Глава 1. Правовые и нормативные основы обеспечения хранения информации

Введение

Данную дисциплину изучают при подготовке студентов обучающихся по специальностям, связанным с информатикой и защитой информации. На всех этапах своего развития человечество уделяет большое внимание вопросам хранения информации создаваемой в процессе жизнедеятельности.

Целями настоящего учебного пособия являются:

- ознакомление студента с правовыми основами хранения информации, с существующими системами подготовки информации для длительного хранения и техническими средствами хранения информации в компьютерных системах;

- привитие у студентов навыка критического отношения к техническим средствам хранения информации при обосновании выбора технических средств для оперативного, среднесрочного и длительного хранения информации.

С течением времени сложилась особая технология хранения информации под названием архив, которая постоянно совершенствуется. Архивы стали одним из важнейших резервуаров памяти человечества.

Архивное дело с древнейших времён было дело именно государственным. Даже когда возникли частные архивы, их документы служили главным образом правовым обоснованием при регулировании взаимоотношений с государством или при посредстве государства.

Сколько-нибудь устойчивая государственность просто не могла существовать без письменности, документа как основы управления и права. Наконец, государственный аппарат для своего нормального функционирования должен обладать особым механизмом, где бы текущая документная информация какое-то время сохранялась. Потребности государственного аппарата вызвали к жизни первые архивы.

Архивы являются самой ценной частью социальной памяти, так как они долговечны, специально создаются для хранения документов и концентрируют информацию о наиболее глубинных сторонах жизни именно данного общества. Иначе говоря, архивы реализуют важнейшую социальную функцию – обеспечивают долговременную память общества.

Одной из отличительных черт общественного сознания и научной культуры нашего времени, связанных с попытками осмыслить прошлое, создать объективную картину исторического развития и использовать опыт прошлого в практической деятельности, является интерес к архивам и ретроспективной документной информации.

Слайд 2

Архивы призваны осуществлять следующие основные функции.

Первая функция - сохранить документы, то есть сохранить национальную историю, национальную память.

Вторая функция - обновлять эту память, то есть свежие документы о текущих событиях должны своевременно поступать в архивы. Эти три или два процента от общего объема документов должны быть репрезентативны, отражать все основные события, которые происходят в стране, чтобы потом можно было судить о главных событиях, которые происходят сейчас.

Третья функция - документы должны быть объединены в справочно-поисковые системы, чтобы можно было быстро найти интересующую информацию.

Наконец, четвертая функция, самая близкая всем гражданам нашей страны, - это иметь доступ к ним и использовать при необходимости.

В последние годы в нашу жизнь все активнее внедряются электронные системы обслуживания граждан Российской Федерации по доступу к различным услугам, предоставляемым органами государственной власти населению. Поэтому с каждым годом в органах власти и организациях все более актуальными становятся вопросы создания, организации и функционирования архивов электронных документов. Следует ожидать, что в ближайшие годы архивы электронных документов превратятся в серьезные источники информации для принятия важнейших решений на всех уровнях управления, довольно значительные объемы документации будут представлены в Архивном фонде Российской Федерации в электронном виде. В связи с этим проблемы хранения электронных информационных ресурсов и пути преодоления этих проблем приобретают ключевое значение в методологии организации такого рода архивов.

И здесь важно понимать, что архив электронных документов — это, прежде всего, технологии и производственные процессы, обеспечивающие весь цикл хранения документов от экспертизы ценности до их использования, через учет, описание, обеспечение сохранности и развитие научно-справочного аппарата и поисковых систем.

И сегодня государство уделяет большое внимание вопросам развития архивного дела, создаются правовые и нормативные основы обеспечения хранения информации на современном этапе развития общества.

Слайд 3

Глава 2. Документированная информация как ресурс управления

Глава 3.Характеристика материальных носителей информации

Перфорированные носители информации

На перфорированном документе информация записана путем перфорирования (пробивки) отверстий (перфораций) или вырезки соответствующих участков материального носителя.

В зависимости от назначения документы на перфоносителях подразделяют на три типа:

1) для управления автоматическими устройствами при выполнении различных операций в процессе изготовления и контроля спроектированных изделий;

2) для управления, обработки, преобразования информации при проектировании изделий на ЭВМ;

3) для использования в процессе обработки и преобразования.

Запись информации на перфорированных документах может быть выполнена на непрерывной ленте или на карточках, представляющих собой как бы отрезки такой ленты, или на плоскости, на которой запись информации производится способом перфорирования. В связи с этим по материальной конструкции носителя перфорированные документы делят на карточные (перфокарты, апертурные карты) и ленточные (перфоленты).

Перфокарты и перфоленты можно сгруппировать в виды по следующим признакам:

- по каналу восприятия - перфокарты и перфоленты относятся к визуальным документам;

- по материальной основе - искусственные, бумажные, реже пластмассовые (перфокарты) и целлулоидные или лавсановые (перфоленты);

- по предназначенности для восприятия различают машиночитаемые (перфокарты машинной сортировки) и человекочитаемые (перфокарты ручной сортировки);

- по расположению матрицы различают перфокарты с краевой и внутренней перфорацией;

- по способу кодирования - вырезные с перфорацией, вырезаемой в процессе кодирования, и пробивные с перфорацией, получаемой при кодировании;

- по способу обработки - перфокарты ручной и машинной сортировки;

- по целевому назначению перфорированные документы могут быть разделены на учетные, справочные, библиографические, информационные, диагностические, учебные.

Перфорационная карта, перфокарта - это перфорированный носитель информации в виде прямоугольной карточки из тонкого картона, плотной бумаги или пластмассы, предназначенной для записи информации путем пробивки отверстий (перфораций) или вырезки ее соответствующих участков.

Перфокарты применяются, в основном, для ввода и вывода данных в ЭВМ, а также в качестве основного носителя записи в перфорационных вычислительных комплексах. Существует большое число видов перфокарт, различающихся формой, размерами, объемом хранимой информации, формой и расположением отверстий.

Перфорационная лента, перфолента - носитель информации в виде ленты (бумажной, целлулоидной или лавсановой), на которую данные наносятся определенной последовательностью кодовых комбинаций отверстий. Каждая кодовая комбинация кодирует один знак и размещается на ленте перпендикулярно направлению ее движения.

Перфоленту можно использовать:

а) при передаче или приеме телеграфных депеш;

б) при работе на вычислительных машинах и другой организующей технике (пишущей, суммирующей, бухгалтерской, и т. д.), на специальных дешифраторах или в выходном устройстве ЭВМ;

в) как запись информации научного и технического характера и т. д. на различных машинах и приспособлениях.

Основные понятия о типах и структурах данных

Данные, находящиеся в памяти ЭВМ, в общем случае характеризуются рядом признаков (атрибутов), в том числе своим значением и типом.

Тип данных – характеристика данных, определяющая формат представления данных в памяти ЭВМ, множество допустимых значений этих данных, а также совокупность операций над ними.

На машинном уровне тип данных используется для выбора машинных команд, в выполнении которых участвуют эти данные. Например, в зависимости от типа слагаемых компилятор во время генерации объектного кода формирует машинную команду сложения чисел с фиксированной запятой или команду сложения чисел с плавающей запятой, поскольку в большинстве ЭВМ эти две команды различны.

Программируя на языках высокого уровня, пользователь сам выбирает характеристики (свойства, атрибуты) данных и их организацию и описывает их средствами алгоритмического языка.

В языках программирования чаще всего используются следующие типы данных: целый, вещественный, символический, логический (булевский), указательный.

К целому типу относится конечное множество целых чисел, причем наибольшее по модулю целое число определяется конкретной вычислительной системой. Типичные операции над целыми числами – сложение, вычитание, умножение, целочисленное деление (с отбрасыванием остатка), вычисление по заданному модулю (нахождение остатка от деления), определение максимального или минимального числа в заданном множестве чисел, возведение в целую степень, определение следующего или предыдущего по значению числа. Результаты выполнения всех этих операций является тоже целыми числами. Над целыми числами можно выполнять также операции отношения (=, ≠, <, ≤,, > и ≥ ), результат которых относится к логическому типу.

Для хранения целого данного в памяти выделяется фиксированный объем памяти и используется формат представления чисел с фиксированной точкой, (запятой), при этом предполагается, что точка находится справа от самого млашего разряда числа.

К вещественному типу относится конечное множество вещественных чисел, содержащих в общем случае целую и дробную части. Типичные операции над вещественными числами сложение, вычитание, умножение, деление, вычисление тригонометрических функций, возведение в степень, извлечение квадратного корня, логарифмирование, нахождение максимального или минимального числа в конечном множестве чисел и др. результат выполнения каждой из этих операций – значение вещественного типа. Как и над целыми числами, над вещественными можно выполнять операции отношения с результатом, относящимся к логическому типу. Обычно вещественные числа хранятся и используются в ЭВМ в формате с плавающей запятой.

К символьному типу относится конечное множество символов, в которое могут входить буквы, десятичные цифры, математические и специальные знаки и разделители. При этом каждому элементу множества поставлен в соответствие определенный цифровой код, значение которого задает порядковый номер соответствующего символа в множестве. Путем перехода от символа к его коду можно сравнивать символы по занчению, используя операции отношения. Результат такого сравнения – данные логического типа. Для определения кода (номера) символа и, наоборот, символа по заданному номеру в языках программирования, как правило, имеются соответствующие функции. Цифровой код используется не только при выполнении операций над символами, но и для представления символов на внешних устрайствах и памяти ЭВМ.

Логический тип представляет одно из двух логических значений – истина или ложь. Над логическими данными можно выполнять основные логические операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ) и отрицания (НЕ), а также более сложные операции эквивалентности, импликации, исключающего ИЛИ и др. Результат выполнения любой из таких операций – логическое значение. Кроме того, логическое значение получается в результате выполнения операций отношения над целыми и вещественными числами, символьными и другими данными, для которых эти операции имеют смысл.

Указательный тип представляет множество переменных (указателей), значения которых содержат адреса байтов памяти. Присваивая указателю то или иное допустимое значение, можно обеспечить доступ к желаемым данным через этот указатель. В множестве значений данных указательного типа имеется одно специальное значение, присваивание которого свидетельствует о том, что соответствующий указатель ничего не указывает, т.е. является нулевым или пустым указателем. Типичные операции над указателем сводятся к присваиванию ему значения другого указателя или адреса области памяти, занимаемой другими данными.

Для представления указателя в памяти обычно выделяется область, равная максимальной длине адреса в соответствующей вычислительной системе. Значение указателя хранится в такой области в виде последовательности битов, интерпретируемой как неотрицательное целое число. Если раздел памяти (сегмент), в котором могут располагаться адресуемые данные, не превышает некоторого известного размера, то значения указателей можно формировать по схеме базирования и смещения. При этом база задает адрес раздела (сегмента), а смещение – адрес требуемых данных относительно начала раздела. При фиксированной базе для вычисления указателя достаточно хранить только величину смещения, а это в случае использования большого числа указателей может дать значительную экономию памяти.

Организованные совокупности данных называют структурами данных. Каждая структура образуется из элементов данных, которые могут быть простыми данными или также структурами данных. Отдельный простой элемент можно рассматривать ка простейшую структуру данных.Отличие простого элемента от более сложной структуры состоит в том, что операция над простым элементом обычно выполняется над всем элементом целиком. Операция над структурой данных представляется как совокупность операций над образующими ее простыми элементами.

В общем случае структуры данных можно классифицировать по разным признакам. В зависимости от отсутствия или наличия явно заданных связей между элементами данных различают несвязанные структуры (векторы, массивы строки, стеки очереди) и связанные структуры (связанные списки). Различают структуры статические и динамические. Статические структуры характеризуются постоянством структуры в течение всего времени существования, динамические – непостоянством и непредсказуемостью размера (числа элементов) структуры в процессе ее обработки.

По характеру упорядоченности элементов структуры данных подразделяются на линейно-упорядоченные (линейные) и нелинейные структуры. В зависимости от характера взимного расположения элементов в памяти линейные структуры делятся на структуры с последовательным распределением их элементов в памяти (векторы, строки, массивы, стеки, очереди) и структуры с произвольным связанным распределением элементов в памяти (односвязанные, двусвязанные, циклически связанные, ассоциативные списки). Пример нелинейных структур – многосвязанные списки, древовидные структуры.

Кроме того, каждую структуру данных можно характеризовать ее логическим (абстрактным) и физическим (конкретным) представлениями в ЭВМ.

Форматы DVD

Сегодняшний стандарт DVD позволяет реализовать несколько различных конструкций диска. Это односторонние или двусторонние диски, с одним или двумя несущими информацию слоями на каждой стороне.

Один слой толщиной 0, 6 мм может уместить до 4, 7 Гб информации, а весь диск – до 17 Гб.

Возможны четыре разновидности DVD дисков: DVD-5, DVD-9, DVD-10 и DVD-18.

DVD-5 - это первая рыночная версия DVD диска: односторонний диск с однослойной записью и емкостью 4, 7 Гб.

DVD состоит из 0, 6 мм пленки, покрытой алюминием и наклеенной на чистую подложку. Технология напыления та же, что используется при изготовлении обычного CD. Алюминиевая пленка имеет толщину 55 нанометров, как и для аудио-CD и CD-ROM. Структура DVD-5 показана на рисунке 5.33.

Рис. 5.33.Структура DVD-5

DVD-9 - это двухуровневый односторонний диск с емкостью 8, 5 Гбайт. Для производства такого диска необходимо создать полупрозрачный слой, который отражает 18-30% лазерного излучения. Этого достаточно, чтобы можно было считывать информацию с верхнего слоя. И в то же время полупрозрачный слой будет пропускать достаточно излучения, чтобы сигнал от нижнего уровня с высокой отражательно способностью тоже читался. Информационные уровни разделяет высокооднородный клей (толщина клеевой прослойки составляет 40-70 микрон), используемый для соединения двух половин диска. Это расстояние необходимо, чтобы различить сигнал, отраженный от одного и другого уровней. Структура DVD-9 показана на рисунке5.34.

Использование полупрозрачного слоя диктует более жесткие требования к материалу и используемой технологии:

Высокий коэффициент пропускаемости
UV прозрачность
Однородность уровня не ниже 1, 5%
Высокая прочность
Низкие издержки производства

С одной стороны, оптимальным материалом для полупрозрачного слоя является золото. С другой стороны, применение вместо золота другого материала поможет сократить издержки производства на 70%.
Сегодня в качестве альтернативы золоту используются кремниевый и серебряный сплавы.

Рис. 5.34. Структура DVD-9

DVD-10 – однослойный двухсторонний диск с емкостью 9, 4 Гб.

В принципе это двойной DVD-5 без чистой подложки. Два диска, покрытых металлическими пленками, соединены вместе. Чтобы считывать информацию с двух сторон диска, используется один лазер. Следующий рисунок (рис. 5.35) показывает структуру DVD-10.

Рис. 5.35. Структура DVD-10

DVD-18 Структура DVD-18 в принципе та же самая, как у DVD-9, но DVD-18 может читаться с обеих сторон. Результат – двойная емкость по сравнению с DVD-9.Принципиальная структура диска на рисунке5.36.

Рис. 5.36. Структура DVD-18

Технические характеристики и спецификации, рассмотренных выше дисков, приведены в табл.5.4.

Таблица 5.4.

Технические характеристики и спецификации
ПАРАМЕТР	СD	DVD-5	DVD-9	DVD-10	DVD-18
Диаметр диска	120 мм (4, 75 дюйма)	120 мм (4, 75 дюйма)
Толщина диска	1, 2 мм	1, 2 мм (0, 6 + 0, 6)
Длинна волны лазера	780 нм (инфракрасный)	650 / 635 nm (красный)
Апертура линзы	0, 45	0, 60
Ширина трека	1, 6 mм	0, 74 mм
Минимальный размер " дырки"	0, 83 mм	0, 4 mm
Ориентировочная скорость	1, 2 м /с CLV	4, 0 м/с CLV
Число сторон
Число рабочих слоев на стороне
Емкость диска	680 Мбайт	4, 7 Гбайт	8, 5 Гбайт	9, 4 Гбайт	17, 0 Гбайт
Время воспроизведения	74 мин. аудио	133 мин./ рабочий слой (видеоканал, 3 аудиоканала, 4 канала субтитров при 4, 69 Мбит/с)
Скорость считывания видео	1, 44 Мбит/с (видео, аудио)	переменная от 1 до 10 Мбит/с (видео, аудио, субтитры)
Алгоритм компрессии видео	MPEG-1	MPEG-2
Звуковое сопровождение	два канала -MPEG	2 кан. LPCM для NTSC и MPEG-аудио; 2 канала LPCM для PAL (Linear Pulse Code Modulation) 2 или 5.1 канала Dolby AC-3; дополнительно до 8-и языков
Субтитры	нет	до 32-х вариантов языков
Файловая система (компьютерные программы и видеоприложения)	ISO-9660	micro UDF и/или ISO-9660

Оптическая запись

За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная технология для создания перезаписываемых носителей информации.
Помимо общих преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.

Принцип работы

Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот). Запись аморфных областей показана на этом графике (рис. 5.32). Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T > T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).

Запись информации

Рис. 5.37. Запись аморфных областей

Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. Таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.

Стирание данных

Рис. 5.38. График стирания данных

Следующий график (рис.5.38) объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист < Т < Т плавл). Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист< t отж).

Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже 100 наносек, а это строго ограничивает выбор используемого материала. Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того, они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C).

Механизм записи

Существенной частью каждого метода, основанного на изменении длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии записи (рис. 5.39).Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов (P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P стирания < P записи). Чтение информации осуществляется ужепри гораздо меньшей мощности лазера(P чтения = 0, 5-0, 6 мВт).

Рис. 5.39. Методика прямой перезаписи информации

Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир< P записи.

CD-RW, DVD-RAM. Принцип записи на перезаписываемые DVD-диски (который первоначально разрабатывался для компакт-дисков с рабочим названием CD-Erasable) был предложен компаниями Philips, Ricoh и Hewlett-Packard и поддержан такими фирмами, как IBM, Sony, 3M, Olympus, Matsushita и Mitsumi. Конструкция перезаписываемого компакт-диска (CD-RW) напоминает CD-диск, но вместо отражающего слоя в нем используется специальное вещество, способное многократно изменять свою структуру. Такой материал был разработан компанией TDK и получил название AVIST; он обладает практически идеальными характеристиками. Его высокой отражающей способности (25-35%) вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении. Характеристики материала AVIST стабильны как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. В случае перезаписываемых компакт-дисков (например, CD-Erasable) запись осуществляется со скоростью ниже 3 м/c. Работа с данными в формате перезаписываемого DVD-RAM требует от рабочего слоя скорости записи от 3 до 6 м/c. При работе со сжатой видеоинформацией скорость записи уже должна быть выше 6 м/c.

Прекрасное соотношение сигнал/шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0, 66 mm).

Новый материал AVIST выдерживает не менее 1000 циклов перезаписи на скоростях ниже 3 м/с. При более высоких скоростях записи это количество циклов перезаписи должно возрасти. Как и на пигментном слое записываемого диска, на рабочем слое AVIST " выдавлены" дорожки (A), направляющие лазерный луч. При записи такого диска вещество под действием мощного лазерного луча меняет свою структуру в нужной точке поверхности, переходя из кристаллического состояния в аморфное. Поскольку такой переход обратим (т.е. вещество может быть переведено обратно в кристаллическое состояние), диск теоретически может быть перезаписан практически бесконечное число раз. Все зависит от свойств материала, применяемого в информационном слое, и по мере его дальнейшего совершенствования реально достижимое число циклов будет увеличиваться и составит не менее пяти миллионов перезаписей. Считывание производится лазерным лучом обычной мощности. При отражении от поверхности диска изменяется фаза лазерного луча в зависимости от того, произошло отражение от участка поверхности с аморфной или с кристаллической структурой. Изменения фазы отраженного луча распознаются детектором, который преобразует их в цифровой поток. Такой метод получил название Phase Change Technology (метод изменения фазы).

Голографическая память

В 2000 году на рынке технологий хранения данных возникла новая компания InPhase Technologies, приступившая к созданию устройств записи данных принципиально нового типа. Новый разработчик появился не на пустом месте — о создании этого небольшого предприятия объявила корпорация Lucent Technologies.

InPhase занялась созданием голографических систем хранения на основе технологии, разработанной в бюро Bell Labs. В отличие от существующих методов записи информации на поверхность диска, новая технология позволяет использовать всю толщину материала, то есть запись ведется не по поверхности, а по объему. Помимо многократного увеличения плотности записи, данная разработка предоставляет возможность повысить скорость считывания информации — за один «машинный отсчет» с носителя можно скачать до 1 млн бит информации.

К сегодняшнему дню появились готовые решения, разработанные InPhase в сотрудничестве с Maxell, в частности оптические носители, использующие голографический метод. По заявлению разработчиков, с применением данной технологии на пятидюймовый оптический диск можно записать 1, 6 Тбайт информации при пропускной способности до 120 Мбайт/с. В сочетании с невысокой ценой хранения за 1 Гбайт и обеспечением успешного чтения данных более чем через 50 лет после записи эта технология выглядит весьма перспективной. Но все же интересно, откуда появилась цифра «50», если с начала работ до появления коммерческих изделий не прошло и шести лет?

Технология голографической записи позволяет реализовывать разнообразные приложения, например, использовать носители разнообразных форм-факторов (помимо дисков, это могут быть, скажем, карты и другие типы накопителей) или лазеры с различной длиной волны (красные, зеленые и голубые). Первое поколение голографических носителей появилось в сентябре 2006 года. InPhase Technologies и Hitachi Maxell Conduct (партнер и инвестор InPhase Technologies) провели испытания действующей технологии совместно с компанией Turner Entertainment Networks, одним из ведущих игроков на рынке телевещания. Новая голографическая система хранения данных получила название Tapestry. Ее демонстрация оказалась довольно простой, но наглядной. На диск Tapestry специалисты записали рекламный ролик, который впоследствии переписывался на сервер и в заданное время воспроизводился в трансляционной сети Turner Entertainment Networks. Как отметил вице-президент Turner Entertainment Networks Рон Тарасов (Ron Tarasov), «демонстрация проводилась для того, чтобы показать возможности голографических систем хранения данных с точки зрения трансляции телевизионного контента. Голографические носители — идеальный способ хранения видеороликов в высоком разрешении, так как огромная емкость голографических дисков позволяет нам хранить телепрограммы в виде файлов, а скорость передачи данных подразумевает очень быстрое чтение и запись с диска и на диск».

Специалисты подсчитали, что один диск Tapestry способен хранить до 26 часов видеоматериала высокого разрешения в качестве, приемлемом для телевещания, — подразумевается диск емкостью 300 Гбайт, записанный с потоком 160 Мбайт/с.

Отгрузки дисков Tapestry емкостью 300 Гбайт начнутся в конце текущего года, а нынешний уровень развития технологий голографической записи допускает емкость до 1, 6 Тбайт при потоке до 960 Мбайт/с. Разработчики обещают, что в массовом сегменте это произойдет к 2010 году. Одним из последних шагов InPhase Technologies на пути коммерциализации голографической технологии стало заключение соглашения с австрийской компанией DaTARIUS, которая занимается разработкой и производством тестового оборудования для оптических дисков. Голографические тестовые системы используются в производственном процессе для того, чтобы убедиться, соответствует ли качество оптического носителя определенным требованиям. Что ж, технология действительно интересная и перспективная, а значит, имеет смысл рассмотреть ее во всех подробностях.

Как известно, современные методы записи основаны на последовательных принципах: в каждый момент времени на поверхность плоского носителя может быть записан только один бит информации (мы не рассматриваем случаи с множеством головок записи, при которых имеет место «квазипараллельный» процесс). В то же время голографический метод выглядит как действительно параллельный: единственная вспышка лазера формирует пространственную запись миллионов битов информации. Различие существенно: один бит на поверхности носителя или же миллионы битов в пространстве, ограниченном структурой носителя.

Рис. 5.40Схема 1. Принцип голографической записи

В общих чертах принцип голографической записи InPhase Technologies выглядит достаточно просто (рис. 5.40). Световой поток разделяется на два луча: сигнальный и референсный; сигнальный луч обеспечивает запись данных, референсный остается неизменным. Цифровые данные формируют «образ» сигнального луча при помощи специального устройства — пространственного светового модулятора (Spatial Light Modulator, SLM), который преобразует последовательность нулей и единиц, составляющих страницу данных, в массив черных и белых точек. Грубо говоря, создается подобие решетки, в которой просветы соответствуют очередной порции цифровых данных, а сквозь эту решетку просвечивает сигнальный луч, имеющий на выходе точную копию текущего состояния решетки в SLM. Разумеется, чем больше разрешающая способность пространственного светового модулятора, тем большую порцию данных может запечатлеть сигнальный луч в текущий момент времени, но на сегодня эта способность исчисляется миллионами битов.

После преобразования в SLM уже несущий определенную информационную нагрузку сигнальный луч проецируется на физический носитель. В точку проекции направляется и референсный луч, пересекаясь в ней с сигнальным. В этот момент происходит химическая реакция и, как следствие, запись информации на носитель, причем там, где в SLM была непрозрачная точка. Отпечатка на носителе не остается, иначе соответствующая точка «выжигается». Если изменять длину волны референсного луча, угол его наклона или пространственное положение носителя, в один момент времени можно записать множество разных голограмм. Процесс записи данных на поверхности и в глубине носителя назвали мультиплексированием.

Кстати, есть несколько способов выполнения мультиплексирования, например при помощи варьирования угла наклона референсного луча. К сожалению, неизвестно, какова степень мультиплексирования и как, например, «толщина» одной записанной голограммы соотносится с толщиной носителя, ведь, если предположить, что один молекулярный или атомарный слой соответствует одной голограмме, это могло бы стать настоящей революцией на рынке хранения данных.

Рис. 5.41. Схема 2. Считывание записанных данных

Считывание записанных голограмм обеспечивается одним референсным лучом, который создает отражение записанной голограммы и проецирует его на особый чувствительный элемент (рис. 5.41). Этот же элемент преобразует попадающую на него «решетку» в последовательность битов, а чтение голограмм на различной глубине носителя обеспечивается тем же способом, который применялся и при записи, — изменением угла наклона референсного луча и т. д.

Естественно, для воплощения идеи голографической записи потребовалось разработать особый тип носителя, который бы сочетал большую светочувствительность, прочность, дешевизну производства и стабильность. Немаловажны и линейные размеры носителя, поэтому специалисты InPhase Technologies решили, что оптимальным вариантом будет использование фотополимерных дисков, заключенных в особые картриджи, — примерно как в свое время DVD-RAM. Диаметр голографического диска ненамного превышает диаметр современных CD- и DVD-дисков и составляет 130 мм. Необходимо подчеркнуть, что сам диск полностью находится в «темном» картридже и попадание света на поверхность фотополимера вызовет химическую реакцию, способную разрушить записанные данные.

На сегодня имеются лишь устройства одноразовой записи, но InPhase Technologies уверяет, что в 2008 году появятся и перезаписываемые носители. Компания-разработчик Tapestry уделила огромное внимание безопасности информации, благо кое-какие аспекты присутствовали изначально, в силу самой природы процессов голографической записи-чтения.

Во-первых, при голографической записи невозможно получить прямой доступ к носителю, в отличие от жестких дисков и CD, — данные находятся в глубине носителя, что уже намного усложняет попытки несанкционированного доступа.

Кроме того, InPhase Technologies озаботилась логическими методами обеспечения безопасности. Каждый накопитель Tapestry снабжен особой микросхемой, в которую занесена информация о размещении данных на диске. При чтении привод в первую очередь обращается к этой информации, а если, например, ее зашифровать с учетом определенных условий, считать данные окажется невозможно (без необходимых сведений для доступа). То же происходит и в случае повреждения информации в микросхеме — в бытовых условиях диск станет нечитаемым, хотя путем определенных усилий информацию все-таки можно спасти.

Помимо этого, имеется и более примитивный метод — нанесение особых меток, которые также необходимо считать и распознать. На более глубоком уровне защиты расположены уникальные метки с определенными координатами. Для того чтобы взломать этот вид защиты, требуется красный лазер, недоступный в массовых приводах Tapestry, — иначе, без знания координат «секретных» меток, данные считать невозможно.

Весьма эффективна защита, основанная на изменении длины волны лазера (в диапазоне 403–407 нм). Привод, в котором используется лазер с «несоответствующей» длиной волны, диск прочитать не сможет. Более того, возможны даже такие меры, как привязка диска к микропрограмме конкретного привода, — также при помощи особых встроенных средств защиты.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