Накопители на оптических и магнитооптических дисках. Назначение, типы, основные характеристики

24

Реферат

на тему:

«Накопители на оптических и магнитооптических дисках.

Назначение, типы, основные характеристики»

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретическая часть

1.1 Введение

1.2 Накопители на оптических дисках

1.3 Накопители на магнитооптических дисках

1.4 Заключение

2. Практическая часть

2.1 Постановка задачи

2.2 Алгоритмы решения вспомогательных задач

2.3 Блок-схема программы

2.4 Результаты расчетов, графики

Список использованной литературы

1. Теоретическая часть

1.1 Введение

Персональные компьютеры имеют четыре иерархических уровня памяти:

· микропроцессорная память;

· основная память;

· регистровая кэш-память;

· внешняя память.

Под внешней памятью подразумевают обычно как устройства чтения/записи информации - накопители, так и устройства, где непосредственно хранится информация - носители информации.

Свойства внешней памяти:

· внешняя память энергонезависима, т. е. информация в ней сохраняется независимо от того, включен или выключен компьютер, вставлен носитель в компьютер или лежит на столе;

· внешняя память - медленная по сравнению с оперативной;

· объем информации, помещающейся во внешней памяти больше, чем во внутренней; а с учетом возможности смены носителей - неограничен.

Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель.

Наиболее распространенными являются накопители следующих типов:

· накопители на магнитной ленте - стримеры;

· накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)

· накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

· накопители на магнитооптических дисках;

· накопители на оптических дисках (CD/DVD и др.).

В порядке возрастания скорости чтения/записи информации устройства внешней памяти располагаются так: магнитные ленты - магнитные диски - оптические диски.

1.2 Накопители на оптических дисках

Накопители на дисках - это устройства для чтения и записи с магнитных или оптических носителей. Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство.

История оптических носителей уходит в начало 60-ых. В 1961 году в США учёный Дэвид Пол Грег (David Paul Gregg) запатентовал аналоговый оптический диск для хранения видеофильмов. Чуть позже его компания Gauss Electrophysics и его собственные патенты были приобретены компанией-лейблом Music Corpotation of America (MCA), которая и начала продвигать разработку Грега на рынок. Формат назвали LaserDisc (LD). Первые подобные диски появились на рынке лишь в 1978. В течение некоторого недолгого времени формат назывался иначе - Optical Videodisc System. Видеосигнал на дисках LD сохраняется в аналоговой форме, в то время как аудиосигнал может быть как в аналоговом варианте, так и в цифре. При этом в случае цифровой записи звука была полная поддержка множества разнообразных звуковых форматов.

Типы оптических дисков:

1. CD (Compact Disc)

Физические характеристики компакт-диска

Геометрические размеры: все члены семейства CD представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска - 1,2 мм.

Конструкция компакт-диска

Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог» (Рис. 1). Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

Рисунок 1. Способ считывания информации

Для чтения информации с CD используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотодетектор. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотодетектора формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска. Запись осуществляется также лазерным устройством. Сегодня наиболее активно распространяются диски со скоростями чтения/записи 40х-50х (? 6 - 7,5 Мб/с). Объем CD достигает до 700 Мб информации. Существует несколько видов (MiniCD, CD-R, CD-RW и др.) и форматов (DIVX, VideoCD, PhotoCD, AudioCD) компакт-дисков.

2. DVD (Digital Versatile Disc/ Digital Video Disc) - носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков. Скорость чтения/записи ? 21 Мб/с. Объем хранимой информации у одностороннего DVD до 4,7 Гб. Двухсторонний DVD-диск, по своей информационной вместимости эквивалентен сразу четырём «простым» DVD или целой куче обычных компакт-дисков. Как и CD, DVD имеет несколько форматов (DVD-Video, DVD-VR, DVD-Audio, Data DVD) и видов (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW).

Рисунок 2. Строение DVD диска.

3. Blu-ray и HD DVD.

Blu-Ray BD - формат оптического носителя, который используется для записи и хранения цифровых данных, таких как видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был разработан и поддержан группой компаний под эгидой японской Sony. Среди участников BDA (Blu-ray Disc Association) также Dell, Hitachi, HP, LG, Mitsubishi, Panasonic, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, TDK и Thomson. Blu-ray (буквально «голубой луч») получил такое название, потому что для записи и чтения используется коротковолновый (405нм) «синий» (сине-фиолетовый) лазер. Коммерческий запуск формата Blu-ray disc состоялся весной 2006 г. С 2006 года (когда появился этот формат) и до начала 2008 у Blu-Ray существовал довольно серьезный конкурент - альтернативный формат HD DVD.

HD DVD - это цифровой оптический медиа-формат, продвигался на рынок фирмами Toshiba, NEC и Sanyo, а также четырьмя серьёзными киностудиями. Максимальная вместимость двухслойного HD DVD диска составляет 30 Гб, что более чем в 1,5 раза меньше объёма Blu-Ray диска. 19 ноября 2003 года на DVD Форуме признали HD DVD в качестве преёмника DVD, как следующий этап в развитии DVD-технологий. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, изначально поддерживавшие HD DVD, постепенно перешли на Blu-Ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию и в HD DVD и в Blu-Ray формате, отказалась от использования первого в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой «войне форматов».

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 Гб. Также в стадии разработки находятся диски емкостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и восьми слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 Гб. На данный момент доступны диски BD-R и BD-RE, в разработке находится формат BD-ROM. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта.



Рисунок 3. Гибридный оптический диск, совмещающий Blu-ray и DVD.

Японская компания Infinity Storage Media разработала оптический диск нового типа (Рис. 3), данные на который могут быть записаны как в DVD-, так и в Blu-ray-формате. Гибридный носитель содержит на одной стороне слой Blu-ray, вмещающий 25 Гб информации (на рисунке - BD), под которым расположены два слоя DVD с суммарным объемом в 8,5 Гб (DVD L0 и DVD L1). Между слоем Blu-ray и слоями DVD размещен специальный материал, пропускающий луч красного лазера. Таким образом, диск может быть воспроизведен как на стандартных DVD-плеерах, так и на проигрывателях нового поколения с поддержкой Blu-ray.

4. HVD (Holographic Versatile Disc) - голографический многоцелевой диск - довольно перспективная технология производства оптических дисков, разрабатываемая с недавнего времени. Она позволяет значительно увеличить емкость диска по сравнению с Blu-Ray и HD DVD путем использования метода

голографии.



Рисунок 4. Структура голографического диска.

В этой технологии используется два лазера: один -- красный, а второй -- зелёный, сведённые в один параллельный луч. С помощью зелёного лазера производится чтение данных, закодированных в виде сетки с голографического слоя близкого к поверхности диска, а с помощью красного лазера считываются вспомогательные сигналы с обычного компакт-дискового слоя в глубине диска. Вспомогательная информация используется для отслеживания позиции чтения, как это делается в системе CHS в обычном жёстком диске. На CD или DVD эта информация внедрена в данные.

Предполагаемая информационная ёмкость таких дисков достигает 3,9 терабайт (Тб), что примерно равно 6000 CD, 830 DVD или 160 однослойным дискам Blu-ray; скорость передачи данных - до 1 Гбит/сек. Optware собирался выпустить диск емкостью 200Гб начале июня 2006 года и Maxell в сентябре 2006 ёмкостью 300Гб. HVD стандарт был утверждён и опубликован 28 июня 2007 г.

1.3 Накопители на магнитооптических дисках

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации.

CD-MO (Compact Disc-Magneto-Optical, Магнитооптический компакт-диск) - разновидность компакт-диска (CD), разработан в 1988 году и позволяет многократно записывать и стирать информацию. Стандарт CD-MO в общих чертах является компакт-диском с магнитооптическим записывающим слоем. CD-MO появился до внедрения технологии записываемых CD-RW компакт дисков.

Конструктивно магнитооптический диск состоит из толстой стеклянной подложки, на которую наносится светоотражающая алюминиевая пленка и ферромагнитный сплав - носитель информации, покрытый сверху защитным слоем прозрачного пластика.

Процесс записи на магнитооптический диск идет в два прохода. Сначала каждая битовая ячейка, в которую осуществляется запись, нагревается лучом лазера до температуры Кюри (около 200°С), когда намагниченность ферромагнитного слоя на поверхности исчезает, а при остывании внешнее магнитное поле переводит все ячейки в одинаковое состояние, то есть информация стирается. Затем направление поля магнитной головки изменяется на противоположное, и луч лазера включается лишь над теми ячейками, значение которых следует поменять.

