Лазерный диск. Каким образом луч лазера считывает или записывает диск

На лазерных, или оптических, дисках информация записывается благодаря разной отражающей способности отдельных участков такого диска. Все оптические диски схожи тем, что носитель (диск) всегда отделен от привода, который является стан­дартным устройством компьютера. В отличие от жестких дисков или flash-накопи­телей аппаратных проблем с лазерными дисками гораздо меньше, и решаются они намного легче - простой заменой привода. Физическое расположение данных на лазерном диске строго стандартизировано, а сведения обо всех стандартах обще­доступны, хотя спецификаций создано много.

Виды носителей и технологии

Первые лазерные диски были созданы в 1980 году компаниями Sony и Philips для записи звука. Эти диски (CD-DA) воспроизводились на бытовых проигрывателях. С тех пор внешний вид и геометрические размеры любых лазерных дисков оста­ются неизменными. Диск представляет собой поликарбонатную пластину диамет­ром 120 мм и толщиной 1,2 мм, в центре которой находится отверстие диаметром 15 мм. На диск нанесена спиральная дорожка, начинающаяся в центральной части и идущая к периферии. Первоначально существовали лишь диски, тиражируемые промышленным способом со специально изготавливаемых матриц, но впослед­ствии были разработаны технологии, позволяющие записывать лазерные диски на компьютерных приводах CD-R, а затем и CD-RW

В начале XXI века были разработаны стандарты DVD, которые постепенно долж­ны заменить CD. Эти диски отличаются от CD возросшей в несколько раз плотно­стью дорожек, а для их чтения и записи используется лазер с меньшей длиной волны. Появились двухсторонние (Double-Sided - DS) и двухслойные (Double Layer - DL) диски, которые содержат два отражающих слоя и обладают почти удвоенной, по сравнению с обычными дисками, емкостью. Последние разработ­ки - стандарты Blu-Ray и HD-DVD позволили еще больше увеличить объем дан­ных, хранящихся на лазерном диске, хотя принцип записи остался почти тем же. Большое значение придается обратной совместимости стандартов и форматов, чтобы более современные приводы могли работать и со старыми дисками.

На заводских, или штампованных, дисках дорожка образована чередованием впа­дин и выступов, выдавливаемых на поверхности пластины в процессе штамповки диска. На эту поверхность впоследствии напыляется тонкий отражающий слой алюминия. Поскольку выступы и впадины отражают лазерный луч по-разному, становится возможным считывание получившегося узора.

На записываемых и перезаписываемых дисках («болванках») обе поверхности пластины совершенно гладкие, а запись и считывание информации связаны с из­менением физико-химических характеристик тонкого записываемого слоя, нане­сенного на верхнюю сторону пластины (рис. 5.1). Записываемый слой в дисках однократной записи (CD-R или DVD-R) состоит из органического красителя, необратимо изменяющегося под воздействием мощного лазерного луча, а в пере­записываемых дисках (CD-RW или DVD-RW) он образован пленкой специаль­ного сплава, способного менять свою отражающую способность в зависимости от условий нагрева и остывания. Так или иначе, физическое качество записи всецело зависит от качества самой болванки и характеристик привода, на котором произ­водилась запись: скорости, точности фокусировки и мощности луча.

Во всех случаях на верхнюю, дальнюю от лазера, поверхность диска наносится ряд защитных слоев, предохраняющих отражающий слой от повреждений. Хотя за­щитные слои довольно прочны, с этой стороны диск гораздо уязвимее, чем со стороны подложки. Особенно незащищенными являются перезаписываемые дис­ки - активный слой близок по своим свойствам к жидким кристаллам и реагирует даже на незначительное давление или сгибание диска.

От центра к периферии диск разбит на несколько концентрических областей, или зон (рис. 5.2). Диаметр каждой области строго стандартизирован:

Рис. 5.2. Зоны лазерного диска

Область посадки, или фиксации, не содержит каких-либо данных и ложится на шпиндель привода. Неровности и грязь в этой области могут повлиять на ба­лансировку и биения диска при его вращении;

Область калибровки мощности (Power Calibration Area - PC А) присутствует только на записываемых дисках и служит для пробной записи и автоматической регулировки мощности записывающего лазера в зависимости от индивидуаль­ных особенностей диска и привода;

Программируемая область памяти (Program Memory Area - РМА) также суще­ствует только на записываемых дисках. В ней предварительно записывается временная таблица оглавления (Table of Content - ТОС). При завершении сеанса записи эта информация переписывается на нулевую дорожку;

Нулевая дорожка (Lead-in) содержит оглавление диска или сеанса записи. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек, общую длину области данных и информацию о каждом из сеансов записи. Если диск записывается в несколько сеансов, своя нулевая дорожка создается для каждого из сеансов. Стандартный размер нулевой дорожки - 4500 секторов, или около 9,2 Мбайт данных;

Область данных содержит полезные данные. Это основная часть диска;

Конечная зона (Lead-Out) служит маркером конца сеанса записи. Если диск записан в один сеанс, размер конечной зоны составляет 6750 секторов. Если диск записывался в несколько сеансов, для каждого последующего сеанса соз­дается своя конечная зона размером 2250 секторов.

Информация при записи на компакт-диск является многократно избыточной. Это нужно для коррекции возможных ошибок. Хотя считается, что емкость диска CD-ROM составляет около 700 Мбайт, в действительности такой диск несет около 2,5 Гбайт информации!

Спиральная дорожка разделена на секторы, длина одного сектора CD-ROM состав­ляет 17,33 мм, а на стандартном диске помещается до 333 ООО секторов. Для диска DVD стандартное количество секторов составляет 2 298 496 (однослойный DVD, DVD-R(W)) или 2 295 104 (однослойный DVD+R(W)). Каждый сектор состоит из 98 блоков, или фреймов (frames). Фрейм содержит 33 байта информации, из которых 24 байта несут полезные данные, 1 байт содержит служебную информа­цию, а 8 байтов служат для контроля четности и коррекции ошибок. Эти 8 байтов содержат так называемый код Рида - Соломона, вычисляемый на основании 24 по­лезных байтов. Таким образом, объем сектора составляет 3234 байта, из которых 882 байта являются избыточными. По ним микропрограмма привода способна воссоздать истинные значения остальных 2352 байтов в случае возникновения ошибок. Более того, из оставшихся 2352 байтов 304 байта отведены для синхрони­зирующих кодов, битов идентификации, кода коррекции ошибок ЕСС и кода об­наружения и исправления ошибок EDC. В результате в одном секторе полезными являются 2048 байтов.

Чтобы минимизировать влияние царапин и других физических дефектов, исполь­зуется перекрестное чередование блоков между смежными секторами. Благодаря этому любой ограниченный дефект, скорее всего, затронет блоки, относящиеся к раз­ным секторам, и не окажется на двух или трех последовательных блоках. В таком случае коррекция ошибок может оказаться весьма эффективной.

Физически на диск записываются последовательности «темных» и «светлых» участ­ков, получаемых в результате EFM-модуляции. Eight-to-Fourteen Modulation - еще один уровень, призванный обеспечить избыточность и сохранность данных. Вместо каждого байта, то есть 8 битов, записывается последовательность из 14 дво­ичных значений (битов). К этим 14 битам добавляются по три объединяющих бтз, (merge bits), и длина последовательности возрастает до 17 битов. В начало каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации.

Схематично описанные здесь алгоритмы являются стандартными и заложены в микропрограмму любого привода. В процессе чтения диска микропрограмма привода осуществляет при необходимости коррекцию ошибок и показывает через интерфейс уже чистые секторы по 2048 байтов каждый.

Приводы оптических дисков

Конструкция любых приводов лазерных дисков практически не изменилась с XX века (рис. 5.3). Все существенные различия приводов CD или DVD, читающих или записывающих, состоят только в лазерах, датчиках и оптических элементах. Разумеется, поддержка новых стандартов потребовала и новых алгоритмов кор­рекции ошибок, закладываемых в микропрограммы дисководов.

Рис. 5.3. Схема привода лазерных дисков

Диск вращается на оси шпинделя. Частота вращения может доходить до 12 ООО об/мин. Под диском перемещается по направляющим каретка, на которой закреплены ми­ниатюрный полупроводниковый лазер, система линз, призм и зеркал, а также при­емник-фотоэлемент. В современных комбинированных приводах может быть не­сколько лазеров. Лазерный луч проходит через оптическую систему, фокусируется на нижней поверхности вращающегося диска, отражается от нее и через те же линзы и призмы вновь попадает на приемник. Приемник преобразует световой луч в электрические сигналы, которые поступают на предварительный усилитель и да­лее в электронную схему привода.

Верхняя линза является фокусирующей. Она закреплена на очень легких подвесах и может немного смещаться относительно остальных деталей оптической системы. Положением этой линзы управляет сложная автоматика, поэтому луч всегда дол­жен точно фокусироваться на отражающем слое компакт-диска. За счет перемеще­ния каретки лазерный луч можно направить на любой участок диска.

