Оптические диски их свойства и объем. Что такое оптический диск? Устройство компакт-дисков, лазерных и других оптических дисков

CD-, DVD- и Blu-ray-диски - это оптические носители информации, на которых можно сохранять в электронном виде фильмы, музыку или другие цифровые данные. Они оперируют, прежде всего, с цифровым кодом. С одной стороны, данные носители информации являются цифровой информационно-коммуникативной технологией, с другой стороны - это технические инструменты для любых видов оцифровки, расчетов, записи, архивирования, обработки, передачи и предъявления цифрового контента.

CD и DVD - это аббревиатуры, а понятие Blu-ray-диск имеет немного другую природу.

CD является сокращением от "компакт-диск" (англ. Compact Disc).

DVD является сокращением от "цифровой видео диск" (англ. Digital Video Disc). Немного позже появилось название "цифровой диск для разностороннего использования" (англ.Digital Versatile Disc), так как DVD можно использовать не только для записи видео.

Blu-ray-диск получил свое название благодаря голубому лазеру (в отличие от белого лазера), который считывает информацию с диска, а также записывает информацию.

Компакт-диск (CD-ROM) длительное время был основным носителем для переноса информации между компьютерами. Сейчас он практически уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям, которые работают существенно быстрее, и занимают меньше места.

История

Впервые, идея оптической записи появилась в 1965 году, в американском институте Battelle Memorial, штат Огайо. Эта технология тогда еще была крайне примитивной – фотографическим методом на диск наносились темные точки и черточки. Для считывания информации диск просвечивался специальной лампой. Основоположником технологии был американский физик Джеймс Расселл. Но как это обычно и бывает, он не заработал на своем изобретении ни копейки. Ученый запатентовал свое технологию в 1970 году. Ему же принадлежит и идея использования лазера в качестве источника света.

Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM - Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 годуначалось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года.

По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 миллиардов CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через интернет, по данным IFPI - продажи компакт-дисков до сих пор составляют около 70 % всех продаж музыки.

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.. Первый стандарт

От момента создания, до промышленного применения оптических носителей прошло много лет. Вялые попытки создать музыкальный оптический диск предпринимались многими фирмами. В том числе подобные попытки (причем достаточно удачные) были отмечены и на территории Советского Союза. Но наибольших успехов удалось достичь нидерландской фирме Philips. В те годы мало кто всерьез задумывался про возможность повсеместного распространения цифровых носителей информации. Мир был еще аналоговым. Philips же вложила в разработки 60 миллионов долларов – астрономическую по тем временам сумму. Но компания не прогадала.

В 1979 году компании Philips и Sony заключили договор о совместной разработке нового носителя. Уже через год, компании представили новый стандарт, получивший название CD-DA (Compact Disk Digital Audio). Это был диск с диаметром в 12 сантиметром и временем звучания чуть больше часа. Формат оказался удивительно удачным и удобным. Он быстро завоевал сердца как производителей, так и покупателей.

Формат CD безоговорочно правил на рынке в течении 15 лет. За это время он перестал быть просто музыкальным диском, превратившись в универсальный носитель информации. Однако, уже к средине 90-х годов прошлого века, объема информации, который мог вместить на себя один CD, стало катастрофически не хватать.

В 1994 году стало известно, что альянс Philips и Sony занимается разработкой диска высокой плотности, основанного на базе технологии CD. Новый стандарт получил название DVD (Digital Video Disk или Digital Versatile Disk – обе расшифровки верны). И прежде чем остановится на этой аббревиатуре, производители называли свою разработку то MMCD (Multi Media CD), то HD-CD (High Density Compact Disk). Кстати, правами на аббревиатуру DVD никто не обладает.

Диски нового формата внешне ничем не отличались от обычных CD. Но объем информации удалось увеличить с 650 Мбайт до 4,7 Гбайт. Так же немаловажно то, что проигрыватели DVD без проблем могли воспроизводить и обычные CD, а следовательно не возникало никаких проблем со стандартами. Благодаря появлению DVD, стало возможным получить высокое качество звука и изображения в домашних условиях. Формат довольно быстро стал популярным. На сегодняшний день в DVD Forum входит больше 250 компаний по всему миру. И уже не верится, что в свое время иные аналитики название DVD в шутку расшифровывали как «Dead, Very Dead», предрекая скорую смерть стандарта.

Некоторые проблемы стандартизации возникли лишь когда появились первые DVD с возможностью записи. В мире появились два стандарта - DVD+R и DVD-R. Каждый из них обладал своими преимуществами и недостатками, малопонятными рядовому пользователю. Впрочем, особых проблем у пользователей не возникало. Нужно лишь было следить за тем, чтобы приобретаемый диск поддерживался имеющимся в наличии проигрывателем (DVD-R были более распространены). Да довольно быстро появились универсальные проигрыватели и рекордеры, поддерживающие оба стандарта. На сегодняшний день не все пользователи даже знают о существовании различных стандартов.

DVD повторила историю CD. Узкоспециализированные диски (а DVD изначально разрабатывался только для работы с видео) превратились в универсальный носитель информации. Стоимость проигрывателей сократилась от нескольких сотен долларов, до нескольких десятков. Цена же самих носителей оценивается копейками.

Классификация оптических дисков

В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков:

1. диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);

2. диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL);

3. диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).

Скорости и надежности современных рекордеров позавидует любой болид «Формулы-1». ComputerBild рассказывает, как данные попадают на CD, DVD и Blu-ray-диски.

Запись музыки и фильмов на оптические носители – процесс привычный, как использование магнитных кассет лет двадцать назад, только обходится намного дешевле. Чем же отличаются типы носителей и как на них записывается информация?

