Лазер

Рис. 7.7. Оптическая головка комбинированного типа для WORM - дисков и дисков с перезаписью

Скорость записи зависит от дисковода. Устройствам с одинарной скоростью для записи 680 Мбайт данных требуется около часа. Существуют системы, работающие с двух- и четырехкратной скоростью, например, устройство типа CD 100 фирмы Yamaha, записывающее диск менее чем за 20 минут. Для таких дисководов необходимы скоростные жесткие диски, способные быстро и без перебоев выдавать нужную информацию. Если же поток данных прервется, запись прекратится в этой точке, а диск окажется непригодным к использованию.

Преимуществами WORM дисков являются возможность записи больших объемов информации и их неуязвимость по отношению к порче, краткосрочному огню и разрушению. Диски выдерживают длительное хранение, от 10 до 100 лет. Запись и воспроизведение производятся в реальном масштабе времени, причем чтение возможно непосредственно после записи, поскольку процессы проявления сигналограммы исключены. К недостаткам относятся неизбежные бесполезные затраты площади поверхности носителя при записи а также высокая стоимость накопителей и самих дисков.

7.3. Магнитооптические диски

Для изготовления стираемых дисков, называемых также реверсивными или дисками с перезаписью, в качестве рабочего слоя применяются реверсивные светочувствительные материалы в виде пленки, такие, как субокисел теллура и его соединения с селеном, индием и сурьмой. Для компенсации отражения и улучшения параметров светочувствительности пленок используют многослойные системы.

Запись информации на диск осуществляется с помощью магнитного поля и луча лазера. Конструкция магнитной головки схожа с приведенной на рис. 7.7 для WORM дисков. Магнитный слой устроен таким образом, что при нормальной температуре интенсив-

ность магнитного поля, называемого полем 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. Критическая температура - это либо температура точки Кюри, либо температура, несколько превышающая температуру компенсации для материала рабочего слоя. Как видим, физическая сущность процесса записи базируется на основных понятиях теории твердого тела и магнетизма, таких как фаза вещества в термодинамическом смысле, фазовый переход, температура Кюри, ферромагнетик, ферримагнетик, парамагнетик, антиферромагнетик, точка (температура) компенсации.

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 сопоставляются ориентации плоскостей линейной поляризации входного и выходного световых пучков.

Емкость МО-кассет достигла 1,3 Гбайт ( производители IBM, Sony, Hewlett-Packard и другие) и постоянно увеличивается, приближаясь к 30 Гбайтам на одной стороне 133мм диска. Плотность записи стремится к 2 - 2,5 Мбит/кв.мм, скорость передачи данных за счет буферизации повышается до 200 Мбит/с, время доступа в пределах одного МОД снизится до 0,01 с. Ожидается реализация поперечной плотности оптической записи, достигающая 1000 дорожек/мм даже при сохранении длины волны излучения лазера и традиционных принципов работы.

Ведутся работы по увеличению поперечной плотности записи в направлении уменьшения дифракционного воздействия смежных дорожек. Для этого предлагается организовать V-образную форму рабочей дорожки, на каждом из склонов которой ведется запись данных. Ожидается приход 89 мм дисководов на смену 133 миллиметровым. Предпринимались попытки создания рабочего слоя для WORM дисков на основе фоторезистивных, фотохромных материалов, но они оказались недолговечными - время хранения записанной информации равнялось всего нескольким месяцам. Ведутся исследования по созданию перезаписываемых ОД на основе метода фазового перехода, согласно которому участки рабочего слоя, выполненного из субоксида теллура, под воздействием лазерного луча переходят из аморфного состояния в кристаллическое, что приводит к увеличению их отражающей способности. При стирании под воздействием луча в рабочем слое происходит обратный процесс.

Самую дешевую реализацию стираемых ОД предполагается получить при применении рабочего слоя, функционирование которого основано на способности полимеров разного цвета поглощать цветное световое облучение разной длины волны. ОД при этом состоит из двух слоев полимера разного цвета. При нагревании верхнего слоя возникают пузырьки ( режим записи) а при нагревании нижнего слоя поверхность выравнивается (стирание).

В накопителе осуществляются процессы записи, хранения, считывания, стирания и поиска информации. Устройство управления по командам из ЭВМ инициирует и обеспечивает выполнение перечисленных выше процессов и осуществляет диагностику накопителя. Связь УУ и НОД осуществляется по шинам: команд, состояния, адреса и по линиям: данных записи, данных воспроизведения, синхронизации данных воспроизведения.

Канал записи - воспроизведения (КЗВ) представляет собой часть информационного канала ВЗУ на ОД. С его помощью реализуется запись и воспроизведение информации на ОД типа WORM и на реверсивный ОД. В случае CD-ROM вместо КЗВ используется канал воспроизведения (КВ).

