Анатомия накопителя: оптические приводы

#перевод #cd #dvd #bluray

Перевод статьи Ника Эвансона с Techspot.

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, речь не о новом супергеройском трио из Вселенной Marvel. Это всё про наши с вами драгоценные цифровые данные. Нам нужно хранить их в надежном и постоянном месте, чтобы была возможность заполучить, либо изменить наши файлы в мгновение ока. Забудьте о Железном Человеке и Торе — сегодняшний рассказ о накопителях!

Это одна из частей цикла статьей по компьютерному железу (подраздел накопителей). Я начал с конца, далее будут HDD и SSD.

Для хранения данных не требуется магнетизм или электрический заряд. Можно воспользоваться светом, если быть точней то его отражением. Хорошо, давайте скажем еще детальнее — это делается с использованием интерференции инфракрасных и видимых электромагнитных волн. Но, давайте не будем сильно переживать об этом!

В отличие от жестких дисков (HDD) и твердотельных накопителей (SSD) данные на оптическом приводе отделены от него (привод не хранит данные, а лишь считывает их с дисков).

Впервые, идея об использовании света и его отражении для хранения цифровых данных была запатентована американским физиком Джеймсом Расселом в 1970 году. Хоть его система уже не похожа на то, чем мы пользуемся сегодня, общая концепция сохранена.

Крупные компании, Sony и Phillips приняли работу Рассела к сведению и спустя долгую череду пререканий они лицензировали данную концепцию. Таким образом появились LaserDisc (1978) и Compact Disc (1982).

Последний, более известный как CD был одноразовым в плане хранения данных. Нельзя было удалить содержимое с диска и записать на него что-то новое. Только в 1987 году на рынке появился первый полностью перезаписываемый компакт-диск.

Через 8 лет мы получили улучшенную версию данного диска — Digital Versatile Disc (DVD), 4 года спустя они также стали перезаписываемые. В 2003 году появилась современная, оптическая система хранения данных — Blu-ray Disc (BD), а в 2008 году вышел Blu-ray Recordable Erasable (BD-RE).

Всё это конечно прекрасно, но как это работает? Давайте взглянем на перезаписываемый DVD, ниже:

Основным материалом для изготовления двух дисков толщиной 0,024 дюйма (0,6 мм) служит полимер (ПММА). На нижний слой наносится сверхтонкий слой металла (серебро, золото и др.), а на другой материал с фазовым переходом.

Отражательная способность данного вещества зависит от фазы в которой он находится. А она переключается между двумя состояниями за счет маленького лазера. Он нагревает материал, заставляя его тем самым изменить фазу. Рисунок из питов и лендов расположен вдоль спиральной дорожки, прям как на виниловой пластинке.

Когда диск вращается, этот же лазер работая на другой мощности используется для сканирования дорожки. Там, где луч попадает на пятно из питов и лендов, количество отраженного света определяет в каком состоянии находятся сохраненные данные 0 или 1.

Чем длиннее спиральная дорожка и чем ближе питы расположены друг к другу, тем больше данных вы можете поместить на диск; однако, чем меньше дорожки и питы, тем «меньше» должен быть лазерный луч.

На рисунке показано сравнение CD, DVD, Blu-ray (игнорируем HD-DVD…).

Мы видим тип электромагнитных волн, используемых лазером, ленды в спиральной дорожке и общий рисунок. Если цифры кажутся бессмысленны, то учтите факт, что CD используют инфракрасный лазер, DVD — красный, а для Blu-ray цвет фиолетовый. Не голубой. Очевидно же.

Чтобы максимально увеличить емкость накопителя используются различные ухищрения в сочетании с использованием разных лазеров, так как у всех 3 типов дисков одинаковый размер (с точки зрения диаметра). Например, производители добавляют дорожки с двух сторон и располагают их близко друг к другу (двухслойные диски). Ах и вот еще, куда же без сжатия данных.

