38 Принципы хранения и размещения информации на магнитных и оптических дисках.

Оптические диски обладают более высокой плотностью записи, чем магнитные.  Компакт диски изготавливаются с использованием мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия длинной 0.8 микрон. Углубления получили названия впадина, а ровные пространства между впадинами называются термином площадка. Переход впадина-площадка или площадка-впадина воспринимается за единицу, а его отсутствие за нуль.  Для качественного воспроизведения мультимедийных файлов, необходимо обеспечить равномерное линейное движение диска, для этого необходимо уменьшать скорость вращения диска при продвижении от центра к его краю. Последовательность впадин и площадок записываются в виде непрерывной спиральной дорожки, начинающейся недалеко от центра диска и заканчивающаяся у его края.  С момента появления CD-ROM и начала их использования их использования для хранения компьютерных данных, стал необходим серьезный контроль ошибок. 14 разрядов достаточно, для кодирования одного байта кодом Хэмминга с запасом в два бита. В действительности используется более сложная система помехоустойчивого кодирования. При чтении, преобразование 14 в 8 происходит аппаратно при помощи таблицы.  Каждый CD-ROM сектор, начинается 16-байтовым заголовком, первые 12 байт которого содержат 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00, чтобы считывающее устройства могло определить начало CD-ROM сектора. Следующие три байта содержат номер сектора, что необходимо, так как поиск данных на единственной спирали диска значительней сложнее, чем на магнитном диске состоящем из концентрических дорожек. При поиске,  программное обеспечение устройства приблизительно вычисляет, куда переместить головку, а после перемещения головки считывает первый заголовок, проверяя, насколько точно удалось приблизиться к требуемым данным. Последний байт заголовка содержит байт режима.

      Коротки посмотрим как организовывается запись на диски типа CD-R и CD-RW:

· CD-R. На CD-R дисках, необходимо было придумать альтернативный вариант распознавания 0 и 1, отличный от отражения луча от впадин и площадок. Это добавляется при помощи добавление специального слоя красителя между поликарбонатом и золотой отражающей поверхностью. Используются два вида красителя: синевато-зелёный цианин и желтовато-оранжевый фталоцианин.  Изначально слой красителя прозрачен, и позволяет лучу лазера проходить сквозь него и отражаться от золотого покрытия. Во время записи лазер переводится в режим высокой мощности. Когда луч лазера попадает на краситель, он нагревает его, разрушая химические связи. При этом образуется тёмное пятно. При чтении декодер различает разницу, между окрашенными и прозрачными областями и интерпретирует их как 1 и ноль.

· CD-RW. В отличии от CD-R, здесь нет слоя красителя. Вместо него используют сплав серебра, индия, сурьмы и теллура. У этого сплава два устойчивых состояния: кристаллический и аморфный,  с различной отражающей способностью. При высокой мощности, лазер расплавляет сплав, преобразуя его из кристаллического состояния в аморфное. При средней мощности лазер плавит сплав, преобразовывая его в кристаллическое состояние. При низкой мощности лазер считывает информацию с диска, не вызывая никаких переходов сплава.

Основные зоны на CD

Зона калибровки – перед каждой записью там пишется мощность лазера.

Зона памяти программ – для записи номеров треков и адреса первой записи. Адресация данных – по времени (!). Запись в зону данных идет по спирали от центра.

Зона вывода – для позиционирования считывающей системы и синхронизации (там всего одна дорожка). Причем запись идет сначала в зону данных, а потом адреса пишутся куда требуется. Запись идет секторами – 2352 логических байта (1 логический  байт = 8 бит, 1 байт на CD = 14 бит).

Синхронизация = 24 бита

Субкод = 1 байт

Сектор = 24 байта

Контрольный код CIRC (8 байтов)

Синхронизация 1/75 секунды

Адресация данных в магнитных дисках

Минимальной адресуемой областью данных на жёстком диске является сектор. Размер сектора традиционно равен 512 байт. ной Advanced Format, и выпустил накопитель (WD10EARS-00Y5B1) использующий новую технологию.

Существует 2 основных способа адресации секторов на диске: цилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS) и линейная адресация блоков (англ. linear block addressing, LBA).

[править]

CHS

При этом способе сектор адресуется по его физическому положению на диске 3 координатами — номером цилиндра, номером головки и номером сектора. В современных дисках со встроенными контроллерами эти координаты уже не соответствуют физическому положению сектора на диске и являются «логическими координатами»

LBA

При этом способе адрес блоков данных на носителе задаётся с помощью логического линейного адреса.

Технологии записи данных

Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки. При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 60 Гбит/см².

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется».