Теоретическая Информатика

Магнитный диск

Дорожка

Сектор

Рис. 2.9. Разбивка дорожек магнитного диска на секторы

Форматирование современных жестких дисков производится только на заводе, где диски изготовлены.

Форматирование дискет также может производиться на заводе, однако форматирование дискет необходимо освоить всем пользователям компьютеров. Быстрое форматирования (см. следующий раздел 2) освобождает дискету от всей информации, на ней записанной. Обычное форматирование дискеты, включающее в себя и форматирование низкого уровня, тестирует качество дискеты, проверяя, нет ли на ней сбойных участков.

Снова посмотрим на рис. 2.9. Очевидно, что длина сектора выше на периферии диска, а у центра диска секторы короче. Это означает, что плотность записи информации повышается от периферии к центру диска, поскольку диск вращается с по-

стоянной угловой скоростью.

Следовательно, поскольку разметка секторов начинается с периферии диска, то лучше всего хранятся данные, записанные на магнитный диск первыми. Если магнитный диск заполнятся полностью, то первыми будут портиться данные, которые попали в центр диска.

3°. У п р а ж н е н и я 1. Объем дискеты составляет 1,44 Мб. Сколько секторов на

дискете?

2. Кластер и форматирование

1°. К л а с т е р Сектор все еще слишком мал для оперативной работы с

данными, записанными на жестких магнитных дисках.

Для работы с участками магнитных дисков необходимо их пронумеровать. Но на жестких дисках секторов так много, что для нумерации, кодирования всех секторов требуется много чисел. Поскольку нумерация секторов устроена так, что под номер сектора отводится двоичное число с фиксированным количеством знаков, то количество номеров, а вместе с ними и количество секторов, ограничено.

В настоящее время наиболее распространена система кодирования секторов, в которой номер сектора является 16-значным двоичным числом. Поэтому секторов не может быть больше, чем Но на современных жестких дисках секторов больше.

Кроме того, нумерация секторов хранится на том же диске, а когда под это отводится много места, работа с диском неэффективна.

Эти две проблемы решаются за счет того, что нумеруются не секторы, а группы секторов — кластеры.

Кластер — это группа из фиксированного количества секторов, которую читает/записывает операционная система за один раз.

В кластер объединяются сектора одной дорожки- -кольцá, но обычно не в той последовательности, в которой секторы расположены на дорожке. Секторы объединяются в кластеры не подряд, а с некоторым фиксированным шагом, подобранным таким образом, чтобы процесс чтения/записи секторов кластера проходил как можно быстрее.

Естественно, чем больше объем диска, тем больше секторов в кластере. Чтобы объединить секторы в кластеры, нужно специальный процесс — еще одно форматирование.

2°. Ф о р м а т и р о в а н и е

Форматирование высокого уровня — процесс объединения секторов в кластеры. Форматирование высокого уровня называют просто форматированием, поскольку это самый распространенный из трех видов форматирования и часто единственный, известный обычному пользователю.

На дискете кластер состоит из одного сектора, поэтому здесь форматирование низкого и высокого уровней совпадают.

При записи на диск данных информация о том, какие данные в какие кластеры записаны, находится на том же диске в FAT-области. Пространство диска разделено на две области: 1) внутреннюю область данных; 2) внешнюю FAT с кодами соответствия данных кластерам (см. рис. 2.10).

Магнитный диск

Область соответствия данных кластерам — FAT

Область данных

Рис. 2.10. Область данных и область соответствия данных кластерам

Можно быстро подготовить диск для записи новых данных, удалив лишь информацию из области соответствия данных кластерам. Разумеется, при этом все данные сохраняются в своих кластерах и, в принципе, могут быть восстановлены.

Быстрое форматирование — процесс очистки области соответствия данных кластерам.

3°. У п р а ж н е н и я

1. Винчестер имеет максимум 216 кластера, кластер — максимум 64 сектора. Определите максимальную емкость винчестера.

§ 3. Структура оптических дисков

1. CD

1°. С т р у к т у р а к о м п а к т - д и с к о в Компакт-диск — оптический хранитель информации в ви-

де диска, имеющий небольшой объем меньше 1 Гб.

