Praca z komputerem to między innymi zapis informacji.
1.Historyczny zapis danych.
Człowiek od zarania dziejów w różny sposób próbował zapisywać swoje informacje bądź przemyślenia. Już w epoce „kamienia łupanego” człowiek pierwotny malował na ścianach grot
i jaskiń swego rodzaju malowidła dzięki którym chciał uwiecznić sceny ze swojego życia dla przyszłych pokoleń. Był to prymitywny sposób przekazania informacji w postaci obrazków, które w dzisiejszych czasach nie są do końca zrozumiałe. W miarę upływu czasu człowiek wymyślał coraz to lepsze i łatwiejsze do zrozumienia metody zapisu różnego rodzaju danych. Najlepszym wynalazkiem człowieka w dziedzinie zapisu danych było niewątpliwie wynalezienie pisma. Jedną
z form pisma ukształtowaną w starożytnym Egipcie ok. trzeciego tysiąclecia przed Chrystusem było pismo hieratyczne, używane głównie na potrzeby handlu, ze względu na prostotę i łatwość utrwalania. Stosowano w nim proste i pochyłe znaki, stąd nazywa się je także kursywą. Pismo to utrwalano najczęściej na zwojach i arkuszach papirusowych, ostrakonach. Stosowano do tego pędzelek z trzciny i swego rodzaju czarnego tuszu. Pismo to dominowało przez 2,5 tyś. lat.
W późniejszych czasach Grecy opracowali pierwszy alfabet, który składał się z 21 liter. Następnie Rzymianie przystosowali niektóre litery alfabetu greckiego z zachowaniem dźwięków swojej wymowy i tak powstało znane powszechnie do dzisiaj pismo łacińskie. Kolejnym krokiem ewolucji w dziedzinie zapisu danych było wynalezienie papieru na którym to można było w bardzo łatwy sposób dokonywać różnego rodzaju zapisów. Bardzo ważnym wynalazkiem, który okazał się przełomowym było wynalezienie czcionki i maszyny drukarskiej. Umożliwiło to wydawanie w wielu egzemplarzach książek i czasopism. Druk był przez cały czas udoskonalany, ale jego istota została zachowana do dnia dzisiejszego.
Specjalnym rodzajem pisma jest pismo Brajla, które zostało opracowane z myślą o ludziach niewidzących. Jest to pismo „przestrzenne” tzn. odpowiednie znaki są wytłaczane w grubym papierze a ludzie niewidzący mogą je odczytywać za pomocą swoich opuszków palców.
Kolejnym przełomem w dziedzinie zapisu było wynalezienie aparatu fotograficznego. Robione za pomocą niego zdjęcia są także pewnym sposobem zapisu informacji. Zastosowana w aparacie klisza z substancją światłoczułą została wykorzystana również do zapisu ruchomych obrazów zwanych potocznie filmem. Oba te sposoby odzwierciedlają w stu procentach obraz który widzimy gołym okiem. Obecnie coraz częściej klisza fotograficzna jest wypierana przez aparaty i kamery cyfrowe.
Bardzo ważnym wynalazkiem, który zrewolucjonizował wcześniejsze sposoby zapisu danych było wynalezienie w połowie XX wieku tranzystora i zastosowanie go w późniejszych latach do budowy komputera. Komputer stał się narzędziem dzięki któremu można łatwo i szybko zapisywać różnego rodzaju dane na nośnikach jakimi są dyskietki, CD-ROMy, dyski twarde itp. Tego rodzaju „nowoczesnym” sposobem zapisu danych poświęcona jest dalsza część pracy.
2. Nowoczesne sposoby zapisu danych
2.1.Taśmy magnetyczne
Taśmy magnetyczne służyły jako pierwsze do przechowywania danych. Poprzez proste zastosowanie taśm magnetofonowych oraz taśm wideo uzyskano możliwość gromadzenia danych, przechowywania programów (pionierzy użytkowania mikrokomputerów w Polsce pamiętają zapewne magnetofony kasetowe Grundig i Kasprzak dołączane do wspaniałych komputerów ZX Spectrum, Commodore, itp.). Wraz z rozwojem technologii i wzrostem potrzeb na bardziej pojemne i szybsze pamięci opracowano szereg standardów zapisu danych na taśmy. Obecnie najbardziej popularne standardy to:
• DAT (Digital Audio Tape - cyfrowe taśmy dźwiękowe, ukośny zapis ścieżek na taśmie) - taśmy o szerokości 4 lub 8 mm przechowujące dane w formatach typu DDS (Digital Data Storage - cyfrowy zapis danych) o następujących parametrach, jak w poniższej tabeli.
