Architektura

Komputerów. W8

Pamięci masowe – c.d.

Opracowanie:
dr inż. M. Matusiak

Napęd dysków elastycznych

Floppy Disk Drive (FDD)

• Popularne standardy (historycznie):

360kB, 720kB, 1,2MB, 1,44MB,

(2,88MB) - dwustronnie

• FAT (File Allocation Table) jako

standard plikowy

• Mała pojemność, duże narażenie na

wpływy zewnętrzne

• Wypierane przez CD-ROM i pamięci

błyskowe (Flash Memory)

FDD (wyżej) i HDD (niżej)

Dyskietka 3,5” – 1,44 MB

Taśma połączeniowa napędu

dysków elastycznych

Najważniejsze metody kodowania zapisu

na nośnikach magnetycznych

Typ kodowania

Miejsce użycia

Właściwości

FM -

Frequency

Modulation

Dyskietki w latach 70-tych

Wykrywanie pojedynczych zmian polaryzacji

wektora namagnesowania

MFM -

Modified FM

Dyskietki (do teraz) oraz

dyski twarde do końca
lat 80-tych

Ograniczenie

liczby

taktów

zegarowych,

możliwość zapisania 2 razy większej ilości
danych niż w FM.

RLL -

Run Length Limited

Twarde dyski od końca lat

80-tych XX-wieku do
2000 r.

Łączenie grup bitów w specyficzne wzorce zmian

strumienia. Dwa razy większa pojemność niż
MFM.

PRML –

Partial Response

Maximum

Likelihood

Twarde dyski od 2000 r.

Specjalny algorytm Viterbi analizuje najwyższe

prawdopodobieństwo ciągu zer i jedynek.
Współpraca

z

głowicami

magnetorezystywnymi MRH.

Metody korekcji błędów

• CRC Cyclic Redundancy Code –

stosowany w najstarszych dyskach

system dodawania porcji bitów

nadmiarowych w celu ich wykorzystania

w ocenie błędów

• ECC on the fly, metoda Reed-Solomon i

inne – wykorzystywane przy najnowszych

dyskach MZR i korzystające z

dodatkowych, nadmiarowych sektorów

poprawiających bezpieczeństwo danych.

Inne pamięci masowe

Napędy dysków optycznych

1.

Napęd CD-ROM – CD-ROM drive

2.

Nagrywarka CD-ROM – CD-ROM burner

3.

Napęd DVD-ROM – DVD-ROM drive

4.

Nagrywarka DVD-ROM – DVD-ROM burner

5.

Napęd Combo – Combo drive: odczyt

DVD-ROM, odczyt i zapis CD-ROM

Założenia standardu CD (Red Book 1980 r.)

• Średnica krążka: 120 mm
• Grubość krążka: 1,2 mm
• Średnica otworu centrującego: 15 mm
• Pojemność muzyczna: 70 minut muzyki Hi-Fi

stereo (dwukanałowy zapis muzyki najwyższej

jakości)

• Pojemność informacyjna: 650 MB
• Sektor startowy płyty umieszczony blisko osi (nie

przy zewnętrznej krawędzi, jak to było w płytach

winylowych – czarnych)

• Stała prędkość liniowa (nie kątowa!) płyty

względem głowicy odczytującej gwarantująca

odczyt informacji 150 kB/s. Później tę prędkość

nazwano x1 (razy jeden).

Istota zapisu na CD-ROM

Istota działania płyty CD polega na specyficznych efektach

odbicia promienia lasera od jej metalicznej powierzchni.

Typowy laser światła czerwonego użyty w napędach CD-ROM

używa fali o długości w powietrzu równej 780 nm. Ta sama

fala w środowisku chroniącej powierzchnię płyty warstwie

poliwęglanu ma już długość 500 nm. Jeśli taką falę skierować

we wgłębienie o wzdłużnym w stosunku do promienia

wymiarze ¼ długości tej fali, czyli 125 nm, to efekty falowe w

takim zagłębieniu spowodują osłabienie energii odbijanego

promienia. Obszar taki jest zwany dziurą (Hole), a sygnał z

niego może zostać zinterpretowany jako zero logiczne.

Podobnie, dobrze odbijane światło lasera z obszaru

płaskiego (Land) może być interpretowane jako jedynka

logiczna. Wybrano jednak inne kodowanie sygnałów, każda

zmiana sygnału po przejściu z dziury do obszaru płaskiego i

odwrotnie traktowana jest jako jedynka logiczna, zaś brak

przejścia interpretowany jest jako zero logiczne.

