Студентам > Рефераты > Новые технологии хранения информации
Новые технологии хранения информацииСтраница: 2/4
2.3.1 FMD ROM - накопители третьего тысячелетия
 
По каким же параметрам
FMD ROM будет превосходить DVD?
Первый параметр - соотношение размер/емкость. Тут "fluorescent
multilayer disk" вне конкуренции. Разработчики заявляют, что уже сейчас
первые прототипы способны вмещать при размере диска 12 см в диаметре, то есть
на стандартном 5 дюймовом носителе до 140Гб. Это при десяти слоях. А в
ближайших планах компании C3D есть желание, как минимум удесятерить число
слоев. При этом становится вполне реальной возможность создания сменных
носителей информации емкостью в десятки терабайт. Та емкость, которую на
сегодняшний день можно получить лишь при использовании громадных дисковых
массивов, занимающих подчас целые шкафы и даже комнаты, будет обеспечиваться
компактным диском, который с легкостью умещается в кармане!
Насчет скорости доступа еще очень мало данных. Разработчики обещают, что этот
параметр будет намного выше, нежели у DVD. Хотелось бы верить, ведь иначе, с
существующими скоростями, при работе с терабайтными массивами информации даже
простые операции, например, перечитка диска, может затянуться на несколько
часов. Новые гигантские объемы требуют и соответствующих скоростей доступа.
Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то и тут FMD ROM не
имеет себе равных. Ведь он представляет собой практически кусок пластмассы,
вернее полимерную матрицу с фотохромным веществом, но по стоимости, это просто
пластиковый диск. И ни каких затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных
слоев, как в DVD. Собственно и никаких слоев в привычном смысле этого слова
нет, но об этом в следующей главе.
2.3.2 О принципах функционирования FMD ROM.
Внешний вид FMD ROM.
Как вы видите диск совершенно прозрачный, хотя и имеет формат обычного CD или
DVD диска. В отличие от обычного CD-ROM, в котором отражающий алюминиевый слой
нанесен на выдавленную подложку из полимера, из-за чего он собственно и
непрозрачен, диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на
некоторые условные области названные разработчиками "слоями" (layer).
Эти "слои" не являются слоями в привычном смысле, это скорее параметр
форматирования диска, ближайший аналог - это сектора и дорожки для магнитных
носителей. Толщина этих слоев строго фиксирована, и это не случайно. Чтобы
понять, почему разработчики выбрали именно эту толщину каждого из слоев, надо
рассмотреть принципы записи/считывания информации на FMD ROM.
В оптических носителях
(CD, DVD, магнитооптика) во время чтения луч полупроводникового лазера
отражается от слоя с записанной информацией.
Отраженный луч затем фиксируется
детектором - приемником. Грубо говоря, считывание идет по принципу: попал или
не попал луч в приемник. Максимальная удельная емкость диска определяется
размером светового пятна от лазера, которое в свою очередь зависит от длины
волны (у красных лазеров - 650нм). Можно использовать два слоя, причем сделать
один из слоев прозрачным для излучения с определенной длиной волны, как это
реализовано в DVD. Но два слоя - это предел, больше сделать очень сложно, так
как нужны очень точные фокусирующие системы, которые будут работать только в
лабораторных условиях. Разумеется, массовое производство таких систем является
невероятно дорогим и нерентабельным. Да и вообще, технология отражающих слоев
подошла к своему пределу развития.
 Но вот создатели технологии
многослойных дисков, компания C3D, нашли способ обошли проблему множественной
интерференции между слоями и потери самого луча в многослойных дисках. И
технологически это выглядит очень красиво и остроумно.
Разработчиками FMD было предложено
следующее решение: материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как
подложка в DVD или CD, а излучает! Использовано явление флуоресценции, то есть,
при освещении активирующим излучением (в данном случае полупроводниковым
лазером с определенной длиной волны) вещество начинает излучать, сдвигая спектр
падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину.
Причем величина сдвига зависит от толщины слоя. Таким образом, выбрав такую
толщину слоя, что бы спектр отраженного света получается смещенным относительно
длины волны излучающего лазера на строго определенную величину, например на 30
или 50 нм, можно с высокой достоверностью записывать информацию вглубь диска и
впоследствии считывать ее без потери данных.
Для FMD ROM разработчиками так же
предложено название "трехмерный диск", и в данном случае это вполне
оправдано.
Таким образом, плотность записи будет зависеть и от чувствительности
регистрирующего детектора. Чем меньше то дополнительное излучение
флюоресцирующего вещества, добавляющееся к частоте рабочего лазера, который
удастся зафиксировать, тем большее число слоев можно вместить в один диск.
