135455 (Оптические и магнитно-оптические накопители), страница 3

Рис.10. Структура простого DVD

Рис.11. Двухслойный DVD

    Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видео индустрию. Недаром значительная часть споров и задержек с производством устройств DVD вызвана согласованием способов защиты авторских прав от пиратского копирования. Цифровые сис­темы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для созда­ния нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация кинопроизводителей Америки (MPAA - Motion Picture Association of America) совместно с Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Manufacturer's Association) возбужденно обсуждают возможности встраивания защиты от нели­цензионного копирования непосредственно в устройства, а также законопроекты, связанные с защитой от копирования. Среди предлагаемых мер не только исключение возможности прямого копирования диск/диск, но и более серьезные меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения копирова­ния данных считанных с DVD на другие носители (ожидается появление таких свойств в Windows 97 где-нибудь к 1998 году). Наиболее радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопи­рованы (рис. 12). Рабочая группа (Technical Working Group), представляющая интересы производителей ком­пьютеров при этом не остаются в стороне, так как сужение функциональных возможностей устройств может быть не безболезненно.

    Чтобы понять как удалось достичь столь значительного роста объема информации на DVD диске сравним его с CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) дости­гается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих высту­пов/впадин), что и видно на рис.13.

Кроме увеличения физической плотности размещения информации на диске произошли изменения и в способах ее представления. Так на смену способа мо­дуляции 8/14 (EFM - eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается не­сколько иным алгоритмом преобразования и, главное (!), требует ввода на границе байт не трех а только двух дополнительных бит, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в диапазоне от 3 до 11 бит (то есть между двумя последовательными единицами после кодирования не менее 2 и не более 10 ну­лей). Таким образом получаем из каждого байта не 14+3=17 а 14+2=16 кодовых бит (это дает повод остро­словам требовать смены названия этого способ модуляции с EFM+ на EFM-). Изменение метода модуляции только одно из множества форматных изменений, позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм коррекции ошибок RS-PC (Reed-Solomon Product Code) обещает быть на порядок более устойчивым к воз­можным ошибкам воспроизведения (не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме резкое того уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к росту количества случайных сбоев при чте­нии).

Рис. 13. Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Из оставшихся еще не названными характеристик стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV - constant lineal velocity) 4 м/с.)

Стандарты, форматы, файлы

    Те, кто активно работает с компакт дисками знает насколько разнообразны и, часто, трудно совметстимы различные виды этих дисков. Стандарты де-факто на различные виды дисков принимались часто в конкурентной борьбе. С DVD все может быть по другому: это устройство представляется едва ли не единственным высокотехноло­гичным техническим решением последних десятилетий стандарты которого обсуждаются столь значитель­ной группой производителей (в альянс еще весной 1996г. вошло более 10 крупнейших корпораций).

Как и стандарты на CD требования к DVD изложены в «книгах». Но в отличии от уже знакомых нам «цветных книг» эти - «упорядочены в алфавитном порядке». В настоящий момент обсуждаются пять книг от «A» до «E». Книга может содержать до трех частей (рис. 14). При этом в первой части описываются физиче­ские спецификации, во второй - файловая система, а в третей - приложения. Первые три книги описывают соответственно ROM, Video и Audio DVD. При этом они используют одинаковый физический формат носи­теля, изготавливаемого «штамповкой» и файловую систему. Файловая система этих стандартов - переходная (UDF-Bridge), обеспечивающая комбинацию возможностей уже знакомой пользователям CD-ROM файло­вой системы ISO-9660 и реализующей рекомендации ISO/IEC 13346 новой системы, разработанной Optical Storage Technology Association (OSTA) и получившей название Universal Disk Format - UDF. Два других стандарта D и E описывают записываемые (DVD-R (recordable) или иначе DVD-WO (write once)) и переза­писываемые (DVD-RAM, DVD-W (writable) или иначе DVD-E (erasable)) диски. Да-да! В отличие от CD диски DVD рождаются сразу с возможностью записи и даже перезаписи информации. Однако эти стандарты наименее устоявшиеся, ещё стоит отметить что формат файлов и для тех и для других предполагается UDF.

