МПУЭВС. Лекции. Задания / pdf_ПрилПЦиПУ / Приложение_П_ВнешниеЗУ

11

Vмакс=ω·N·n·m бит/с,

где ω - скорость вращения диска (до 70 об/сек);

N - число секторов на дорожке; n - количество байтов в секторе; m=8 битразрядность данных.

На скорости вращения 70 об/сек, при количестве секторов на дорожке

17, при количестве байтов в секторе 512 скорость передачи данных от НЖМД достигает 4,8 Гбит/сек. Если такая скорость не обеспечивается комплексом, то требуются паузы между считыванием очередных секторов.

Контроллеру и процессору требуется время на запоминание считанной информации. Для преодоления этого недостатка применяется чередование нумерации секторов. При чередовании обращения через шесть секторов номера секторов могут образовать последовательность 1, 7, 13, 2, 8, 14, 3 и

т.д. При этом на второй сектор МГ выйдет, пропустив 7 и 13 сектора, а на доступ ко всем секторам дорожки потребуется три оборота. Для идентификации числа оборотов на доступ ко всем секторам дорожки введён фактор чередования, показывающий число оборотов на одну дорожку. В

приведенном случае этот фактор равен 1/3.

Благодаря более высокой скорости вращения дисков, защите от пыли,

плавающей конструкции МГ в НМЖД, плотность записи на жестких дисках в

30-50 раз превышает плотность записи на открытых съёмных дисках.

На дисках одна из областей поверхности освобождается для записи на нее в заводских условиях специальной информации. Эта поверхность,

называемая сервоповерхностью (DSS - Dedicated Servo Surface), содержит индексные метки, указывающие позиции дорожек. Это «выделенная запись сервосигналов». Сервоинформация может размещаться на поверхности диска вместе с данными между дорожками. Специальные датчики на головке чтения/записи следят за серводанными. Такой метод размещения соответствует «встроенной записи сервосигналов».

12

Накопители НМЖД в составе оборудования имеют контроллер,

который при включении питания осуществляет автономную проверку устройств накопителя. Контроллер НМЖД в соответствии с командами,

принятыми по системной шине процессорного комплекса верхнего уровня,

вырабатывает сигналы управления и передает их в накопитель. Совместно с разделителем данных канала воспроизведения/записи контроллер участвует в кодировании и декодировании данных, активизирует схемы записи информации, схемы разделения данных. В контроллере формируется оперативный буфер сектора для согласования скоростей передачи накопителя и системной шины. Обнаружение и коррекция ошибок чтения выполняются специализированными устройствами канала воспроизведения и записи. В состав комплекса средств обслуживания НМЖД включаются специализированные интерфейсы обмена данными с системными шинами центрального процессорного комплекса со скоростью (40-50) Мбит/сек.

Интерфейсы поддерживают множественный доступ к ВЗУ и других периферийных устройств, допуская их взаимодействие друг с другом. Для решения задач диспетчеризации в состав средств сопряжения ВЗУ могут включаться головные адаптеры шин интерфейса (НОSТ-адаптеры). В каждый момент времени обмен данными по шине могут вести только два любых устройства, разрешаемые НОSТ-адаптером. Количество секторов на диске повышено до 34 при факторе чередования в обмене данными 1/1.

П.5 Оптические и магнитно - оптические ВЗУ

Носителем информации оптических и магнитнооптических ВЗУ являются оптические диски. Запись на оптический диск и воспроизведение с него осуществляются лазерным лучом. Для регистрации одного бита достаточно участка на носителе с размерами порядка длины волны излучаемого лазером света (порядка 0,5 мкм). Оптические ВЗУ имеют плотность записи информации, на 1-2 порядка большую плотность записи в сравнении с магнитными ВЗУ. Этот тип ВЗУ имеет высокое быстродействие и надежность, что делает его реальным претендентом для

13

замены традиционных магнитных электромеханических устройств памяти объемом от 10 Гбайт и выше.

