31012-1 (Устройства записи информации), страница 2

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.

Какой же из интерфейсов предпочтительней использовать в IBM PC-совместимых компьютерах для приводов CD-ROM? Хотя теоретически интерфейс SCSI может обеспечить скорость обмена несколько выше, нежели IDE, на практике все обстоит несколько сложнее. Не следует забывать, например, тот факт, что IDE-интерфейс использует в основном программный ввод-вывод, а SCSI-устройства в большинстве случаев - передачу данных по прямому доступу к памяти. В однопользовательских системах программный ввод-вывод часто оказывается гораздо эффективнее. Это особенно четко проявляется при использовании улучшенных алгоритмов кэширования. Преимущество SCSI-адаптеров неоспоримо в первую очередь в многозадачных и многопользовательских системах. Дело в том, что команды для SCSI-устройства могут быть построены в очередь, что освобождает процессор для выполнения других операций. Кроме того, если привод CD-ROM используется в локальной сети как коллективное устройство, альтернативы SCSI, пожалуй, пока нет.

С другой стороны, установка IDE-привода достаточно проста. В большинстве случаев справедлив принцип “включай и работай”. Для нормальной работы в файлы конфигурации системы обычно не требуется добавлять никаких дополнительных программных драйверов.

Для SCSI-адаптера процесс установки более сложен. Во-первых, следует помнить о разделяемых системных ресурсах: портах ввода-вывода, прерываниях IRQ, каналах прямого доступа к памяти DMA, областях в верхней памяти UMB. Во-вторых, требуется верно определить SCSI ID для конкретного устройства, в-третьих, не следует забывать, сигнале четности (запретить или разрешить), установке терминаторов и т.д. Кроме того, файлы конфигурации обязательно должны быть дополнены соответствующими программными драйверами адаптера и устройств.

Что же касается стоимости, то SCSI-адаптера обычно в компьютере нет, и его приходится покупать дополнительно хотя в последнее время появились модели материнских плат, имеющих встроенную поддержку SCSI интерфейса.

Основные параметры приводов

Скорость доступа (access time) определяет среднее время (в миллисекундах), необходимое для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт MPC 1 устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большинство современных приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Разумеется, этот параметр не включает в себя время, необходимое для выхода двигателя на рабочий режим.

Скорость передачи данных (data-transfer rate) зависит от двух факторов - плотности данных и скорости вращения диска. Под плотностью в данном случае понимают количество бит (впадин) на дюйм (или миллиметр). Так, для 16-битного стереосигнала качества аудио-CD (частота 44.1 кГц) скорость должна быть 1.4 Mbита/с. Разделив это значение на число бит в байте (8), мы получим 176.4 Кбайта/с - усредненное значение для скорости передачи данных. Стандарт МСР 1 определяет скорость передачи данных как 150 Кбайт/с, МСР 2 - 300 Кбайт/с. Сравнительно недавно появились модели приводов с 24-х, 32-х и даже 40-х скоростью передачи данных.

Под размером блока данных (data block size) понимают минимальное количество байт, которые передаются на компьютер через интерфейсную карту. Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией МРС равен 16 Кбайт. Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно большие, то промежутки между блоками данных ничтожно малы.

Размер буфера - размер внутреннего буфера (кэш-памяти),в который считываются файлы перед их передачей. Стандарт МРС устанавливает размер буфера в 64 Кбайт, а это в буфере будет находиться около 0.4 секунды 16-битного стереосигнала качества CD-Audio (частоты 44.1 кГц). Для скоростных устройств размер буфера может достигать 256 Кбайт и даже 1 Mbайта.

Поддержка проигрывания аудиодисков означает, что с помощью привода CD-ROM вы сможете слушать обычные музыкальные компакт-диски. Этой возможностью обладают практически все современные модели приводов. Некоторые модели не требуют для этого специальных программ - воспроизведение аудио-CD выполняется на “аппаратном” уровне. Для включения этого режима на передней панели привода имеется специальная кнопка.

Поддержка формата CD-ROM/XA. Подразумевается использование дисков формата ХА, поддерживающего хранение аудио- и видеоданных единым блоком, в который также включается информация о синхронизации звука. Данные на аудиодисках и CD-ROM хранятся на дорожках, вмещающих 24-байтовые “кадры”, проигрываемые со скоростью 75 кадров в секунду. Хранящиеся данные могут включать звук, текст, статические и динамические изображения. При содержании в обычном формате каждый тип должен располагаться на отдельной дорожке, когда в формате ХА данные различного типа могут храниться на одной дорожке.

Тип загрузки диска. Существует два типа приводов CD-ROM. В первом случае диск устанавливается напрямую (например, в приводах Mitsumi). Во втором случае для установки диска используется специальная кассета (в настоящее время вышла из употребления).

WORM технология

В настоящее время технология WORM лучше всего проявляет себя в трёх областях: накопление данных, хранение резервных архивов информации и в системах восстановления данных. Все эти области системы WORM вносят также много одинаковых физических достоинств. WORM-системы очень хороши для составления баз данных, когда не подразумевается изменение записанной информации.

Магнитооптические накопители и накопители типа WORM являются относительно низко­скоростными по сравнению с другими рассматриваемыми здесь устройствами внешней па­мяти. Это обуславливается несколькими причинами. Во-первых, оптический носитель вращается, как правило, с меньшей скоростью, чем жесткие магнитные диски - обычно около 3000 - 4200 об/мин (против скоростей для винчестерских накопителей от 3600 до 7200 об/мин). Второй фактор - это характерная для оптического носителя высокая интенсивность ошибок, которые требуется исправлять. Оптический носитель в принципе является более не­надежным (при записи/воспроизведении, но не хранении), чем магнитный, и поэтому для работы с ним требуются сложные алгоритмы исправления ошибок. А это приводит к поте­рям в скорости обмена данными примерно на 3-5 %. Оптические накопители характеризу­ются также более длительным временем доступа. Их среднее время установки головки составляет от 30 до 50 мс против 10-16 для НЖМД, а время ожидания ( пока нужный сектор данных не окажется под головкой чтения/записи) составляет 13 мс против 8-15 мс для НЖМД.

WORM системы используют довольно мощный лазер для записи информации. С помощью лазера WORM-устройства обрабатывают поверхность диска для изменения отражающей способности определённых участков диска или для удаления ямок с его поверхности (это достигается за счёт изменения поверхностного натяжения рабочей поверхности диска под действием температуры).

CD-r технология

Основная цель большинства разработчиков оптических дисков – создание продукта, который сочетал бы в себе все преимущества оптических носителей (большое время жизни, надёжность хранения информации, большая плотность носителя) с гибкостью, скоростью и простотой использования обычных магнитных дисков. Кроме того носитель должен быть стираемый и перезаписываемый. Эти требования смогли быть осуществлены с помощью двух технологий.

Красящий полимер

Первым и получившим наибольшую известность примером данной технологии является система THOR фирмы Tandy. Как и все остальные сделанные по этой технологии системы THOR основывается на полупрозрачных дисках с подкрашенным внутренним слоем, который обесцвечивается от нагрева лазером. Меняется отражательная способность диска. Второй лазер разглаживает рабочую поверхность диска, эффективно стирая ранее записанные данные.

Изменение фазы

В оптических системах, использующих изменение фазы, состояние активного слоя для сохранения нулей и единиц цифрового кода изменяется от кристаллического к аморфному и обратно. Материал, использующийся для записи, может быть в виде правильно упорядоченной кристаллической решётки или в виде хаотически расположенных молекул. Так, после нагрева лазером, хотя химический состав носителя не изменился, его отражательная способность меняется. В результате носитель оказывается как бы состоящим из светлых и тёмных пятнышек, которые могут использоваться для кодирования информации.

Эти изменения состояния эффективнее аналогичных изменений носителя в WORM-устройствах. Несколько коммерческих продуктов используют эту технологию для получения устройств двойного назначения: один дисковод работает и с WORM-дисками и с CD-r дисками. Примером является продукт Hewlett Packard CDWriterPlus 7200i.

Магнитооптические системы.

Все оптические устройства можно разделить на два класса. Это накопители, предназначенные для записи информации пользователем и ее хранения, и приводы CD-ROM. Накопители подразделяются на устройства с однократной записью - WORM (Write Once Read Many) и перезаписываемые. Последние в свою очередь делятся на оптические, в которых для записи используется луч лазера, изменяющий оптические свойства среды, и магнитооптические, в которых запись осуществляется изменением намагниченности подложки из ферромагнитного материала путем нагревания с помощью луча лазера ее небольшого участка во внешнем магнитном поле. Обе технологии обеспечивают примерно одинаковые параметры. Крупнейшими производителями таких устройств являются японские компании Sony (оптические) и Fujitsu (магнитооптические).

Принципиальное отличие оптических и магнитооптических накопителей от приводов CD-ROM связано с разными форматами записи информации. Так, для первого класса изделий информация располагается на концентрических дорожках, как и в винчестерах, то есть запись и соответственно воспроизведение осуществляются с постоянной угловой скоростью. Отсюда тот же, что и в винчестерах, подход к повышению производительности - увеличение скорости вращения и плотности записи для увеличения скорости передачи данных, уменьшение массы считывающего устройства - для увеличения скорости его перемещения и уменьшения времени доступа и т.д. Есть, правда, одно серьезное отличие - необходимо обеспечивать совместимость с изделиями других фирм (поскольку носители сменные), т.е. жестко придерживаться существующих стандартов. Кроме того, необходимо обеспечивать совместимость с предыдущими стандартами, т.к. плотность записи постоянно увеличивается.

Запись информации в магнитооптических накопителях осуществляется на диск из стекла или прозрачного поликарбоната, содержащий магнитный слой из сплава тербия, железа и кобальта (либо другой коMbинации с участием редкоземельных элементов). Этот сплав обладает необходимыми магнитными свойствами и имеет низкую - около 300 градусов Цельсия - температуру Кюри. С помощью луча лазера небольшой мощности можно очень быстро нагреть небольшой участок магнитного слоя, около 0.5 кв. Микрона, до более высокой температуры, так что при охлаждении даже в достаточно слабом внешнем магнитном поле участок оказывается намагниченным в направлении этого внешнего магнитного поля. Поле прикладывается перпендикулярно поверхности диска. Меняя направление этого поля, можно по- разному намагничивать разные участки, осуществляя таким образом запись информации. Для считывания данных используется эффект Керра, который заключается в изменении направления поляризации луча, отраженного от намагниченной поверхности. Поскольку в данном случае направление намагничивания перпендикулярно поверхности диска (так называемая вертикальная запись), достигается плотность записи информации в 5 раз выше, чем в винчестерах - более 19 тыс. Дорожек на дюйм.

Сплав, из которого изготовлен активный слой, обладает одной особенностью. Он при обычной температуре (из-за высокой коэрцитивной силы) не может быть перемагничен приложенным к нему магнитным полем определенной напряженности. Только при нагревании (достигнув температуры Кюри) соответствующий участок активного слоя перемагничивается должным образом.