Nowoczesne nośniki informacji

Nośniki magnetyczne Podział: -taśmy -dyski i dyskietki

Dyskietki Obecnie są już w odwrocie, przegrywają z nośnikami optycznymi. Komputery ciągle jeszcze są wyposażane w napędy do dyskietek 3,5-calowych, jednak ich pojemność 1,44MB to prawie nic w porównaniu z dzisiejszymi zapotrzebowaniami dla nośników ruchomych. Dyskietki 5,25-calowe zupelnie wyszly z użycia.

Budowa - D yskietka 3,5-calowa to krążek zamknięty w plastikowej obudowie. Grubość krążka (tworzywo sztuczne) to min. 0,1mm, natomiast grubość naniesionej warstwy magnetycznej to 2,5um. - Dyskietka posiada na każdej ze stron 80 ścieżek podzielonych na 18 sektorów o jednakowej długości bajtów. - Sektor składa się z pola identyfikatora i pola danych. Pole identyfikatora: - numery ścieżki, glowicy, sektora - dwa bajty CRC (cyklicznej kontroli nadmiarowej) Pole danych: - dane - dwa bajty CRC

Parametry okreslające gęstość zapisu to BPI(Bits Per Inch), wynoszący do kilkunastu tysięcy, oraz TPI(Tracks Per Inch) wynoszący 48 lub 96 dla 5,25-calowej i 135 dla 3,5-calowej. Kontroler napędu dyskietek (Floppy Disk Drive) obecnie znajduje się na plycie glównej, jak również 34-stykowe zlącze dla kabla podlączającego ten napęd. Rys: dysk. 5,25cala

Dyski twarde

Dysk - zespół talerzy o powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym, a na tych powierzchniach głowice zapisują i odczytują dane - pływające głowice Obecnie glowice pozycjonuje się stosując voice coil - układ magnetodynamiczny – umieszczona w polu silnego magnesu stałego cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem. Technika ta pozwoliła na zmniejszenie czasu pozycjonowania na zadanej ścieżce z kilkudziesięciu do kilku milisekund, a przy przejściach pomiędzy kolejnymi ścieżkami nawet poniżej jednej milisekundy.

Zapis Dokonywany jest w formie koncentrycznych ścieżek, podzielonych na sektory(po 512b). Cylinder to grupa ścieżek o tym samym numerze na wszystkich powierzchniach roboczych. Dzisiejsze dyski adresuje się metodami: - CHS(cylinder, glowica, sektor) -32bitami - LBA(adresowanie bloków lokalnych) -28b Dane zapisywane są wraz z danymi nadmiarowymi- kodowanie CRC. Ilość sektorów / ścieżkę waha się, w zależności od jej odleglości od środka talerza, w granicach

Pozycjonowanie głowic dawniej odbywało się dzięki informacjom zapisanym na całej jednej powierzchni dysku, temu tylko poświęconej. Obecnie wykorzystuje się dane wymieszane z danymi użytkowymi, co przypomina nieco działanie automatycznego pilota. Gęstość BPI osiąga 240kb, a TPI to 21 tyś. Na 1 bit przypada pole 1,2x0,1um.

FAT - File Alocation Table - na tej tablicy oparty jest system przydzielający jednostki objętości pamięci plikom. - Podst. jednostką był sektor, jednak 16 - bitowa architektura systemu operacyjnego nie pozwalala na adresowanie dysków wiekszych od 32MB. Ominięto to wprowadzając większe jednostki - klastry. Obecnie powszechne są 32b tablice alokacji.

Pamięci typu FLASH – gdzie? Kamery video Aparaty cyfrowe Przenośne dyski komputerowe BIOS – y wszelkiego rodzaju sprzętu

Karty pamięci FLASH – dlaczego? Brak elementów mechanicznych Całkowita bezgłośność Szybkość działania Małe rozmiary Dlaczego więc nie używać wszędzie? Koszty tej pamięci są za wysokie.

Jak działa pamięć FLASH W każdej komórce pamięci 2 tranzystory złączone są ze sobą cieniutką warstwę tlenku Jeden z tranzystorów to tzw. Floating Gate – zmiana wartości trzymanej w komórce Drugi – Control Gate – wykorzystywany jest do sprawdzania aktualnego stanu logicznego komórki Warstwa tlenku – pułapka dla elektronów; ilość elektronów w niej decyduje o wartości logicznej bramki

Porównanie FLASH z innymi rodzajami pamięci ROM (Read-Only Memory) Wysoka gęstość zapisu oraz niezawodność DRAM (Dynamic Random Access Memory) Tanie i szybkie pamięci o dużej gęstości zapisu EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) Pamięci o wysokiej gęstości zapisu, problem – wymazywanie danych z tego nośnika EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) Niska gęstość zapisu oraz wysoki koszt produkcji. Kasowane elektronicznie SRAM (Static Random- Access Memory) Niska gęstość zapisu. Są one jednak szybkie. FLASH Tanie pamięci o dużej gęstości zapisu. Są szybkie i niezawodne.