Штамповка и прожиг

При промышленном производ­стве дисков с музыкой, фильмами или играми запись данных на носитель осуществляется путем штамповки – этот процесс напоминает изготовление грампла­стинок. Информация на дисках сохраняется в виде крошечных углублений. Компьютерные и бытовые DVD-рекордеры выполняют эту задачу иначе – они используют лазерный луч.

Первыми записываемыми оптическими носителями стали CD-R с возможностью однократной запи­си. При сохранении данных на такие диски лазерный луч нагревает состоящий из красителя рабочий слой болванки примерно до 250 °С, что вызывает химиче­скую реакцию. В месте нагрева лазером образуются темные не­прозрачные пятна. Отсюда и происходит слово «прожиг».

Аналогичным образом осуществляется перенос данных на DVD с возможностью однократной записи. А вот на поверхности перезаписываемых CD, DVD и Blu-ray-дисков темных точек не образуется. Рабочий слой этих накопителей представляет собой не краситель, а специальный сплав. При нагреве лазером примерно до 600 °С он переходит из кристаллического состояния в аморфное. Подвергнутые воздействию лазера участки имеют более темный цвет, а значит, и другие отражающие свойства.

Носители информации

Болванки, предназначенные для записи в домашних условиях, имеют такую же толщину (1,2 мм) и такой же диаметр (12 или 8 см), как и диски, запись данных на которые осуществляется промышленным способом. Оптические носители имеют многослойную структуру.

Подложка. Основа для дисков, которая изготавливается из поликарбоната, – это прозрачный, бесцветный и довольно устойчивый к внешним воздействиям полимерный материал.

Рабочий слой. У записываемых CD и DVD он состоит из органического красителя, а у перезаписываемых CD, DVD (RW, RAM) и Blu-ray-дисков образован специальным сплавом, способным изменять фазовое состояние. Рабочий слой с двух сторон окружен изолирующим веществом.

Отражающий слой. Для создания слоя, от которого отражается луч лазера, используются алюминий, серебро или золото.

Защитный слой. Им снабжены только CD и Blu-ray-диски. Он представляет собой твердое лаковое покрытие.

Этикетка. Сверху на диск наносится слой лака – так называемая этикетка. Этот слой способен впитывать влагу, благодаря чему чернила, которые оказываются на поверхности носителя во время печати, быстро высыхают.

Различия между CD, DVD и Blu-ray-дисками

Эти носители имеют разные характеристики. В первую очередь – разную емкость. Blu-ray-диск способен вместить до 25 Гб данных, на DVD можно сохранить в 5 раз меньше информации, на CD – в 35 раз меньше. Для чтения и записи данных в Blu-ray-приводах используется синий лазер. Длина его волны примерно в 1,5 раза меньше, чем в DVD- и CD-приводах красного лазера. Это позволяет записать на равную по площади поверхность диска значительно больший объем информации.

Форматы носителей

В настоящее время на рынке представлены следующие типы оптических носителей.

CD-R. Записываемые CD способны вместить до 700 Мб информации. Существуют также диски ем­костью 800 Мб, однако они поддерживаются далеко не всеми рекордерами и бытовыми плеерами. На восьмисантиметровые miniCD можно записать 210 Мб данных.

CD-RW. Перезаписываемые носители обладают такой же емко­стью, что и CD-R.

DVD-R/DVD+R. Записываемые DVD вмещают 4,7 Гб информации. miniDVD диаметром 8 см – 1,4 Гб.

DVD-R DL/DVD+R DL. Приставка DL означает Dual Layer (DVD-R) или Double Layer (DVD+R), что соответствует двухслойному носителю. Емкость – 8,5 Гб. На восьмисантиметровый диск помещается до 2,6 Гб.

DVD-RW/DVD+RW. Однослойные носители этого типа способны выдержать несколько сотен циклов записи. Как и у DVD с возможностью однократной записи, емкость перезаписываемых ди­сков – 4,7 Гб, а дисков диаметром 8 см – около 1,4 Гб.

DVD-RAM. Эти носители обладают такой же емкостью, как и однослойные DVD. Существуют и двухслойные диски, которые вмещают в два раза больше информации. DVD-RAM выдерживают до 100 тысяч циклов записи, однако работают с этими дисками лишь немногие DVD-плееры. Запись данных осуществляется не на спиралевидную дорожку, а секторами на кольцевые дорожки, как на пластины жесткого диска. Метки, определяющие границы секторов, хорошо видны на поверхности DVD-RAM – по их наличию легко отличить этот тип носителей от других.

BD-R/BD-R DL . Сокращение, которое используется для обозначения записываемых Blu-ray-дисков. Носители BD-R имеют один рабочий слой, вмещающий 25 Гб данных. BD-R DL снабжены двумя рабочими слоями, поэтому их емкость в 2 раза выше.

BD-RE/BD-RE DL. Перезаписываемые Blu-ray-диски рассчитаны на 1000 циклов записи. На них можно разместить столько же данных, как и на неперезаписываемые носители.

«Плюс» и «минус»

Наличие «плюсовых» и «минусовых» носителей – следствие давней войны форматов. Вначале представители компьютерной индустрии делали ставку на «плюсовой» формат, а производители бытовой электроники продвигали «минусовой» в качестве стандарта записываемых DVD. Со­временные рекордеры и плееры поддерживают оба формата.

Ни один из них не обладает явными преимуществами по сравнению с другим. При изготовлении носителей обоих типов используются одинаковые материалы. Поэтому между «плюсовыми» и «минусовыми» дисками одного производителя существенных различий нет.

