Накопители на оптических и магнитооптических дисках

Запись и считывание информации в оптических накопителях производится бесконтактно с помощью лазерного луча. К таким устройствам относятся, прежде всего, накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD и магнитооптический накопитель.

Устройства CD-ROM. В устройствах CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory — компакт-диск только для чтения) носителем информации является оптический диск (компакт-диск), изготавливаемый на поточном производстве с помощью штамповочных машини предназначенный только для чтения.

Компакт-диск представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (питов) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Емкость такого CD достигает 780 Мбайт.

Считывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. Диск вращается с одинаковой скоростью на всем пути лазерного луча, а скорость чтения данных меняется — на внутренних дорожках она минимальна, а на внешний — максимальна.

Записанная на компакт-диске информация в виде последовательности углублений (питов) и выступов на его поверхности бесконтактно считывается оптико-механическим лазерным блоком (головкой). Основным элементом данной системы является маломощный лазер.

Глубина пита (порядка 0,12 мкм) выбрана равной четверти длины волны лазерного луча. Поэтому световые сигналы, отраженные от дна пита и от соседних областей, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180°. Это вызывает гасящую интерференцию между двумя составляющими отраженного луча, что в результате приводит к модуляции по интенсивности отраженного луча. Модулированный световой сигнал с помощью оптической системы и считывающих фотодиодов преобразуется в электрический сигнал.

Фокусировка луча лазера на отражательной поверхности диска осуществляется с помощью объектива.

Таким образом, если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода остается прежним.

В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию питов (впадин) и выступов на дорожке.

Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нолям.

CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, с них невозможно случайно стереть информацию.

Накопители CD-R (CD-Recordable). Они позволяют наряду с прочтением обычных компакт-дисков записывать информацию на специальные оптические диски CD-R.

Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.

Запись информации на диски CD-R представляет собой дешевый и оперативный способ хранения больших объемов данных.

Накопители CD-RW (CD-Re Writable). Дают возможность делать многократную запись на диск, которая производится гораздо более сложным способом. В этом случае применяется специальный комбинированный слой красителя, который при нагреве лазерным лучом способен многократно менять свои характеристики. Вещество такого слоя при этом может многократно переходить из кристаллического состояния в аморфное, и обратно.

Накопители DVD (Digital Versatile Disc, цифровой диск общего назначения). Диски DVD имеют тот же геометрический размер, что и обычные CD-ROM, но вмещают до 17 Гбайт данных. Это достигнутоблагодаря уменьшению размеров углублений (питов) и ровных участков, атакже расстояния между дорожками, использованиюлазеров с меньшей длиной волны (635 нанометров против 780 у дисководов CD-ROM). Кроме того, DVD-диски могут иметь два слоя информации, к которым можно обращаться, регулируя положение лазерной головки, а также две рабочие поверхности.

Магнитооптический (МО) (Magneto-Optical — магнитооптический) накопитель. В МО-носителе для записи истирания информации используется специальный магнитный слой, который реагируеткак на оптическое, так и на магнитное воздействие. Запись информации осуществляется с помощью лазера, нагревающего отдельные участки слоя (соответствует питу в CD-ROM) до температуры выше 150°С, при которой может изменяться ориентация намагниченности. После этого магнитной головкой на диск записываются данные. При считывании информации вектор поляризации лазерного луча, отраженного от слоя, меняет свое направление в зависимости от ориентации намагниченного участка.

Преимуществом магнитооптического метода записи по сравнению с магнитным является независимость от внешних магнитных полей при нормальных температурах, поскольку перемагничивание возможно только при температуре выше 150°С.

Магнитооптические диски позволяют переносить большие объемы данных. Кроме того, системы рассматриваемого типа отличаются высокой степенью надежности.

Однако, в силу относительно высокой стоимости дисководов и дисков, их область применения ограничена профессиональными системами обработки графики, видеомонтажа, верстки и т. д. Магнитооптические системы также могут использоваться для решения задач резервного копирования.

Flash-накопители

Эти компактные устройства делятся на несколько видов. Первый из них – USB Flash Drive. Носители этого типа производятся в виде небольших брелков в пластиковых, металлических и резиновых корпусах. Для сопряжения с компьютером устройства используют стандартный USB-порт.

Принцип действия Flash-накопителей заключается в том, что при подаче в микросхему напряжения положительной полярности, в ячейке памяти, представляющей собой, не что иное, как полупроводниковый транзистор, создается электронный канал между "стоком" и "истоком" транзистора. По этому каналу, электроны благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет. Для стирания информации, на затвор подается напряжение отрицательной полярности. Для протокола USB 2.0 скорость передачи данных на Flash-накопитель составляет 8 Mб/сек на чтение и 6 Мб/сек на запись. Однако не все флэшки работают на максимальной скорости.

Другой вид накопителей подобного рода – карты памяти для различных портативных устройств. Их применяют сейчас в сотовых телефонах, в фотоаппаратах, в МР3-плеерах и в других мобильных устройствах. Эти накопители стыкуются с ПК при помощи специальных картридеров, позволяющих использовать эти карты памяти для хранения любого вида данных. Достаточно подключить картридер к компьютеру и вставить в него карту памяти, и вы сможете быстро записать все, что вам необходимо, и перенести на другой компьютер или соответствующее карте памяти мобильное устройство.

Есть, так же, мобильные картридеры со встроенным жестким диском.

Преимущества флэш-памяти в независимости от наличия или отсутствия электрического питания, в долговременности хранения информации и в высокой механической надежности (нет никаких механических устройств, следовательно, нечему ломаться).

Недостатки – в высокой сложности устройства (транзисторы имеют микронные размеры), в невысоком быстродействии (время изменения состояния транзистора больше, чем время заряда-разряда конденсатора) и в относительно высокой стоимости микросхем (опять же из-за сложности устройства и серьезных финансовых вложениях производителей в развитие технологии).

Флэш-память быстро прогрессирует. За последние несколько лет появились новые типы микросхем – был осуществлен массовый переход с 5-вольтовой технологии питания на 3,3-вольтовую, были применены новые типы полупроводниковых приборов, разработаны и внедрены в производство механизмы ускорения процедуры записи-чтения информации. Кроме того, производство флэш-памяти находится под жестким прессингом конкуренции.

Флэш-память – это накопитель будущего. Она призвана заменить собой изначально ненадежные (поскольку они являются электромеханическими устройствами) винчестеры.

УСТРОЙСТВА ОБМЕНА ДАННЫМИ

Модем

Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие.

Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.

К основным потребительским параметрам модемов относятся:

- производительность (бит/с);

- поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок;

- шинный интерфейс, если модем внутренний (ISAили PCI).

От производительности модема зависит объем данных, передаваемых в единицу времени.

От поддерживаемых протоколов зависит эффективность взаимодействия данного модема с сопредельными модемами (вероятность того, что они вступят во взаимодействие друг с другом при оптимальных настройках).

От шинного интерфейса в настоящее время пока зависит только простота установки и настройки модема.

Помимо своего основного назначения модем выполняет многие другие функции. Например, он может автоматически дозваниваться до абонента, отвечать на телефонный звонок или сообщать о состоянии телефонной линии в данный момент. Все эти функции модем выполняет под управлением компьютера.

 

Лекция 9.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1 Классификация программного обеспечения

2 Прикладное программное обеспечение

3 Пакеты прикладных программ

4 Проблемно-ориентированные, интегрированные и методо-ориентированные ППП

5 Программный продукт