Современные устройства записи информации

Введение

У человека всегда была потребность сохранить результаты его трудов, будь они материальными или умственными. Для этой цели издавна использовались различные способы: древний человек вёл записи с помощью рисунков, т. к. он не владел письменностью, с появлением письменности появилась и возможность более информативно излагать свои мысли, для чего стали использоваться глиняные таблички, папирусы, бумага, береста и даже каменные стены. Но с развитием человеческой цивилизации, с развитием различных наук количество информации, подлежащей сохранению, постепенно увеличивалось и приходилось придумывать новые методы или улучшать старые. Так ещё в 1041-48 г.г. в древнем Китае были предприняты первые опыты книгопечатания (Би Шэн), которое в 15-16 в.в. получило распространение в Европе, а создание в 1814 печатной машины положило начало современной полиграфии. Тогда же, в 16 в., итальянец Ромнецатто изобрёл “пишущее пианино”, правда, не получившее распространения, а вообще с тех пор было запатентовано и создано около 300 различных конструкций пишущих машинок, хотя практическое применение нашли лишь 25-30 из них. Хотя это были и весьма несовершенные конструкции, они существенно подняли индивидуальную производительность. В 1857 г. англичанин Леон Скотт создал первое устройство, регистрирующее акустические колебания, а в 1878 г. американцем Томасом Эдисоном по такому же принципу был создан фонограф, позволявший записывать и воспроизводить различные звуки и человеческую речь. Так появились первые устройства механической записи информации, а 40-50-х г.г. нашего столетия появилась первая технология записи информации на магнитные носители, что вывело этот процесс на принципиально новый уровень.

С развитием компьютерной техники объёмы информации в электронной форме начали стремительно возрастать. Программы для ПК и объём обрабатываемой и сохраняемой ими информации исчисляется не десятками или сотнями килобайт, как на заре компьютерной эры, а десятками и сотнями мегабайт, к тому же возросла и ценность самой информации. Всё это обусловило потребность в ёмких, быстрых и надёжных устройствах записи информации.

На сегодняшний день существует 3 основных технологии записи информации: электронная (чипы памяти различных видов), магнитная (жёсткие (гибкие) диски, стримеры, накопители на сменных дисках большой ёмкости (Iomega Zip, Iomega Jaz и др.)), оптическая (оптические диски CD-ROM, DVD и др.) и магнитооптическая.

Оптическая технология

Накопители на CD (приводы CD-ROM и др.)

На сегодня существует три оптических технологии (о 4-ой (DVD) речь пойдёт в отдельной главе) – это собственно CD-ROM (функционально соответствует ПЗУ, потому и ROM), дисководы WORM (Write Once Read Many times) и последний, известный под именами перезаписываемый оптический, стираемый оптический или CD-RW (ReWritable).

CD-ROM

Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 году - примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности - японской фирмы Sony и голландской Philips. Строго определенная емкость компакт-дисков связана с такой интересной историей.

Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки - не более и не менее. После того, как группа разработчиков провела 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 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как “Красная Книга” (Red Book). Когда 74 минуты пересчитали в килобайты, получилось 640 Mb.

Специалисты же Philips определили минимальные требования к качеству записи звука и регламентировали, например, такие характеристики аудио компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки.

Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков - так называемой “Желтой Книги” (Yellow Book), или просто CD-ROM. Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но и текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип - аудио- или цифровые данные. В этом формате, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-дисков, поскольку решение данных вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям “Желтой Книги”, мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств. В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс.

Именно поэтому вторым стандартом де-факто для цифровых компакт-дисков стала спецификация HSG (High Sierra Group), или просто High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.

Созданная спецификация оказалась настолько привлекательной, что стандарт ISO-9660 (1988 год) для цифровых компакт-дисков, в принципе совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO-9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержимое (Volume Table Of Contents, VTOC). Базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во многом напоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка (трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой ОС), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректориям. Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.

Международный стандарт ISO-9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO-9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до 8-ми символов, расширение имени файла (состоящие из 3-х символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов (“~”, “-”, “+”, “=”). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ “_”. Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию; номер версия отделяется от расширения символом “;”. Каталоги могут иметь вложенности 8. Стандарт ISO-9660 второго уровня позволяет использовать в именах файлов до 32 символов, накладывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с применением такого стандарта, не могут использоваться в ряде ОС, в том числе и MS-DOS.

