5.Технология Flash.

Накопители информации на базе микросхем FLASH-памяти становятся всё более распространенными среди других носителей информации, и, наконец-то, начинают  вытеснять прочие переносные носители типа дискет или CD-дисков. Многие используют их как переносные хранилища важной информации, однако, в связи с постоянным удешевлением конструкции FLASH-накопителей, качество их изготовления также сильно падает. Поэтому не удивительно, что на восстановление информации их стали приносить всё чаще.

Рассмотрим как устроен типовой USB FLASH DRIVE(далееUFD).

Как правило, он состоит из печатной платы небольшого размера, к которой припаян USB разъём. На печатной плате обычно находятся:

1. Контроллер, обеспечивающий связь между микросхемой NAND FLASH памяти и USB интерфейсом.

2.  Собственно сама FLASH-память. Она может выглядеть в виде одной или нескольких микросхем FLASH-памяти.

3. Индикатор активности UFD.

4. Переключатель защиты от записи.

5. Обвязки питания контроллера. В обвязку входят детали поддерживающие питание контроллера и микросхем FLASH-памяти.

Контроллеры, применяемые в UFD обычно изготавливаются несколькими довольно известными фирмами, и все остальные производители UFD их закупают. Таким образом, в отличие от НЖМД, UFD могут, в принципе, производиться в любом подвале. Однако тут стоит отметить, что для удешевления продукции подобные «подвальные» фирмы могут применять не качественную технологию пайки и дешёвые или отбракованные микросхемы FLASH-памяти. Соответственно качество таких изделий ниже,  чем у известных фирм.

Для компьютера UFD «выглядит» также,  как и НЖМД (Накопитель на жёстких магнитных дисках – жесткий диск), т.е. в виде одномерного массива секторов по 512 байт. У старых UFD каждый сектор микросхемы FLASH-памяти соответствовал одному и тому же логическому сектору в массиве секторов,  который видела операционная система как жёсткий диск. Однако выяснилось,  что ячейки FLASH-памяти имеют тенденцию изнашиваться и довольно быстро приходить в негодность. Причём в основном в тех местах, которые часто перезаписывались. Обычно, это область таблицы размещения файлов на диске. Для того, что бы микросхемы FLASH-памяти изнашивались равномерно, была придумана следующая схема. В UFD ввели транслятор, т.е. при последовательной записи несколько раз в один и тот же логический сектор  данные стали записываться  каждый раз в другую физическую ячейку в микросхеме FLASH-памяти. Установка соответствия логических секторов физическим обычно производится при помощи специальной таблицы трансляции.

Это увеличивает срок службы UFD, однако усложняет восстановление информации, поскольку приходится собирать сектора в правильную цепочку без помощи штатного контроллера UFD. Кроме того, в микросхеме FLASH-памяти записана ещё служебная информация,  отвечающая за то, как будет определяться UFD в операционной системе.

6. Конструкция сменных носителей cd, dvd – rom(rw). Cd-r носители

В структуре CD-R диска можно выделить четыре основных слоя (пятый - изображение, нанесенное на поверхность диска), наносимых поэтапно.

1) изготавливается пластмассовая основа диска - поликарбонат (Е), которая составляет основную часть CD-R и придает ему необходимую прочность и форму. 2) на готовую пластмассовую форму наносится активный слой (D) /dye/. Этот слой позволяет осуществлять запись на диск и определяет его надежность и качество считывания информации в дальнейшем. Два типа активного слоя: цианин и фталоцианин. Цианиновый краситель обладает сине-зеленым (цвет "морской волны"). Фталоцианин, практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета. Цианиновый краситель более терпим к предельным сочетаниям мощности чтения/записи, чем "золотой" фталоцианиновый, поэтому зачастую диски на основе цианинового слоя проще считывать на некоторых дисководах.

3) диск покрывается специальным слоем светоотражающего материала (C).

4) Завершающим этапом изготовления диска является нанесение защитного слоя (В), на который в дальнейшем возможно нанесение изображений (А). Наиболее распространенным и простым в изготовлении защитным слоем является специальный лак. Лакировка диска не дает 100%-ной гарантии сохранности данных при воздействии внешних механических или химических воздействиях.