Чтение с таких дисков осуществляется за один проход. Лазерный луч (ослабленный, чтобы избежать нагрева) направляется на битовую ячейку, а светочувствительный элемент анализирует поляризацию отраженного луча, которая зависит от ориентации частиц в ячейке. В зависимости от полученного результата контроллер дисковода посылает ноль либо единицу.

Магнитооптические диски допускают миллион циклов перезаписи.

К основным недостаткам стандартной магнитооптической технологии относится, прежде всего, низкая скорость перезаписи, поскольку данный процесс требует осуществления трех циклов - стирания старых данных, записи новых и проверки. Для уменьшения времени перезаписи цикл проверки, как правило, не используется. Чтобы еще более увеличить скорость перезаписи была разработана спецификация OverWrite, которая устраняет цикл стирания. Типоразмеры магнитооптических накопителей - 3.5”, 5.25”.

Магнитооптические диски формата 5.25” могут иметь следующие емкости: 650 Mb, 1.3 Gb, 2.6 Gb, 4.6 Gb, 5.2 Gb. Эти диски являются двусторонними.    

Магнитооптические диски формата 3.5” могут иметь следующие емкости: 128 Mb, 230 Mb, 540 Mb, 640 Mb, 1.3 Gb. 3.5”. Диски являются односторонними.

Данный формат не получил широкого коммерческого распространения и успеха, так как в основном позиционировался на рынке как замена накопителей на магнитной ленте. Каждый производитель делал свой тип картриджей, их приводы требовали специфичного программного обеспечения. Часто параметры и формат записи не соответствовал общему стандарту (даже на физическом уровне). Всё это приводило к невозможности прочитать записанные диски на оборудовании другого производителя или даже на том же самом приводе, если версия программного обеспечения не соответствовала тому, которое использовалось при записи диска.

Скорости записи, также были весьма ограниченными, примерно 1х или 2х стандартной скорости CD-ROM, иногда и меньше.

В связи с тем, что это был самый первый вариант записываемых оптических дисков, неразберихой со стандартами записи и несовместимостью программного обеспечения, огромными размерами самих приводов и высокими ценами на носители и сами приводы, и низкими скоростями записи - эта технология использовалась в очень узком круге задач. Вскоре появившийся стандарт CD-R/CD-RW очень быстро вытеснил CD-MO почти отовсюду. Также появился и более развитый стандарт МО дисков - ZIP диски.

1.4 Заключение

На настоящий момент существуют четыре типа оптических носителей информации: CD, DVD, HD DVD и Blu-Ray. Хотя стандарт HD DVD уже практически сошел со сцены, его разработчик - фирма Toshiba отказалась от его дальнейшей поддержки.

Рисунок 5. Сравнение основных параметров приводов и носителей CD, DVD, HD DVD и Blu-ray.

На первый взгляд, кажется, что оптические носители исчерпали резервы увеличения емкости. Однако существует несколько возможных путей существенного увеличения объема записываемой информации:

· многослойная запись;

· многоуровневая запись на основе комбинированной фазовой модуляции;

· запись в ближнем поле;

· многослойные диски на основе флуоресцирующих сред;

· комбинации вышеперечисленных способов.

Теоретические оценки показывают, что при комбинации вышеупомянутых способов возможно увеличение емкости стандартного оптического носителя диаметром 120 мм до 1 Тбайта.

Основой для увеличения объема оптического диска является переход на многослойную структуру. Переход к многослойным носителям требует разработки новых сред и новых принципов записи информации. Из известных на настоящее время способов и сред одно- и двухфотонная флуоресценция, бактериоходопсины, голография и спектрально-селективные среды, наиболее перспективным представляется развитие сред на основе фотохромных материалов.

На конференции Optical Data Storage Topical Meeting (ODS), которая состоялась 10-13 мая 2009 в Lake Buena Vista, Florida United States компанией «ТЕТА» (Российская группа исследователей) был представлен проект «Создание нового поколения устройств записи и хранения информации ёмкостью до 12 Тбайт для компьютерной техники».