По стандарту на компакт-дисках ширина дорожки составляет около 0,6 мкм, рас­стояние между соседними дорожками - около 1,6 мкм. Каждый элемент дорожки (впадина или площадка либо участок, отличающийся по отражающей способности от соседнего на записываемом диске) должен иметь протяженность от 0,9 до 3,3 мкм. Для DVD эти размеры значительно меньше. Разница в отражающей способности «темных» и «светлых» участков совсем невелика и составляет не более нескольких десятков процентов. При чтении привод лазерных дисков улавливает довольно незначительные колебания яркости отраженного луча. Когда лазерный луч сфо­кусирован на отражающем слое диска, создаваемое им пятно должно примерно соответствовать геометрическим размерам дорожек. Если пятно больше, колебания яркости отраженного луча становятся еще меньше, а отклонения в позициониро­вании усугубляют ситуацию.

Мощность лазера, точность фокусировки, скорость реакции фокусирующей сис­темы, а также степень вибрации и биения диска различны у разных моделей приво­дов. Кроме того, в работу конкретного экземпляра устройства вносит свой отрица­тельный вклад износ подшипников и направляющих, а также старение подвесов.

Этим объясняется знакомый всем случай, когда на одном приводе диск читается нормально, на другом читается, но неуверенно, а на третьем не читается вовсе с вы­водом сообщения об ошибке. Парадоксально: вовсе не обязательно, что диск будет лучше всего читаться на том же приводе, на котором он был записан! Разнообразие параметров, как самих дисков, так и приводов, достаточно велико. О дешевых болванках от неизвестных производителей и доле брака среди них даже не стоит говорить. Существуют и изначально неудачные модели приводов.

Качество привода - понятие весьма расплывчатое. К нему можно отнести тщатель­ность и точность изготовления и сборки механики и оптики, конструктивные осо­бенности, в том числе механизмы балансировки и компенсации люфта, свойства лазерного излз^ателя, а также особенности микропрограммы.

От микропрограммы зависит поведение привода при неустойчивом чтении про­блемных дисков. В общем случае, чем ниже скорость, тем больше шансов успешно считать диск с плохими оптическими характеристиками. При возникновении боль­шого количества ошибок привод должен ступенчато снижать скорость чтения до тех пор, пока чтение не станет устойчивым, но этот механизм по-разному реализо­ван в различных приводах. Чем ниже скорость вращения диска, тем проще требо­вания, предъявляемые к его качеству. Практика показывает, что о качестве приво­да CD или DVD можно косвенно судить по соотношению пластмасса/металл, то есть по весу устройства и его цене. При этом речь идет о ценах на модели одного поколения.

Хорошо известны приводы от компании Plextor. Они имеют стоимость, превыша­ющую среднюю цену для распространенных приводов вдвое или втрое, однако отличаются стабильностью работы и долговечностью. Кроме того, способностью прочитать даже сильно поцарапанный диск или самую некачественную болванку обладают некоторые модели дисководов марки LG. Стабильным чтением характе­ризовались и приводы Теас, однако модели выпуска после 2006 года по каким-то причинам стали вызывать нарекания. Опытные компьютерные пользователи, которым по роду занятий часто приходится извлекать данные с нестабильно чи­тающихся дисков, обычно долго выбирают, а затем бережно используют привод. Иногда такой привод подключают к компьютеру лишь для того, чтобы прочитать проблемный диск, а в остальное время отключают физически во избежание лиш­него износа.

Для считывания информации с компакт-диска используется лазерная головка (ЛГ). В корпусе ЛГ установлены лазерный диод, внутренняя оптическая система (дифракционная решетка, цилиндрическая, коллиматорная и другие линзы, призма), катушки фокусировки и трекинга с фокусирующей линзой, лазерный диод (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Конструкция лазерной головки

При подаче напряжения питания полупроводниковый лазерный диод генерирует когерентный (разность фаз волн постоянна во времени) луч, который с помощью дифракционной решетки разделяется на основной луч и два дополнительных. Пройдя через элементы оптической системы и фокусирующую линзу, эти лучи попадают на компакт-диск (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Фокусировка луча на поверхности диска

Точную фокусировку лучей на диске осуществляют катушки фокусировки, устанавливающие нужное положение линзы. Отразившись от диска, лучи снова попадают на фокусирующую линзу и дальше в оптическую систему. При этом отраженные лучи отделяются от падающих благодаря их разной поляризации. Перед тем, как попасть на фотодатчики (фотодиодную матрицу), основной луч проходит через цилиндрическую линзу, в которой используется эффект дисторсии для определения точности фокусировки (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Лучи и сигналы на фотодетекторах

Если луч сфокусирован точно на поверхности компакт-диска, отраженный луч на фотодатчиках имеет форму круга, если перед или за поверхностью - форму эллипса.