Widok ścieżki informacyjnej CD-ROM

Światło lasera, przekrój boczny

125 nm

Obszar płaski

Dziura

Scieżka widoczna przez laser

600 nm

Istota zapisu RW

Istota nośnika RW polega na idei odwrócenia

dokonanego zapisu. Można to zrealizować

dobierając strukturę czułą na światło lasera.

Warstwa światłoczuła wykonywana jest zwykle ze

specjalnego stopu srebra, antymonu, indu i telluru.

Aby wykorzystać możliwości takiego stopu trzeba

dysponować źródłem światła laserowego o

zmiennym (przełączanym) natężeniu. Ze względu na

odwracalność procedur zmiany fazy wymienionego

stopu oraz użycie diod laserowych dużej mocy i

wydzielanie znacznych energii w strukturze płyty,

szacuje się, że przeciętna płyta RW może wytrzymać

do 1000 cykli kasowania poprzedniej zawartości.

Pozycjonowanie głowicy

laserowej

Pozycjonowanie promienia lasera odbywa się

z udziałem zwierciadeł o regulowanym
położeniu, tak aby osiągnąć maksimum
amplitudy odbitych sygnałów. Unormowana
długość dziury lub obszaru płaskiego jest
równa minimum 0,9 mm, zaś maksymalnie
3,3 mm. Aby zapewnić odpowiedni poziom
bezpieczeństwa i sprawności
pozycjonowania ustalono odległość
pomiędzy sąsiednimi ścieżkami na 1,6 mm.

Płyta CD-R 12 cm

- zalecany sposób jej trzymania

Typowy napęd CD-ROM

Formaty zapisu CD

•CD Audio CD DA wg Red Book, pliki CDA – zawsze x1, czyli 153,6
kB/s, stała prędkość liniowa odczytu 1,3m/s, start od wewnętrznej
części dysku, pojemność700MB i więcej (>80minut)

•Inne pliki, format ISO wg Yellow Book – typowo 700 MB (standard),
odczyty i zapisy do 52x (czyli 52x150kB/s=7800kB/s)

•Format mieszany CD-i wg Green Book

Zestawienie formatów plikowych CD-ROM

• High Sierra – od 1985 r, w 1988

zmodyfikowany,

• ISO 9660 – od 1988 r., 8 znaków nazwy i 3

znaki rozszerzenia, typ nazywany 8.3,

• Joliet – od 1995 r. dla Windows 95, do 64

znaków nazwy, tryb wielosesyjny,

• UDF (Universal Disk Format) – tylko z

dodatkowym sterownikiem, zwykle dla

dysków RW, możliwość obsługi CD-ROM, tak

jak dysku twardego,

• Mac HFS – wyłącznie w Apple Macintosh,

• Rock Ridge – wyłącznie w systemach UNIX.

Istotne parametry techniczno-

eksploatacyjne CD-ROM

 Pojemność dysku: 650-700 MB (wartości typowe)
 Średni czas dostępu – ok..100 ms
 Interface: ATA, SCSI
 Prędkości odczytu: do 52x, czyli 7,6 MB/s tj. ok.. 1/10
transferu wewnętrznego dysku twardego, (kilka
tysięcy obrotów na minutę)
 Znaczna hałaśliwość dla najwyższych prędkości

Powstanie DVD

Powstanie DVD (Digital Versatile Disk) stało się

wynikiem zapotrzebowania przemysłu

rozrywkowego na nośnik zdolny do pomieszczenia

pełnometrażowego filmu wysokiej rozdzielczości

(DVD-Video) z dodatkowymi opcjami typu: wybór

różnych wersji fonii, zawartość napisów, wybór

scen itp. – razem do 133 minut filmu nagranego z

użyciem kompresji MPEG-2. Ze względu na

kompatybilność w dół założono identyczne

parametry zewnętrzne krążka optycznego oraz

potrzebę obsługi dysków CD w urządzeniach DVD.

Standardy DVD

• Przedstawione wymagania doprowadziły do

wprowadzenia standardu DVD na poziomie

pojemności 4,7 GB. Typowy dysk DVD jest

zestawem dwóch sklejonych krążków o

grubości 0,6 mm każdy. Ze względu na

strukturę wewnętrzną i wynikającą z tego

pojemność całkowitą można dokonać

podziału na:

• Jednostronny (SS – Single Sided)
• Dwustronny (DS – Double Sided)
• Jednowarstwowy (SL – Single Layer)
• Dwuwarstwowy (DL – Dual Layer)

Podstawą zwiększenia pojemności płyty

DVD w porównaniu do CD było:

• Zmniejszenie szerokości ścieżki (0,7-

1,6 mm) i odległości między ścieżkami

• Zmniejszenie długości fali lasera z ok.