Рис.14. Стандартизация видов DVD

    Особо следует сказать о совместимости с уже существующими дисками. Явно такая совместимость стан­дартами не требуется. Однако подавляющее большинство производите­лей готовит устройства, способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструирован­ной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки или даже за счет установки дополни­тельного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные нам «старые» диски.

Магнитооптические диски

Скачок в развитии компьютерной индустрии и тенденцийя постоянного роста мощных компьютерных информационных систем неуклонно влекут за собой увеличение объемов обрабатываемой информации. Это обстоятельство все чаще заставляет задумываться над проблемой хранения этой информации и выбором типов применяемых устройств для систем резервного копирования. Применявшиеся до недавнего времени накопители на магнитной ленте (стримеры) уже не удовлетворяют современным требованиям. Магнитная лента легко подвергается всевозможным механическим и электромагнитным повреждениям. Небольшое повреждение ленты хотя бы в одном месте может привести к потере блока информации объемом несколько мегабайтов. Это не позволяет использовать ленточные картриджи как надежные носители для любого рода информации, а скорость работы таких систем с последовательным доступом не позволяет оперативно работать с сохраняемой на них информацией. Не справились с задачей и накопители на гибких дисках: последнее достижение в этой области - дискеты емкостью в 21 МБ - в наше время уже мало на кого произведет впечатление. К тому же эти носители для своего объема стоят недешево, и создание на них "библиотек" архивов данных - весьма дорогое удовольствие. Похоже, что эта технология зашла в тупик и сегодня не способна конкурировать с другими, более современными накопителями. Недавно организация FTA (Floptical Technology Association) объявила о начале разработки диска емкостью 120 МБ, но несмотря на дешевизну, вряд ли новый накопитель будет иметь успех.

В последнее время в решении этой проблемы все более широкое признание получает магнитооптическая технология, которая использует магнитные и оптические механизмы записи и чтения; все чаще магнитооптические накопители используются для хранения больших объемов информации. Прародителем магнитооптической технологии считается фирма IBM, которая начала ее развитие в 1972 году. Первые магнитооптические дисководы появились в начале 80-х, но не получили широкого признания из-за высокой стоимости и сложности в работе. На сегодняшний день благодаря применению новых технических решений и последних технологий в магнитооптических системах ситуация с магнитооптическими накопителями полностью изменилась. Постоянное снижение цен на магнитооптические дисководы и улучшение технических характеристик позволит им в недалеком будущем полностью вытеснить с рынка стримеры, а постоянное увеличение емкости носителей и надежности хранения информации делает их работу в сетевых системах более эффективной по сравнению с накопителями типа CD-ROM.

Существует несколько стандартных типов магнитооптических дисководов, но на сегодняшний день самое большое распространение получили два из них. Это 3,5-дюймовые и 5,25-дюймовые накопители, причем 3,5-дюймовые накопители более популярны, хотя они и имеют меньший объем. Стандартные емкости 3,5-дюймовых дисков - 128, 230 и 640 МБ. У этих дискет одна рабочая поверхность, их размер соответствует размеру обычной 3,5-дюймовой дискеты, однако они несколько толще. Диски размером 5,25-дюйма имеют стандартные емкости 600 и 650 МБ или 1,2 и 1,3 ГБ (диски двойной плотности). В отличие от 3,5-дюймовых, у них две рабочие поверхности. Так же, как и обычный флоппи-диск, магнитооптические диски снабжены окошком защиты записи. Оба типа дисков полностью совместимы сверху вниз, а соблюдение стандартов магнитооптических дисководов не привязывает пользователей к конкретному производителю.

Запись на диск выполняется посредством последовательного нагревания ячейки диска лазером большой интенсивности до t=200 С^о, в результате чего ячейка теряет заряд и последующего нанесения нового заряда при этой же температуре магнитной головкой. Считывание производится лазерным лучом меньшей интенсивности. Он направляется на ячейку и поляризуется имеющимся там зарядом (если таковой имеется), а считывающее устройство определяет является ли отраженный луч поляризованным.

