Оптические и магнитооптические диски
Введение
Принципы работы МО накопителя
Область применения
Перспективы развития
Выводы
Список используемой литературы
Введение
Первые оптические лазерные диски появились в 1972 году и продемонстрировали большие возможности по хранению информации. Объемы хранимой на них информации позволяли использовать их для хранения огромных массивов данных ( таких как базы данных, энциклопедии, коллекции видео и аудио данных ). Легкая замена этих дисков позволяла, «носить с собой» все материалы требуемые для работы, в любом объеме. Оптические диски имели очень высокую надежность и долговечность, что позволяло использовать их для архивного хранения информации.
Но трудоемкая процедура записи и невозможность перезаписи сильно ограничивала применение оптических дисков, как устройства для каждого компьютера. Последнее время появилось множество вариантов перезаписываемых оптических дисков. Фирмы производители предлагают различные технические решения данной проблемы.
Например предлагались устройства, способные записывать информацию на оптический диск прямо на рабочем месте пользователя, но перезапись такой информации оставалась под вопросом. Наиболее жизнеспособными оптическими дисками, обладающие свойствами перезаписи, на сегодняшний день являются магнитооптические (МО) диски. Впервые МО диски появились в 1988 году и соединили в себе компактность гибких дисков и накопителя Bernoulli Box, скорость среднего жесткого диска, надежность стандартного Компакт Диска и емкость сравнимую с DAT лентами. Но широкому распространению МО дисков мешает сравнительно дорогая стоимость и конкуренция современных жестких дисков. По сравнению с современными жесткими дисками, они имеют более медленны и уступают им по максимальным объемам хранимой информации. Это делает невозможным применение МО дисков вместо традиционных винчестеров. При этом МО диски имеют большие перспективы как вторичные накопители, применяемые для резервного хранения информации.
Принципы работы МО накопителя.
МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.
В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диски, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки.
После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.
В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска,
соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом при считывании хранимая информация не разрушается.
Такой способ в отличии от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничивание участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничивания очень низкая, в отличии от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.
Механизмы МО накопителей строятся на базе механизмов обычных дисководов с небольшими конструктивными усовершенствованиями.
В качестве интерфейса МО накопители оснащаются SCSI адаптерами (16 или 8 битными) драйвера диска и утилиты форматирования низкого уровня. Многие поставщики также оснащают свои изделия специальными программами для резервного копирования.
В настоящее время существуют несколько форматов для форматирования МО дисков CCS ( непрерывное комбинированное слежение ) и SS ( шаблонное слежение ). Первый из форматов разрешен стандартом ANSI, а второй также и ISO. В настоящее время формат CCS более популярен и имеет большее распространение. К сожалению два эти формата несовместимы и перенос дисков из одной системы в другую невозможен.
Это не единственная проблема переносимости связанная с МО дисками. Стандартами определено два размера сектора 512 и 1024 байт. Некоторые производители смогли сделать чтение секторов любого размера, но их меньшинство. Большинство производителей поддерживают размер сектора равный 512 байтам.
Область применения.
Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации.
Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранение резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных.
Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.
Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.
В таблицах 1 и 2 приведена сравнительная характеристика применимости МО дисков для различных классов.
Таблица 1.
--------------T--------T-----------T-----------T---------------¬
¦ Название ¦ Дата ¦ Первичная ¦ Вторичная ¦ Резервное ¦
¦ ¦ выпуска¦ память ¦ память ¦ хранение ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Магнито- ¦ 1988 ¦ Слабо ¦ Отлично ¦ Отлично ¦
¦ оптические ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ и фазоперем.¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 1988 ¦ Неприемл. ¦ Неприемл. ¦ Отлично ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 4-мм кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 1987 ¦ Неприемл. ¦ Неприемл. ¦ Отлично ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 4-мм кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ со спирал. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ считаванием ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Диски с ¦ 1985 ¦ Слабо ¦ Хорошо ¦ Слабо ¦
¦ однакратной ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ записью ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 1984 ¦ Неприемл. ¦ Неприемл. ¦ Отлично ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ мини-кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 6.35мм ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ DC-2000 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Сменные кас.¦ 1983 ¦ Хорошо ¦ Хорошо ¦ Хорошо ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ Bernoulli ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Жесткие ¦ 1974 ¦ Отлично ¦ Неприемл. ¦ Хорошо ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 1972 ¦ Неприемл. ¦ Неприемл. ¦ Отлично ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ мини-кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 6.35мм ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ DC-6000 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+--------+-----------+-----------+---------------+
¦ Гибкие ¦ 1971 ¦ Слабо ¦ Неприемл. ¦ Слабо ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L-------------+--------+-----------+-----------+----------------
Таблица 2.
