Закрити
Накопичувачі на оптичних дисках
04 Квітня 2005, 00:00 , Переглядів: 8934
FacebookTwitterLivejournal
Накопичувачі на оптичних дисках Фото: http://www.clipartheaven.com Накопичувачі на оптичних дисках

Техніка накопичувачів на оптичних дисках бере початок в області методів побутового звукового оптичного запису. Розроблювачів накопичувачів на оптичних дисках переслідували невдачі із самого початку досліджень - із середини 70-х рр.

Трохи історії
Диски CD-ROM
Пристрої для зчитування інформації з оптичних дисків
Компакт-диски, на які можна записувати інформацію самостійно - CD-R і CD-RW
DVD диски

Трохи історії

Вирішивши ряд серйозних проблем, їм все ж таки вдалося в 1983 р. запропонувати працездатні зразки накопичувачів на оптичних дисках, але останні не одержали комерційного впровадження через відсутність оптичних дисків. У той же період фірмою Matsushita був виготовлений дослідний зразок привода для оптичних дисків з можливістю перезапису. Тільки лише наприкінці 80-х рр. "примара" накопичувачів на оптичних дисках стала реальністю.

В 1980 р. фірми Sony й Philips об'єднали свої зусилля в області розробки компакт-дисків (CD) і прийшли до угоди про створення єдиної технології запису й виробництва компакт-дисків з використанням лазерів. Спочатку виникли складності з вибором єдиного розміру CD, тому що одні розроблювачі наполягали на розмірі 12", а інші пропонували розмір 4,72". Зрештою був прийнятий варіант диска 4,72" , що використовується і в цей час. Як відзначається в багатьох публікаціях по історії комп'ютерної техніки, це було зроблено тому, що на диску такого розміру можна записати Дев'яту симфонію Бетховена, тривалість звучання якої дорівнює 74 хв.

Можна виділити три хронологічних періоди розвитку технології оптичних носіїв інформації CD. Перший період (1980-1985 р.) ознаменувався створенням стандарту цифрового запису звукової інформації й випуском першого програвача дисків.

Другий період (1985-1994 р.) характеризувався подальшим удосконалюванням портативних музичних систем на компакт-дисках і початком розробки стандарту CD-ROM, що був анонсований в 1985 р. У цей же період стандарт CD-ROM був розширений і доповнений новими стандартами для записуваних компакт-дисків CD-R (CD-Recordable)

З 1994 р. дисководи CD-ROM стають невід'ємною частиною стандартної конфігурації PC, що приводить до бума мультімедіа. За кілька років швидкість передачі даних в CD-ROM виросла в 32 рази (при кратності швидкості приводу від 1 до 32), почали широко застосовуватися накопичувачі записуваних дисків CD-R і перезаписуваних CD-RW. Почався перехід на новий, єдиний для PC і побутової електронної техніки, стандарт DVD-дисків ємністю 4,7 Гбайт.

У наші дні ми є свідками розвитку стандарту DVD, що передбачає доведення ємності двошарових дисків до 8,5 Гбайт, а ємності двосторонніх двошарових дисків - 17 Гбайт. Диски CD-ROM і DVD сьогодні є практично незамінними для будь-якого користувача персонального комп'ютера.

Диски CD-ROM

Як можна бачити з назви, CD-ROM - це компакт-диск (Compact Disk Read Only Memory), призначений тільки для зберігання в цифровому вигляді попередньо записаної на нього інформації й зчитування її за допомогою відповідного пристрою - приводу.

У цей час CD-ROM широко використаються для зберігання найрізноманітнішої інформації:

- Системного, інтегрованого й прикладного програмного забезпечення
- Довідників й енциклопедій, книг і навчальних посібників
- Комп'ютерних ігор, розважальних програм
- Архівів, баз даних, фото- і відеозображень, аудіосбірників і т.п.

