость хранилища 25 гигабайт по слою, то есть однослойный компакт-диск имеет Возможность воспроизведения до 4 часов видео высокой четкости , а Blu-Ray двух слоев может вмещать до 46,50 или 54 ГБ хранить и читать до 4 часа HD-видео .
Эти компакт-диски также включают многослойная опора, позволяет легко модернизировать привод и увеличение памяти со 100 ГБ до 200 ГБ. в настоящее время , Blu-Ray плееры может передавать данные в Скорость 36 Мбит / с .
Оптические диски и магнитные диски Чем они отличаются и что лучше?
Если говорить о оптические диски и магнитные диски, потому что в настоящее время не все точно знают, что означает каждое из них. Обычно основное различие между ними состоит в том, что оптический компакт-диск хранит информацию оптически , используя серию отверстий и царапин и лазерный луч. В то время как магнитный компакт-диск хранит информацию магнитно, он читаются и пишутся маленькой механической головкой.
Имея это в виду, здесь мы покажем вам основные различия между этими двумя модулями:
В чем преимущества использования физических дисков для хранения данных?
Уметь использовать эти оптические диски может предложить вам большие преимущества, тем более что вы можете легко и быстро хранить в нем любые предметы. Более того, будучи физический объект вы можете манипулировать им по своему усмотрению.
Поэтому мы упоминаем здесь Основные преимущества использования этого физического инструмента для хранения цифровой информации:
- Обладает прочностью , они могут прослужить много лет, если за ними правильно ухаживать и использовать, принимая во внимание, что если какое-либо из их лиц поцарапано или повреждено, они обычно повреждены .
- Это отличный инструмент для архивирования, идеально подходящий для экономить из информация и файлы редко используемый.
- Они предлагают возможность очень легко транспортировать . Кроме того, они широко используются в Операционные системы Windows, Linux и Mac .
- Это позволяет вам получить прямой доступ к документу или файлу, ты хочешь увидеть.
- Это энергонезависимые носители, поэтому данные исчезают с компьютера, когда вы удалить читалку.
- Это позволяет хранить музыку, видео или фильмы читать их позже другим устройства, такие как DVD или MP3-плееры .
Архитектура ЭВМ
Самое читаемое
- Арифметико логическое устройство (АЛУ)
- Страничный механизм в процессорах 386+. Механизм трансляции страниц
- Организация разделов на диске
- Диск Picture CD
- White Book/Super Video CD
- Прямой доступ к памяти, эмуляция ISA DMA (PC/PCI, DDMA)
- Карты PCMCIA: интерфейсы PC Card, CardBus
- Таблица дескрипторов прерываний
- Разъемы процессоров
- Интерфейс Slot A
Файловые системы
Для воспроизведения первых дисков CD-ROM, выпущенных различными производителями, требовалось специальное программное обеспечение. Это связано с тем, что спецификация Yellow Book подробно описывает структуру секторов данных, но совершенно не затрагивает файловые системы или способы хранения информации в файлах, а также форматы данных, которые могут использоваться в компьютерах с разными операционными системами. Вполне очевидно, что основным препятствием к появлению совместимых на программном уровне приложений CD-ROM стало отсутствие универсальных файловых форматов.
В 1985–1986 годах несколько компаний совместными усилиями разработали спецификацию файлового формата High Sierra, которая обеспечила совместимость компьютерных дисков CD-ROM практически со всеми накопителями. Таким образом, спецификация High Sierra определила первую стандартную файловую систему, которая сделала CD-ROM универсальными компьютерными носителями. В настоящее время существует несколько файловых систем, используемых на компакт-дисках.
Операционными системами поддерживаются далеко не все форматы файловых систем CD. Основные файловые стандарты и совместимые с ними операционные системы приведены в таблице.
Примечание!
Спецификации и типы накопителей
Несмотря на повсеместное засилье перезаписывающих приводов DVD, обычный привод DVD-ROM можно установить в компьютер хотя бы из соображений ускорения операций копирования дисков. При выборе накопителя CD-ROM или DVD-ROM для компьютера необходимо учитывать следующие параметры:
- производительность накопителя;
- тип интерфейса, используемый для подключения к компьютеру;
- физическая система загрузки и извлечения компактдиска.
Все эти параметры влияют на быстродействие устройства, а также на удобство его подключения к системе и использования. Те же критерии можно применить и к перезаписывающим устройствам; правда, в этом случае стоит рассмотреть некоторые дополнительные вопросы, связанные с совместимостью носителей и скоростью передачи данных.
Параметры накопителей
Основные характеристики накопителей CD-ROM/DVD, приводимые в документации к ним, — это:
Интерфейсы
Оптические технологии
В настоящее время существует два основных типа устройств хранения данных в компьютере: магнитные и оптические. Устройства магнитного хранения в современном компьютере представлены жестким диском и дисководом. В них информация записывается на вращающийся магнитный диск. В устройствах оптического хранения запись и считывание осуществляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча, а не магнитного поля. Следует отметить, что большинство оптических устройств могут лишь считывать информацию с носителя. Для удобства изложения магнитные и оптические носители данных будут в дальнейшем называться просто дисками.
В некоторых устройствах применяются комбинированный, магнитный и оптический способы записи и считывания информации. Такие устройства называются магнитооптическими.
Когда-то казалось, что в недалеком будущем оптические диски полностью заменят собой магнитные носители в сфере хранения информации. Однако выяснилось, что быстродействие и плотность записи оптических дисков намного отстают от аналогичных показателей магнитных собратьев, так что они по-прежнему являются только средством архивирования и распространения данных. Магнитные жесткие диски так и остались основным операционным средством долгосрочного хранения информации и, вероятнее всего, не уступят свои позиции оптическим дискам.
Наиболее перспективными кажутся технологии перезаписываемых DVD, так как они способны хранить большие объемы информации, а по цене практически сравнялись с дисками CD.
Стандарты компьютерных оптических технологий можно разделить на три основные группы:
- CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW);
- DVD (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW, DVD+R);
- форматы DVD с повышенной плотностью, такие как HD-DVD и Blue-ray (BD).
Дисководы CD и DVD получили широкое распространение благодаря возможности их использования в развлекательных целях. Например, устройства, созданные на основе стандарта CD, могут воспроизводить музыкальные компакт-диски, а дисководы DVD — видеофильмы, которые предлагаются в магазинах или напрокат. Дисководы, в которых используются носители описываемых типов, также обладают множеством дополнительных возможностей.
В следующих разделах рассматривается, что общего у носителей и накопителей CD-и DVD-типа, чем они отличаются друг от друга, а также описываются возможности их применения для качественного хранения и воспроизведения данных.
Читайте также:
- В чем разница между 7 и 8 ядерным процессором
- Системная плата gigabyte ga 770ta ud3 какие процессоры можно поставить
- При каком виде физических упражнений происходит массаж межпозвоночных дисков
- Как изменить статус диска foreign на unconfigured good на контроллере lsi
- Как сделать hdd основным диском для загрузки