Оптическая память

В 1983 году была представлена первая цифровая аудиосистема на базе компакт-дисков (CD — compact disk). Компакт-диск — это односторонний диск, способный хранить более чем 60-минутную аудиоинформацию. Громадный коммерческий успех CD способствовал развитию технологии дешевых оптических запоминаю­щих устройств для ВМ. За последующие годы были созданы различные системы памяти на оптических дисках, три из которых в прогрессирующей степени приживаются в вычислительных машинах: CD-ROM, WARM и стираемые оптически диски.

CD-ROM

Для аудио компакт-дисков и CD-ROM используется идентичная технологи Основное отличие состоит в том, что проигрыватели CD-ROM более прочные и с держат устройства для исправления ошибок, обеспечивающие корректность передачи данных с диска в ВМ. Диск изготавливается из пластмассы, например поликарбоната, и покрыт окрашенным слоем с высокой отражающей способность, обычно алюминием. Цифровая информация заносится в виде микроскопических углублении в отражающей поверхности. Запись информации производится с мощью сильно сфокусированного луча лазера высокой интенсивности. Так cсоздается так называемый мастер-диск, с которого затем печатаются копии. Углубления на копии защищаются от пыли и повреждении путем покрытия поверхности диска прозрачным лаком. Информация с диска считывается маломощным лазером, расположенным в проигрывателе. Лазер освещает поверхность вращающегося диска сквозь прозрачное покрытие. Интенсивность отраженного луча лазера меняется, когда он попадает в углубление на диске. Эти изменения фиксируются фотодетектором и преобра­зуются в цифровой сигнал.

Углубления, расположенные ближе к центру диска, перемещаются относительно луча лазера медленнее, чем более удаленные. Из-за этого необходимы меры для компенсации различий в скорости так, чтобы лазер мог считывать информацию с постоянной скоростью.

Одно из возможных решений аналогично применяемому в магнитных дисках — увеличение расстояния между битами информации, в зависимости от ее располо­жения на диске. В этом случае диск может вращаться с неизменной скоростью и, соответственно, такие дисковые ЗУ известны как устройства с постоянной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity). Ввиду нерационального использо­вания внешней части диска метод постоянной угловой скорости в CD-ROM не поддерживается. Вместо этого информация по диску размещается в секторах оди­накового размера, которые сканируются с постоянной скоростью за счет того, что диск вращается с переменной скоростью, В результате углубления считываются лазером с постоянной линейной скоростью (CLV, Constant Linear Velocity). При доступе к информации у внешнего края диска скорость вращения меньше и возра­стает при приближении к оси. Емкость дорожки и задержки вращения возрастают по мере смещения от центра к внешнему краю диска.

Выпускаются CD различной емкости. В типовом варианте расстояние между дорожками составляет 1,6 мк, что, с учетом промежутков между дорожками, по­зволяет обеспечить 20 344 дорожки. Фактически же, вместо множества концент­рических дорожек, имеется одна дорожка в виде спирали, длина которой равна 5,27 км. Постоянная линейная скорость CD-ROM — 1,2 м/с, то есть для «прохож­дения» спирали требуется 4391 с или 73,2 мин. Именно эта величина составляет стандартное максимальное время проигрывания аудиодиска¹. Так как данные считываются с диска со скоростью 176,4 Кбайт/с, емкость CD равна 774,57 Мбайт. Данные на CD-ROM организованы как последовательность блоков. Типичный формат блока показан на рис. 5.48. Блок включает в себя следующие поля:

Синхронизация. Это поле идентифицирует начало блока и состоит из нулевогобайта, десяти байтов, содержащих только единичные разряды, и вновь байта извсех нулей.

_________________

¹ Строго определенная емкость компакт-дисков связана с интереснойi историей. Исполнительный ди­ректор фирмы Sony Акио Морита решил, что компакт-диски должны отвечать запросим нсключительпо любителем классической музыки, не более или менее. После того как группа разработчиков Провели опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в Те вре­мена была 9-я симфония Бетховена, которая длилась 72-73 минуты. Поэтому было решено, что компакт-диск должен быть рассчитан именно на 74 минуты звучания, а точнее на 74 мин и 33 с (стандарт, Занестиыи как «Красная Книга* — Red Book). Когда минуты пересчитали и килобайты, получилось 640 Мбайт. — Примеч. лит. ред.

00

FMx10

00

Мин

Сек

Сектор

Режим

Данные

Корректирующий код (КК0

12 байт4 байта2048 байт288 байт

Синхронизация Идентификатор Данные КК

2352 байта

Рис.5.48 Формат блока CD-ROM

Идентификатор. Заголовок, содержащий адрес блока и бант режима. Режим 0 определяет пустое поле данных; режим 1 отвечает за использование кода, корректирующего ошибки, и наличие 2048 байт данных; режим 2 определяет нали­чие 2336 байт данных и отсутствие корректирующего кода.

* Данные. Данные пользователя.

* Корректирующий код (КК). Поле предназначено для хранения дополнитель­ных данных пользователя в режиме 2, а в режиме 1 содержит 288 байт кода с исправлением ошибок.

60¹03" 74 сектор

00^’00”

00 сектор

60^’03”

740 сектор

01¹ 23"

62 сектор

Рис.5.49 иллюстрирует организацию информации на CD-ROM. Как уже отмечалось, данные расположены последовательно по спиралевидной дорожке. Для варианта с постоянной линейной скоростью произвольный доступ к информации становятся более сложным.

В последнее время наметился переход к новому типу оптических дисков, так DVD-дискам (Digital Video Data). DVD-диски состоят из двух слоев толщиной 0,6 мм, то есть имеют две рабочих поверхности, и обеспечивают хранение по 4,7 Гбайт на каждой. В DVD-технологии используется лазер с меньшей длиной волны (650 нм против 780 нм для стандартных CD-ROM), а также более изощренная

с

Рис. 5.49. Организация диска с постоянной линейной скоростью

хема коррекции. Все это позволяет увеличить число дорожек и повысить плотность записи. Кроме того, при записи применяется метод сжатия информа­ции, известный как MPEG2.

WORM

Технология дисков WORM — дисков с однократной записью и многократным счи­тыванием, была разработана для мелкосерийного производства оптических дис­ков. Такие диски предполагают ввод информации лучом относительно мощного лазера. При этом пользователь с помощью несколько более дорогого, чем CD-ROM, устройства может единожды записать информацию, а затем многократно ее счи­тывать. Для обеспечения более быстрого доступа в устройстве поддерживается метод постоянной угловой скорости при относительном снижении емкости.

Типовая техника подготовки такого диска предполагает мощный лазер для со­здания на поверхности диска последовательности пузырьков. Для записи инфор­мации предварительно отформатированный пузырьками диск помещается в нако­питель WORM, где имеется маломощной лазер, тепла от которого тем не менее достаточно для того, чтобы «взорвать» пузырек. В процессе операции считывания лазер в накопителе WORM освещает поверхность диска. Так как «взорванный» пузырек создает более высокий контраст, чем окружающая поверхность, его легко распознать с помощью простой электроники. Данный тип носителя привлекате­лен для архивного храпения документов и файлов.