Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang học

Ngày đăng: 19/03/2015, 22:38

Bài tập lớn môn KTMT TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN Môn học : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Nhóm sv thực hiện: Nhóm số 13 Lớp: KTPM2_K6 Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2012 ĐỀ TÀI 26: Nghiên cứu, tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang học GI A O VIÊN HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN TUẤN TÚ Nhóm 13 – KTPM2.K6 1 Bi tp ln mụn KTMT MC LC I-S L ợC THIếT B L U TRữ. Trang 3 1.Đĩa từ tính Trang 3 *Đĩa mềm – floopy disk Trang 3 *Đĩa cứng – Hard disk.Trang 4 *ổ băng ghi luTrang 5 *ổ đĩa tháo lắp ZIP.Trang 6. 2. Đĩa từ quang Trang 6 3. Đĩa quang học Trang 6 II- CấU TạO ĐĩA QUANG hC Trang 11 1.Giới thiệu đĩa quang hc Trang 11 2.Nguyên lý đọc-ghi của đĩa MO.Trang 11 3.Ưu thế và công nghệ của đĩa quang hc Trang 12 III- NGUYấN LY OC VA GHI D LIấU TRấN IA QUANG Trang 12 IV- SAN XUT IA QUANG Trang 13 1. San xuõt trong cụng nghiờp Trang 13 2. Ghi ia trờn cac may tinh Trang 15 V-MT S LOI IA QUANG THễNG DNG Trang 16 1.a Lase Trang 16 2.a CD Trang 17 3.a DVD Trang 26 4.a Blu_Ray Trang 39 Tài liệu tham khảoTrang 47 Nhúm 13 KTPM2.K6 2 Bài tập lớn môn KTMT TÌM HIỂU CHI TIẾT I.S¥ L¦îC THIÕT BÞ L¦U TR÷: Máy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu, đó là các bộ nhớ ngoài-nơi lưu trữ các thông tin. Các thiết bị này gọi là thiết bị lưu trữ thứ cấp-secondary starage( phân biệt với primary storage-bộ nhớ trong.) Dữ liệu lưu trên bộ nhớ ngoài không bị mất khi nghừng cấp nguồn nuôi, theo lý thuyết thì dữ liệu lưu trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa, xoá… bất kỳ lúc nào. Có hai phương pháp lưu trữ dữ liệu: dựa trên nguyên lý từ tính và nguyên lý quang học. 1. Đĩa từ a. Đĩa mềm-floppy disk Trước đây đĩa mềm thường được sử dụng trong việc lưu trữ dữ liệu di động. Đặc biệt với các máy thế hệ rất cũ thường dùng đĩa mềm để chứa hệ điều hành, dùng để khởi động một phiên làm việc trên nền DOS. Nhóm 13 – KTPM2.K6 H1-Đĩa mềm 3 Bài tập lớn môn KTMT Ngày nay đĩa mềm thường ít được sử dụng bởi chúng có nhược điểm: kích thước lớn, dung lượng lưu trữ thấp và dễ bị hư hỏng theo thời gian bởi các yếu tố môi trường. Các loại thẻ nhớ giao tiếp qua cổng USB và các thiết bị lưu trữ bằng quang học (đĩa CD, DVD ) đang thay thế cho đĩa mềm. Chúng khắc phục được các nhược điểm của đĩa mềm và đặc biệt là có thể có dung lượng rất lớn (đến năm 2007 đã xuất hiện các thẻ nhớ dung lượng hơn 10 GB, đĩa DVD lên đến 17 GB). Tuy nhiên đĩa mềm vẫn cần thiết trong một số trường hợp cần sửa chữa các máy tính đời cũ: một số thao tác nâng cấp BIOS bắt buộc vẫn phải dùng đến nó. b. Đĩa cứng-Hard disk driver Ổ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ “không thay đổi” (non-volatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồnđiện cho chúng. H2-đĩa cứng Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính. Những sự hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưng dữ liệu bị mất do yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó lấy lại được. Nhóm 13 – KTPM2.K6 4 Bi tp ln mụn KTMT a cng l mt khi duy nht, cỏc a cng c lp rỏp c nh trong ngay t khi sn xut nờn khụng th thay th c cỏc “a cng” nh vi cỏch hiu nh i vi a mm hoc a quang. c. a floptical Là loại ổ đĩa từ mềm, có hình dáng giống nh đĩa 3.5 inch, nhng dùng phơng pháp vị quang học để đọc ghi, nên mật độ dữ liệu trên đĩa cao hơn, dung lợng nhớ lớn hơn. Thiết bị này không ghi dữ liệu bằng quang học, chỉ làm thao tác định vị thôi. Nhng do giỏ thành cao nên dù có khả năng lu đến hơn 20MB, loại này vẫn không phổ dụng. d. bng ghi lu Nhúm 13 KTPM2.K6 5 Bi tp ln mụn KTMT Cũng là thiết bị lu trữ từ tính, nhng loại này khác với các loại trên ở tính chất truy cập tuần tự của nó, do đó chỉ dùng sao lu chứ không dùng để làm việc hằng ngày nh thiết bị truy cập ngẫu nhiên – đĩa cứng, đĩa mềm. ổ băng ghi lu gồm một hộp băng và cuộn băng từ cỡ 0,25 inch. Loại này rất đa dạng về chủng loại và dung lợng, tùy yêu cầu công việc mà bạn lựa chọn. e. a thỏo lp ZIP Dùng loại đĩa có kích thớc cũng khoảng 3.5 inch, dung lợng lên đến 100Mb trên một đĩa giá 20USD. Tốc độ đọc ghi trung bình, kỹ thuật dùng ở đây là định vị quang học để ghi dữ liệu. Nếu dùng với card SCSI, tốc độ không thua gì ổ cứng IDE. 2. a t quang Đĩa từ quang – Magneto optical drive, thờng gọi tắt là MO, là thiết bị kết hợp giữa từ tính và quang học để lu dữ liệu. Đĩa từ tính, dùng ánh sáng laser làm tác nhân đọc ghi. Dung lợng của loại 5.25 inch là 1.3Gb, loại 3.5inch là 230 Mb. Công nghệ này phù hợp để lu trữ, theo các chuyên gia, có thể bảo đảm dữ liệu 50 năm so với 5 năm của ổ cứng, ổ mềm, băng từ. 3. a quang Nhúm 13 KTPM2.K6 H4-mt loi ZIP 6 Bài tập lớn môn KTMT Đĩa quang (CD, DVD, Blu-ray) là dạng thiết bị lưu trữ dữ liệu tháo lắp sử dụng các tính chất vật lý và năng lượng của ánh sáng cho quá trình ghi và đọc dữ liệu. Trái với một dạng lưu trữ dữ liệu khác cùng loại là đĩa từ thì đĩa quang tuy giới hạn hơn về dung lượng lưu trữ nhưng lại có nhiều ưu điểm về kích thước và giá thành sản xuất, do đó chúng được sử dụng rộng trong thời gian hiện nay. Vào những năm 1961 và 1969 thì David Paul Gregg đã đăng ký các bằng phát minh sáng chế về đĩa quang(US Patent 3.430.966 và US Patent 4.893.297), từ đó cho đến thời gian gần đây khi mà các đĩa CD và DVD còn sử dụng trên thị trường thì chúng đều sử dụng các bằng sáng chế trên. Những sự phát triển về các thiết bị đọc đĩa quang về sau này chỉ thay đổi phương thức làm việc, còn những nguyên lý cơ bản của đĩa quang vẫn tuân theo các sáng kiến trên. Những người sử dụng máy tính có thể lầm tưởng rằng mục đích của đĩa quang là dành cho việc lưu trữ dữ liệu hoặc các phần mềm, nhưng nếu xem về lịch sử phát triển các loại đĩa quang sẽ thấy rằng các loạ đĩa quang được thống nhất phát triển dường như dành cho việc ghi âm và phát hành video. Các định dạng đĩa quang liên tục phát triển đã tạo ra sự hỗn loạn về các công nghệ và định dạng khác nhau khiến cho người sử dụng bối rối khi lựa chọn một loại máy phát đĩa quang có thể tương thích với nhiều loại đĩa. Nhằm tránh xé lẻ thị trường tiêu thụ đĩa và thương mại các loại máy phát đĩa quang thì các hãng đã cùng phải thống nhất các chuẩn chung và tương thích với các thiết bị khác nhau trên toàn thế giới. Trong sự thống nhất định dạng đó đã xảy ra một số Nhóm 13 – KTPM2.K6 H5-Đĩa quang 7 Bài tập lớn môn KTMT trường hợp phải loại bỏ các công nghệ được coi là tốt hơn so với chuẩn được lựa chọn. Gọi là đĩa quang học, tức là vấn đề cốt lõi về kỹ thuật – đọc ghi dữ liệu được thực hiện trên nguyên tắc quang học, dùng tia sáng laser. So với hệ thống từ tính, ổ quang có ba điểm khác biệt chính: vì độ chính xác cao của thao tác quang học, nên ổ đĩa quang có thể có dung lượng cao hơn ổ đĩa từ gấp nhiều lần so với ổ đĩa từ. Ðộ bền dữ liệu ghi bằng phương pháp quang học cao hơn so với phương pháp từ tính nhiều lần, tối thiểu cũng 50 năm. Ðĩa quang có thể tháo lắp dễ dàng như một đĩa mềm mà hiệu qủa hơn nhiều, do đó ngày càng phổ dụng hơn. Ðĩa CD – compact disc là loại này. Xuất phát từ nhu cầu âm thanh, CD âm thanh ra đời chứa dữ liệu dưới dạng các hốc lõm, khi CD quay tia laser sẽ phát đến đĩa và nhận sự phản xạ khác nhau giữa điểm lõm và điểm không lõm ứng với số 0 và 1 hệ nhị phân. Ðĩa CD-ROM ta dùng hiện nay cũng hoạt động theo nguyên tắc đó, vì là loại đĩa CD chứa dữ kiện chỉ đọc được nên có tên có tên CD- ROM (Compact Disc Read Only Memory). Thông thường dữ liệu có thể đưa vào loại đĩa quang gía rẻ 680Mb (khoảng 10USD đĩa trắng – 1USD 68 MB) như chúng ta dùng rộng rãi hiện nay, đồng thời các loại đĩa âm thanh cũng có thể đọc hiểu vàhoạt động được bằng ổ đĩa CD của máy tính, nhưng đầu đọc của máy CD âm thanh thì không thể đọc được đĩa CD dữ liệu. Nói là CD-ROM-chỉ đọc, nhưng dĩ nhiên là phải có một lần nào đó ghi dữ liệu lên đĩa rồi mới đọc, thao tác này theo nguyên tắc khắc trên đĩa các điểm lõm hay không lõm đại diện cho số 0,1 bằng một nguồn phát tia laser công suất lớn. Người ta tạo một đĩa gốc trước trên nguyên tắc này bằng đầu CD Nhóm 13 – KTPM2.K6 8 Bài tập lớn môn KTMT có thể ghi trên một đĩa CD mới, sau đó âm bản của đĩa gốc được tạo ra bằng qúa trình mạ điện hoặc photopolymer. Tiến trình nhân bản thực hiện bằng cách phun polycarbonate-trong suốt, nhẹ, bền, ổn định, không nhiễm bẩn – nên đĩa CD giữ được thông tin gần như vĩnh viễn. Như vậy, bạn có thể hiểu về bản chất các đĩa CD được chép lại bán ở một số dịch vụ tin học thực chất là một dạng đĩa gốc, do đó khi sử dụng phải tuyệt đối thận cẩnH6- Một đĩa CD lưu được tin tương đương 450 đĩa mềm và khoảng 500 cuốn một lượng thông sách!vì nó không hề có một lớp bảo vệ polycarbonate như các đĩa CD được phát hành chính quy hay các đĩa CD nhạc. Khi mà các đĩa CD-ROM đã gần như trở nên một chuẩn không thể thiếu trong hầu hết các máy tính multimedia thì lại xuất hiện một thành viên mới trong họ. Mà đĩa quang học được dự đoán sẽ là thiết bị lưu trữ chủ đạo thế kỷ 21 – DVD.DVD – Digital Video Disc tức là đĩa video kỹ thuật số hay Digital Versatile Disc – đĩa đa năng kỹ thuật số là một công nghệ chỉ mới ra đời gần đây. Cho đến thời điểm hiện nay, DVD vẫn chỉ còn trong dự án với giá thành khá cao, đã có DVD bán ra thị trường nhưng chỉ ở dạng hàng mẫu không phổ biến lắm. Vậy đâu là điểm mạnh mà DVD được đoán là sẽ nhanh chóng thay thế CD trong tương lai ? Cũng như CD dần dần thay thế dĩa mềm bởi dung lượng hàng trăm Mb của nó, DVD thay thế CD-ROM bởi DVD có thể lưu ít nhất 3.8 Gb và có thể đạt đến 17 Gb. DVD có kích thước giống như CD (120mm đường kính và dày 1,2mm) cũng làm bằng nguyên liệu như CD. Như đã nói ở trên, đây là một bước tiến về công nghe? dữ liệu trên DVD sẽ được ghi vào đĩa với mật độ cao hơn, sít hơn nhiều so với CD, lượng thấu kính trong đầu đọc nhiều hơn để tăng độ chính xác – và đầu đọc sẽ dùng laser cóc sóng ngắn hơn, có thể là tia laser đỏ – laser hồng ngoại. Quan trọng nhất là kỹ thuật DVD cho phép loại đĩa có hai lớp trên một mặt, nên với mỗi lớp khoãng hơn 4Gb thì loại Nhóm 13 – KTPM2.K6 9 Bài tập lớn môn KTMT đĩa 2 lớp hai mặt hoàn toàn có thể chứ đến 17Gb dữ liệu – hãy hình dung bằng toàn bộ dữ liệu của cả một thư viện 10 ngàn cuốn sách ! II:PHÂN LOẠI ĐĨA QUANG HỌC Đĩa quang được chia thành nhiều loại khác nhau. Về dạng thức dữ liệu tồn tại: Đĩa quang thường được chia thành các loại sau: Đĩa đã ghi dữ liệu: Loại đĩa ca nhạc, phim, phần mềm ngay từ khi bán ra thị trường. Loại này người sử dụng không thể ghi thêm dữ liệu vào được ( trừ một số trường hợp đặc biệt như đĩa mua về được ghi chưa hết dung lượng theo cách ghi cho phép ghi tiếp hay đĩa mua về là dạng RW). Do là đĩa đã ghi dữ liệu nên giá cả của đĩa này sẽ cao hơn so với đĩa chưa ghi dữ liệu Đĩa chưa ghi dữ liệu – Loại ghi một lần: Đĩa được sản xuất chưa được ghi dữ liệu nhưng chỉ cho phép người sử dụng ghi dữ liệu lần đầu tiên. Đây cũng chỉ là khái niệm tương đối, người sử dụng có thể có cách thức ghi dữ liệu sao cho một đĩa có thể ghi nhiều lần liên tiếp nhau cho đến