Качество записи

Качество записи носителей одного формата может значительно различаться. Многое зависит от используемой модели рекордера. Большую роль играет и скорость записи: чем она ниже, тем меньше количество ошибок и выше качество.

Совместимость рекордеров и носителей

Не каждый рекордер способен осуществлять запись на диски всех без исключения форматов. Существуют определенные ограничения.

CD-рекордеры. Не могут работать с DVD и Blu-ray-дисками.

DVD-рекордеры. Записывают CD и DVD, но не поддерживают формат Blu-ray.

Blu-ray-рекордеры. Осуществляют запись как на Blu-ray, так и на любые CD и DVD.

Подписи на дисках

Носитель, на котором размещена информация, лучше сразу же подписать, чтобы не перепутать впо­следствии. Сделать это можно разными способами.

Болванки с возможностью печати. Верхняя сторона этих дисков покрыта лаком. На такой поверхности можно осуществлять печать текста и изображений, используя струйные прин­теры и МФУ, оснащенные специальным лотком. По цене диски не отличаются от обычных.

Подпись с помощью рекордера. Поддержка рекордером технологии LightScribe или Labelflash по­зволяет наносить одноцветные изображения и текст на поверхность специально предназначенных для этого носителей. Правда, процесс может занимать до 30 мин., а стоимость дисков Light­Scribe примерно в два раза превышает стоимость обычных болванок. Носители с поддержкой La­bel­flash обойдутся еще дороже.

Новая технология LabelTag. Разработана производителем рекордеров Lite-On и предполагает нанесение текста на рабочую поверхность диска. Благодаря этому необходимость использовать специальные носители исчезает. Однако на диске расходуется место, поскольку текст наносится непо­средственно на дорожку. Да и надпись хорошо читается, только если участки с текстом ярко контрастируют с пустыми фрагментами.

Подпись, сделанная вручную. Для этого нужно приобрести специальные маркеры с мягким, закругленным на конце стержнем и не содержащими растворителей чернилами. Другие маркеры могут привести к разъеданию поверхности диска и образованию царапин.

Использование наклеек. Распечатать наклейки можно на любом принтере. Однако приклеивать их не рекомендуется, так как это часто приводит к повреждению поверхности диска, а значит, и к потере данных. Может случи­ться так, что этикетка оторвется во время воспроизведения диска. В этом случае вероятно повреждение оптического привода.

Cрок хранения данных

Производители дисков зачастую указывают срок сохранности данных на носителях 30 лет и более. Однако такая продолжительность возможна только при идеальных условиях хранения – в сухом, прохладном и темном месте. Качество записи должно быть высоким.

При частом использовании срок службы самостоятельно записанных дисков значительно уменьшается. При воспроизведении носители подвергаются воздей­ствию высоких температур и механическим нагрузкам. Потеря данных также может быть вызвана царапинами или загрязнением.

Перенос информации на диск

У всех оптических носителей, за исключением DVD-RAM, имеется спиралевидная дорожка, которая идет от центра диска к внешнему краю. На эту дорожку лазерным лучом записывается информация. При прожиге луч лазера образует на отражающем слое крошечные пятна – питы (от англ. pit – яма). Области, которые не подвергались воздействию лазера, называются лэнды (от англ. land – поверхность). В переводе на язык двоичной си­стемы хранения данных питу соответствует 0, а лэнду – 1.

При воспроизведении диска информация считывается с помощью лазера. Благодаря различной отражающей способности питов и лэндов, привод распознает темные и светлые участки диска. Таким образом с носителя считывается последовательность нулей и единиц, из которых состоят все без исключения физические файлы.

С развитием технологий происходило постепенное уменьшение длины волны лазерного луча, использу­емого в рекордерах, что позволило значительно повысить точность фокусировки. Дорожка стала уже, питы – меньше, а на равную по площади область диска помещается больший объем данных. Чем короче длина волны, тем меньше расстояние между рабочим слоем и лазером.

Производство носителей

На примере DVD ComputerBild рассказывает, как производятся оптические носители и чем отличается производство других типов дисков.

1. Для отливки пластиковой подложки поликарбонат, разогретый до 350 °С, подается в форму методом литья под давлением. На поверхности основы с помощью матрицы создается микроскопиче­ская спиральная дорожка в виде желобка (Pre-Groove). На эту дорожку не только записываются данные – в нее также помещен сигнал для синхронизации привода шпинделя рекордера. После охлаждения подложки до 60 °С делается центральное отверстие, затем температура снижается до 25 °С и начинается дальнейшая обработка. DVD обычно состоят из двух по­ликарбонатных слоев толщиной 0,6 мм каждый. У однослойных записываемых DVD дальнейшей обработке подвергается только один из слоев, как описано в шагах 2–3, а у двухслойных DVD – оба. CD и Blu-ray-диски имеют лишь один слой толщиной 1,2 мм.

2. Рабочий слой записываемых CD и DVD создается методом центрифугирования. С помощью дозатора краситель впрыскивается на поверхность вращающегося с постоянной скоростью диска в области центрального отверстия и равномерно распределяется по поверхности носителя.

3. Отражающий слой наносится на диск методом ионно-плазменного напыления. В вакуумной камере алюминиевая, се­ребряная или золотая пластина бомбардируется заряженными ионами, которые выбивают из нее атомы металла – он остается на поверхности рабочего слоя болванки. У перезаписываемых CD, DVD и Blu-ray-дисков все рабочие и отражающие слои создаются с помощью ионно-плазменного напыления. В четырех камерах на диск последовательно наносится первый слой изолятора, рабочий слой, второй слой изолятора и отражающий слой. При производстве Blu-ray-дисков эти операции выполняются в обратной последовательности.

4. Две поликарбонатные основы склеиваются вместе. У CD и Blu-ray-дисков вместо второй основы наносится лаковое покрытие, которое сушится под ультрафиолетовой лампой. Лаковое по­крытие Bly-ray-дисков отличается особой прочностью, в то время как DVD в защитном слое лака не нуждаются.

5. На последнем этапе болванки получают этикетку, а на диски с возможностью печати на принтере наносится впитывающий слой лака.

Блог компании OCZ Storage Solutions

Всем привет! Это вторая часть материала об эволюции носителей информации. Напомню, что в мы рассказали о первых запоминающих устройств – перфокартах, а также уделили внимание магнитным плёнкам и дискетам. Сегодня же речь пойдет о более привычных для нас девайсах, а именно - об оптических накопителях.

Когда на дворе стоял 1969 год, компания IBM еще упорно трудилась над созданием первой дискеты, а инженеры голландского производителя электроники Philips уже завершали работу над оптическим носителем под названием LaserDisc. Многие ошибочно полагают, что LaserDisc был первой в мире технологией оптической записи, однако это не совсем так. За 10 лет до этого события, в 1958 году, братья Пол и Джейм Грегг уже создавали похожую технологию. Отличие этих оптических носителей заключалось в том, что разработка братьев Греггов работала в режиме пропуска света, тогда как технология Philips использовала отраженный свет.

В 1961 году Грегги запатентовали свою технологию, но так и не смогли сделать из нее коммерческий продукт, впоследствии продав права на оптический носитель компании MCA в 1968 году. Philips и MCA посчитали, что конкуренция им ни к чему, и решили объединить свои усилия. Плодом их работы стал коммерческий запуск LaserDisc в 1972 году.

К моменту появления Laserdisc кассетные форматы VHS и Betamax уже снискали успех. Несмотря на то что Laserdisc имел множество преимуществ над кассетами, он так и не смог стать востребованным. В Европе его встретили довольно прохладно, и основными для этой технологии стали рынки США и Японии. Первым фильмом, выпущенным на носителе Laserdisc, были «Челюсти». Это случилось в 1978 году. А последним – картина «Воскрешая мертвецов» в 2000 году. Интересно, что производство Laserdisc проигрывателей продолжалось вплоть до 2009 года, когда компания Pioneer выпустила последнюю партию таких девайсов.

Намного более успешной альтернативой Laserdisc стал стандарт Compact Disc (CD), выпущенный в 1982 году. Разработкой этого формата занимался альянс компаний Sony и Philips. Изначально предполагалось, что компакт-диски будут использоваться только для хранения аудиозаписей в цифровом виде, однако со временем их начали использовать для хранения файлов любых типов. Во многом это стало возможным благодаря усилиям компаний Apple и Microsoft, которые начали устанавливать CD-приводы в свои компьютеры с 1987 года.

Что касается устройства компакт-диска, то оно достаточно простое. Сам CD представляет собой поликарбонатную подложку, которая покрыта тонким слоем металла. Этот слой защищен лаком, на который наносятся изображения, надписи и другие внешние опознавательные знаки диска.

Информация, записанная на компакт-диск, имеет вид спирали из углублений, или «питов», нанесенных на обратную поверхность диска. Размер одного пита обычно составляет около 500 нм в ширину и от 850 до 3500 нм в длину. При этом глубина пита достигает отметки в 100 нм. Расстояние от каждого пита до соседних обычно равняется около 1,6 мкм. Это расстояние называется лэндом. Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча, который образует световое пятно с диаметром около 1,2 мкм, что на 0,4 мкм меньше расстояния между соседними питами. В том случае, если луч «упирается» в лэнд, приемный фотодиод фиксирует сигнал максимальной интенсивности и распознает его как логическую единицу. При попадании лазера на пит, свет рассеивается и поглощается, а затем он отражается от поликарбонатной подложки. В таком случае фотодиод фиксирует свет меньшей интенсивности, и он распознается как логический нуль.

Долгие годы после появления CD его максимальный объем держался на отметке 650 Мбайт. На диске такой ёмкости можно было хранить около 74 минут качественного аудио. Лишь в 2000-х объем CD увеличился до 700 Мбайт. Также в продаже можно было найти 800-мегабайтные «болванки».

Когда технология CD только появилась, компакт-диски предназначались только для чтения: еще на стадии производства информация записывалась на диск путем нанесения питов на подложку. И уже затем поверх подложки наносился отражающий слой и защитный лак. Однако вскоре после появления CD пользователям захотелось самим записывать на диски информацию. Это подтолкнуло Philips и Sony на разработку стандарта CD-R (Compact Disc-Recordable). Так, первые компакт-диски, предназначенные для однократной записи, появились в 1988 году.

По своей конструкции диски CD-R отличались от предшественников лишь наличием еще одного слоя между подложкой и отражателем. Это слой был изготовлен из органического прозрачного красителя. У красителя было интересное свойство: под воздействием тепла он разрушался и темнел. Собственно, эти физические характеристики органического слоя и позволили реализовать возможность записи информации на диск. Во время записи лазер специального пишущего привода менял свою мощность, выжигая в слое красителя отдельные точки. При последующем чтении эти потемневшие зоны воспринимались фотодиодом как питы, или логический нуль.

Как уже говорилось выше, записать информацию на диск CD-R можно было лишь однократно. И это было главным недостатком этого формата. Многократная запись информации стала возможна в 1997 году с выходом стандарта CD-RW (Compact Disc-Rewritable).

Конструкция CD-RW полностью совпадала с устройством CD-R, за исключением слоя между подложкой и отражателем. На смену органическому красителю пришел неорганический активный материал – сплав халькогенидов. Так же как и органическое вещество, под воздействием мощного лазерного луча сплав темнел. Затемнение происходило в результате перехода вещества из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. В отличие от органического вещества, сплав халькогенидов мог возвращаться в исходное кристаллическое состояние, что и обеспечило возможность многократной записи на диск.

За год до появления формата CD-RW свет увидели диски стандарта DVD (Digital Versatile Disc). История создания DVD довольно занимательна. Она берет свое начало в начале 90-х годов, когда компании Philips и Sony занимались разработкой технологии MMCD (Multimedia Compact Disc), а альянс, в который входили компании Toshiba, Time Warner, Hitachi, Pioneer и некоторые другие, трудились над созданием стандарта SD (Super Density). Обе коалиции активно рекламировали свои технологии, но под давлением компании IBM, в которой опасались повторения «войны форматов» между VHS и Betamax, они пошли на компромисс. Так появилась технология DVD.

Особенностью формата DVD было то, что первоначально он разрабатывались как замена устаревающим видеокассетам. Поэтому первое время аббревиатуру DVD было принято расшифровывать как Digital Video Disc. Однако позже оказалось, что DVD-диски идеально подходят для хранения любого рода данных, и предыдущее название быстро сменили на Digital Versatile Disc.

По своей конструкции DVD-диск не так сильно отличается от предшествующего стандарта CD. В технологии DVD уменьшился размер питов, поэтому для чтения таких дисков стало возможным использование красного лазера с длиной волны 635 или 650 нм. Для сравнения: чтение CD-дисков осуществлялось лазером с длиной волны 780 нм. Кроме этого, дорожки питов стали располагаться ближе друг к другу. Это позволило значительно увеличить плотность записи, и по итогу однослойный DVD вмещал 4,7 Гбайт данных – в 6,5 раз больше, чем CD. Также нужно отметить, что конструкция DVD предусматривает использование двух пластин толщиной 0,6 мм каждая вместо одной 1,2-миллиметровой у CD. Благодаря этому появилась возможность записывать информацию на DVD в два слоя – в обычный нижний слой и в верхний полупрозрачный.

Для того чтобы считать информацию с двухслойного диска лазеру требовалось менять фокусировку путем изменения длины волны. Главным преимуществом таких «болванок» стал вдвое увеличенный объем – 8,5 Гбайт. Кроме этого, спустя некоторые время появились двухсторонние DVD-диски, в том числе и двухслойные. Емкость таких девайсов достигла внушительных 17 Гбайт.

В 1997 году в продаже появились первые диски, предназначенные для однократной записи информации. Они получили маркировку DVD-R. А уже в 1999 году в продаже можно было увидеть девайсы DVD-RW, на которые информацию можно было записывать многократно. При создании этих двух форматов использовались те же принципы, что лежали в основе CD-R и CD-RW дисков: между подложкой и отражателем располагался слой органического или неорганического вещества, который под воздействием лазера умел имитировать питы.

Оба эти стандарта, DVD-R(W) были предложены альянсом DVD Forum. Кроме них, эта организация также разработала формат DVD-RAM, который выгодно отличался от DVD-RW более высокой скоростью чтения и большим количеством циклов перезаписи (до 100 тысяч, тогда как DVD-RW диск можно было перезаписать лишь 10 тысяч раз). Однако формат DVD-RAM не был совместим с DVD-RW, и поэтому обычные DVD-приводы не умели читать такие диски. По этой причине технология не получила особого распространения.

В 2002 году компании Sony и Philips, которые не входили в организацию DVD Forum, представили обратно совместимую с DVD-R(W) технологию DVD+R(W). От «минусового» варианта новый формат отличался разметкой, которая значительно упрощала позиционирование считывающей головки, и иным материалом отражающего слоя. Кроме этого, на DVD+R(W) информация записывалась поверх старой, как на видеокассеты, тогда как для записи на DVD-R(W) требовалось предварительно стереть все имеющиеся на диске данные. Это также положительно сказалось на скорость записи DVD+R(W) девайсов.

На этом потенциал технологии DVD был исчерпан, и следующим шагом в индустрии стал выпуск оптических накопителей нового поколения: Blu-ray и HD DVD. Они увидели свет в 2006 году. Формат Blu-ray был разработан консорциумом Blu-ray Disc Association, в который входили такие крупные компании, как Sony, Panasonic, Samsung, LG и многие другие. А созданием технологии HD DVD занимались японские производители: NEC, Toshiba и Sanyo. Оба формата использовали сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, что позволило в очередной раз значительно увеличить ёмкость дисков. Так, однослойный Blu-ray диск вмещает в себе 25 Гбайт данных, а HD DVD – 15 Гбайт.

В целом, характеристики Blu-ray и HD DVD были очень схожи. Но американские киностудии дали понять, что они не будут поддерживать обе технологии одновременно. «Война форматов» продлилась два года. За это время подавляющее большинство киностудий отдали предпочтение стандарту Blu-ray, и в феврале 2008 году компания Toshiba объявила о прекращении разработки и дальнейшей поддержки HD DVD.

С тех пор Blu-ray остается единственным игроком на рынке оптических накопителей. За это время появились диски BD-R и BD-RE для однократной и многократной записи. Кроме этого, в 2009 году была представлена технология Blu-ray 3D, предназначенная для хранения и воспроизведения трехмерного видеоконтента. А в начале следующего года состоится запуск первых 4К-фильмов на оптических дисках формата Ultra HD Blu-ray. Новый стандарт обеспечивает поддержку разрешения 3840x2160 пикселов, звуковых форматов Dolby Atmos и DTS:X, технологии HDR и высокой частоты развертки (до 60 кадров в секунду). Емкость таких дисков составит 50, 66 или 100 Гбайт.

(Продолжение следует…)

Теги:

• OCZ
• накопители
• история

Добавить метки

В нашу жизнь плотно вошли разнообразные средства обработки и хранения данных. В далеком прошлом остались печатные бумажные архивы. Что представляют собой современные носители информации?

Оптический диск: история создания

Первое устройство для хранения аудиозаписей было произведено компанией Sony в далеком 1979 году. Представляло оно собой, как и сейчас, пластиковый диск с круглым отверстием в центре. Изначально его использовали только для записи аудиофайлов, а информация на него наносилась особым методом кодирования Pulse Code Modulation. Он заключается в том, что текст или звук проходит через аналого-цифровой преобразователь и превращается в набор битов.

Позже, в 1982 году, в Германии началось массовое производство дисков. Их стали покупать для хранения разнообразных файлов. Вскоре они попали на прилавки не только музыкальных магазинов.

Как же устроен компакт-диск? Для изготовления основы используют 1,2-милиметровую по толщине поликарбонатную пластину диаметром 120 мм, которую сначала покрывают тонким слоем металла (золото, алюминий, серебро и т. д.), а затем лака. Именно на металл наносится информация в виде питов (углублений), выдавленных по спиральной дорожке. Считывание файлов, записанных на оптический диск,происходит при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм. Он отражается от поверхности пластины, меняет фазу и интенсивность, попадая на питы. Лендом же принято называть промежутки между питами. Шаг одной дорожки, находящейся в спирали, составляет около 1,6 мкм.

Типы оптических дисков

Существует несколько видов Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray Disc (BD). Все они имеют разную вместимость для записи информации. Например, DVD-диски производятся емкостью от 4,3 до 15,9 Гб, а CD - только до 900 Мб.

Также различают диски по кратности записи: однократные и многократные. В таких носителях по-разному формируется рельефная структура питов. Перезапись возможна благодаря органическому материалу, который под действием лазера темнеет и изменяет коэффициент отражения. В просторечии такой процесс называют прожигом.

Еще оптические носители могут отличаться формой. Фигурные компакт-диски (Shaped CD) обычно применяются в шоу-бизнесе как хранители аудио- и видеофайлов. Они бывают произвольной формы (квадратные, в виде самолета или сердечка). Использовать их в приводах CD-ROM не рекомендуется, потому что на высоких скоростях вращения они могут разорваться.

CD-диски и их виды

Оптический диск CD-R является носителем информации, которая доступна только для чтения. Записать файлы на него можно лишь один раз без права дописывания и редактирования. Изначально емкость таких дисков достигала всего 650 Мб или 74 минуты аудиозаписи. Теперь выпускаются устройства, вмещающие до 900 Мб информации. Преимущества их в том, что чтение поддерживают все стандартные CD.

Таким же объемом памяти обладает и лазерный диск CD-RW, только файлы на него можно записывать многократно (до 1000 раз). Для этого используются стандартные компьютерные программы. Минусом является то, что не все устройства готовы работать с данным форматом. Стоят CD-RW немного дороже, чем CD-R.

Компакт-диски с аудио- и видеозаписями не обладают никакой степенью защиты, их можно копировать и воспроизводить. А вот носители с определенными данными защищены от копирования технологией StarForce.

Диски формата ROM записываются на фабрике и способны только воспроизводить данные. Отредактировать такой носитель невозможно. А вот оптические устройства типа RAM можно перезаписывать до 10 тысяч раз и служат они до 30 лет. Такие диски производятся в дополнительных картриджах, их чтение не поддерживается обычными дисководами.

DVD-носители и их характеристики

Digital Versatile Disc является цифровым многоцелевым носителем информации. Структура его более плотная и вмещает много информации (до 15 Гб). Такой оптический диск напоминает склеенные вместе два CD. Хранение и считывание большого объема информации возможно благодаря использованию красного лазера, которого составляет 650 нм, и линзы с максимальной числовой апертурой. DVD-диски имеют одну или две записывающие стороны, а также один или два рабочих слоя на каждой стороне. Эти показатели определяют их емкость.

Как и подразделяются на несколько форматов. DVD-R или DVD+R являются носителями, на которые можно только один раз записать информацию. Стандарт записи на таких дисках был разработан компанией Pioneer в 1997 году. «Минусовые» и «плюсовые» устройства отличаются материалом отражающего слоя и специальной разметкой.

Оптические диски DVD RW (DVD+RW, DVD-RW) обладают возможностью многократной перезаписи информации. Причем «плюсовой» носитель позволяет вносить изменения в необходимые на ваше усмотрение места. Универсальные дисководы помогают решить проблему несовместимости форматов (+RW и -RW).

Что такое Blu-ray Disc?

Этот тип оптического диска позволяет хранить и записывать цифровые данные с высокой плотностью. Для воспроизведения информации (даже видео высокой четкости) используется синий лазерный луч в 405 нм, который сужает вдвое спиральную дорожку. Файлы, находящиеся очень близко друг к другу, чувствительны к механическим повреждениям, поэтому за диском должен быть особый уход. Последнее время производятся носители с особым покрытием, которое можно протирать обычной сухой салфеткой.

