Магнитооптическая технология и с чем ее едят
Магнитооптическая технология и с чем ее едят
Вначале была дискета. Большая. Пятидюймовая. С умопомрачительной емкостью в триста шестьдесят килобайт. Потом емкость удвоили. Потом еще удвоили. А потом сконструировали винчестер, который не ружье. Потребители получили энергонезависимое устройство долговременного хранения данных, одновременно способное обеспечить быстрый к ним доступ.
Одно плохо - тончайший механизм привода головки оказался слишком хрупким. О транспортабельности пришлось забыть. Кроме того, принцип магнитной записи делал записанную информацию невероятно чувствительной к внешним воздействиям. И последнее - слишком дорогими оказались винчестеры для хранения архивов. Тех самых архивов, которые так часто рекомендуется создавать для компенсации низкого уровня надежности аппаратного и программного обеспечения персональных компьютеров.
Первой попыткой создания альтернативного решения для хранения архивов явились стриммеры. Дешевизна, в пересчете на один мегабайт хранения, некоторое время заставляла смотреть сквозь пальцы на время записи архива или время нахождения и выборки данных. Однако чем больше становились архивы, тем яснее потребители осознавали смысл слова "вечность".
К счастью, мир персональных компьютеров развивается очень и очень быстро. Решение проблемы огромных архивов уже имеет довольно большое количество вариантов: Zip, Jaz, диски Бернулли и многое другое. Если не обращать внимания на многообразие фирменных названий и патентованных технологий, то все решения четко делятся по принципу осуществления записи. На сегодняшний день их всего три: магнитный (дискеты, винчестеры, диски Бернулли, Zip, Jaz), магнитооптический и оптический.
Все, что базируется на магнитном принципе записи, по своей сути мало чем отличается между собой и страдает хроническими болезнями магнитных носителей. Как в известной рекламе: со стола не ронять, возле микроволновой печки не класть, рядом с магнитом не носить. И даже в этом случае остается риск банального самопроизвольного размагничивания, что чревато неприятностями уже само по себе. Да и дороговато выходит - по восемнадцать центов за мегабайт. С ростом размеров архивов недостатки чисто магнитного хранения информации проявляются со всей наглядностью.
Наиболее приемлемые решения задачи мобильности, надежности и дешевизны хранения и управления данными можно условно разделить на две большие группы - офф-лайновые и он-лайновые. Офф-лайновое хранение подразумевает файлы, которые должны быть сохранены, однако не подлежат к немедленному использованию. При он-лайновом хранении, в свою очередь, считается, что записываются файлы, к которым надо получать доступ очень часто, которые могут быть изменены и обновлены. Он-лайновые файлы - это ежедневные данные, которые составляют костяк любой информационной системы.
Записываемые компакт-диски (СD-R) - отличное средство офф-лайнового хранения, доступное по низкой цене, имеющее достаточно долгий срок хранения (100 лет) и легкопереносимое. Так называемые back-up копии на CD-R - идеальное решение для бизнеса и дома.
В свою очередь, он-лайновые средства хранения призваны обеспечивать немедленный доступ. Они должны быть перезаписываемыми, давать очень быстрый доступ к данным, быть расширяемыми для обеспечения сохранности все растущих данных и просто надежными. Под он-лайновыми средствами подразумевается магнитооптическая технология.
Как все разновидности компьютерных устройств хранения информации, оптические дисководы основаны на цифровой технологии. "Цифровая" просто означает, что вся информация представлена в виде двоичных кодов - 1 и 0, называемых битами, 8 бит составляют байт информации. Магнитооптическая технология позволяет записывать информацию, изменяя полярность битов на магнитном покрытии оптического диска. В этом магнитооптические диски очень похожи на остальные устройства хранения. Однако есть и отличие. По сути, оно заключено в названии. Оптические диски для записи информации используют лазерную технологию.
Магнитное покрытие обычных носителей имеет очень слабую коэрцитивную силу при комнатной температуре. Либо можно сказать, что у них точка Кюри соответствует комнатной температуре. Что это значит? Точка Кюри - это температура, при которой полярность материалов наиболее просто изменить. Проще говоря, у обычных устройств хранения можно свободно изменить полярность материала слабым магнитным полем, не требующим больших затрат энергии. Жесткие диски, стриммеры используют маленькие магнитные головки. Это позволяет сократить расходы и увеличить скорость доступа и вес устройства, однако понижает точку Кюри. Любое магнитное поле достаточной силы (небольшой, кстати) может изменить полярность материала, то есть попросту уничтожить данные. В качестве эксперимента попробуйте пройтись сильным магнитом по винчестеру и оцените результат.
Оптические диски с этой точки зрения обладают неоспоримым преимуществом, поскольку их точка Кюри намного превосходит комнатную температуру. Они просто неуязвимы при нормальных условиях для магнитных полей. В обычных условиях магнитооптический диск абсолютно нейтрален. Он представляет собой многослойный бутерброд из различных материалов со спиральной дорожкой из намагниченных точек. Изменение параметров их магнитного поля возможно только при значительном нагреве. Во всех остальных случаях рабочая область статична и не может размагнититься самостоятельно даже в теории. Следовательно, магнитооптический диск способен спокойно пережить даже всяческие детекторы службы безопасности аэропорта, не говоря уже о мирном лежании в ящике стола.
Конечно, встает вопрос, как обеспечить запись и считывание информации, если температура изменения полярности материала около 150 градусов по Цельсию? Ответ прост: лазерные технологии. Лазерный луч нагревает магнитные биты на диске, доводя их до точки Кюри. А устройство намагничивания магнитооптического дисковода уже меняет их полярность так, как надо для записи информации. Затем магнитный бит охлаждается и становится опять неуязвимым для обычных магнитных полей. Следовательно, магнитооптическая технология элегантно решает две антагонистичные задачи: высокой надежности хранения и легкости перезаписи данных.
Магнитное поле каждого бита на диске направлено отрицательным полюсом либо вверх (цифровой 0), либо вниз (цифровая 1). Чистый магнитооптический диск несет на себе одни нули. Таким образом, принцип чтения МО-диска очень смахивает на применяемый в обычной магнитной технике. Это обеспечивает достаточно высокие скорости чтения, хоть и уступающие жестким дискам, но с солидным перевесом превосходящие столь медлительные стриммеры. В принципе, если нет другого выхода, то с МО-диска можно свободно подгружать библиотеки или другие необходимые в работе файлы.
С записью дело обстоит несколько хуже. В это время магнит в дисководе всегда включен. Обычные магнитооптические диски нуждаются в двух поворотах диска для записи информации: при первом повороте все биты обнуляются (лазер все время включен). При втором лазер разогревает только необходимые биты, а магнит все также меняет их полярность, только уже на цифровую 1. Естественно, что неразогретые нолики не поддаются влиянию магнита дисковода, потому как они не дошли до своей точки Кюри. В отличие от винчестеров, где запись ведется буквально "на лету", МО-диски теряют много времени на повторные проходы. Да и разогрев областей магнитных битов происходит мгновенно только с точки зрения обычного человека. Для пользователя эти задержки выливаются в достаточно низкую скорость записи. Однако не следует понимать эти слова слишком буквально, ибо привычные стриммеры тогда работают со скоростью движения материков.
Собственно над задачей повышения скорости записи МО-устройств и бьются сейчас инженеры. Одним из наиболее проработанных решений является использование для работы с данными не магнитного поля, а света. Обычно лазерный луч используется только для влияния на материал МО-диска с целью разогрева до точки Кюри. Все остальное делает магнитное поле. А что если лазерным лучом не только дырки прожигать, но и считывать информацию? Разумеется, что при чтении диска лазер работает на половину мощности, так как требуется только считать информацию.
Как же происходит считывание? Тут действует эффект Керра, который установил, что плоскость поляризации луча света, отраженного от материала, вращается в зависимости от полярности этого материала. В магнитооптике вращение очень небольшое - меньше одного градуса, однако плоскость поляризации отраженного лазерного луча будет все же чуть смещена по часовой стрелке (цифровая 1) либо против нее (цифровой 0), в зависимости от поляризации, что и воспринимает дисковод. Такой подход позволяет значительно уплотнить информацию на единице площади и перейти к хранению нескольких гигабайт вместо сотен мегабайт. Практически на порядок! Однако не все MO-диски являются двухпроходными. Так, 4.6-гигабайтные Apex (5.25-дюймовые) пишутся за один проход, что значительно увеличивает скорость. Этих успехов в магнитооптике позволило добиться использование технологий LIM (Light Intensity Modulation - модуляция света) и DOW (Direct Overwrite - прямая перезапись).
Ради чего все это? Исключительно ради удешевления хранения без потери приемлемых показателей производительности. Взгляните на некоторые достижения и соотнесите их с аналогичными показателями для винчестеров:
В отличие от жестких дисков стоимость хранения с ростом объема диска не растет, а снижается. Даже с учетом цены самого дисковода.
В общем, каждый решает сам, что эффективнее. Но для оперативной работы с часто обновляемыми данными, такими как мультимедиа и цифровое аудио/видео, приложениями дизайна и издательства для архивации данных, ежедневной обработки данных сетевых серверов магнитооптическая технология предпочтительнее. Во всяком случае, на данный момент. Естественно, в других областях применения вычислительной техники средства офф-лайнового хранения более эффективны. Но о них в следующий раз.
Александр Запольскис, Вадим Артюшкевич
Вначале была дискета. Большая. Пятидюймовая. С умопомрачительной емкостью в триста шестьдесят килобайт. Потом емкость удвоили. Потом еще удвоили. А потом сконструировали винчестер, который не ружье. Потребители получили энергонезависимое устройство долговременного хранения данных, одновременно способное обеспечить быстрый к ним доступ.
Одно плохо - тончайший механизм привода головки оказался слишком хрупким. О транспортабельности пришлось забыть. Кроме того, принцип магнитной записи делал записанную информацию невероятно чувствительной к внешним воздействиям. И последнее - слишком дорогими оказались винчестеры для хранения архивов. Тех самых архивов, которые так часто рекомендуется создавать для компенсации низкого уровня надежности аппаратного и программного обеспечения персональных компьютеров.
Первой попыткой создания альтернативного решения для хранения архивов явились стриммеры. Дешевизна, в пересчете на один мегабайт хранения, некоторое время заставляла смотреть сквозь пальцы на время записи архива или время нахождения и выборки данных. Однако чем больше становились архивы, тем яснее потребители осознавали смысл слова "вечность".
К счастью, мир персональных компьютеров развивается очень и очень быстро. Решение проблемы огромных архивов уже имеет довольно большое количество вариантов: Zip, Jaz, диски Бернулли и многое другое. Если не обращать внимания на многообразие фирменных названий и патентованных технологий, то все решения четко делятся по принципу осуществления записи. На сегодняшний день их всего три: магнитный (дискеты, винчестеры, диски Бернулли, Zip, Jaz), магнитооптический и оптический.
Все, что базируется на магнитном принципе записи, по своей сути мало чем отличается между собой и страдает хроническими болезнями магнитных носителей. Как в известной рекламе: со стола не ронять, возле микроволновой печки не класть, рядом с магнитом не носить. И даже в этом случае остается риск банального самопроизвольного размагничивания, что чревато неприятностями уже само по себе. Да и дороговато выходит - по восемнадцать центов за мегабайт. С ростом размеров архивов недостатки чисто магнитного хранения информации проявляются со всей наглядностью.
