Обзор технологий оптического хранения информации

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Обзор технологий оптического хранения информации

Содержание

оптическое хранение информации

Введение

1. История

2. Изобретение оптического диска

3. Технология записи компакт-дисков

4. Будущее оптических носителей

Заключение

Список использованных источников

Введение

С древнейших времен человечество не только добывало знания, но и пыталось не потерять их, то есть обеспечить эффективное хранение накапливаемой информации. С момента зарождения письменности было перепробовано множество носителей информации от камня до воска, от тесьмы и до шкур животных. Изобретение в средние века бумаги и книгопечатания вызвало настоящий информационный бум. Но что хорошо для человека - не подходит компьютеру. И с изобретением первой ЭВМ человеку пришлось искать новые, совершенно отличные от традиционных способы хранения информации.

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. 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 [1].

1.История

Основными представителями древних устройств последовательного доступа являются накопители на перфокартах, на перфолентах, и магнитных картах. Эти типы устройств появились на заре компьютерного века и повсеместно использовались в ЭВМ того времени.До тех пор, пока не были разработаны дешевые и эффективные запоминающие устройства с произвольным доступом, устройства последовательного доступа использовались для ввода и обработки оперативной информации.

Первым носителем информации в электронно-вычислительных машинах стала все та же бумага. Для ввода данных в память первых ЭВМ использовались перфоленты и перфокарты, применявшиеся в разнообразных программируемых устройствах с начала XIX-века. Перфоленты представляли собой длинные бумажные ленты, а перфокарты - кусочки картона определенного размера. На них информация наносилась путем пробивания в определенном порядке отверстий и считывания информации механическим или оптическим методом. Все ЭВМ, начиная с самых первых и до сравнительно недавнего времени, использовали этот принцип ввода, вывода и хранения информации.

На перфокарте стандартно помещалось 80 символов. Скорость считывания с перфокарты зависела от конкретной реализации устройства считывания и колебалась в пределах от 20-50 перфокарт/мин в первых ЭВМ и до 2000 в более новых машинах. Такое быстродействие достигалось использованием нескольких устройств чтения перфокарт параллельно. Запись информации производилась со скоростью 10-250 перфокарт в минуту.Для складирования перфокарт требовались огромные хранилища. Для сравнения: стопка перфокарт размером с обычный жесткий диск форм-фактора 3.5” содержала бы всего около 8КБ информации. А если бы потребовалось сохранить 80ГБ информации, то перфокарты заняли бы объем около 5000м³, что соответствует помещению размером 30м x 60м и высотой 3 метра, и стопка карт получится высотой в 2 километра!

Что до перфоленты, то информационная емкость зависела от длины рулона и составляла обычно 10-100КБ. Скорость считывания составляла до 1500 строк в секунду, скорость записи до 200.И перфоленты и перфокарты относятся к запоминающим устройствам последовательного доступа со сменным носителем физического типа. Стоит отметить, что использование подобных ЗУ требовало обязательного участия оператора, информация записывалась один раз, а надежность носителя оставляла желать много лучшего.

С течением времени увеличивались требования к быстродействию, емкости и удобству работы с ЗУ. Перфокарты и перфоленты даже с учетом постоянного совершенствования устройств чтения/записи уже не могли удовлетворить растущие запросы пользователей ЭВМ. Главным препятствием становилась изначально присущая им одноразовость носителя информации. Появление новых, более эффективных принципов хранения информации стало началом конца эры физических носителей, к которым в компьютерной терминологии относятся перфокарты и перфоленты.

В середине XX века был предложен новый метод хранения информации в ЭВМ, основанный на магнитной записи. Суть его состоит в том, что рабочая поверхность носителя изготавливается из специального материала - ферромагнетика. Если воздействовать на него внешним магнитным полем, то после прекращения воздействия проявляется остаточная намагниченность вещества. Ее-то и регистрируют затем считывающие устройства. Чтение/запись информации производятся специальной магнитной головкой, перемещающейся относительно магнитного носителя.Устройства, реализующие этот принцип, начали появляться с 1951 года. Некоторые из них дожили и до нашего времени - стримеры, жесткие диски, флоппи-драйвы, ZIP-драйвы.

Накопители на магнитных картах по конструкции весьма напоминают накопители на перфокартах. Сама же магнитная карта представляет собой прямоугольный отрезок носителя с магнитным покрытием. Карты помещаются в специальное хранилище - магазин. При обращении к ЗУ специальное устройство осуществляет выбор или подачу из магазина заданной карты.Информация на магнитную карту может быть записана неоднократно. Стандартная информационная емкость магнитной карты - 1КБ. Считывание, стирание и запись информации производится с помощью магнитных головок и существенно выше, чем при работе с перфокартами.

