پنج شنبه 15 خرداد 1399 |  عضویت / ورود

Floppy و Hard Disk و CD و DVD چگونه اطلاعات را بر روی خود نگه می‌دارند؟


در تمامی کلاس‌ها معمولاً در جلسات اول مفاهیم صفر و یک را مطرح می‌کنم تا دانشجوها بفهمند وقتی گفته می‌شود 0 و 1 یعنی چه. گفتم مطالب را به صورت یک مطلب جامع‌تر دربیاورم که اگر بعداً لازم شد، به این مطلب لینک بدهم. بد نیست شما هم بخوانید و بدانید:

همانطور که می‌دانید، در کامپیوتر برای نمایش داده‌ها از دو مفهوم استفاده می‌کنیم: بودن یا نبودن! منظور همان صفر و یک است. توجه کنید که صفر و یک نماد است. صفر، نماد یک وضعیت و یک، نماد وضعیتی دیگر. همه اطلاعات کامپیوتر در نهایت تبدیل به همین 0ها و 1ها می‌شوند. چندین 0 و 1 کنار هم قرار می‌گیرند و داده‌های مختلف را پدید می‌آورند. به طور مثال اگر 7 تا صفر و یک به صورت 1000001 کنار هم قرار بگیرند، طبق جدولی به نام جدول اسکی (که تصویر آن‌را می‌توانید اینجا مشاهده کنید) کامپیوتر آن‌ها را کاراکتر a به حساب خواهد آورد.

اما از نظر سخت افزاری بحث چگونه است؟ یعنی اگر از شما بپرسند بر روی دیسک نرمی که داخل یک فلاپی است (فلاپی یعنی نرم)، چه چیزی قرار دارد که می‌توان داده‌ها را یعنی همان صفر و یک‌ها را به وسیله آن‌ها نمایش داد، چه خواهید گفت؟ Hard Disc چطور؟ در مورد CD و DVD چطور؟

من سعی می‌کنم با چند عکس و ویدئو مفهوم را کمی شفاف کنم.

باید بدانید که فلاپی و سی‌دی برای نگه داشتن اطلاعات بر روی خود به دو روش مختلف عمل می‌کنند. فلاپی یک دیسک مغناطیسی (Magnetic Disc) است (هارد دیسک هم همینطور) اما سی.دی و دی.وی.دی دیسک‌های نوری (Optical Disc) هستند.

تفاوت این دو در این است که بر روی فلاپی و هارد دیسک ما قطعات بسیار ریز مغناطیسی (Magnetic Particals) داریم که توانایی حفظ خاصیت مغناطیسی خود را برای مدت طولانی دارند.

هر قطعه قطب شمال (N) و جنوب (S) مربوط به خود را دارد.

به جهتِ حرکت الکترون‌ها در بین 0 و 1 دقت کنید:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/magnetic.gif

عکسی دیگر از دیسک و هد:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/magnetic_media.png

حالا باید تصور کنید که چطور می‌توان با این قطعات ریز، 0 و 1 را نمایش داد؟

خیلی ساده است، به طور مثال اگر قطب S در سمت راست بود، این قطعه را می‌گیریم نماد 0 و اگر قطب S در سمت چپ بود، می‌گیریم نماد 1.

سؤال این است که چطور قطب این قطعات را جا به جا کنیم که نماد صفر یا یک شوند؟ یعنی در حقیقت چطور بر روی فلاپی و هارد دیسک بنویسیم؟

در فلاپی درایو (Floppy Drive) و هارد دیسک درایو (H.D. Drive) یک هد (head) برای خواندن و نوشتن داریم.

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/floppy_head1.jpg

این هد با سطح دیسک در تماس است. این هد در حقیقت یک سیم‌لوله است. وقتی قرار است یک قطعه نماد صفر شود، به طور مثال پالس مثبت را به سیم سمت چپ هد می‌فرستیم:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/floppy_head2.jpg

میدانی که در سیم‌پیچ ایجاد می‌شود، آن را تبدیل به یک آهن‌ربا می‌کند و باعث می‌شود سمت راست میله قطب N شود و در نتیجه قطب N مربوط به هر قطعه‌ای که بین این آهن‌ربا قرار گیرد دفع شده و از آن دور می‌شود (قطب‌های مشابه همدیگر را دفع می‌کنند). یعنی در حقیقت چنین اتفاقی در مورد قطعات روی دیسک می‌افتد:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/floppy_head3.jpg

قطعات با توجه به پالسی که به هد دادیم، سر و ته می‌شوند. (قرمز از قرمز دور می‌شود و آبی از آبی)

پس تکلیف نوشتن بر روی فلاپی دیسک و هارد دیسک مشخص شد.