Заявляемое устройство использует принципы послойной записи-стирания-считывания в предварительно сформированных слоях, уже используемые в существующих DVD приводах. Система существующего привода, кардинальной переработки не требует, а только ее модернизации - положительный эффект достигается путем замены монохромного источника излучения на источник или комбинацию источников излучающих на разных длинах волн, при этом все основные принципы построения системы регулирования и записи остаются неизменными.

Производство заявляемого устройства, в сравнении с аналогами, не требует применения тонких технологий изготовления носителя с «оптической» точностью.
Стоимость промышленного изготовления данного оптического диска сопоставима с изготовлением стандартных CD, DVD - дисков, при этом возможно массовое производство дисков с предварительно записанной информацией по технологиям применяемых при тиражировании стандартных дисков.

2. Практическая часть

2.1 Постановка задачи

Вычислить наименьший положительный корень полинома средствами пакета Microsoft Excel, с помощью пакета математических вычислений Maple, с помощью языка программирования Visual Basic.

x^5-3*x-3

2.2. Алгоритмы решения вспомогательных задач

Для вычисления наименьшего положительного корня уравнения будем использовать метод деления пополам на интервале [0,T], T>2.

Microsoft Excel

Задаем в столбце A сетку значений по оси Ox с равномерным шагом h=0.1 следующим образом: поместим в клетку А1 значение 0. Затем заполняем клетки столбца А значениями с шагом 0,1 до конечного значения 2,0.

Процесс заполнения зависит от шага, с которым будет выполняться построение графика полинома для подбора интервала, в котором находится первый положительный корень. Поместим в клетку D1 значение шага 0,1 и придадим этой клетке имя h. Затем вводим в клетку А2 формулу

=А1+h

и копируем эту формулу до клетки А21, в которой в результате отобразится значение 2,0.

Вводим в клетку В1 формулу, определяющую значения функции на отрезке [0, 2]

= A1^5-3*A1-3

и копируем ее в столбце В до клетки В21.

Строим правее столбца D график заданного сигнала. Получаем график полинома и таблицу, из которой можно указать приближенное значение корня х=1,5, в окрестности которого полином меняет знак (рис. 6). Изменяя начальную точку интервала в клетке А1 и шаг h на меньшее значение, например, А1=1,4; h=0,01 можно уточнить значение корня, которое можно взять как х=1,5 (рис. 2).

Выделяем клетку В1 и с помощью действия в меню: «Сервис/Подбор параметра» в диалоговом окне задаем желаемое значение 0 для ячейки В1, изменяя значение аргумента в ячейке А1.

В ячейке А1 получаем требуемое значение х=1,4957, в котором значение y отличается от нуля на погрешность -0,001.

Maple

Каждая командная строка начинается с оператора начала ввода « > »; заканчивается оператором вывода результатов на рабочий лист « ; ».

Начинаем работу с ввода команды « restart » - очистка памяти системы.

Задаем полином оператором присваивания

« : = ». >y:= x^5-3*x-3;

С помощью команды « plot » выполняем построение графика полинома на отрезке [0, 2]. > plot(y,x=0..2);

Получим график (рис. 9).

С помощью команды « fsolve » вычисляем все корни полинома в плавающем формате, в нужном нам интервале получаем

1,495771348. >fsolve(y,x=2);

Таким образом, требуемое решение x=1,4957.

Visual Basic

1. ввод переменной поля шага.

2. задание цикла вычислений.

3. ввод формул.

4. ввод условий.

5. вычисление.

6. получение ответа.

Построение программы

В программной среде VB6 в появившемся окне выбора проекта выбираем - standart EXE.

После чего появляется форма и окно редактора кода, на форму наносятся компоненты с панели инструментов - toolbox ,она обычно расположена слева. Для программы нам нужны 3 компонента, это «label», «textbox» и «command button».

Двойным щелчком левой кнопки мыши компоненты добавляются на форму. Мы добавляем 1 компонент textbox, в котором будет задаваться значение точности вычисления наименьшего положительного корня.

Далее добавляем 4 компонента label, в первом и втором будут подписи x= и y=, они соответствуют другим двум label, в которых будут выводиться результаты - наименьший положительный корень(x), и значение функции y(x) - y.

