Microsoft Word - Nowoczesne nosniki pamiêci.doc

Nowoczesne nośniki pamięci

Nowoczesne nośniki pamięci

PAMIĘCI HOLOGRAFICZNE

Pamięć masowa to magnetyczne dyski twarde o pojemności nawet do 1000 GB,
napędy magnetooptyczne, streamery, krzemowe pamięci typu FlashMemory oraz
odczytywane promieniem lasera płyty CD i DVD. Jednak coraz bardziej rozbudowane
oprogramowanie multimedialne i "puchnące" systemy operacyjne sprawiają, że apetyt
na pamięć masową stale rośnie. W wielu laboratoriach badawczych studiuje się
zjawiska fizyczne i eksperymentuje z materiałami mogącymi zaspokoić "głód pamięci".
Największe nadzieje wiąże się z rozwojem technologii optycznych. Niewątpliwie już za
kilka lat na rynku pojawią się pierwsze komercyjne rozwiązania optycznych pamięci

holograficznych.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 2 -

Zapis i odczyt hologramów

Promieniowanie świetlne ma charakter dualny, czyli korpuskularno-falowy. Z jednej
strony światło składa się z cząstek nazywanych fotonami, z drugiej zaś jest to fala
(podobnie jak fale rozchodzące się na wodzie). Do

zapisywania hologramów

wykorzystuje się falową naturę światła. Do scharakteryzowania promieniowania
elektromagnetycznego jako fali można wprowadzić następujące pojęcia: amplitudę,

czyli natężenie promieniowania (jasność), długość fali, czyli jej barwę, oraz tzw. fazę
fali. Pierwsze dwie właściwości potrafimy ocenić intuicyjnie. Doskonale przecież
radzimy sobie z określeniem jasności czy koloru. Większość obserwowanych gołym
okiem zjawisk nie informuje nas jednak o fazie światła. Przejawy jej istnienia można
dostrzec niezmiernie rzadko - tylko wtedy, gdy dwie fale oddziałują na siebie.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 3 -

Tę jedną z najciekawszych cech światła można zauważyć, oglądając mieniące się
wszystkimi kolorami tęczy mydlane bańki czy połyskującą różnymi barwami rozlaną na
powierzchni wody plamę benzyny.
Holograficzny zapis trójwymiarowych obrazów może być zrealizowany poprzez
mieszanie dwóch fal spójnych (rys. 1). Wychodzącą z lasera wiązkę światła rozszerza
się w tzw. układzie ekspandera, czyli lunecie powiększającej. Następnie szeroką wiązkę

światła dzieli się na dwie części (wiązkę obrazową i referencyjną), wykorzystując w tym
celu płytkę światłodzielącą. Dwie wiązki światła dalej biegną już odrębnymi drogami, a
na trasie wiązki obrazowej umieszcza się "fotografowany" przedmiot, który moduluje
jej amplitudę i fazę. Jeżeli teraz promienie przetną się wewnątrz materiału
holograficznego, to otrzyma się w nim tzw. wzór interferencyjny (będący swoistego
rodzaju siatką dyfrakcyjną), czyli zbiór ciemnych i jasnych prążków, powstałych na
skutek nałożenia się na siebie amplitud i faz obu fal. Materiał holograficzny - zazwyczaj

specjalna klisza fotograficzna - ma właśnie za zadanie zapamiętać ów wzór, który
zawiera pełną trójwymiarową informację o fotografowanym obiekcie.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 4 -

Rys. 1. Technika zapisu i odczytu hologramów, czyli tzw. fotografia
trójwymiarowa, znana jest od początku lat sześćdziesiątych, od chwili
wynalezienia laserów. Konfiguracja do zapisu i odczytu hologramów
stosowana w większości laboratoriów badawczych bez większych modyfikacji

Nowoczesne nośniki pamięci

- 5 -

może być wykorzystana w komercyjnych urządzeniach, takich jak np. napędy
holograficznych pamięci masowych.

Odtworzenie trójwymiarowego obrazu sfotografowanego przedmiotu realizuje się
podczas oświetlania hologramu wiązką laserową - światło ugina się na zapamiętanej w
materiale holograficznym siatce dyfrakcyjnej, tworząc kompletny obraz. Istnieją

również hologramy, które mogą być oglądane przy normalnym, np. dziennym
oświetleniu. Zasada ich odczytu jest identyczna, z tą różnicą, że nie jest wymagane ich
oświetlenie spójnym promieniowaniem laserowym. Takie hologramy zobaczyć można w
galeriach sztuki lub przy okazji różnego rodzaju pokazów promujących nowoczesne
technologie.
Interesującą cechą hologramów jest ich nielokalność, czyli zapamiętywanie pełnej
informacji na całej naświetlonej w trakcie zapisu powierzchni. Oznacza to, że podczas

odczytu, nawet w przypadku oświetlenia tylko fragmentu hologramu, uzyska się pełną
informację. Gotowy hologram można również podzielić na kilka mniejszych części, a

Nowoczesne nośniki pamięci

- 6 -

odczytywany z nich obraz będzie identyczny z tym, jaki był na pierwotnej "fotografii".
Opisywana właściwość jest szczególnie ważna przy zapisie danych w postaci cyfrowej,
gdyż nawet w przypadku znacznego uszkodzenia hologramu odczytane informacje są
zawsze w stu procentach poprawne - zbędna staje się korekcja błędów. Potrafiąc
zapisywać i odczytywać hologramy, można zastanowić się, jak wykorzystać je jako
pamięć komputerową.