Наиболее приемлемые решения задачи мобильности, надежности и дешевизны хранения и управления данными можно условно разделить на две большие группы - офф-лайновые и он-лайновые. Офф-лайновое хранение подразумевает файлы, которые должны быть сохранены, однако не подлежат к немедленному использованию. При он-лайновом хранении, в свою очередь, считается, что записываются файлы, к которым надо получать доступ очень часто, которые могут быть изменены и обновлены. Он-лайновые файлы - это ежедневные данные, которые составляют костяк любой информационной системы.
Записываемые компакт-диски (СD-R) - отличное средство офф-лайнового хранения, доступное по низкой цене, имеющее достаточно долгий срок хранения (100 лет) и легкопереносимое. Так называемые back-up копии на CD-R - идеальное решение для бизнеса и дома.
В свою очередь, он-лайновые средства хранения призваны обеспечивать немедленный доступ. Они должны быть перезаписываемыми, давать очень быстрый доступ к данным, быть расширяемыми для обеспечения сохранности все растущих данных и просто надежными. Под он-лайновыми средствами подразумевается магнитооптическая технология.
Как все разновидности компьютерных устройств хранения информации, оптические дисководы основаны на цифровой технологии. "Цифровая" просто означает, что вся информация представлена в виде двоичных кодов - 1 и 0, называемых битами, 8 бит составляют байт информации. Магнитооптическая технология позволяет записывать информацию, изменяя полярность битов на магнитном покрытии оптического диска. В этом магнитооптические диски очень похожи на остальные устройства хранения. Однако есть и отличие. По сути, оно заключено в названии. Оптические диски для записи информации используют лазерную технологию.
Магнитное покрытие обычных носителей имеет очень слабую коэрцитивную силу при комнатной температуре. Либо можно сказать, что у них точка Кюри соответствует комнатной температуре. Что это значит? Точка Кюри - это температура, при которой полярность материалов наиболее просто изменить. Проще говоря, у обычных устройств хранения можно свободно изменить полярность материала слабым магнитным полем, не требующим больших затрат энергии. Жесткие диски, стриммеры используют маленькие магнитные головки. Это позволяет сократить расходы и увеличить скорость доступа и вес устройства, однако понижает точку Кюри. Любое магнитное поле достаточной силы (небольшой, кстати) может изменить полярность материала, то есть попросту уничтожить данные. В качестве эксперимента попробуйте пройтись сильным магнитом по винчестеру и оцените результат.
Оптические диски с этой точки зрения обладают неоспоримым преимуществом, поскольку их точка Кюри намного превосходит комнатную температуру. Они просто неуязвимы при нормальных условиях для магнитных полей. В обычных условиях магнитооптический диск абсолютно нейтрален. Он представляет собой многослойный бутерброд из различных материалов со спиральной дорожкой из намагниченных точек. Изменение параметров их магнитного поля возможно только при значительном нагреве. Во всех остальных случаях рабочая область статична и не может размагнититься самостоятельно даже в теории. Следовательно, магнитооптический диск способен спокойно пережить даже всяческие детекторы службы безопасности аэропорта, не говоря уже о мирном лежании в ящике стола.
Конечно, встает вопрос, как обеспечить запись и считывание информации, если температура изменения полярности материала около 150 градусов по Цельсию? Ответ прост: лазерные технологии. Лазерный луч нагревает магнитные биты на диске, доводя их до точки Кюри. А устройство намагничивания магнитооптического дисковода уже меняет их полярность так, как надо для записи информации. Затем магнитный бит охлаждается и становится опять неуязвимым для обычных магнитных полей. Следовательно, магнитооптическая технология элегантно решает две антагонистичные задачи: высокой надежности хранения и легкости перезаписи данных.
