Внешние запоминающие устройства

Загрузка процессора

Любая аппаратная или программная часть компьютера использует процессор. Загрузкой процессора называют время, которое процессор затрачивает на выполнение определенной задачи. Низкая загрузка процессора при выполнении задачи говорит о том, что остальные устройства и программы быстрее получат к нему доступ. Применительно к накопителям CD/DVD-ROM на загрузку процессора влияет три фактора: скорость накопителя CAV, размер буфера и тип интерфейса.

Прямой доступ к памяти

В настоящее время практически во всех компьютерах устанавливается контроллер Bus Master IDE, который позволяет помещать данные непосредственно в оперативную память, минуя процессор. При использовании подобных контроллеров загрузка процессора накопителем CD/DVD-ROM (независимо от типа интерфейса) снижается до 11%.

Практически все современные накопители CD-ROM (12x и выше) и системные платы поддерживают передачу данных непосредственно в память. Чтобы определить, есть ли в вашей системе поддержка прямого доступа к памяти, щелкните на пиктограмме Система (System) в окне Панель управления (Control Panel). Во вкладке Устройства (Device Manager) щелкните на знаке "+" возле группы устройств Контроллеры жестких дисков (Hard Disk Controllers). Если в списке есть устройство Bus Master, значит, в вашей системе поддерживается прямой доступ к памяти. Для установки прямого доступа к памяти недостаточно иметь контроллер Bus Master IDE, нужны еще устройства (жесткие диски и накопители CD-ROM ), которые будут поддерживать этот режим. Узнайте тип установленных в вашей системе накопителей и проконсультируйтесь у производителей о поддерживаемых свойствах. Жесткие диски и накопители CD-ROM, которые поддерживают режимы MultiWord DMA Mode 2 (16,6 Мбайт/с), UltraDMA Mode 2 (33 Мбайт/с), UltraDMA Mode 4 (66 Мбайт/с) или более быстрые, могут использовать прямой доступ к памяти.

Для того чтобы активизировать прямой доступ к памяти жесткого диска или накопителя CD-ROM, дважды щелкните на нем во вкладке Устройства диалогового окна Свойства: Система и в появившемся окне свойств данного устройства во вкладке Настройка (Settings ) установите флажок DMA.

Интерфейс

Под интерфейсом накопителя CD-ROM понимается физическое соединение накопителя с шиной расширения. Поскольку интерфейс - это канал, с помощью которого данные передаются от накопителя к компьютеру, его значение чрезвычайно велико. Для подключения накопителя CD-ROM к компьютеру используются следующие типы интерфейсов:

• SCSI/ASPI (Small Computer System Interface/Advanced SCSI Programming Interface) ;
• IDE/AT API (Integrated Device Electronics/AT Attachment Packet Interface) ;
• параллельный порт;
• порт USB ;
• Fire Wire (IEEE-1394) .

Механизм загрузки

Существует три принципиально разных типа загрузки компакт-дисков: в контейнеры накопителя, в выдвижные лотки и механизмы автозагрузки.

Выдвижные лотки

В большинстве простых накопителей на компакт-дисках для установки диска используются выдвижные лотки. Для того чтобы заменить диск, необходимо выдвинуть лоток из накопителя, вынуть диск, положить его в прозрачную пластмассовую коробочку, вынуть новый диск из другой такой же коробочки, положить в лоток и задвинуть его обратно.

Контейнеры

Когда-то этот механизм загрузки дисков использовался в большинстве высококачественных накопителей на компакт-дисках, а также в дисководах CD-R и DVD-RAM. Диск устанавливается в специальный, плотно закрывающийся контейнер с подвижной металлической заслонкой. У него есть крышка, которую откидывают исключительно для того, чтобы поместить диск в контейнер или вынуть его; все остальное время крышка остается закрытой. При установке контейнера в накопитель металлическая заслонка специальным механизмом сдвигается в сторону, открывая лазерному лучу путь к поверхности компакт-диска.

Механизм автозагрузки

В некоторых моделях накопителей используется механизм автозагрузки, т.е. вы помещаете компакт-диск в щель на передней панели, а механизм автозагрузки самостоятельно "засасывает" его внутрь. Однако этот механизм не позволяет использовать диски диаметра 80 мм, а также прочие диски с модифицированными физическими форматами или формами.

Другие особенности накопителей на компакт-дисках

Безусловно, достоинства устройств в первую очередь определяются их техническими характеристиками, но существуют и другие немаловажные факторы.

Помимо качества конструкции и надежности, при выборе накопителя необходимо учитывать такие его свойства:

• защита от пыли;
• автоматическая очистка линз;
• тип накопителя (внешний или внутренний).