Materiały holograficzne

Dotychczas stosowane optyczne techniki zapamiętywania informacji bazują na zapisie
szeregowym, realizowanym bit po bicie - tak jak na płytach CD-R czy CD-RW. Za
pomocą lasera ciąg zer i jedynek w trakcie procesu "wypalania" zamieniany jest w pity
i landy. Współczesne modyfikacje technologii CD, takie jak np. wprowadzenie płyt
wielowarstwowych czy zmiana długości fali światła odczytującego - zastosowane
w przypadku krążków DVD - poza zwiększeniem pojemności nośnika nie oferują

Nowoczesne nośniki pamięci

- 7 -

znacznego przyśpieszenia procesu odczytu informacji. Dopiero zmiana sposobu zapisu i
odczytu na równoległy powoduje ogromny wzrost szybkości dostępu do informacji.
Układy holograficzne łączą w sobie dwie zalety - jednoczesny i wręcz błyskawiczny
dostęp do zapisanych informacji oraz dużą pojemność nośnika. Co więcej, z
konstrukcyjnego punktu widzenia przystosowanie napędu CD-ROM do odczytu płyt
holograficznych nie jest zadaniem zbyt skomplikowanym.

Podstawową przeszkodą we wprowadzeniu na rynek pamięci holograficznych jest
znalezienie odpowiedniego materiału. Idealne tworzywo do skonstruowania nośnika
holograficznego musi cechować się przede wszystkim wysoką czułością optyczną (zapis
następuje już przy niewielkim natężeniu świata), dużą wydajnością dyfrakcji, czyli
zdolnością do tworzenia wydajnego hologramu (co przekłada się na możliwość użycia
małej mocy światła odczytującego), oraz znaczną rozdzielczością, czyli umiejętnością

zapisywania leżących bardzo blisko hologramów (dużą gęstością zapisu informacji).
Zwykłe klisze czy emulsje fotograficzne, na których utrwala się hologramy od początku

Nowoczesne nośniki pamięci

- 8 -

lat sześćdziesiątych, nie spełniają naraz wszystkich trzech wymienionych wymagań -
nie nadają się więc do zaadaptowania jako pamięć typu ROM. Inne parametry, takie
jak czas odczytu i pojemność nośnika, uzależnione są głównie od konstrukcji czytnika
pamięci holograficznej.
Obecnie najlepsze materiały do stałych pamięci holograficznych to tzw. układy
polimerowe i fotochromowe. Wykazują one małe zapotrzebowanie energetyczne,

wydajność dyfrakcji dochodzącą do 100% oraz gęstość zapisu ponad 1000 linii/mm.
Nie bez znaczenia jest także fakt, iż cena tych materiałów jest niewielka, a technologia
produkcji zbliżona do stosowanej w wytwarzaniu krążków CD-R. Jedynym
ograniczeniem, nie pozwalającym jeszcze na wprowadzenie pamięci holograficznych na
rynek komercyjny, jest ich niska trwałość. Wytwarzane obecnie materiały są w stanie
przechować informację maksymalnie przez kilka lat.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 9 -

Zalety pamięci holograficznych

Porównując gęstość zapisu (ilość bitów możliwych do zapisania na 1 cm

) klasycznych

dysków CD z pamięcią holograficzną, widać olbrzymią przewagę nowej technologii.
Standardowa płyta CD mieści 650 MB informacji. Przyjmując, że powierzchnia, na
której znajduje się informacja, to ok. 100 cm

, otrzymujemy gęstość zapisu wynoszącą

6,5 MB/cm

. Dla nowocześniejszych płyt DVD gęstość zapisu wynosi odpowiednio: 37

MB/cm

i 100 MB/cm

dla płyt wielowarstwowych. Jednak gęstość zapisu informacji

metodą holograficzną przewyższa gęstość upakowania danych, uzyskiwaną na
klasycznych płytach optycznych o kilka rzędów wielkości. Jeden hologram zajmuje
powierzchnię około 100 mm

, co daje 10

hologramów na centymetrze kwadratowym.

Hologram może zawierać 10

bajtów informacji.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 10 -

Możliwa do uzyskania gęstość zapisu wynosi więc 10

MB/cm

- tysiąc razy więcej niż w

najlepszych (17 GB) płytach DVD-ROM. Oznacza to, że na płycie o standardowej
średnicy 12 cm możliwe jest zapamiętanie techniką holograficzną 10

bajtów

informacji. Niespotykane dotychczas pojemności pamięci pokazują, dlaczego z zapisem
holograficznym wiąże się obecnie tak duże nadzieje.
Szybkość dostępu do informacji jest jednym z ważniejszych parametrów

charakteryzujących dany typ pamięci. Jak już wspomniano, techniki holograficzne
operują całym obrazem jako jednostką zapisu informacji. Ponieważ jeden obraz to
około miliona bitów, dostęp do danych jest bardzo szybki. Maksymalna transmisja
danych w najnowszych napędach CD-ROM (50×-54×) to około 7-7,5 MB/s, a dla
krążków DVD (10-12×) wynosi ona 10 MB/s. W układach holograficznych transfer
informacji może przekroczyć szybkość 1 GB/s.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 11 -

Podana prędkość jest ograniczona głównie przepustowością układów elektronicznych i
szybkością mechanizmów sterujących odczytem - np. pozycjonowaniem promienia
laserowego czy szybkością odpowiedzi kamery CCD. Sam odczyt hologramu przez
światło odbywa się w trakcie przejścia wiązki przez materiał, czyli praktycznie w czasie
rzeczywistym.