Процессы при оптической записи и воспроизведении информации базируются на явлениях распространения световых лучей по законам геометрической и волновой оптики. С позиций геометрической оптики,

существенны явления отражения, поглощения, пропускания и преломления света, а с позиций волновой оптики - явления интерференции, дифракции и поляризации света. Энергия световых лучей при оптической записи используется для изменения свойств поверхности материала рабочего слоя носителя информации. При этом возможны изменения фазового состояния вещества рабочего слоя.

Конструкция оптических носителей информации рассчитана на транспорт вращательного движения электромеханическими приводами,

подобно магнитным дискам. В отличие от распространённых гибких магнитных съёмных дисков, оптические съёмные диски (ОСД) имеют жёсткую конструкцию, благодаря свойствам и толщине слоя применённых материалов. На рисунке П.4 приведена конструкция двухстороннего ОСД

(съёмные ОСД преимущественно исполняются односторонними для снижения угрозы повреждения рабочей поверхности).

Рисунок П.4 - Конструкция двустороннего оптического диска

В конструкции двухстороннего ОСД две прозрачные основы с рабочими слоями соединены вместе и образуют замкнутое пространство для рабочих слоев. Имеются отражающий зеркальный слой и воздушный

14

промежуток. Подложка выполнена из пластика. В качестве материала рабочего слоя применяются теллур и его сплавы, сплав селена, индия, меди,

алюминия, никеля и цинка. Эти материалы имеют высокую чувствительность к воздействию лазерного луча, их применение обеспечивает высокую разрешающую способность ОСД, чему способствует их низкая теплопроводность. В конструкции некоторых типов ОСД присутствуют и вспомогательные подслои, предназначенные для увеличения эффективности рабочего слоя.

Применяются ОСД трёх модификаций:

-диски недоступные по записи, предназначенные только для считывания (CD-ROM - Compact Disk Read Onli Memori);

-диски с однократной (нереверсивной) записью (WORM - Write Once Read Many);

-диски повторно записываемые (реверсивные), стираемые.

Структура и состав рабочего слоя определяются технологией записи информации и влияют на разрешающую способность ОСД. Для ОСД CDROM и с однократной записью (WORM) наиболее часто применяются технологические схемы записи, показанные на рисунке П.5:

-удаление участка рабочего слоя (см.рисунок П.5 а, в) при нагреве его лазерным лучом (абляция),

-образование вспучивания рабочего слоя (см. рисунок П.5 б) путем создания под ним газового пузырька,

-изменение фазового состояния участка (см. рисунок П.5 г) бита информации, приводящее к изменениям оптических констант: коэффициента преломления либо коэффициента поглощения.

Реверсивная запись с изменением фазового состояния и оптических компонент позволяет многократно перезаписывать информацию и наряду с магнитооптическим методом используется для создания реверсивных

(стираемых) дисков. Информация на ОСД расположенная вдоль дорожки,

представляется последовательностью меток записи, имеющих контраст с

15

окружающей их зеркальной поверхностью диска. Оптическая головка накопителя преобразует изменения отражения луча в электрический сигнал.

Высокая плотность записи информации достигается с помощью оптических средств, представляющих собой оптический сканирующий микроскоп со средним увеличением. Предел плотности записи на ОСД обусловлен дифракцией света и, как отмечалось ранее, соответствует 108 бит/мм2 и для диска диаметром 120 мм соответствует ёмкости около 100 Гбайт.

: а) мелкая “ яма” в рабочем окне; б) образование пузырька; в) глубокая яма с захватом подслоя; г) реверсивная запись с изменением фазового состояния и оптических компонент

Рисунок П.5 - Виды дискретной записи на оптических дисках На рисунке П.6 приведена схема компонентов оптической головки (ОГ),

предназначенной для записи и считывания WORM и реверсивных дисков.

Оптическая головка состоит из источника света - лазера и связанной с ним оптической системы, которая направляет лазерный луч на рабочую поверхность ОД а также воспринимает отраженный луч при считывании информации с ОД и направляет его в фотоприемник для преобразования оптических сигналов в электрические. На рисунке приведены обозначения

16

объектов состава достаточные для понимания их функционального назначения. Светочувствительными материалами для нереверсивных записей являются пленки металлов, аморфных соединений, полупроводниковых и органических соединений. Запись осуществляется в импульсном режиме.

Средняя мощность записи (5 - 10) мВт, длительность импульса (10 - 100) мс.

Диапазон волн кристаллических лазеров от 600 до 2000 нм. Мощности этих лазеров составляет единицы мВт.

В режиме считывания энергия луча понижается для предохранения состояния носителя от изменений.

Рисунок. П.6 - Оптическая головка комбинированного типа для WORM -

дисков и дисков с перезаписью По формату дорожек диски делятся на диски с концентрическими и

спиралевидными дорожками. Диски с концентрическими дорожками менее сложны в части позиционирования ОГ, но характеризуются повышенным временем доступа, из-за перемещения головки чтения/записи с одной дорожки на другую. Спиралевидные дорожки не разрывают длинные файлы,

но механизм позиционирования ОГ усложняется.

17

Линейная скорость носителя не одинакова для внешних и внутренних дорожек на ОСД, вследствие чего при записи происходят искажения временных интервалов сигналограмм. Сигнал воспроизведения также будет отличаться временным сдвигом фронтов на внешних и внутренних дорожках.

Для коррекции этих искажений применяется предискажение записываемого сигнала путем сдвига его фронтов в обратном направлении. в зависимости от радиуса (номера) дорожки. Другим решением борьбы с искажениями является вращение диска с переменной угловой скоростью при чтении - (CLV - Constant Linear Velocity), когда чтение внутренних дорожек осуществляется при увеличении, а наружных - при уменьшении числа оборотов шпинделя.

Диски с однократной записью применяются архивного сохранения и тиражирования. Они подразделяются на диски с постоянной скоростью вращения (тип ПСВ) и с постоянной линейной скоростью (тип ПЛС). У ПСВ дисков по краям дорожки длиннее и информация записывается плотнее, к

центру дорожки короче и частоту записи снижают. У ПЛС дисков скорость вращения уменьшают при записи по краям и увеличивают при записи ближе к центру. По технологии считывания диски однократной записи (WORM) под управлением МПС не отличаются от серийных штампованных дисков CDROM и могут считаны на общем дисководе.

В устройствах записи ОСД применяется один из следующих режимов.

Односеансный режим записи всего диска осуществляться за один проход без перерывов. Многосеансный режим позволяет записывать данные за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде отдельных томов, напоминающих логические разделы жесткого диска.

Не все накопители CD-ROM способны читать диски, записанные подобным образом. Инкрементный режим позволяет записать часть данных,

остановиться, а затем продолжить запись. Это удобно, но дисковод CD-ROM

не сможет прочитать диск до тех пор, пока не будет записана последняя часть диска и завершен сеанс записи.

18

Для изготовления стираемых дисков (реверсивных, с перезаписью), в

качестве рабочего слоя применяются реверсивные светочувствительные материалы в виде пленок окисла теллура и его соединения с селеном, индием

исурьмой. Для улучшения параметров светочувствительности пленок используют многослойные системы. Запись информации на диск осуществляется совместным действием магнитного поля и энергии луча лазера (магнитно-оптический съёмный диск МОСД). Конструкция ОГ записи

ивоспроизведения такая же, как приведенная на рисунке П.6 для работы с

WORM дисками. Интенсивность магнитного поля, приложенного к магнитно-

оптическому рабочему слою ОСД при нормальной температуре, (поле магнитного смещения), недостаточна для переориентации содержащихся в материале рабочего слоя магнитных доменов. При локальном нагреве точки записи лазерным лучом поле смещения способно изменить намагниченность этой области. При этом меняется вектор напряженности магнитного поля материала, заранее намагниченного до насыщения в определенном направлении Характеристики материала таковы, что воздействие одного из этих факторов для перемагничивания участка в точке записи недостаточно.

Нагрев же участка до некоторой критической температуры создает условия для возможности его перемагничивания под воздействием внешнего сравнительно слабого магнитного поля смещения.

При считывании используется лазерный луч меньшей, чем при записи,

интенсивности. Чтение данных основано на использовании эффектов Керра или Фарадея. Для этого участки записанной сигналограммы в процессе ее движения под лазерной оптической головкой последовательно освещают пучком линейно поляризованного света и анализируют с помощью отраженного пучка света или же пучка света, прошедшего через рабочий слой. Если применяется эффект Керра, то при воспроизведении сопоставляются ориентации плоскости линейной поляризации падающего и отраженного пучков света. Если же используется эффект Фарадея, то в связи с прозрачностью диска световой пучок проходит через диск и

19

сопоставляются ориентации плоскостей линейной поляризации входного и выходного световых пучков.

Плотность записи информации на МОСД стремится к (2 - 5) Мбит/мм2,

скорость передачи данных за счет буферизации повышается до 200 Мбит/с,

время доступа в пределах одного МОСД снижается до (10-20)мс.

Оптическое ВЗУ представляется модулем дисковода накопителя на оптических дисках (НОСД) и модулем устройства управления дисководом. В

накопителе осуществляются процессы записи, хранения, считывания,

стирания и поиска информации. Устройство управления (УУНОСД)

принимает команды, запросы, передаёт, а в реверсивных накопителях и принимает данные от устройств верхнего уровня иерархии, выполняет управление процессами, осуществляет диагностику накопителя. Канал записи - воспроизведения (КЗВ) представляет собой часть информационного канала ВЗУ на ОСД. С его помощью реализуется запись и воспроизведение информации на ОСД типа WORM и на реверсивных ОСД. В случае CD-ROM

вместо КЗВ используется канал воспроизведения (КВ). Канал записи -

воспроизведения НОСД типа WORM и реверсивного типа состоит из оптической и электрической части. При переходе с режима записи на режим воспроизведения интенсивность света, падающего на точку записи ОД,

уменьшается на порядок. Электрическая часть КЗВ в процессе записи преобразует информационные сигналы, поступающие из контроллера, в

форму, пригодную для записи на ОСД, и управляет непосредственно реализацией процесса записи путем изменения интенсивности лазерного луча, падающего на точку записи ОД, в соответствии с информационными сигналами. При воспроизведении электрическая часть КЗВ обрабатывает электрические сигналы, поступающие из фотоприемника: формирует,

детектирует, распознает и передает их в контроллер.

По быстродействию записи НОСД уступают НЖМД. Однако сочетание большой емкости, возможности замены и перезаписи делают НМОСД незаменимым средством для хранения больших объемов информации.

20

Накопители МОСД могут применяться для резервного копирования жесткого диска. При выходе из строя НЖМД система остается работоспособной, хотя и с меньшей эффективностью.

П.6 Голографические ВЗУ

На голограмме записывается интерференционная картина,

образованная наложением опорного светового луча и луча, отраженного от объекта. При этом на голограмме фиксируется информация, как об амплитуде, так и о фазе световых волн, отраженных от объекта.

В лазерных голографических установках используется одно из свойств лазерного луча - когерентность световых волн, то есть равенство фаз монохроматических волн. При записи голограммы (см. рисунок П.7 а)

объект освещается сканирующим лазерным лучом. Сканирование осуществляется с помощью отклоняющей системы, представляющей собой решетку вращающихся призматических полупрозрачных зеркал (см. рисунок П.7).

Рисунок П.7 - Схемы записи и воспроизведения голограм

В зависимости от соотношения фаз опорных и отраженных световых волн происходит усиление (когда волны находятся в фазе) и ослабление (когда они в противофазе) интенсивности света, достигающего носитель. При других значениях разностей фаз получаются промежуточные значения величины интенсивности поступающего на носитель света. В результате на носителе образуются светлые, затемненные и темные пятна,