Armazenamento Óptico Inhaúma Neves Ferraz

Apresentação em tema: "Armazenamento Óptico Inhaúma Neves Ferraz"— Transcrição da apresentação:

1 Armazenamento Óptico Inhaúma Neves Ferraz ferraz@ic.uff.br
Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal Fluminense

2 Sumário Introdução Formatos de Gravação Codificação
Conceito Mídia e dispositivos Tipos de armazenamento Formatos de Gravação Codificação Tratamento de erros Modos de gravação de CD Discos Re-graváveis DVD

3 Conceito O armazenamento óptico é feito utilizado feixes de luz (laser) refletidos e captados por células foto-elétricas Normalmente o meio utilizado é um disco O dispositivo utilizado também possui as chamadas cabeças de leitura e gravação

4 Mídia e dispositivos O sistema de posicionamento dos discos ópticos (D.O) permite deslocar a cabeça tanto no sentido horizontal, como no vertical O deslocamento horizontal é feito em duas etapas, uma com ajuste grosso, e outra com ajuste fino, permitindo assim a localização exata da cabeça em cima da trilha O deslocamento vertical é necessário para que o foco do laser esteja no plano exato do meio de armazenamento

5 Mídia e dispositivos

6 Mídia e dispositivos O conjunto da cabeça do D.O. não precisa magnetizar as áreas da camada de gravação, mas a emissão de um diodo laser ( com comprimento de onda de 830 mm) forma pequenas depressões (entre 0,12 e 0,64  ) na superfície do meio de armazenamento, que serão detectadas durante a leitura Um sistema óptico, formado por várias lentes, permite detectar o grau de refletividade da emissão eletromagnética do diodo laser, causado pelas depressões

7 Mídia e dispositivos O meio de armazenamento óptico tem um substrato de policarbonato e uma camada metálica muito fina, de gravação sensível à temperatura (telúrio, alumínio) , sendo que a cabeça fica a alguns milímetros de distância O diodo laser é utilizado como fonte de energia para produzir as depressões (pits), durante a gravação e é também utilizado como fonte de luz, que uma vez refletida pelas depressões , é detectada pelos foto-sensores e convertida em informações digitais

8 Mídia e dispositivos

9 Tipos de Armazenamento
Existem três tipos de meios de armazenamento os que apenas podem ser lidos e não gravados (CD_ROM) os de escrita única e várias leituras (WORM) os de livre leitura e gravação (re-graváveis) As unidades de CD-ROM (Compact Disc ROM) são utilizadas de maneira similar aos "Audio Compact Disk", isto é, o uso deles pressupõem a disponibilidade de discos já gravados

10 Tipos de Armazenamento
A duplicação de CD-ROM é feita a partir de um padrão em vidro, passando pelos processos de fabricação da matriz, injeção do substrato, de posição da camada metálica de leitura, instalação da cobertura e embalagem As unidades WORM ( "Write Once Read Many") utilizam os meios de armazenamento pré-formatados, mas não gravados O usuário grava a sua informação uma só vez e se comete erro, ou quer atualizar a mesma, grava uma segunda vez, ocupando mais uma área de disco

11 CD-ROM

12 Cortes de Discos Ópticos

13 Formatos de gravação Técnicas de gravação de discos ópticos
velocidade angular constante velocidade linear constante. Para a velocidade angular constante as seqüências de "pits" e "lands" são gravadas em trilhas concêntricas de igual capacidade e o acionador de disco tem rotação uniforme Para a velocidade linear constante as seqüências de "pits" e "lands" são gravadas em uma única trilha em espiral e o acionador de disco tem rotação variável

14 Formatos de gravação Pulsos de laser
Laser produz aumento momentâneo de temperatura na trilha A refletividade muda com a variação de temperatura por decomposição da cera ou mudança de estado amorfo-cristalino 14

15 Formatos de gravação 15

16 Compact Disc Primeiros Discos Ópticos
Patenteados em 1970 por James T. Russell Produção em massa em 1985 (Philips e Sony) Usa código de correção de erros de Reed – Solomon. Densidade de dados: ~ 1Mbyte/mm2

17 Formatos de gravação A trilha do CD-ROM tem um padrão espiral, e um acesso a trilhas distantes requer um tempo maior devido à necessidade do deslocamento da cabeça ótica e mudanças de rotação do disco A capacidade de acessar trilhas próximas sem deslocamento do mecanismo de leitura é chamada de "span" e o número de trilhas que podem ser acessadas dessa forma é chamada "span size“ Nos drives de CD-ROM atuais o "span size" é superior a 60 trilhas

18 Codificação de dados Tratamento de seqüências de zeros e uns em ambiente sujeito a ruídos é problemático Nas comunicações utiliza-se a técnica de “bit stuffing” Nos disco ópticos utiliza-se a técnica EFM ou “Eight-to-Fourteen Modulation”

19 Bit Stuffing delimitador do quadro : seis bits 1 em seqüência ( ) se o texto contiver uma seqüência de cinco 1's seguidos, um bit 0 é inserido para evitar confusão com um delimitador de quadro Na recepção é retirado todo zero depois de uma seqüência de cinco 1's

20 EFM ou “Eight-to-Fourteen Modulation”
Utiliza o mesmo tipo de codificação NRZ diferencial de comunicação de dados Modula oito bits em 14 Não são permitidas: Longas seqüências de “1” por dificuldade de detecção Longas seqüências de zeros por problemas de sincronização Requisitos a obedecer: Deve haver pelo menos dois “0” entre dois “1” Seqüências de “0” não podem ter comprimento maior do que 10

21 EFM Requisitos 1 e 2 obrigam a, das 2^14 code words possíveis, só 267 serem aceitas (>256) Entre duas code words são usados 3 bits adicionais pois os requisitos 1 e 2 não valem entre code words adjacentes 8 bits passam a ser codificados em 17 bits

22 Exemplo de codificação EFM
22

23 Exemplo de codificação de 226 e 186

24 Extrato de tabela EFM

25 Tratamento de Erros A poluição, os “riscos” e as marcas de dedos podem causar erros na leitura ótica Os erros usualmente ocorrem juntos (em “rajada” ou”burst”) 25

26 Tratamento de Erros O número de code words é pequeno
Pode-se distanciar bem umas das outras A correção de erros se faz pela distância mínima de Hamming 26

27 CD-ROM Modo 1 (Dados) Composição de um bloco
12 bytes de sincronização (início do bloco) 4 bytes de header (minuto, segundo, número do bloco e modo) 2048 bytes de dados 4 bytes do código de detecção de erros 8 bytes sem uso 276 bytes de código de correção de erros

28 CD-ROM Modo 2 (não dados)
Composição de um bloco 12 bytes de sincronização (início do bloco) 4 bytes de header (minuto, segundo, número do bloco e modo) 2336 bytes de dados

29 Discos Re-graváveis Tecnologias
PCD (Phase Change Dual - Mudança de Fase Dual) Magneto-óptica

30 Tecnologia Mudança de Fase Dual
Mudança de fase de uma superfície para armazenar dados Superfície de gravação possui uma fina camada de telúrio ou selênio que tem a propriedade de existir em dois estados opticamente detectáveis (amorfo e cristalino), dependendo da temperatura Feixe laser 8 miliwatts - cristalização 18 miliwatts - fusão e vitrificação amorfa 1 miliwatt - leitura

31 Tecnologia Magneto-Óptica
Informação é armazenada em domínios magnéticos Nos meios magnéticos os domínios são alinhados longitudinalmente Nos meios magneto-ópticos os domínios são alinhados perpendicularmente à superfície dos discos

32 Tecnologia Magneto-Óptica
temperatura Curie é a temperatura na qual ocorre a de perda da coercitividade feixe de raios laser com 8 miliwatts de potência aquece a camada magnetizável uma bobina de polarização pode reverter a polarização de domínios inicialmente toda a área a gravar é zerada reverte-se o campo magnético e o feixe de laser aquece apenas os domínios que devem receber gravação do bit 1

33 Tecnologia Magneto-Óptica
A leitura é feita por reflexão de feixe de raios laser de baixa intensidade com 1 miliwatt de potência O chamado efeito Kerr consiste na mudança de polarização do feixe de acordo com a orientação do domínio (rotação de menos de 1o) Os materiais magneto-ópticos são compostos de uma terra rara, ou lantanídeo (gadolineo ou térbio), e de um metal de transição (ferro ou cobalto)

34 Tecnologia Magneto-Óptica

35 Tecnologia Magneto-Óptica

36 Tecnologia Magneto-Óptica
Tecnologias MO e Laser Intensify Modulation - Direct Overwrite (LIM-DOW)

37 DVD Pesquisas no início dos anos 1990 Sony, Philips
Digital videodisk mudou para Digital Versatile Disk 1997 é o ano da disseminação

38 De CD até DVD Inovações: Duas camadas Aumento da abertura numérica
Redução da profundidade de foco Melhora da relação sinal/ruído Trilhas mais estreitas Densidade de Dados: ~7 MByte/mm2

39 Tecnologia de Duas Camadas
Benefícios Aumento da durabilidade Aumento da capacidade Perdas Diminuição de S/N Diminuição da densidade de dados

40 Abertura numérica NA = n sin(q/2) Spot size = l/NA

41 Profundidade de Foco (DoF)
DoF = l/NA2 Determina o espaçamento de camadas Afeta S/N; estabelece limite superior para NA

42 Comparação entre DVD e CD
Característica DVD CD Substrato Diam./Esp. 120 x 1,2 mm Lados 1 ou 2 1 Camadas por lado Capacidade (GB) 4,7; 8,54; 9,4; 17 0,7 Pitch de trilha(micron) 0,74 1,6 Pit mínimo(micron) 0,44 0,83 Vel. varredura linear 3,6 m/s 1,3 m/s Comp. onda Laser 635 nm 780 nm Abertura Numérica 0,6 0,45 Modulação 8 to 16 8 to 17 Tamanho do Spot 1058 nm 1733 nm

43 O Futuro