Не все магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми; существуют также диски с однократной записью CC WORM (Continuons Composite Write Once Read Many) и частичной записью P-ROM (Partial read-only memory). Перезаписываемые диски могут полностью изменять свою информацию (количество циклов чтения/записи около 10 млн. и зависит от конкретного производителя). Диски с однократной записью аналогичны перезаписываемым, но в момент записи на диск наносятся специальные метки, которые запрещают повторную запись. Такие диски после записи информации автоматически переходят в разряд ROM-дисков. Диски с частичной записью делятся как бы на две части: одна из них содержит постоянные данные, которые невозможно изменить, другая часть содержит перезаписываемые данные. На такие диски (в неизменяемую часть) можно инсталлировать неизменный рабочий код программы, а свои данные можно хранить в перезаписываемом секторе. Надо заметить, что это - идеальное средство защиты от любых вирусов.

Несмотря на большую емкость магнитооптических дисков (на сегодняшний день существуют 5,25-дюймовые диски емкостью 4,6 ГБ), они не могут заменить жесткие диски. Прежде всего это связано с низким быстродействием магнитооптических дисководов, а ведь этот параметр является одним из основных показателей для жестких дисков. Быстродействие магнитооптических дисководов существенно снижается при записи диска; не спасает положение и технология кэширования записи. Как известно, запись на магнитооптический диск осуществляется за два прохода: при первом проходе данные стираются с диска, при втором - записываются. А если к тому же установить проверку данных при записи, то быстродействие снизится еще на 20-30%.

Однако нельзя сказать, что положение дел не меняется. Совсем недавно фирма Pinnacle Micro выпустила магнитооптический накопитель под названием "Apex", в котором запись осуществляется за один проход, а его быстродействие составляет 4,5 МБ/с. Благодаря применению новой технологии быстродействие остается одинаковым как в режиме чтения, так и записи. Емкость нового дисковода составляет 4,6 ГБ. В настоящее время аналогичные разработки по однопроходным дисководам ведут фирмы IBM и Fujitsu.

Сегодня на нашем рынке наиболее широкое распространение получили 3,5-дюймовые дисководы фирм Fujitsu и IBM. Магнитооптические накопители выпускаются в двух вариантах: встраиваемые и внешние. Преимущество внешних накопителей заключается в том, что нагревание дисковода во время работы лазера не повышает температуру в корпусе самого компьютера. Встраиваемые накопители могут быть легко установлены на место обычного флоппи-накопителя. Все существующие магнитооптические накопители имеют интерфейс связи SCSI или Fast SCSI (фирма Fujitsu ведет разработку накопителей с интерфейсом связи IDE), поэтому требуется дополнительная установка SCSI хост-адаптера. Эти хост-адаптеры выпускаются для установки на шину ISA или PCI и могут поставляться в комплекте с магнитооптическим дисководом или отдельно от него. Можно применять хост-адаптер любой фирмы, однако желательно наличие на нем кэш-памяти емкостью не менее 64 КБ и SCSI-BIOS (по крайней мере, возможности его установки).

Испытания Fujitsu с хост-адаптером IFD-630 этой же фирмы (интерфейс связи - Fast SCSI или, как его еще называют, SCSI-2). Если в хост-адаптере установлен и активирован SCSI-BIOS, BIOS активизируется простой установкой перемычки и отпадает необходимость в установке дополнительных драйверов. В противном случае приходится их инсталлировать под необходимую систему. При активизированном SCSI-BIOS появляется также возможность производить загрузку системы непосредственно с магнитооптического диска: для этого достаточно отформатировать этот диск как системный. Можно создать на этом диске сколько угодно разделов, используя для этого специальные утилиты fdisk и format, поставляемые вместе с дисководом.

Большое распространение получили "Библиотечные" магнитооптические накопители со сменными дисками, общая емкость которых может составлять несколько сотен гигабайтов. Смена диска в такой системе занимает всего несколько секунд и происходит программно, при этом не требуется никакого дополнительного вмешательства в этот процесс со стороны.