Holograficzny zapis objętościowy

Opisywane metody zapisu hologramów dotyczyły zapamiętywania informacji na
powierzchni nośnika. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystać trzeci wymiar do
zwiększenia gęstości zapisu. Przecież standard DVD dopuszcza stosowanie płyt
dwuwarstwowych.
Technika holograficzna pozwala zapisywać obrazy (dane) w trzech wymiarach.
Należy zaznaczyć, że rozpatrywany jest tutaj trzeci wymiar materiału holograficznego

Nowoczesne nośniki pamięci

- 12 -

(głębokość), a nie trójwymiarowość obrazu holograficznego. Jeżeli materiał, w którym
dokonujemy zapisu hologramu, jest dostatecznie gruby, to można w jednym obszarze
zapisać wiele obrazów.

Interesujący jest fakt, że hologramy objętościowe istnieją zawsze niezależnie od siebie,
a odczytywane są z jednego miejsca - wymagana jest jedynie niewielka zmiana kąta

padania wiązki laserowej. Uzyskiwana obecnie rozdzielczość kątowa wynosi 0,04
stopnia. Przewiduje się, że w niedalekiej przyszłości hologramy będą mogły być
zapisywane pod kątami różniącymi się od siebie zaledwie o 0,001 stopnia. Bardzo
ostrożne oszacowanie pojemności takiego przyszłościowego nośnika pozwala
przypuszczać, że w 1 cm

zmieści się ponad 10

bitów informacji.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 13 -

Odczyt i zapis informacji na dysku holograficznym

Płyta CD (Compact Disc) jest krążkiem z tworzywa poliwęglanowego, na którym
znajduje się pojedyncza spiralna ścieżka. Jest ona zbiorem mikroskopijnych wgłębień i
wypukłości, zwanych pitami oraz landami. Całość pokryta jest cienką warstwą
aluminium lub złota. W klasycznym napędzie CD-ROM wiązka lasera odbija się od
warstwy aluminium. Jeżeli promień trafi na zagłębienie (pit), to zostanie on
rozproszony. Jeżeli odbicie nastąpi od obszaru płaskiego (land), wówczas strumień

kierowany jest do komórki fotoelektrycznej oraz zamieniany na ciąg zrozumiałych
przez komputer zer i jedynek. Identycznie działają napędy DVD, z tym że wykorzystują
one krótszą długość fali światła laserowego. Dzięki tej modyfikacji zmniejszono
szerokość ścieżki oraz wielkość pitów i landów, co doprowadziło do zwiększenia
pojemności płyty. Dodatkowym ulepszeniem - zastosowanym dla standardu DVD - jest
wprowadzenie krążków dwuwarstwowych - w zależności od potrzeb wiązka lasera jest
ogniskowana na jednej lub na drugiej warstwie nośnika.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 14 -

Rys. 2. W tradycyjnym napędzie CD-ROM lub DVD--ROM odczyt danych
odbywa się za pomocą jednego fotodetektora.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 15 -

Ponieważ kompletny hologram (obraz) zajmuje na powierzchni płyty holograficznej
obszar równoważny (lub mniejszy) jednemu pitowi, to na spiralnej ścieżce można
ulokować miliony "fotografii". Tak więc konstrukcja płyty holograficznej w niczym nie
rożni się (poza użytym jako nośnik materiałem) od krążka CD. Oznacza to,

że

modyfikacja klasycznego napędu CD-ROM, tak aby mógł odczytywać płyty

holograficzne, sprowadza się do zastąpienia pojedynczego fotodetektora matrycą
światłoczułą o rozdzielczości np. 1024×1024 piksele. Wówczas z jednego miejsca na
płycie zamiast bitu odczytuje się jednocześnie 1 megabit danych.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 16 -

Rys. 3. W przypadku napędów pamięci holograficznych pojedynczy
fotodetektor zastąpiony zostaje matrycą elementów światłoczułych.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 17 -

Techniczna realizacja zapisu holograficznego również nie nastręcza większych
trudności. Na rysunku 4 przedstawiono jedno z możliwych rozwiązań. Sygnał z diody
laserowej jest rozszczepiony na dwie wiązki - referencyjną i sygnałową.
Zapamiętywany obraz zostaje nałożony na wiązkę sygnałową za pomocą modulatora
ciekłokrystalicznego SLM (Spatial Light Modulator). Jego zadaniem jest wprowadzenie

cyfrowo zapisanej informacji do fali świetlnej. Element SLM zamienia dane przesyłane z
komputera na matrycę (np. 1024×1024) punktów - ciemny punkt to jedynka, a jasny
zero. Następnie niosąca informacje wiązka sygnałowa interferuje z wiązką odniesienia
na powierzchnii płyty holograficznej. Dalej proces zapisu przebiega teraz identycznie
jak przy wypalaniu płyty CD-R, z tą różnicą, iż teraz najmniejszą jednostką informacji
jest cały obraz (1024×1024 piksele, czyli 1 Mbit danych), a nie pojedynczy bit. Obecnie
produkowane modulatory SLM są w stanie w ciągu sekundy wyświetlić 1000 obrazów z

rozdzielczością 1024×1024 pikseli.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 18 -

Rys. 4. Przy zapisie informacji na dysku holograficznym "fotografowany"
przedmiot zastępuje modulator ciekłokrystaliczny, który zamienia dane na
dwuwymiarowy wzorzec - matrycę składającą się z ciemnych i jasnych
punktów.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 19 -