Автоматическая очистка линз

Если линзы лазерного устройства загрязнены, считывание данных замедляется, поскольку очень много времени уходит на повторные операции поиска и чтения (в худшем случае данные могут вообще не считываться). В подобной ситуации следует использовать специальные чистящие диски. Некоторые современные высококачественные модели накопителей имеют встроенное устройство очистки линз.

Записывающие накопители на компакт-дисках

Существует два основных типа записываемых компакт-дисков и накопителей: записываемые CD-R (Recordable) и перезаписываемые CD-RW (Rewritable) .

Большинство записывающих накопителей CD-ROM - это устройства WORM (write once, read many - однократная запись, многократное чтение), предназначенные для длительного хранения. Фактическим стандартом этого типа устройств стали накопители CD-R Они идеально подходят для резервного копирования системы и подобных операций. Однако при частом резервном копировании или архивировании, несмотря на низкую стоимость носителя, становится невыгодно использовать устройства CD-R В данном случае следует обратить внимание на устройства многократной записи CD-RW.

Накопители CD-R

Диски CD-R, на которые уже записаны какие-либо данные, могут воспроизводиться или считываться практически любым стандартным накопителем CD-ROM. Диски этого типа весьма удобны для хранения архивных данных и создания мастер-дисков, которые могут тиражироваться и распространяться среди служащих небольших компаний.

Диски CD-R работают по тем же принципам, что и стандартные CD-ROM, отражая лазерный луч от поверхности диска и отслеживая изменения отражательной способности при появлении переходов "впадина-площадка" или "площадка-впадина". На обычных компакт-дисках спиральная дорожка выдавливается или штампуется в поликарбонатной массе. В свою очередь, диски CD-R содержат рисунок впадин, выжженный на приподнятой спиральной дорожке. Таким образом, впадины представляют собой темные (выжженные) участки, отражающие меньшее количество света. В целом отражательная способность впадин и площадок остается такой же, как и на штампованных дисках, поэтому обычные дисководы CD-ROM и проигрыватели музыкальных компакт-дисков читают как штампованные диски, так и CD-R.

Запись CD-R начинается еще до того, как вы вставите диск в накопитель. Процесс изготовления носителей CD-R и стандартных компакт-дисков практически одинаков. В том и в другом случае выполняется прессование расплавленной поликарбонатной массы с использованием формообразующей матрицы. Но вместо штамповки впадин и площадок матрица формует на диске спиральную бороздку (которая называется изначальной бороздкой (pre)groove )). Если смотреть со стороны считывающего (и записывающего) лазера, расположенного под диском, эта канавка представляет собой спиральный выступ, а не углубление.

Границы спирального выступа (изначальной бороздки) имеют определенные отклонения от продольной оси (так называемые колебания). Амплитуда колебаний по отношению к расстоянию между витками дорожки достаточно мала. Расстояние между витками равно 1,6 микрона, а величина поперечного отклонения выступа достигает всего лишь 0,03 микрона. Колебания канавки CD-R модулируют некоторую дополнительную информацию, которая считывается накопителем. Сигнал синхронизации, определяемый колебаниями дорожки, модулируется вместе с временным кодом, другими данными и называется абсолютным временем изначальной дорожки ( Absolute Time In Pre - groove - ATIP ). Временной код выражается в формате "минуты : секунды : кадр" и вводится в Q -подкоды кадров, записанных на диске. Сигнал ATIP позволяет накопителю распределить необходимые области на диске перед фактической записью кадров. Технически сигнал позиционирования представляет собой уход частоты и определяется несущей частотой 22,05 кГц и отклонением 1 кГц. Для передачи информации используются изменения частоты колебаний.

Процесс изготовления CD-R завершается нанесением с помощью метода центрифугирования равномерного слоя органического красителя. Затем создается золотой отражающий слой. После этого поверхность диска покрывается акриловым лаком, затвердевающим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее созданных золотого и окрашенного слоев диска. Исследования показали, что алюминий, используемый с органическим красителем, подвержен сильному окислению. Поэтому в дисках CD-R используется золотое покрытие, обладающее высокой коррозионной стойкостью и имеющее максимально возможную отражательную способность. На поверхность диска, покрытую слоем лака, методом трафаретной печати наносится слой краски, используемый для идентификации и дополнительной защиты диска. Лазерный луч, применяемый при чтении и записи диска, вначале проходит через прозрачный поликарбонатный слой, слой органического красителя и, отразившись от золотого слоя, снова проходит через слой красителя и поликарбонатной массы, после чего улавливается сенсором оптического датчика накопителя.