Более высокую степень защиты дает нанесение дополнительных покрытий, которые делают CD более устойчивым к царапинам и химическим воздействиям (таких как, например, нанесение надписей различными маркерами). Одним из таких "продвинутых" прокрытий является разработка компании Kodak, получившая символичное название "Infoguard" ("страж информации").

CD-ROM

CD-ROM(англ.Compact Disc Read-Only Memory, читается: «сиди́-ром») — разновидностькомпакт-дисковс записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory—память «только для чтения»). CD-ROM — доработанная версияCD-DA(диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочиецифровые данные(физически от первого ничем не отличается, изменён толькоформатзаписываемых данных). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали дискиDVD-ROM.

Диски CD-ROM — популярное и самое дешёвое средство для распространения программного обеспечения,компьютерных игр,мультимедиаи прочих данных. CD-ROM (а позднее и DVD-ROM) стал основным носителем для переноса информации междукомпьютерами, вытеснив с этой роли дискету.

Форматзаписи на CD-ROM также предусматривает запись на один диск информации смешанного содержания — одновременно как компьютерных данных (файлы,ПО, чтение доступно только на компьютере), так и аудиозаписей (воспроизводимых на обычномпроигрывателе аудио компакт-дисков), видео, текстов и картинок. Такие диски, в зависимости от порядка следования данных, называютсяусовершенствованными(англ.Enhanced CD) либоMixed-Mode CD.

Зачастую термин CD-ROMошибочно используют для обозначения самихприводов(устройств) для чтения этих дисков (правильно —CD-ROM Drive,CD-привод).

Технические детали

Компакт-диск представляет собой поликарбонатнуюподложку толщиной 1,2 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий,золото,сереброи др.) и защитным слоем лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку был принят, поскольку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышаетпомехоустойчивостьсистемы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм. Вес диска без коробки составляет приблизительно 15,7 г. Вес диска в обычной (не «slim») коробке приблизительно равен 74 г.

Компакт-диски имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 Мбайтинформации. Однако, начиная приблизительно с2000 года, всё большее распространение стали получать диски объёмом 700 Мбайт, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков.

CD-ROM под электронным микроскопом

Информация на диске записывается в виде спиральнойдорожки так называемых питов (углублений), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100нмв глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5мкм. Промежутки между питами называются лендом. Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм.

Различают диски только для чтения («алюминиевые»), CD-R— для однократной записи,CD-RW— для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах.

CD-R

CD-R(CompactDisc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск,в русской разговорной речи "Чистый диск" или "Болванка") — разновидностькомпакт-диска(CD), разработанная компаниямиPhilipsиSonyдля однократной записиинформации. CD-R поддерживает все возможности стандарта «Red Book» и плюс к этому позволяет записать данные.

Обычный CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика — поликарбоната— толщиной 1,2 мм, диаметром 120 мм (стандартный), вес 16-18 гр. или 80 мм (мини) . Ёмкость стандартного CD-R составляет 74 минуты аудио или 650МБданных. Однако, на данный момент стандартной ёмкостью CD-R можно считать 702 МБ данных (точнее 736 966 656 байт) или 79 минут 59 секунд и 74 фрейма.

Поликарбонатный диск имеет спиральнуюдорожку для направления лучалазерапри записи и считывании информации. С той стороны, где находится эта спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем изсеребра, его сплава илизолота. Этот отражающий слой покрывается защитным фотополимеризуемым лаком и отверждаетсяультрафиолетовым излучением. И уже на этот защитный слой наносятся различные надписи краской.

Чистый CD-R не является полностью пустым, на нём имеется служебная дорожка с сервометками ATIP — Absolute Time In Pregroove—абсолютное время в служебной дорожке. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи (то есть следит, чтобы длинапитабыла постоянной). Помимо функций синхронизации, служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск, и многиесистемы защиты от копированияиспользуют её для того, чтобы отличить оригинал от копии.