W zależności od użytego jako nośnik materiału holograficznego, informacja w postaci
hologramu może być wprowadzona na trwałe (odpowiednik płyty CD-R) lub po pewnym
czasie skasowana (płyty CD-RW).
Zapis świetlny jest wciąż udoskonalany, tak aby ograniczyć obszar potrzebny do
zapamiętania jednego hologramu. Już teraz zaawansowane techniki pozwalają zapisać

hologram na powierzchni o średnicy 300 nm, dochodząc do fizycznej bariery możliwości
związanych z wykorzystaniem światła widzialnego. Dalsze zwiększanie gęstości zapisu
możliwe jest jedynie poprzez wykorzystanie krótszych fal elektromagnetycznych, np. z
zakresu dalekiego ultrafioletu, lub całkowitą zmianę technologii składowania danych.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 20 -

PAMIĘCI FLASH

Kilkanaście lat temu wprowadzono na rynek chipy EEPROM - Electrically Erasable
Programmable Random Access Memory, czyli elektrycznie kasowa(l)ne, programowalne
pamięci ROM. Do dziś montowane są one pod maską każdego komputera - właśnie w
nich zaszyty jest pecetowy BIOS. A przenośne pamięci flash to nic innego jak takie
właśnie EEPROM-y, tylko nieco nowocześniejsze - pamięci te można kasować blokowo,
dzięki czemu proces ten jest znacznie szybszy.
Niestety, na rynku nie ma jednego standardu. Dostępnych jest pięć różnych

rozwiązań, wzajemnie niekompatybilnych. Kartę musimy więc dopasować do
urządzenia, które posiadamy, do rzadkości należą bowiem sytuacje, by aparat cyfrowy
czy kamera były wyposażone w gniazda dwóch różnych nośników pamięci.

Konstrukcja pamięci flash jest prosta jak budowa tranzystora polowego. Komórka flash
to w zasadzie taki właśnie kawałek struktury półprzewodnikowej, tyle że odrobinę

Nowoczesne nośniki pamięci

- 21 -

nietypowy. Normalny tranzystor polowy składa się z trzech warstw półprzewodnika:
źródła, bramki i drenu. Zmiana potencjału na bramce steruje przepływem prądu z
drenu do źródła. W pamięci flash bramkę podzielono na dwie części, rozdzielając ją
cieniutką warstwą izolatora (tlenku krzemu). Jedna część - odseparowana od reszty
tranzystora - nazywana jest bramką kontrolną, druga, połączona ze źródłem i drenem -
bramką pływającą.

Po przyłożeniu odpowiednio dużego napięcia do drenu tak zwany efekt tunelowy
(zjawisko kwantowe) powoduje przedostanie się elektronów ze źródła do bramki
pływającej i uwięzienie ich na izolatorze. W ten sposób programujemy (zapisujemy)
dane w pamięci. Elektrony nie ulecą z komórki nawet po zaniku zasilania, uwięzione
barierą potencjałów wytworzoną na styku półprzewodnika (bramka pływająca) i
izolatora. W zależności od tego, ile z nich znajduje się w pułapce - taki mamy "stan"
pojedynczej celi. Jeśli ładunków mamy dużo - hamują one przepływ prądu ze źródła,

jeśli nie ma ich wcale - na wyjściu dostajemy maksymalne napięcie.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 22 -

Odczyt realizowany jest na zasadzie porównania napięcia otrzymywanego na
drenie tranzystora z

napięciem wzorcowym. Jeśli poziom przekracza wartość

wzorcową, oznacza to jedynkę, jeśli nie - zero. W nowoczesnych pamięciach typu MLC
(MultiLevel Cell Technology) dzięki precyzyjnym mechanizmom dozowania elektronów i
porównywania potencjału możliwe jest zapamiętywanie i sprawdzanie nie jednego, lecz

kilku poziomów napięć w pojedynczej celi. Dzięki temu w jednym tranzystorze można
zapisać więcej niż jeden bit informacji. Pozwala to zwiększyć ilość zapamiętywanych
danych bez konieczności przebudowy struktury krzemowej samej pamięci.
Kasowanie to ostatnia operacja, jaką można wykonać na komórce pamięci flash.
Realizujemy to bardzo prosto, usuwając elektrony z powierzchni dielektryka (izolatora),
czyli, inaczej mówiąc, zapisując w tranzystorze same jedynki.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 24 -

CompactFlash (CF)

Karty CF to najstarsze pamięci flash. Pierwsze wprowadziła firma SanDisk w roku 1994.
Mają mocną pozycję - zdobyły ponad 60 procent rynku wszystkich nieulotnych pamięci
przenośnych. Są zgodne ze standardem PCMCIA oraz ATA/IDE, dzięki czemu do
podłączenia ich do notebooka bądź peceta wystarczy tani adapter z minimalną ilością
elektroniki. Za to udogodnienie płacimy relatywnie dużymi rozmiarami i wagą, ale z
drugiej strony karty te są zazwyczaj bezproblemowe, jeżeli chodzi o kompatybilność.
Każda może być zasilana jednym z dwóch napięć 3,3 V albo 5 V (sama rozpozna, jakie

napięcie udostępnia aparat czy inne urządzenie). Można co prawda spotkać jeszcze
starsze karty obsługujące tylko jedno napięcie, są one jednak rzadkością.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 25 -

Maksymalna pojemność dostępnych kart CompactFlash wynosi obecnie 1 GB, zadowoli
więc ona nawet bardzo wymagających użytkowników. Nie zadowoli ich natomiast z
pewnością cena, która w przypadku dużych pamięci rośnie szybciej niż pojemność.
Oznaczenia na kartach typu 8x, 12x nawiązują do prędkości pracy napędów
optycznych CD-ROM. Oznacza to deklarowaną przez producenta prędkość pracy karty
wyrażoną liczbą, przez którą należy pomnożyć wartość 150 KB/s, czyli prędkość

transferu z nośnika CD 1x.
Kupując kartę CompactFlash, zwróć uwagę, czy ma certyfikat CFA (Compact Flash
Association). Jest to organizacja ustanawiająca standardy dla producentów urządzeń
pracujących na kartach CF. Jeżeli na karcie widnieje napis "Digital Film Compilant",
możemy mieć pewność, że cyfrowy aparat będzie z nią pracował. Zazwyczaj na
pudełku powinien być również tekst typu: "Redefining Film & Data Storage" i lista
urządzeń, z którymi współpracuje pamięć.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 26 -

Decydując się na konkretny model, trzeba też sprawdzić, czy jest to typ I czy II.
Różnica polega przede wszystkim na grubości kart. Typ I ma 3,3 mm grubości, a II - 5
mm.Niektóre karty CF wyposażone są dodatkowo w kontroler USB. Sam czytnik USB
można w takim przypadku sprowadzić do postaci jedynie kabelka i gniazda na kartę.

SmartMedia (SM)

SM to jedne z najlżejszych i najcieńszych kart typu flash. Ich grubość nie przekracza

0,76 mm, a waga - 2 g. Jednocześnie mają one również największą powierzchnię, co
przy niewielkiej grubości czyni te karty dość delikatnym medium. Maksymalna
pojemność dostępnych obecnie modeli to zaledwie 128 MB, w niektórych
zastosowaniach może nie być wystarczająca. Produkowane są w dwóch wersjach
różniących się zasilaniem: 3,3 V albo 5 V w starszych konstrukcjach.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 27 -

Karty w zależności od napięcia mają ścięty inny róg obudowy - 3,3-woltowe lewy, a 5-
woltowe - prawy.
Pamięci różnych producentów pobierają prąd w ilościach różniących się nawet o
50%. Nie jest to bez znaczenia, szczególnie jeśli pracujemy na bateriach. Dla kart SM

pobór mocy waha się średnio w granicach 10 - 40 mA.
SM dobrze sprawdzą się wszędzie tam, gdzie liczy się przede wszystkim odczyt
danych, czyli np. w odtwarzaczach MP3. Jeśli mamy takie urządzenie i potrzebujemy
dodatkowej pamięci, wówczas kartę możemy w zasadzie wybrać w ciemno. Kupując SM
do aparatu cyfrowego czy, palmtopa trzeba uważać na prędkość zapisu. Szczególnie w
przypadku kilkumegapikselowych "cyfraków" czas zapisu zdjęcia może się wydłużyć
nawet o 100%.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 28 -

MultiMedia Card (MMC) i Secure Digital (SD)

Karty MMC są najmniejsze spośród wszystkich przenośnych pamięci nieulotnych,
zarówno pod względem gabarytów, jak i wagi. Stanowią wynik współpracy dwóch firm
Siemens i SanDisk. Powstały w roku 1997. Ich niewielkie rozmiary predestynują je do
zastosowań w odtwarzaczach MP3, kamerach wideo, odbiornikach GPS i telefonach
komórkowych.

Secure Digital (SD) stanowią rozwinięcie kart MMC. Są nieco grubsze, jednak pozostałe

wymiary "pasują", dzięki czemu dość dużo urządzeń obsługuje oba typy kart. Niemniej
trzeba uważać i zawsze przed zakupem sprawdzić, czy w posiadanym przez nas
urządzeniu karta będzie działała. SD zostały pomyślane do zastosowań audio-wideo (są
powszechnie stosowane w kamerach cyfrowych do zapisu zdjęć i filmów MPEG-4).
Zaimplementowano w nich mechanizmy zapobiegające nielegalnemu kopiowaniu
utworów chronionych prawami autorskimi.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 29 -

W efekcie karty SD mają siedem wyprowadzeń (MMC tylko pięć). Dwa dodatkowe służą
właśnie do przesyłania sygnałów umożliwiających sprzętowe kodowanie oraz
dekodowanie zabezpieczonych utworów. SD wyposażone są dodatkowo w zatrzask
pozwalający mechanicznie zabezpieczyć je przed zapisem i

przypadkowym

skasowaniem ważnych danych.

Mimo małych gabarytów owych kart producentom udało się "upchnąć" na
niewielkiej powierzchni nawet 256 MB pamięci, a SanDisk zapowiada wprowadzenie
pod koniec roku kart 512-megabajtowych.

SD są nawet dwukrotnie szybsze od MultiMedia Card (przy odczycie), ale, niestety, nie
dorównują ani pamięciom SmartMedia, ani CompactFlash. Mimo to transfery z karty na

poziomie 2 MB/s można uznać za całkiem przyzwoite.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 30 -

MMC pracują już tylko z prędkością 1 MB/s, co pozostawia je w stosunku do innych
technologii daleko w tyle. Z zapisem jest, niestety, znacznie gorzej.
Najszybsza karta SD zapisuje dane z prędkością 885,8 KB/s, a najwolniejsza (SanDisk
MMC 32 MB) - zaledwie 88,6 KB/s. To ponad 36 razy słabiej od najszybszego w zapisie

MicroDrive'a!
Karty SD/MMC zawsze dobrze współpracują z czytnikami obsługującymi je poprzez
przejściówkę (np. SD->CF). Zdarza się, że przejściówka obsługuje jedynie karty do
określonej pojemności bądź nie obsługuje kart MMC.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 31 -

Memory Stick (MS)

Sony jest wielką korporacją, którą stać na promowanie i utrzymywanie akcesoriów i
komponentów niezgodnych z "resztą świata". Do znanych wszystkim MiniDisków
dołączyły kasety MicroMV oraz pamięci Memory Stick, niemal niestosowane w
urządzeniach innych producentów.

Zalety kart typu Memory Stick to przede wszystkim niewielka waga i rozmiary. Do wad
należy zaliczyć, niestety, słabą wydajność. Urządzenia te charakteryzują się

najsłabszym odczytem spośród wymienianych pamięci, a zapis niewiele przekracza
możliwości kart MultiMedia Card.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 32 -

MicroDrive (MD)

Miniaturowy dysk firmy IBM nie jest pamięcią typu flash. Został jednak przez nas
przetestowany, ponieważ montuje się go w obudowie zgodnej ze standardem
CompactFlash II i przez wiele osób uznawany jest za niezłą alternatywę dla kart typu
CF. Podstawowa zaleta MicroDrive'a to duża pojemność. Pierwsze, najmniejsze dyski
oferowały 170 MB, w chwili gdy na rynku królowały karty flashowe o wielkości 8-32
MB. Później pojawiły się modele 340-megabajtowe. Dziś dostępne są już dyski drugiej
generacji o pojemności 512 MB i 1 GB.

Podstawowy atut MD to cena. Obecnie za największy gigabajtowy napęd zapłacimy
prawie czterokrotnie mniej niż za nośnik CF o identycznej pojemności! Kolejną zaletą
MD są bardzo dobre (w porównaniu z innymi pamięciami flash, nie dyskami oczywiście)
parametry: najwyższa prędkość zapisu i bardzo dobry odczyt (trzecie miejsce) - oba
przekraczające 3 MB/s.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 33 -

Wadami są duży czas dostępu oraz nieco większe zużycie prądu w trakcie pracy, które
jednak w praktyce nie przekłada się jednoznacznie na czas pracy akumulatorów -
wbrew pozorom skraca się on jedynie o kilkanaście procent w przypadku napędów
drugiej generacji (512 MB i 1 GB).
Dysk jako urządzenie mechaniczne, wymaga tego, by obchodzić się z nim

delikatnie. Pod tym względem pamięci typu flash są o wiele bardziej odporne na
gwałtowne przeciążenia. Decydując się na MD powinniśmy sprawdzić dwie rzeczy - po
pierwsze, czy nasze urządzenie obsługuje pamięci CF typu II oraz czy jest w stanie
dostarczyć prąd rzędu 300 mA (szczytowo nawet 500 mA). Nawet jednak jeśli oba
warunki są spełnione, lepiej wykonać praktyczny test i sprawdzić, czy np. aparat będzie
pracował bez problemu.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 34 -

Podsumowanie kart flash

Wybór kart dostępnych na rynku jest dość duży. Jak widać, można trafić na modele,
które parametrami pracy nie spełnią naszych oczekiwań. Wszystkie karty flash w
czytnikach USB zwalniają. Transfery nie przekraczają 1 MB/s, bo wąskie gardło stanowi
tu sam interfejs USB. Jeśli więc chcemy w pełni wykorzystać tkwiące w kartach
możliwości, powinniśmy nabyć nieco droższy, lecz znacznie szybszy czytnik FireWire
bądź USB 2.0.
O ile czytnik zmienić jest nieco łatwiej, o tyle sam aparat bądź kamerę wybieramy

najczęściej raz na długi czas. A jak się okazuje, tutaj także są różne mechanizmy
obsługi kart i różne prędkości zapisu. Profesjonalne aparaty zapisują dane na kartach,
wykorzystując niemal w pełni oferowaną przepustowość. Słabsze i starsze modele robią
to znacznie wolniej.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 35 -

PAMIĘCI OPTYCZNE

Do pamięci optycznych zaliczyć należy wszelkie te formy pamięci, w których odczyt i

interpretacja zapisanych danych odbywa się na drodze optycznej (najczęściej z
wykorzystaniem laserów). W celu odczytania danych emitowane jest promieniowanie w
zakresie widzialnym lub bliskim widzialnemu (np. podczerwień, nadfiolet) w kierunku
nośnika danych. Na powierzchni lub wewnątrz nośnika dochodzi do interakcji
promieniowania z materiałem i w zależności od właściwości tego materiału określona
część promieniowania zostaje odbita. Odbite promieniowanie jest interpretowane przez

właściwe elementy optyczne (np. fotodiody) do postaci bitów. W bardzo uproszczonym
schemacie działania pamięci optycznej można przyjąć, że materiał z jakim oddziałuje
promieniowanie odbija (wartość bitu = 0) lub nie odbija (wartość bitu = 1)
promieniowania. Poniżej zaprezentowano rysunek ilustrujący proces odczytu danych
dla pamięci optycznych.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 36 -

Proces odczytu płyty CD-ROM. Widok płyty CD-R.

Na rysunku tym przedstawiono nośnik zawierający warstwę odblaskową ukrytą w
podłożu ją zabezpieczającym. Padające światło na dany punkt warstwy odblaskowej
ulega odbiciu od tej warstw co jest rejestrowane przez czujnik promieniowania. W
przypadku gdy rozpatrywany punkt jest zaczerniony (zmienione są właściwości
odblaskowe) wówczas promieniowanie ulega rozproszeniu i nie jest odbijane od

Nowoczesne nośniki pamięci

- 37 -

warstwy odblaskowej. W wyniku skanowania wszystkich punktów umieszczonych na
danej ścieżce uzyskuje się zróżnicowanie amplitudy sygnału elektrycznego
generowanego przez czujnik promieniowania proporcjonalnie do rejestrowanego
promieniowania. Nośnikiem informacji jest zatem warstwa odblaskowa o
modyfikowanych właściwościach odblaskowych.