Канал записи - воспроизведения НОД типа WORM и реверсивного типа состоит из оптической и электрической части. Оптическую часть канала называют оптической головкой (ОГ). Иногда оптической головкой называют только подвижную часть оптической части. Оптическая головка (рис. 7.7) 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. 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 ОД, 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.

Вбыстродействующих МО-накопителях в режимах записи и чтения используется буферная кэш-память большого объема с опережающей выборкой, разделенная на 32Кбайтные сегменты. Так, емкость буфера накопителя Sierra производства Pinacle Micro составляет 4 Мбайт. Применяется и другой способ повышения эффективности работы буферной памяти - динамическое изменение размеров сегментов. Если запрашиваемые блоки данных невелики, встроенная программа накопителя по результатам собранной статистики о запросах на данные, поступающих от ЭВМ, уменьшает размер сегментов буферной памяти так, чтобы в нее помещалось больше элементов данных. Такой прием позволяет вдвое повысить быстродействие накопителя.

ВНОД со стираемыми (реверсивными) ОД на основе магнитооптических эффектов (МОД) в состав КЗВ входит также и магнитная система, воздействующая на МОД в процессе записи и стирания информации.

Всчитывающих НОД, предназначенных только для чтения с ОД, оптическая часть содержит лазерный источник света, мощность которого примерно на порядок меньше требуемой мощности для рассмотренного выше КЗВ, и оптическую систему, направляющую луч на ОД. Электрическая часть здесь ведет только обработку сигналов воспроизведения.

Система поиска информации в НОД включает в себя позиционер оптической головки, привод ОД а также в случае многодисковых НОД систему хранения, выбора и смены ОД. Существуют и НОД, включающие в себя несколько одновременно работающих дисководов, как например накопитель типа Orray производства Pinnacle Micro с четырьмя дисководами суммарной емкостью 2,5 Гбайт.

Позиционер ОГ служит для перемещения ОГ на заданную дорожку ОД и удержания светового луча на дорожке в процессе записи и воспроизведения. Позиционер ОГ обычно состоит из подсистем грубого и точного позиционирования. Роль привода ОД в системе поиска состоит в перемещении рабочей дорожки ОД под ОГ, в ходе которого возможно обращение к заданному сектору дорожки и собственно запись либо воспроизведение сигналограмм. Скорость вращения механизма привода достигает 2400 об/мин. Связь НОД с контроллером ведется через блок интерфейса НОД.

Конструктивное исполнение НОД, его габаритные размеры определяются назначением, областью применения, диаметром применяемых дисков , количеством хранимой информации и другими требованиями. НОД для персональных ЭВМ стремятся сделать встроенными, для чего должны быть выдержаны типовые габаритные размеры.

Оптические дисковые ВЗУ сложнее, массивнее и дороже аналогичных по параметрам НМД. Накопители на МОД с перезаписью занимают промежуточное положение между НГМД и НЖМД. По быстродействию они значительно превосходят НГМД, но значительно уступают НЖМД. Сами МОД дороже, чем МД, но более надежны и легко заменяемы. Сочетание большой емкости , сменяемости и возможности перезаписи делают МО-накопитель незаменимым средством для хранения больших объемов информации. МО-накопители могут применяться для резервного копирования жесткого диска: в этом случае при выходе из строя жесткого диска система остается работоспособной, хотя и с меньшей эффективностью.

Контрольные вопросы к главе 7

1. Назовите причину, по которой плотность записи на оптических дисках на несколько порядков выше, чем на магнитных.

2.Перечислите свойства луча лазера и за счет чего они достигаются.

3.Назовите три типа оптических дисков и в чем заключается их отличие.

4.Перечислите слои ОД (CD) типовой конструкции.

5.На каких явлениях геометрической и волновой оптики основан принцип записи-воспроизведения ОД?

6.Назовите три типа технологии записи ОД с однократной записью (СD-ROM и WORM).

7.По какой технологии производится запись на реверсивные (стираемые) ОД?

8.Чем объясняется предел увеличения плотности записи ОД?

9.Назовите два формата дорожек ОД.

10. Назовите цель и поясните, каким образом вводится предискажение записываемого на ОД сигнала. 11. Назовите недостатки ОД по сравнению ГМД и ЖМД и чем они обусловлены.

12. Назовите два типа WORM дисков.

13. Перечислите составные детали оптической головки записи-считывания WORM дисков. 14. Какова емкость СD-ROM и WORM дисков?

15. Назовите три возможных режима записи CD-ROM. 16. Чему равно время записи нереверсивного ОД?

17. Назовите, на каких принципах основана запись на реверсивный (стираемый, с перезаписью) ОД.

18. На каком принципе основано считывание реверсивного ОД? В чем cостоит отличие от считывания с СD и WORM диска?

19. Назовите плотность записи и емкость магнитооптических реверсивных дисков. 20. Назовите основные две части накопителя на ОД и что они включают в себя.

21. Сравните по техническим параметрам НМН и НОД.