Сигналы с фотодатчиков предварительно усиливаются, и по разности сигналов (A+C) и (B+D) определяется ошибка фокусировки FE (Focus Error). При точной фокусировке сигнал FE равен нулю.

Два боковых луча попадают на датчики E и F. Они используются для отслеживания прохождения основного луча по считываемой дорожке (треку) (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Принцип отслеживания трека: а). точное прохождение луча по треку; б). ошибочное

Разность сигналов E и F определяет ошибку трекинга (отслеживания дорожки) TE (Tracking Error).

Суммарный сигнал с датчиков A, B, C и D представляет собой высокочастотный (RF) сигнал (>4 МГц) в формате EFM (Eight-to-Fourteen Modulation). Он содержит закодированную аудиоинформацию и дополнительные данные.

1.2 Работа сервосхем и основные сигналы в процессе считывания диска

При установке компакт-диска двигатель позиционирования (Slide motor) перемещает лазерную головку в начальное положение, пока не замкнется концевик "Начальное положение головки". (В некоторых моделях для передвижения каретки и позиционирования имеется не два, а один двигатель.) Дальше головка начинает медленно отъезжать, пока не разомкнется концевик.

По сигналу LDON сервосхема автоматического питания лазера (ALPC - Automatic Laser Power Control) подает питание на лазерный диод. Иногда могут применяться дополнительные концевики для блокировки включения лазера и предотвращения попадания в глаза лазерного луча при разобранном механизме, а иногда лазер постоянно включен при закрытой каретке. Система ALPC поддерживает на заданном уровне мощность излучения лазерного диода. Текущую мощность излучения контролирует фотоприемник, помещенный в одном корпусе с лазерным диодом.

Сервопроцессор начинает вырабатывать импульсы начального поиска фокуса (FSR), которые поступают к сервосхемам фокусировки и далее через драйвер - на фокусирующую линзу. Сервосхема фокусировки предназначена для компенсации биений компакт-диска (вверх-вниз). Драйвер (выходной каскад) используется для усиления мощности сигналов. Линза начинает перемещаться вверх-вниз. При точной фокусировке луча на поверхности компакт-диска сигнал ошибки фокусировки FE=(A+C)-(B+D) станет минимальным, отключится подача импульсов FSR, и сервосхема фокусировки начнет управлять фокусирующей катушкой с помощью сигнала FEM, который представляет собой скорректированный сигнал FE. После удачной фокусировки вырабатывается сигнал FOK (FocusOk). Если после 3-4 FSR-импульсов сигнал FOK не вырабатывается, то определяется отсутствие компакт-диска, и работа проигрывателя останавливается.

Сигнал FOK поступает к сервосхемам управления скоростью вращения двигателя (СУСВД). Они вырабатывают сигналы MON (разрешение), MDS (обороты), MDP (фаза), CLV (управление) для управления работой двигателя и регулирования его скорости вращения. Двигатель начинает вращаться и набирать скорость. В некоторых проигрывателях импульсы запуска двигателя генерируются еще до подачи сигнала FOK вместе с FSR-импульсами. При постоянной угловой скорости вращения от начала к концу диска увеличиваются диаметр дорожки и линейная скорость. СУСВД поддерживает на постоянном уровне линейную скорость вращения диска, а после остановки проигрывателя притормаживает обороты двигателя.

Номинальная скорость потока считываемой информации с диска 4,3218 Мбит/с.

Одновременно сигнал FOK поступает к сервосхеме трекинга и активизирует ее работу. Эта сервосхема обеспечивает точное прохождение луча по центру дорожки. Для отслеживания положения луча используется сигнал ошибки трекинга (TE=E-F). Отфильтрованная высокочастотная составляющая сигнала TE (сигнал TER) поступает на катушку трекинга. Катушка трекинга перемещает линзу в перпендикулярном к дорожкам направлению и может обеспечить считывание до 20 треков без перемещения ЛГ. Отфильтрованная низкочастотная составляющая сигнала TE (сигнал RAD) подается на двигатель позиционирования, который перемещает ЛГ по полю диска. Лазерная головка периодически перемещается, когда количество прочитанных дорожек выходит за пределы, допустимые для катушки трекинга.

Схемы трекинга не могут самостоятельно определить нахождение луча на информационной дорожке или между ними. Для этого используется зеркальный детектор, который по амплитуде высокочастотного сигнала EFM определяет положение луча и корректирует его. Если луч находится между дорожками, то амплитуда сигнала EFM минимальна. При удачном отслеживании сервосхемы трекинга вырабатывают сигнал TOK (Tracking OK).

После этого начинается считывание информации с диска. Протактированный импульсами с кварцевого генератора, PLL-детектор подстраивается по частоте и фазе к высокочастотному EFM-сигналу и выделяет из него данные. В сдвиговом регистре последовательные данные преобразуются в параллельные. Дальше информация декодируется, проходит начальную обработку (деперемежение, коррекция ошибок и т.п.) и помещается в буфер "половинного состояния". СУСВД поддерживает заполнение буфера на уровне 50%. Если скорость вращения низкая и буфер заполнен менее чем на 50%, то сервосхема увеличит обороты двигателя, и наоборот. Можно на некоторое время притормозить диск, но звук не прервется. Это объясняется наличием буфера. Похожий принцип работы в AntiShock-схемах, но у них емкость и процент заполнения больше.

Информация в буфер записывается и считывается по импульсам WFCK и RFCK соответственно. Считанная информация разделяется на аудиоданные и субкод. Субкод - это служебная информация, которая содержит синхронизирующие биты, сведения о текущем треке, времени. Субкод используют сервосхемы для позиционирования лазерной головки в нужную точку. Скорость потока субкода составляет 58,8 кбит/с. Аудиоданные обрабатываются в звуковых схемах, и на выход поступает аналоговый аудиосигнал.

1.3 Преобразование звука

Преобразование звука из цифрового в аналоговый формат происходит в звуковых схемах. Первоначально данные левого и правого каналов смешаны (мультиплексированы) и размещены в одном потоке. Аудиоданные проходят дальнейшую обработку (интерполяция, замещение) в цифровых аудиосхемах.

Для улучшения качества звука и уменьшения шумов могут использоваться цифровые фильтры и схемы ускоренной выборки (OVERSAMPLING). Цифровые фильтры преобразуют разрядность аудиосигнала с 16 до 18 или 20 бит, уменьшая ступеньку квантования в выходном сигнале. При использовании 18-разрядного фильтра и ЦАП ступенька уменьшается в 4 раза и, соответственно, звук становится более приятным. Схемы ускоренной выборки перемещают шумы квантования (>22 кГц) в область более высоких частот. Данные для ЦАП считываются и преобразуются со скоростью в 2, 4, 8 или 16 раз большей, чем номинальная.

ЦАП преобразовывает цифровые сигналы в аналоговую форму. Возможны два варианта (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Включение ЦАП в звуковых схемах

В дорогих моделях используется вариант, показанный на рис. 1.5,а. Мультиплексированный цифровой сигнал поступает на демультиплексор, который по тактирующим импульсам разделяет его на 2 цифровых потока соответственно для левого и правого каналов. Для каждого канала используется свой ЦАП. В другом варианте (рис. 1.5,б) применяется один ЦАП, аналоговый сигнал с которого разделяется коммутатором на два канала. В обоих случаях линия задержки используется для выравнивания по времени данных правого и левого каналов.

Аудиосигналы с выхода ЦАП усиливаются и поступают на выходные фильтры. Фильтры обрезают высокочастотные составляющие (>20 кГц), шумы квантования и сглаживают ступеньку.

В аудиосхемах используются транзисторные ключи, которые управляются сигналом MUTE и закорачивают выходной сигнал на корпус. Если диск считывается нормально, то в режимах "Воспроизведение" или "Перемотка по треку" процессор отключает блокировку звука. Во всех остальных режимах функция MUTE активизирована.

От качества фильтра напрямую зависит качество аудиосигнала. В дорогих моделях используют фильтры более высоких порядков.

1.4 Функционирование проигрывателя в различных режимах

1.4.1 Загрузка диска

При включении проигрывателя в сеть вырабатывается сигнал сброса Reset, который обнуляет регистры процессора. Процессор проверяет положение каретки, лазерной головки (при необходимости позиционирует в начальное положение) и наличие компакт-диска. В некоторых моделях при наличии диска проигрыватель переходит в режим воспроизведения.

При нажатии клавиши "Open/Close" процессор подает сигнал на двигатель каретки, каретка выезжает. При полном выезде каретки срабатывает концевик "Конечное положение каретки", и процессор останавливает двигатель. В некоторых моделях проигрывателей применяются электрические схемы без концевиков, которые по силе тока, потребляемого двигателем, определяют начальное и конечное положения каретки.

Диск устанавливается в каретку. При повторном нажатии клавиши "Open/Close" процессор запускает двигатель. Каретка заезжает, пока не сработает концевик "Начальное положение каретки". Диск устанавливается на столик и прижимается к нему. Проигрыватель пытается считать заголовок диска.