Typowe realizacje pamięci optycznych to dyski kompaktowe (krążki) o średnicy 12cm
(czasem 8cm) oznaczane skrótem CD (Compact Disc). Grubość typowego dysku
wynosi 1,2 mm. Na dysku znajduje się jedna spiralna ścieżka. Do odczytu danych
stosuje się laser o długości emitowanego promieniowania w zakresie 780 nm - 790 nm,
co w rezultacie daje stosowany odstęp pomiędzy kolejnym ścieżkami rzędu 1600 nm
oraz długość punktu zaczernienia (plamki) rzędu 840 nm - 3560 nm. Pierwsze

zastosowanie krążków CD to znane obecnie płyty CD zawierające cyfrowy zapis
muzyki. Dyski takie oznaczane są często skrótem CD-Audio.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 38 -

Dla potrzeb przechowywania danych opracowano wersję krążków CD oznaczaną jako
CD-ROM. Dyskietki te o pojemności 650-680MB mają charakter pamięci ROM, czyli są
zapisywane jednokrotnie poprzez wytwórcę dyskietki. Stosowane napędy odczytujące
CD-ROMy oznaczane są najczęściej poprzez podanie wielokrotności podstawowej
szybkości transmisji danych (szybkości odczytu danych) wynoszącej 150kB/s.
Przykładowo, oznaczenie czytnika dyskietek kompaktowych (lub potocznie kompaktów)

jako 36x oznacza zdolność tego urządzenia do odczytu danych z płyty CD z prędkością
36x150kB/s, czyli 5,4MB/s. Obserwuje się stały postęp w zwiększaniu szybkości
odczytu danych z płyt CD (dostępne są już czytniki CD z prędkością 50x). Średni czas
dostępu dla płyt CD jest ciągle jeszcze większy niż dla dysków stałych i waha się w
granicach 400ms-30ms.

Podobnie jak dla pamięci półprzewodnikowych ROM również dla płyt CD stworzono
możliwości zapisu tych pamięci. Kolejnym krokiem rozwoju po CD-ROM były płyty CR-R

Nowoczesne nośniki pamięci

- 39 -

(CD Recordable). Płyty te (podobnie jak pamięci PROM) umożliwiają jednokrotne
zapisanie przez użytkownika płyty i wielokrotny odczyt (WORM - Write Once Read
Many, raz zapisz, czytaj wielokrotnie). Konstrukcja płyty CD-R tylko nieznacznie różni
się od płyty CD-ROM, wprowadzając dodatkową warstwę, którą można jednokrotnie
odpowiednio zaczerniać za pomocą lasera w procesie zapisu danych. Kolejny postęp w
rozwoju dyskietek CD to format CD-RW (ReWritable) umożliwiający wielokrotny zapis i

odczyt. Zastosowano tu połączenie dwóch technik magnetycznej i optycznej. Szerzej
na temat tej technologii w kolejnym podrozdziale poświęconym pamięciom
magnetooptycznym. Większość obecnie dostępnych napędów CD umożliwia odczyt
wszystkich formatów CD, a więc CD-Audio, CD-ROM, CD-R oraz CD-RW.

Ze względu na potrzeby nośnika umożliwiającego przechowywanie w postaci cyfrowej
nie tylko muzyki lecz również filmu rozpoczęto prace nad nową wersją płyty CD
oznaczaną jako CD-DVD. Obecnie nośnik DVD (Digital Video Disk albo Digital Versatile

Nowoczesne nośniki pamięci

- 40 -

Disk) w połączeniu z kompresją danych, stosowane są z powodzeniem do zapisu
wysokiej jakości filmów i dźwięku przestrzennego. Dla potrzeb składowania danych
opracowano szereg wersji płyt DVD-ROM:

•

jednostronne, jednowarstwowe o pojemności 4,7GB;

•

jednostronne, dwuwarstwowe o pojemności 8,5 GB;

•

dwustronne, jednowarstwowe o pojemności 9,4 GB;

•

dwustronne, dwuwarstwowe o pojemności 17GB.

Dysk DVD-ROM posiada identyczne rozmiary geometryczne jak dysk CD-ROM niemniej

w celu osiągnięcia wyższych pojemności wprowadzono kilka istotnych zmian:

•

zastosowano lasery o krótszej długości fali promieniowania (635nm-650nm) co
umożliwiło skrócenie odstępu między ścieżkami do 740 nm oraz pomniejszenie
rozmiaru długości plamki zaczernienia do około 400nm;

•

zastosowano zmniejszoną o połowę grubość warstwy informacyjnej (odblaskowej)

co umożliwia zastosowania dodatkowej warstwy (zapis dwustronny),

Nowoczesne nośniki pamięci

- 41 -

•

zastosowano dodatkowe warstwy odblaskowe o innych właściwościach
odblaskowych, dzięki czemu możliwe stało się zastosowanie dwóch różnych
długości fal do odczytu danych w tym samym czasie (zapis dwuwarstwowy).