Спецификация CD-I (Interactive) была предложена в 1988 году. Этот стандарт определял использование дискового плеера без подключения его к компьютеру. Устройством отображения в данном случае должен был стать, например, обыкновенный телевизор. Разумеется, что использовался и его стандартный звуковой канал. Кроме этого, CD-I предлагала несколько уровней качества воспроизведения аудио- и графической информации. Данная спецификация изложена в “Зеленой Книге” (Green Book). Заметим, что так называемые CD-I-Ready-диски являются некой смесью между аудио-CD (Red Book) и мультимедиа-диском (Green Book). Таким образом, на аудиоплеере прослушивается только звуковая информация, а на устройстве CD-I воспроизводится вся вместе.

Стандарт CD-ROM XA был создан в 1990 году усилиями фирм Microsoft, Philips и Sony как “мост” между CD-ROM и CD-I. Таким образом, ХА-диск мог воспроизводиться на CD-I-плеере или приводе, отвечающем стандарту Yellow Book (при использовании специального программного обеспечения). Формат спецификации CD-ROM XA совместим сверху вниз с форматами, рекомендованными High Sierra и ISO-9660. Однако в новой спецификации заложено уже гораздо больше возможностей. Во-первых, формат ХА позволяет осуществлять много сеансовую запись на диск. Во-вторых, основной отличительной особенностью приводов CD-ROM ХА является так называемая техника чередования (interleaving). Спецификация ХА позволяет одновременно хранить на диске графические, текстовые и звуковые данные, причем графика может включать как стандартные картинки и анимацию, так и полнообъемное видео (full-motion).

Другой отличительной особенностью спецификации ХА является сжатие звуковых данных, что позволяет хранить на одном диске до нескольких часов аудиоинформации вместо обычных 74-х минут. Кстати, именно из-за сжатия минимальная скорость передачи информации не должна быть меньше 150 Кбайт/с.

Еще одна спецификация, принятая в 1991 году и изложенная в “Оранжевых Книгах” (Orange Books), относится к записываемым и стираемым дискам. В первой книге речь идет о магнитооптических дисках (CD-MO), которые допускают как стирание, так и перезапись информации. Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью типа WORM. К подобным накопителям относятся устройства, отвечающие, например, спецификации CD-ROM XA.

В 1993 году была анонсирована еще одна книга - White Book (“Белая”). В ее создании приняли участие JVC, Matsushita, Philips и Sony. В этом документе определялись основные параметры видео-СД - компакт-диска, на котором можно было хранить 72 минуты высококачественного видео вместе со стереозвуком. Хранение данных на видео-CD базируется на методе сжатия информации, называемом MPEG (Motion Picture Experts Group). Видео-CD могут воспроизводиться на специальных видео-CD-плеерах, CD-I-плеерах со специальным картриджем “Digital Video”, а также на компьютере со специальной платой MPEG-декодера и приводом CD-ROM.

Спецификация White Book является в настоящее время идеальным средством для хранения цифрового видео - это единственный стандартный путь воспроизведения видео на мультимедиа-PC.

После принятия спецификации White Book были пересмотрены и переделаны с ее учетом первые версии стандарта Green Book. Мир цифрового видео стал принадлежать “Белой Книге”.

В конце 1994 года были анонсированы так называемые музыкальные мультимедиа-компакт-диски. Эта спецификация носит название CD Plus. Подобные диски содержат две части, одна из которых - аудио, а другая - CD-ROM. Записанную музыку можно прослушивать на аудиоплеере, а доступ к мультимедиа-информации (и музыке) возможен на приводе, подключенном к ПК.

Итак, были рассмотрены практически все наиболее распространенные форматы хранения данных на CD-ROM. Как уже было сказано, отличительной особенностью всех этих форматов является их отличие от файловой системы, используемой в MS-DOS. Таким образом, для доступа к данным, хранимым на CD-ROM, необходимо преобразование форматов. Для этих целей фирма Microsoft выпустила специальный драйвер, который называется Microsoft CD Extention (mscdex.exe). Он входит в комплект поставки MS-DOS, а также поставляется практически со всеми приводами CD-ROM.

Устройство и принцип работы

Как известно, большинство накопителей бывают внешними и встраиваемыми. Приводы компакт-дисков в этом смысле не являются исключением. Большинство предлагаемых в настоящее время накопителей CD-ROM относятся к встраиваемым. Внешний накопитель, как правило, стоит дороже.

На передней панели каждого накопителя имеется доступ к механизму загрузки компакт-диска в привод. Также там расположены индикатор работы устройства (обычно Busy), гнездо для подключения наушников или стереосистемы (для прослушивания аудиодисков), а также регулятор громкости (также для аудио-CD). Кроме того, при использовании контейнера на передней панели имеется отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например если не срабатывает кнопка Eject.

На задней панели практически всех без исключения приводов CD-ROM находятся по крайней мере три разъема: интерфейсный, питания и аудио. Разъем для вывода звука позволяет подключать привод к звуковой карте. Это удобно при прослушивании аудиодисков, поскольку не требует переключения акустической системы или наушников с одного гнезда на другое.

Кроме этих разъёмов при использовании SCSI-интерфейса с задней панели привода доступны также резисторы-терминаторы устройства и набор перемычек (jumpers), или переключателей (switches), которые определяют номер устройства и режим работы.

В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

И так, считывание информации с компакт-диска, также как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Сервомотор по команде внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Такой луч, попадая на отражающий свет островок, через расщепляющую линзу отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается - фотодетектор фиксирует двоичный ноль (цифровая информация представляется чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет островков). В качестве отражающей поверхности компакт-дисков обычно используется алюминий. Вся поверхность компакт-диска покрыта прозрачным защитным слоем.

В отличие от, например, винчестеров, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Тем не менее одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.

В то время, как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обусловливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.

Интерфейсы

Довольно часто фирмы производители поставляют привод CD-ROM с обязательной картой контроллера, на которой реализован так называемый (собственный) proprietary-интерфейс. Обычно это собственная реализация одной из версий интерфейсов IDE или SCSI. Часто при покупке накопителя на CD-ROM в составе Multimedia Kit на звуковой карте находится именно proprietary-интерфейс. Стандартами де-факто для интерфейсов приводов компакт-дисков стали спецификации Mitsumi, Panasonic и Sony. Одним из популярных интерфейсов всех приводов, включая приводы CD-ROM, является IDE, SCSI или SCSI-2.

Как известно, отличительной особенностью интерфейса IDE является реализация функции контроллера в самом накопителе. Именно поэтому подключение подобных приводов к компьютеру выполняется непосредственно к IDE контроллеру на материнской плате ПК. Данный интерфейс поддерживает, как правило, программный ввод-вывод.

Компания Western Digital разработала так называемую спецификацию Enchanced IDE. Этот документ поддержали практически все ведущие компании по производству накопителей. Новый интерфейс позволяет подключать одновременно до четырех приводов жестких дисков. Но самое главное, спецификация Enchanced IDE позволяет не только увеличить количество подключаемых устройств, но и использовать другие типы устройств, например приводы CD-ROM или стримеры. В частности, Western Digital для поддержки накопителей CD-ROM с интерфейсом IDE предлагает протокол ATAPI (ATA Packed Interface). ATAPI является расширением протокола ATA и требует незначительных изменений в системной BIOS. В общем случае используется специальный драйвер. В последнее время появились накопители, которые поддерживают не только интерфейс IDE, но и EIDE/ATAPI.

Как известно, интерфейс SCSI стал одним из важнейших промышленных стандартов для подключения таких периферийных устройств, как, например, винчестеры, стримеры, лазерные принтеры, приводы CD-ROM и т.п. Необходимо отметить, что SCSI - интерфейс более высокого уровня, нежели IDE. Физически SCSI-шина представляет собой плоский кабель с 50-контактными разъемами, через которые можно подключить до восьми периферийных устройств.

Версия интерфейса SCSI-2 позволяет повысить пропускную способность магистрали за счет увеличения тактовой частоты обмена и сокращения критических временных параметров шины, применения новейших БИС и высококачественных кабелей. Таким образом реализуется “скоростной” вариант SCSI-2 - Fast SCSI-2. “Широкий” (Wide SCSI-2) вариант магистрали, предусматривает наличие дополнительных 24 линий данных благодаря подключению второго 68-проводного кабеля (для приводов CD-ROM не применяется). Обычно скорость передачи данных по шине SCSI(-2) для приводов CD-ROM достигает от 1.5-2 до 3-4 Mbайт/с.

Несмотря на стандартность интерфейса SCSI, проблема совместимости приводов с SCSI-адаптерами по-прежнему остается. В случае реализации собственного интерфейса подключение других устройств, кроме привода CD-ROM, достаточно проблематично. Здесь следует отметить, что существует спецификация ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), которую разработала фирма Adaptec - ведущий производитель адаптеров SCSI. В том случае, если производитель SCSI-устройства поставляет ASPI-совместимый драйвер, то он совместим со всеми host-адаптерами или интерфейсными картами Adaptec и большинства других производителей.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: дипломная работа методика, доклады бесплатно.

1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки