Реферат: Оптоэлектронные запоминающие устройства

Впадины, нанесённые на поверхность диска, имеют разную длину. Интенсивность отражённого луча изменяется, соответственно изменяя электрический сигнал, поступающий на фотодатчик. Биты данных считываются как переходы между высокими и низкими уровнями сигналов, которые физически записываются как начало и конец каждого штриха.

Поскольку для программных файлов и файлов с данными важен каждый бит, в накопителях CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок.

Благодаря таким алгоритмам вероятность неправильного считывания данных составляет менее 0.125 . Другими словами, безошибочно считывается два квадриллиона дисков, что соответствует стопке компакт - дисков высотой около двух миллиардов километров.

Для реализации этих методов коррекции ошибок к каждым 2048 полезным байтам добавляется 288 контрольных. Это позволяет восстанавливать даже сильно повреждённые последовательности данных (длиной до 1000 ошибочных битов). Использование столь сложных методов обнаружения и коррекции ошибок связано, во-первых, с тем, что компакт - диски весьма подвержены внешним воздействиям, а, во-вторых , потому, что подобные носители изначально разрабатывались лишь для записи звуковых сигналов, требования к точности которых не столь высоки.

Параметры накопителей CD-ROM.

Переносные (CD-DA, CD-R, CD-RW, DVD): Параметры и характеристики.

CD-DA (Compact Disk - Digital Audio- цифровой звук), по принципу действия, совпадает с вышеописанным примером, т.е. годится только для чтения данных, записанных на него производителем.

Рис.1

Этот последний недостаток побудил производителей на поиски технологии записываемых CD. Так появился CD-R (Compact Disk- Recordable - записываемый). Носители типа CD-R могут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-диска под действием луча лазера. У СD-R четыре слоя, а не три как у обычного CD (см. рис.2). Лазеры в устройствах CD-R работают на трех или более уровнях мощности. На самом низком уровне свет лазера может только определять наличие или отсутствие выемок или отметок на записывающей поверхности – читать диск. А на самом высоком уровне он сам может прожигать отметки на этой поверхности. Записываемые диски можно записывать только один раз, это определяется технологией записи этих дисков. Можно сделать выемки на поверхности диска, но после этого, конечно, нельзя их удалить. Кстати, заметим, что записываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных CD. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется уже не алюминий, а золото. Между прочим, подобные компакт-диски обычно служат как мастерные для дальнейшего тиражирования. Тем не менее, в ряде случаев CD-R-диски можно использовать и для долговременного архивирования какой-либо ценной информации. Заметим, что читать CD-R диск можно и на обычном приводе, но, разумеется, только первый сеанс записи. Когда смотришь на не полностью записанный CD-R, область с информацией выглядит более темной и она легко различима.

Рис. 2

CD-RW (Compact Disk – ReWritable – перезаписываемый).

Как бы небыли хороши CD-R, их нельзя использовать несколько раз. Возможность перезаписи информации на диске становилась все более актуальной и по этому учеными была создана более сложная версия CD. Диск CD-RW содержит на два слоя больше чем CD-R. Но технология записываемого слоя основана на сплаве нескольких металлов.Этот сло формируется из неких кристалов, хорошо отражающих свет.

В место того чтобы создавать высокомощным лазером выемки, устройства записи CD-RW на большем уровне мощности лазера расплавляют небольшой участок слоя. После расплавления материал застывает в аморфном состоянии, в котором он отражает свет гораздо хуже, чем в кристалическом. Средняя мощность лазера используется для нагрева этого слоя до темпиратуры, которая хоть и ниже темпиратуры плавления, но достаточно высока для того, чтобы аморфные участки опять перешли в кристалическое состояние. Слой Металического сплава с фазовым переходом находится между двумя диэлектрическими слоями (см. рис.3).

Эта технология позволила записывать и стирать информацию на диске, причем стрирание может происходить прямо при записи. Отметки на диске CD-RW рассеивают свет несколькохуже, чем отметки на CD-R или выемки на CD, по этому их можно прочесть только на устройстве с автомотическим контролем уровня.

На данный момент CD-RW являются почти идеальной средой для записи и хранения данных.

Рис. 3

DVD (Digital Versatile Disk – цифровой многоцелевой диск) или первоначально (Digital Video Disk) разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4, 7 до 17 Гб.). Уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближен к студийному качеству. В накопителях DVD используется более узкий луч лазера чем в CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в 2 раза, что привело к появлению двухслойных дисков.Кроме этого могут быть использованы обе стороны диска , таким образом, один диск может иметь четыре рабочих плоскости. Эти диски, как и CD можно использовать только для чтения.

DVD-R и DVD-RAM соответственно записываемый (Recordable) и перезаписываемый (Erasable- ReWritable) являются последними разработками . DVD-R уже имеется в продаже, но его высокая стоимость не позволяет ему стать таким доступным как CD-R или CD-RW.

Стационарные.

Магнитно-оптический накопитель: Принцип физического действия, параметры и характеристики.

Магнитооптические накопители (Magneto-Optical) представляют собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим управлением. Поверхность магнитооптического диска покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры (температуры Кюри), то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля.

Световой импульс сфокусированного лазера быстро разогревает магнитный материал в одно крошечной точке практически до температуры Кюри, а записывающая головка генерирует поле, достаточное для изменения ориентации намагниченности данной точки. Когда точка остывает, внесенные изменения блокируются высокой коэрцитивной силой.

Чтение диска основано на способности магнитной среды изменять поляризацию света. Возвращенный луч проходит через линейный поляризатор. Он пропускает фотоны, отразившиеся от участка с одной ориентацией, и не пропускает практически ни одного фотона отразившегося от участка с противоположенной ориентацией намагниченности. Отмечая скачки в амплитуде отраженного луча можно считывать ориентацию магнитного поля на поверхности среды.

МО диски могут быть односторонними 3, 5” емкости 128, 230, и 640 Мб. Двухсторонними 5, 25” емкостью 600 Мб. – 2, 6 Гб. 2, 5” диски Mini Disk Data фирмы Sony, созданы специально для аудиоустройств, имеют емкость 140 Мб. 12” диски для однократной записи емкостью 3, 5 – 7 Гб. Большое распространение получили при построении оптических библиотек.

Голографическое запоминающее устройство: Теория и принцип физического действия.

Оптоэлектронные устройства находят все более широкое применение в вычислительной технике. Наиболее перспективными в настоящее время считаются так называемые голографические устройства памяти ЭВМ, основанные на принципах голографии нового, быстро развивающегося направления оптоэлектроники.

Прежде чем познакомиться с работой оптического запоминающего устройства (ЗУ), необходимо хотя бы в общих чертах рассмотреть сущность голографического отображения информации.

В 1947 г. английский ученый Д. Габор разработал метод записи и восстановления пространственной структуры световой волны (волнового фронта), который получил название голографии.

Известно, что обычное фотографическое изображение того или иного объекта не дает представления о его объемных свойствах. Это происходит потому, что фотопластинка реагирует только на среднюю интенсивность света при экспонировании и не способна реагировать на фазу световой волны, которая зависит от расстояния между объектом и фотопластинкой. Д. Габор обратил внимание на то, что при фотографировании всегда приходится осуществлять наводку на резкость, иначе изображение будет нечетким. Между тем, независимо от наводки на резкость, с лучами света, образующими изображение на фотопластинке, никаких изменений на участке между объектом и фотопластинкой не происходит. В связи с этим Д. Габор предположил, что изображение объекта присутствует в скрытом от наблюдателя виде в любой

Рис. 1 Ввод излучения в световод:

а—безлинзовая система (1—кристалл световода; активная излучающая область; 3—световод: 4 оптический клей); б—с помощью фокусирующей линзы (1—излучатель; 2 фокусирующий элемент; 3 - световод)

плоскости между объектом и фотопластинкой. Иначе говоря, изображение в том или ином виде содержится в самой структуре световой волны, распространяющейся от объекта к объективу фотоаппарата. Именно эта волна несет наиболее полную информацию об объекте, причем эта информация оказывается зашифрованной в амплитудных и фазовых изменениях волнового фронта. Таким образом, для получения необходимой информации об объекте, в том числе и о его объеме, достаточно зафиксировать (записать) пространственную структуру световой волны, а затем, используя эту запись, восстановить изображение объекта. Этот двухступенчатый процесс записи и восстановления волнового фронта, несущего информацию об объекте, и называется голографией, а зафиксированная пространственная структура световой волны голограммой.

Каким же образом можно зафиксировать на фотопластинке ч амплитуду, и фазу световой волны? Д. Габор предложил использовать для записи голограммы явление интерференции двух когерентных световых лучей, а для восстановления изображения с голограммы — явление дифракции света.

Как известно, при интерференции волны от двух одинаковых источников света, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, в любой точке пространства будут накладываться друг на друга, причем в некоторых точках произойдет удвоение амплитуды, а в некоторых амплитуда колебаний окажется равной нулю. Это дает основание утверждать, что в интерференционной картине содержится определенная фазовая информация, позволяющая определить расстояние от какого-то места интерференционной картины до источника (или источников) изучения. Величина максимумов распределения поля в интерференционной картине позволяет оценить интенсивность излучения, а соотношение между максимумами и минимумами когерентность. Следовательно, в интерференционной картине (голограмме) записана вся возможная информация об излучении источников.

Когерентный луч света, который освещает объект и рассеивается им, называют сигнальным; луч, создающий когерентный фон — опорным.

Одна из важнейших особенностей голографии — возможность записи большого числа голограмм на одной и той же фотопластинке при использовании по-разному направленных опорных лучей.

Если для записи голограммы необходимы два источника когерентного изучения, то для восстановления изображения объекта голограмму достаточно осветить только одним опорным лучом. Для извлечения информации из голограммы обычно пользуются той же установкой, что и для голографирования. Голограмма устанавливается на то же место, где находилась фотопластинка при изготовлении голограммы, и облучается лучом лазера.

За счет явления дифракции луч света после прохождения голограммы разделяется на три составляющих: одна из них проходит через голограмму без изменения направления (так называемый луч нулевого дифракционного порядка); два других отклоняются от первоначального направления на некоторый угол, зависящий от длины волны и шага интерференционных полос, зафиксированных на голограмме (лучи первого и второго дифракционного порядков). Эти лучи содержат всю информацию о голограмме, а наблюдатель, фиксирующий их, получает наиболее полное представление о форме и объеме соответствующего объекта.

.'Рассмотрим теперь возможности записи информации в голографических ЗУ вычислительных машин (рис. 2)

.Объектом записи в вычислительной технике обычно является. ‘Двумерная матрица двоичных знаков. При записи информации луч лазера с помощью системы зеркал разделится на два: сигнальный, проходящий через запоминаемый объект, и опорный. Направление опорного луча управляется дефлектором — устройством, состоя-

Рис. 2 структурная схема голографического запоминающего устройства (ЗУ)

щим из модулятора поляризации света и лучепреломляющего кристалла. В зависимости от комбинации управляющих напряжений, поступающих на вход модулятора, можно получить множество пространственных положений светового луча. Изменение дефлектором направления опорного луча позволяет последовательно записать необходимое .число голограмм.

Цифровая информация, подлежащая записи, наносится на так называемый транспарант, представляющий собой двумерную матрицу прозрачных и непрозрачных участков, соответствующих единицам и нулям двоичного кода.

При воспроизведении информации дефлектор настраивается на определенное положение опорной волны и таким образом выбирается изображение требуемого транспаранта. Сигнальный луч при этом перекрывается затвором. Дальнейшая выборка нужной информации осуществляется электронным путем при обработке сигналов, зафиксированных при воспроизведении на матрице фотоприемников.

Стандартные фотопластинки, используемые в голографических ЗУ, обеспечивают сочетание высокой разрешающей способности (до 3 • 103 .линий/мм) и фото чувствительности (порядка 10 в - 5Дж/см2). Емкость памяти типичного голографического ЗУ составляет 106 бит/с.

Повышенный интерес к топографическим ЗУ объясняется не только большой информационной емкостью голограмм. Основным фактором является высокая помехоустойчивость голографической записи, поскольку при любых видах помех интерференционная картина записанного изображения практически не нарушается.

2. Оптоэлектроника - перспективы развития.

Оптоэлектроника как самостоятельное научно-техническое направление возникла сравнительно недавно, а ее достижения неразрывно связаны с развитием современной микроэлектроники. Тяжело представить себе современную жизнь без CD-ROM, DVD, оптоволоконных кабелей, лазерных принтеров, дистанционных пультов и всего того, что дала нам оптоэлектроника и без чего мы уже не мыслим жизнь.

Оптоэлектроника это наука будующего.

Список литературы

П.Нортон, Дж. Гудман “Персональный компьютер: аппаратно – программная организация. ”, пер. с англ., - СПб.: BHV – Санкт-Петербург, 1999г.

М. Гук “Аппаратные средства ABM PC. Энциклопедия. ” – СПб.: Питер Ком, 1998г.

В. Чепурна “Устройства хранения информации.” – СПб.: BHV – Санкт-Петербург, 1998г.

Ресурсы интернет :

1. www.km.ru - раздел “Энциклопедия персонального компьютера”

2. http://zstu.edu.ua/base/home/rpf/lib/periph/hole/Spr/cdrom.htm –

ЗГТУ, кафедра радиоэлектроники

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru