Optički uređaji i diskovi

CD ( Disk) optički diskovi imaju drugačiji način raspoređivanja podataka. Podaci nisu pohranjeni na koncentričnim kružnicama već na spirali koja se razvija od sredine prema vani. Prvotno je zamišljen kao memorijski medij uređaja za reprodukciju glazbe CD-DA (CD - Digital Audio). Otuda i spiralna putanja da se osigura neprekinutost traga, odnosno glazbenog zapisa. Osim toga brzina čitanja traga mora uvijek biti ista što znači da se brzina okretanja diska povećava od centra prema vani, od 200 ok/min - 2120 ok/min.

No vrlo brzo se je uvidjelo da je CD vrlo prihvatljiv i u računalnom svijetu te je spirala podijeljena na sektore kojima su pridodati dodatni kontrolni byte-ovi glede strožijih kriterija na korekciju greške što čini 2048 byte-a/sektoru - CD-ROM sustav. U radu s podacima dozvoljene su i veće brzine okretanja medija te ovisno o sposobnostima uređaja i vrsti medija s oznakom tipa 24x, 48x ili 52x koja asocira na veće brzine rada, broj okretaja može premašiti 5000 ok/min. To zna dovesti do pucanja medija i oštećenja uređaja, te je preporuka da se koriste manje radne brzine, osobito ako se želi osigurati kvalitetniji 'snimak'.

Glazbeni i video zapisi traže standardiziranu brzinu okretanja medija. No za računalo važi: što brže tim bolje, te su razvijeni sustavi koji se mogu kod čitanja računalnih zapisa višestruko brže okretati u odnosu na brzinu čitanja glazbenog zapisa.

Slika* 3.3.19 Načelo rada CD/DVD-a uređaja / medij. ( + / - )

Sadržaj CD-ROM medija nalazi se u TOC tablici (Table Of Contents) koja se nalazi u početnim zapisima u kojima su podaci o početnim sektorima pojedinih sadržaja. Kako nema fiksne podijele na sektore i tragove, CD bi se morao kretati duž spirale kako bi se optički mehanizam postavio na željeno mjesto. No takav način bio bi suviše spor te elektronika procijeni gdje bi bio traženi sektor s obzirom na trenutnu poziciju te izvrši skok i očita novi pronađeni sektor te se po metodi skoka i smanjenja greške optika postavi na željeno mjesto. Glede navedenog i zahtijeva za stalnom promjenom brzine okretanja CD uređaji sporiji su u pristupu podacima od magnetskih tvrdih diskova za nekoliko desetaka puta. Za ubrzavanje prijenosa podataka s uređaja prema sabirnici računala optički uređaju posjeduju međumemoriju (cache) SRAM tipa, koristeći slična načela očitavanja podataka kao kod tvrdog diska. Kapacitet međumemorije obično je reda veličine nekoliko MB.

Prednost optičkih uređaja u odnosu na tvrdi disk je u tome što se može pohraniti oko 650 MB - 50 GB podataka u vidu raznolikih zapisa na PRENOSIVI medij; glazbenih, video i programskih, što ga čini gotovo nezamjenjivim za multimedijske sadržaje. CD-ROM ima najmanju gustoću zapisa i u suštini je 'uveo' optičke uređaje u računalne sustave. Uređaji s većom gustoćom zapisa i promjenom fokusa optike mogu očitavati po dva sloja podataka sa svake strane što bi doseglo kapacitet od preko 10 GB podataka (DVD-ROM). Osnovna namjena im je potpora multimedijskim sustavima (Digital Video / Versatile Disc) koji traže velike količine raznolikih podataka. Najnovije što se uvodi je Blu-Ray tehnologija nazvana po boji svjetlosne zrake koju koristi.

Primjer VIII

Osobitosti CD, DVD i Blu-Ray tehnologije.

Tablica**** 3.3.20 Osnovni parametri CD, DVD i Blu-Ray sustava. ( + / - )

Za DVD-ROM predviđena je i inačica promjera 80 mm kapaciteta 1.4 GB - 5.3 GB s istim osobinama zapisivanja ali kraćom duljinom spirale. Osim navedenog mogućnost da DVD uređaji mogu prepoznati CD medije uspješno doprinosi njihovom prihvaćanju na tržištu. Blu-Ray uređaji znatno većeg kapaciteta po mediju s osnovnom oznakom BD (Blu-Ray Disk), iako je firma Sony predstavila standard, kao član Blu-Ray Disc Association (BDA) još 2002. godine, čini se da budućnost ovih uređaja više nije upitna jer je Sony postigao nekakve dogovore glede prava nad ovom tehnologijom. Prednost ove tehnologije je u postojanju dva sloja s iste strane podloge, koji se čitaju promjenom fokusne duljine lasera. Ova tehnologija omogućava i medije s više od dva sloja, što znatno doprinosi ukupnom kapacitetu medija. Uzrok razvoja ove tehnologije je sve veći upliv HDTV (High Definition Television - 1920×1080 piksela) uređaja na tržištu te stoga potreba za medijem koji je u stanju spremiti veće količine podataka, osobito što se tiče visoke kvalitete video zapisa u odnosu na isto trajanje video zapisa manje kvalitete na DVD sustavu, što je i bio osnovni zahtjev pri dizajnu Blu-Ray tehnologije.

Na slici 3.3.20b vidi se odnos promjera laserskog snopa kod različitih optičkih sustava za upis pojedinih 'točaka', koji se prilikom upisivanja na medij optičkim sustavom sužava. Snaga laserskog snopa s kojim se upisuju podaci na medije 'R' tipa (jednokratno upisivanje) kod CD i DVD uređaja iznosi par desetaka mW, dok kod Blu-Ray uređaja iznosi oko 5 mW, upravo zbog činjenice što je točka upisivanja fizički manja. Što je brzina okretanja medija manja, duže traje upisivanje 'točke', što znači da prilikom snimanja sadržaja treba koristiti manje brzine snimanja glede kvalitete zapisa.

Zbog postojanja razlike u debljini zaštitnih slojeva između BD, DVD i CD medija i različitih valnih duljina lasera, CD i DVD diskove je nemoguće reproducirati u uređajima za reprodukciju samo BD medija. Kao što je i DVD ponudio kompatibilnost sa CD formatom, tako je postavljen zahtjev da svi Blu-Ray uređaji mogu reproducirati, odnosno snimati na DVD i CD te je razvijena hibridna laserska dioda i optički sustav leća kompatibilni s tri valne duljine. Crveni i infracrveni laser ugrađuju se ukomponirani u plavi laser koja ima dobru toplinsku vodljivost, te ujedno služi kao hladilo za prva dva navedena lasera. Predviđene su tri osnovne izvedbe medija: BD (BD-ROM) samo za čitanje 'utiskanih' podataka, BD-R za jednokratna zapisivanje i BD-RE za višestruko zapisivanje podataka, te podverzije za video format i podatke. Predviđen je i Mini Blu-Ray Disc (Mini-BD) promjera 80 mm, kapaciteta 7.5 GB po sloju.

Sustavi CD-R (CD - Recordable), DVD-R i BD-R su posebna skupina uređaja koji koriste diskove na kojima je ugravirana preformatirana brazda koja služi kao vodilja optičkom mehanizmu. Laser kod ovih uređaja je snažniji kako bi se omogućilo zagrijavanje podloge na kojoj se zbog širenja uslijed toplote stvaraju udubine na sloju za očitavanje nanesenom na podlogu slične kao kod CD-ROM medija. Kada se sadržaji jednom upišu i upiše njihov smještaj u zaglavlju CD medija, disk je nadalje uporabljiv samo kao medij za očitavanje. Kao medij nisu prihvatljivi za masovnu distribuciju, već više kao stalne i kvalitetne arhive raznovrsnih podataka potrebitih korisniku.

Osnovni načini zapisivanja podataka su tipa CAV (Constant Angular Velocity) i CLV (Constant Linear Velocity), prema slici 3.3.20c. CAV je sličan tehnici snimanja koja se koristi za diskete. Općenito ova tehnika se predlaže za pohranu podataka. CLV tehnika zadržava konstantnu brzinu zapisivanja duž spirale na koju se zapisuje. Općenito se preporučuje za snimanje audio i video sadržaja. DVD mediji za zapisivanje izrađuju se prema dva standarda, DVD-R i noviji DVD+R. Na Medij tipa DVD+R, može se snimati u oba formata, a DVD-R samo u CLV formatu..

