لا
يتعين عليك استخدام المغناطيسية أو الشحنات الكهربائية لتخزين البيانات.
يمكن أن يتم ذلك باستخدام الضوء، أو بالأحرى انعكاسه. حسنًا، إذا كنت تريد
أن تكون محددًا حقًا، فقد تم ذلك باستخدام تداخل الأشعة تحت الحمراء
والموجات الكهرومغناطيسية المرئية، لكن دعونا لا نقلق كثيرًا بشأن ذلك!
لقد قمنا بتقسيم تشريح التخزين Anatomy of a Storage Drive إلى ثلاثة أجزاء:
بخلاف محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة، تكون وسائط التخزين الضوئية منفصلة عن وحدة محرك الأقراص، لذلك دعونا نلقي نظرة على ذلك أولاً.
تم تسجيل براءة اختراع الفكرة وراء استخدام الضوء والوسائط العاكسة لتخزين البيانات الرقمية لأول مرة في عام 1970 من قبل الفيزيائي الأمريكي James Russell. على الرغم من أن نظامه لا يشبه ما نستخدمه اليوم، إلا أن المفهوم العام مشابه جدًا.
لاحظت الشركات الكبيرة، مثل Sony و Phillips، عمله، وبعد الكثير من المشاحنات، رخصت المفهوم لإنتاج LaserDisc (1978) والقرص المضغوط (1982).
لا يمكن استخدام هذا الأخير، المعروف باسم القرص المضغوط، إلا كنظام تخزين لمرة واحدة، مما يعني أنه لا يمكنك حذف البيانات المخزنة، ثم إعادة كتابة بتات جديدة عليها. لم يكن حتى عام 1987 عندما ظهر أول قرص مضغوط قابل لإعادة الكتابة بالكامل في السوق.
حوالي عام 1995 حصلنا على نسخة أفضل من القرص المضغوط. و تنوعا القرص الرقمي (DVD) وكان 4 سنوات أخرى قبل وصول نسخة إعادة للكتابة من أن الخروج. ظهر نظام التخزين البصري اليوم، قرص Blu-ray Disc (BD) في عام 2003، وظهرت BD-RE (Blu-ray Recordable Erasable) على الرفوف في عام 2008.
كل هذا جميل جدًا، لكن كيف يعمل ؟ ألق نظرة على قرص DVD القابل لإعادة الكتابة أدناه:
تم تسجيل براءة اختراع الفكرة وراء استخدام الضوء والوسائط العاكسة لتخزين البيانات الرقمية لأول مرة في عام 1970 من قبل الفيزيائي الأمريكي James Russell. على الرغم من أن نظامه لا يشبه ما نستخدمه اليوم، إلا أن المفهوم العام مشابه جدًا.
لاحظت الشركات الكبيرة، مثل Sony و Phillips، عمله، وبعد الكثير من المشاحنات، رخصت المفهوم لإنتاج LaserDisc (1978) والقرص المضغوط (1982).
لا يمكن استخدام هذا الأخير، المعروف باسم القرص المضغوط، إلا كنظام تخزين لمرة واحدة، مما يعني أنه لا يمكنك حذف البيانات المخزنة، ثم إعادة كتابة بتات جديدة عليها. لم يكن حتى عام 1987 عندما ظهر أول قرص مضغوط قابل لإعادة الكتابة بالكامل في السوق.
حوالي عام 1995 حصلنا على نسخة أفضل من القرص المضغوط. و تنوعا القرص الرقمي (DVD) وكان 4 سنوات أخرى قبل وصول نسخة إعادة للكتابة من أن الخروج. ظهر نظام التخزين البصري اليوم، قرص Blu-ray Disc (BD) في عام 2003، وظهرت BD-RE (Blu-ray Recordable Erasable) على الرفوف في عام 2008.
كل هذا جميل جدًا، لكن كيف يعمل ؟ ألق نظرة على قرص DVD القابل لإعادة الكتابة أدناه:
المادة الأساسية عبارة عن بوليمر يسمى PMMA، يستخدم لصنع قرصين بسمك 0.024 بوصة (0.6 مم). يحتوي الجزء السفلي على طبقة رقيقة جدًا من المعدن مثل الفضة والذهب، وطبقة أخرى من مادة متغيرة الطور phase-change material.
تعتمد انعكاس هذه المادة (مقدار الضوء الذي يرتد عنها) على المرحلة phase التي توجد فيها المادة، ويتم تبديلها بين حالتين باستخدام ليزر صغير- حيث تعمل على تسخين المادة، مما يتسبب في تغييرها. يتم وضع نمط من البقع الساخنة على القرص على طول أخدود حلزوني، تمامًا كما هو الحال مع أسطوانة vinyl record.