Существуют диски Blu-ray одноразовой и многоразовой записи, а также многослойные (от 2 до 4 слоев). Вместимость самого «слоистого» носителя достигает 128 Гб. При этом он обладает стандартным 12-сантиметровым диаметром. Двухслойный стандартный диск Blu-ray вмещает до 50 Гб информации. В разработке находится устройство, достигающее емкости в 300-400 Гб, которое могут читать современные дисководы. Для видеокамер используются диски меньшего диаметра (80 мм) с объемом памяти до 15 Гб.

Для защиты от копирования Blu-ray оснащены цифровыми водяными знаками ROM-Mark и технологией Mandatory Managed Copy.

Предназначение MiniDVD-носителей

Оптический носитель Mini DVD представляет собой уменьшенную копию обычного Digital Versatile Disc. Он составляет в диаметре 8 см и используется в фото- и видеокамерах. Односторонний диск вмещает до 1,4 Гб информации, соответственно, двусторонний - 2,8 Гб. По формату они бывают MiniDVD-R (однократная запись) и MiniDVD-RW (многократная).

Стандартный 12-сантиметровый привод не предназначен для чтения Mini DVD. При использовании таких дисков в ноутбуке следует применять шпиндель мотора привода. Иногда существуют проблемы с чтением Обычно в таких случаях компьютер выдает надпись «не найден драйвер для дисковода оптических дисков». Для решения проблемы следует обратиться к опытному программисту.

1. Введение

3.1. Технические особенности конкурентов

4. Перспективы развития оптического накопителя.

5. Сравнительный анализ оптический накопителей

5.1 ASUS DRW-1608P

5.2 NEC ND-3540A

6. Техника безопасности при работе с ПК

6.1 Организация рабочего места

6.2 Техника безопасности

Заключение

Список использованной литературы

1. Введение

За последние несколько лет оптические накопители претерпели существенные изменения. Сегодня оптический накопитель является неотъемлемой частью ПК - что определяет актуальность выбранной темы.

Оптический накопитель стал неотъемлемой частью ПК, т.к. разнообразные программные продукты (прежде всего игры и базы данных) стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на оптических дисках (таких же, как и обычные музыкальные), а некоторые игры и программы работают прямо с оптического диска, не требуя копирования на жёсткий диск.

Также современный компьютер является мощным мультимедийным центром позволяющим проигрывать музыку, просматривать фильмы.

Цель данной дипломной работы – изучение оптических накопителей. В процессе изучения предстоит изучить следующие вопросы:

¾ История создания оптического накопителя

¾ История развития оптического накопителя

¾ Перспективы развития оптического накопителя

¾ Сравнительный анализ оптический накопителей

¾ Техника безопасности при работе с ПК

2. История создания оптического накопителя

Оптические диски практически являются ровесниками персональных компьютеров. И у них даже есть свои родители - виниловые пластинки. Годом прихода оптических дисков в современные технологии считается 1982-й. Именно тогда две крупнейших компании Philips и Sony занялись новыми разработками. Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита, прославившийся также авторством знаменитого плейера Walkman, считал, что такие диски должны быть предназначены для прослушивания классической музыки. И стандартом продолжительности звучания взяли время звучания 9-й симфонии Бетховена, которое равняется примерно 73 минутам. Было решено сделать стандартным время звучания, равное 74 минутам 33 секундам. Так родился стандарт "Красная книга" (Red book) в котором был описан стандарт дисков CD-DA (CD-Digital Audio). Причем предшественником ему был стандарт обычной виниловой пластинки длительностью в 45 минут, обладающий худшим качеством звука и не сравнимыми с CD рабочими характеристиками носителя. Наравне с Sony в формировании стандарта "Красной книги" принимала участие и фирма Philips. Были введены жесткие требования к размерам, качеству звука, методу кодирования данных и использование единой спиральной дорожки.

На CD-DA данные представлены следующим образом.

Структурно весь диск можно разделить на три основные части: lead-in (вводная зона, хранящая всю информацию о структуре и принадлежности диска), PMA (Program Memory Area - непосредственно сами данные) и lead-out (выводная зона, состоящая практически из одних "нулей" и по сути являющаяся индикатором конца диска).

Вся информация записывается на CD-DA в виде дорожек, разделенных зазорами (pre-gap), равными 2 секундам. Таких дорожек может быть 99, и каждая из них может быть разбита на 99 фрагментов. Понятие дорожек несколько вторично, но хорошо подходит для простейшего описания структуры диска.

На самом деле информация на диске представлена в виде блоков-сегментов, которые имеют стандартный размер (2352 байта) и стандартную скорость их чтения - 75 блоков в секунду. То есть, если мы говорим о зазоре длиной в две секунды, то подразумеваем 150 "пустых" блоков-сегментов. Сами же дорожки состоят из наполненных информацией блоков.

Блок-сегмент, в свою очередь, состоит из 98 микрокадров, каждый из которых имеет размер в 24 байта (192 бита). 24 байта может содержать описание значений шести дискретных отсчетов правого и левого каналов. И приведенное значение 2352 байта можно получить простым умножением 98 на 24. Так что, говоря о таком размере сегмента, мы говорим только о чисто звуковой информации.

3. История развития оптического накопителя

Разработанная Philips и Sony новая спецификация для хранения цифровых данных на CD-носителях стала называться "Желтой книгой", а сами носители - CD-ROM (Read Only Memory). Блок-сегмент, равный 2352 байтам, преобразовался. То есть по стандарту были предусмотрены типы Mode 1, предназначенный для хранения цифровых компьютерных данных, и Mode 2 - сжатых графических, текстовых и звуковых данных. Блок-сектор типа Mode 1 хранит в себе информацию по коррекции и исправлению ошибок EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code) и является самым распространенным. На коррекцию и исправление ошибок в каждом секторе отводится 288 байт. В результате на информацию остается 2064 байта, 12 из которых выделяются на синхронизацию и 4 байта - для заголовка сектора.

