Оптическая память

 

В 1983 году была представлена первая цифровая аудиосистема на базе компакт-дисков (CD — compact disk). Компакт-диск — это односторонний диск, способный хранить более чем 60-минутную аудиоинформацию. Громадный коммерческий успех CD способствовал развитию технологии дешевых оптических запоминаю­щих устройств для ВМ. За последующие годы были созданы различные системы памяти на оптических дисках, три из которых в прогрессирующей степени прижи­ваются в вычислительных машинах: CD-ROM, WARM и стираемые оптические диски.

Для аудио компакт-дисков и CD-ROM используется идентичная технология. Основное отличие состоит в том, что проигрыватели CD-ROM более прочные и со­держат устройства для исправления ошибок, обеспечивающие корректность пере­дачи данных с диска в ВМ. Диск изготавливается из пластмассы, например поли­карбоната, и покрыт окрашенным слоем с высокой отражающей способностью, обычно алюминием. Цифровая информация заносится в виде микроскопических углублений в отражающей поверхности. Запись информации производится с по­мощью сильно сфокусированного луча лазера высокой интенсивности. Так создается так называемый, мастер-диск, с которого затем печатаются копии. Углубле­ния на копии защищаются от пыли и повреждений путем покрытия поверхности диска прозрачным лаком.

Информация с диска считывается маломощным лазером, расположенным в про­игрывателе. Лазер освещает поверхность вращающегося диска сквозь прозрачное покрытие. Интенсивность отраженного луча лазера меняется, когда он попадает в углубление на диске. Эти изменения фиксируются фотодетектором и преобра­зуются в цифровой сигнал.

Углубления, расположенные ближе к центру диска, перемещаются относительно луча лазера медленнее, чем более удаленные. Из-за этого необходимы меры для компенсации различий в скорости так, чтобы лазер мог считывать информацию с постоянной скоростью.

Одно из возможных решений аналогично применяемому в магнитных дисках — увеличение расстояния между битами информации, в зависимости от ее располо­жения на диске. В этом случае диск может вращаться с неизменной скоростью и, соответственно, такие дисковые ЗУ известны как устройства с постоянной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity). Ввиду нерационального использо­вания внешней части диска метод постоянной угловой скорости в CD-ROM не поддерживается. Вместо этого информация по диску размещается в секторах оди­накового размера, которые сканируются с постоянной скоростью за счет того, что диск вращается с переменной скоростью. В результате углубления считываются лазером с постоянной линейной скоростью (CLV, Constant Linear Velocity). При доступе к информации у внешнего края диска скорость вращения меньше и возра­стает при приближении к оси. Емкость дорожки и задержки вращения возрастают по мере смещения от центра к внешнему краю диска.

Выпускаются CD различной емкости. В типовом варианте расстояние между дорожками составляет 1,6 мк, что, с учетом промежутков между дорожками, по­зволяет обеспечить 20 344 дорожки. Фактически же, вместо множества концент­рических дорожек, имеется одна дорожка в виде спирали, длина которой равна 5,27 км. Постоянная линейная скорость CD-ROM — 1,2 м/с, то есть для «прохож­дения» спирали требуется 4391 с или 73,2 мин. Именно эта величина составляет стандартное максимальное время проигрывания аудиодиска. Так как данные счи­тываются с диска со скоростью 176,4 Кбайт/с, емкость CD равна 774,57 Мбайт.

Данные на CD-ROM организованы как последовательность блоков. Типичный формат блока показан на рис. 84. Блок включает в себя следующие поля:

· Синхронизация.Это поле идентифицирует начало блока и состоит из нулевого байта, десяти байтов, содержащих только единичные разряды, и вновь байта из всех нулей.

· Идентификатор.Заголовок, содержащий адрес блока и байт режима. Режим 0 определяет пустое поле данных; режим 1 отвечает за использование кода, кор­ректирующего ошибки, и наличие 2048 байт данных; режим 2 определяет нали­чие 2336 байт данных и отсутствие корректирующего кода.

· Данные.Данные пользователя.

· Корректирующий код (КК).Поле предназначено для хранения дополнитель­ных данных пользователя в режиме 2, а в режиме 1 содержит 288 байт кода с исправлением ошибок.

 

Рис. 84. Формат блока CD-ROM.

 

Рисунок 85 иллюстрирует организацию информации на CD-ROM. Как уже отмечалось, данные расположены последовательно по спиралевидной дорожке. Для варианта с постоянной линейной скоростью произвольный доступ к информации становится более сложным.

Рис. 85. Организация диска с постоянной линейной скоростью.

 

В последнее время наметился переход к новому типу оптических дисков, так называемым DVD-дискам (Digital Video Data). DVD-диски состоят из двух слоев толщиной 0,6 мм, то есть имеют две рабочих поверхности, и обеспечивают хране­ние по 4,7 Гбайт на каждой. В DVD-технологии используется лазер с меньшей дли­ной волны (650 нм против 780 нм для стандартных CD-ROM), а также более изощ­ренная схема коррекции. Все это позволяет увеличить число дорожек и повысить плотность записи. Кроме того, при записи применяется метод сжатия информа­ции, известный как MPEG2.