Виды и типы оптических накопителей

На сегодняшний день существует три вида оптических насителей. Это компакт диск (CD), цифровой видеодиск (DVD) и Blu-ray. Компакт-диски (CD), используемые для хранения данных, фактически являются производной формой аудио компакт дисков. Объем данных для записи, в среднем составляет 650 Mb - 700 Mb на один диск. Информация, записанная на диск, может содержать аудио треки, файлы данных или оба вида одновременно. Большинство программного обеспечения для компьютерных систем распространяется как раз на компакт-дисках CD. DVD формат был разработан для хранения цифрового видео, и только сейчас его стали применять для распространения программ. Тем не менее, DVD накопители имеют обратную совместимость с CD форматом.

Blu-ray и HD-DVD (диски с высокой плотностью записи) - два конкурирующих, на сегодняшний день, формата записи данных. Каждый из этих двух форматов способен сохранять на своем носителе видео сигнал высокой четкости или иную информацию объемом от 25 Gb до 200 Gb, в зависимости от количества слоев. Однако, между собой эти два формата не совместимы. Надо также помнить, что используемый в этих устройствах лазер отличается от CD и DVD приводов и не имеет с ними обратную совместимость.

На сегодня, оптические накопители могут быть, как только для чтения (ROM), так и для чтения и записи (R, RW, RE или RAM). Первый тип оптических накопителей позволяет читать диски, предварительно записанные на других устройствах, и не может быть использован для сменных носителей. Второй тип имеет возможность записи (прожига) данных, причем аудио и видео данные могут быть воспроизведены и на обычных CD, DVD плеерах.

Выпускаемые производителями записывающие CD устройства имеют единый стандарт и полностью совместимы между собой. Некоторые записывающие CD устройства, имеют маркировку CD-RW/DVD, что означает возможность записи и чтения CD, а также чтения DVD дисков.
Записывающие DVD устройства более разнообразны в поддержке различных медианосителей, чем свои CD-собратья. Современные DVD приводы поддерживают новый формат записи, маркируемый как DL. Он отличается тем, что использует два слоя для записи данных, что вдвое увеличивает вместимость DVD диска, соответственно.

Все оптические устройства оцениваются по коэффициенту (множителю) скорости, который в x раз превосходит оригинальный стандарт скорости для CD и DVD. Этот множитель не имеет постоянной величины и может изменяться по мере чтения или записи диска.

На CD-ROM устройствах обычно указывают один множитель, например, x52. Он соответствует той скорости, при которой максимально быстро идет передача данных с CD. Иногда дополнительно, указывается множитель вторичного преобразования. Это имеет отношение к скорости, с которой данные с аудио CD будут сконвертированы в цифровой формат, в частности, в mp3.

DVD-ROM устройства маркируют двумя - тремя показателями скорости. Первый означает максимальную скорость чтения данных с DVD, второй с CD, и третий - скорость вторичного преобразования.

Для записывающих оптических накопителей все несколько сложнее. Спецификация устройства может содержать до десяти различных множителей для разных типов носителей. Поэтому производители стремятся маркировать устройства одним параметром, соответствующему DVD формату, который является самым быстрым для записи. Например, записывающий DVD устройство имеет множитель скорости записи 20x для носителей типа DVD+R, но в тоже время, для записи двухслойного DVD+R DL, множитель будет уже иметь значение 4x.

Цены на оптические накопители CD и DVD форматов, сегодня, вполне доступны многим. Даже бюджетные настольные компьютеры комплектуют оптическими устройствами для чтения CD, DVD дисков. Для работы с данными, большинство пользователей выбирают DVD рекордеры, так как они с успехом выполняют чтение и запись как CD, так и DVD формата. Для тех же, кто думает о приобретении оптических устройств с высокой плотностью записи, посоветуем использовать Blu-ray, так как с февраля 2008 года компания Toshiba, основной разработчик формата HD-DVD, объявила о прекращении поддержки этой технологии в связи с решением положить конец войне форматов. Что касается записывающих Blu-ray устройств, то они сейчас весьма дороги, да и сами диски сложно найти в широкой продаже.

Компакт диск (CD)

Компакт-диски изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм. и толщиной 1,2 мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота и слой красителя, защищенные от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Различают виды красителей:

· цианиновый (Cyanine) - первый краситель для CD-R. Цианин придает диску синюю окраску (в комбинации с золотым отражающим слоем она становится зеленоватой).

· фталоцианиновый(Phtalocyanine) - современная разработка. Фталоцианин практически бесцветен (легкий зеленоватый оттенок), вместе с серебряным отражающим слоем дает зеленовато-желтую окраску диску, а с золотым отражающим слоем - золотистую окраску.

· MetalAzo(специальный). Разработка Mitsubishi Chemicals, имеет ярко выраженный темно-синий цвет; диски продаются они под маркой Verbatim DataLife Plus и Verbatim Color.

· UltraGreen(специальный), используется активный слой dye. Разработка компании CIBA. В России используется для производства CD-R Mirex по технологии Plasmon.

В условиях массового производства запись информации на диск происходит путем выдавливания на поверхности дорожки, в виде ряда углублений. Для штамповки существует специальная матрица-прототип (мастер-диск) будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности.

От центра к краю компакт-диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. . На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт.

Поверхность диска разбита на три области:

1. Начальная(Lead In) расположена в центре диска шириной 4 мм и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация.

2. Средняя область шириной 33 мм содержит основную информацию и занимает большую часть диска.

3. Конечная область (Lead Out) содержит метку конца диска.

Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.

Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.

CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

CD-R (CD-RW)

Компакт-диски CD-RW и CD-R могут изготовляться по различным технологиям:

· диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в котором лазер прожигает отверстия, испаряя лак;

· на подложку диска могут быть нанесены два слоя: один - из искусственных полимеров (имеющих малую теплоту плавления), другой - металлический. При нагревании металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера испаряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом слое и, как следствие, к нетиповому отражению считывающего луча в этом месте;

· поверхность диска может быть покрыта слоем галий-сурьмы или индий-сурьмы, которые при воздействии на них лазерного луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное состояние, что сопровождается изменением условий отражения и может быть зафиксировано считывающим лазерным лучом.

Запись CD-R основана на "выжигании" лазером каждого бита информации на записывающем слое. Соответственно изменяется отражающая способность диска. которую лазерный луч фиксирует при считывании.

Уровень записи (отражающая способность) в CD-RW определяется специальным комбинированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись производится при изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагревом переходит из кристаллического состояния в аморфное. Такой процесс называется фазовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW определяется изменением отражающей способности поверхности. В связи с этим CD-RW-диски более "капризны" при чтении, так как изменение отражательных свойств у них намного меньше, чем у CD-R.

Цифровой видеодиск (DVD)

В конце 1997-гo - начале 1998 года на рынке стали появляться диски и приводы DVD. Этот стандарт был создан с расчетом на то, чтобы заменить разные носители сразу в нескольких областях - и в индустрии видео, и в сфере информационных технологий, и в звуковых записях, и даже, возможно, в индустрии игровых картриджей. По замыслу разработчиков, это должен быть некий "универсальный" носитель, необычайно вместительный и надежный.

Емкость стандартного (одностороннего, однослойного) диска составляет 4,7 Гбайт, то есть почти в восемь раз превышает емкость обычного CD-ROM. В формате MPEG-2 на DVD-диск можно записать видеофильм продолжительностью около 130 минут со звуковым сопровождением на восьми языках и субтитрами на 32 языках.

Использование двухслойных двухсторонних дисков позволяет увеличить емкость DVD-носителя вчетверо при незначительном повышении стоимости дисководов и самих дисков. Верхний слой таких дисков делается полупрозрачным, а внутренний - полностью отражающим. Для чтения информации лазерный луч фокусируется на поверхности внутреннего слоя, "игнорируя" помехи, создаваемые верхним слоем.

Диски, созданные по этой несколько модифицированной лазерной технологии, так же как и традиционные компакт-диски, используют для хранения данных углубления, расположенные в виде спиральной дорожки, "завитой" по всей поверхности диска. Так же как и в случае с CD, при считывании информации точно сфокусированный лазерный диод испускает луч, который, отражаясь от углублений на вращающемся диске, затем попадает на светочувствительный элемент. Таким образом, действуя по двоичной системе ("есть сигнал - нет сигнала"), компьютер считывает информацию с носителя. По размерам же диски CD и DVD абсолютно одинаковы - DVD разве что немного тоньше. Естественно, так же как и CD-диски, DVD производится в двух форм-факторах 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма). Наиболее распространенным, как и в случае с CD, скорее всего, будет форм-фактор 12 см - ведь именно на него рассчитано большинство дисководов и DVD-плейеров.

В чем же заключаются различия между DVD и CD? В первую очередь у DVD-дисков меньший диаметр углублений, на дорожке они расположены с меньшим "шагом", и самих дорожек на диске гораздо больше. Использование насечек меньшего размера стало возможным благодаря применению высокочастотного лазера, посылающего более "плотный" луч. В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 нанометров, устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 или 635 нм, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одной дорожке и в два раза больше дорожек. Кроме того, поверхность диска, отведенная для хранения данных, немного больше, чем у CD-ROM, DVD также предусматривает новый формат секторов и более надежный код коррекции ошибок. Все эти нововведения позволили достичь примерно в семь раз большей емкости дисков DVD, чем традиционных CD.

Но семикратный прирост емкости диска - это далеко не предел. Пожалуй, самое интересное в спецификациях DVD - это возможность создания двухсторонних и двухслойных дисков.

Двухсторонний диск делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм (половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два диска тыльными сторонами и получить двухсторонний DVD. Правда, придется вручную переворачивать его, но с развитием технологий DVD появятся приводы, способные читать обе стороны без вмешательства пользователя.

Технология создания двухслойных дисков чуть более сложна: данные записываются в двух слоях - нижнем и полупрозрачном верхнем. Работая на одной частоте, лазер считывает данные с полупрозрачного слоя, работая на другой - получает данные "со дна".

Первый (ближний к лазеру) слой полупрозрачный. Благодаря этому, меняя фокусировку лазера, можно считывать информацию как с первого слоя, так и с расположенного за ним второго. Поскольку время переключения фокусировки достаточно мало, применение двух слоев позволяет получить диск с "непрерывной" емкостью 8,5 Гбайт (стандарт DVD-9 - односторонний двухслойный диск (DL/SS, рис. 2), емкостью соответственно 8,5 Гбайт).

Вместимость двухслойных DVD-дисков не в два раза больше, чем у однослойных, как следовало бы ожидать, а немного меньше: дабы минимизировать помехи, возникающие при прохождении луча лазера через внешний слой, минимальный размер углублений на дорожках был повышен с 0,4 мм до 0,44 мм. Кстати, в результате немного повысилась скорость считывания информации с таких дисков.

Приводы DVD имеют довольно медленную скорость вращения дисков, даже по сравнению с устаревшими трехскоростными устройствами CD-ROM. Однако, так как на DVD-дисках данные размещены более плотно, чем на CD, скорость передачи соответствует скоростям девятискоростных дисководов CD-ROM, что в цифрах соответствует 1,3 Мбит/с. Дисководы, работающие с такой скоростью, называются двухскоростными.

Второе поколение устройств DVD будет иметь удвоенную скорость. Это не повлияет на качество проигрываемого видео (1,3 Мбайт вполне достаточно для обеспечения ровного и четкого видеоряда), зато увеличит скорость загрузки программного обеспечения с DVD-ROM.

Существует и два варианта записываемых DVD-дисков. Это стандарт DVD-R и DVD-RAM. Первый стандарт аналогичен CD-R - данные на диск могут быть записаны только единожды. Луч лазера "выжигает" углубления в специальном слое, нанесенном на диск.

Еще один стандарт - DVD-RAM - позволяет записывать данные на диск многократно. Он основан на технологии смены фазы (phase change): луч лазера разогревает специальный отражающий магнитосодержащий слой, нанесенный на диск, а затем под воздействием магнитной головки в этом слое формируются углубления. Застывая, слой сохраняет форму, полученную в результате воздействия головки, а значит, и данные. При перезаписи достаточно повторить операцию. Количество циклов "чтение/запись" для данной технологии оценивается в миллионы раз.

Blu-ray

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — форматоптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец очередной «войне форматов».

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring).

Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Список используемой литературы