Anatomie d'un lecteur de stockage: lecteurs optiques

C'est magnétique. C'est électrique. C'est photonique. Non, il ne s'agira pas d'un nouveau trio de super-héros dans l'univers Marvel. Il s'agit de nos précieuses données numériques. Nous devons le stocker dans un endroit sûr et stable, d'une manière qui nous permette de le saisir et de le changer plus rapidement que vous ne pouvez cligner des yeux. Oubliez Iron Man et Thor – nous parlons de disques de stockage!

Alors préparons-nous pour le théâtre, nettoyons nos mains et fouillons dans l'anatomie de ce que nous utilisons aujourd'hui pour conserver nos milliers de milliards de bits numériques. Nous avons divisé l'anatomie d'un lecteur de stockage en trois parties, toutes publiées en même temps pour disséquer les disques durs, le stockage à semi-conducteurs et les lecteurs optiques. Suivez les liens ci-dessous pour les lire tous, ainsi que nos précédents travaux publiés sur la série.

Série Anatomie du matériel informatique de

Vous pouvez avoir un ordinateur de bureau au travail, à l'école ou à la maison. Vous pouvez en utiliser un pour établir des déclarations de revenus ou jouer aux derniers jeux; vous pourriez même être en train de construire et de peaufiner des ordinateurs. Mais dans quelle mesure connaissez-vous les composants qui composent un PC?

Aveuglé par la lumière

Vous n'avez pas besoin d'utiliser le magnétisme ou la charge électrique pour stocker des données. Cela peut être fait en utilisant la lumière, ou plutôt la réflexion de celle-ci. D'accord, si tu veux être vraiment spécifique, il est fait en utilisant l'interférence des ondes électromagnétiques infrarouges et visibles, mais ne nous inquiétons pas trop à ce sujet!

Contrairement aux disques durs et aux disques SSD, les supports de stockage optiques sont séparés de l'unité de disque, alors examinons d'abord cela.

L'idée derrière l'utilisation de la lumière et d'un support réfléchissant pour stocker des données numériques a été brevetée pour la première fois en 1970 par un physicien américain, James Russell. Bien que son système ne ressemble en rien à ce que nous utilisons aujourd'hui, le concept global est assez similaire.

De grandes entreprises, telles que Sony et Phillips, ont pris note de son travail et, après de nombreuses querelles, ont autorisé le concept à produire le LaserDisc (1978) et le Compact Disc (1982).

Ce dernier, mieux connu sous le nom de CD, ne pouvait être utilisé que comme un système de stockage unique, ce qui signifie que vous ne pouviez pas supprimer les données stockées, puis y réécrire de nouveaux bits. Ce n'est qu'en 1987 que le premier CD entièrement réinscriptible est apparu sur le marché.

Vers 1995, nous avons mis la main sur une meilleure version du CD. le disque numérique polyvalent (DVD) et il a fallu attendre encore 4 ans avant qu'une version réinscriptible ne sorte. Le système de stockage optique d'aujourd'hui, le disque Blu-Ray (BD) est apparu en 2003 et BD-RE (Blu-ray enregistrable effaçable) est apparu sur les étagères en 2008.

Tout cela est très bien, mais comment ça se passe travail? Jetez un œil à un DVD réinscriptible ci-dessous:

Le matériau de base est un polymère appelé PMMA, utilisé pour fabriquer deux disques de 0,024 pouce (0,6 mm) d'épaisseur. Celui du bas a une couche super mince d'un métal comme l'argent et l'or, et une autre couche d'un matériau à changement de phase.

La réflectivité de ce matériau (la quantité de lumière qui rebondit) dépend de ce phase le matériau est dedans, et il est commuté entre deux états à l'aide d'un petit laser – il chauffe le matériau, le faisant changer. Un motif de taches chauffées sur le disque est défini le long d'une rainure en spirale, tout comme avec un disque vinyle.

Le même laser, mais fonctionnant à un niveau de puissance différent, est ensuite utilisé pour balayer le long de cette rainure, pendant que le disque tourne. Lorsque le faisceau laser frappe le motif de taches, la quantité de lumière réfléchie détermine si les données stockées sont un état 0 ou 1.

Plus la rainure en spirale est longue et plus les points sont rapprochés, plus vous pouvez insérer de données sur le disque; cependant, plus les rainures et les taches sont petites, plus la lumière laser doit être «petite».

L'image ci-dessus montre une comparaison entre les CD, DVD et Blu-ray (mieux vaut ignorer le HD-DVD … tout le monde l'a fait).

Nous pouvons voir le type d'ondes électromagnétiques utilisées par le laser utilisé et les espacements impliqués dans la rainure en spirale et le motif des taches. Si les chiffres sont un peu dénués de sens, alors allez avec le fait que les CD utilisent un laser infrarouge, les DVD en utilisent un rouge, et pour les Blu-ray, la couleur est violette. Pas bleu. Évidemment.

Étant donné que les 3 types de disques de stockage optiques sont de la même taille, en termes de diamètre, diverses astuces sont utilisées, en conjonction avec les différents lasers, pour maximiser la capacité de stockage. Il s'agit notamment d'avoir une rainure des deux côtés, deux rainures rapprochées (connu sous le nom disques double couche) et la compression des données.

Dans l'état actuel des choses, il s'agit de la limite de données maximale pour chaque type (en supposant qu'un seul côté est utilisé):

  • CD – 0,84 Go
  • DVD – 4,7 Go
  • BR – 100 Go

C'est bien loin de ce qui peut être stocké sur un disque dur ou un SSD. Pour être honnête, nous avons dépassé l'apogée de la gloire du stockage optique: les clés USB sont vraiment bon marché (vous pouvez en obtenir 128 Go pour moins de 20 $) et les services de streaming numérique remplacent rapidement l'utilisation de supports physiques pour la musique et la vidéo.

Mais nous sommes ici pour fouiller l'intérieur des choses, alors terminons en ouvrant une unité DVD à partir d'un vieil ordinateur portable. Ne vous inquiétez pas des connexions sur celui-ci, car les modèles de PC de bureau utilisent la même connexion SATA que les disques durs.

En parlant de cela, la disposition générale d'un lecteur de stockage optique est un peu comme celle que nous avons vue sur notre disque dur Seagate. Il y a un moteur au milieu, pour faire tourner la broche sur laquelle se trouve le disque, et il y a un bras actionneur avec une tête de lecture / écriture pour accéder aux données. Nous pouvons voir cela plus clairement, en le retournant.

Lorsque les disques durs utilisent l'électromagnétisme pour déplacer les bras, les lecteurs optiques utilisent un moteur pas à pas fixé à une vis mère – ceux-ci peuvent être vus dans le coin inférieur droit de l'image; la majeure partie se trouve sous la bande de connexion cuivrée.

Il s'agit de la fin commerciale de l'unité d'entraînement.

Ici, nous pouvons voir un boîtier en plastique, tenant le système laser. Ensuite, il y a deux ensembles de bobines de fil de cuivre, qui sont utilisés pour créer un champ magnétique pour suspendre l'unité laser au-dessus de la surface du disque. Étant donné que ce dernier ne sera pas aussi plat qu'un disque dur, les lecteurs optiques nécessitent une «suspension» pour permettre au laser de rester à la bonne hauteur.

Sous la lentille se trouvent la diode laser et les capteurs qui lisent, écrivent et suppriment les données sur le disque. Nous n'avons pas de microscope à portée de main, mais vous pouvez en voir un autre dans cette vidéo:

Le stockage sur disque optique est mieux utilisé dans le scénario à écriture unique et à utilisation multiple, mais les disques réinscriptibles peuvent être utilisés comme une clé USB. Juste un vraiment lent. Voici une dernière rotation de CrystalDiskMark, utilisant un DVD réinscriptible à une vitesse 4x (le maximum supporté par le disque).

La latence de lecture est vraiment abyssale mais la latence d'écriture est plutôt douce. Ce n'est pas que nous recommanderions d'utiliser des disques optiques comme des «bâtons» de mémoire simples et rapides – il vaut mieux utiliser la vraie chose.

C'est un peu triste de voir cette technologie tomber lentement hors d'usage – je veux dire, ils ont lasers pour l'amour de Pete !, mais ils ont quelques avantages par rapport aux disques durs et SSD.

Si vous utilisez des disques optiques inscriptibles une seule fois, ces données sont définitivement verrouillées – elles ne peuvent pas être modifiées, accidentellement ou par malveillance, et si elles sont conservées dans un endroit frais et sombre, le stockage restera utilisable pendant au moins la même quantité de temps en tant que SSD. Le support lui-même est assez bon marché: un paquet de cinquante disques Blu-ray à écriture unique de 25 Go vous coûtera seulement 30 $. C'est une capacité de stockage totale de 1,25 To!

Bien sûr, si vous avez plusieurs téraoctets de données dont vous avez besoin pour rester en sécurité, trouver de l'espace pour des centaines de disques Blu-ray peut causer plus de maux de tête que cela ne vaut. Des nuances de Windows 95 et des disquettes à nouveau …

Ce sont les vrais super-héros

Nous avons creusé 3 types de disques pour stocker les données: disque dur, disque SSD et optique. Les démonta, regarda comment ils fonctionnaient et laissa un gâchis partout, comme d'habitude. Comme l'humble PSU, ils sont à peu près ignorés une fois à l'intérieur d'un ordinateur, mais ils sont bien plus excitants!

Chacun regorge de technologie nanométrique, d'ingénierie de précision et de phrases sympas comme «alliage métallique à changement de phase» ou «magnétorésistance mécanique quantique». Et le travail qu'ils font est extrêmement difficile et en même temps, super important. Ouais, oubliez Star-Lord et Rocket – les disques de stockage sont les vrais gardiens de notre galaxie. Restez à l'écoute pour plus de leçons d'anatomie et n'oubliez pas de nous faire part de vos héros de données dans les commentaires ci-dessous.

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Crédit Masthead: Deni M

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