Информация с диска считывается в направлении от центра. Физически заголовок расположен в начале компакт- диска. В нем записана информация о количестве композиций, общем времени и т.п. Если информация считается удачно, на экране высветятся характеристики диска. В противном случае на дисплее появится сообщение "Error", "No Disc" или "-", а в некоторых моделях режим воспроизведения будет заблокирован.

1.4.2 Воспроизведение

ЛГ начинает считывать диск, ищет начало первого трека и начинает воспроизводить его. Одновременно отображаются номер и время трека на дисплее.

1.4.3 Пауза

Приостанавливается воспроизведение диска. Выходной аудиосигнал блокируется. Лазерная головка остается на одном месте.

1.4.4 Перемотка по трекам "<<",">>"

ЛГ ищет начало нужного трека и начинает его воспроизводить.

1.4.5 Перемотка по треку "<", ">

В этом режиме ускоренно проигрывается трек. Процессор вырабатывает сигналы JF (прыжок вперед) и JP (прыжок назад). Катушка трекинга и ЛГ медленно перемещаются вперед (назад). Считывающий луч постоянно перепрыгивает с текущей дорожки на следующую. С помощью детектора подсчитывается количество пересеченных дорожек. Соответственно вырабатывается сигнал для управления катушкой трекинга (до 25 треков) и двигателем позиционирования. Амплитуда аудиосигнала на выходе немного снижается.

Прошло довольно много времени с момента создания первого диска с оптическим способом чтения информации. Такие диски стали называть компакт-дисками (compact disk), или просто CD. Первоначально CD разрабатывались для звуковых записей, но они оказались очень удобными для хранения и распространения довольно значительных объёмов любой информации.

Стоимость хранения мегабайта информации на компакт-диске не превышает сотых долей цента. Поэтому сейчас практически не выпускается компьютеров без CD-привода. Как следствие массового применения, и сами диски и дисководы для них в настоящее время продолжают дешеветь.

Лазерные диски CD-ROM Как расшифровывается ROM? Read Only Memory, только чтение. Информация на такие диски записывается во время изготовления, на заводе. Запись на них новой информации невозможна. Информация на диске записана в виде «питов» (pit – ямка, углубление).

Питы расположены вдоль воображаемой спирали, идущей от центра диска к краю. При чтении лазерный диск, установленный в дисковод, вращается с большой скоростью. Луч миниатюрного лазера, находящегося в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как луч то попадает в ямку, то нет, интенсивность отраженного луча "мигает". Эти световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы.

Лазерные диски с возможностью записи Существенным недостатком компакт-дисков долгое время было то, что такие диски можно было только читать. Этот недостаток был успешно преодолен: были разработаны диски CD-R, на которые можно записать информацию, но только один раз (R - Recordable, записываемый). И диски CD-RW, на которые информацию можно записывать многократно (RW - ReWritable, перезаписывамый).

Для записи и перезаписи таких дисков используются специальные дисководы с достаточно мощным лазером, способным "прожигать" информацию на диске. По своему устройству диск CD-R (заготовка для записи), также как и его «штампованный» собрат, напоминает слоёный пирог. Основное отличие - активный (регистрирующий) слой.

Для основы CD-R применяется тот же поликарбонат, который используется и при изготовлении CD-ROM. Но вот рельеф основы намного сложнее, чем у штампованного диска (CD-ROM). При изготовлении основа CD-R диска получает разметку – сплошную спиральную канавку.

Для хранения информации в носителях CD-R используется «запоминающий» слой из органического полимера, «темнеющий» при нагревании лазерным лучом, а в дисках CD- RW изменяющий фазовое состояние (из кристаллического в аморфное и наоборот) при разогреве лазером и быстром охлаждении.

Все больше, все быстрее Информационная емкость CD-ROM мегабайт, а скорость считывания зависит от скорости вращения диска в дисководе. Первые CD-ROM-накопители считвали информацию со скоростью 150 Кбайт/с. Дисководы непрерывно совершенствуются, скорость считывания растет. В современных дисководах скорость считывания (и записи, если это записывающий дисковод) можно установить в условных единицах, равных той самой "первой" скорости: 4x, 8x,... 52x,...

Для чтения и записи могут быть разные скорости. Например, маркировка CD-RW- дисковода "48х/24х/52x" означает, что максимальная скорость для записи CD-R- дисков - 48-кратная; для CD-RW-дисков кратная; чтение - на 52-кратной скорости.

Относительно недавно началось широкое распространение дисков DVD (Digital Video Disk, цифровой видеодиск). В настоящее время существует целый ряд разновидностей DVD: среди них есть и "штампованные", и записываемые один раз, и перезаписываемые. Оптические дорожки на них размещены более плотно, запись может быть с двух сторон, причем в два слоя на каждой стороне.