В отличие от перфокарт и перфолент, магнитные карты хоть уже и не применяются в современных компьютерах, но используются в других областях, например в качестве кредитных или идентификационных карточек. Носителем информации в них является магнитная полоса. Правда сейчас они активно вытесняются смарт-картами и RFID-картами и в ближайшее время тоже канут в прошлое[2].

2.Изобретение оптического диска

Впервые, идея оптической записи появилась в 1965 году, в американском институте BattelleMemorial, штат Огайо. Эта технология тогда еще была крайне примитивной - фотографическим методом на диск наносились темные точки и черточки. Для считывания информации диск просвечивался специальной лампой. Основоположником технологии был американский физик Джеймс Расселл. Но как это обычно и бывает, он не заработал на своем изобретении ни копейки.Ученый запатентовал свое технологию в 1970 году. Ему же принадлежит и идея использования лазера в качестве источника света.

Сейчас преимущество оптических носителей перед всеми другими очевидно, но в 70-х годах прошлого века работы в области оптических носителей казались просто любопытными исследованиями, но не более того. Технологии того времени были еще просто неготовы к массовому производству подобных устройств.

От момента создания, до промышленного применения оптических носителей прошло много лет. Вялые попытки создать музыкальный оптический диск предпринимались многими фирмами. В том числе подобные попытки (причем достаточно удачные) были отмечены и на территории Советского Союза. Но наибольших успехов удалось достичь нидерландской фирме Philips. В те годы мало кто всерьез задумывался про возможность повсеместного распространения цифровых носителей информации. Мир был еще аналоговым. Philips же вложила в разработки 60 миллионов долларов - астрономическую по тем временам сумму. Но компания не прогадала.

В 1979 году компании Philips и Sony заключили договор о совместной разработке нового носителя. Уже через год, компании представили новый стандарт, получивший название CD-DA (CompactDiskDigitalAudio), который был призван прийти на смену виниловым грампластинкам. А затем, спустя два года, вышли и компьютерные CD-ROM. Их характеристики были определены исходя из поставленной первоначально задачи записи музыки.С этим связан выбор концентрической дорожки, более пригодной для последовательного, а не для произвольного доступа к данным. Емкость дисков, первоначально составлявшая 650 Мбайт, была выбрана с точки зрения возможности записи 74 мин. музыки.

Похоже, неожиданно для самих создателей новинка пришлась ко двору в ПК. Именно благодаря приводам CD-ROM возникло понятие «мультимедиа», в компьютерах платформы PC появились аудиофункции, пришли большие деньги в игровую индустрию. Технология развивалась, вслед за заводскими CD-ROM были созданы диски с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью.

Дальнейшая эволюция технологий записи информации на оптические носители информации привели к созданию DVD приводов и дисков с возможностью записи еще большего количества информации (до 17 Гбайт на двусторонний двухслойный диск). Предпосылкой для разработки такого типа оптических носителей, сначала называвшихся DigitalVideoDisc и потом переименованных в DigitalVersatileDisc, что подчеркивает их универсальность, послужило желание вслед за музыкой «переложить на цифру» и фильмы[3].

В наше время набирает популярность формат Blu-rayDisc, который уже вышел победителем из борьбы с HDDVD. Ходили слухи, чтопобеда досталась Blu-Ray не совсем честным путем, так какSony активно задействовала свои связи в различных киностудиях, дабы они перестали выпускать фильмы на HD DVD. Blu-rayDisc может вмещать на одной стороне до 50 Гб благодаря использования для записи и чтения информации коротковолнового (405 нм) синего лазера[4].

3.Технология записи компакт-дисков

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, в центре которой расположено отверстие диаметром 15 мм. Штампованное или литое основание пластины физически является одной спиральной дорожкой, которая начинается на внутренней и заканчивается на внешней части диска. Шаг этой дорожки, или разделение спирали, равен 1,6 микрона (1 микрон - тысячная часть миллиметра). Для сравнения: шаг физической дорожки виниловой пластинки составляет примерно 125 микрон. Компакт-диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Если рассмотреть спиральную дорожку под микроскопом, то станет видно, что она состоит из приподнятых участков, которые называются впадинами (pits), и плоских поверхностей между ними, называемых площадками (lands). На первый взгляд может показаться странным, что приподнятый участок дорожки называется впадиной. Это связано с тем, что при штамповке диска формовка его верхней части (т.е. профиля дорожки) осуществляется таким образом, что впадины действительно становятся углублениями, сделанными в поликарбонатной пластине.

