В 1979 году компании Philips и Sony создали совершенно новый носитель информации, заменивший грампластинку, - оптический диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для записи и воспроизведения звука. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Германии. Значительный вклад в популяризацию компакт-диска внесли Microsoft и Apple Computer.
По сравнению с механической звукозаписью он имеет целый ряд преимуществ - очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым методом.
В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из впадин и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как нули, а ровно отражающие свет участки - как единицы. Цифровой метод записи обеспечивает практически полное отсутствие помех и высокое качество звучания. Высокая плотность записи достигнута благодаря возможности сфокусировать лазерный луч в пятно размером менее 1 мкм. Это обеспечивает большое время записи и воспроизведения.
Рис. 13. Оптический диск CD
В конце 1999 года компания Sony объявила о создании нового носителя Super Audio CD (SACD). При этом применена технология так называемого "прямого цифрового потока" DSD (Direct Stream Digital). Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и частота дискретизации 2,8224 Мгц обеспечивают значительное повышение качества звучания по сравнению с обычными CD-дисками. Благодаря гораздо более высокой частоте дискретизации становятся ненужными фильтры при записи и воспроизведении, так как ухо человека воспринимает этот ступенчатый сигнал как "гладкий" аналоговый. При этом обеспечена совместимость с существующим форматом СD. Выпускаются новые однослойные диски HD, двухслойные диски HD, а также гибридные двухслойные диски HD и CD.
Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках гораздо лучше, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышается долговечность записей. Ведь оптические диски практически вечны - они не боятся мелких царапин, лазерный луч не повреждает их при воспроизведении записей. Так, фирма Sony дает 50-летнюю гарантию хранения данных на дисках. Кроме того, на CD не действуют помехи, характерные для механической и магнитной записи, поэтому качество звучания цифровых оптических дисков несоизмеримо лучше. К тому же при цифровой записи появляется возможность компьютерной обработки звука, позволяющей, например, восстановить первоначальное звучание старых монофонических записей, убрать с них шумы и искажения и даже превратить их в стереофонические.
Для проигрывания CD-дисков можно использовать проигрыватели (так называемые CD-плееры), музыкальные центры и даже портативные компьютеры, оснащенные специальным приводом (так называемым дисководом CD-ROM) и звуковыми колонками. К настоящему времени в мире на руках у пользователей находится более 600 миллионов CD-плееров и более 10 миллиардов компакт-дисков! Портативные переносные CD-плееры, подобно плеерам для магнитных компакт-кассет, оснащаются наушниками (рис. 14).
Рис. 14. CD-плеер
Рис. 15. Магнитола с CD-плеером и цифровым тюнером
Рис. 16. Музыкальный центр
Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. Однако за последние годы разработаны оптические CD-диски для однократной (так называемые CD-R) и многократной (так называемые CD-RW) записи на персональном компьютере, оснащенном специальным дисководом. Это дает возможность делать на них записи в любительских условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW - многократно: как на магнитофоне, можно стирать предыдущую запись и на ее месте делать новую.
Цифровой метод записи сделал возможным объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. Такая технология получила название "мультимедиа".
В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.
На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Кроме того, DVD-диски могут иметь один или два слоя информации. К ним можно обращаться, регулируя положение лазерной головки. У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм. При этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный на 4,7 Гбайт (133 минуты), односторонний, двухслойный на 8,8 Гбайт (241 минута), двухсторонний, односл ойный на 9,4 Гбайт (266 минут) и двухсторонний, двухслойный на 17 Гбайт (482 минуты). Указанные в скобках минуты - это время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком. Новый стандарт DVD определен таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учетом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т.е. с соблюдением принципа "обратной совместимости". Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими CD-ROM и видео-компакт-дисками LD.
Форматы DVD-ROM и DVD-Video появились в 1996 году, а позднее был разработан формат DVD-audio для записи высококачественного звука.
Дисководы DVD представляют собой несколько усовершенствованные дисководы CD-ROM.
CD- и DVD-оптические диски стали первыми цифровыми носителями и накопителями информации для записи и воспроизведения звука и изображения
История флэш-памяти
История появления карт флэш-памяти связана с историей мобильных цифровых устройств, которые можно носить с собой в сумке, в нагрудном кармане пиджака или рубашки или даже виде брелка на шее.
Это - миниатюрные МР3-плееры, цифровые диктофоны, фото- и видеокамеры, смартфоны и карманные персональные компьютеры - КПК, современные модели сотовых телефонов. Небольшие по размеру, эти устройства нуждались в расширении емкости встроенной памяти, чтобы записывать и считывать информацию.
Такая память должна быть универсальной и использоваться для записи любых видов информации в цифровой форме: звука, текста, изображений – рисунков, фотографий, видеоинформации.
Первой компанией, изготовившей флэш-память и выпустившей её на рынок, стала Intel. В 1988 году был продемонстрирована флэш-память на 256 кбит, которая имела размеры обувной коробки. Она была построена по логической схеме NOR (в русской транскрипции – НЕ-ИЛИ).
NOR-флэш-память имеет относительно медленные скорости записи и удаления, а число циклов записи относительно невелико (около 100 000). Такую флэш-память можно использовать, когда нужно почти постоянное хранение данных с очень редкой перезаписью, например, для хранения операционной системы цифровых камер и мобильных телефонов.
1. Введение
3.1. Технические особенности конкурентов
4. Перспективы развития оптического накопителя.
5. Сравнительный анализ оптический накопителей
5.1 ASUS DRW-1608P
5.2 NEC ND-3540A
6. Техника безопасности при работе с ПК
6.1 Организация рабочего места
6.2 Техника безопасности
Заключение
Список использованной литературы
1. Введение
За последние несколько лет оптические накопители претерпели существенные изменения. Сегодня оптический накопитель является неотъемлемой частью ПК - что определяет актуальность выбранной темы.
Оптический накопитель стал неотъемлемой частью ПК, т.к. разнообразные программные продукты (прежде всего игры и базы данных) стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на оптических дисках (таких же, как и обычные музыкальные), а некоторые игры и программы работают прямо с оптического диска, не требуя копирования на жёсткий диск.
Также современный компьютер является мощным мультимедийным центром позволяющим проигрывать музыку, просматривать фильмы.
Цель данной дипломной работы – изучение оптических накопителей. В процессе изучения предстоит изучить следующие вопросы:
¾ История создания оптического накопителя
¾ История развития оптического накопителя
¾ Перспективы развития оптического накопителя
¾ Сравнительный анализ оптический накопителей
¾ Техника безопасности при работе с ПК
2. История создания оптического накопителя
Оптические диски практически являются ровесниками персональных компьютеров. И у них даже есть свои родители - виниловые пластинки. Годом прихода оптических дисков в современные технологии считается 1982-й. Именно тогда две крупнейших компании Philips и Sony занялись новыми разработками. Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита, прославившийся также авторством знаменитого плейера Walkman, считал, что такие диски должны быть предназначены для прослушивания классической музыки. И стандартом продолжительности звучания взяли время звучания 9-й симфонии Бетховена, которое равняется примерно 73 минутам. Было решено сделать стандартным время звучания, равное 74 минутам 33 секундам. Так родился стандарт "Красная книга" (Red book) в котором был описан стандарт дисков CD-DA (CD-Digital Audio). Причем предшественником ему был стандарт обычной виниловой пластинки длительностью в 45 минут, обладающий худшим качеством звука и не сравнимыми с CD рабочими характеристиками носителя. Наравне с Sony в формировании стандарта "Красной книги" принимала участие и фирма Philips. Были введены жесткие требования к размерам, качеству звука, методу кодирования данных и использование единой спиральной дорожки.
На CD-DA данные представлены следующим образом.
Структурно весь диск можно разделить на три основные части: lead-in (вводная зона, хранящая всю информацию о структуре и принадлежности диска), PMA (Program Memory Area - непосредственно сами данные) и lead-out (выводная зона, состоящая практически из одних "нулей" и по сути являющаяся индикатором конца диска).
Вся информация записывается на CD-DA в виде дорожек, разделенных зазорами (pre-gap), равными 2 секундам. Таких дорожек может быть 99, и каждая из них может быть разбита на 99 фрагментов. Понятие дорожек несколько вторично, но хорошо подходит для простейшего описания структуры диска.
На самом деле информация на диске представлена в виде блоков-сегментов, которые имеют стандартный размер (2352 байта) и стандартную скорость их чтения - 75 блоков в секунду. То есть, если мы говорим о зазоре длиной в две секунды, то подразумеваем 150 "пустых" блоков-сегментов. Сами же дорожки состоят из наполненных информацией блоков.
Блок-сегмент, в свою очередь, состоит из 98 микрокадров, каждый из которых имеет размер в 24 байта (192 бита). 24 байта может содержать описание значений шести дискретных отсчетов правого и левого каналов. И приведенное значение 2352 байта можно получить простым умножением 98 на 24. Так что, говоря о таком размере сегмента, мы говорим только о чисто звуковой информации.
3. История развития оптического накопителя
Разработанная Philips и Sony новая спецификация для хранения цифровых данных на CD-носителях стала называться "Желтой книгой", а сами носители - CD-ROM (Read Only Memory). Блок-сегмент, равный 2352 байтам, преобразовался. То есть по стандарту были предусмотрены типы Mode 1, предназначенный для хранения цифровых компьютерных данных, и Mode 2 - сжатых графических, текстовых и звуковых данных. Блок-сектор типа Mode 1 хранит в себе информацию по коррекции и исправлению ошибок EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code) и является самым распространенным. На коррекцию и исправление ошибок в каждом секторе отводится 288 байт. В результате на информацию остается 2064 байта, 12 из которых выделяются на синхронизацию и 4 байта - для заголовка сектора.
Таким образом, основной минимальной единицей в формате CD-DA является дорожка, а в CD-ROM - сегмент.
Устройство накопителей на CD-ROM.
После прихода двух стандартов, описанных "Красной" и "Желтой" книгами, стояла одна существенная проблема: носители были строго привязаны к типам накопителей. То есть совмещение аудио и цифровых данных было в то время не реализовано. Появились диски смешанных форматов, хранящие в себе данные как CD-ROM, так и CD-DA. Причем первые данные (CD-ROM) записывались в начале диска. Это не совсем удобно, поскольку аудионакопители пытаются прочитать первую дорожку, чем могут навредить аудиоаппаратуре, а CD-ROM-накопители не могут одновременно читать программу и воспроизводить аудио.
В ноябре 1985 года представители ведущих производителей CD-ROM собрались для того, чтобы обсудить проблему совместимости и общего типа структурирования файловой системы для всех носителей. То есть требовался стандарт для файловой системы, структуры записи и чтения и т.п. Был составлен документ, который являлся спецификацией (название спецификации - HSG), определяющей логические и файловые форматы компакт-дисков. Документ носил рекомендательный характер, и хотя впоследствии многое определил для технологической отрасли в целом, цвета книги для него так и не нашлось. Предложение формата HSG-спецификации во многом базировалось на представлении структуры флоппи-диска, содержащего нулевой трек или системную дорожку, в которой хранятся данные о типе носителя и его файловой структуре с директориями, поддиректориями и файлами. CD организован немного по-другому. То есть все данные такого типа хранятся в служебной и системной областях. В первой хранится информация, необходимая для синхронизации между носителем и накопителем. Во второй - файловая структура, причем указываются прямые адреса файлов в поддиректориях, что сокращает время поиска.
Через три года (1988) был принят международный стандарт ISO-9660, основные положения которого были очень схожи с HSG-представлением. Этот стандарт описывал файловую систему CD-ROM и имел три уровня. Первый уровень выглядит примерно так:
Имена файлов могут содержать до 8 символов;
В названиях файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ "_";
В именах файлов не допускаются специальные символы - "-,~,=,+";
Имена каталогов не могут иметь расширений;
Файлы не могут быть фрагментированы.
Второй и третий уровень ISO-9660 только облегчают и расширяют возможности первого. В частности, на втором уровне сняты ограничения по именам файлов и каталогов (например, разрешено уже создавать имена длиной в 32 символа), на третьем уже разрешается фрагментировать файлы. Стоить отметить, что ISO-9660 первого уровня стандартизирует в основном форматы файловых систем MS-DOS и HFS (Apple Macintosh). Второй уровень в данных системах уже не читаемый.
Для Apple Macintosh существует отдельно стандарт формата файловой системы HFS (Hierarchical File System). У данной платформы компьютеров своя особая иерархия файловой системы, из-за чего данный стандарт является востребованным. На один диск можно записать несколько форматов файловых систем одновременно.
Спецификация, разработанная в 1991 году, была выпущена в виде "Оранжевых книг" (Orange Books). Их две. Первая стандартизирует магнито-оптические накопители, которые могут стирать, перезаписывать информацию. Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью, которые могут только дозаписывать. То есть во второй книге речь идет о CD-R (Recordable). Постепенно современные технологии стали позволять перезапись дисков. Мы говорим о CD-RW (Rewritable) или же CD-E (Erasable), что, по сути, является одним и тем же. Эти носители и накопители скорее всего подпадают под первую из "Оранжевых книг".
В 1993 году вышла "Белая книга" (White Book), в которой был стандартизирован новый продукт - Video CD, разработанный совместно JVC, Matsushita, Sony и Philips. В основу данного стандарта легла видеосистема Karaoke, разработанная JVC. Новый формат позволяет хранить 72 минуты видео со стереозвуком. Формат сжатия знаком многим - MPEG (Motion Picture Experts Group). Первая дорожка записывается в формате CD-ROM/XA, потом идет блок данных, содержащий сжатое видео. Основываясь на приобретениях, полученных с помощью стандарта "Белой Книги", эксперты впоследствии внесли существенные изменения в "Зеленую книгу".
В конце прошлого века накопители CD-R, достигшие к тому времени скоростей по записи/чтению 8Х/24Х, были вытеснены более универсальными накопителями CD-RW, позволяющими записывать не только диски с однократной записью, но и перезаписываемые.
В отличие от органических красителей, используемых для формирования активного слоя в дисках CD-R, в CD-RW активным слоем является специальный поликристаллический сплав (серебро-индий-сурьма-теллур), который переходит в жидкое состояние при сильном (500-700°С) нагреве лазером. При последующем быстром остывании жидких участков они остаются в аморфном состоянии, поэтому их отражающая способность отличается от поликристаллических участков. Возврат аморфных участков в кристаллическое состояние осуществляется путем более слабого нагрева ниже точки плавления, но выше точки кристаллизации (примерно 200 °С). Выше и ниже активного слоя располагаются два слоя диэлектрика (обычно двуокиси кремния), отводящих от активного слоя излишнее тепло в процессе записи; сверху все это прикрыто отражающим слоем, а весь "сэндвич" нанесен на поликарбонатную основу, в которой выпрессованы спиральные углубления, необходимые для точного позиционирования головки и несущие адресную и временную информацию.
В 1985 г. появилось описание стандарта хранения произвольных данных CD-ROM (Readonly memory – «память только для чтения»), являющийся надстройкой над форматом музыкального компакт-диска (CD-DA). Он имел небывалую по тем временам емкость 700 Мбайт. Емкость носителя и удобство использования этой системы в немалой степени способствовали начавшемуся стремительному росту производства и совершенствованию персональных компьютеров. Появление понятия «мультимедиа» неразрывно связано с CD-ROM. В свою очередь, задачи, выдвигаемые развитием информационных систем, обусловили совершенствование самой технологии хранения данных на компакт-дисках, которое шло по трем основным направлениям.
Первое направление связано с появлением множества вариантов организации данных на CD. Это логические форматы CD-I и форматы Video CD, Karaoke CD, Kodak Photo CD. Создание мультимедиа-приложений, позволяющих объединить на одном диске различные данные, привело к созданию группы смешанных форматов Mix Mode, CD-plus, CD-extra.
Вторым направлением стало увеличение скорости считывания данных, вплоть до скорости 52" (за единицу скорости принята скорость 150 Кбайт/с, т.е. скорость считывания информации с CD-DA).
Третьим направлением стала разработка дисков, позволяющих пользователю не только считывать, но и записывать на них информацию. В 1987 г. компания Sony представила новый стандарт CD-R (CD-Recordable). Почти одновременно с дисками CD-R появились перезаписываемые диски CD-RW.
Новым качественным шагом стала технология DVD (Digital Versatile Disc), которая была представлена в 1995 г. компаниями Toshiba и Sony. Применение нового лазера с длиной волны 650 нм и усовершенствованный способом слежения за дорожкой записи позволили увеличить информационную емкость до 4,7 Гбайта, используя тот же 12-сантиметровый диск. Сохранение в новом формате основных принципов предыдущего формата (CD) дало возможность при минимальных затратах, применяя механику приводов CD-ROM, создать универсальные устройства для чтения дисков всех рассмотренных ранее форматов. Потребовалось лишь внести некоторые изменения в электронный блок управления и оборудовать оптико-механический узел чтения дополнительным лазерным диодом.
Вначале единственным назначением DVD было распространение видеофильмов с разрешением до 720х572 точек и многоканальным звуком формата 5.1. Спустя три года разработчики расширили функциональность DVD, был представлен новый формат аудио-DVD.
Впоследствии технология DVD была перенесена и на ПК. Появились встраиваемые DVD-проигрыватели, затем устройства Combo, объединявшие в одном корпусе устройство чтения DVD и записи CD-RW. Относительно быстрое появление технологий DVD=R, DVD±RW и DVD-RAMбыло закономерным, поскольку их теоретические и технологические основы были отработаны при создании CD-R и CD-RW.
Развиваясь, технология DVD проходила те же стадии, что и технология записи на CD. Увеличение скорости воспроизводящих, а затем и записывающих устройств остановилось на отметке 16" (за единицу скорости потока данных принята скорость системы DVD- video- 1350Кбайт/с).
До весны 2004 г. запись дисков DVD±R и DVD±RW производилась только в одном слое (DVD-5)и позволяла записать на диск не более 4,7 Гбайт данных. В начале 2004 г. компания Philips анонсировала формат DVD+R DL (двухслойный или DVD-9), позволяющий записать до 8,5 Гбайт информации на одной стороне диска. Максимальная емкость DVD-дисков 15,9 Гбайта (по 7,95 Гбайта на каждую сторону двухстороннего двухслойного диска). Распространения двухсторонние двухслойные диски не получили из-за высокой стоимости и неудобства обращения к произвольным данным.
В 2002 г. компании Nee и Toshibaпредставили прототип AOD (Advanced Optical Disc), созданный по технологии, аналогичной используемой в DVD- дисках, но с большей плотностью записи. Через год организация DVD Forumпризнала AODофициальным преемником DVD, дав ему наименование HD DVD (High Definition Digital VersatileDisk). Стандарт HD DVDбыл поддержан большинством производителей DVD-приводов и дисков, так как является эволюционным продолжением стандарта DVDи требует минимального переоборудования существующего производства. Отличие, в основном, заключается в плотности записи (до 15 Гбайт на каждый слой), которая обеспечивается за счет применения более коротковолнового лазера. За однократную скорость передачи данных принята скорость 36,5 Мбит/с, что соответствует 27 х для DVDи 243 х для CD. В 2008 году стандарт прекратил свое существование в результате конкуренции со стандартом Blu-ray Disc, как по техническим характеристикам, так и по степени защищенности данных правообладателей.
В начале 2002 г. стало известно о новом стандарте Blu-ray Disc (BD). В стандарте Blu-ray применен сине-фиолетовый лазер, имеющий диаметр пучка 58 нм (DVD -132 нм, HD DVD- 82 нм). Принципиальное отличие от HD DVD – это уменьшение расстояния между питами в пределах одной дорожки (в сочетании с увеличением числа самих дорожек). Технология Blu-ray является более прогрессивной, т. к. емкость диска составляет более 25 Гбайт/слой. Максимальная емкость диска с учетом нескольких слоев может достигать 200 Гбайт. На данный момент существуют три основных вида HD-носителей: HD-ROM-обычные, штампованные и выпускаемые заводским тиражом, HD-R –однократно записываемые и HD-RW– перезаписываемые. Поскольку для штамповкиHD производителям приходится целиком менять оборудование, такие диски стоят ощутимо дороже.
В настоящее время проводятся исследования и разрабатывается технология записи на оптические диски с использованием ультрафиолетового лазера с длиной волны порядка 70 нм. Таким образом, теоретически появится возможность записывать на один оптический диск до 500 Гбайт данных. В 2005 г. началась разработка стандарта топографических носителей HVD (Holographic Versatile Disc). Емкость первых дисков составила 200 Гбайт. В перспективе технология позволит создавать носители емкостью до 1 Тбайта данных. Новая технология отличается тем, что два луча в одной точке одномоментно записывают не один бит, а целый блок данных. При чтении диск может сохранять неподвижность, а подвижной станет оптическая система –Технология АО DVD (Articulated Optical Digital Versatile Disc), предусматривающая использование нано-решеток с размерами меньше длины волны лазера для многоуровневого кодирования информации. Таким образом, замена для HD DVD и Blu-ray готовится уже сейчас и развитие оптической записи будет продолжено.
(Текст составлен на основе кн: 1. Коджаспирова, Г. М. Технические средства обучения и методика их использования / Г. М. Коджаспирова, К. В. Петров. – Москва: Изд. центр «Академия», 2001. – 256 с. 2. Сергеев, А. Н. Аудиовизуальные технологии обучения: курс лекций / А. Н. Сергеев, А. В. Сергеева. – Тула: Изд-во ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 2009. – 250 с.)
Приложение № 6