В настоящее время максимальный предел данных для каждого типа (при условии, что используется только одна сторона):

Потому как, мы сравниваем разные системы по хранению данных, эти значения справедливы лишь для перезаписываемых дисков. И да, они конечно же отличаются от того что можно хранить на HDD и SSD. Зенит славы оптических накопителей уже прошел. USB флешки стали очень дешевыми (128 Гб за менее чем 20 долларов), а цифровые потоковые сервисы в бешенном темпе заменяют нам физические носители для фильмов, музыки и прочему.

Но мы тут, чтобы покопаться во внутренностях данных устройств, так что давайте закончим. Откроем DVD привод со старого ноутбука. Не стоит беспокоиться о подключении, так как используются аналогичные SATA кабели, что и для жестких дисков и твердотельных накопителей.

Кстати, общая компоновка оптического накопителя похожа на то, что мы видели в HDD от Seagate. По центру шпиндельный моторчик вращающий диск, также рычаг привода с головкой для чтения/записи для доступа к данным. Перевернув дисковод, картина станет более ясной.

Если HDD используют электромагнетизм для перемещения рычагов, то оптические приводы применяют шаговый двигатель, прикрепленный к свинцовому винту. На рисунке они расположены в правом нижнем углу, большая часть данной системы скрыта под соединительной полосой медного цвета.

Это рабочий конец устройства.

Здесь мы можем обнаружить пластиковый корпус, в котором находится лазерная система. Рядом с ним находятся два комплекта катушек из медной проволоки, которые используются для создания магнитного поля, чтобы лазерный блок был над поверхностью диска. И поскольку он не такой плоский, как диск в HDD, оптические приводы нуждаются в «подвеске». Это позволяет лазеру оставаться на нужной высоте.

Лазерный диод и датчики для чтения, записи и удаления данных с диска скрыты под линзой. У нас нет микроскопа, чтобы рассмотреть поближе, поэтому вот видео в помощь:

Оптические диски лучше всего использовать по типу «записал один раз, воспроизводишь много раз», но перезаписываемые диски это аналог USB накопителей. Очень медленный аналог. Вот данные с CrystalDiskMark. В нем тестировался перезаписываемый DVD диск с 4-кратной скоростью (максимальная скорость, поддерживаемая диском).

Задержка в чтении действительно ужасна, но запись не так уж и плоха. Не то чтобы мы стали рекомендовать оптические диски в качестве простых и быстрых накопителей — лучше использовать действительно реальные «вещи».

Немного грустно наблюдать за тем, как эта технология перестает эксплуатироваться. В смысле, там же лазеры, ради всего святого! Однако у них все же есть несколько преимуществ перед жесткими дисками и твердотельными накопителями.

Если вы используете оптические диски для однократной записи, то эти данные навсегда заблокированы. Их нельзя отредактировать, будь то случайно или со злым умыслом. И если они хранятся в прохладном, темном месте, то такие диски прослужат вам столько же, сколько и SSD. Сами носители довольно дешевые: упаковка из пятидесяти 25-гигабайтных дисков Blu-ray обойдется вам всего в 30 долларов. Общая емкость хранилища — 1,25 Тб!

Конечно, если у вас несколько терабайт данных, которые нужно сохранить, то поиск места для сотен дисков Blu-ray того не стоит. Вспоминается Windows 95 и дискеты…

Мы еще не изучили 3 типа накопителей для хранения данных: жесткий диск, твердотельный накопитель и оптический. И не разобрали их, посмотрели как они работают и оставили после себя беспорядок, все как обычно. Как и о скромных блоках питания, так и о них забываются сразу, как только они попадают внутрь компьютера, но они гораздо более увлекательны!

Каждый из них ощетинился нанометровыми технологиями, прецизионной инженерией и крутыми фразами вроде «фазового металлического сплава» или «квантово-механического магнетосопротивления». Да, забудьте о Звездном Лорде и Ракете. Накопители — реальные стражи нашей галактики. Оставайтесь с нами для получения дополнительных уроков анатомии.