Излученный свет от флуоресцентного слоя некогерентен и хорошо контрастирует с
отраженным светом лазера, что является дополнительной гарантией надежности
считывания, ведь без отражений все равно не обойтись, они будут происходить от  поверхности диска и других записанных слоев. Качественное
ухудшение сигнала в обычных (отражающих) многослойных дисках нарастает с
увеличением числа слоев, но вот в случае с флуоресцентными дисками это
ухудшение происходит гораздо медленнее. По заявлению разработчиков FMD ROM,
даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения
полезного сигнала. Используя синий лазер (480нм) можно увеличить плотность
записи до десятков Терабайт на один FM диск. Вполне возможно создание диска с
1000 слоями - это уже субмолекулярные размеры. Теоретически возможно создание
пятна размером в несколько молекул, проблема лишь в том, как зафиксировать
столь малое флуоресцентное излучение.
Одна из главных особенностей этой разработки - возможность
параллельного чтения слоев (т.е. последовательность бит будет записана не по
"дорожкам", а по слоям) - скорость выборки данных в этом случае
должна быть очень высокой. Вот уж действительно "3-х мерный диск".
На фотографии - привод
для таких дисков, пока, разумеется, только прототип.
Ну вот, с чтением разобрались, а
как обстоят дела с записью? Принцип записи на FMD ROM основан на явлении
фотохромизма. Фотохромизм - это свойство некоторых веществ под действием
активирующего излучения обратимо переходить из одного состояния в другое, при
этом изменяя свои физические свойства (например, такие как цвет,
появление/исчезновение флюоресценции и т.д.). Материал, из которого состоит FMD
ROM содержит специальную фотохромную субстанцию, которая циклизуется под
воздействием лазерного луча определенной длины волны, превращаясь в необходимый
устойчивый флуоресцент. Обратная реакция рециклизации, приводящая к
исчезновению флуоресцентных свойств (операция стирания), происходит под
действием лазера с другой длиной волны. Стирающая частота лазера выбирается с
таким расчетом, чтобы она не встречалась в повседневной жизни, во избежание
потери данных. Ну, и естественно читающий лазер, ни в коем случае не должен
вносить изменения в данные, хранящиеся на диске.
Наиболее ценными фотохромными свойствами обладают соединения под
названием фульгиды, поэтому можно предположить, что используемый в FMD ROM
фотохром принадлежит именно к этому классу.
Общая формула фульгидов:
Вообще идея
использования фотохромов в качестве носителей информации не нова. Ей примерно
тридцать лет. И лишь теперь эта идея была реализована на практике.
  2.4.1
Технология Blu-Ray - преемник DVD
Так уж повелось, что
эволюция в области компьютерных технологий происходит быстрее, чем в остальных
технических отраслях. И с течением времени период, за который мощность
компьютера удваивается, становится все меньше и меньше. До 1 ГГц процессоры шли
22 года, а до 2 ГГц - всего лишь полтора. Объем винчестера растет как на
дрожжах, 160-180 гигабайт - это уже обыденность, а ведь совсем недавно для
достижения таких объемов конструировались целые RAID-массивы из десятков
жестких дисков. Миниатюризация, увеличение быстродействия, скорости передачи
данных, увеличение плотности записи - вот что мы слышим каждый день, вот что
появляется каждый день на новостных страницах Интернета. Объемы, скорости,
частоты - все это удваивается, учетверяется, удесятеряется и все это никого уже
не удивляет. Но есть область, в которой на фоне успехов на других фронтах до
последнего времени царил, казалось бы, полный застой. Это область сменных
носителей информации.
Действительно, в этой
области, как и двадцать лет назад продолжает лидировать старичок CD-ROM.
Правда, за эти годы он подрос с 650 Мб до 700 Мб, а благодаря стараниям TDK
местами даже и до 800 Мб, но, увы, в наш насыщенный информацией век такие
объемы становятся явно недостаточными. Столь долгой жизнью CD-ROM обязан не в
последнюю очередь форматам сжатия звука (MP3) и видео (MPEG4, DivX;-)),
благодаря которым в столь мизерный объем стало возможным запихивать огромные
массивы музыки и целые фильмы. Конечно, качество страдает, но народ у нас
невзыскательный и в конечном итоге все равно выходит качественнее и
долговечнее, чем переписанные аудио и видеокассеты.
В последнее время более
взыскательная публика открыла для себя DVD (digital versatile disc). Именно в
последнее время, хотя этому формату насчитывается уже 8 лет. Причин столь
медленного продвижения множество. Вначале на рынке царил дикий разнобой
форматов DVD. Если в случае с CD компания-изобретатель SONY четко дала
спецификации данного устройства, которых придерживались все производители, то в
случае с DVD вышло с точностью наоборот - каждый из производителей предлагал
свою версию DVD привода, с разным максимальным объемом носителя, с разной
механикой и даже с разной длиной волны читающего лазера, что в начале частенько
приводило к ситуации, когда на DVD приводе из 10 дисков читались только
один-два. На следующем этапе распространения DVD сдерживающим фактором стала,
прямо скажем, нелепая попытка обуздать пиратство с помощью введения зон. За несколько
лет экспансии DVD диски из разных зон настолько перемешались между собой, что
стало проблематичным найти диски именно под свой дисковод. К тому же мгновенно
в сети Интернет появились взломанные мультизональные прошивки DVD приводов и
специальные программы, обнуляющие счетчики проигранных дисков. Опытные
пользователи решили проблемы с зонами в обход производителей, ну а неопытных
вся эта канитель только отпугнула от приобретения DVD привода. Не в последнюю
очередь в медленном продвижении DVD сыграли высокая стоимость дисков и их
относительная редкость. Например, в России в свободной продаже DVD диски
массово появились совсем недавно.
Но постепенно все стало
налаживаться. Производители самостоятельно стали убирать ограничения на зоны из
своих приводов. Так, например, программа PowerDVD сообщила об одном недавно
вышедшем DVD-приводе NEC, что "данное устройство имеет номера зон 1, 2, 3,
4, 5". Приводы стали совместимы, появилось что-то похожее на единый
стандарт. DVD фильмы появились широкой продаже, их стали даже дублировать на
русском языке. Цена на диски упала. Появились пиратские диски, которые
составили ценовую конкуренцию (увы, только ценовую, о качестве говорить не
приходится) лицензионным дискам. Пользователи, обнаружив, что DVD-приводы не
намного дороже CD-ROM стали постепенно затовариваться данными устройствами.
Появились пишущие DVD-приводы, правда за бешенные деньги и сразу в лице трех
несовместимых между собой форматов: DVD-RAM (Panasonic), DVD-RW (Pioneer) и
DVD+RW (Philips). Наконец-то для DVD замаячило светлое будущее. Но это будущее
было стремительно перечеркнуто в феврале 2002 года синим лучом - технологией
Blu-Ray Disc.
Япония, Токио, 19 февраля 2002... Представители девяти лидирующих высокотехнологических
компаний Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, LG, Philips, Thomson, Hitachi,
Sharp и Pioneer на совместной пресс-конференции объявили о создании и
продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием
Blu-Ray Disс, этим самым возможно подписав смертный приговор DVD. Согласно
объявленной спецификации Blu-Ray Disс - перезаписываемый диск следующего
поколения со стандартным CD/DVD размером 12 см с максимальной емкостью записи
на один слой и одну сторону до 27 Гб .
Собственно, назвать
Blu-Ray принципиально новым форматом нельзя - это скорее эволюция формата DVD.
Как следует из названия в Blu-Ray для записи и воспроизведения диска вместо
красного лазера, который используется в DVD и CD-ROM, применен синий лазер
(blue-violet laser). У синего лазера длина волны составляет 405 нанометров, что
значительно меньше длины волны красного лазера (650 нм). Меньшая длина волны -
соответственно меньшая интерференция отраженного луча, соответственно можно
сделать толщину дорожку данных тоньше, что приводит к значительному увеличению
емкости носителя. Толщина дорожки у Blu-Ray диска в два раза меньше, чем у DVD.
Единственно, что внушает опасение - тот факт, что энергетика синего лазера
выше, чем у красного, что должно приводить к значительному разогреву поверхности
диска. По-видимому, Blu-Ray приводы потребуют мощного охлаждения.
Покрытие Blu-Ray на которое
записываются данные (optical transmittance protection layer) очень тонкое - 0.1
мм. Из этого факта можно сделать 3 вывода. Первое - чем тоньше слой, тем меньше
рассеяние отраженного луча и больше данных можно вместить на квадратный дюйм,
то есть тонкий слой - это необходимость для достижения большой емкости диска.
Второе - настолько тонкий слой позволит без проблем сделать диск многослойным
(по крайне мере двухслойным, как DVD), так как уменьшается рефракция луча
отраженного от более глубокого слоя. Третье - настолько тонкий слой легко
повредить, следовательно Blu-Ray Disс потребует защиты, то есть будет упакован
в пластиковую оболочку, наподобие MiniDisk от Sony. Последний факт, к
сожалению, говорит о том, что цены на Blu-Ray приводы возможно будут
существенно выше, чем на DVD, так как, если бы Blu-Ray Disc оставался бы диском
без упаковки, то производители смогли бы использовать корпуса и механику от
DVD-приводов без переделки, сменив лишь лазер и декодирующую микросхему, а так
придется начинать практически с нуля. Возможен компромиссный вариант, когда
односторонние диски относительно малой емкости (23-27 ГБ) будут производиться
без упаковки и иметь соответствующие приводы, мало отличающиеся от DVD-приводов
по внешнему виду и по цене, такие объемы для домашних мультимедийных
компьютеров на первое время более чем достаточны, по крайне мере объем Blu-Ray
диска в разы превосходит DVD, а для пользователей весьма важна цена.
Потребители голосуют рублем, неважно зеленый он или нет, соответственно, чем
меньше будет начальная стоимость Blu-Ray для домашнего и мультимедийного
сектора, тем быстрее он наберет популярность. Так же диски этого формата будут
использоваться для цифровых пишущих видеоплееров нового поколения, так как на
один Blu-Ray Disc умещается до 13 часов видеоинформации качества VHS (MPEG-2 c
bitrate 3.8Mbps) или же 2 часа видео в модном сейчас в Японии формате HDTV
(телевидение высокого разрешения до 1600х1200х32bit, MPEG-2 c bitrate от 8Mbps
и выше).
Blue
Laser DVD
диск
(Cebit`2002)
Для hi-tech учреждений,
предприятий, систем управления, образовательных заведений и других, где
требуются большие объемы информации, понадобятся более емкие - двусторонние,
двухслойные (или многослойные) Blu-Ray диски с емкостью от 100 ГГб. Такие диски
будут заключены в прозрачный картридж и использовать специальные Blu-Ray
приводы, оснащенные лазерами с разной длиной волны (в пределах синей части
спектра) для чтения разных слоев. Первые прототипы 100 ГГб дисков уже созданы.
Такие, кажущиеся сейчас огромными объемы информации, могут уже в ближайшем
будущем стать нормой, так же как в свое время быстро привыкли к огромному
скачку между 3,5’ дискетой (1.44 Мб) и CD-ROM (650 Мб). Через некоторое время и
домашний сектор станет одним из потребителей многослойных Blu-ray дисков, когда
упадут первоначально высокие цены на приводы и носители информации этого
формата.
Головка с
лазером (Cebit`2002)
Технологии Blu-Ray
создавались в первую очередь для записи, хранения и воспроизведения видео и
аудио информации, то есть налицо сильная ориентация в сторону мультимедиа,
хотя, разумеется, на Blu-Ray Disc можно записать и просто данные. Основными
форматами хранения видео, как и в DVD, является MPEG2, форматы звука,
соответственно - AC3, MPEG1, MPEG Layer2. Для цифровых видеоплееров формата
Blu-Ray декодирование будет осуществляться аппаратно, для компьютерных приводов
- программно.
Нельзя не упомянуть о
высокой скорости пересылки данных, которая будет осуществлена в Blu-Ray
устройствах. Так, согласно спецификации, максимальная скорость пересылки данных
между Blu-Ray приводом и целевым устройством (MPEG-2 декодер или компьютер)
будет достигать 36Mbps, что при огромных объемах носителя весьма актуально.
Такой скорости пересылки данных, должна в полной мере соответствовать скорость
считывания. К сожалению, не указывается, каким путем будет достигнута столь
высокая скорость, так как если этот способ - повышение скорости вращения диска,
то боюсь, что взорвавшиеся Blu-Ray диски и сгоревшие приводы уже не за горами,
разве что в игру вступит какой-нибудь неизвестный фактор, например новый состав
материала, из которого будут делаться диски. Но тогда возникает вопрос
совместимости с предыдущими поколениями носителей. Конечно, можно добавить
логические схемы, которые будут определять тип носителя CD/DVD/Blu-Ray и
соответственно менять максимальную скорость вращения для каждого типа, но это
приведет к удорожанию привода. Путь же увеличения числа считывающих лазеров,
как мы видим на примере технологии True-X, ведет к взрывообразному увеличению
стоимости привода.
Привод,
записывающий DVD диски (Cebit`2002)
Для обратной совместимости
с предыдущими носителями информации, а это обязательное условие грядущей
популярности Blu-Ray, привод должен иметь по крайне мере два лазера - основной
синий и дополнительный красный. Сомневаюсь, что диски для чтения которых
требуется красный лазер, будут читаться синим. Много факторов мешает, меньшая
толщина синего луча, иные отражательные свойства поверхности, более грубая
структура самого диска и т.д. В результате опять вилка - выберешь совместимость
со старыми форматами - проиграешь в цене, зато приобретешь благосклонное
внимание консервативных слоев общества, откажешься от совместимости - удешевишь
конструкцию, но отпугнешь покупателей, кроме наиболее радикальных hi-tech
экстремалов. Это вилка для компьютерных приводов, так как там можно еще поставить
несколько приводов, хотя для пользователя это означает и то, что придется
платить за каждый из приводов, да и пятидюймовых слотов ограниченное
количество. Для видеоплееров никаких вилок нет - совместимость с предыдущими
форматами нужна в любом случае, библиотека DVD и Video CD фильмов уже очень
велика и никто не захочет отказываться от нее из-за призрачных перспектив
обещаемых Blu-Ray.
К сожалению, те грабли, на которые
наступил в свое время DVD, ничему новый формат не научили - в Blu-Ray включена
защита от нелегального копирования. К счастью, это будут не зоны, как ранее, а
некий индивидуальный номер, который будет проставляться на всех записанных
видеодисках. Не совсем ясно, для чего это делается, но в пресс-релизе гордо
сказано, что "эта метка будет осуществлять реальную высококачественную
защиту авторских прав". По все видимости, для того устройства на котором
был записан диск число воспроизведений будет не ограничено, а для других -
какое-то число раз, то же самое будет с легально приобретенными фирменными
дисками, на которых наверняка будет стоять защита от записи и перезаписи.
Непонятная ситуация с записью данных - будет там эта метка или нет?
2.4.2 Выводы
Подводя итог
вышесказанному. Достоинства Blu-Ray Disc состоят не только в огромной емкости,
но и в том, что его разрабатывали и собираются производить сразу девять
крупнейших электронных корпораций, что должно застраховать пользователей от
проблем несовместимости приводов. Насчет сторонних участников, не входящих в
эту девятку, некоторое время ничего не было ясно и можно было опасаться, что
только гиганты и будут производить диски и приводы, что не в лучшую сторону
должно было сказаться на цене Blu-Ray устройств, но теперь ответ получен -
лицензии на технологии Blu-Ray начнут продавать всем желающем уже в конце весны
2002 года.
Недостатки Blu-Ray не
очевидны и компенсируются достоинствами. Это предполагаемая высокая цена
приводов и дисков и проблемы обратной совместимости с предыдущими носителями
информации. Насчет цены - ситуация должна улучшиться после привлечения
сторонних производителей, которые так же возможно помогут разобраться и с
защитой от копирования, хотя вряд ли - девять основных компаний, думаю, смогут
настоять на соблюдении условия полного соответствия формату. А насчет
совместимости - все зависит от массовости старта Blu-Ray, его
разрекламированности и грядущей популярности. Если Blu-Ray появится на каждой
машине (что маловероятно, пользователи - народ очень консервативный), то,
возможно, старые форматы вымрут, как динозавры и поддерживать совместимость с
ними нет никакой надобности. На массовость старта очень сильно будет влиять
цена устройств, дисков и жесткость лицензионной политики правящей девятки. Так
что судьба формата целиком в руках его создателей. У каждой из девяти компаний
есть огромный опыт за плечами, успехи и провалы, так что давать советы им
бессмысленно, а вот способны ли они учиться на собственных и чужих ошибках -
покажет будущее, будущее формата Blu-Ray...
2.4.3 Характеристики Blu-Ray Disc
|
Емкость носилеля
|
23.3 Гб / 25 Гб / 27 Гб / 50 Гб / 100 Гб
|
|
Длина волны лазера
|
405nm (blue-violet laser)
|
|
Шаг линзы
|
0.85 NA (numerical aperture)
|
|
Скорость пересылки данных
|
36Mbps
|
|
Диаметр диска
|
120mm
|
|
Толщина диска
|
1.2mm (толщина оптически активного слоя - 0.1mm)
|
|
Толщина трека
|
0.32um
|
|
Минимальная длина точки
|
0.160/0.149/0.138um
|
|
Плотность записи
|
16.8/18.0/19.5 Gbit/inch2
|
|
Формат записи видео
|
MPEG2 video (для видеоплеера),
для компьютера - любые
|
|
Формат записи аудио
|
AC3, MPEG1, Layer2 (для видеоплеера),
для компьютера - любые
|
|
Размер картриджа
|
129 x 131 x 7mm
|
|
Главная
Документация
Файлы
Информация