Используется три основных типа записывающего слоя для CD-R:

1. Цианин(англ.Cyanine) —краситель обладает сине-зелёным (цвет «морской волны») оттенком рабочей поверхности. Этот краситель химически нестоек, что является причиной короткого срока гарантированного хранения записанной информации. Краситель может выцвести за несколько лет.

2. Azo— металлизированныйазокраситель, имеет тёмно-синий цвет. Этот краситель химически стоек и его способность хранить информацию исчисляется десятилетиями (сами фирмы пишут о 100 годах).

3. Фталоцианин— Фталоцианин практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета. Фталоцианин — несколько более современная разработка. Диски на основе этого активного слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько более надёжному хранению в неблагоприятных условиях (фирмы заявляют о сотнях лет).

Чистые «болванки» CD-R имеют служебную дорожку с записанными данными. Эта дорожка содержит временны́е метки и используется при записи, чтобы луч лазера записывал по спиральной дорожке как и на обычных компакт дисках. Вместо печати питов как физических углублений в материале «болванки» как в случае CD, при записи CD-R данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы.

При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отражённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод, а если луч попадает на тёмный — «прожжённый» — участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Во время чтения «болванка» в приводе крутится на шпинделе, а читающий луч остаётся неподвижным и направляется следящей системой на дорожку с данными. Чередующиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется вбитыинформации электрической системой привода — «декодируется».

Прожигание записывающего слоя является необратимым химическим процессом, то есть однократным. Поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть, в отличие от CD-RW. CD-R, однако, можно записывать по частям, которые называют сессиями.

CD-RW

CD-RW(англ.Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт-диск) — разновидностькомпакт-диска(CD), разработанная в 1997 году для многократной записи информации.

CD-RW является дальнейшим логическим развитием записываемого лазерного компакт-дискаCD-R, однако, в отличие от него, позволяет многократно перезаписывать данные. CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплавахалькогенидов, который при нагреве вышетемпературы плавленияпереходит изкристаллическогоагрегатного состоянияваморфное(стеклообразное). Эта их особенность чрезвычайно важна для созданияреверсивныхносителей оптической записи, то есть обеспечивающих многократную перезапись. Основным условием образования стекловидных состояний, в том числе металлов, является охлаждение, настолько быстрое, что атомы не успевают занять отведённые им места в кристаллических ячейках и «замирают» как попало, когда тепловая релаксация атомов сопоставима или становится меньше межатомных расстояний. При толщине активного слоя оптического диска в 0,1 мкм создать условия для сверхбыстрого охлаждения не трудно.Полный цикл: запись — многократное воспроизведение — стирание — новая запись выглядит следующим образом. Подогревая лазером, рабочий слой оптического диска, находящийся в кристаллическом состоянии, переводят в расплав. За счёт быстрой диффузии тепла в подложку расплав быстро охлаждается и переходит в фазу стекла. Кристаллическому и стеклообразному состояниям присущи разные диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения, а следовательно, и интенсивность отраженного света, которая и несёт информацию о записи на диске. Считывание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы. Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого используется двухступенчатая модуляция (короткий мощный импульс для расплава активного слоя и длинный импульс для постепенного охлаждения вещества) мощности лазера. Перегрев замедлит процесс диффузии тепла и создаст условия для возврата в кристаллическую фазу. Активный слой обычно изготовляют из халькогенидного стекла — сплава серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te).

Многократная перезапись в принципе может приводить к механической усталости рабочего слоя и, как следствие, к его разрушению. Поэтому при выборе веществ важным фактором становится отсутствие эффекта накопления усталости. Современные CD-RW диски позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз^[1]. Работа с дисками CD-RW очень похожа на работу с однократно записываемыми дисками CD-R. Позднее появился новый формат записи болванок CD-RW —Universal Disk Format(UDF, Packet Writing), который позволяет «отформатировать» диск и работать с ним как с обычной большой дискетой, позволяющей чтение/запись/удаление/изменение данных. Объём таких UDF-форматированных дисков равен примерно 530Мбайт, в отличие от обычных 700 Мбайт при записи одной сессией на весь диск.

CD-RW диски не удовлетворяют требованиям, описанным в стандартах «Red Book» (CD-ROM) и «Orange Book Part II» (CD-R), в отношении коэффициента отражения. Поэтому такие диски не читаются в старых приводах компакт-дисков, выпущенных до 1997 года. CD-R считается более подходящим стандартом носителей для резервного копирования, так как записанная на них информация уже не может быть изменена и производители «болванок» указывают бо́льшее время хранения данных для дисков CD-R, чем для CD-RW.

Существует два вида стирания — «полное» и «быстрое». Как следует из названия, при «полном» стирании весь диск переводится в кристаллическое состояние и старая информация уничтожается физически. А «быстрое» стирание очищает только небольшую часть диска (англ.Lead-in— зона, где хранится информация о содержании диска), что происходит гораздо быстрее. Однако при этом существует техническая возможность восстановить данные. Поэтому, если есть необходимость сохранения конфиденциальности информации, то нужно использовать полное стирание.

DVD

DVD(ди-ви-ди́,англ.Digital Versatile Disc— цифровой многоцелевой диск; такжеангл.Digital Video Disc— цифровойвидеодиск) —носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как икомпакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большейчисловой апертурой.

DVD-привод— устройство чтения (и записи).

Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки — 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у компакт-диска. Записанный DVD, как и компакт-диск — примердифракционной решёткис периодом, равным шагу дорожки.

Формат DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

• DVD-видео— содержат фильмы (видео и звук);

• DVD-Audio— содержат аудиоданные высокого качества

• DVD-Data — содержат любые данные;

• смешанное содержимое.

В отличие от компакт-дисков, в которых структурааудиодискапринципиально отличается отдиска с данными, в DVDвсегда^{[источник не указан 1119 дней]}используется файловая системаUDF(для данных может быть использованаISO 9660). DVD-видео, для которых существует требование «быть проигранным на бытовых проигрывателях», используют ту же файловую систему UDF^{[источник не указан 1119 дней]}, но с рядом ограничений (документ ECMA-167) — например, не допускаетсяфрагментация файлов. Таким образом, любой из типов носителей DVD может нести любую из четырёх структур данных (см. выше).

Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороныи один или дварабочих слояна каждой стороне.

Созданные на базе DVD-R диски DVD-RW первоначально имели неприятность, связанную с несовместимостью старых приводов с этими новыми дисками (проблема заключалась в отличии оптического слоя, ответственного за «запоминание» информации, который имел меньшую (по сравнению с носителями с однократной записью и штампованными дисками) отражающую способность). В дальнейшем данная проблема была почти полностью решена, хотя раньше именно из-за этого старые DVD-приводы не могли нормально проигрывать новые перезаписываемые диски.

Созданный альтернативный формат, получивший название DVD+R и DVD+RW, имел другой материал отражающего слоя и специальную разметку, облегчающую позиционирование головки (LPP,Land pre-pits— предзаписанныепитымежду дорожками, содержащие данные адресации и другую служебную информацию, эти данные позволяют приводу DVD записывать информацию в желаемые места на диске) — основное отличие подобных «плюсовых» дисков от «минусовых». С помощью этого диски DVD+RW способны в несколько приемов осуществлять запись (поверх существующей) как в обычном кассетном видеомагнитофоне, исключая предварительное стирание всего содержимого (для DVD-RW вначале необходимо целиком стереть имеющуюся запись).^{[источник не указан 771 день]}

Помимо этого, во время использования перезаписываемых «плюсовых» дисков количество ошибок уменьшается, а корректность записи увеличивается, в результате чего сбойный сектор можно с легкостью перезаписать, а не стирать и не записывать весь диск заново.

Пит — единичное углубление на информационном рельефе компакт-диска, представляющем собой непрерывную спиральную дорожку, начинающуюся в большинстве случаев от центра и состоящую из последовательности углублений — питов (pits).

Промежутки между питами носят название lands.