Elektronika CD i DVD uređaja dizajnira se s ATAPI kontrolerom kao podskupom IDE standarda ili kao SCSI uređaj. Uvođenjem SATA standarda optički uređaji s ovim sučeljem sve su zastupljeniji i PATA sučelje definitivno odlazi u 'mirovinu'. BD uređaji u pravilu se dizajniraju sa SATA sučeljem. Treba napomenuti da postoje mediji za višekratno upisivanje podataka i nose oznake CD-RW, DVD-RW i BD-RW, koji omogućavaju oko 1'000 pisanja i brisanja medija. Naprednija tehnologija ove vrste je DVD-RAM koja omogućava oko 100'000 pisanja i brisanja po mediju.

Velika gustoća podataka te stoga veliki kapacitet i dobra i dugotrajna postojanost podataka te multimedijska primjenjivost glavni su argumenti uporabe CD, DVD i BD uređaja u računalnim sustavima. No nije sve tako idilično. Mediji koji nisu tiskani (mehaničke udubine), već se koriste za jednokratan ili višekratan upis zasnovan na načelu zagrijavanja podloge i stvaranja mjehura koji 'glume' udubine, osjetljivi su na toplotu (kao sunčeve zrake) a s vremenom gube zapis. Unatoč svim pozitivnim osobinama osjetljivi su i na prekomjerno ogrebenu površinu. Treba ih čuvati u za to predviđenim kutijama i ne ostavljati razbacane po stolu. Dakle, 100% pouzdanih medija za čuvanje podataka nema.

Nikad ne reci - nikad! Novi medij za pohranu digitalnih podataka je M-DISC, osmišljen da sačuva i zaštiti podatke urezivanjem na 'čvrst kao stijena' anorganski sloj, otporan na svjetlo, temperaturu i vlažnost. Industrijski standardni testovi ISO/IEC 10995 koje je provela tvrtka Millenniata pokazuju da je očekivani vijek trajanja M-DISC DVD-a 1332 godine, a samo 5% diskova pokazalo je znakove gubljenja podataka nakon 667 godina. Stoga je projicirani očekivani vijek trajanja nekoliko stotina godina. To znači da neovisno o tome spremate li dragocjene fotografije, glazbene biblioteke, medicinske dokumente ili nešto drugo, možete biti bez brige znajući da je disk dizajniran da traje doživotno. Razlog tome je uporaba novih materijala (slika 2d), a format medija ostao je gotovo jednak. Novi medij prvenstveno se koristo uz DVD i BR standarde, i nije značajno skuplji od dosadašnjih. Usporedba prosječnog vremena očuvanja podataka prikazuje slika 2e. Optički medij postaje ponovo interesantan kao sastavni dio poslužitelja, kao medij za siguronosnu kopiju podataka. Ako polikarbonatski sloj M-Disk medija nema veću izdržljivost na 'grebanje' od prethodnika onda je ova tvrdnja o dugovječnosti čuvnja podataka upitna. Usput, uklanjanje refleksnog sloja omogućava prozirnost medija.

SAŽETAK:

Dakle, memorije karakterizira mnoštvo parametara, od kojih su najznačajniji slijedeći:

          1. KAPACITET MEMORIJE - daje se u kB, MB ili GB (ili većim
                                  mjernim jedinicama) i predstavlja
                                  maksimalan broj pohranjenih podataka.

          2. VRIJEME PRISTUPA - je vrijeme potrebno da se podatak po
                                zadavanju odgovarajuće instrukcije
                                pojavi na podatkovnoj sabirnici.
                                Za tvrdi disk iznosi desetak
                                stotinjak milisekundi, a za radnu
                                memoriju oko sto nanosekundi.

          3. CIKLUS MEMORIJE - je najmanje vrijeme da se podataka
                               pročita i ponovo upiše u memoriju.
                               Za sve medije je do jedne milisekunde.

          4. CIJENA/1 bit - vrlo važan parametar u usporedbi uređaja
                            iste vrste ali različitih kapaciteta.

          5. BRZINA PRENOSA PODATAKA - pokazuje koliko se količina
                                       bit-a/sekundi može prenijeti
                                       tijekom čitanja sadržaj memorije.

          6. GUSTOĆA ZAPISA - općenito se daje kao broj bit-a po
                              centimetru duljine na jednoj traci za
                              rotirajuće medije, a kod radnih memorija
                              povezana je s brojem ćelija u modulu.

          7. TRAJNOST ČUVANJA PODATAKA - predstavlja vrijeme tijekom
                                         kojeg neće doći do gubljenja
                                         podataka bez osvježavanja.

Naravno, parametre je svrhovito uspoređivati samo za istorodne sustave npr. za DRAM i SRAM, disk i disketu i slično.