Отражающий слой и слой органического красителя имеют те же оптические свойства, что и неразмеченный компакт-диск. Другими словами, дорожка незаписанного (чистого) диска CD-R воспринимается считывающим устройством компакт-дисков как одна длинная площадка. Лазерный луч дисковода CD-R имеет одну и ту же длину волны (780 нм), но мощность лазера, используемого для выполнения записи, в частности для нагрева окрашенного слоя, в 10 раз выше. Лазер, работающий в импульсном режиме, нагревает слой органического красителя до температуры 482-572 °F (250-300 °С). При этой температуре слой красителя буквально выгорает и становится непрозрачным. В результате лазерный луч не доходит до золотого слоя и не отражается обратно, чем достигается тот же эффект, что и при погашении отраженного лазерного сигнала, происходящем при чтении штампованных компакт-дисков.

Во время чтения диска накопитель считывает несуществующие впадины, в качестве которых выступают участки с низкой отражательной способностью. Эти участки появляются при нагревании органического красителя, поэтому часто процесс записи диска называют выжиганием. Выжженные участки красителя изменяют свои оптические свойства и становятся не отражающими. Изменение этих свойств возможно лишь один раз, поэтому CD-R называются носителями с однократной записью.

Накопители CD-RW обратно совместимы с устройствами CD-R и позволяют читать или записывать данные на носители CD-R.

Для CD-RW характерно следующее:

• они могут перезаписываться;
• имеют более высокую стоимость;
• отличаются меньшей скоростью записи;
• имеют более низкую отражательную способность.

Помимо высокой стоимости и возможности перезаписи данных, носители CD-RW отличаются также более низкой (в два и более раза) скоростью записи. Это связано с тем, что при выполнении записи на обработку каждой области диска лазеру требуется больше времени. Диски CD-RW также имеют более низкую отражательную способность, что ограничивает их читаемость. Носители CD-RW, например, не читаются многими стандартными накопителями CD-ROM и CD-R Поэтому для записи музыкальных дисков или совместимости с накопителями разных типов лучше пользоваться дисками CD-R. Следует заметить, что технология MultiRead, поддерживаемая в настоящее время практически всеми накопителями со скоростью 24х и выше, позволяет читать диски CD-RW без каких-либо проблем. Наличие этой возможности определяется по логотипу MultiRead, нанесенному на корпус накопителя CD-ROM.

Чтобы создать подобие впадин на поверхности диска, в накопителях и носителях CD-RW используется процесс изменения фазы состояния. Диски создаются на поликарбонатной подложке, содержащей предварительно отформованную спиральную канавку волнистой формы, колебания которой определяют информацию позиционирования. Верхняя часть основы покрывается специальным диэлектрическим слоем (изоляцией), после чего наносится записывающий слой, еще один слой диэлектрика и алюминиевый отражающий слой. Затем поверхность диска покрывается акриловым лаком, затвердевающим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее созданных слоев диска. Диэлектрические слои, расположенные выше и ниже записывающего слоя, предназначены для экранирования поликарбонатной подложки и отражающего металлического слоя от интенсивного нагрева, используемого во время процесса записи с изменением фазы состояния.

Запись дисков CD-R осуществляется посредством нагрева определенных участков органического красителя (т.е. слоя записи). В свою очередь, записывающий слой CD-RW представляет собой сплав серебра, индия, сурьмы и теллурия ( Ag-In-Sb-Te ), обладающий возможностью фазовых превращений. В качестве отражающей части записывающего слоя используется сплав алюминия, который ничем не отличается от применяемого в обычных штампованных дисках. Во время операции считывания или записи данных лазерное устройство расположено с нижней стороны диска. Если смотреть со стороны лазера, спиральная канавка будет выглядеть как выступ, причем записывающий слой диска будет располагаться на его верхней плоскости.

Сплав Ag-In-Sb-Te, используемый в качестве записывающего слоя, имеет поликристаллическую структуру с отражательной способностью 20%. Во время записи данных на диск CD-RW лазер может работать в двух режимах, которые называются Р-записью и Р-стира-нием. В режиме Р-записи лазерный луч нагревает материал записывающего слоя до температуры 500-700 °С (932-1229 °F), что приводит к его плавлению. В жидком состоянии молекулы сплава начинают свободно перемещаться, в результате чего материал теряет свою кристаллическую структуру и переходит в аморфное (хаотическое) состояние. Отражательная способность материала, застывшего в аморфном состоянии, снижается до 5%. При чтении диска области с различными оптическими свойствами воспринимаются так же, как и впадины обычного штампованного диска CD-ROM.

В режиме стирания слой активного материала нагревается примерно до температуры 200°C (392°F), которая значительно ниже точки плавления, но достаточна для размягчения материала. При нагреве активного слоя до указанной температуры с последующим медленным охлаждением происходит преобразование структуры материала на молекулярном уровне, т.е. переход из аморфного в кристаллическое состояние. При этом отражательная способность материала повышается до 20%. Области, имеющие более высокую отражательную способность, выполняют ту же функцию, что и зоны штампованного компакт-диска.