Глубина пита соответствует 1/4 длины волны лазера привода, таким образом отраженный от пита сигнал находится в противофазе отраженного от лэнда, что и позволяет детектировать переход между питом и лэндом (land). Момент перехода между питом и лэндом кодирует логическую единицу и образует часть EFM паттерна, декодируемую впоследствии в стандартный байт. EFM паттерн для CD и DVD имеет различную длину и равны 14 и 16 бит соответственно.

DVD-R— это формат записываемогоDVD. Обычно емкость DVD-R составляет 4,7 Gb, хотя оригинальный стандарт, разработанный фирмойPioneerпредполагал емкость 3,95 Gb. В любом случае оба этих значения значительно больше 700 Mb, которыми располагаетCD-R(практически в 6,4 раза). Кроме того, Pioneer разработала 8,54 Gb двухслойный DVD — DVD-R DL (dual layer — двух-слойный), вышедший на рынок в2005 году.

Данные на DVD-R не могут быть изменены, в отличие от DVD-RW, который может быть перезаписан не более 1000 раз. DVD-R это один из трёх конкурирующих форматов. Два других — DVD+RиDVD-RAM.

Большая ёмкость DVD диска обеспечивается меньшим размером ямок, выжигаемых лазером и меньшим наклоном канавок, направляющих лазер и закрученных по спирали. Соответственно чем меньше размер ямок и шаг дорожки, тем больше данных можно записать на ту же площадь диска. Для того, чтобы была возможность прожигать более маленькие ямки используется лазер другого цвета в сочетании с высокой числовой апертуройобъектива.Длина волнылазера меньше, чем для CD, и составляет 640 нм против 780, используемых в CD, что соответствует красному цвету лазера. Из-за этого в DVD-R и DVD+R используют другой, в сравнении с CD-R, материал записывающего слоя, чтобы поглощать волны нужной длины.

Диски DVD-R состоят из двух склеенных акриловыхдисков толщиной 600 мкм каждый. Один из них содержит направляющую лазер канавку и покрыт специальной записывающей краской и серебряным сплавом или золотым отражателем. Вторая часть (в одностороннем диске) — негофрированная болванка для большей механической прочности и соответствия требованиям стандарта к геометрии компакт-дисков — полная толщина компакт-диска должна составлять приблизительно 1,2 мм. Вторая часть содержит слой от царапин, так что структура «бутерброда» помогает защитить данные, а компакт-диски, которые ей не соответствуют, являются проблемными. Двусторонние диски имеют две рифлёных, записываемых стороны и требуют от пользователя переворачивания диска для доступа к другой стороне. В отличие от CD-дисков толщиной 1,2 мм, в DVD-дисках лазерный луч проникает вглубь пластика только на 600 микрон, до слоя записывающей краски, что позволяет точнее сфокусировать луч для записи маленькими ямками.

DVD-RAM— перезаписываемыйDVDдиск, предложенный организациейDVD Forum. Для перезаписи используется технология изменения фазы (англ.phase change technology), благодаря которой DVD-RAM могут быть сравнимы со съёмнымижёсткими дисками, поскольку данные на DVD-RAM могут быть перезаписаны 100 000 раз, в отличие отDVD-RWиDVD+RW, допускающих лишь 1000 перезаписей. Первые DVD-RAM диски ёмкостью 2,6Гб(односторонние) и 5,6 Гб (двусторонние) появились в продаже весной1998года. Версия 2 DVD-RAM дисков ёмкостью 4,7 Гб появилась в конце1999года, а двусторонние диски ёмкостью 9,4 Гб — в2000году. DVD-RAMдисководычитают DVD-видео,DVD-ROMи все виды CD дисков.

Mini-DVD-RAM c картриджем

Изначально DVD-RAM диски выпускались только в защитных картриджах, однако, с недавнего времени на рынке появились DVD-рекордеры, способные работать с дисками без картриджей (а также приводы, вообще не поддерживающие диски с картриджами). Стоит отметить, что диски с защитными картриджами стоят в среднем на 50 % дороже, чем незащищённые диски.