Поэтому их емкость намного больше, чем у CD (4,7 - 9,4 Гбайт). Скорость считывания первого поколения DVD-накопителей была примерно 1,3 Мбайт/с. На следующих моделях скорость тоже можно устанавливать кратно "первой" скорости. Например, скорость 16x - это примерно 21 Мбайт/с. Таким образом, самый простенький и дешевый дисковод может только считывать информацию с CD-ROM, а самый современный и "крутой" - считывать и записывать CD и DVD.

В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации. В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Лазерные дисководы и диски

Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации. На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет. Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650-700 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с). DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению с CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне. Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

4.Дополнительные устройства вывода:

Принтер-- составная часть электроннойнастольной изд. системы, аппарат, который автоматически распечатывает введенный в память компьютера текст по программе, обеспечивающей его соответствие типографскому наборугранокилиполос. Распечатка используется либо в качестве корректурных оттисков, либо в качестве полосрепродуцируемого оригинал-макета.Различаются П.матричные,лазерныеиструйны

Плоттер- Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем) используются специальные устройства вывода - плоттеры. Принцип действия плоттера такой же, как и уструйного принтера.

Динамики / Колонки - Динакими - воспроизводят звук, который создает компьютер - начиная от записанной музыки до синтезированной речи или звуковых эффектов, используемых Windows.Компьютерные колонки (динамики ) бывают разного качества: от дешевых пластиковых коробок с глухим звуком до отлично звучащей дорогой стереосистемы. Подключить новые колонки очень просто: вытаскиваете шнур от старых и вставляете шнур от новых. Усилитель встроен в колонки и не нуждается в отдельном подключении. Системы из нескольких колонок тоже существуют, наиболее популярна система из двух-трех колонок с сабвуфером, который вы можете спрятать под стол, а маленькие колонки расположить по обе стороны монитора.

Что такое LaserDisc January 24th, 2016

Как то я даже не знал, что существовали такие носители. Многие подумают, что это те же самые CD-диски, но это не так. Вот смотрите...

LaserDisc (LD) — первый коммерческий оптический носитель данных, предназначавшийся, прежде всего, для домашнего просмотра кинофильмов. Однако, несмотря на технологическое превосходство над VHS и Betamax, Laserdisc не имел существенного успеха на мировом рынке: в основном был распространён в США и Японии, в Европе к нему отнеслись прохладно, в России лазердиски имели небольшое распространение, в основном за счёт коллекционеров — любителей видео.

В отличие от Video CD, DVD и Blu-ray дисков, LaserDisc содержит аналоговое видео в композитном представлении (полный цветной телевизионный сигнал) и звуковое сопровождение в аналоговой и/или в цифровой форме. Стандартный лазердиск для домашнего использования имеет диаметр 30 см (11,81 дюймов) и склеен из двух односторонних покрытых пластиком алюминиевых дисков. Информация о сигнале хранится в миллиардах микроскопических углублений (питах), выгравированных в алюминиевом слое под поверхностью. Поверхностный акриловый слой (1,1 мм) защищает их от пыли и отпечатков пальцев. Для чтения данных с диска применяется маломощный лазерный луч, который через зеркально-оптическую систему создает тонкий пучок света (диаметром 1 мкм) на поверхности диска и, отражаясь, попадают на фото датчик и, далее, передаётся как закодированный аудио/видео сигнал высокой плотности для последующего воспроизведения.

Процесс записи и считывания информации осуществляется при помощи лазера.

Формат контента: NTSC, PAL
Ёмкость:
60 минут на сторону CLV (постоянная линейная скорость)
30 минут на сторону CAV (постоянная угловая скорость)
Считывающий механизм: лазер, длина волны 780 нм (инфракрасный)
Разработан: Philips MCA
Размер: диаметр 30 см (11.81″)
Применение: хранение аудио, видео
Год выпуска: 1978

Технология Laserdisc с использованием светопропускающего носителя была разработана Дэвидом Полом Греггом в 1958 году. В 1969 году компания Philips создала видеодиск, работающий в режиме отражённого света, имеющий большие преимущества перед режимом на просвет. MCA и Philips объединили свои усилия и продемонстрировали первый видеодиск в 1972 году. В продажу первый лазердиск поступил в Атланте 15 декабря 1978 года — через два года после появления на рынке видеомагнитофонов формата VHS и за четыре года до CD, основывавшихся на технологии LaserDisc. Компания Philips производила проигрыватели, а MCA издавала диски, но их сотрудничество было не очень успешным и закончилось через несколько лет. Несколько ученых, занимавшихся разработкой технологии, организовали фирму Optical Disc Corporation.

