Внешние запоминающие устройства

Эту проблему пытались решать двумя способами - создавали технологии обработки и улучшения качества сигнала, полученного магнитными головками и создавали сплавы более устойчивые к внешним воздействиям на частицы. Но такие сплавы требуют более мощные головки записи, что приводит к увеличению энергозатрат и нагреванию диска. 

2. Современные  внешние запоминающие устройства 

2.1 Устройство  чтения компакт-дисков (CD-ROM)

Компакт-диски  имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 мегабайт информации (или 74 минуты аудио). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 мегабайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объемом 650 мегабайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также мини-CD диаметром 8 см, на которые вмещается около 140 или 210 Мб данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROMов где информация записывается цилиндрически).

Компакт-диски  бывают CD-ROM, CD-R для однократной записи, CD-RW для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи в домашних условиях на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не читаться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 KБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

2.2 DVD. Отличия  DVD от обычных CD-ROM

Самое основное отличие - это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно  записать 640 Мб, то на один DVD-диск помещается от 4,7 до 17 Гб.

В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно.

В самих носителях  тоже отличий больше, чем кажется  на первый взгляд. 

Из-за того, что  плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному  слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой. 

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самое главное преимущество такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними. 

Емкость DVD 

Существует пять разновидностей DVD-дисков: 

1. DVD5 - однослойный  односторонний диск, 4,7 Гб, или два  часа видео; 

2. DVD9 - двухслойный  односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре  часа видео; 

3. DVD10 - однослойный  двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео; 

4. DVD14 - двухсторонний  диск, два слоя на одной и  один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео; 

5. DVD18 - двухслойный  двухсторонний диск, 17 Гб, или более  восьми часов видео. 

Последний вариант, DVD18, из-за слишком дорогой и сложной технологии производства в природе встречается очень редко. Самые популярные стандарты - DVD5 и DVD9. 

Возможности 

Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили  только музыку. Сейчас можно встретить  не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта (в основном, демонстрационные версии, которые занимают на болванке совсем небольшой кусочек места и выпускаются на DVD только из соображений престижа). Естественно, что основной областью использования является кинопродукция. 

Разработчикам софта и игр пока что не нужны  все возможности DVD, но в скором будущем  ситуация будет меняться. 

Механические  повреждения 

К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково  чувствительны. Однако из-за гораздо более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более значительными (плотность данных намного больше).  

Защита от копирования 

Кроме региональной защиты, есть еще одна - все содержимое DVD-диска шифруется, чтобы его  нельзя было воспроизвести после копирования. А ключ состоит из двух частей: первая часть - это ключ, хранящийся на самом диске (всего их хранится около 400, и только один является подходящим), а вторая находится в памяти своего проигрывателя 

И сейчас есть программы, которые позволяют расшифровывать содержимое DVD. Есть и программы, позволяющие сразу создавать образ диска для его дальнейшего копирования. 

2.3 Blu-ray Disc 
 

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23.3, 25, 27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6, 50, или 54 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и шести слоёв. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта. 

Физический размер 

Однослойная вместимость 

Двухслойная вместимость  

120 мм 

23.3/25/27 Гб 

46.6/50/54 Гб  

80 мм 

7.8 Гб 

15.6 Гб  
 
 

Технические детали 

Лазер и оптика 

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный  и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно. 

Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском -- до 0,32 микрон -- и увеличить плотность записи данных. 

Более короткая длина волны сине-фиолетового  лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD, скорость считывания до 432 Мбит/c. 

Из-за того, что  на дисках Blu-Ray данные расположены слишком  близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к  царапинам и прочим внешним механическим воздействиям из-за чего они были заключены  в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять стандарту HD DVD-- своему основному конкуренту. HD DVD помимо своей более низкой стоимости может нормально существовать без картриджей, также как форматы DVD и CD, что делает его более понятным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которые могут быть обеспокоены дополнительными затратами из-за картриджей. 

В формате Blu-ray применен экспериментальный элемент защиты под названием BD+, который позволяет динамически изменять схему шифрования. Стоит шифрованию быть сломанным производители могут обновить схему шифрования, и все последующие копии будут защищены уже новой схемой. Таким образом, единичный взлом шифра не позволит скомпрометировать всю спецификацию на весь период её жизни. Все Blu-ray проигрыватели смогут выдавать полноценный видеосигнал только через защищённый шифрованием интерфейс.  

2.4 Карты памяти 
 

Наиболее распространенные типы карт памяти:

CompactFlash (CF), MultiMeda Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных. 

Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом. 

Параллельный: 

· PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash)  

· CompactFlash (CF)  

· SmartMedia (SSFDC)  

Последовательный: 

· MultiMedia Card (MMC)  

· SD-Card (Secure Digital - Card)  

· Sony Memory Stick  

Самым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова - 3,3 мм). Питание карт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I. 

Тип 

Длина 

Ширина 

Толщина 

Использование  

Type I 

85,6 мм 

54 мм 

3,3 мм 

Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д)  

Type II 

85,6 мм 

54 мм 

5 мм 

Память, устройства ввода-вывода (модемы, сетевые карты  и т. д)  

Type III 

85,6 мм 

54 мм 

10,5 мм 

Устройства хранения данных, жёсткие диски  
 
 

Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В, любая карта  

SmartMedia (SSFDC - Solid State Floppy Disk Card) 8 из 22-х контактов карты  используются для передачи данных, остальные используются для питания  микросхемы, управления и несут  на себе другие вспомогательные  функции.  

Толщина карты  всего лишь 0,76мм. 

SmartMedia - единственный  формат флэш-карт, не имеющий встроенного  контроллера.  

На карте имеется  специальное углубление (в форме  кружочка). Если в это место приклеить  соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи. 

По сравнению  с другими картами флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая  память, размещённая на печатной плате  вместе с контроллером и другими  компонентами, SmartMedia устроена очень  просто. xD-Picture Card - XD следует расшифровывать как eXtreme Digital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. 

Сообщается, что  скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5 Мбайт/с. 

Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. Карта разработана в качестве замены SmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости - 8GB.  

Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается  зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой  оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты. 

MultiMedia Card работает  с напряжением 2.0В - 3.6В, однако  спецификацией предусматриваются  карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC (напряжение 1.6В - 3.6В). 

Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC.