ОПЕРАТИВНА ПРОГРАМА

„

РАЗВИТИЕ НА ЧОВЕШКИТЕ РЕСУРСИ

”

2007-2013 МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА

Схема BG051PO001-4.3.05 „ Развитие на професионалното образование и обучение в сътрудничество с работодателите ” Инвестира във вашето бъдеще!

Договор: BG051PO001-4.3.05 – 0022

Име на проект: „ Образователни паркове за развитие на професионално знание и компетенции в областта на компютърните технологии и системи в колаборация с IT сектора “

Бенефициент: Професионална гимназия по компютърни технологии и системи – гр. Правец ДЕЙНОСТ 6. Разработване на електронно съдържание за специализираните

професионални курсове, заложени за професионално обучение в 4 образователни парка

Отчетен период 01.06.2014 г.- 30.06.2014 г.

Дисциплина

: Компютърна периферия

Външни запаметяващи устройства

За първи път се използват за допълнение към оперативната памет през 1948 г.

Видове: ВЗУ с магнитен принцип на съхранение на информацията.

Устройства с последователен достъп- магнитни ленти.

Устройства с цикличен достъп- магнитни барабани, магнитни дискове. Дискови устройства с несменяеми носители- HDD.

Дискови устройства със сменяеми носители- гъвкави дискети, с лазерно позициониране на главите, твърди дискови касети, магнитооптични дискове, оптични дискове.

Оптични дискови устройства.

ВЗУ на перфоносители- перфоленти и перфокарти.

Гъвкави магнитни дискове

Флопи дисковия драйв /FDD Floppy Disk Drive/ е запомнящо устройство със сменяем гъвкав магнитен носител –дискета. Изобретен е в края на 60-те години на миналия век от IBM.

Диаметърът на първите дискове е бил осем инча. По късно са произведени 5,25 инчови , а от 1984 година се произвеждат 3,5 инчови устройства. Дълги години дискетите са единствения носител на софтуер, операционни системи и данни при компютрите. До въвеждането на твърдите дискове, изпълняват тяхната роля. Недостатък е малкия обем и ниската надеждност. 5,25 инчовата дискета има капацитет 160 КБ. 3,5 инчовата дискета има капацитет 1,44 МВ и е поставена в пластмасов кожух. Това устройство става задължителна част от персоналния компютър до появата на оптичните дискове, флашпаметите и 2,5 инчовия HDD. След 30 годишна експлоатация FDD се пенсионира в началото на този век. Съвременните дъна не поддържа флопи дискови устройства. На пазара все още се предлагат външни флопи дискови устройства с USB интерфейс.

Магнитния носител представлява гъвкав кръг с дебелина 80 микрона, покрита от двете страни с магнитен материал, обикновено железен окис с дебелина 1-2 микрона. Колкото по тънък е този слой, толкова по- голяма плътност на записа може да се постигне. Отвор в средата на 5,25 инча дискетата осигурява захващането на гъвкавия магнитен кръг към шпиндела на мотора на ФДУ. Заоблените отвори на защитния плик позволяват достъп на магнитните глави до диска. Оптично синхронизиране на оборотите се постига с двойка фотодиод и транзистор през малък отвор на гъвкавия диск. На горния десен ръб на плика има отвор, които ако е открит, се позволява писане, ако е покрит с лепенка, се позволява само четене.

въртенето.

При 3,5 инчовата гъвкавия материал е захванат от метален носещ кръг, поставен в защитен твърд пластмасов кожух. Плъзгащ се метален капак открива достъп на главите до гъвкавия диск при поставяне на дискетата в устройството. В долния десен ъгъл в който чрез ръчно местене на плъзгача се разрешава или забранява запис върху диска. Квадратния отвор вцентъра на диска служи за захващането му, а правоъгълния отвор служи за синхронизация на Форматът DD/DD разделя повърхността на 40 писти по 9 сектора по 512 байта. Това означава 360 КВ капацитет. 137000 BPI.

Форматът HD разделя повърхността на 80 писти по 18 сектора по 512 байта. Получава се капацитетът е 1,44 МВ. Пистовата плътност е 135 TPI, битовата плътност достига Ъгловата скорост е 300 или 360 RPM, което е 10- 20 пъти по бавно от тази при HDD. Средното време на достъп до даден сектор в писта е 100 ms. Отсъщия пшорядък е и максималното време за позициониране на главите. Скоростта на четене е малко над 60 КВ/s.

Начин на работа

След вкарване в устройството, централния отвор се фиксира от остта на двигателя и диска започва да се върти с постоянна ъглова скорост. Механична лостова система отваря защитния прозорец и главите получават достъп до двете магнитни повърхности. От двете страни на диска има по две глави- по една по-тясна записващо- четяща глава и по една по- широка разделена на две изтриваща глава. Горната и долната записяащи глави са леко разместени, за да се избегне взимното влияние при запис. Главите леко се притискат към диска. При преместване към друга писта, главите се отделят от повърхността. Главите се придвижват между пистите с общ актуатор. След установяване над пистата, главите допират повърхността и проверяват в записания при форматирането адрес дали позицията е точна. Следва индуктивен запис или четене. След запис на записващите глави, изтриващите подравняват външните граници на записаните битове, за да не си влияят с тези от съседните писти.

ZIP диск

ZIP дисковете са комбинация между флопи и хард диск. Първия ZIP драйв е произведен през 1994 от IOMEGA и е с капацитет 100 МВ иразмер 3,5 инча. Кожухът на диска е с дебелина 6,3 мм. През 2002г. Капацитетът достига 750 МВ. Дисковете са изработени от по съвършен материал. Плътността на пистите при 750 мегабайтовия вариант е 4780 TPI, срещу 135 при обикновена дискета. Битовата плътност достига 137000 BPI. Главите записват и четат чрез допир с магнитната повърхност, но с много по- малък натиск от флопи дисковете. За разлика от ФДУ, където пружиниращо рамо държи главите прилепени до диска при ZIP за да се осъществи контакт с главата много тънкия 62 микрона диск се засмуква аеродинамично при въртенето и прилепва плътно до главите. Използва се типичния за твърдите дискове зонов запис, което допълнително увеличава капацитетът. Скоростта на въртене е 3600 RPM. Времето за достъп е под 30 ms, а скоростта на прехвърляне на данните е 1 MB/s.

Super Disc LS диск

Комбинация между флопи и оптична технология. Записът и четенето са магнитни, а позиционирането и следенето на пистата е чрез маркери, детектирани чрез сервосистема с лазерен лъч. В резултат се получава много по- голяма плътност на записа въру стандартна дискета. През 1991 година Insite Peripheral представя Floptical /Floppy Optical/ дискета с капацитет 21 МВ. През 1996 се появи LS -120 /Laser Servo/ дискова система с претенциозното название Super Disc. При размер 3,5 инча капацитетът първоначално е 120 МВ. През следващата година се появява LS -240 с капацитет 240 МВ. Записът е на 55 зони. Скорост на въртене 720 RPM. Тези дискове остават в сянката на ZIP дисковете. Развитието на оптичните дискове изпрати в историята и двата вида дискове. Тези дискове са разработени две десетилетия след първите флопи дискети, ноживотът им продължава само няколко години.

Оптични дискове

Първите оптични дискове за аналогов аудио запис са разработни през1978 г. от Sony и през 1979г. oт Philips. През 1980г. двете фирми разрработват стандарт за цифров аудио компакт диск (CD-DA). Наречен е Red Book. В него са описани основните му парамети- размери, въртене, формат на данните, корекция на грешките.

По това време се появяват първите персонални компютри и се оказва че CD са много по удобни от дискетите за съхранение и пренасяне на цифрова информация носители. През 1980г. e разработен стандарта Yellow book за компютърен CD- ROM. През 1989г. е разработен стандарт Orange Book за записвани от потребителя компакт дискове CD-R и магнитооптични дискове CD MO . По- късно е доразвит за CD- RW.

За качествен запис на филм обаче е необходим диск със седем пъти по- голям капацитет. През 1995г. е разработен единен стандарт за висококапацитетен оптичен диск за видео и компютърни приложения- DVD (Digital Video Disc, по късно преименован на Digital Versatile Disc). По- късно са разработени и DVD с еднократен и многократен запис от потребителя.

Принцип на работа

Лазерен лъч е насочен перпендикулярно към повърхността на въртящ се диск и се премества, като следи нанесената върху диска спираловидна пътечка, състояща се от микроскопични области с две степени на отражение. Отразеният от областите с по- високо отражение лъч преминава през оптична система и се регистрира от фотосензор. От слабо отразяващите области лъчът се разсейва.

Кодирането на логическите нива става чрез преходите в областите с различно отражение, промяната се възприема като единица, а липсата на промяна се възприема като нула. Областите са подредени в спираловидна бразда. Чрез система от лещи и бобини лазерния лъч се фокусира в петно с размери 0.5µ Управляваща сервосистема с обратна връзка поддържа лъча стабилно върху браздата, независимо от вибрациите при въртенето на диска.

Има отделна система за управление на скоростта на въртене. Скоростта може да се поддържа линейно или ъглово постоянна.

Използват се лазери с различна дължина на вълната инфрачервен, червен или синьо- виолетов. При запис, лазерът се включва или изключва импулсно по за няколко наносекунди.

Видове оптични дискове

Има три варианта оптични дискове с различна технология за изработване на областите на отражение- ROM (Read only memory) с еднократно щампован от производителя запис, R (Recordable) с еднократен запис от потребителя и RW (ReWritable) с многократен запис от потребителя. При ROM дисковете областите представляват релеф от трапчинки и площадки (равни области) При R и RW дисковете е нанесена органична боя, която в различните области е прозрачна или не за лазерния лъч.

CD и DVD работят на еднакъв принцип. Разликата при DVD е че плътността на записа е по- висока, позволява се повече от един рефлекторен слой, лазера е с по- малка дължина на вълната и основата е по- тънка.

Стандартните дискове са с диаметър 120 мм. и централен отвор 15 мм. Произвеждат се и по малки минидискове с диаметър 80 мм. и такива с размер на бизнескартичка. CD са с обем 700 MB, мини CD -210 MB, бизнс CD са с обем 55 MB, а DVD са с обем 4.7 GB.

Бразди

При оптичните носители, областите с различни оптични свойства са подредени в една обща спирала, като лазерния лъч се движи по спиралата от центъра към периферията.

В 700 MB CD стъпката на спиралата е 1,5 µм (при грамофонната плоча е 125 µм). При постоянна линейна скорост на движение 1,2 m/s, CD осигурява 80 минути аудиозапис. Общата дължина на записа е 6,2 km. Трапчинката е с дължина 0,83÷ 3 µм и ширина 0,5 µм.

При DVD стъпката на спиралата е 0,74 µм, дължината на пистата е около 11,8 км, минималната дължина на трапчинката е 0,4 µм, максималната 1,5 µм, ширината 0,28 µм.

Спиралата представлява предварително издълбана бразда. Стените са със синусуидално сечение с честота при CD 22,05 KHz и амплитуда 60 nm. При движението си лазерниялъч следи стените и информацията на отражението ограничава лъча в рамките на браздата. Периодът на синусуидата поддържа постоянна линейната скорост на въртене на диска.

Чрез модулация на синусоидата с честота 1 KHz може да се вгради доп. инф. за производителя, типа на диска, максималния брой сектори, временното положение на лъча в/у спиралата Ширината на браздата е съобразена с петното на фокусирания лазерен лъч и размерите на оптичния бит. В CD тя е 0,6µm а при DVD наполовина. Дълбочината е 80 nm.

Въртене на диска и трансфер на данните

За да се получи правилно възпроизвждане, аудиоплейърите работят с постоянна линейна скорост на въртене. В CD тя е 1,3 m/s, а в DVD 3,5 m/s. Ъгловата скорост се мени от 540 до 212 RPM при CD и от 1450 до 570 RPM при DVD.

При четене на компютърни данни не може да се използва променлива ъглова скорост на записа, тъй като се налага прескачане на лъча на различни места на спиралата. Повърхността на CD се разделя на зони (3 при CD и 24 при DVD). Ъгловата скорост се променя само при преминаване на лъча в друга зона.

Скоростта на въртене на аудио CD е твърде ниска за четене и запис на компютърни данни. Приема се за единица и се бележи 1х.

Ускорението спрямо нормалната скорост се нарича Х- фактор. 48-Х драйв означава 9600 RPM. При 11200 RPM точка от външния диаметър се движи с 260 км/час. При 1х трансфера на данните е 0,15 MB/s , а при 56х -8,4 MB/s. DVD е с 6÷9 пъти по висока тансферна скорост. При 1х трансфера – 1,35, а при 8х – 10,8 MB/s.

Скоростта на запис е 2-3 пъти по- ниска от максималната скорост на четене. При 80 минутно CD при фактор 20х записа се извършва за 4 минути. Времето на достъп 60- 80 ms.

ROM оптични дискове

Разликата в степента на отражение се постига чрез релеф от трапчинки и площадки формирани върху тънка прозрачна поликарбонатна основа.

Разликата м/у височината на трапчинките и площадките h е ¼ от дължината на вълната на лазерния лъч. В областта на площадките падащия и отразения лъч са във фаза а в областта на трапчинките са в противофаза и се неутрализират, така че при площадките се получава силно отражение, а при трапчинките- слабо отражение.

DVD ROM може да се произведе и с двуслойна структура. Чрез бобина лазерния лъч може да се фокусира върху долния или горния слой. За да се подобри четенето, минималните размери на трапчинките и площадките на долния слой са по големи. Затова общия капацитет е 8,5- по- малък от удвоеният капацитет на еднослоен DVD – 9,4 GB.

Данните от двуслойния диск може да се четат по паралелен и противоположен начин. При противоположния първо се чете долния слой от центъра към периферията, а след това фокусът се пренася към горния слой и се четат данните от периферията към центърът. При паралелното четене данните се четат последователно от двата слоя при непрекъсната промяна на фокуса на лъча. Разработени са DVD с по един (капацитет 9,4 GB) или с по два слоя (капацитет 17,1 GB) от двете страни. Тези модификации се изработват от два слепени диска с дебелина по 0,6 mm. При едностранния (едно или двуслоен) релефната половинка се допълва от 0,6 mm прозрачен пластмасов слой. При четене двустранните дискове изискват физическо обръщане.

Технологии

CD ROM се изработват чрез матрично пресоване. Това е високопроизводителен процес, тъй като дновременно се отпечатва целия диск. Печати се с голям тираж и ниска цена.

Върху тънък стъклен диск се нанася фоторезистивен слой. Чрез фотолитография с лазерен лъч след втвърдяване на облъчения фоторезистивен слой се оформя релефът на трапчинките. След това се нанася метален слой никел. Металния слой се отлепва. Той е негативен, тъй като трапчинките са пъпки и се нарича негативен мастер диск баща.

Чрез електролиза се произвеждат десетина позитивни дискове майки. От тях се изработват голям брой работни негативни матрици, наречени синове. Те се използват за масово размножаван чрез щамповане със специални преси. Около 18 грама гранули поликарбонат се стапят и вкарват в щамповащата пресформа с диска син. След охлаждане се получава прозрачен диск с оформени площадки и трапчинки. Чрез плазмено разпрашаване дискът се метализира с алуминиева сплав от страна на релефа. След това се нанася защитен лаков слой и накрая чрез ситопечат се отпечатва надписа.

Технологията на еднотранния еднослоен DVD е същата, само че се извършва с по висока прецизност.

При изработване на двуслойни и двустранни дискове, всеки слой се изработва поотделно и после слоевете се слепват.

В двустранен еднослоен DVD се слепват гръб с гръб двата щамповани слоя, а при двустранен двуслоен- два двуслойни диска.

Изготвил: /инж. Валери Колев/