Czyżby zmierzch tradycyjnych twardych dysków?

Czy pojawiająca się nowa technika wielokrotnego odczytu i zapisu na dyskach kompaktowych (zwanych też dyskami kasowalnymi) olbrzymich ilości informacji spełnia pokładane w niej nadzieje? Zapisująco-odczytujace urządzenia CD są drogie, nie tak pojemne jak największe dyski twarde i od tych ostatnich dużo wolniejsze. Wygląda na to, że tradycyjne środki gromadzenia danych pozostaną jeszcze przez jakiś czas bez konkurencji. Dlaczego więc CD? No cóż, postępu technicznego nie da się zatrzymać, a możliwości, które drzemią w tym sposobie zapisu i jego potencjalne zastosowania, wręcz dopingują do dalszego rozwoju.

Obecnie wykorzystanie dysków magneto - optycznych (MO-CD) w technice komputerowej ogranicza się do trzech głównych celów. Pierwszy to zastosowanie do zadań wymagających dużych ilości pamięci dyskowej np.zadań przetwarzania grafiki. Takie cechy jak duża pojemność pamięci, możliwość kasowania zapisu oraz łatwość przenoszenia sprawiają, że jest to idealny środek do magazynowania danych, np. w redakcjach, gdzie całe egzemplarze czasopism mogą być przechowywane do ewentualnego wykorzystania, nie zajmując cennego miejsca na dysku. Kolejne z możliwych zastosowań tej techniki zapisu to programy użytkowe, wymagające dużych pojemności, jak np. programy CAD/CAM, przesyłanie "cyfrowego" dżwięku czy faxów (niestety nie jest to idealny środek do zastosowania w programach "multimedia", czyli łączących obraz i dźwięk). I wreszcie - tworzenie zapasowych kopii dysków twardych. Zapis rezerwowy na dyskach CD, w przeciwieństwie do zapisu na taśmie magnetycznej, jako zapis o dostępie swobodnym (random access),jest o wiele bardziej funkcjonalny. Jeśli użytkownika spotka awaria dysku twardego, kopię zaś ma na taśmie, będzie musiał czekać na nowy dysk, by można było odtworzyć dane. W przypadku kopii na dysku CD może podjąć pracę natychmiast, choć będzie on pracował o wiele wolniej.

Jak działa napęd dysków kasowalnych CD?

Technika zapisu obrazów i dżwięku na dyskach kompaktowych (CD) pojawiła się w 1972 r. Dyski MO-CD są ich dalekimi kuzynami - posługują się tą samą techniką śledzenia i odczytu danych za pomocą promienia laserowego. Pierwsze, które wykorzystano w świecie komputerów, to CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory), z zapisem danych w postaci wgłębień na powierzchni dysku. Ponieważ wgłębienia odbijają światło inaczej niż reszta powierzchni, odczyt danych odbywa się w prosty sposób. Ilość odbieranego przez detektor światła zmienia się w zależności od tego, czy promień lasera trafia na wgłębienie, czy nie. Technika zapisu przy pomocy wgłębień umożliwiła łatwe powielanie dysków CD - ROM. Wykonanie "płyty matki" wystarcza bowiem do tłoczenia milionów egzemplarzy. Dlatego też na płytach CD - ROM znalazły się encyklopedie, różnego rodzaju kursy czy nawet obrazy wraz z dźwiękiem. Niestety raz zapisana informacja nie może być już zmieniona. Następnym więc krokiem w rozwoju tej techniki zapisu stały się urządzenia typu WORM (Write Once, Read Many). Po raz pierwszy pojawiły się one w Stanach Zjednoczonych w 1985 roku. Podobnie jak dyski CD - ROM, również dyski WORM mogą być zapisane tylko jeden raz. W tym przypadku jednak zapisu nie dokonuje producent,lecz sam użytkownik. Dzięki temu dyski WORM stały się znakomitym środkiem archiwizacji wszelkich danych. Urządzenia WORM różnią się trochę w sposobie zapisu od CD - ROM, ale zasada odczytu, polegająca na detekcji zmian natężenia odbitego od powierzchni dysku światła laserowego, pozostała ta sama.

Szczypta fizyki

Urządzenia do wielokrotnego zapisu i odczytu z dysków CD wykorzystują pewne własności magnetyczne ośrodka, z którego wykonano nośnik informacji oraz światła laserowego. Zapisu danych dokonuje się przy użyciu światła laserowego i pola magnetycznego, w procesie odczytu zaś - wykorzystuje się wyłącznie światło laserowe. Dyski magneto - optyczne pokryte są specjalnie przygotowaną (mającą ściśle zdefiniowane własności) cienką warstwą ferromagnetyczną. Do zmiany jej polaryzacji magnetycznej używa się pola magnetycznego zwanego "polem podkładu". Urządzeniem wytwarzającym "pole podkładu" jest głowica magnetyczna - podobnie jak w tradycyjnym sposobie zapisu informacji na dyskach magnetycznych. W pokojowej temperaturze pole podkładu nie jest w stanie zmienić polaryzacji magnetycznej warstwy ferromagnetyka (przemagnesować jej) - jest na to zbyt słabe.