بد نیست نگاهی به یک عکس میکروسکوپی از هارد دیسک بیندازیم:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/hard_disk_head.jpg

اطلاعات بیشتر در مورد هارد دیسک در مقاله: داخل هارد دیسک چه می‌گذرد؟ (Inside Hard Disk)

اما چطور اطلاعات را از روی این دیسک بخوانیم؟

این کار هم با همین هدها انجام می‌شود. هنگام خواندن، عمل عکس نوشتن رخ می‌دهد. قطعات، خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کرده‌اند. همین که به میان هِد می‌رسند، هِد یک بار بسیار ضعیف از آن‌ها دریافت می‌کند و نسبت به اینکه کدام جهت آن مثبت شد، میدانی در سیملوله ایجاد می‌شود و جریان به سمت یکی از سیم‌های بالا جاری می‌شود. اگر سیم سمت چپ جریان را رساند یعنی صفر و اگر سیم سمت راست جریان را رساند یعنی یک.

(منبع عکس‌ها و صحبت‌هایم در مورد فلاپی، ویدئوهای مبانی کامپیوتر دانشگاه هاروارد است که پیش از این در اینجا در موردشان صحبت کرده‌ام)

و اما عملکرد CD و DVD به چه صورت است؟


در دیسک‌های نوری، همانطور که از اسمش مشخص است، از طریق بازتاب نور، صفر و یک تشخیص داده می‌شود. روی سطح این دیسک‌ها پر است از قطعاتی که به طور پیشفرض نوری که از طریق هد به آن‌ها تابیده می‌شود را بازتاب می‌کنند. وقتی بر روی یک CD رایت می‌کنید، در حقیقت نقاطی که قرار است 0 شوند را با لیزر می‌سوزانید تا بازتاب نکنند! به همین دلیل است که بهتر است به جای رایت کردن سی.دی بگوییم Burn کردن یعنی سوزاندن.

برای خواندن از روی دیسک نوری، یک نور شروع به تابیدن به سطح دیسک می‌کند و یک دیود بازتاب را دریافت می‌کند، هر کجا که بازتاب نور قطع شد یعنی صفر و هر کجا که بازتاب داشت یعنی یک.

به چند تصویر که با میکروسکوپ از سطح یک دیسک نوری گرفته شده است دقت کنید:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/compact_disc1.jpg

تصویر بالا و پایین یک CD یا همان Compact Disc را نمایش می‌دهد.

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/compact_disc2.jpg

تصویر زیر سطح یک DVD را از نمایی نزدیک‌تر نمایش می‌دهد:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/dvd.jpg

برای درک بهتر این موضوع یک ویدئوی جالب معرفی می‌کنم. از اینجا ببینید (اگر لینک مستقیم دانلود با کیفیت‌های مختلف می‌خواهید، اینجا را ببینید)

فکر می‌کنم لازم به توضیح نیست که چه اتفاقی می‌افتد که یک DVD حجم بیشتری داده نسبت به یک CD گنجایش دارد در حالی که از لحاظ فیزیکی یک اندازه هستند!؟
طبیعتاً هر چه تکنولوژی بیشتر پیشرفت می‌کند، می‌توان قطعاتی ریزتر تولید کرد. یعنی بر روی یک DVD قطعات ریز بیشتری نصب شده است، همین!

و یا در دیسک‌های Blue Ray تعداد این قطعات چندین برابر شده است و در نتیجه 0 و 1 های بیشتری را می‌توان نمایش داد.

در این ویدئو با یک مثال، به خوبی فرق سی.دی، دی.وی.دی و بلوری نمایش داده شده است:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/cd_dvd_blue_ray_representation.jpg

آن قطعات سفید را نماد همان قطعات ریز روی دیسک‌ها بگیرید. به دو بیتی که سوزانده شده‌اند دقت کنید!

این هم نماد سوزاندن بیت‌ها با لیزر توسط هد:

http://tutorials.aftab.cc/hardware/floppy_cd_dvd/cd_dvd_blue_ray_representation2.jpg

اینکه برخی DVDها حجم بیشتری نسبت به دیگر دی.وی.دی‌ها دارند به خاطر این است که گاهی دو لایه بر روی هم قرار می‌گیرند که با لیزر با دماهای مختلف روی یکی از لایه‌ها می‌توان نوشت یا اینکه یک لایه است اما هر بیت، دو رو دارد یعنی هر بیت در حقیقت تبدیل به دو بیت می‌شود.

امیدوارم مفهوم بیت (0 و 1) و اینکه چطور یک فلاپی یا سی‌دی بر روی خود بیت‌ها را حمل می‌کند، مشخص شده باشد.

موفق باشید؛
حمید رضا نیرومند



[ارسال شده در مورخه : سه شنبه، 23 شهریور، 1389 توسط Hamid]
[ #دانستني‌هاي IT]



بازدیدها از این مطلب: 18781 بار   امتیاز متوسط :   تعداد آراء: 14   امتیاز دهید:

نظرات طرح شده

نام: [ کاربر جدید ]
ایمیل:

نظر:


اجازه استفاده از تگهای HTML را ندارید


جمع عدد 7 با 14 را در كادر زیر وارد نمایید:
(این كار برای جلوگیری از فعالیت موتورهای اسپمر است)


* توجه: نظر شما بعد از بررسی، نمایش داده خواهد شد.

[بدون موضوع] (امتیاز : 1)(لینک نظر)
توسط Gytyonline در مورخه : چهارشنبه، 24 شهریور، 1389
سلام حمید

واقعا جالب بودش ممنون

اما یه سوال من تا الان فکر می کردم مفهوم burn این هستش که وقتی یه سکتور رو میسوزونه که میشه 0 این طوری هستش که سطحش از سطح بقیه سکتور ها پایین تر میره !! این اشتباه هستش یا نه ؟ یعنی فقط سطح براق سکتور رو کدر رنگ می کنه تا نور رو بازتاب نده یا سطحشم پایین تر میبره نسبت به بقیه سکتور ها یا نه ؟

یه سوال دیگه حکایت و فلسفه این سی دی های ری رایت ایبل چیه ؟ چه طوری پس از رایت و سوزوندن این سکتور ها دوباره میشه اونا رو نو کردش و خام که بشه دوباره سوزوندشون یا نه سوزوند و روی سی دیش رایت کنیم ؟!!

بازم ممنون


[ ارسال جوابیه ]


[بدون موضوع] (امتیاز : 1)(لینک نظر)
توسط Hamid در مورخه : چهارشنبه، 24 شهریور، 1389
سلام؛

در مورد سؤال اول: حالا مگه فرقی هم می‌کنه که سطحش بره پایین یا چیز دیگه‌ای اتفاق بیفته؟ به هر حال، مهم اینه که دو حالت مختلف روی دیسک ایجاد می‌شه. اما از نظر علمی، فقط خاصیت انعکاس از یک قطعه گرفته می‌شه که این کار با سوزاندن اون قطعه رخ می‌ده.

و اما در مورد Rewritable Discs :

اتفاقاً در اون ویدئویی که لینک دادم، این دوستان در مورد این نوع دیسک‌ها هم صحبت می‌کنن. (دقیقه 5) من می‌خواستم در مقاله بیارم که گفتم طولانی می‌شه و ضرورتی نداره. اما خوب شد پرسیدی.



اینطور که می‌گن، قطعات این نوع دیسک‌ها از مواد خاصی ساخته می‌شن که اگر با یک دمای خاصی روی اون‌ها بتابیم یک حالت پیدا می‌کنن و وقتی دما رو بالاتر ببریم دوباره به حالت اول برمی‌گردن.

جمله‌ای که در فیلم هست، اینه:

The burning process melts the alloy into an amorphous state. Erasing data anneals it back to crystalline

ترجمه: پروسه رایت کردن (سوزاندن) این فلز رو به حالت «غیرشفاف» می‌بره و پاک کردن داده‌ها که با دمای بالاتر صورت می‌گیره، دوباره اون‌ها رو شفاف می‌کنه.


[ ارسال جوابیه ]

    Re: (امتیاز : 1)
    توسط Gytyonline در مورخه : پنجشنبه، 25 شهریور، 1389
    سلام حمید

    خوب به نظر من اره دیگه فرق داره D: اگر بسوزونیمش و فقط سطحش کدر بشه می شه با لیزر حتما یه جوری سطح کدرش رو دوباره شفاف کردش اما وقتی سطحش رو پایین ببره یعنی قسمتی از اون رو جوری بسوزونه که از بین بره و سطحش نسبت به حالت اول پایین تر بره دیگه نمی شه که برشگردودند به حالت اول !!

    ولی بهر حال به نظرم ایده ساده ای هستش ولی جذاب و کاربردی


    [ ارسال جوابیه ]


M.K_Soft (امتیاز : 0)(لینک نظر)
توسط M.K_Soft در مورخه : پنجشنبه، 25 شهریور، 1389
سلام.

مطلب مفیدی بود ممنون.

فقط یه چیزی... این کار برای کاراکترها بسیار ساده است اما اطلاعات بصری چطور در کامپیوتر بررسی میشوند؟ مثلا صدا و یا عکس؟


[ ارسال جوابیه ]

    Re: M.K_Soft (امتیاز : 1)
    توسط Hamid در مورخه : پنجشنبه، 25 شهریور، 1389
    سلام؛

    دوست عزیز، همه چیز به راحتی قابل تبدیل به 0 و 1 است.

    برای اینکه بدانید چطور صدا به 0 و 1 تبدیل می‌شود، باید کمی وقت بگذارید و این جزوه را مطالعه کنید:

    http://aftab.cc/modules.php?name=News&file=article&sid=885



    برای اطلاعات بیشتر، این جزوه را هم مطالعه کنید:

    http://st.aftab.cc/uni/network-lab/network-jozveh



    موفق باشید.


    [ ارسال جوابیه ]


میثم                توسط میثم در مورخه : جمعه، 12 اسفند، 1390(لینک نظر)
سلام

وقتی یک برنامه هم می نویسیم تبدیل به صفر و یک میشه. من می خواستم بپرسم این صفر و یک ها چطور برای سخت افزار قابل فهم میشن. یعنی چطور منتقل میشن به سخت افزار. چندجا دیدم نوشته بود توسط میکروکنترلرها ولی توضیح نداده بود که چطور این کار رو انجام میدن. البته دنبال توضیح دقیقش نیستم یه توضیحی مثل همین مطلب بالا به صورت کلی


[ ارسال جوابیه ]


میثم (امتیاز : 0)(لینک نظر)
توسط میثم در مورخه : جمعه، 12 اسفند، 1390
سلام

اطلاعاتی که ما وارد می کنیم به عنوان کدهای برنامه نویسی بعد از تبدیل شدن به صفر و یک چگونه برای سخت افزار قابل فهم میشن. منظورم اینه که این صفر و یک ها چطوری منتقل میشن به سخت افزار و اون ها رو اجرا میکنه. جایی خوندم میکروکنترلرها این کارو انجام میدن ولی توضیحی نداشت که چطور. البته دنبال توضیح پیچیده نیستم، دنبال یه توضیحی مثل همین مطلب بالایی هستم.


[ ارسال جوابیه ]


سارا (امتیاز : 0)(لینک نظر)
توسط سارا در مورخه : چهارشنبه، 2 اردیبهشت، 1394
عالی بود ازتون واقعا ممنونم........


[ ارسال جوابیه ]


m                توسط m در مورخه : دوشنبه، 7 اردیبهشت، 1394(لینک نظر)
سلام

ببخشید میشه اطلاعاتی درباره ی سیستم فایل دیسک نوری بزارید

درباره نرم افزارش که چه جداولی دارد

سخت افزارشو نمیخام

همه جا سخت افزارشو داره


[ ارسال جوابیه ]


اكبر                توسط اكبر در مورخه : سه شنبه، 18 آبان، 1395(لینک نظر)
من تا به حال شايد در طول اين 10 سال اخير 4 بار در اينترنت نظر نداده باشم . چون برام اهميتي نداشته . ولي با خوندن اين مقاله هز كردم . بسيار عالي بود . به قدري خوب و ساده توضيح داده بود كه فكر كنم كودن ترين آدما هم متوجه ميشن داستان از چه قراره . اگر نويسنده اين صفحه معلم ميشد حتما همه ي شاگرداش نمرات بالا ميگرفتن . چون واقعا عالي به آدم مطالب رو هالي ميكنه . فقط بگم عالي بود عالي


[ ارسال جوابیه ]


رضا (امتیاز : 0)(لینک نظر)
توسط رضا در مورخه : دوشنبه، 30 اسفند، 1395
با سلام و ارزوي سال خوش
ميخواستم بدونم اطلاعات روي CD در تماس با اهنربا از بين مي رود
با تشكر


[ ارسال جوابیه ]


seven (امتیاز : 0)(لینک نظر)
توسط seven در مورخه : دوشنبه، 1 خرداد، 1396
سلام خدمت شما. خیلی خیلی متشکر از مطلبتون و راهنمایی هاتون.


[ ارسال جوابیه ]