Лазерный луч, используемый для считывания данных компакт-диска, может свободно пройти сквозь прозрачный пластик, поэтому отформованная поверхность диска покрывается отражающей металлической пленкой (обычно алюминиевой). После этого алюминиевая пленка покрывается тонким защитным слоем акрилового лака, на который, в свою очередь, наносится текст или красочное изображение.

При массовом коммерческом производстве компакт-диски изготавливаются штамповкой или прессованием, а не выжиганием с помощью лазера, как многие считают. Хотя лазер и применяется для вытравливания данных на стеклянном мастер-диске, покрытом светочувствительным материалом, непосредственно выжигать диски при выпуске сотен или тысяч копий было бы, по меньшей мере, непрактично. Ниже представлены основные этапы производства компакт-дисков:

1. Нанесение фоторезисторного слоя. Круглая пластина из полированного стекла диаметром 240 мм и толщиной 6 мм покрывается слоем фоторезистора толщиной около 150 микрон, после чего обжигается при температуре 80°Св течение 30 минут.

2. Лазерная запись. Лазерный самописец (LaserBeamRecorder -- LBR) посылает импульсы синего или фиолетового света, которые засвечивают и размягчают определенные участки фоторезисторного слоя стеклянного мастер-диска.

3. Формирование мастер-диска. Обработанный стеклянный диск погружается в раствор гидроксида натрия, который растворяет экспонированные лазером участки, формируя тем самым впадины в фоторезисторном слое.

4. Электролитическое формование. С помощью процесса, называемого гальванопластикой, ранее подготовленный мастер-диск покрывается слоем никелевого сплава. В результате создается металлический мастер-диск, получивший название родительского диска (father).

5. Разделение мастер-диска. Затем металлическая матрица отделяется от стеклянного мастер-диска. Она представляет собой металлический мастер-диск, который уже может использоваться для изготовления небольших партий дисков, так как матрица изнашивается очень быстро. Разделение мастер-диска зачастую приводит к повреждению стеклянной основы, поэтому методом гальванопластики создается еще несколько негативных копий диска (которые называются материнскими). Негативные копии мастер-диска впоследствии применяются для создания рабочей матрицы, используемой в процессе массового тиражирования компакт-дисков. Это позволяет штамповать большое количество дисков без повторения процесса формирования стеклянного мастер-диска.

6. Штамповка диска. Металлическая рабочая матрица применяется в литейной машине для формирования принципа отображения данных (впадин и площадок) в расплавленной поликарбонатной массе объемом около 18 граммов при температуре 350°C (или 662°F). При этом сила давления достигает примерно 20000 фунтов на квадратный дюйм. Как правило, в современных термических штамповочных прессах на изготовление каждого диска уходит не более трех секунд.

7. Металлизация. Для создания отражательной поверхности на отштампованный диск посредством напыления наносится тонкий (0,05-0,1 микрона) слой алюминия.

8. Защитное покрытие. Для защиты алюминиевой пленки от окисления на металлизированный диск с помощью центрифуги наносится тонкий (6-7 микрон) слой акрилового лака, затвердевающего под действием ультрафиолетовых лучей.

9. Конечный продукт. В завершение на поверхность диска методом трафаретной печати наносится текст этикетки или какое-либо изображение, также высыхающее под действием ультрафиолетовых лучей[1].

Процесс изготовления дисков данных CD-ROM и музыкальных компакт-дисков практически одинаков.

4.Будущее оптических носителей

К сожалению или к счастью, но оптические диски неуклонно двигаются к забвению. Нет, безусловно, никто не отменяет того факта, что многие люди хранят огромные коллекции данных именно на DVD -- музыка, фильмы, данные. Что же произошло? Почему постдисковая эра началась именно сейчас?

Кто только не пророчил «скорую смерть» оптическим приводам. Это и выход множества нетбуков (одной из отличительных черт которых и было отсутствие привода), и неуклонное удешевление стоимости флэш-памяти и винчестеров всех видов, и всё большая скорость доступа в интернет для рядового пользователя.Несмотря на недостатки распространения цифрового контента без носителя, такие способы становятся всё более популярными. Такие магазины как iTunesи их аналоги в других странах позволяют пользователю получить мультимедийный контент без необходимости покупать, хранить и использовать диски.