Podobnie jak dla nośników CD istnieją wersje CD-R tak dla DVD opracowano wersję
wielokrotnego zapisu o nazwach DVD-RAM oraz DVD-RW. Proponowane na rynku
nośniki DVD-RAM umożliwiają zapis do 2,6 GB w wersjach jednostronnych lub 5,2 GB
w wersjach dwustronnych (np. Creative, Panasonic, Samsung, Toshiba). Czas dostępu
dla tych rozwiązań jest rzędu 120ms (DVD-ROM - 80ms), a szybkość transmisji danych
wynosi 3MB/s (20x). Dla DVD-RW powstał w 1999 roku standard ECMA 274 opisujący
jednostronne oraz dwustronne nośniki i metody zapisu danych DVD-RW. Zgodnie ze
standardem pojemności dysków wynoszą 3GB / stronę. Dostępne są już napędy

obsługujące zapis DVD-RW, jak np. DVD Writer 3100i firmy Hewlett Packard.
Stosowane napędy DVD umożliwiają również odczyt wszystkich typów CD.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 42 -

Trwają obecnie badania nad nowymi wersjami pamięci optycznych. Do najbardziej
obiecujących należy zaliczyć technologię o nazwie FMD (Fluorescent Multilayer Disk)
wykorzystującą fluorescencję w procesie odczytu danych. Pierwsze produkty o nazwie
FMD-ROM łamią barierę jaką napotkały dyski DVD-ROM, związaną z maksymalną
ilością warstw. Dla dysku FMD możliwe jest zastosowanie wielu warstw, każda
charakteryzująca się innym oddziaływaniem z promieniowaniem generowanym przez

laser czytający (różne materiały fluorescencyjne). W wyniku oddziaływania lasera
emitowane jest z różnych warstw promieniowanie widzialne (w wyniku fluorescencji) o
różnych długościach fal. Ta różnorodność umożliwia określenie warstwy skąd dane
promieniowanie jest emitowane. Dyski FMD-ROM składają się z 10 warstw o
pojemnościach 14GB na warstwę. Oznacza to łączną pojemność rzędu 140GB. Firma
C3D, twórcy technologii, szacuje że możliwe będzie wykorzystanie nawet 100 warstw w
jednym krążku FMD (krążek o rozmiarach identycznych z CD), co daje pojemność

ponad 1TB!

Nowoczesne nośniki pamięci

- 44 -

PAMIĘCI MAGNETOPTYCZNE

Pamięci magnetooptyczne

Kolejnym krokiem na drodze rozwoju pamięci było powiązanie technologii pamięci
magnetycznych i optycznych. Powstały w ten sposób, bardzo popularne w systemach
archiwizacji danych w medycynie, dyski magnetooptyczne (MO - Magneto - Optical). W
procesie zapisu dysku wykorzystuje się wiązkę lasera w celu podgrzania punktu
struktury dysku, a przykładane odpowiednie pole magnetyczne powoduje utrwalenie
zapisu danych. Zapis danych ma więc charakter magnetyczny. Odczyt polega wyłącznie
na badaniu interakcji wiązki lasera z nośnikiem, co objawia się oceną zmiany kąta

polaryzacji wiązki lasera odbitej od warstwy magnetycznej. Specyficzny mechanizm
zapisu danych na dyskach MO posiada niezwykłą zaletę dotyczącą trwałości dysku.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 45 -

Trwałość zapisu na takim dysku ocenia się na co najmniej 30 lat (w celu zniszczenia
zapisu konieczne jest albo uszkodzenie mechaniczne, lub jednocześnie działające pole

magnetyczne i wysoka temperatura). Do najbardziej popularnych wersji dyskietek MO
należy zaliczyć:

•

dyski MO o pojemności 128MB, 230MB, 540MB i 640MB (3,5 cala) – rysunek
poniżej;

•

dyski CD-RW o pojemności 650MB (12 cm);

•

dyski MO (RW i WORM, 5 1 cala) o pojemności 1,2GB; 1,3GB; 2,3GB; 2,6 GB;
4,8GB i 5,2GB.

Nowoczesne nośniki pamięci

- 46 -

Widok nośnika magnetooptycznego

Nowoczesne nośniki pamięci

- 47 -

PORÓWNANIE KART FLASH

Porównanie parametrów standardów pamięci przenośnych

Parametr/kart
a

CompactFlas
h

SmartMedi
a

MicroDrive

Memory
Stick

Secure
Digital /
MultiMedia
Card

Wymiary
dł.xszer.xwys.
[mm]

42,8x36,4x3,3
(I),
42,8x36,4x5
(II)

47x45x0,76

42,8x36,4x
5

50x21,5x2,8

32x24x2,1
(SD),
32x24x1,4
(MM)

Waga [g]

11,4 2 16 4 2/1,5

Zasilanie

3 V i 5 V

5 V lub 3,3 3,3 V i 5 V 3,3 V

3,3 V

Nowoczesne nośniki pamięci

- 48 -

Pobór prądu

(spoczynek)
[microA]

200-500 100

650 (I

generacja)
200 (II
generacja)

b.d. 100

Pobór prądu

(praca) [mA]

20-35 10 200-280

45 35

Typowa
pojemność
[MB]

8-1024 4-128 170-1024

4-256

4-512 (1024
w 2. kw.
2002)

Zastosowanie

Aparaty
cyfrowe

Canon, Nikon,
Pentax,

Olympus,
Fuji (30%

Canon,
Nikon,

Sony

Toshiba,
Panasonic,

Nowoczesne nośniki pamięci

- 49 -

Kodak, Casio
(60% rynku)

rynku) Pentax,

Kodak,
Casio

HP, Minolta

Kamery
cyfrowe

- -

Sony

Wszyscy
producenci
(poza Sony)

Odtwarzacze
MP3

10% rynku

30% rynku Rzadko

Sony

60% rynku

Telefony
komórkowe

- -

Sony

Siemens,
Nokia

Drukarki

HP, Epson

Epson
(z adapterem
)