Інформація, збережена на CD-ROM, на відміну від інформації, збереженої на магнітних дисках, практично не піддана руйнівному впливу електричних і магнітних полів й у значно меншому ступені піддається стиранню в результаті природного старіння матеріалу носія. Крім того, вартість запису й зберігання одиниці інформації на CD-ROM значно менше, ніж на магнітних дисках. Технології виготовлення CD-ROM пройшли тривалий шлях розвитку. Історичним попередником стандарту CD-ROM є стандарт цифрового запису на компакт-диск (Compact Disk-Audio - CD-A).

Товщина диска становить 1,2 мм, діаметр - 120 мм. Диск виготовляється із прозорого полікарбонату, що покритий з однієї сторони тонким металевим шаром, що відзеркалює (алюмінію, рідше золота) і захисною плівкою спеціального прозорого лаку. Інформація на диску записана у вигляді чергування поглиблень у поверхні металевого шару (load). Двійковий нуль представляється на диску як у вигляді поглиблення, а двійкова одиниця - у вигляді границі між ними.

Процес виготовлення CD складається з декількох етапів. Підготовчий етап полягає у формуванні інформаційного файлу для наступного запису на носій, у якості якого використається шклопластиковий диск із покриттям з фоторезистивного матеріалу. Наступний етап - запис на носій за допомогою лазерного променя даних у вигляді послідовності розташованих по спіралі поглиблень (штрихів).

Глибина кожного штриха (pit) дорівнює 0,12 мкм, ширина - 0,8-3 мкм. Вони розташовані уздовж спіральної доріжки, відстань між сусідніми витками якої становить 1,6 мкм, що відповідає щільності 16 000 витків/дюйм (625 витків/мм). Довжина штрихів уздовж доріжки запису коливається від 0,8 до 3,3 мкм.

Запис інформації на стандартний диск може тривати до півтори годин (при однократній швидкості запису), при цьому лінійна швидкість у зоні запису підтримується постійною.

Наступний етап полягає в прояві фоторезистивного шару й металізації диска. Виготовлений за такою технологією диск називається майстром-диском. Для тиражування компакт-дисків з майстра-диска знімається кілька робочих копій (методом гальванопластики). Робочі копії покриті більше міцним металевим шаром (наприклад, нікелем), чим майстер-диск і можуть використатися як матриці для тиражування CD (до 10 тис. шт. за допомогою кожної матриці). Тиражування або процес реплікації дисків, здійснюється методом гарячої пресовки. Після пресовки інформаційну сторону диска піддають вакуумної металізації шаром алюмінію. Після цього диск покривають шаром лаку. Диски, виконані методом гарячого штампування, відповідно до паспортних даних, забезпечують до 10 000 циклів безпомилкового зчитування даних.

Конструкція CD-ROM визначає правила обігу з ним, а саме:

- Тримати диск необхідно за краї.
- Варто уникати торкань і ненавмисного ушкодження поверхні диска, особливо зі сторони прозорого шару (робочої сторони).
- Зберігати диск рекомендується в місці, захищеному від влучення прямих сонячних променів і вологи.
- Не слід чистити диск випадковими підручними матеріалами. Припустимо видаляти порошини лише за допомогою м'якої тканини.

В теперішній час можна виділити сім основних груп завдань, розв'язуваних за допомогою накопичувачів CD-ROM:

- Установка й відновлення програмного забезпечення
- Робота із програмними продуктами
- Пошук інформації в базах даних, архівах, енциклопедіях, довідниках
- Робота з навчальними, розважальними й ігровими програмами
- Перегляд відеофільмів і фотозображень
- Використання накопичувача CD-ROM як поділюваний ресурс локальної комп'ютерної мережі

Пристрої для зчитування інформації з оптичних дисків

За конструктивним виконанням приводи CD-ROM бувають вбудовані у комп'ютер і зовнішні. Вбудовані приводи розміщаються в корпусі комп'ютера й підключаються до адаптера (контролера). Зовнішні приводи мають власний блок живлення й підключаються, як правило, до зовнішнього рознімання адаптера плати розширення. Деякі моделі приводів підключаються до паралельного порту LPT комп'ютера, однак невисока продуктивність паралельного порту знижує продуктивність всієї системи, тому такий спосіб підключення не одержав широкого поширення.

Як показує досвід експлуатації приводів CD-ROM, переважніше використовують вбудовані пристрої. Крім того, через більш високу вартість і більші габарити, використання зовнішніх накопичувачів виправдано тільки в наступних випадках:

- У корпусі комп'ютера відсутній вільний відсік необхідного розміру
- На системній платі комп'ютера немає вільного рознімання для підключення накопичувача
- Привод використовується для підключення по черзі до декількох персональних комп'ютерів.

За способом установки компакт-диску в прийомний лоток приводи CD-ROM підрозділяються на пристрої з безпосередньою установкою диска в прийомний лоток і з попередньою установкою диска у висувний контейнер (caddy).

Ранні моделі приводів CD-ROM не мали спеціального механізму завантаження й диски встановлювалися безпосередньо в привод (як пластинка в музичному програвачі), що приводило до забруднення дисків і погіршенню характеристик накопичувачів. Тому такі приводи CD-ROM не знайшли широкого поширення.

У сучасних накопичувачах CD-ROM найбільше поширення одержав спосіб tray-механізму (внаслідок його малої вартості й достатньої надійності). Компакт-диск розміщається на посадковому місці висувного лотка (плану-шайбі). Лоток висувається із привода й засувається усередину при натисканні кнопки Eject на передній панелі пристрою.

Другий спосіб завантаження реалізується за допомогою спеціальної захисної касети, що представляє собою прозорий пластиковий контейнер з компакт-диском. Контейнер обладнаний рухливою металевою заслінкою (шторкою), що зрушується убік спеціальним механізмом, відкриваючи шлях до поверхні компакт-диску лазерному променю. Крім того, що контейнер захищає CD від забруднень й ушкоджень, з його допомогою виробляється більше точна установка диска, що зменшує помилку позиціювання пристрою, що зчитує інформацію. Недоліком CD-контейнерів є їх досить висока вартість. Завантаження контейнера в привод CD-ROM аналогічні завантаженню касети у відеомагнітофон.

Основними функціональними елементами привода CD-ROM є: мініатюрний електродвигун, напівпровідниковий лазер, система оптичних лінз і датчиків, електронна схема попередньої обробки інформації й керування приводом. Деякі моделі приводів обладнаються механізмом автоматичного очищення оптичних лінз.

Спрощений алгоритм функціонування привода CD-ROM полягає в наступному. Після приміщення CD у завантажувальний пристрій електромеханічний пристрій приводить диск в обертання. Оптико-механічний блок забезпечує переміщення оптичної головки зчитування по радіусі диска й зчитування інформації. Напівпровідниковий лазер генерує малопотужний інфрачервоний промінь (типова довжина хвилі 780 нм, потужність випромінювання 0,2-5,0 мвт), що попадає на дзеркало, що відбиває лазерний промінь.

Серводвигун по командах, що надходить від убудованого мікропроцесора, переміщає рухливу каретку із дзеркалом, що відбиває, до потрібної доріжки на компакт-диску. Відбитий від диска промінь фокусується лінзою, розташованою під диском, далі відбивається від дзеркала й попадає на розділову призму, що направляє промінь на другу фокусуючу лінзу. Далі промінь попадає на фотодатчик, що перетворить світлову енергію в електричні імпульси. Сигнали з фотодатчика надходять на універсальний декодер.

Декодер регіструє записану на диск інформацію наступним чином: об'єктив фокусує на поверхні диску промінь лазеру діаметром близько 1 мкм; якщо світловий пучок потрапить на проміжок між поглибленнями на диску, то промінь не буде розсіюватися і відбившись, потрапить на фотоприймач; а якщо промінь потрапить на поглиблення на диску, то промінь почне розсіюватись і до фотоприймача потрапить лише частина відбитого променя.

Висока точність зчитування інформації забезпечується складними системами автоматичного спостереження за поверхнею диска й доріжками запису даних.

Компакт-диски, на які можна записувати інформацію самостійно - CD-R і CD-RW

Накопичувачі CD-WORM (Write Once Read Many) або CD-R (Recordable) дозволяють, як це треба з назви, один раз записати інформацію на диск і багаторазово її зчитувати. Таким чином, технологія CD-WORM є новим кроком у розвитку накопичувачів на оптичних дисках. Розходження технологій CD-WORM й CD-ROM полягає в тім, що при записі даних на поверхні диска не випалюються поглиблення. Диск покритий спеціальним термочутливим шаром барвника з такими ж властивостями по відбиттю лазерного променю, як і у алюмінієвого покриття звичайного CD. При записі інформації на диск промінь лазера розігріває шар золота й шар барвника. Відбувається хімічна реакція, у результаті якої ділянка, що опромінює лазерним променем, на поверхні диска змінює свої кольори, а отже, і свої відбивні властивості. Вони починають розсіювати світло точно також, як поглиблення на диску звичайного CD. Лазер стандартного накопичувача CD-ROM сприймає ці ділянки як поглиблення, хоча це тільки плями з меншим рівнем інтенсивності відбиваного світла (альбедо).

Диски CD-R мають зеленувато-золотаві кольори, завдяки шарую термобарвника й золотому шару під ним.
Існує кілька способів запису на CD-R. Найбільше поширений спосіб запису диска за один прохід (disk-at-once), коли підготовлений (наприклад, розміщений на жорсткому диску) файл записується за один сеанс. При цьому відсутня можливість додавання інформації на диск. Інший спосіб дозволяє робити багатосесійний запис (track-at-once) окремих ділянок доріжок (треків) і поступове нарощування обсягу інформації на диску.

Черговим щаблем в еволюції CD став диск, що надає користувачам можливість вести запис даних поверх раніше записаних. Оригінальна технологія, розроблена компанією Matsushita, заснована на зміні властивостей поверхні диска при впливі променя лазера. Технологія одержала назву PD (Phase-change Dual) - подвійний зміна фази речовини. Запис даних на диск здійснюється за допомогою лазерного променя, що з високою точністю розплавляє окремі ділянки носія даних; при охолодженні вони переходять або в кристалічний стан (з більше високою відбивною здатністю), або в аморфне (з меншою відбивною здатністю). Інформацію на таких дисках можна стирати й повторно записувати, отже, вони придатні для зберігання й архівування даних.

Однак вимога сумісності з накопичувачами CR-ROM перешкодила широкому поширенню технології PD. На зміну їй прийшла тexнология CD/RW (ReWritabfe) - перезаписуваних CD, називана також CD-E (Erasable) -CD, які можна стирати. Ця технологія поєднує елементи технологій подвійної зміни фази речовини й CD-R, забезпечуючи весь спектр функціональних можливостей по записі й перезапису дисків, придатних для читання на будь-якому накопичувачі CD-ROM. Стандарт CD-E у цей час розробляє й підтримує більше 10 фірм, включаючи IBM, HP, Sony, Philips, Ricoh й ін. За заявою розроблювачів приводів CD/RW, пристрій розрахований, принаймні, на виконання 1000-кратного перезапису.

DVD диски

В міру вдосконалювання технології створення CD і приводів, а також створення науково-технічного заділу в області високоякісного цифрового відео, виникла потреба в збільшенні ємності оптичних носіїв інформації. До початку 1995 р. кілька конкуруючих фірм-виробників запропонували свої стандарти зі збільшеною ємністю СD, зокрема, був запропонований формат Super Density (SD). Щоб уникнути різноманіття (а часто й несумісності) стандартів, у вересні 1995 р. фірма Sony у союзі з вісьма іншими фірмами запропонувала новий універсальний формат запису даних на CD DVD (Digital Versatile Disk). Цей формат одержав активну підтримку серед провідних світових електронних компаній, тому що DVD задовольняє вимогам до відтворення відеозображень, а також до зберігання даних.

Іноді з дисками формату DVD ототожнюють із Digital Video Disks (цифровими відеодисками), однак вони нетотожні, тому що перші є попередниками дисків нового універсального стандарту.
Використання формату DVD дозволяє наблизити якість відеозображення для побутових програвачів CD до якості студійної TV-продукції.

Після прийняття угоди про застосування єдиного стандарту DVD з'явилися нові проблеми, пов'язані з інтересами різних кіностудій. Вони зажадали додаткових гарантій того, що кінофільми, призначені для одного ринку, будуть недоступні для інших. У результаті увесь світ був поділений на шість зон, у яких будуть застосовуватися різні регіональні коди й диски. Програвачі CD будуть призначені для використання лише в конкретному регіоні, a CD можуть бути використані в декількох й, в окремих випадках, у всіх регіонах.

Такий штучний розподіл миру послужить ще одним джерелом неприємностей для користувачів. Так, один раз хтось з'ясує, що апаратура, придбана їм, наприклад, у США (зона 1) або в країнах колишнього СРСР (зона 5), не зможе відтворити DVD-диск, призначений для країн Європи.
Відповідно до спочатку прийнятого стандарту, DVD-диск є однобічним і може містити до 4,7 Гбайт інформації. Як й CD, диск формату DVD має діаметр 120 мм. У накопичувачі нового стандарту робоча довжина хвилі випромінювання лазера знижена з 0,78 до 0,63-0,65 мкм (видимий діапазон хвиль), що забезпечило можливість зменшення розмірів штрихів запису практично у два рази, а відстань між доріжками запису - з 1,6 до 0,74 мкм.

Кожен двосторонній CD DVD складається із двох дисків товщиною по 0,6 мм, щільно з'єднаних один з одним. Порівняльні характеристики стандартів CD-ROM й DVD наведені в табл. 1.
Специфікація DVD спочатку розроблялася для однобічного одношарового диска, потім з'явилася конструкція двошарового диска ємністю 8,5 Гбайт. Наступним кроком у розвитку технології DVD з'явилося створення двосторонніх дисків, як одношарових, так і двошарових, при цьому ємність дисків доведена до 9,4 й 17 Гбайт відповідно, а час їхнього відтворення - 4,5 й 8 ч.

Таблиця 6.

Стандарти CD-ROM й DVD

Параметри дисків CD-ROM DVD
Діаметр, мм
120
120
Товщина, мм
1,2
1,2
Структура
Єдина
Два диски по 0,6 мм скріплені
Довжина хвилі лазера, нм
780 (інфрачервоний)
650 й 635 (червоний)
Відстань між доріжками, мкм
1,6
0,74
Розмір поглиблення (pit), мкм
0,83
0,4
Швидкість обертання диска, об/хв
200-4200
570-1400
Ємність, Мбайт
680
4700 (одна сторона)
Швидкість передачі інформації, байт/с
150-3600 (1х-24х)
1350 (накопичувач DVD 1- го покоління)

У накопичувачах стандарту DVD використається більше вузький промінь лазера, чим у приводах CD-ROM, тому товщина захисного шару диска була знижена у два рази (до 0,6 мм). З обліком того, що загальна товщина диска повинна залишку незмінної (1,2 мм), під запобіжний шар був поміщений зміцнювальний. На зміцнювальному шарі також стали записувати інформацію, що привело до появи двошарових дисків DVD. Коли лазерним променем зчитується інформація, записана на першому шарі, розташованому в глибині диска, промінь безперешкодно проходить через напівпрозору плівку, що утворить другий шар CD. По закінченні зчитування інформації з першого шару, по команді контролера, міняється фокусування луча лазера. Промінь фокусується в площині другого (зовнішнього) напівпрозорого шару для подальшого зчитування даних.

Для доступу до даних на другій стороні двостороннього диска його доводиться перевертати вручну. Цей проміжний формат (floppy - перекидний) став частиною специфікації.

Так само як CD зробив революцію в області якісного звуковідтворення, так і поява формату DVD підвищила якість домашнього, відео. Фактично якість сучасних відеозображень наближається до якості студійної телевізійної продукції.

DVD дозволяє одержати набагато більше, ніж прекрасні кольори, чіткість і чистоту зображення, що перевершують якість, забезпечувана стандартом Laserdisc. DVD підтримує високу чіткість відображення дрібних деталей на зображенні. Перекручування відеозображення зведені до мінімуму, усунутий характерний кольоровий шум.

Видалити Відміна
Забанити Відміна