Магнитное поле каждого бита на диске направлено отрицательным полюсом либо вверх (цифровой 0), либо вниз (цифровая 1). Чистый магнитооптический диск несет на себе одни нули. Таким образом, принцип чтения МО-диска очень смахивает на применяемый в обычной магнитной технике. Это обеспечивает достаточно высокие скорости чтения, хоть и уступающие жестким дискам, но с солидным перевесом превосходящие столь медлительные стриммеры. В принципе, если нет другого выхода, то с МО-диска можно свободно подгружать библиотеки или другие необходимые в работе файлы.
С записью дело обстоит несколько хуже. В это время магнит в дисководе всегда включен. Обычные магнитооптические диски нуждаются в двух поворотах диска для записи информации: при первом повороте все биты обнуляются (лазер все время включен). При втором лазер разогревает только необходимые биты, а магнит все также меняет их полярность, только уже на цифровую 1. Естественно, что неразогретые нолики не поддаются влиянию магнита дисковода, потому как они не дошли до своей точки Кюри. В отличие от винчестеров, где запись ведется буквально "на лету", МО-диски теряют много времени на повторные проходы. Да и разогрев областей магнитных битов происходит мгновенно только с точки зрения обычного человека. Для пользователя эти задержки выливаются в достаточно низкую скорость записи. Однако не следует понимать эти слова слишком буквально, ибо привычные стриммеры тогда работают со скоростью движения материков.
Собственно над задачей повышения скорости записи МО-устройств и бьются сейчас инженеры. Одним из наиболее проработанных решений является использование для работы с данными не магнитного поля, а света. Обычно лазерный луч используется только для влияния на материал МО-диска с целью разогрева до точки Кюри. Все остальное делает магнитное поле. А что если лазерным лучом не только дырки прожигать, но и считывать информацию? Разумеется, что при чтении диска лазер работает на половину мощности, так как требуется только считать информацию.
Как же происходит считывание? Тут действует эффект Керра, который установил, что плоскость поляризации луча света, отраженного от материала, вращается в зависимости от полярности этого материала. В магнитооптике вращение очень небольшое - меньше одного градуса, однако плоскость поляризации отраженного лазерного луча будет все же чуть смещена по часовой стрелке (цифровая 1) либо против нее (цифровой 0), в зависимости от поляризации, что и воспринимает дисковод. Такой подход позволяет значительно уплотнить информацию на единице площади и перейти к хранению нескольких гигабайт вместо сотен мегабайт. Практически на порядок! Однако не все MO-диски являются двухпроходными. Так, 4.6-гигабайтные Apex (5.25-дюймовые) пишутся за один проход, что значительно увеличивает скорость. Этих успехов в магнитооптике позволило добиться использование технологий LIM (Light Intensity Modulation - модуляция света) и DOW (Direct Overwrite - прямая перезапись).
Ради чего все это? Исключительно ради удешевления хранения без потери приемлемых показателей производительности. Взгляните на некоторые достижения и соотнесите их с аналогичными показателями для винчестеров:
| № | Емкость диска | Цена, включая дисковод | Цена за мегабайт |
| 1 | 4.6 Gb | $1995 | $0.43 |
| 2 | 9.2 Gb | $2149 | $0.24 |
| 3 | 13.8 Gb | $2393 | $0.17 |
| 4 | 18.4 Gb | $2592 | $0.14 |
| 5 | 23.0 Gb | $2791 | $0.12 |
| 6 | 46.0 Gb | $3786 | $0.08 |
| 7 | 69.0 Gb | $4781 | $0.07 |
В общем, каждый решает сам, что эффективнее. Но для оперативной работы с часто обновляемыми данными, такими как мультимедиа и цифровое аудио/видео, приложениями дизайна и издательства для архивации данных, ежедневной обработки данных сетевых серверов магнитооптическая технология предпочтительнее. Во всяком случае, на данный момент. Естественно, в других областях применения вычислительной техники средства офф-лайнового хранения более эффективны. Но о них в следующий раз.
Александр Запольскис, Вадим Артюшкевич
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 23 за 1997 год в рубрике hard :: приводы