khi đĩa được ghi hết chỗ trống. Loại đĩa này thường có ký hiệu “R”, hầu hết các đĩa bán ngoài thị trường được ghi từ loại đĩa này mà ra, người ta còn gọi loại đĩa này là đĩa trắng và chữ R là viết tắt của Recordable. Đĩa chưa ghi dữ liệu – Loại ghi nhiều lần: Đĩa được sản xuất chưa ghi dữ liệu nhưng cho phép người sử dụng có thể ghi dữ liệu và sau đó có thể xoá đi để ghi lại dữ liệu khác (hoàn toàn khác nội dung trước đó). Loại này thường có ký hiệu “RW”-Read-Write. Để ghi và xóa được loại đĩa này, chúng ta cần dùng một phần mềm chuyên dụng như Nero. Do có khả năng lưu trữ như một USB- nghĩa là ghi-xóa-ghi nên giá của loại đĩa này rất mắc, cao khoảng 4 lần so với loại chỉ ghi một lần. Với dạng thức: Số mặt chứa dữ liệu, đĩa quang có hai dạng sau: Nhóm 13 – KTPM2.K6 10 […]… CỦA ĐĨA QUANG HỌC H7-Bề phóng mặt to của đĩa quang Đĩa quang, theo đúng như tên gọi của nó, đã sử dụng tính chất quang học để lưu trữ dữ liệu Khi làm việc với ánh sáng thì chúng không có sự tiếp 11 Nhóm 13 – KTPM2.K6 Bài tập lớn môn KTMT xúc trực tiếp giữa đầu đọc dữ liệu và bề mặt đĩa, do đó đĩa quang thường là bền nếu như chúng không bị tác động bởi yếu tố môi trường Có một nguyên lý về ánh… có một mặt chứa dữ liệu: Là loại đĩa thông dụng nhất: Dữ liệu chỉ chứa trên một mặt của đĩa, mặt còn lại thường là nhãn đĩa và các lớp bảo vệ Đĩa có cả hai mặt chứa dữ liệu: (kiểu tương tự các đĩa nhựa của các máy hát cổ điển) Cả hai mặt đĩa đều được ghi dữ liệu do đó loại đĩa này thường không có lớp nhãn đĩa hoặc các lớp bảo vệ phần dữ liệu Người sử dụng có thể lật mặt đĩa để đọc dữ liệu tại mặt còn… nguồn phát ra chúng và bị đổi hướng bởi một hệ lăng kính đến phần đầu đọc để cho kết quả các tín hiệu nhị phân (xem hình) Như vây thì hệ thống Hình 10:Đọc dữ liệu thiết bị đọc đĩa quang sẽ là một hệ quang học phức tạp nhằm tạo ra tia laser chiếu vào bề mặt đĩa và thu lại tia phản xạ theo phương mà tia laser chiếu đến Tại thiết bị cảm nhận tia laser phản xạ lại, một điốt cảm quang sẽ tiếp nhận những… đĩa CD-R/RW Vùng này để lưu chứa TOC (mục lục) cho các 23 Nhóm 13 – KTPM2.K6 Bài tập lớn môn KTMT phiên ghi dữ liệu, chúng sẽ bị chuyển thành vùng Lead-in sau khi quá trình ghi đĩa hoàn tất • Lead-in Vùng chứa các thông tin về TOC của đĩa Công dụng của chỉ mục các đĩa quang sẽ giúp cho việc truy cập dữ liệu thuận tiện, điều này tạo ra sự khác biệt đối với các hình thức lưu trữ dữ liệu tuần tự (ví dụ băng… để phù hợp hơn với dữ liệu trên máy tính Sách vàng cho phép chứa các dữ liệu thông thường (không phải audio) một cách an toàn hơn Điều này là cần thiết bởi vì các đĩa chứa âm thanh (audio) hoặc video thì có thể chấp nhận sự lỗi khi đọc dữ liệu (tạo ra tiếng sạn hoặc giảm chất lượng hình trong thời điểm ngắn), nhưng các dữ liệu của phần mềm