--------------T-------------T--------------T--------T---------------¬
¦ Название ¦Цена дисков. ¦Цена носит. ¦Максим. ¦Цена в расчете ¦
¦ ¦подсист.(т.$)¦информации ($)¦емъкость¦на мегабайт ($)¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Магнито- ¦ 2.7 - 6.0 ¦ 130 - 250 ¦ 1Гб ¦ 0.13 - 0.25 ¦
¦ оптические ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ и фазоперем.¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 2.5 - 6.0 ¦ 30 - 45 ¦ 2.5Гб ¦ 0.01 - 0.02 ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 4-мм кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 7.0 - 8.0 ¦ 40 ¦ 5Гб ¦ 0.01 ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 4-мм кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ со спирал. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ считаванием ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Диски с ¦ 2.5 - 4.0 ¦ 100 - 200 ¦ 1Гб ¦ 0.10 - 0.20 ¦
¦ однакратной ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ записью ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 0.4 - 1.4 ¦ 30 - 40 ¦ 150Мб ¦ 0.20 - 0.27 ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ мини-кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 6.35мм ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ DC-2000 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Сменные кас.¦ 1.119-2.499 ¦ 90 - 140 ¦ 44Мб ¦ 3.18 - 4.50 ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ Bernoulli ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Жесткие ¦ 0.2 - 0.9 ¦ - ¦ 1.2Гб ¦ 7.50 - 10.0 ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Магнитная ¦ 1.0 - 4.0 ¦ 35 - 74 ¦ 525Мб ¦ 0.07 - 0.14 ¦
¦ лента на ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ мини-кас. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 6.35мм ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ DC-6000 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-------------+--------------+--------+---------------+
¦ Гибкие ¦ 0.06 - 0.10 ¦ 1 - 2 ¦ 1.44Мб ¦ 0.69 - 1.39 ¦
¦ диски ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L-------------+-------------+--------------+--------+----------------
Перспективы развития.
Основные перспективы развития МО дисков связанны прежде всего с увеличением скорости записи данных. Медленная скорость определяется в первую очередь двухпроходным алгоритмом записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы, из-за того, что магнитное поле, задающие направление поляризации конкретных точек на диске, не может изменять свое направление достаточно быстро.
Наиболее реальная альтернатива двухпроходной записи - это технология, основанная на изменение фазового состояния. Такая система уже реализована некоторыми фирмами производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями и модуляциями магнитного поля и мощности излучения лазера.
Технология основанная на изменении фазового состояния, основана на способности вещества переходить из кристаллического состояния в аморфное. Достаточно осветить некоторую точку на поверхности диска лучом лазера определенной мощности, как вещество в этой точке перейдет в аморфное состояние. При этом изменяется отражающая способность диска в этой точке. Запись информации происходит значительно быстрее, но при этом процессе деформируется поверхность диска, что ограничивает число циклов перезаписи.
Технология основанная на полимерных красителях, также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается двумя слоями полимеров, каждый из которых чувствителен к свету определенной частоты. Для записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний слой разбухает и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства поверхности диска. Для стирания используется другая частота, на которую реагирует только верхний слой полимера, при реакции выпуклость сглаживается. Этот метод как и предыдущий имеет ограниченное число циклов записи, так как при записи происходит деформация поверхности.
В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля на противоположную всего за несколько наносекунд. Это позволит изменять магнитное поле синхронно с поступлением данных на запись.
Существует также технология построенная на модуляции излучения лазера. В этой технологии дисковод работает в трех режимах - режим чтения с низкой интенсивностью, режим записи со средней интенсивностью и режим записи с высокой интенсивностью. Модуляция интенсивности лазерного луча требует более сложной структуры диска, и дополнения механизма дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет два рабочих слоя - инициализирующий и записывающий.
Инициализирующий слой сделан из такого материала, что инициализирующий магнит может изменять его полярность без дополнительного воздействия лазера. В процессе записи инициализирующий слой записывается нулями, а при воздействии лазерного луча средней интенсивности записывающий слой намагничивается инициализирующим, при воздействии луча высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии с полярность магнита смещения. Таким образом запись данных может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.
Выводы.
Безусловно МО диски перспективные и бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не только от технологии записи на них, но и от прогресса в области других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски возможно займут доминирующие роли.
Список используемой литературы.
1. Журнал PC Magazine ( Russion Edition ) N2 1991
2. А.Борзенко,А.Федоров. Мультимедиа для всех.- 2-е изд.-М.:ТОО фирма «Компьтер Пресс»,1996,-252 с.:ил.
3. В.П.Дьяконов. Популярная энциклопедиа Мультимедиа -М.:ABF,1996,-390 c.:ил.