يتم استخدام نفس الليزر، ولكن يعمل بمستوى طاقة مختلف، للمسح على طول هذا الأخدود، حيث يدور القرص. عندما يصطدم شعاع الليزر بنمط البقع، تحدد كمية الضوء المنعكس ما إذا كانت البيانات المخزنة في حالة 0 أو 1.
كلما زاد طول الأخدود الحلزوني وكلما اقتربت البقع معًا، زادت البيانات التي يمكنك وضعها على القرص ؛ ومع ذلك، فكلما كانت الأخاديد والبقع أصغر، يجب أن يكون ضوء الليزر "أصغر.
تعتمد انعكاس هذه المادة (مقدار الضوء الذي يرتد عنها) على المرحلة phase التي توجد فيها المادة، ويتم تبديلها بين حالتين باستخدام ليزر صغير- حيث تعمل على تسخين المادة، مما يتسبب في تغييرها. يتم وضع نمط من البقع الساخنة على القرص على طول أخدود حلزوني، تمامًا كما هو الحال مع أسطوانة vinyl record.
يتم استخدام نفس الليزر، ولكن يعمل بمستوى طاقة مختلف، للمسح على طول هذا الأخدود، حيث يدور القرص. عندما يصطدم شعاع الليزر بنمط البقع، تحدد كمية الضوء المنعكس ما إذا كانت البيانات المخزنة في حالة 0 أو 1.
كلما زاد طول الأخدود الحلزوني وكلما اقتربت البقع معًا، زادت البيانات التي يمكنك وضعها على القرص ؛ ومع ذلك، فكلما كانت الأخاديد والبقع أصغر، يجب أن يكون ضوء الليزر "أصغر.
الصورة: Cmglee، ويكيميديا كومنز
تُظهر الصورة أعلاه مقارنة بين الأقراص المضغوطة وأقراص DVD و Blu-ray (أفضل تجاهل HD-DVD ... فعل الجميع).
يمكننا أن نرى نوع الموجات الكهرومغناطيسية التي يستخدمها الليزر المستخدم والفراغات الموجودة في الأخدود الحلزوني ونمط البقع. إذا كانت الأرقام لا معنى لها إلى حد ما، فانتقل إلى حقيقة أن الأقراص المضغوطة تستخدم ليزر الأشعة تحت الحمراء، بينما تستخدم أقراص DVD لونًا أحمر، وبالنسبة إلى Blu-ray، يكون اللون بنفسجي. ليس أزرق. بشكل ملحوظ.
نظرًا لأن جميع أنواع أقراص التخزين الضوئية الثلاثة لها نفس الحجم، من حيث القطر، يتم استخدام حيل مختلفة، جنبًا إلى جنب مع أنواع الليزر المختلفة، لزيادة سعة التخزين إلى الحد الأقصى. يتضمن ذلك وجود أخدود على كلا الجانبين، وبستانان قريبان من بعضهما (يُعرفان بالأقراص ثنائية الطبقة)، وضغط البيانات.
كما هو الحال حاليًا، هذا هو الحد الأقصى للبيانات لكل نوع (بافتراض استخدام جانب واحد فقط):
- القرص المضغوط - 0.84 جيجابايت
- DVD - 4.7 جيجا بايت
- BR - 100 جيجابايت
نظرًا لأننا نقارن أنظمة التخزين المستخدمة بنفس الطريقة، فإن هذه القيم مخصصة للأقراص القابلة لإعادة الكتابة فقط - وهي بعيدًا عن ما يمكن تخزينه على محرك أقراص ثابتة أو محرك أقراص صلبة. لنكون صادقين، لقد تجاوزنا ذروة مجد التخزين الضوئي: بطاقات ذاكرة USB رخيصة حقًا (يمكنك الحصول على 128 جيجا بايت أقل من 20 دولارًا) وخدمات البث الرقمي تحل بسرعة محل استخدام الوسائط المادية للموسيقى والفيديو.
لكننا هنا للتغلب على دواخل الأشياء، لذلك دعونا ننتهي من خلال فتح وحدة DVD من جهاز كمبيوتر محمول قديم. لا تقلق بشأن الاتصالات الموجودة في هذا الجهاز، حيث تستخدم طرز أجهزة الكمبيوتر المكتبية نفس اتصال SATA مثل محركات الأقراص الثابتة.
تُظهر الصورة أعلاه مقارنة بين الأقراص المضغوطة وأقراص DVD و Blu-ray (أفضل تجاهل HD-DVD ... فعل الجميع).
يمكننا أن نرى نوع الموجات الكهرومغناطيسية التي يستخدمها الليزر المستخدم والفراغات الموجودة في الأخدود الحلزوني ونمط البقع. إذا كانت الأرقام لا معنى لها إلى حد ما، فانتقل إلى حقيقة أن الأقراص المضغوطة تستخدم ليزر الأشعة تحت الحمراء، بينما تستخدم أقراص DVD لونًا أحمر، وبالنسبة إلى Blu-ray، يكون اللون بنفسجي. ليس أزرق. بشكل ملحوظ.
نظرًا لأن جميع أنواع أقراص التخزين الضوئية الثلاثة لها نفس الحجم، من حيث القطر، يتم استخدام حيل مختلفة، جنبًا إلى جنب مع أنواع الليزر المختلفة، لزيادة سعة التخزين إلى الحد الأقصى. يتضمن ذلك وجود أخدود على كلا الجانبين، وبستانان قريبان من بعضهما (يُعرفان بالأقراص ثنائية الطبقة)، وضغط البيانات.
كما هو الحال حاليًا، هذا هو الحد الأقصى للبيانات لكل نوع (بافتراض استخدام جانب واحد فقط):
- القرص المضغوط - 0.84 جيجابايت
- DVD - 4.7 جيجا بايت
- BR - 100 جيجابايت
نظرًا لأننا نقارن أنظمة التخزين المستخدمة بنفس الطريقة، فإن هذه القيم مخصصة للأقراص القابلة لإعادة الكتابة فقط - وهي بعيدًا عن ما يمكن تخزينه على محرك أقراص ثابتة أو محرك أقراص صلبة. لنكون صادقين، لقد تجاوزنا ذروة مجد التخزين الضوئي: بطاقات ذاكرة USB رخيصة حقًا (يمكنك الحصول على 128 جيجا بايت أقل من 20 دولارًا) وخدمات البث الرقمي تحل بسرعة محل استخدام الوسائط المادية للموسيقى والفيديو.
لكننا هنا للتغلب على دواخل الأشياء، لذلك دعونا ننتهي من خلال فتح وحدة DVD من جهاز كمبيوتر محمول قديم. لا تقلق بشأن الاتصالات الموجودة في هذا الجهاز، حيث تستخدم طرز أجهزة الكمبيوتر المكتبية نفس اتصال SATA مثل محركات الأقراص الثابتة.
عند الحديث عن ذلك، فإن التخطيط العام لمحرك التخزين الضوئي يشبه إلى حد كبير ما رأيناه في Seagate HDD. يوجد محرك في المنتصف، لتدوير المغزل الذي يجلس عليه القرص، وهناك ذراع مشغل برأس قراءة / كتابة للوصول إلى البيانات. يمكننا أن نرى هذا بشكل أكثر وضوحًا، من خلال قلبه.
حيث تستخدم محركات الأقراص الثابتة الكهرومغناطيسية لتحريك الأذرع، تستخدم محركات الأقراص الضوئية محركًا متدرجًا متصلًا بمسمار من الرصاص- يمكن رؤيته في الزاوية اليمنى السفلية من الصورة ؛ معظمها تحت شريط التوصيل النحاسي اللون.
هذا هو نهاية العمل لوحدة التشغيل.
هنا يمكننا أن نرى غلافًا بلاستيكيًا يحمل نظام الليزر. بعد ذلك يوجد مجموعتان من لفائف الأسلاك النحاسية، والتي تستخدم لإنشاء مجال مغناطيسي لتعليق وحدة الليزر فوق سطح القرص. نظرًا لأن الأخير لن يكون في أي مكان بالقرب من قرص HDD، تحتاج محركات الأقراص الضوئية إلى "تعليق" للسماح لليزر بالبقاء على الارتفاع المناسب.
هنا يمكننا أن نرى غلافًا بلاستيكيًا يحمل نظام الليزر. بعد ذلك يوجد مجموعتان من لفائف الأسلاك النحاسية، والتي تستخدم لإنشاء مجال مغناطيسي لتعليق وحدة الليزر فوق سطح القرص. نظرًا لأن الأخير لن يكون في أي مكان بالقرب من قرص HDD، تحتاج محركات الأقراص الضوئية إلى "تعليق" للسماح لليزر بالبقاء على الارتفاع المناسب.
يوجد تحت العدسة صمام ثنائي ليزر وأجهزة استشعار تقرأ وتكتب وتحذف البيانات الموجودة على القرص. ليس لدينا مجهر في متناول اليد للنظر في الداخل، ولكن يمكنك إلقاء نظرة على مجهر مختلف في هذا الفيديو:
من الأفضل استخدام تخزين الأقراص الضوئية في سيناريو الكتابة مرة واحدة، واستخدام عدة مرات، ولكن يمكن استخدام وحدات التخزين القابلة لإعادة الكتابة مثل شريحة ذاكرة USB. فقط بطيئة حقا . هذا هو الدوران الأخير لـ CrystalDiskMark، باستخدام قرص DVD قابل لإعادة الكتابة بسرعة 4x (الحد الأقصى للقرص المدعوم).
من الأفضل استخدام تخزين الأقراص الضوئية في سيناريو الكتابة مرة واحدة، واستخدام عدة مرات، ولكن يمكن استخدام وحدات التخزين القابلة لإعادة الكتابة مثل شريحة ذاكرة USB. فقط بطيئة حقا . هذا هو الدوران الأخير لـ CrystalDiskMark، باستخدام قرص DVD قابل لإعادة الكتابة بسرعة 4x (الحد الأقصى للقرص المدعوم).
زمن انتقال القراءة سيء حقًا، لكن زمن انتقال الكتابة رائع جدًا. لا يعني ذلك أننا نوصي أبدًا باستخدام الأقراص الضوئية على أنها "وحدات ذاكرة" سريعة وبسيطة - فأنت أفضل حالًا بمجرد استخدام الشيء الحقيقي.
إنه لأمر محزن بعض الشيء أن نرى هذه التكنولوجيا تتلاشى ببطء - أعني، لديهم ليزر من أجل بيت !، لكن لديهم بعض المزايا مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة ومحركات الأقراص الصلبة.
إذا كنت تستخدم أقراصًا ضوئية للكتابة مرة واحدة، فسيتم تأمين هذه البيانات للأبد - لا يمكن تحريرها، بطريق الخطأ أو بشكل ضار، وإذا تم الاحتفاظ بها في مكان بارد ومظلم، فسيظل التخزين قابلاً للاستخدام على الأقل مقدار الوقت باعتباره SSD. الوسيط نفسه رخيص جدًا: حزمة من خمسين قرصًا من أقراص Blu-ray سعة 25 جيجابايت للكتابة مرة واحدة ستعيدك إلى 30 دولارًا فقط. تبلغ سعة التخزين الإجمالية 1.25 تيرابايت!
وبطبيعة الحال، إذا كان لديك تيرابايت متعددة من البيانات التي تحتاجها للحفاظ على سلامة، وإيجاد مساحة لمئات أقراص بلو راي قد يسبب أكثر من الصداع من انها تستحق. ظلال Windows 95 والأقراص المرنة مرة أخرى ...
إنه لأمر محزن بعض الشيء أن نرى هذه التكنولوجيا تتلاشى ببطء - أعني، لديهم ليزر من أجل بيت !، لكن لديهم بعض المزايا مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة ومحركات الأقراص الصلبة.
إذا كنت تستخدم أقراصًا ضوئية للكتابة مرة واحدة، فسيتم تأمين هذه البيانات للأبد - لا يمكن تحريرها، بطريق الخطأ أو بشكل ضار، وإذا تم الاحتفاظ بها في مكان بارد ومظلم، فسيظل التخزين قابلاً للاستخدام على الأقل مقدار الوقت باعتباره SSD. الوسيط نفسه رخيص جدًا: حزمة من خمسين قرصًا من أقراص Blu-ray سعة 25 جيجابايت للكتابة مرة واحدة ستعيدك إلى 30 دولارًا فقط. تبلغ سعة التخزين الإجمالية 1.25 تيرابايت!
وبطبيعة الحال، إذا كان لديك تيرابايت متعددة من البيانات التي تحتاجها للحفاظ على سلامة، وإيجاد مساحة لمئات أقراص بلو راي قد يسبب أكثر من الصداع من انها تستحق. ظلال Windows 95 والأقراص المرنة مرة أخرى ...
هؤلاء هم الأبطال الخارقين الحقيقيين
لقد حفرنا داخل 3 أنواع من محركات الأقراص لتخزين البيانات: القرص الصلب ومحرك الأقراص المزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة والقرص الضوئي. تفكيكهم، والنظر في كيفية عملهم، وترك الفوضى في كل مكان، كالعادة. مثل PSU المتواضع، يتم تجاهلهم إلى حد كبير بمجرد دخولهم إلى الكمبيوتر، لكنهم أكثر إثارة!
لقد حفرنا داخل 3 أنواع من محركات الأقراص لتخزين البيانات: القرص الصلب ومحرك الأقراص المزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة والقرص الضوئي. تفكيكهم، والنظر في كيفية عملهم، وترك الفوضى في كل مكان، كالعادة. مثل PSU المتواضع، يتم تجاهلهم إلى حد كبير بمجرد دخولهم إلى الكمبيوتر، لكنهم أكثر إثارة!