máy tính thì không cho phép lỗi đọc dữ liệu Do ứng dụng của… 0 Layer 0) thường sử dụng Nhôm (Aluminum) để phản chiếu tia laser khi đọc dữ liệu DVD-9 – 8.5GB Single-Side, Dual-Layer: Đĩa kiểu này bao gồm một mặt đĩa chứa dữ liệu, hai lớp dữ liệu trên mặt đó (như hình), chứa dung lượng 8,5 GB dữ liệu Tại đĩa này có những sự khác biệt so với những loại đĩa đơn: Chúng bao gồm hai lớp ghi dữ liệu với loại chất phản xạ khác nhau: Lớp 1 sử dụng Nhôm (Aluminum) và lớp… tự điều chỉnh tiêu cự cho nó có thể đọc được chính xác lớp dữ liệu xác định Nếu như đọc dữ liệu tại lớp phía bên trong (lớp 1 – trong hình minh hoạ phía trên) thì tia laser đâm xuyên qua lớp phản xạ phía trước nó Hình dưới đây giải thích về sự đọc dữ liệu theo hai lớp thì tiến hành theo chiều như thế nào H18-Hai hướng đọc dữ liệu trên đĩa quang 31 Nhóm 13 – KTPM2.K6 Bài tập lớn môn KTMT Hình thức… 1000101001, chúng chứa âm thanh/video hoặc dữ liệu phần mềm máy tính Trên thực tế thì cơ chế chuyển hoá dữ liệu nhị phân của chúng thì phức tạp hơn bởi sự sửa chữa lỗi phát sinh trong quá trình đọc dữ liệu 13 Nhóm 13 – KTPM2.K6 Bài tập lớn môn KTMT IV SẢN XUẤT ĐĨA QUANG 1 Sản xuất trong công nghiệp H11-Sản xuất đĩa quang trong công nghiệp Do đĩa quang thì có thể tạm phân thành hai loại: Đĩa… có chứa đến hai lớp dữ liệu trên một mặt đĩa, mỗi lớp dữ liệu này được đọc bằng một nguồn phát tia laser ở vị trí khác nhau, dẫn đến chúng có khả năng lưu trữ lớn hơn 27 Nhóm 13 – KTPM2.K6 Bài tập lớn môn KTMT Tia laser sử dụng đọc đĩa DVD có bước sóng ngắn hơn, chúng hẹp hơn để phù hợp với mức độ xít chặt của các thành phần điểm pit và khoảng cách giữa các rãnh dữ liệu Nếu so sánh về mặt kích thước… xạ/không phản xạ Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn chôn ốc từ trong ra ngoài theo các track Trên các track này là các rãnh (land) và các pit mà chúng có thể gây phản xạ lại theo hướng vuông góc với chùm tia tới hoặc phản xạ ít theo phương vuông góc với chùm tia này Do hệ thống chiếu tia là duy nhất trong một hệ quang học nên các loại ổ đĩa quang (hoặc máy phát đĩa quang) chỉ quan tâm đến hướng. Nghiên cứu, tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang học GI A O VIÊN HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN TUẤN TÚ Nhóm 13 – KTPM2.K6 1 Bi tp ln mụn KTMT MC LC I-S L ợC THIếT B L U TRữ. Trang. ngoài-nơi lưu trữ các thông tin. Các thiết bị này gọi là thiết bị lưu trữ thứ cấp-secondary starage( phân biệt với primary storage-bộ nhớ trong.) Dữ liệu lưu trên bộ nhớ ngoài không bị mất khi. nuôi, theo lý thuyết thì dữ liệu lưu trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa, xoá… bất kỳ lúc nào. Có hai phương pháp lưu trữ dữ liệu: dựa trên nguyên lý từ tính và nguyên

Source: https://vh2.com.vn
Category : Tin Học