Часть 3 - Технические средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 9

В феврале 2008 года стало известно о фактической победеBlu-Ray над HD DVD: компания Toshiba сообщила о полном сворачивании работ вэтом направлении. Производство фильмов и других программ на HD DVD также прекращено.Назвать Blu-Ray и HD принципиально новыми дисками для записи нельзя – этоскорее эволюция формата DVD. В новых устройствах для записи и воспроизведенияинформации на диск вместо красного лазера (635 нм), который используется в DVD,применен синий лазер (blue-violet laser) с длиной волны 405 нанометров.

Меньшаядлина волны – соответственно меньшая интерференция отраженного луча, что позволяет сделать толщину дорожки данных у Blu-Ray и HD дисков в два раза меньше, чему DVD (Рис. 3.14).35Рис. 3.14. Поверхность CD, DVD и Blu-Ray дисковПокрытие дисков Blu-Ray, на которое записываются данные (opticaltransmittance protection layer), очень тонкое – 0,1 мм. Из этого факта следуют 3 вывода:1) чем тоньше слой, тем меньше рассеяние отраженного луча и больше данныхможно вместить на квадратный дюйм, то есть тонкий слой – это необходимость для достижения большой емкости диска;2) тонкий слой позволяет без проблем сделать диск многослойным (по крайнемере двухслойным, как DVD), так как уменьшается рефракция луча, отраженного от более глубокого слоя;3) тонкий слой легко повредить, он требует защиты, поэтому у Blu-Ray дисков надактивным слоем присутствуют 3 слоя: защитный, покрывающий и особо прочный, как показано на Рис.

3.15 (у HD-DVD такие же слои, как у обычного DVD).Технологии Blu-Ray и HD создавались в первую очередь для записи, храненияи воспроизведения видео и аудио информации, однако на эти диски можно записатьи просто данные. Формат Blu-ray предполагает работу с видеопотоком разрешения до1080p, звуком вплоть до 7.1 и поддержкой протокола защиты информации HDCP.Поддерживаются алгоритмы кодирования видео – MPEG-2 HD, VC1 (Video Codec 1,базируется на Windows Media Video 9) и H.264/MPEG-4 AVC, форматы звука – AC3,MPEG1, MPEG Layer2.

Для цифровых видеоплееров формата Blu-Ray декодированиеосуществляется аппаратно, для компьютерных приводов – программно.Blu-Ray устройства имеют высокую скорость пересылки данных. Согласно спецификации максимальная скорость пересылки данных между Blu-Ray приводом и целевым устройством (MPEG-2 декодером или компьютером) может достигать 36Мбит/с.36Рис. 3.15. Диски DVD и BD-R/RE (www.verbatim.ru)На Рис. 3.16 показан внутренний дисковод с интерфейсом SATA, который читаети записывает BD-RE, BD-R и HD DVD диски, а также показаны диски этих типов.Рис.

3.16. Привод BRD-SH6B и диски BD-RE и HD DVD-RВ настоящее время выпускаются BD-дисководы, которые читают и записываюттакже обычные DVD и CD диски.3.6.3. Флэш-памятьФлеш-память (англ. flash memory) — это энергонезависимая, перезаписываемая полупроводниковая память.Флэш-память появилась довольно давно (первые образцы были разработаныкомпанией Toshiba еще в 1984 г.), однако ее массовое использование началось с широким распространением цифровых фотокамер. Сегодня производители выпускаютфлэш-память нескольких типов: флэш-карты Compact Flash (CF), SmartMedia (SM), MultiMedia Card (MMC),SecureDigital (SD), Memory Stick PRO (MS PRO), Memory Stick (MS) и xDPicture (xD) – для работы с ними необходимо устройство чтения флэш-карт;37 USB-флэш-память (так называемые «флэшки»); последняя самодостаточна ине требует применения дополнительныхустройств для записи и чтения информации, имеет разъем для подключения кUSB-порту ПК (Рис. 3.17).Флэш-память – разновидность ЭСППЗУ (электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ), ее полное название FlashРис.

3.17. Apacer AH324 16 GbErase EEPROM (Electronically ErasableProgrammable ROM) можно перевести как «быстро электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство». Другими словами, флэш-память –это энергонезависимая (не потребляющая энергии при хранении данных) перезаписываемая (данные можно стереть и записать заново при помощи электрического тока)память, содержимое которой можно быстро стереть (Flash Erase).Флэш-память – это полупроводниковая память особого типа.

Ее элементарнаяячейка, в которой хранится один бит информации, представляет собой не конденсатор, а полевой транзистор со специальной электрически изолированной областью, которую называют «плавающим затвором» (floating gate). Электрический заряд, помещенный в эту область, способен сохраняться многие годы. При записи одного битаданных ячейка заряжается, заряд помещается на плавающий затвор, при стирании онс затвора снимается, и ячейка разряжается.Быстродействие флэш-памяти достаточно сильно варьируется в зависимости отее типа.

Самая быстрая – USB-флэш-память – скорость чтения 8 Мбайт/с, записи 7Мбайт/с; у некоторых производителей до 20 Мбайт/с. За ней следуют флэш-карты CF(6,4 и 4,2 Мбайт/с), SD (5,8 и 4,9 Мбайт/с), SM и xD (4,0 и 0,7 Мбайт/с), MMC (2,0 и1,9 Мбайт/с), MS PRO (1,4 и 0,5 Мбайт/с), MS (1,2 и 0,6 Мбайт/с).В настоящее время емкость USB-флэш-память и флэш-карт может составлять128, 256, 512 Гб и даже достигать 1 Тб.В качестве скоростного и универсального (не требующего применения дополнительных устройств) накопителя для переноса достаточно большого объема данных(на сегодня до 64 Гбайт) удобно использовать USB-флэш-память.В настоящее время некоторые ПК и ноутбуки комплектуются устройствамичтения флэш-карт.

Можно также приобрести переносное устройство – внешнийкарт-ридер для всех типов карт, поэтому флэш-карты получают все большее распространение, тем более что они же используются и в фотоаппаратах, плеерах и другихбытовых устройствах.Преимущества флэш-памяти по сравнению с другими средствами переноса ихранения данных очевидны – высокая надежность и ударопрочность (в результате отсутствия движущихся компонентов и простоты механической конструкции носителей и накопителей), малое энергопотребление и компактность.

Однако у нее есть и38недостатки: ограниченное число циклов перезаписи (в настоящее время до 1 млн.) иотносительно медленная работа.Последнее обстоятельство связано с принципиальной особенностью работыфлэш-памяти NAND-архитектуры: нельзя перезаписать содержимое одной отдельновзятой ее ячейки – можно только стереть содержимое достаточно большого блокаячеек памяти и потом записать туда новую информацию. Изменение содержимогоодного бита (байта) данных во флэш-памяти происходит поэтапно: сначала с микросхемы флэш-памяти в буфер считывается блок данных, потом этот блок стирается вмикросхеме, затем в буфере изменяется нужный бит (байт) и блок данных снова записывается в микросхему.На базе флэш-памяти разработаны массивы хранения данных (например, SunStorage F5100 Flash Array). Они предназначены для повышения быстродействия базданных и оптимизации архитектур сетей хранения данных с целью увеличения производительности при снижении затрат.

Объем хранения данных в Sun F5100 FlashArray на базе твердотельных флэш-накопителей может достигать двух терабайт. SunF5100 обладает производительностью 1,6 млн операций чтения и 1,2 млн операцийзаписи в секунду, имеет пропускную способность 12,8 Гбайт/с. Устройство потребляет 300 Вт. По информации Sun, его рабочие параметры сопоставимы с системойхранения данных класса предприятия с 3 тыс. жестких дисков, которые занимают более 14 стоек и потребляют в десять раз больше электроэнергии (40 кВт).3.6.4.

Твердотельный накопитель SSDТвердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти.Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболеераспространенный вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создается на базе DRAM-памяти, снабженной дополнительным источником питания — аккумулятором.В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах — ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, планшетах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышенияпроизводительности.По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD), твердотельныенакопители имеют меньший размер и вес, но в несколько раз (6—7) большую стоимость за гигабайт и значительно меньшую износостойкость (ресурс записи).Небольшие твердотельные накопители могут встраиваться в один корпус с магнитными жёсткими дисками, образуя гибридные жёсткие диски (SSHD, Solid-statehybrid drive).

Флеш-память в них может использоваться либо в качестве буфера(кэша) небольшого объёма (4—8 ГБ), либо, реже, быть доступной как отдельный39накопитель (Dual-drive hybrid systems). Подобное объединение позволяет воспользоваться частью преимуществ флеш-памяти (быстрый случайный доступ) при сохранении небольшой стоимости хранения больших объёмов данных.В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают SSD-направление в своей деятельности, можно назвать Intel, Kingston,Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial и ADATA.Кроме того, свой интерес к этому рынку демонстрирует Toshiba.В 2013 году на рынке были представлены SSD-накопители с объёмами 64, 80,120, 256, 512 гигабайт, отдельные модели имеют ёмкость 0.7, 0.8, 1, 1.6 терабайт.

Основными интерфейсами подключения стали SATA III (до 600 МБ/с), набирали популярность интерфейсы на базе PCI Express (до 0.5, 1 или 2 ГБ/с для PCIe Gen.2, 1-4 ГБ/сдля PCIe Gen.3). Компактные накопители для ноутбуков начали переход от mSATAна NGFF (M.2). За 2012 год поставки SSD составили около 34 миллионов устройств,основные рынки: потребительский, серверный, индустриальные применения.Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти(NAND SSD), появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкойстоимостью (от 1 доллара США за гигабайт) начали уверенное завоевание рынка.

Донедавнего времени существенно уступали традиционным накопителям — жёсткимдискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). С 2012 года уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, во много раз превосходящие возможности жёстких дисков. Характеризуются относительно небольшими размерами инизким энергопотреблением.Накопители RAM SSD построены на использовании энергозависимой памяти(такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) наподобие RAMdrive, и характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации.Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость. Используются,в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций.