Засоби запису та зберігання геофізичних даних

До таких засобів треба віднести накопичувачі на гнучких магнітних дисках, накопичувачі на жорстких магнітних дисках (які є стаціонарними і зйомними), магнітооптичні диски, компакт-диски різних модифікацій. В перспективі будуть застосовуватись FMD-диски, які створені по новітній технології, і при здешевленні технології будуть мати серйозні переваги над існуючими накопичувачами.

2.4.2.1 Накопичувачі на гнучкому магнітному диску (флоппі-диски)

У гнучких магнітних дисків [12] підстилкою для інформації служить тонкий диск із майлара з нанесеним магнітним покриттям, захищений пластмасовим контейнером з отвором, який дозволяє контактувати зчитуючим головкам з диском. Отвір в неробочому стані закритий металічною шторкою. Як тільки дискета поступає в дисковод, диск починає обертатись з високою швидкістю і вмикається головка зчитування/запису. Ця головка формує на диску кругову доріжку. Механізм “доступу” переміщує її до центру фіксованими стрибками таким чином, щоби утворилось 80 концентричних доріжок. Двосторонній НГМД має другий механізм, розміщений симетрично з другої сторони диску.

Навіть не маючи записаних файлів, форматований диск завжди буде містити деяку інформацію. Регулярна послідовнісь сигналів відмічає місце розміщення майбутніх даних. Таким чином, кожна доріжка розбита на 8 секторів, кожен з яких містить 512байт. Дані будуть реєструватись послідовно по 1 біту і розміщуватись між додатковими сигналами контролю, не доступними в загальному випадку користувачу, і вміщаючими, крім всього іншого, номер сектору по належності і сигнали контролю достовірності інформації, корисні для виявлення можливих помилок зчитування або запису (рис.2.10, 2.11)

Рисунок 2.10 - Будова гнучкого магнітного диску

Рисунок 2.11 - Схема запису на гнучкий магнітний диск

Якщо в секторі нічого не записано, його місце для даних містить двійкові нулі, але місце для “ключа” завжди містить номер сектора. Такого виду “кадр” обов’язковий для нормальної роботи пристрою. Ще недоторканий диск, який тільки-що отриманий із заводу, не містить цього “кадру”. Перш ніж використовувати диск, його необхідно відформатувати, тобто записати ці “кадри” із сигналів з нулями на місце “дані”. Спеціальна програма форматування запише на місце “власний номер” кожного запису. Потім вона перевірить якість кожного сектору, записуючи і зчитуючи багато раз підряд. У випадку помилок зчитування виводиться інформація про те, що сектор непрацездатний, і він ніколи більше використовуватись не буде. В загальному випадку кожна операційна система має свою програму форматування.

2.4.2.2 Накопичувачі на жорсткому магнітному диску (вінчестери)

Призначені для постійного зберігання інформації, яка використовується при роботі з комп’ютером (рис. 2.12) [12]. Зокрема в геофізиці для зберігання операційних систем та їх утилітів, архіваторів, антивірусних програм, різноманітних графічних прикладних програм, текстових редакторів, систем автоматизованої інтерпретації, геофізичних редакторів, баз даних геофізичної інформації і т.д.. Наявність жорсткого диску практично обов’язкова для роботи з комп’ютером, так як практично всі сучасні пакети програм і операційні системи працюють тільки при наявності вінчестера. Правда, є так звані бездискові мереживні робочі станції. Вони не мають власного жорсткого диску, а використовують жорсткий диск сервера локальної мережі.

Для користувача накопичувачі на жорсткому диску відрізняються один від одного перш за все наступними характеристиками:

- ємністю, тобто тим, скільки інформації поміщається на диску;

- швидкодією, тобто часом доступу до інформації, швидкістю зчитування і запису інформації;

- інтерфейсом, тобто типом контролера, до якого повинен під’єднуватись жорсткий диск.

