Paměťová média – informatika

 

   Otázka: Paměťová média

   Předmět: Informatika

   Přidal(a): Jakub

 

Paměťová média

• slouží k uchovávání dat mimo počítač, nebo k přenosu dat na počítač jiný
• ukládají data (dokumenty, obrázky, hudbu…) ve formě jedniček a nul

 

Historie (dříve používané)

• Děrné štítky a destičky
• Děrné pásky
• Magnetické pásky
• Audiokazeta
• Diskety

 

USB – Flash disk

• je paměťové zařízení, používané převážně jako náhrada diskety
• omezený počet přepisů/smazání
• je vybaveno pamětí typu flash, která umožňuje uchování dat i při odpojení napájení
• Data se do disku nahrávají přes sběrnici USB
• Jsou malé a tím snadno přenosné, přepisovatelné
• používají pro ukládání dat standard USB Mass Storage
• Kapacita až 1 TB

 

Použití

• Přenos osobních dat– nejčastější způsob využití je přenos dokumentů, hudby, videa a podobně
• Bezpečnostní důvody– v prostředí kde by mohlo dojít k úniku soukromých dat, lze použít flashdisk jako úložiště klíče pro rozšifrování dat
• Systémová administrace– přenos nastavení softwaru, nahrávání firmware do základních desek, routerů
• Bootování operačního systému– některé základní desky umožňují načtení operačního systému přímo z přenosného USB zařízení. Toto řešení je také známo jako Live USB
• Ukládání hudby– například připojení flashdisku do FM transmiteru zastane funkci MP3 přehrávače
• Zálohy– nepříliš vhodné, z principu NAND technologie udrží zařízení data bez připojení k napájení pouze několik desítek měsíců

 

Hlavní části:

• USB-A male konektor – umožňuje fyzické spojení s PC nebo USB rozbočovačem
• Mass storage controller – čip pro komunikaci s PC
• NAND paměťový čip – zde jsou uložena data
• Krystal – produkuje hlavní 12 MHz hodinový signál

 

Výhody

• Kompaktnější než jiná přenosová média
• Odolnější proti fyzickému poškození
• Většinou vyšší kapacita než u CD nebo DVD
• Malá spotřeba elektrické energie
• V nových operačních systémech nejsou zapotřebí žádné ovladače

 

Nevýhody

• Špatná podpora u starších operačních systémů (Windows 98 a nižší nemají přímo zabudovanou podporu flash disků, je nutné ji doinstalovat)
• Větší kapacity mají vysokou cenu, přičemž disponují jen zlomkem kapacity stejně drahých přenosných pevných disků

 

Pevný disk – Hard disk – HDD

• k dočasnému nebo trvalému uchovávání většího množství dat pomocí magnetické indukce
• První komerční pevné disky se objevily v roce 1956, nejprve pro sálové počítače
• Data jsou na pevném disku uložena pomocí magnetického záznamu.
• Disk obsahuje kovové nebo keramické desky – tzv. plotny, pokryté tenkou magneticky měkkou vrstvou
• Plotny jsou neohebné (odtud pevný disk)
• Čtení a zápis dat na magnetickou vrstvu zajišťuje čtecí a zápisová hlava
• od 250 do 1000 GB – gigabajtů

 

Paměťová karta

• je elektronické zařízení, sloužící k ukládání dat
• Používá se v digitálních fotoaparátech, PDA, laptopech, mobilních telefonech, přehrávačích, video hrách a jiných elektronických zařízeních
• Obvykle je založena na paměti typu flash EEPROM
• kompaktní zařízení s relativně vysokou kapacitou, je odolné vůči magnetickým a elektrickým polím
• Paměťové karty byly navržené jako náhrada pevného disku pro zařízení, ve kterých se disky nemohly použít

 

Historie

• Prvním pokusem bylo zavedení PCMCIA paměťové karty (90. léta)
• Masivně se rozšířili (boj o standart)

 

Dnes

• základem trhu čtyři typy karet: SD (Secure Digital), MMC (Multimedia Card), CF (Compact flash) a díky rozšíření výrobků Sony také Sony MS (Memory Stick)

 

Optické paměti

• Pro všechny typy optických pamětí je typický jeden společný princip čtení dat, založený na odrazu laserového paprsku od povrchu záznamového média.
• Patří sem CD, DVD a BLUE – RAY disky.

 

CD (Compact Disc)

• První „kompaktní disk“ byl disk určený obecně pro ukládání digitálních dat.
• CD se na trhu začala objevovat zhruba od roku 1982. Nejprve byly disky použity pouze pro záznam audia a byly v podstatě standardem pro komerční audio nahrávky.
• Dá se říct, že dnes už význam CD mírně upadá, ale pořád si drží velmi významnou pozici.
• Standardní rozměry CD jsou 120 mm v průměru a vejde se na ně cca 80 minut záznamu (existují kratší i delší varianty).
• Existují i varianty disků s průměrem pouhých 80 mm, ty byly svého času používány po singly. Na ty se vejde cca 20 minut záznamu.
• Později se CD disky začaly využívat i pro záznam dat obecně.
• Pro média určená k záznam DAT se použil souhrnný název CD-ROM, v němž jsou do jisté míry zahrnuta i označení:
  • CD-R pro jednou nahratelná média,
  • CD-RW pro přepisovatelná média.

 

Rozměry CD

• Disky 120 mm s kapacitou 74 nebo 80 minut (650-700 MB) a 650 nebo 700MB. Odlišná kapacita je odvozena od vzdálenosti stop.
• Disky 80 mm („minu CD“) byly navrženy původně pro singly. Jejich kapacita je 21 minut anebo 184 MB.

 

Formát CD

• Různé formáty CD byly postupně specifikovány ve standardech, označovaný anglicky jako „knihy“ různých barev:
  • Červená kniha (red book) – audio CD
  • Žlutá kniha (yellow book) – CD-ROM – pro záznam dat, pouze pro čtení
  • Zelená kniha (green book) – CD-l – Interaktivní CD
  • Oranžová kniha (orange book) – CD-R („Zapisovatelné CD“, vyrábějí se prázdná) CD-RW-( „Přepisovatelné CD“ lze opakovaně přepisovat)
  • Bílá kniha (White book) – Video CD
  • Modrá kniha (blue book) – Enhanced CD, CDplus a CD-G
  • Béžová kniha (beige book) – PhotoCD
  • Šarlatová kniha (scarlet bok) – SACD

 

Organizace dat na CD

• Největší samostatný celek je track – stopa
  • Může jich být na cd 99
• Nejmenší celek na CD je ‚‚frame‘‘
  • Kapacita 33 B
• V případě CD-ROM jsou data organizována jak ve framech tak v sektorech, kdy každý sektor obsahuje 98 framů

 

CD-ROM

• Určený pouze pro čtení dat
• Vyrábí se lisováním
• Koupí se již s obsahem
• Sektor obsahuje 2352 bajtů
  • Rozdělen do 98 framů po 24 bajtech
• Existují dva módy CD-ROM
  • Mode 1 = obsahuje více korekčních mechanismu a hodí se pro záznam dat jako takových
    • 2048 volných bajtů
  • Mode 2 = použití pro video
    • 2336 volných bajtů
  • Rychlost 1x u CD mechanik znamená čtení 75 sektorů za vteřinu
    • 75x 2352 bajtů

 

Session

• Na disk můžeme uložit tzv. session
  • Jedna session může obsahovat jednu nebo více stop
  • Jedna stopa odpovídá jedné skladbě na zvukovém CD nebo může obsahovat data
• Existují z jednoho důvodu
  • Umožňují na disk ukládat data postupně, nemusí se všechna data vypálit najednou
• Obsahuje-li disk pouze jednu session, označuje se jako singlesession, obsahuje-li jich více Označuje disk jako multisession

 

Struktura

• Lisované CD – ROM se vyrábějí z umělé hmoty
• Data jsou zapisována jako drobné prohlubně na povrch disku
  • Prohlubně označovány jako pit (velikost je několik mm)
• Povrch disku je pokryt vrstvou zlata nebo hliníku, aby dobře odrážela světlo
  • Dále je nanesen ochrany lak s potiskem
• Prohlubně tvoří spirálovou stopu od středu k okraji
• Celková délka stopy je přibliřně 4.3 km
• Vzdálenost stop je 1,6 μm mikrometru

 

Čtení záznamu

• Provádí se laserovým paprskem o vlnové délce 780 nm
• Paprsek prochází nejprve hranolem s polopropustným zrcadlem
• To ho propustí jen jedním směrem, zpět již neprojde a bude odražen
• Paprsek je potřeba zaměřit na dané místo
  • Pomocí fokusačního systému mechaniky
  • Skrz soustavu čoček je zaměřen na povrch disku
• Povrch má odrazivou vrstvu, která způsobí odraz laserového paprsku zpět
  • Zde se rozhoduje o přečtené hodnotě
  • Síla odrazu závisí na tom, zda se paprsek odrazí od výstupků nebo prohlubně
• Odražený paprsek je zaměřen zpět na hranol s polopropustným zrcadlem, kde je kolimátor

Ten zaměří paprsek na fotodiodu, která vyhodnotí intenzitu odraženého laserového paprsku

 

Způsoby čtení

• Mechaniky mohou číst data uložená ve spirále pomocí dvou metod
  • CLV
  • CAV
• CLV
  • Constant Linear Velocity
  • Čtení konstantní lineární rychlostí
  • à otáčky disku se přizpůsobují tomu, kde data čteme
    • Střed rychleji
    • Okraj pomaleji
  • Byla první metoda
• CAV
  • Čtení konstantní úhlovou rychlostí
  • Otáčky disku konstantní
  • Data u okraje čtena rychleji než u středu

 

CD-R

• Data se vypalují
• V polykarbonátovém kotouči je vylisována vodicí drážka pro laser
• Otázky
• Povrch je pokryt organickou barvou
• Dále odrazová plocha (reflexní vrstva)
• Struktura
• Polykarbonát
• Vodící drážka
• Záznamové barvivo
• Reflexí pole
• Ochrany lak
• Při zápisu se laser nastaví na výší výkon
• V místě dopadu se změní struktura záznamového barviva (neodráží paprsek, při čtení dat)
• Princip čtení jako u CD-ROM
• Vypálené pity nejsou tak kvalitní jako lisovaná

 

• Singlesession
  • Všechny stopy zapsány v jednom svazku
  • Po vypálení se vytvoří tabulka TOC (table of contents)
    • Informace o stopách (začátky, délka, počet …)
  • Disk ukončen LEAD OUT ADEA
    • Na disk už není možné nahrávat další data

 

• Multisession
  • Na disk mohu postupně připalovat další data
  • Jednotlivé oblasti uzavřeny pomocí LEAD IN a LEAD OUT
  • TOC vytvořena až po uzavření CD

 

CD-R prázdné

• ATIP – PCA – PMA – Lead in – DATA – Lead out

 

• ATIP
  • Kód výrobce, použité barvivo, podporované rychlosti zápisu, kapacita
• PCA
  • Power Calibration Area (kalibrace výkonu laseru)
• PMA
  • Slouží jako dočasná TOC u neuzavřených disků (obsahuje seznam stop)
• Lead in – začátek stopy
• Lead out – konec stopy

 

Otázky

Co patří mezi optická média? CD,DVD,Blue-Ray

Datové velikosti CD?  120 mm 650MB – 700MB

80 mm 184 MB

Nejmenší samostatný celek CD? Frame (33 B)

Největší ? Stopa (99 na CD)

Singlesession – Všechny stopy zapsány v jednom svazku, Na disk už není možné nahrávat další data

Multisession – Na disk mohu připalovat další data

 

Čtení dat z CD-R – provádí se laserovým paprskem –> paprsek je potřeba zaměřit na jedno místo (skrz soustavu čoček je zaměřen na povrch disku) –> povrch má – Povrch má odrazivou vrstvu, která způsobí odraz laserového paprsku zpět Zde se rozhoduje o přečtené hodnotě Síla odrazu závisí na tom zda se paprsek odrazí od výstupky nebo prohlubně

 

Záznam dat CD-R a struktura 

– Při zápisu se laser nastaví na výší výkon

-V místě dopadu se změní struktura záznamového barviva (neodráží paprsek, při čtení dat)

-Princip čtení jako u CD-ROM

-Vypálené pity nejsou tak kvalitní jako lisovaná

 

Prázdné CD

• ATIP
  • Kód výrobce, použité barvivo, podporované rychlosti zápisu, kapacita
• PCA
  • Power Calibration Area (kalibrace výkonu laseru)
• PMA
  • Slouží jako dočasná TOC u neuzavřených disků (obsahuje seznam stop)

 

