Накопители на гибких магнитных и на оптических дисках

Накопители на гибких магнитных дисках

История и применение

НГМД одно из старейших внешних устройств, которое входило в стандартный набор устройств с началом выпуска ПК в $1981$ г. фирмой IBM, так как первые ПК могли работать даже без жестких дисков, не говоря об оптических накопителях.

Дискеты позволяли хранить небольшие объемы информации, использовались для переноса информации между ПК, часто применялись при сбоях или заражениях вирусом для перезагрузки операционной системы, особенно если это можно было сделать именно с дискеты, а не с жесткого диска. При обращении к НГМД используют имя логического диска $A:$, а при наличии двух дисководов – $B:.$

Недостатками НГМД является их низкая емкость, недостаточное быстродействие и низкая надежность.

В ПК использовалось более $30$ типов НГМД, которые различались диаметром диска, высотой НГМД, плотностью записи данных и другими параметрами.

Применялись дискеты с диаметром:

• $5,25"$:
  • с одинарной плотностью – емкость $180$ Кб, давно не встречаются;
  • с двойной плотностью – $40$ дорожек на $2$ поверхности дискеты, емкость $360$ Кб, скорость вращения дискет $300$ об/мин, использовались только в очень старых ПК $286$;
  • с высокой (учетверенная) плотность – $80$ дорожек на $2$ поверхности, емкость $1,2$ Мб, скорость вращения диска $360$ об/мин;
• $3,5"$:
  • нормальная плотность – емкость $720$ Кб, давно не встречается;
  • высокая плотность – $80$ дорожек на $2$ поверхностей дискеты, емкость $1,44$ Мб, наиболее часто использовавшиеся в ПК;
  • высшая плотность – емкость $2,44$ Мб, не стали серийными в виду ненадежности хранения информации.

Дисководы $5,25"$ и дискеты для них уже давно сняты с производства и встречаются только в очень старых ПК. Дисководы $3,5"$ на сегодняшний день уже тоже не перспективны, т.к. их практически полностью вытеснили более емкие, надежные, совершенные устройства обмена информацией между ПК – компакт-диски, DVD-диски и миниатюрные устройства флэш-памяти.

Работа НГМД

После помещения гибкого диска в накопитель включается двигатель, который начинает вращать дискету внутри ее пластмассового кожуха. Головка, которая предназначена для чтения и записи, перемещается по радиусу, прижимаясь к поверхности диска при выполнении операции. Скорость вращения диска составляет $300–360$ об/мин.

НГМД состоит из:

• рабочего двигателя, который служит для вращения дискеты, и включается только при вставленной дискете внутрь дисковода;
• двух рабочих головок, по одной на каждую поверхность дискеты;
• шаговых двигателей для перемещения головок;
• управляющей электроники, ответственной за работу механизма.

Для защиты от записи на дискете расположен индикатор, окошко которого должно быть закрыто.

Накопители на гибких оптических дисках

Носителем в накопителях на гибких оптических дисках (НГОД) является оптический (лазерный) диск, в котором используется оптический принцип записи и чтения информации с помощью лазерного луча. В настоящее время популярность данного вида носителей заметно упала.

Принцип работы накопителей на гибких оптических дисках

Информация записывается на лазерный диск на одну спиралевидную дорожку, которая начинается в центре диска и содержит чередующиеся участки впадин и выступов с разной отражающей способностью.

Установленный в дисководе луч лазера, который предназначен для считывания информации с оптических дисков, попадает на поверхность вращающегося диска и отражается. Поверхность оптического диска состоит из участков с различными коэффициентами отражения, вследствие чего отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические $0$ или $1$). С помощью фотоэлементов отраженные световые импульсы преобразуются в электрические импульсы.

Для записи информации на оптические диски применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска при помощи мощного лазера.

Типы оптических дисков

• $CD$-диски (Compact Disk, компакт диск) емкостью до $700$ Мб информации;
• $DVD$-диски (Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск) со значительно большей емкостью ($4,7$ Гб), т.к. оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно.
• $HP \ DVD$ – Toshiba, компания-разработчик дисков, отказалась от дальнейшей поддержки HD-дисков в $2008$ г.
• $Blu-Ray \ Disc$ (BD) – однослойный диск может хранить $25$ Гб, двухслойный – $50$ Гб, трехслойный – $100$ Гб, четырехслойный – $128$ Гб. Диск может иметь и больше слоев. В $2008$ г. были продемонстрированы $20$-слойные диски емкостью $500$ Гб. Скорость считывания информации (однократная скорость) составляет $4.5$ Мб/с.

CD и DVD-приводы для записи и чтения информации используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны $650$ нм и $780$ нм. Использование лазера в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной $405$ нм позволило кардинально повысить объем записываемой информации на диски HP DVD и Blu-Ray.

Выпускаются диски BD-ROM для чтения, BD-R для однократной записи и BD-RE для многократной записи. Также имеются двухслойные диски, которые в названии содержат символы DL с емкостью до $50$ Гб.

Рисунок 1. Плотность записи на CD и DVD-диски

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость $8,5$ Гб), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до $17$ Гб), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков бывают трех видов:

• Только чтение – CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На таких дисках можно хранить информацию, которая была записана на них в процессе изготовления. Дальнейшая запись информации невозможна.
• Однократная запись и многократное чтение – CD-R и DVD±R (R – Recordable, записываемый). Информация может быть записана только $1$ раз. При записи данных лучом лазера повышенной мощности разрушается органический краситель записывающего слоя и меняются его отражательные свойства. В результате изменения мощности лазера на записывающем слое получают чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как логические $0$ и $1$.
• Возможность перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – ReWritable, перезаписываемый). Информацию можно многократно записывать и вытирать. Записывающий слой, изготовленный из специального сплава, нагреванием приводится в два различные устойчивые агрегатные состояния с различной степенью прозрачности. При записи (стирании) луч лазера, нагревая участок дорожки, переводит его в одно из таких состояний. При чтении луч лазера меньшей мощности не изменяет состояние записывающего слоя, при этом чередующиеся участки различной прозрачности интерпретируются как логические $0$ и $1$.

Виды накопителей для Blu-Ray дисков:

• Blu-Ray:
  • только для чтения дисков;
  • для чтения и записи всех видов дисков, включая CD и DVD;
  • для чтения только BD-дисков;
• Blu-Ray RE:
  • для чтения и записи CD, DVD и BD-дисков (однослойных, для многослойных нужно ознакомиться с инструкцией).

Основные характеристики дисководов оптических дисков

• емкость (CD – до $700$ Мб, DVD – до $17$ Гб);
• скорость передачи данных:
  • для CD-дисководов – $150$ Кб/сек (скорость считывания информации первых CD-дисководов);
  • для DVD-дисководов – $1,3$ Мб/сек (скорость считывания информации первых DVD-дисководов);
• время доступа – время, необходимое для поиска информации на диске (для CD $80-400$ мс).