Jeśli pewien obszar ferromagnetyka podgrzejemy do temperatury Curie, a następnie przyłożymy doń pole podkładu, zmieni on w wyniku tego swoją polaryzację magnetyczną. Po oziębieniu tego obszaru zmiana polaryzacji zostanie utrwalona - informacja zostanie zapamiętana. Pole podkładu zachowuje stałą wartość podczas jednego obrotu dysku - każdorazowe zapisanie nowej informacji składać się musi z dwóch "przebiegów". W pierwszym - dokonuje się kasowanie zapisanej informacji: promień lasera podgrzewa kasowaną ścieżkę, a "pole podkładu" zmienia jej polaryzację na taką, jaka nie służyła uprzednio do zapisu informacji. W istocie rzeczy pierwszy przebieg "ustawia" informację w całym obszarze na "0", a w drugim przebiegu następuje umieszczenie w odpowiednich miejscach "1". W procesie odczytu informacji wykorzystuje się efekt skręcenia płaszczyzny polaryzacji spójnego światła laserowego pod wpływem pola magnetycznego. Laser generuje światło spójne, co oznacza, że składa się ono z pojedynczej fali elektromagnetycznej (o jednej częstotliwości) oraz, że fala ta jest spolaryzowana (wektor elektryczny fali drga w jednej płaszczyźnie). W zależności od kierunku pola magnetycznego skręcenie płaszczyzny polaryzacji następuje w lewo lub prawo. W świetle odbitym od dysku CD następuje skręcenie płaszczyzny polaryzacji zaledwie o 1 stopień, ale jest to wystarczające do odczytania przez napęd MO-CD. Dwuetapowy zapis informacji sprawia, że urządzenia CD są przy zapisie informacji dużo wolniejsze od napędów dysków twardych, dlatego wysiłki badaczy skierowane są na znalezienie innego sposobu lub innego rodzaju nośnika do zapisu informacji.

Techniki zapisu

Do tej pory duże nadzieje wiązano z zapisem opartym na zmianie fazy nośnika, na którym dokonywany jest zapis oraz z zapisem wykorzystującym barwniki polimerowe. Niestety obie te metody są związane ze zmianami fizycznymi nośnika i przez to mają dość wyrażnie ograniczoną żywotność. Ostatnio pojawiły się dwie obiecujące techniki zapisu. Pierwsza oparta na modulacji pola magnetycznego a druga na modulacji światła. W pierwszej wykorzystuje się supercienką głowicę magnetyczną, zdolną zmieniać polaryzację w przeciągu paru nanosekund - zmieniać czyli "modulować" pole magnetyczne nadążając za strumieniem danych. Metoda ta, wynaleziona przez firmę Sony, nazwana została metodą MFM ( Magnetic Field Modulation ) i jest w swojej istocie podobna do metody zapisu na twardych dyskach. Druga technika zapisu nazywana jest "modulacją natężenia światła" lub "modulacją mocy lasera". Polega ona na tym, że do odczytu danych wykorzystuje się światło o "małej" mocy, do zapisu zaś światło o "średniej" i "dużej" mocy ( dzięki dwóm poziomom mocy możliwe jest zapisanie danych podczas jednego przebiegu dysku.

Standardy

Powszechne wykorzystanie kasowalnych dysków CD wiąże się z zastosowaniem do nich określonego standardu. Ponieważ jest to nowa technika, musi upłynąć jeszcze trochę czasu zanim pojawi się jeden obowiązujący standard. Na dziś największe znaczenie mają standardy ustanowione przez ISO i ANSI. Niestety istnieje między nimi zasadnicza różnica. Standard ISO (International Standards Organization) dopuszcza dwie niezgodne ze sobą procedury formatowania dysków: CCS (Continuous Composite Servo) i SS (Sampled Servo). Obecnie najbardziej popularna jest procedura CCS, może dlatego, że pojawiła się na rynku jako pierwsza. Ten sposób formatowania wybrany został również przez organizację ANSI (American National Standard Institute). Dlatego napędy dysków CD, wykorzystujące standard ANSI, są zgodne z urządzeniami pracującymi w standardzie ISO. Natomiast sytuacja odwrotna może nie zaistnieć. Oba standardy ISO i ANSI definiują dwa możliwe rozmiary sektora na sformatowanym dysku, 512 lub 1024 bajty (bytes). Definicje te odnoszą się do fizycznego zapisu na dysku, a nie do logicznego formatu zapisywanych danych. Dlatego nad tym ostatnim prowadzone są przez organizację ANSI usilne prace standaryzujące. - stała prędkość kątowa "w odniesieniu do" strefy). Dzięki niej można na zewnętrznych ścieżkach zapisać więcej informacji, korzystając z ich większej długości.

Przyszłość napędów kasowalnych dysków CD

Według zapowiedzi, w 1991 roku mają pojawić się nowe urządzenia dokonujące zapisu i odczytu na 3.5" dyskach CD. Mimo wciąż nieuzgodnionego standardu pierwsze firmy już rozpoczęły produkcję i sprzedaż tych zestawów. Jednostronne "dyskietki" CD o średnicy 3.5 cala mają pojemność 128 MB. Przewiduje się, iż pod koniec dekady możliwości gromadzenia danych z wykorzystaniem opisanych wyżej technik zwiększą się 30-krotnie, do wielkości 10 MB na jednej stronie 5.25" dysku CD. W ciągu 2 lat ceny urządzeń zapisująco-odczytujących na dyskach kasowalnych CD powinny spaść poniżej 2 000 USD. Wydaje się, że już niedługo urządzenia te staną się najwygodniejsze do gromadzenia olbrzymich ilości danych. Wykorzystując technikę swobodnego dostępu (random-access) będą na pewno miały przewagę nad dotychczasowymi urządzeniami służącymi do tworzenia zapasowych kopii plików lub całych dysków.

**** Koercja - obrazowo mówiąc - jest to rodzaj oporu, z jakim reaguje ferromagnetyk na zmianę jego polaryzacji magnetycznej (inaczej mówiąc, na jego przemagnesowanie). - punkt Curie (lub temperatura Curie) - w tej temperaturze ferromagnetyk traci swoje własności magnetyczne - w punkcie Curie koercja wynosi zero.