Таким образом, основной минимальной единицей в формате CD-DA является дорожка, а в CD-ROM - сегмент.

Устройство накопителей на CD-ROM.

После прихода двух стандартов, описанных "Красной" и "Желтой" книгами, стояла одна существенная проблема: носители были строго привязаны к типам накопителей. То есть совмещение аудио и цифровых данных было в то время не реализовано. Появились диски смешанных форматов, хранящие в себе данные как CD-ROM, так и CD-DA. Причем первые данные (CD-ROM) записывались в начале диска. Это не совсем удобно, поскольку аудионакопители пытаются прочитать первую дорожку, чем могут навредить аудиоаппаратуре, а CD-ROM-накопители не могут одновременно читать программу и воспроизводить аудио.

В ноябре 1985 года представители ведущих производителей CD-ROM собрались для того, чтобы обсудить проблему совместимости и общего типа структурирования файловой системы для всех носителей. То есть требовался стандарт для файловой системы, структуры записи и чтения и т.п. Был составлен документ, который являлся спецификацией (название спецификации - HSG), определяющей логические и файловые форматы компакт-дисков. Документ носил рекомендательный характер, и хотя впоследствии многое определил для технологической отрасли в целом, цвета книги для него так и не нашлось. Предложение формата HSG-спецификации во многом базировалось на представлении структуры флоппи-диска, содержащего нулевой трек или системную дорожку, в которой хранятся данные о типе носителя и его файловой структуре с директориями, поддиректориями и файлами. CD организован немного по-другому. То есть все данные такого типа хранятся в служебной и системной областях. В первой хранится информация, необходимая для синхронизации между носителем и накопителем. Во второй - файловая структура, причем указываются прямые адреса файлов в поддиректориях, что сокращает время поиска.

Через три года (1988) был принят международный стандарт ISO-9660, основные положения которого были очень схожи с HSG-представлением. Этот стандарт описывал файловую систему CD-ROM и имел три уровня. Первый уровень выглядит примерно так:

Имена файлов могут содержать до 8 символов;

В названиях файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ "_";

В именах файлов не допускаются специальные символы - "-,~,=,+";

Имена каталогов не могут иметь расширений;

Файлы не могут быть фрагментированы.

Второй и третий уровень ISO-9660 только облегчают и расширяют возможности первого. В частности, на втором уровне сняты ограничения по именам файлов и каталогов (например, разрешено уже создавать имена длиной в 32 символа), на третьем уже разрешается фрагментировать файлы. Стоить отметить, что ISO-9660 первого уровня стандартизирует в основном форматы файловых систем MS-DOS и HFS (Apple Macintosh). Второй уровень в данных системах уже не читаемый.

Для Apple Macintosh существует отдельно стандарт формата файловой системы HFS (Hierarchical File System). У данной платформы компьютеров своя особая иерархия файловой системы, из-за чего данный стандарт является востребованным. На один диск можно записать несколько форматов файловых систем одновременно.

Спецификация, разработанная в 1991 году, была выпущена в виде "Оранжевых книг" (Orange Books). Их две. Первая стандартизирует магнито-оптические накопители, которые могут стирать, перезаписывать информацию. Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью, которые могут только дозаписывать. То есть во второй книге речь идет о CD-R (Recordable). Постепенно современные технологии стали позволять перезапись дисков. Мы говорим о CD-RW (Rewritable) или же CD-E (Erasable), что, по сути, является одним и тем же. Эти носители и накопители скорее всего подпадают под первую из "Оранжевых книг".

В 1993 году вышла "Белая книга" (White Book), в которой был стандартизирован новый продукт - Video CD, разработанный совместно JVC, Matsushita, Sony и Philips. В основу данного стандарта легла видеосистема Karaoke, разработанная JVC. Новый формат позволяет хранить 72 минуты видео со стереозвуком. Формат сжатия знаком многим - MPEG (Motion Picture Experts Group). Первая дорожка записывается в формате CD-ROM/XA, потом идет блок данных, содержащий сжатое видео. Основываясь на приобретениях, полученных с помощью стандарта "Белой Книги", эксперты впоследствии внесли существенные изменения в "Зеленую книгу".

В конце прошлого века накопители CD-R, достигшие к тому времени скоростей по записи/чтению 8Х/24Х, были вытеснены более универсальными накопителями CD-RW, позволяющими записывать не только диски с однократной записью, но и перезаписываемые.

В отличие от органических красителей, используемых для формирования активного слоя в дисках CD-R, в CD-RW активным слоем является специальный поликристаллический сплав (серебро-индий-сурьма-теллур), который переходит в жидкое состояние при сильном (500-700°С) нагреве лазером. При последующем быстром остывании жидких участков они остаются в аморфном состоянии, поэтому их отражающая способность отличается от поликристаллических участков. Возврат аморфных участков в кристаллическое состояние осуществляется путем более слабого нагрева ниже точки плавления, но выше точки кристаллизации (примерно 200 °С). Выше и ниже активного слоя располагаются два слоя диэлектрика (обычно двуокиси кремния), отводящих от активного слоя излишнее тепло в процессе записи; сверху все это прикрыто отражающим слоем, а весь "сэндвич" нанесен на поликарбонатную основу, в которой выпрессованы спиральные углубления, необходимые для точного позиционирования головки и несущие адресную и временную информацию.