Przykładowa szybkość transmisji danych to 2MB/s dla DDS-3 oraz 6MB/s dla DDS-4. Taśmy DAT charakteryzują się również niskim jak dla taśm czasem dostępu (rzędu 20 sekund) oraz dużą niezawodnością (średni czas pracy międzyawaryjnej wynosi około 250 000 godzin). Wersja 8 mm taśm DAT nazywana Mammoth ma pojemność 20GB bez kompresji (40 GB z kompresją) oraz szybkość transmisji rzędu 3-6 MB/s.
Przykładowa realizacja kasety z taśmą DAT
• DLT (Digital Linear Tape - cyfrowa taśma liniowa, liniowy zapis ścieżek na taśmie) - taśmy o szerokości 8 mm przechowujące dane w formie zależnej od wersji standardu DLT, jak pokazano w poniższej tablicy.
Przykładowa szybkość transmisji danych to 1.5MB/s dla DLT-4 oraz 5MB/s dla DLT-5. Czas dostępu dla taśm DLT wynosi około 45 sekund, natomiast średni czas pracy międzyawaryjnej równy jest około 80 000 godzin. Najnowsze osiągnięcie w dziedzinie pojemności pamięci taśm DLT to rozwiązanie dostarczające taśmy DLT-5 o pojemności odpowiednio 40GB i 80GB (z kompresją). Technologia DLT została wprowadzona przez Quantum Corporation, do której należy znak handlowy DLT.
Przykładowa realizacja kasety z taśmą DLT
• QIC (Querter-Inch Cartridge - taśmy o szerokości 1 cala, liniowy zapis ścieżek na taśmie) taśmy o szerokości 6,35 mm, o różnych pojemnościach w zakresie 525MB do 100GB (po kompresji). Dla celów składowania danych na tego typu taśmach wykorzystywane są głównie dwie techniki - SLR (Single-channel Linear Recording), gdzie zapis/odczyt odbywa się z użyciem jednej ścieżki w czasie przebiegu taśmy, oraz MLR (Multi-channel Linear Recording), dla których wykorzystywana jest większa liczba ścieżek, co zwiększa wydajność systemu. Obecnie (od 1999 roku) oznaczenia MLR w nazwach produktów twórcy tych systemów (Tandberg Data) zostały zastąpione na SLR (Scalable Linear Recording). Przykładowe wersje taśm pokazano w tabeli poniżej.
Przykładowe szybkości transmisji danych zależnie od rodzaju taśmy (bez kompresji) to: 12GB - 1.2MB/s, 25GB - 2MB/s, 50GB - 5MB/s. Czasy dostępu wynoszą około 40-50 sekund.
Przykładowa realizacja kasety z taśmą SLR oraz urządzenie odczytujące
• Travan ( liniowy zapis ścieżek na taśmie - twórca technologii Imation (3Com)) - taśmy o szerokości 8 mm umożliwiające przechowywanie danych o rozmiarach od 0,4GB do 36GB (po kompresji). Przykładowe wersje taśm z tej rodziny ukazuje poniższa tabela.
Przykładowe szybkości transmisji danych dla tego typu taśm (bez kompresji) to: Travan8NS - 0,6MB/s, Travan20NS - 1MB/s. Wadą tej technologii jest brak stosowania kodowania plików stąd czas potrzebny do odnalezienia pliku na taśmie jest bardzo długi (wymaga czasem przewinięcia całej taśmy).
Przykładowa realizacja kasety z taśmą Travan
Wszystkie wymienione wyżej klasy taśmowych nośników danych są produkowane przez różne firmy jak np.: Hewlett Packard, Imation, Seagate, Quantum, Tandberg Data, TEAC, Iomega, AIWA, itd. Ważnym parametrem jest również kompatybilność w dół napędów danej technologii, która oznacza możliwość odczytu danych z taśmy o określonej pojemności przez napęd przeznaczony dla taśm o wyższej pojemności (np. odczyt taśm Travan 8NS przez napęd taśm Travan 20NS). Przy ocenie lub zakupie sprzętu warto sprawdzić kompatybilność w dół wybieranych napędów taśmowych. Taśmowe nośniki danych często określane są wspólną nazwą "streamer".
2.2. ZAPIS DANYCH NA DYSKIETKACH
Dyskietka (dysk elastyczny, ang. Floppy Disk) jest to krążek wykonany z giętkiego tworzywa sztucznego, pokryty warstwą materiału magnetycznego. Grubość krążka z folii jest mniejsza niż 1/10mm, a grubość warstwy magnetycznej wynosi tylko 0,0025mm.
Zapis danych odbywa się na koncentrycznych ścieżkach, których liczba może być równa 40 lub 80. Zwykle średnice dyskietek wynoszą: 5,25 lub 3,5 cala. W najbardziej rozpowszechnionych komputerach używa się dyskietek o pojemnościach 360 KB lub
1.2MB- dla dysków 5.25” i 720 KB lub 1.44MB - dla dysków 3.5”.
Informacja na dyskach może być zapisywana z podwójną gęstością (Double Density,DD) lub z wysoką gęstością (High Density, HD). Gęstość zapisu podawana jest w bitach na cal (bits per inch.BPI) i wynosi od kilku do kilkunastu tysięcy. Gęstość zapisu ścieżek na cal (track per inch, TPI); z reguły na dyskietkach 5.25” można zapisać 48 lub 96 TPI, a na dyskietkach 3.5”-135 TPI.
Dyskietka o pojemności 1.44 MB posiada po obu stronach po 80 ścieżek podzielonych na 18 sektorów o jednakowej długości-512 bajtów. Ścieżka to miejsce położenia głowicy podczas odczytu lub zapisu na dysku. Ścieżki dzielone są na sektory. Cylinder to zespół tych samych ścieżek w napędzie wielotalerzowym. Podstawowym fragmentem dysku z punktu widzenia systemu operacyjnego jest tak zwany klaster (ang. cluster). Klaster to najmniejsza jednostka zapisu danych na dysku, która dla dyskietki wynosi 1,2 sektory. Informacja o tym, w których klasterach został zapisany dany plik, znajduje się na dysku w specjalnej tablicy zwanej tablicą rozmieszczenia plików (alokacji) plików, w skrócie FAT.
Parametry dyskietki:
Ilość cylindrów -od 615♣ do kilku tysięcy,
Ilość głowic - od kilku do kilku dziesięciu,♣
Ilość♣ sektorów -liczba sektorów na ścieżkę - 63-255,
Średni czas dostępu do♣ sektora -kilka mini sekund,
Prędkość obrotowa dysku- 4500, 5400, 7200, 10♣ 000obr/min,
Pojemność dysku- od kilku do kilkunastu GB,♣
Szybkość♣ transmisji - od kilku do kilkunastu MB/s,
Napędem dysków elastycznych lub stacją dysków oznaczoną w skrócie FDD(ang. Floppy Disk Drive), nazywa się urządzenie zawierające cześć mechaniczną oraz układy elektroniczne niezbędne do sterowania pracą mechanizmów i realizacji operacji odczytu i zapisu. Stacja dyskietek współpracuje z układem wejścia/wyjścia zwanym sterownikiem napędu dysków elastycznych, oznaczanym skrótem FDC(ang. Floppy Disc Controller).
Napęd dysków elastycznych zawiera dwa silniki. Pierwszy z nich napędza krążek pokryty ferromagnetykiem, będącym nośnikiem informacji. Szybkość obrotowa tego silnika dla dyskietek 3.5” wynosi 360 obr./min.
Drugi z silników, zwany silnikiem krokowym zapewnia liniowy ruch głowicy zapisująco-odczytującej, przesuwającej się drobnymi skokami wzdłuż promienia krążka magnetycznego. Zadaniem tego silnika jest precyzyjne ustawienie głowicy nad określonym obszarem krążka. Informacja zapisywana jest na dyskietce w postaci koncentrycznych okręgów zwanych ścieżkami (ang.track), gdyż w trakcie zapisu jednej ścieżki głowica pozostaje nieruchoma. Po zapełnieniu całej ścieżki, głowicę należy przesunąć o pewien odcinek i zacząć zapisywać na następnej ścieżce. Najbardziej zewnętrzną ścieżkę nazywa się ścieżką zerową (ang. track zero). Ponieważ pełni ona pewne wyróżnione role, istnieje w napędzie czujnik sygnalizujący ustawienie głowicy nad ścieżką zerową.
2.3. Zapis informacji na nośnikach magnetycznych
Zapis informacji polegający na odpowiednim przemagnesowaniu pól nośnika magnetycznego. Zapis i odczyt danych dokonywany jest za pomocą głowic. Głowicą nazywamy rdzeń z nawiniętą na nim cewką i niewielka szczeliną między biegunami. Zapis informacji sprowadza się do magnesowania poruszającego się nośnika. Pole magnetyczne, wytworzone w szczelinie magnesuje nośnik tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy. Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły magnes, wytwarzając własne pole magnetyczne. Pole magnetyczne pochodzące od namagnesowanego odcinka nośnika, przenika rdzeń głowicy i indukuje w cewce siłę elektromotoryczną, która jest następnie wzmacniana i formowana w impuls cyfrowy, traktowany później jako impuls zegarowy lub bit danych, w zależności od metody zapisu informacji.
Metoda „Bez powrotu do zera”(ang. Non Return to Zero, NRZ) polega na tym, że zmiana kierunku prądu w głowicy zapisu następuje w chwili zmiany wartości kolejnych bitów informacji. Zmiana kierunku prądu nie występuje podczas zapisywania ciągu zer lub jedynek. Metoda ta nie posiada możliwości samosynchronizacji, tzn. z informacji odczytanej nie da się wydzielić impulsów określających położenie komórki bitowej.
Metoda „modulacji częstotliwości” (ang. Frequency Modulation FM). Przy modulacji FM prąd w głowicy zapisu zmienia kierunek na początku każdej komórki bitowej, oraz w środku komórki, gdy zapisywany bit ma wartość „jedynki”.
Metoda „zmodyfikowanej modulacji częstotliwości”(ang. MFM). Metoda FM nazywana jest też zapisem z pojedynczą gęstością i jest stosowana standardowo w dyskietkach 8-calowych.Metoda nazywana metodą z podwójną gęstością, dzięki niej podwajana jest pojemność dyskietki. Stosowana jest tu reguła:
Bit o wartości „1” ustawia impuls zapisujący♣ pośrodku komórki bitowej
Bit o wartości „0” ustawia impuls na początku♣ komórki bitowej, lecz tylko wtedy, gdy poprzedni bit nie jest równy „1”.
Metoda RLL (ang.Run-Length-Limited) redukuje o ok. 35 procent ilość przemagnesowań nośnika- można, zatem, przy niezmienionej maksymalnej częstotliwości pracy zwiększyć gęstość zapisu danych.
2.4. SPOSOBY ZAPISU I ODCZYTU DANYCH NA NOŚNIKACH CD-ROM I DVD
Wielkość współczesnego oprogramowania jest znaczna. Pakiety programów czy gry zajmujące kilkaset megabajtów lub więcej nie są niczym niezwykłym. Wewnątrz komputera znajdują miejsce na dyskach twardych. Ponieważ dyski twarde nie są w zasadzie pomyślane jako urządzenia przenośne, a na dodatek są zbyt drogie, dlatego też ogromne znaczenie mają płyty CD-ROM i DVD będące nośnikami oprogramowania tanimi i o dużej pojemności. CD-ROMy wywodzą się z rewolucyjnego rozwiązania wprowadzonego w technice zapisu dźwięku, opracowanego wspólnie przez firmy Philips i Sony. W jego wyniku powstały płyty kompaktowe audio zapisie cyfrowym. Szybko okazało się, że zapis ten nadaje się doskonale do zastosowania w technice komputerowej. W ten sposób powstały CD-ROMy i ich napędy.
Nośnikiem jest przeźroczysta warstwa poliwęglanowa, w której wytłoczone są wgłębienia. Warstwa ta pokryta jest napyloną warstwą aluminium odbijającą światło. Całość zabezpieczona jest od góry lakierem, na którym są wykonane ewentualne nadruki.
Wiązka światła laserowego padając na płytę odbija się od warstwy aluminium. Jeżeli odbija się ona od obszaru zwanego landem (brak wgłębienia), jej natężenie jest znacznie większe niż w przypadku, gdy odbija się od pitu (wgłębienie). Stąd przy przejściach między pitami i landami występują skoki natężenia światła i w konsekwencji skokowe zmiany sygnału elektrycznego z elementów światłoczułych. Informacja zapisywana na CD-ROMie kodowana jest tak zwaną metodą EFM. Urządzeniami przystosowanymi do zapisu danych na płytach CD są nagrywarki -CD-R i CD-RW. Od strony elektronicznej, sposobu kodowania i formatu zapisu danych, nagrywarki niczym nie różnią się od klasycznych napędów CD. Różnice związane są z technologią i materiałami zastosowanymi do produkcji płyt. W płytach CD-R warstwa poliwęglanowa pokryta jest specjalną substancją (cyjaniną), która mętnieje pod wpływem promieniowania laserowego o określonej mocy. Na warstwę tą napylona jest warstwa aluminium. W trakcie nagrywania płyty promień lasera o zwiększonej mocy powoduje zmętnienie warstwy cyjaniny, co odpowiada obszarowi pitu na zwykłej płycie, gdyż powoduje zmniejszenie natężenia wiązki odbitej.
Kolejnym krokiem było zastosowanie substancji, która w zależności od długości światła laserowego na nią padającego, mętnieje bądź staje się na powrót przeźroczysta. Zastosowanie
takiej substancji w miejsce cyjaniny umożliwia wielokrotną zmianę informacji zapisywanej na płycie. Stąd wzięły się płyty wielokrotnego zapisu CD-RW.
2.5. Sposoby zapisu i odczytu danych na dysku twardym.
Wszystkie typy pamięci na warstwach magnetycznych działają na tej samej zasadzie; na poruszającej się warstwie magnetycznej dokonywany jest zapis informacji polegający na odpowiednim przemagnesowaniu pól nośnika informacji.
Zapis i odczyt dokonywany jest za pomocą głowic. Głowica nazywamy rdzeń z nawiniętą na nią cewka i niewielką szczeliną miedzy biegunami. Zapis informacji sprowadza się do namagnesowania poruszającego się nośnika. Pole magnetyczne wytworzone w szczelinie magnesuje nośnik tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy. Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły magnes, wytwarzając własne pole magnetyczne..
Istnieje wiele metod zapisu informacji cyfrowej na nośniku magnetycznym
• Metoda bez powrotu do zera
Polega na tym, że zmiana kierunku prądu w głowicy zapisu następuje w chwili zmiany wartości kolejnych bitów informacji. Zmiana kierunku prądu nie występuje podczas zapisywania ciągu zer lub jedynek. Metoda ta nie posiada możliwoœci samo synchronizacji, tzn z informacji odczytanej nie da się wydzielić impulsów określających położenie komórki bitowej
• Metoda modulacji częstotliwości (FM)
Polega na tym, że przy modulacji FM prąd w głowicy zapisu zmienia na początku każdej komórki bitowej, oraz w środku komórki, gdy zapisywany bit ma wartość "jedynki"
• Metoda zmodyfikowanej modulacji częstości (MFM)
Metoda MFM nazywana jest metodą z podwójną gęstością i dzięki niej jest podwojona jest pojemność dysku twardego, stosuje się tu regułę: bit o wartości "1" ustawia impuls zapisujący pośrodku komórki bitowej, bit o wartości "0", ustawia impuls na początku komórki bitowej lecz tylko wtedy, gdy poprzedni bit nie jest równy "1".
W metodzie tej dla odtwarzania danych, w trakcie odczytu, stosowany jest układ z pętlą synchronizacji fazy PLL, na podstawie impulsów odczytanych z głowicy odczyt o nazwie READ DATA.
• Metoda RRL
Redukuje o 35% ilości przemagnasowań nośnika - można zatem, przy niezmienionej maksymalnej częstotliwości pracy, półtorakrotnie zwiększyć gęstość zapisu danych Odczyt informacji polega na przemieszczeniu namagnesowanych odcinków nośnika pod szczeliną.
Pole magnetyczne pochodzące od namagnesowanego odcinka nośnika, przenika rdzeń głowicy i indukuje w cewce siłę elektromotoryczną, która jest następnie wzmacniana i formowana w impuls cyfrowy, taktowany jako impuls zerowy lub jako bit danych, w zależności od metody zapisu informacji.
Budowa dysku
Magnetooptic Compact Disc=MO-CD magnetooptyczny dysk kompaktowy. Rozpowszechniony głównie w małych i średnich przedsiębiorstwach.
W czasach boomu na czytniki optyczne (CD-ROM), kiedy zachwycano się wspaniałymi możliwościami tej techniki przechowywania danych (względnie duża pojemność przy niskiej cenie), niewielu ludzi dostrzegało wady CD-ROM-ów.
Rozwiązaniem było połączenie technik, magnetycznego zapisu zaczerpnięta z dysków twardych oraz optycznego odczytu z napędów CD-ROM w jednym urządzeniu. Technologia wielokrotnego zapisu na dyskach magneto-optycznych została opracowana około 10 lat temu. Napędy magneto-optyczne (MO lub MOD - Magneto Optical Disc) dopuszczają zapis jak i odczyt. Mimo, że nie charakteryzują się rewelacyjnymi parametrami pracy - czas dostępu w granicach 30 - 40 ms, transfer 600 k/s - były one dużym krokiem naprzód w technice komputerowej i stały się kolejnym standardem do przechowywania danych. Polega on na magnetycznym zapisie danych i optycznym odczycie. W czasie procesu zapisu powierzchnia dysku jest miejscowo rozgrzewana przez promień lasera, a następnie poddawana działaniu pola magnetycznego wytworzonego przez głowicę zapisującą.
Osiągnięcie możliwości wielokrotnego zapisu wymagało swego rodzaju kroku wstecz w technice dysków optycznych i powrotu do idei zmiany polaryzacji nośnika magnetycznego. W przypadku dysków MOD w miejsce typowych dla dysków twardych elektromagnesów stosuje się promień lasera o mocy rzędu 18 - 20 mW (w przypadku odczytu dzisięciokrotnie mniejszej). Polaryzacja nośnika zmienia się dzięki temperaturze 200°C, co powoduje konieczność stosowania wewnątrz urządzeń wentylatorów lub innych technik chłodzących. Dzięki takiej formie zapisu dyski magnetooptyczne, w przeciwieństwie do dysków HDD i zwykłych dyskietek, są odporne na działanie pasożytniczego pola magnetycznego wytwarzanego np. przez monitory, głośniki, transformatory (w temperaturze pokojowej jest dla nich praktycznie nieszkodliwe). Bezdotykowy odczyt gwarantuje długą żywotność danych - dyski MO posiadają dożywotnią gwarancję, a trwałość zapisanych danych określana jest na minimum 30 lat.
Zapis danych odbywa się w trzech fazach:
1. kasowanie uprzednio zapisanych danych,
2. zapis,
3. weryfikacja poprawności.
Powoduje to niezbyt dużą wydajność urządzenia. Najnowszym rozwiązaniem technologii magneto-optycznej jest technika DOW (Direct OverWrite), umożliwiającej zapisywanie danych bezpośrednio na umieszczone tam pierwotnie. Skraca to radykalnie procedurę zapisu, dzięki pominięciu fazy kasowania. W nowoczesnych napędach magneto-optycznych powoli eliminuje się także weryfikację poprawności.
Napędy MOD korzystają z nośników o różnej pojemności, w zależności od typu i producenta, od 128 - 640 MB.
2.6. Sposoby zapisu danych do pamięci podręcznej komputera.
Organizacja i architektura pamięci podręcznej mają jedynie wpływ na częstość odczytu danych (lub instrukcji) z pamięci głównej. Dzięki temu zmniejsza się czas oczekiwania procesora na dane. Z punktu widzenia ogólnej wydajności komputerowej ważny jest również sposób zapisu do pamięci głównej. Jeżeli uda się go uniknąć lub opóźnić, to zmniejsza się obciążenie szyny pamięciowej.
Zapis natychmiastowy (Write Through)
Każdy zapis danych następuje bezpośrednio do pamięci głównej, bez przechodzenia przez pamięć podręczną. Zapewniona jest integralność danych tzn., że dane w pamięci głównej są aktualne w każdej chwili, gorzej jest z wydajnością systemu. Ponieważ jednak jest to rozwiązanie stosunkowo tanie, stosuje się je w komputerach niższej klasy.
Zapis do bufora (Posted Write)
Aby zmniejszyć czas oczekiwania na zapis danych do pamięci wykonuje się go tylko wtedy, gdy szyna pamięci nie jest zajęta (np. procesor wykonuje skomplikowane obliczenia zmiennoprzecinkowe i nie sięga po dane). W tym celu musi się przeznaczyć pewną część pamięci podręcznej na bufor danych oczekujących na zapisanie. System dobrze sprawdza się w większości przypadków, ale dość szybko zostaje przeciążony w razie manipulowania dużymi masywami danych. Stosowany jest w komputerach średniej klasy.
Zapis opóźniony (Write Back)
Bardzo skomplikowany technicznie algorytm zapisu opóźnionego jest szczytowym osiągnięciem w zakresie konstrukcji pamięci podręcznej. Dane do pamięci głównej zapisuje się dopiero wtedy, gdy nie wystarcza już miejsca w pamięci podręcznej na ich dalsze magazynowanie. Następuje to właściwie dopiero wtedy, gdy pojawia się ryzyko zniszczenia danych przez kolejny zapis do pamięci podręcznej. Dobrze nadaje się to do manipulowania dużymi masywami danych. Rozwiązanie to stosuje się w komputerach najwyższej klasy.
2.7. Zapis fluorescencyjny
Terabajty pamięci w zasięgu ręki to marzenie wszystkich, którzy wykorzystują komputery do zadań bardziej wymagających niż gry strategiczne. Przezroczysty krążek mieszczący zawartość 220 płyt kompaktowych to rarytas także dla kolekcjonerów cyfrowych osobliwości. Być może płyta DVD szybciej, niż można się było tego spodziewać, ustąpi miejsca nośnikom nowej generacji.
Sytuacja na rynku optycznych nośników audio-wideo wydaje się klarowna. CD wciąż króluje we wszystkich statystykach. DVD zaś rozwija się szybko. Prognozuje się, że nastąpi ewolucyjna zmiana generacji sprzętu i za kilka lat DVD stanie się dominującym standardem. Ale w ostatnich miesiącach pojawiły się opinie, że scenariusz wydarzeń może być zupełnie inny. Oczekiwana jest bowiem rynkowa inauguracja nośników optycznych nowej generacji, znacznie przewyższających DVD. Przezroczyste płyty i karty pamięci bazujące na zjawisku fluorescencji mają zrewolucjonizować zapis audio, wideo oraz danych. Tak przynajmniej twierdzą twórcy tej technologii.
Zapis fluorescencyjny został opracowany przez Constellation 3D (C3D). Przez kilka lat mało kto wiedział o istnieniu C3D, aż do września 1999 roku. Wtedy to została zapowiedziana demonstracja nowej techniki zapisu. I faktycznie, 4 października w Tel Awiwie dokonano pierwszej publicznej prezentacji prototypów. Urządzenia odczytywały muzykę z płyt i kart o 10 warstwach zapisu. Na drugim pokazie pokazano nawet odczyt z karty o 20 warstwach.
Przedstawiono też wizję produktów nowej generacji. Pierwsza kategoria nośników to płyty określane skrótem FMD (fluorescent multilayer discs) o wymiarach takich samych jak CD i DVD. Dzięki wielowarstwowemu zapisowi pojemność pierwszej generacji płyt FMD miała osiągnąć 140 GB, co jest równe w przybliżeniu 220 płytom CD. Przewidywano też, że następne generacje pozwolą na przekroczenie pojemności 1 terabajta. Pojemność zapisywalnych płyt FMD-WORM bez możliwości kasowania (odpowiednik CD-R) określono na 70 GB. Zapowiedziano też, że możliwa jest produkcja uniwersalnych urządzeń czytających FMD, CD i DVD.
Druga zaproponowana forma nośnika to karty ClearCard albo inaczej FMC (fluorescent multilayer card). Przy zachowaniu wielkości karty kredytowej już pierwsze generacje miały uzyskać pojemności rzędu 5 GB, z możliwością wzrostu w przyszłości.
Zapowiadano też trzecią formę nośnika, płyty o kilkucentymetrowej średnicy, ale po drodze ten wariant zniknął z komunikatów prasowych i materiałów informacyjnych, najwidoczniej uznano, że nie jest wart rozwoju.
Przy okazji wspomnianych prezentacji obiecywano nie tylko imponujące parametry techniczne. Podkreślano także, że zarówno produkcja nośników, jak i urządzeń odczytujących/zapisujących będzie technologicznie bardzo podobna do produkcji CD/DVD, co spowoduje, że nośniki i pozostałe urządzenia będą niedrogie.
Jak wynika z powyższych danych, FMD i ClearCard to już znacznie więcej niż produkty laboratoryjne. Wraz ze swymi partnerami C3D będzie w stanie zaproponować prawie kompletny zestaw usług i urządzeń potrzebnych do rozpoczęcia produkcji. Mimo wszystko jest jeszcze wiele niewiadomych. Jakie będą ceny pierwszych urządzeń? Jakie będą ceny płyt i kart? Jakie będą ich parametry techniczne? Jaka będzie konkretna data inauguracji rynkowej? Kto zechce w 2002 roku wydać materiał muzyczny lub filmowy na nowych nośnikach? Nie znamy odpowiedzi na te pytania i będziemy musieli na nie poczekać jeszcze kilka miesięcy. Można się jednak spodziewać, że w międzyczasie nie zabraknie interesujących doniesień na ten temat. Z treści wypowiedzi przedstawicieli C3D wyłania się już trochę dokładniejszy obraz urządzeń z fluorescencyjnym zapisem. Pojemności płyt FMD pierwszej generacji mają oscylować pomiędzy 25 GB a 100 GB. Mniej pojemne wersje będą korzystały z laserów takich samych jak CD/DVD i mają być relatywnie niedrogie, adresowane raczej na rynek konsumpcyjny. Wersje o większej pojemności będą kierowane w głównej mierze do odbiorców profesjonalnych. Spodziewane zastosowania dotyczą cyfrowego kina, odtwarzaczy HDTV, nagrywarek wideo, serwerów internetowych oferujących przekazy strumieniowe (jak muzyka czy sygnał wideo) i do archiwizacji dużej ilości danych. Karty FMC o pojemnościach 5-10 GB mają znaleźć zastosowanie w przenośnych komputerach, przenośnych urządzeniach audio i wideo, odtwarzaczach MP3, w sprzęcie samochodowym, w systemach GPS, a także operować na tych rynkach, na których obecnie korzystamy z CD i DVD.
Fluorescencyjne płyty mają zasadniczą przewagę nad technologiami dostępnymi obecnie, tam gdzie pojemność DVD jest niewystarczająca. Pierwszym zastosowaniem tego typu jest cyfrowe kino - oczywiście, nie kino domowe, ale prawdziwe kino z projekcją na dużym ekranie. Aby zastąpić celuloidową taśmę filmową nośnikiem cyfrowym, potrzeba zapisać ogromne ilości danych. Jest to wymarzone zastosowanie dla płyt o pojemności rzędu 100 GB. C3D mocno akcentuje możliwość takiego zastosowania.
Także telewizja wysokiej rozdzielczości (HDTV), gdzie godzina skompresowanego nagrania zajmuje około 7,5 GB, postawi nowe wymagania w odniesieniu do sprzętu wideo. W Stanach Zjednoczonych nadawcy mają przejść na ten system najpóźniej do roku 2006. Rynek konsumpcyjnych magnetowidów, które mogłyby rejestrować tego typu przekaz, jeszcze nie istnieje, ale jest oczywiste, że będą potrzebne do tego celu urządzenia o odpowiednio wyśrubowanych parametrach.
Cyfrowe aparaty fotograficzne, cyfrowe kamery wideo, odtwarzacze MP3 i przenośne komputery cierpią na brak odpowiedniego nośnika, odpowiednio zminiaturyzowanego, odpowiednio pojemnego i niedrogiego, zdolnego zastąpić dostępne obecnie karty pamięci Flash i miniaturowe twarde dyski. ClearCard może zaspokoić istniejące potrzeby.
Ze wszystkich propozycji tylko jedna może się równać z zapisem fluorescencyjnym pod względem pojemności nośnika i atrakcyjności cenowej, a nawet obiecuje bardziej imponujące parametry. Naukowcy z brytyjskiego Keele University (obecnie w ramach firmy Keele High Density) opracowali ponoć metodę zapisu, dzięki której na nośniku wielkości karty kredytowej zapisanych ma być ponad 10 terabajtów. Jest to równoważnik ponad 16 000 płyt kompaktowych! Co więcej, także cena tej pamięci ma być atrakcyjna. Niestety, Anglicy nie ujawnili żadnych bliższych danych, tłumacząc się koniecznością wcześniejszego opatentowania swoich rozwiązań.
Mimo wielu niewiadomych, można optymistycznie ocenić szanse nośników fluorescencyjnych i nie obawiać się o brak zapotrzebowania ze strony rynku. Oprócz zwiększonej pojemności, ogromnym atutem jest w tym przypadku wielofunkcyjność, przewyższająca wszystkie obecnie wykorzystywane media.
Jak się wydaje, niewiele jest takich okoliczności, które mogłyby powstrzymać ekspansję płyt FMD i kart FMC. Gdy w grę wchodzą nowe technologie, największą niewiadomą jest zawsze cena. Jeśli okaże się, że zapowiedzi C3D są w tej materii nazbyt optymistyczne, trudno będzie liczyć na powodzenie. Ewentualne opóźnienie w inauguracji nośników nagrywalnych to też potencjalne niebezpieczeństwo.