Дисковод чтения компакт-дисков, CD-ROM-drive (read only memory — память только для чтения, читается «си-ди-ром- драйв») — устройство для чтения компактов.

Компакт-диск называется коротко компакт, или CD (compact disk, читается «си-ди»). Устройство чтения CD называется также CD-ROM-drive (read only memory — память только для чтения, читается «си-ди-ром-драйв»), или просто CD-ROM.

Диаметр CD составляет 12 см или 8 см, толщина — 1,2 мм. Та часть зеркальной поверхности CD, которая играет ра-

дужными бликами — это и есть зона записи информации. Диск состоит из четырех слоев:

1)толстый прозрачный слой;

2)отражающий информационный слой;

3)защитный слой;

4)этикетка.

Данные на CD кодируется неоднородностями отражающего слоя, от которых луч лазера по-разному отражается (рис. 2.11).

Отражение луча лазера

Прозрачный слой Отражающий слой

1,2 мм Защитный слой Этикетка

Рис. 2.11. Схема поперечного разреза компакт-диска

Структура размещения данных на CD имеет особенности. 1. На CD находится только одна спиральная дорожка. Эта спираль закручена против часовой стрелки, если смотреть со стороны прозрачного слоя, и имеет фиксированное расстоя-

ние между витками (см. рис. 2.12).

2)Запись на CD начинается от центра диска (см. рис. 2.12). Длина дорожки на CD соответствует объему записанных данных, остальная часть диска остается чистой.

3)Магнитный диск вращается равномерно, и чем ближе к центру магнитного диска, тем выше скорость чтения данных. Но компакт-диск вращается с переменной скоростью таким образом, что линейная скорость прохождения устройства чтения по дорожке постоянна на всем диске.

На компакт-диск 12 см можно записать стандартный объем данных до 650 Мб (8 см — до 180 Мб).

CD

Фиксированное

расстояние

Дорожка

Рис. 2.12. Схематичное изображение дорожки на CD в виде спирали

2°. Ф о р м а т ы и в и д ы к о м п а к т - д и с к о в Распространены три основных формата компактов, отли-

чающиеся не столько содержанием записи, сколько форматом этой записи.

Аудиодиск, или музыкальный компакт — компакт с записью звука в формате CD-audio.

Видеодиск — компакт с записью видео в формате CD-video.

Компьютерный диск, или CD-ROM (read only memory— па-

мять только для чтения, читается «си-ди-ром») — компакт с записью компьютерных данных в формате CD-ROM.

На компакт-диск можно записать объем данных до 650 Мб, аудиоили видеозапись до 74 мин. За счет разных ухищрений объем диска доводится до 700 Мб и соответственно 80 мин.

Основные виды CD следующие.

Диск только для чтения — CD, который можно только читать. Производится на заводе штамповкой.

Записываемый диск, или CD-R (recordable, writable) — CD, на который можно произвести однократную окончательную запись.

Перезаписываемый диск, или CD-RW (rewritable) — CD, допус-

кающие многократную запись и перезапись.

Дисковод записи CD, CD-recordable-drive, CD-rewritable-drive —

устройство для записи и перезаписи CD.

Записываемые диски имеют такой формат записи, какой на них запишут (см. табл. 2.13).

Пять названий CD — аудиодиск, видеодиск, CD-ROM, CD-R, CD-RW — связывают с определенными цветами. Так, в Книге Стандартов описания видов CD отделены друг от друга цветными закладками этих цветов (см. табл. 2.13).

В результате особенностей технологий, информация на CD-R сохраняется гораздо лучше, чем на перезаписываемых

CD-RW.

3°. У п р а ж н е н и я

1. Вычислите примерный объем CD диаметром 8 см в минутах, предполагая, что объем диска в Мб пропорционален его объему в минутах.

2. DVD, HD-DVD, Blue Ray. FMD

1°. D V D

Конструктивно DVD практически не отличаются от CD; главное отличие — в объеме записываемых данных.

DVD («ди-ви-ди», digital versatile disk — цифровой универсаль-

ный диск) — оптический диск, имеющий большой объем по сравнению с CD.

Дисковод чтения DVD, DVD-ROM-drive — устройство чтения

DVD.

Для совместимости CD и DVD размеры DVD точно такие же, как у CD: диаметр 12 см (реже 8 см), толщина 1,2 мм.

Принцип записи DVD такой же, как и CD: на отражающем слое имеются неоднородности, но которые имеют меньший размер, чем у CD.

Как и CD, один информационный слой DVD обладает одной дорожкой записи. Емкость информационного слоя DVD составляет 4,7 Гб (для DVD диаметром 8 см — 1,46 Гб).

В отличие от CD, имеющего один информационный слой, DVD может иметь один, два или четыре информационных слоя. В связи с этим рассмотрим разные конструкции DVD.

Самый распространенный DVD — односторонний однослойный. Остальные виды DVD как бы склеены из двух дисков, которые тоньше в два раза: толщина DVD остается 1,2 мм.

Односторонний однослойный DVD, или SSSL — single sided single layer) — DVD, имеющий конструкцию CD: односторонний диск с одним информационным слоем, который читается с одной стороны (рис. 2.14).

0,6 мм

0,6 мм

Рис. 2.14. Конструкция диска SSSL

Двусторонний однослойный DVD, или флиппер-диск, или

DSSL— double sided single layer) — двусторонний DVD с одним информационным слоем с каждой стороны, который читается с двух сторон (рис. 2.15).

Односторонний двухслойный DVD, или SSDL — single sided double layer) — двусторонний DVD с одним информационным слоем с каждой стороны, но который читается только с одной стороны, при этом верхний слой полупрозрачный, нижний непрозрачный (рис. 2.16).

Двусторонний двухслойный DVD, или DSDL — double sided double layer) — двусторонний DVD, с каждой стороны которого имеются по два информационных слоя и который читается с двух сторон (рис. 2.17).

Так же, как и у CD, имеется три основных вида и формата

DVD: DVD-audio, DVD-video и DVD-ROM.

Обычно дорожки DVD читаются, как и у CD, от центра к краям.

2°. HD DVD, Blue Ray. FMD

В настоящее время разработаны новые стандарты оптических дисков. Первая группа стандартов является дальнейшим усовершенствованием стандартов CD и DVD. Другими словами, эти стандарты отличаются от DVD, как DVD отличается от CD. В эту группу входят два стандарта: HD DVD и Blue Ray.

HD DVD — стандарт оптических дисков, конструктивно практически не отличающихся от DVD, но имеющий объем одного информационного слоя 15 Гб.

Blue Ray — стандарт оптических дисков, конструктивно не отличающихся от DVD, но имеющий объем одного информационного слоя 27 Гб.

Последний рассматриваемый стандарт отличается от предыдущих принципом записи, но сам диск не отличается по размерам. Это стандарт FMD.

Флуоресцентный оптический диск, или FMD (fluorescent multilayer disk) — оптический диск, принцип записи которого основан не на отражении луча лазера от неоднородностей, как у обычных дисков CD, DVD и HD DVD, а на испускании света под воздействием луча лазера.

В отличие от обычных лазерных дисков CD, DVD и HD DVD, которые непрозрачны, FMD прозрачен. При его чтении луч лазера фокусируется на нужном слое диска, и специальное вещество последнего начинает испускать свет — флуоресцировать. Приемное устройство воспринимает данные, закодированные светом флуоресценции.

Вторая особенность FMD — это его многослойность. FMD может иметь несколько сотен слоев. Тогда как у дисков DVD и HD DVD возникают проблемы даже с двуслойностью.

Третья особенность FMD заключается в том, что его многочисленные слои могут читаться одновременно. Этим достигается очень большая скорость чтения данных, записанных в этом формате.

3°. У п р а ж н е н и я 1. Оцените характерный размер неоднородностей инфор-

мационных слоев DVD, HD DVD и Blue Ray, если для CD он равен 0,3 мкм (1 мкм = 10−6 м) и размеры неоднородностей обратно пропорциональны объемам информационных слоев.