Рисунок 2.12 - Будова накопичувача на жорсткий магнітний диск

Основна характеристика жорсткого диску – це його ємність, тобто кількість інформації, яка розміщується на диску. Сучасні вінчестери досягають ємності 10-20Гбайт. Треба мати на увазі, що в термінології виробників жорстких дисків 1Мбайт – це 10⁶ байт, 1 Гбайт – це 10⁹ байт. Таким чином для переводу ємності жорсткого диску в “звичайні” комп’ютерні Мбайти (для яких 1Мбайт – 2³⁰ байт – 1048576 байт) треба зменшити заявлену ємність диску приблизно на 5%. Для 1Гбайта коефіцієнт зменшення складає близько 7%.

Якщо порахувати, що один комплекс, який проводиться в експлуатаційній свердловині, складається приблизно з 18 кривих по 300 метрів записаних з кроком квантування 0.1м, то приблизно можна сказати, що в 1Гбайті пам’яті можна помістити близько 20 тисяч таких комплексів.

Швидкість роботи диску характеризується двома показниками: часом доступу до даних на диску і швидкістю зчитування/запису даних з/на диску. Сучасні жорсткі диски мають типовий час доступу близько 7-8мс.

Швидкість зчитування/запису (пропускна здатність вводу/виводу) залежить не тільки від диску, але й від його контролера, типу шини, швидкодії процесора і т.д.. У сучасних вінчестерів вона становить 4-5Мбайт/с і більше.

Швидкодія диску на пряму залежить від швидкості його обертання. Сучасні диски мають швидкість обертання 7200 об/хв.

Для сучасних дисків застосовують як правило, SCSI-контролери, які забезпечують хорошу продуктивність.

Практично всі сучасні жорсткі диски випускаються по технології, яка використовує магніторезистивний ефект. Завдяки цьому останнім часом ємність дисків росте високими темпами за рахунок підвищення щільності запису інформації. Принцип роботи магніто-резистивної головки при зчитуванні даних полягає в помітній зміні опору електричному струму при зміні напруженості магнітного поля. Елемент зчитування головки представляє собою надтонку плівку із спеціального матеріалу, який міняє опір в залежності від орієнтації магнітних доменів на поверхні диску. Орієнтація доменів визначається тим, який біт (0 чи 1) записаний в даний елемент. Канал зчитування даних неперервно пропускає струм через головку і тому зміна опору плівки миттєво реєструється. Дані поступають у спеціальний компаратор, який остаточно визначає, який біт був зчитаний.

2.4.2.3 Компакт-диски

Ще одним сучасним і зручним засобом зберігання геофізичної інформації єкомпакт-диски (рис. 2.13) [12]. Дисководи для компакт-дисків набули дуже широкого розповсюдження і тому стали дешевими, а відповідно доступними. Діаметр компакт дисків складає 12см, верхня сторона у них використовується як етикетка, а нижня з білого металу алюмінію містить інформацію. Комп’ютерний компакт-диск може вмістити до 650Мбайт інформації (без врахування службових даних до 640Мбайт), тобто стільки ж, скільки 450 дискет ємністю 1.44Мбайт. При цьому зчитування компакт-дисків виконується в десятки раз швидше ніж зчитування дискет, а як носії інформації компакт-диски значно надійніші від дискет. Компакт-диски можна використовувати тільки для зчитування з них інформації. Запис даних на компакт-диски проводиться при їх виготовленні способом видавлювання пресом заглиблень на підстилці компакт диску, так, що ці ділянки перестають відбивати світло. В дисководах для компакт-дисків нанесена інформація зчитується променем лазера. Для захисту інформації від пошкодження на підстилку компакт-диску наноситься прозоре покриття.

Рисунок 2.13 - Принцип запису інформації на CD-диск

Разом із звичайними компакт-дисками (з білою алюмінієвою підстилкою) є також диски з підстилкою золотого кольору. Це так звані CD-R диски, в них підстилка дійсно містить золото. Інформація на них наноситься променем лазера на спеціальних приводах – CD-рекордерах, а зчитуватись вони можуть як звичайні компакт-диски – на дисководах для компакт дисків (ну і на CD-рекордерах також). CD-R диски допускають тільки одноразовий запис інформації. Стерти або виправити записані на CD-R диск дані неможливо.

За послідні роки дисководи CD-R витісняються більш універсальними CD-RW. Єдиною перевагою CD-RW перед іншими приводами лазерних компакт-дисків є можливість багаторазового запису на одному диску.

Дисководи для компакт дисків відрізняються один від одного наступними характеристиками:

Швидкодія дисковода визначається швидкістю зчитування даних і часом доступу до інформації. Для повідомлення про швидкість зчитування даних звичайно вказують, у скільки разів дисковод обертає диск швидше, ніж дисковод для аудіо компакт-дисків. Так, дисководи одинарної швидкості забезпечують швидкість зчитування 150Кбайт/с, подвійної швидкості – близько 300Кбайт/с, чотирикратної швидкості – близько 600Кбайт/с, шестикратної швидкості – близько 900Кбайт/с, восьмикратної – близько 1200Кбайт/с і т.д..

Час доступу до інформації на компакт-диску також менший ніж до даних на дискеті і складає від 0,4 до 0,1с.

Інтерфейс дисководу для компакт-дисків – це тип контролера, до якого дисковод повинен під’єднуватись:

– IDE-інтерфейс;

– SCSI-інтерфейс;

– дисководи, що підключаються через PC-карту або через паралельний порт.

Дисководи бувають внутрішні (що вставляються в комп’ютери) або зовнішні (в окремому корпусі)

Інші характеристики:

- спосіб завантаження компакт-диску у пристрій ( за допомогою caddyм – прозорих пластмасових контейнерів або tray-механізму, тобто спеціального підносу).

- розміру вмонтованого буфера для зберігання інформації, зчитаної з компакт-диску – від 8Кбайт до 1Мбайта

- підтримка стандартів компакт-дисків (зчитування комп’ютерних компакт-дисків, аудіо компакт-дисків, Photo CD, Video CD, CD-ROM-XA-формату, який забезпечує багатосеансний запис на диск).

Запис на CD-R диски потребує спеціального програмного забезпечення і досить високої кваліфікації користувача. Весь CD-R диск потрібно записувати за один захід. Тому користувач повинен спочатку повністю спланувати структуру і вміст майбутнього диску, а потім програма для створення CD-R дисків проводить сеанс запису.

2.4.2.3 Магнітооптичні диски

Також для зберігання та резервування геофізичної інформації використовують магнітооптичні диски [12]. Вони дещо нагадують зйомні жорсткі диски, правда дещо повільніші. Магнітооптичні диски об’єднують переваги магнітної і оптичної технологій: інформація зберігається на магнітному носії, захищеному прозорою плівкою, а зчитування і запис проводиться за допомогою променя лазера (запис сумісною дією лазера і магнітного поля). Це дозволяє забезпечити хорошу швидкодію і дуже високу надійність при помірній вартості.

Магнітооптичні диски випускаються двох розмірів – 3.5 і 5.25 дюйма. Диски розміром 3.5 дюйма по зовнішньому вигляду майже не відрізняються від звичайних дискет, чуть грубші. Але ємність цієї дискети складає 230 або 640Мбайт. Диски розміром 5.25дюйма схожі на збільшений диск розміром 3.5 дюйма – вони також знаходяться в пластмасовому корпусі із залізною шторкою. Ємність такого диску як правило 1.3Гбайта або 2.6Гбайта (дисковод APEX може записати на такий диск 4.6Гбайта інформації).

Робота з магнітооптичним диском проводиться так само, як з жорстким диском. Хіба, що форматування цих дисків повинно проводитись за допомогою спеціальних програм. Таким чином, вся інформація на магнітооптичних дисках доступна безпосередньо, і користувач може працювати з таким диском, не переписуючи інформацію на жорсткий диск. Зручність і швидкість доступу до магнітооптичних дисків роблять їх привабливими для зберігання рідко використовуваних даних, які можуть знадобитись в будь-який момент. Практично всі магнітооптичні дисководи мають інтерфейс SCSI, але в послідній час стали появлятись пристрої з інтерфейсом IDE.

У магнітооптичних дисководів для дисків розміром 3.5 дюйма і ємністю 230Мбайт типова швидкість зчитування складає 800Кбайт/с. Диски ємністю 640Мбайт працюють у два рази швидше. Час доступу до інформації в обох випадках близько 25-30мс. У магнітооптичних дисководів для дисків розміром 5.25дюйма час доступу до інформації досягає 15-17мс, а швидкість зчитування/запису – 2-4Мбайт/с, що ненабагато менше, ніж у сучасних жорстких дисків.

Ще один варіант зберігання даних – використання зйомних гнучких і жорстких дисків. Вони мають більшу ємність, ніж дискети, а працюють майже з тією ж швидкістю, що і звичайні жорсткі диски.

2.4.2.4 Нові технології запису і зберігання даних

З нових технологій запису і зберігання даних найбільш близька до реального втілення технологія флуорисцентного багатошарового запису – FMD [12]. Інформаційний шар в носії FMD покритий прозорою плівкою флуоресцентного матеріалу. При концентрації променя лазера на інформаційному шарі, флуоресцентне покриття в цій точці починає світитися. Довжина хвилі флуоресцентного випромінювання відрізняється від довжини хвилі лазера. Тому воно вільно проходить через спеціальний фільтр перед зчитуючим пристроєм, який поглинає відбите світло лазера. Якщо флуоресцентний матеріал видалений з певної точки, то свічення не відбувається. Таким чином легко розпізнаються нульові і одиничні біти. Завдяки можливості фокусування лазера на різних шарах досягається одночасне зчитування даних з декількох шарів з результуючою швидкістю до 1 Гбіт/с. Враховуючи, що сам матеріал прозорий, на кожній стороні диску можна розмістити до сотні інформаційних шарів звичайної щільності (тобто 4.7Гбайт). Тим самим теоретично можна на односторонній диск записати до 470Гбайт даних, а на двохсторонній – до 940Гбайт. При зменшенні довжини хвилі лазера із стандартної 650нм до 425нм, ємність диску досягає декілька терабайт.

2.4.2.5 Вибір пристрою для зберігання даних

Хоча жорсткі диски – це найбільш зручний носій для зберігання і обробки постійно використовуваних програм і даних, тільки ними обмежитись неможливо по наступних причинах:

- жорсткі диски не забезпечують надійність зберігання даних – псування або втрата інформації на них – це дуже поширене явище. Причинами тут можуть бути фізичне псування жорсткого диску, неправильне корегування або випадкове знищення файлів, неправильна робота програм, руйнування інформації комп’ютерним вірусом і т.д.. Тому для всієї потрібної інформації на жорстких дисках слід мати резервні (архівні) копії використовуваних файлів і систематично обновляти копії змінюваних файлів.

- Багато користувачів працюють з такою великою кількістю даних, що вони ніяк не можуть поміститись на жорстких дисках комп’ютера.

- Ще одна потреба, яка часто виникає у користувача – це перенос інформації в інше місце, наприклад із свердловини на базу. В умовах віддаленої від цивілізації місцевості (гірські райони, морські платформи, сибірська тундра), де зв’язок неякісний або дорогий, передача інформації через модем ускладнена. А від’єднати жорсткий диск і везти в інше місце довго і небезпечно – його дуже легко пошкодити.

- Деякі дані є секретними і не можуть знаходитись на жорсткому диску.

Тому, для створення резервних копій застосовують дискети, магнітооптичні і зйомні жорсткі диски, а також компакт-диски. Створення резервних копій на дискетах доцільно тільки для тих користувачів, у яких є тільки декілька Мбайт, в крайньому випадку декілька десятків Мбайт даних, які потрібно копіювати. По-перше, копіювання на дискети вимагає багато часу і великого об’єму ручної роботи по вставці і вийманню дискет. По-друге, дискети – це дуже не надійний і самий дорогий в розрахунку на Мбайт даних носій інформації. Дискети мають тільки ті переваги, що для їх використання не потрібно великих капіталовкладень, оскільки дисководом для дискет обладнаний кожен комп’ютер, і тому можна відтворити резервні копії на будь-який інший комп’ютер.

Якщо необхідно не тільки резервувати дані, але й вести архів з даними, і з якого необхідно час від часу працювати, може бути доцільним використовувати магнітооптичні диски, компакт-диски або зйомні жорсткі диски.