CD-R x CD-ROM

• CD-R – tvoření vypálením
• CD-ROM – tvoření lisováním

 

CD-RW

• Vzniklo až později 1995
• Přepisovatelné CD
• Řádově stovky přepisů
  • Nejvyšší horní limit přibližně 1000

 

Struktura

• Polykarbonát
• Vodící drážka
• Dielektrikum
• Záznamové barvivo/vrstva
• Dielektrikum
• Reflexní vrstva
• Ochranný lak a potisk

 

Zápis dat

• Využívá se technologie fázové změny
  • Změna struktury krystalické do amorfní formy
• Záznam vrstva tvořena speciální chemickou sloučeninou
  • Může mít dvě struktury
  • Krystalickou (odráží více světla)
  • Amorfní (odráží méně světla)
• Tato vrstva se mění působením energie
• Laser při zápisu pracuje na vysoký výkon, a tak se záznamové vrstva zahřeje na vysokou teplotu
• Při zahřátí na takovou teplotu a následném ochlazení sloučenina zkapalní a přechází tedy z krystalické struktury do struktury amorfní
• Místa s amorfní strukturou odráží méně světla než krystalická
  • Ekvivalentem pitů
• Místa s krystalickou strukturou
  • Ekvivalentem landů

 

Mazání dat

• Laser vyšší výkon než při čtení (200°C)
• Amorfní -> krystalická

 

DVD

• Cíl bylo vytvořil kompatibilní s CD a který by umožňovalo uložení dat s vysokou kapacitou
• 1995 představeno jako DVD (digital video disc)
  • Později zkratka přejmenována na Digital Versatile Disc (víceúčelový)
• Průměr 12 cm stejně jako CD-ROM
• Umožňuje provedení záznamu do dvou vrstev (mohou být i oboustranné)
• Velikost pitů a landu se mnohem menší
• Zmenšení rozteči stop
• Pracuje s laser paprskem s kratší vlnovou délkou
• Jiné mechanismy pro adresaci a opravu chyb
• Vyšší rychlost přenos dat
  • 1x odpovídá 1350kB/s
• Vyžaduje také větší opatrnost při zacházení
  • Výrazněji se projeví mechanické nečistoty

 

Varianty

• DVD 5 – 1 strana – 1 vrstva – 4,7 GB
• DVD 9 – 1 strana – 2 vrstva – 8,5 GB
• DVD 10 – 2 strana – 1 vrstva – 9,4 GB
• DVD 18 – 2 strana – 2 vrstva – 17 GB

 

• Podobně jako u CD existují DVD standardy
• Standarty jsou specifikovány ve Knihovnách
• Book A: DVD-ROM
• Book B: DVD-Video
• Book C: DVD-Audio
• Book D: DVD-R
• Book E: DVD-RAM

 

DVD-ROM

• Využívá se pro přehrávání PC dat a multimediálních aplikací
• Pouze pro čtení, nikoliv zápis
• Vyrábí se lisováním

 

DVD-Video

• Určený pro přehrávaní videa v PC nebo DVD přehrávačích
• Používá kompresní formát MPEG-2 pro video
• Pro zvuk nejčastěji formát
  • Dolby Digital (AC-3)
  • DTS (Digital Theater systém)
• Nachází se v něm adresář VIDEO_TS
• Obsahuje soubory s příponami
  • Vob
    • Video, zvuk a titulky (rozdělen do několika souborů vob)
  • Ifo
    • Informace která se nachází v souborech vob
    • Kde se nachází který kapitola, titulky a audio stopa
  • Bup
    • Záložní kopie daného souboru ifo

 

DVD-Audio

• Určeno pro záznam zvuku a reprodukci
• Nachází se v něm složka AUDIO_TS
• Kvalita zvuku dosahuje až do rozlišení 24 bitů při vzorkovací frekvenci 192 kHz
• Umožňuje také použití dalších kanálů pro reprodukci prostorového (5.1) zvuku

 

DVD-R

• Určena pouze pro jednorázový záznam
• Kapacita je standardně 4,7 GB příp. 8,5 GB (dvouvrstvé médium, označované jako DVD-R DL)

 

DVD-RW

• Jedná se o standart, který umožňuje čtení dat, zápis i mazání pomocí laserového paprsku
• Cca umožňuje 1000 přepisovacích cyklů (jako CD-RW)
• Princip je stejný jako u CD-RW jenom je vše zhuštěné

 

DVD-RAM

• DVD-Random Access Memory
• Kapacita 4,7 GB jednostranně nebo oboustranně 9,4 GB
• Až 100 000 přepisovacích cyklů
• Lze provádět kopírování na tento disk nebo mazání bez přítomnosti vypalovacího softwaru
  • Podobnost s pevným diskem

 

Rozdíl mezi standardy DVD+R a DVD-R

• Mezi těmito formáty nejsou příliš velké rozdíly které jsou navíc z pohledu uživatele vcelku zanedbatelné
• Jedná se o technické rozdíly
• Data uložená na médiích typu DVD- i DVD+ lze navíc číst ve standardních DVD mechanikách
• Výrazný rozdíl je v tom, jak je uspořádána stopa groove
• Tato stopa má tvar sinusoidy
  • U DVD+ má vyšší frekvenci
• Další rozdíl je ve způsobu fyzického adresování sektorů
• DVD- používají speciální z výroby předlisované pity
• DVD+ využívá způsob nasávaný ADIP
  • Addres in pregroove (adresování je prováděno pomocí vln v zápisových stopách wobble)
  • Tento způsob je spolehlivější a přesnější zejména při vyšších otáčkách média a také odolnější proti šumu
• DVD+ mají také propracovanější systém na detekci chyb než DVD

 

Třetí generace optických médií

• Po médií DVD (označovaných jako druhá generace optic. disků) se začala používat média patřící do tzv. třetí generace optických disků
• Vznik těchto médií byl ovlivněn rozvojem filmového průmyslu, zejména HDTV
• Potřeba přehrávat filmy ve vysokém rozlišení – 1280×720 bodů, příp. 1920×1080 bodů (Full HD)
• Mají stejný průměr 12 cm o tloušťce 1,2 mm
• Dosahují však mnohem vyšší kapacity
  • Zkrácením a zúžením pitů a zmenšením rozteče mezi stopami
• Pro toto zmenšení je nutné používat pro čtení a zápis modrý laserový paprsek s vlnovou délkou 405 nm
  • Podstatně nižší než u červeného paprsku u DVD
• Užší laserový paprsek lze zaměřit s mnohem vyšší přesností
• Mezi zástupce třetí generace patří
  • HD DVD – neuchytilo se
  • Blue-ray

 

Základní kapacity

• Blue-ray
  • 25 GB jednozvratné
  • 50 GB dvouvrstvé
• HD DVD
  • 15 GB jednozvratné
  • 30 GB dvouvrstvé

 

BLU-RAY

• Název pochází z Blue ray (modrý paprsek)
• Definovány tři základní formáty
  • BD-ROM (Read only memory, pouze pro čtení)
  • BD-R (Recordable, disk pro jednorázový zápis)
  • BD-RE (REwritable, přepisovatelný disk)
• Kapacita až 25 GB příp. 50 GB
• Média s těmito kapacitami jsou v současné době nejrozšířenější, přestože jsou současné době nejrozšířenější, přestože současné technologie umožňují vyrábět BD s kapacitou mnohem vyšší
• Kapacita vrstvy se dále zvýšila z 25 GB na 33 GB a bylo možné vytvořit třívrstvé médium s kapacitou 100 GB, příp. šestivrstvé s kapacitou 200 GB
• V prosinci 2008 dvanáctivrstvé s kapacitou 400 GB
• 2010 standart BDXL
  • Kapacita 100 GB a 128 GB

 

Technologie

• BD média umístěna blíže čtecímu laseru, pouze 0,1 mm pod povrchem média
• Touška polykarbonátové vrstvy se tedy snížila z 0,6 mm (DVD) na 0,1 mm
  • Snaha o zabránění nežádoucího rozptylu úzkého laserového paprsku
  • Vedlo k tomu že BD medium bylo podstatně náchylnější na mechanické poškození

 

Využití

• K zálohování velkého objemu dat
• Záznam videa ve vysokém rozlišení označované HD
• Kromě záznamu videa se média BD používají také pro záznam videoher určených pro herní konzoly PlayStation

 

Cena médií

• CD
  • 10x CD-R 60 KČ
• DVD
  • 10x DVD+R 4,7 GB 73KČ
• Blu-Ray
  • BD-R 25 GB 48KČ