Пятый компонент кнопка - «вычислить», связана с формулой вычисления наименьшего корня, - ядра программы. Получается готовая форма - оболочка программы.

При двойном щелчке на кнопку, появляется редактор кода программы, в нем вводим переменную t, она соответствует полю textbox. В это поле можно вручную внести шаг для интервала (0;2), с учётом этого будет производиться расчёт.

Задаём цикл вычислений, используя оператор FOR, он производит перебор значений с учётом шага, от 0 до 2х. каждое значение подставляется в условные формулы.

a1 = x ^ 5 - 3 * x - 3

a2 = (x - t) ^ 5 - 3 * (x - t) - 3

Первая формула вычисляет значение функции и корень, вторая то же самое только на одно значение шага меньше. Это нужно для того, чтобы программа вывела значение функции от первого положительного значения корня и сам корень, при условии, если (a1 > 0) и (a2 < 0).

То есть когда второе значение функции отрицательное, а первое положительное то - вывод ответа, иначе, берется следующее значение корня. Условия задаются ниже формул.

В итоге были получены следующие результаты, по 5ти значениям шага.

Значения корня	Шаг
1,5	0,1
1,5	0,01
1,49599	0,001
1,49579	0,0001
1,49578	0,00001



Рисунок 10. Окно готовой программы с вычисленными значениями функции и корня.

2.3 Блок-схема программы

2.4 Результаты расчетов, графики

Вычисление средствами пакета Microsoft Excel

0,00	-3,000		0,1
0,10	-3,300
0,20	-3,600	Рисунок 6
0,30	-3,898
0,40	-4,190
0,50	-4,469
0,60	-4,722
0,70	-4,932
0,80	-5,072
0,90	-5,110
1,00	-5,000
1,10	-4,689
1,20	-4,112
1,30	-3,187
1,40	-1,822
1,50	0,094
1,60	2,686
1,70	6,099
1,80	10,496
1,90	16,061
2,00	23,000



1,40	-1,822		0,01
1,41	-1,657
1,42	-1,486	Рисунок 7
1,43	-1,310
1,44	-1,128
1,45	-0,940
1,46	-0,746
1,47	-0,546
1,48	-0,339
1,49	-0,126
1,50	0,094
1,51	0,320
1,52	0,554
1,53	0,794
1,54	1,042
1,55	1,297
1,56	1,559
1,57	1,829
1,58	2,107
1,59	2,392
1,60	2,686



1,4957	-0,001		0,01
1,5057	0,223
1,5157	0,453	Рисунок 8.
1,5257	0,691
1,5357	0,935
1,5457	1,187
1,5557	1,446
1,5657	1,713
1,5757	1,987
1,5857	2,269
1,5957	2,559
1,6057	2,858
1,6157	3,164
1,6257	3,479
1,6357	3,803
1,6457	4,135
1,6557	4,477
1,6657	4,827
1,6757	5,186
1,6857	5,555
1,6957	5,934

Х=1,4957

Вычисление средствами математического пакета MAPLE

> restart;

> y =:x^5 - 3*x - 3;

y =x⁵ - 3x - 3;

> plot(y,x=0…2);

Рисунок 9

> flosve(y, x=2);

1.495771348

Х=1,4957

Вычисление с помощью языка программирования Visual Basic

Код программы с комментариями

Private Sub Command1_Click() // действие при нажатии на кнопку вычислить

t = Text1.Text // присвоение переменной t значения поля textbox

For x = 0 To 2 Step t // задание цикла от 0 до 2х с шагом t

a1 = x ^ 5 - 3 * x - 3 // вычисление функции со значением x

a2 = (x - t) ^ 5 - 3 * (x - t) - 3 // вычисление функции со значением x - t

If (a1 > 0) And (a2 < 0) Then Label2.Caption = x // условие, если функция 1 > 0 и функция 2 < 0,

If (a1 > 0) And (a2 < 0) Then Label4.Caption = a1 // то вывести ответ

Next x // если значение корня меньше нуля то берется следующее значение и цикл повторяется снова

End Sub // конец программы

Список использованной литературы

1. ru.wikipedia.org «Википедия - свободная энциклопедия»

2. www.alleng.ru «Мы и образование»

3. Visual Basic 6. Учебный курс / Стив Браун.

4. Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. - СПб.: Питер, 2003.