Хотя такой режим работы лазера и называется Р-стиранием, непосредственного стирания данных не происходит. Вместо этого применяется технология прямой перезаписи данных, при использовании которой участки CD-RW, имеющие более низкую отражательную способность, не стираются, а просто перезаписываются. Другими словами, во время записи данных лазер постоянно включен и генерирует импульсы различной мощности, создавая тем самым области аморфной и поликристаллической структуры с различными оптическими свойствами.

Совместимость накопителей: спецификации MultiRead

Для указания совместимости того или иного накопителя ассоциация OSTA (Optical Storage Technology Association) разработала промышленный стандарт, систему тестирования и логотип, которые должны гарантировать определенные уровни совместимости. Все это называется спецификациями MultiRead. В настоящее время существуют следующие уровни спецификации:

• MultiRead для накопителей CD-ROM ;
• MultiRead2 для накопителей DVD-ROM.

Кроме того, разработан аналогичный стандарт MultiPlay, который предназначен для владельцев устройств DVD-Video и CD-DA.

х - накопитель будет считывать с этого носителя.

Наличие одного из этих логотипов гарантирует соответствующий уровень совместимости. Если вы приобретаете накопитель CD-ROM или DVD и хотите считывать перезаписываемые или записываемые диски, убедитесь, что на накопителе есть логотип MultiRead. Для накопителей DVD версия MultiRead будет намного дороже в связи с дополнительной стоимостью механизмов, работающих с двумя лазерами. Практически все накопители DVD-ROM, используемые в компьютерных системах, имеют сдвоенный механизм считывания, что позволяет считывать данные с дисков CD-R и CD-RW.

Интересный факт

Shape CD (фигурный компакт-диск) - оптический носитель цифровой информации типа CD-ROM, но не строго круглой формы, а с очертанием внешнего контура в форме разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолеты, сердечки, звездочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д.

Обычно применяется в шоу-бизнесе как носитель аудио- и видеоинформации. Был запатентован рекорд продюсером Марио Коссом в Германии (1995). Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в компьютерных приводах CD-ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть, что может привести к полному выходу привода из строя.

Стандарты перезаписываемых устройств и дисков DVD

История перезаписываемых устройств и DVD началась в апреле 1997 года, когда компании, входящие в группу DVD Forum, представили спецификации для перезаписываемых дисков DVD, DVD-RAM и DVD-R. Немного позже в их число вошел также диск DVD-RW. Эти стандарты не оправдали ожиданий, поэтому ведущие компании, занимающиеся производством оптических дисков и накопителей, сформировали собственную группу, получившую название DVD+RW Alliance, и создали стандарт DVD+R и DVD+RW.

DVD-RAM

Накопители DVD-RAM используют технологию изменения фазы, схожую с технологией CD-RW. Технология DVD-RAM использует так называемую методику записи на волнообразные выступы и желобки. В соответствии с этой методикой сигнал записывается и на выступ (площадь между желобками), и в сами желобки, которые формируются при создании диска. Частота колебания дорожек служит информацией для синхронизации. Кроме того, диск содержит специальные заголовки секторов, которые наносятся на него при создании.

Для записи на диск применяется метод изменения фазы, в соответствии с которым данные записываются на участок, выборочно нагретый с помощью лазера высокой мощности. Записывающий лазер накопителя DVD-RAM переводит участок поверхности диска из кристаллического в аморфное состояние за счет нагревания поверхности. Кристаллическая и аморфная поверхности имеют разные коэффициенты отражения. Сигнал считывается благодаря разнице в отражении лазерного луча от кристаллической и аморфной поверхностей.

DVD-R

DVD-R - это однократно записываемые диски. Они бывают двух типов: диски общего назначения (general purpose) и диски для авторинга ( authoring ). DVD-R общего назначения, в отличие от дисков для авторинга, содержат встроенную систему защиты от нелегального копирования. Диски общего назначения можно записывать на обычном DVD рекордере. Для записи авторинговых дисков используются специальные рекордеры. Записанные таким образом диски не содержат защиты от нелегального копирования и используются только для последующего тиражирования на заводах. Объем DVD-R общего назначения - 4,7 Гб. Технология DVD-R использует органическое покрытие.

Для обеспечения точности позиционирования в DVD-R используется метод волнообразных желобковых дорожек, в соответствии с которым специальные желобковые дорожки в заводских условиях гравируются на диске. Данные записываются только в желобки. Частота отклонений желобков является синхронизирующей при считывании информации с диска. Желобки расположены более плотно, чем в DVD-RAM, однако данные записываются только в желобки - площадки не используются.