680 nm na 650 nm

• Ponad dwukrotne zmniejszenie

długości dziur (0,4-0,9 mm)

• Zwiększenie obszaru danych
• Efektywniejsze mechanizmy modulacji

przy zapisie i korekcji błędów przy

odczycie

Struktura organizacyjna krążka DVD

Oś obrotu

7,5

Otwór
centralny

Obszar piasty

16,5

22

2

Lead-In

1,5

60

Obszar danych

Lead-Out

Wszystkie wymiary w mm

Podstawowe dane dysków DVD

Typ dysku DVD

Pojemność [GB]

Opis

DVD-5

4,7

SS, SL. Tylko jedna część 0,6 mm jest zapisana,

druga – pusta.

DVD-9

8,5

SS, DL. Obie części zapisane.

DVD-10

9,4

DS, SL. Dwie części wykorzystane. Potrzeba

odwracania płyty w typowych czytnikach DVD.

DVD-18

17,1

DS., DL. Obie części wykorzystane. Potrzeba

odwracania płyty.

Istotne parametry techniczno-

eksploatacyjne DVD-ROM – inne

zestawienie

 Pojemność dysku: 4,7GB dla dysku
jednowarstwowego i 8,5GB dla dwuwarstwowego
(wartości typowe), czyli ok.. 133 minuty typowego
filmu
 „Dziury” i „obszary płaskie” dysku DVD są ponad 2
razy mniejsze i ponad 2 razy bliżej siebie niż w CD
 Szerokość ścieżki ok.. 0,76 mikrometra
 Prędkość odczytu DVD x1 jest 9 razy większa od CD
Audio, czyli wynosi 1,385 MB/s
 Średni czas dostępu – ok..120 ms
 Interface: ATA, SCSI
 Prędkości odczytu: do 20x, dla zewnętrznej ścieżki
 Znaczna hałaśliwość dla najwyższych prędkości

Obsługa dwóch warstw

Promień lasera jest inaczej ogniskowany dla warstwy

zewnętrznej i wewnętrzne, ale dodatkowo, by

zmniejszyć błędy odczytu, stosuje się głównie

metodę ze ścieżkami przeciwstawnymi (OTP).

Metoda ta cechuje się tym, że warstwa zewnętrzna

nr 0 ma ścieżkę biegnącą od środka do krawędzi

zewnętrznej, ale warstwa wewnętrzna nr 1 zaczyna

się przy zewnętrznej krawędzi płyty, co skraca

wydatnie czas przełączania między warstwami (czas

zajmuje tylko zmiana ogniskowej optyki lasera).

Metoda PTP ze ścieżkami równoległymi stosowana

jest sporadycznie, zmniejszenie ilości błędów

odczytowych uzyskuje się tu przez odwrotną

skrętność spiral obu warstw.

Standardy dysków zapisywalnych DVD

Standard DVD

Cechy

Firmy wspomagające

DVD-RAM

Kompatybilny z DVD-ROM. Metoda zapisu:

zmiana

fazy.

Pofałdowane

rowki.

Pojemność: 4,7GB lub 9,4GB.

Hitachi,

Panasonic,

Toshiba

DVD-R

Struktura

światłoczuła

–

barwnik

organiczny.

Falujące

rowki

o

częstotliwości

określającej

dane

zegarowe dla napędu. 4,7GB (9,4GB)

Pioneer i inni.

DVD-RW

Rozwinięcie DVD-R. Falujące rowki.

Pionier (wyłącznie)

DVD+RW

DVD+R

Wersje

jednokrotnie

i

wielokrotnie

nagrywalne, bardzo popularny. Ma
szansę zastąpić zapis magnetowidowy
VHS. 4,7GB (9,4GB).

Sony, Philips, HP itd.

Inne pamięci masowe

• Dyski magnetooptyczne (zapis magnetyczny z
udziałem światła lasera, pozycjonowanie głowic
optyczne)

• Pamięci taśmowe – streamery (wolne, ale pojemne),
dobre do archiwizacji danych

• Pamięci błyskowe – Flash (USB, PCMCIA itd..)
• Pamięć MicroDrive firmy IBM