Technologie... NOR Pojemność 1MB – 32MB Wolny zapis i kasowanie; szybki odczyt Krótszy czas życia w por. z NAND (10x) Ilość cyklów kasowania: – Łatwy dostęp do danych; łatwa integracja z systemem Wysoka cena NAND Pojemność 16MB – 512MB Szybkie operacje zapisu i kasowania oraz odczytu Ponad 10 x dłuższy czas życia niż NOR Ilość cyklów kasowania: – Złożony dostęp do danych oraz trudna integracja z systemem Niskie koszty

Technologia zagęszczania zapisu MLC FLASH Opracowana przez Toschibę Podwojenie zagęszczenia zapisu danych na kościach Pojedyncza komórka posiada dwubitową informację Problemem: malejąca wydajność takich pamięci oraz zmniejszająca się niezawodność

Płyty CD-AUDIO i CD-ROM

Struktura płyty CD EtykietaWarstwa poliwęglanu 10 – 30 m Warstwa refleksyjna ( nm) aluminium, złota lub srebra (odbijająca promień lasera) Główna przejrzysta warstwa poliwęglanowa (grubość ok. 1,2mm) 12cm (4,7 cala) 1,5cm (0,042 cala)

Zapis danych na płycie CD Głowica prowadzi laser po ścieżkach [groove], Od środka na zewnątrz. Łącznie ścieżki na 74-minutowej płycie CD liczą niemal 5km! Wartości 0 i 1 reprezentowane są na płycie przez pity oraz landy. Land - powierzchnią gładką, od której wiązka odbija się całkowicie – otrzymujemy wartość bitu 1 Pit - wgłębienie, od którego, po odbiciu wiązka lasera jest rozpraszana i nie wraca z powrotem do czujnika – otrzymujemy wartość bitu 0 pit land

Odczyt płyty CD W odtwarzaczach CD stosuje się lasery GaAlAs (długość fali 780nm – granica) Laser skupia swoją wiązkę ok. 1,2mm wewnątrz powierzchni CD – mała czułość na obce ciała. W diodzie laserowej powstaje wiązka światła, która trafia najpierw na siatkę dyfrakcyjną. Wychodzą z niej trzy promienie, które są polaryzowane i przechodzą przez kolimator. Następnie płytka 1/4 fali zmienia ich polaryzację na kołową i przesyła do obiektywu, który je ogniskuje na płycie. Promienie odbite od płyty przechodzą w drodze powrotnej znowu przez płytkę 1/4 fali, gdzie uzyskują polaryzację prostopadłą do tej, którą uzyskały wcześniej w polaryzatorze. Promienie te są odbijane i kierowane do układu optycznego, złożonego z soczewki wklęsłej i cylindrycznej, który służy do tworzenia obrazu na matrycy fotodetekcyjnej.

Odczyt informacji

Śledzenie ścieżki

Kontrola prawidłowego zogniskowania

Standardy odczytu płyt CD odczyt płyty ze stałą prędkością liniową (max prędkość 12x) odczyt płyty ze stałą prędkością kątową (max prędkość 52x)

Oświetlenie wieloma wiązkami Najnowszym trendem w tej dziedzinie jest zastosowanie siedmiu wiązek lasera, co pozwala na jednoczesny odczyt kilku sąsiadujących ze sobą ścieżek. Istnieje też możliwość zastosowania wiązki lasera o większej średnicy, co przy zastosowaniu specjalnego detektora da ten sam efekt – kilkukrotne zwiększenie odczytu danych przy zmniejszeniu prędkości obrotu nośnika.

Płyty CD-R i CD-RW

Standardy płyt CD CD-ROM - Compact Disc Read Only Memory CD-RW - Compact Disc ReWritable CD - Compact Disc CD-R - Compact Disc Recordable

Budowa płyty CD-R Warstwa odbijająca Warstwa barwnika groove (rowek) Warstwa poliwęglanu Warstwa lakieru pit (dane)

Budowa płyty CD-RW

Barwy płyt CD-R Cyjanina - barwa zieloną, niezbędna moc lasera - 6,5 mw, długa strategia nagrywania, niskie prędkościach nagrywania Ftalocyjanina - barwę żółta lub bezbarwna, niezbędna moc lasera - 5,5 mw, krótka strategia nagrywania, większa odporność na energię świetlną i cieplną, droższa, duże prędkości nagrywania Azocyjanina - barwa jasnoniebieska, dosyć rzadko spotykana

Płyty DVD Rozwinięcie technologii CD

Troszkę historii… Historia DVD rozpoczyna się w 1994 roku Na początku były 2 konkurencyjne standardy: Firmy Philips i Sony - MMCD( Multimedia CD ) Firmy z Toshiba na czele – SD ( Super Density ) Pod koniec 1995 powstało Konsorcjum DVD – stworzono pierwszą wersję DVD (Digital Video Disc) Szybko okazało się, że nadaje się idealnie do zastosowań rynku komputerowego i nazwę zmieniono na Digital Versatile Disc Z czasem powstało mnóstwo niezgodnych ze sobą format ó w (DVD-R/RW, DVD-RAM, DVD+R/RW DVD+R DL)

Budowa płyty DVD R/RW

Porównanie DVD z CD Długość ścieżki na DVD wynosi ok. 11 km, gdzie dla CD 5-6km Rozmiar danych na DVD zwiększa się 650 MB do 4,7 GB. Ścieżki na CD są oddzielone od siebie o 1,6 m, a odległość między rowkami wynosi 0,83 m, w przypadku DVD odległości te zmniejszają się do 0,74 m oraz 0,4 m.

Różne pojemności DVD-5 Jednostronny jednowarstwowy – 4,7 GB DVD-8 Jednostronny dwuwarstwowy – 8,5 GB DVD-10 Dwustronny jednowarstwowy – 9,4 GB DVD-18 Dwustronny dwuwarstwowy – 17 GB

DVD-5 Zapis jednostronny, jednowarstwowy Analogicznie jak CD Jest sklejany z dwóch podłoży, z których jedno zawiera dane.

DVD-8 Konstrukcja wielowarstwowa Górna warstwa informacyjna przepuszcza światło Wymagane dodatkowe kodowanie dlatego maleje pojemność do 8,5 GB

DVD-10 Zapis dwustronny wymaga fizycznego obrócenia nośnika Taki zapis podwaja pojemność nośnika

DVD-18 Najtrudniejszy do wyprodukowania Wymaga czterech matryc z których dwie tłoczą standardowe płyty, a następnie używane są do tworzenia pitów

STANDARDY DVD Nie istnieje jeden standard płyt DVD, którego trzymaliby się wszyscy producenci tego nośnika danych. W rezultacie płyt zapisanych w jednym z wymienionych formatów nie można odczytać w innym. Stąd istnieje również wiele konkurencyjnych formatów zapisywalnych płyt DVD (schemat):

STANDARDY DVD: DVD-R – odpowiednik płyt CD-R, o zapisie jednokrotnym, umożliwiający zapisanie 3,68 GB danych DVD ROM – standard płyt do zapisu danych komputerowych DVD VIDEO - dawny "Digital Video Disc

Zapis wielokrotny, o jednostronnym zapisie do 2,4 GB i dwustronnym potrafiącym pomieścić 4,8 GB. Do zapisu danych wykorzystuje się więc specjalne rozwiązania technikę Land-and-Groove-Recording. Format ten ma wcześniej zdefiniowane ścieżki. W przypadku płyt CD-R informacje można zapisywać wyłącznie w ścieżkach (groove), natomiast dla DVD także na wypukłych obszarach nośnika (land). Wadą jest konieczność stosowania specjalnych pojemników (cartridges). DVD RAM

Od samego początku istnieją dwa konkurencyjne i niekompatybilne ze sobą standardy płyt DVD jedno- i wielokrotnego zapisu: DVD-R/RW oraz DVD+R/RW. W obu przypadkach mamy do czynienia z jednokrotnie lub wielokrotnie zapisywalnymi dyskami mieszczącymi 4,7 GB danych, które mogą zostać odczytane przez większość zwykłych czytników DVD-ROM DVD+R DL ( Double Layer) - płyty jednokrotnego zapisu dwuwarstwowe. W nagrywarkach tych płyt laser musi mieć minimalną moc wynoszącą ok. 30 mW, dla porównania moc lasera w DVD±R/RW wynosi zaledwie 5-11 mW. DVD ± R/RW

Dyski magneto-optyczne MO łączą w sobie zalety optycznej i magnetycznej technologii przechowywania danych. Dzięki dużej trwałości i możliwości łatwego zabezpieczenia danych stosowane są głównie do archiwizacji.

Budowa nośnika MO Dyski tłoczone fabrycznie mają postać CD Dyski z możliwością zapisu posiadają warstwę magnetyczną TbFeCo

Niebieski laser Stworzony w 1996 w Japonii Budowany na bazie GaN. Mała dł. fali: =450 –niebieski =405 –niebiesko- fioletowy

Pojemność nośnika jest zależna odλi NA Maksymalna pojemność 1.2mm 0.6mm DVD 1.2mm 0.1mm Blu-ray 100%20% Średnica plamki Wyższe NA: x2 większa gęstość 650nm405nm Krótsza dł. fali: x2.6 większa gęstość Grubość wartswy ochronnej Zwiększenie pojemności poprzez zmniejszenie średnicy wiązki lasera 5x w stosunku do DVD

MuzykaVideoHDTV CDDVDBlue-ray NA (nm) Pojemność (GB) Transfer danych (Mbit/s) Postęp technologiczny