Что же было преградой для окончательного отказа от оптических дисков? Этой преградой служила необходимость установки или переустановки ОС и приложений. Социологические опросы показали, что огромное количество пользователей используют оптические приводы только для переустановки операционной системы.Примечательно, что гиганты этой индустрии -- Microsoft и Apple в кратчайшие сроки предложили широкой общественности пути выхода из этой ситуации. Это -- решения для установки операционных систем с USB-накопителей и магазин приложений MacAppStore. Кроме того, широкое распространение получила практика предустановки ОС на скрытый раздел винчестера, что также позволяет проводить переустановку без оптического диска и необходимости в оптическом приводе. С выходом Windows 7 появилась программа Windows 7 USB/DVD Tool, которая упрощала создание загрузочной USB-флешки для установки ОС. При поставке ноутбуков без оптического привода MacbookAir операционная система Mac OS X 10.6 предоставлялась на флеш-накопителе.

Ещё один факт: в оффлайновых магазинах AppleStore прекратилась продажа коробочного софта на DVD. Исчезновение диска с иконки iTunes укрепляет подозрение, что в Apple не видят будущего для физических носителей. По той же причине причине компания не спешит оборудовать свои устройства поддержкой Blu-Ray.И, наконец, последним аккордом в этой мелодии прощания с оптическими дисками стал выход бета-версии Mac OS X 10.7 Lion, которая мало того что распространяется посредством MacAppStore, но ещё и создаёт резервный раздел на винчестере, что позволяет установить или переустановить ОС в будущем без оптического диска и даже без USB с операционной системой.

Оптические диски в 2012-м нам ещё пригодятся, и не раз, но всё реже причиной этого будет необходимость и всё чаще -- просто ностальгия. Такое в индустрии происходило не раз -- достаточно вспомнить кассеты VHS, 3,5-5-дюймовые дискеты или даже виниловые пластинки[5].

Заключение

Оптические диски были очень важным скачком в развитии носителей информации, благодаря им люди смогли хранить в разы больше информации, не загромождая при этом пространство стопками дискет. Сначала технология компакт-дисков была не востребована, так как в то время вся необходимая информация неплохо умещалась и на floppy-дискетах, а технология CDбыла к тому же ещё и достаточно дорогой. Но мощность персональных компьютеров увеличивалась, и требовался новый и более удобный хранитель информации. Вот тут как раз CDи вытеснил дискеты, да и все остальные переносные носители информации.

Технологии не стояли на месте, и компакт-диски эволюционировали сначала до DVD, а затем и до Blu-ray дисков. Однако сейчас оптические диски уже не так востребованы, так как для хранения и переноса информации куда удобнее использовать flash-память, а софт, музыку, фильмы и игры можно купить и через интернет.

Скорую смерть оптическим носителям пророчат и гиганты ITиндустрии. МенеджерSonyпо товарной стратегии в европейской маркетинговой политике домашнего видео ТакаМияма, сказал следующее: «Blu-ray станет последним форматом оптических дисков. Мы не можем создать более тонкий лазер. В будущем, если и будет использоваться физический формат хранения данных, то он изменится принципиально. Он не будет похожим на оптический диск. Я не знаю, какую технологию мы будем использовать в будущем. Но технология лазеров и оптических дисков исчерпала себя»[6]. Так что рано или поздно CD станет таким же раритетным форматом, как и виниловые пластинки, это только вопрос времени.

Список использованных источников

1. Устройства оптического хранения данных.Технология записи компакт-дисков. - 2010. http://disketa.info/page.asp?page=komp&idd=835&raz=6

2. Обзор технологий хранения информации. - 2006.

http://pc.uz/publish/doc/text10943_obzor_tehnologiy_hraneniya_informacii_chast_1_principy_raboty_i_klassifikaciya_zu

3. Краткий экскурс по истории оптических носителей.http://www.podberi.tv/review/469/

4. Blu-ray Disc. - 2012. http://ru.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc

5. Попрощаемся с оптическими дисками. Навсегда. - 2011.http://blogs.computerra.ru/7695

6. Sony считает Blu-Ray последним оптическим форматом. - 2008.http://www.pcnews.ru/news/sony-blu-ray-electricpig-taka-miyama-50-hd-1080p-3d-super-hi-vision-7680-4320-22-75-40-pioneer-tdk-240318.html

Размещено на Allbest.ru