Первым лазердиском, поступившим в продажу в Северной Америке, был выпущенный MCA DiscoVision в 1978 году фильм "Челюсти". Последними — фильмы "Сонная лощина" и "Воскрешая мертвецов" компании Paramount, выпущенные в 2000 году. В Японии было издано ещё не меньше дюжины фильмов вплоть до конца 2001 года. Последним японским фильмом выпущенным в формате LaserDisc был "Tokyo Raiders".

Так как цифровое кодирование (сжатие видео) было в 1978 году либо недоступно, либо нецелесообразно, применялись три метода уплотнения записи на основе изменения скорости вращения диска:

CAV (англ. Constant Angular Velocity — постоянная угловая скорость (как при воспроизведении грампластинки)) — стандартные видеодиски (англ. Standard Play), поддерживающие такие функции как стоп-кадр, изменяемое замедленное воспроизведение вперёд и назад. CAV-диски при воспроизведении имеют постоянную скорость вращения (1800 оборотов в минуту для стандарта NTSC (525 строк) и 1500 оборотов в минуту для стандарта PAL (625 строк)), и за один оборот считывается один кадр. В этом режиме на одной стороне диска CAV может храниться 54 000 отдельных кадров - 30 минут аудио/видео материала. CAV использовали реже, чем CLV, в основном для специальных изданий художественных фильмов, для бонусных материалов и специальных эффектов. Одно из преимуществ этого метода является возможность переходить на любой кадр непосредственно по его номеру. Произвольный доступ и функция стоп-кадра позволили производителям создавать простейшие интерактивные видеодиски, размещая на диске помимо видеоматериалов отдельные статичные изображения.

CLV (англ. Constant Linear Velocity — постоянная линейная скорость (как при воспроизведении компакт-дисков)) — долгоиграющие видеодиски (англ. Extended Play) не имеют специальных возможностей воспроизведения CAV-дисков, предлагая только простое воспроизведение на всех проигрывателях Laserdisс, кроме проигрывателей высокого класса, имеющих функцию цифрового стоп-кадра. Эти проигрыватели могут добавлять новые функции, обычно не доступные для CLV дисков, такие как воспроизведение вперед и назад с переменной скоростью, и паузу, как на магнитофонах. Постепенно замедляя скорость вращения (с 1800 до 600 об/мин) CLV-диски с постоянной линейной скоростью, могут хранить 60 минут аудио/видео материала с каждой стороны, или два часа на диске. Фильмы длительностью менее 120 минут могли поместиться на один диск, тем самым снижая стоимость одного фильма и устраняя отвлекающую от просмотра необходимость заменять диск на следующий, по крайней мере для тех, кто обладал двухсторонним проигрывателем. Подавляющее большинство релизов были доступны только в CLV (несколько наименований было выпущено частично CLV, частично CAV).

CAA (англ. Constant Angular Acceleration — постоянное угловое ускорение). В начале 1980-х годов, из-за проблем с перекрестными помехами на долгоиграющих лазерных CLV-дисках, компанией Pioneer Video было представлено CAA-форматирование долгоиграющих лазерных дисков. Кодирование с постоянным угловым ускорением очень похоже на кодирование с постоянной линейной скоростью, за исключением того, что в CAA происходит мгновенное снижение скорости при угловом смещении на определённый шаг, вместо постепенного замедления в устойчивом темпе, как при чтении CLV-дисков. За исключением 3М/Imation, все производители Laserdisc приняли схему CAA кодирования, хотя этот термин редко (если вообще) использовался на потребительских упаковках. CAA кодирование заметно улучшило качество изображения и значительно сократило перекрестные помехи и другие проблемы слежения.

В 1998 году проигрыватели LaserDisc были примерно в 2 % американских домов. Для сравнения в 1999 году в Японии эта цифра составляла 10 %.

В массовом секторе LaserDisc полностью уступил место DVD, и производство дисков устаревшего формата и проигрывателей для них было прекращено. Сегодня формат LaserDisc пользуется успехом лишь у любителей, собирающих лазердиски с различными записями — фильмы, музыка, шоу.

Многие из энтузиастов утверждают, что формат LaserDisc способен более натурально, чем цифровое видео, передавать фазы движений, и в подавляющем большинстве случаев видео с LaserDisc смотрится более комфортно, чем цифровое. Этому есть основание: LaserDisc — аналоговый формат, здесь отсутствует как внутрикадровое, так и межкадровое сжатие, это запись композитного сигнала, полосы частот.

Кроме того, на данный момент до сих пор есть множество видео, не вышедших на DVD / BluRay или изданных в качестве, уступающем качеству LaserDisc. Например, "Олимпия" Лени Рифеншталь.