Оптические диски понятие виды назначение показать. Характеристика оптических носителей информации. CD-диски и их виды

Лекция 4

Периферийные устройства

Оптические диски: основные характеристики и назначения

CD -диски, их типы, история создания

Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 году примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM

Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности = японской фирмы Sony и голландской Philips.

Строго определенная емкость компакт-дисков связана с такой интересной историей.

Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки = не более и не менее. После того как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфония Бетховена, которая длилась 72-73 минуты. Поэтому было решено, что компакт-диск должен быть рассчитан именно на 74 минуты звучания, а точнее, на 74 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как Красная Книга (RedBook). Когда 74 минуты пересчитали в мегабайты, получилось 640 Мбайт.

Специалисты же Philips определили минимальные требования к качеству записи звука и регламентировали, например, такие характеристики аудио-компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки. В частности, частота выборки стереосигналов определялась на уровне 44.1 кГц (для одного канала 22.05 кГц), а разрядность каждого = 16 бит.

Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков = так называемой Желтой Книги| (YellowBook), или просто CD- ROM. Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но и текстовые и графические данные ( CD- DigitalAudio, CD- DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип = аудиоили цифровые данные. В этом формате, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-дисков, поскольку решение данных вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям Желтой Книги, мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств. В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс.

Именно поэтому вторым стандартом де-факто для цифровых компакт-дисков стала спецификация HSG (HighSierraGroup), или просто HighSierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.

Созданная спецификация оказалась настолько привлекательной, что стандарт ISO-9660 (1988 год) для цифровых компакт-дисков, в принципе, совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO -9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности, этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержимое. Базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во многом напоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка (трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой ОС), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректориям.

Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.

Физическое устройство компакт-диска.

Компакт-диск состоит из нескольких слоев, соединенных в единую, круглую, тонкую пластину. Диаметр подавляющего большинства компакт-дисков составляет 120 мм, что равняется пяти дюймам. Стандартный 5-дюймовый диск содержит 640-700 Мбайт информации.

CD - ROM , созданный промышленным способом, состоит из трех слоев (рис. 3.19, а). Основа диска, созданная из прозрачного поликарбоната, занимает основной объем диска. При изготовлении основы методом штамповки или литья под давлением на нее наносится информационный узор, и в результате чего получается прозрачная пластиковая пластина, гладкая с одной стороны, а с другой - содержащая множество микроскопических впадин(называемых иногда питами, от англ. pit - углубление), глубина которых отсчитывается от поверхности ( land ). Далее на основу наносится отражающий металлический слой (чаще всего алюминий, хотя могут использоваться и другие металлы или сплавы), а затем - защитное покрытие из тонкой пленки поликарбоната или специального лака, на котором часто размещается полиграфия - различные рисунки и надписи

Рис. 3.19. Структура компакт-диска («); микрофотография поверхности CD ( 6 )

Накопитель на компакт-диске ( CD - ROM ). Считывание информации с компакт-диска так же, как и запись, происходит с помощью лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности.

Лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины (рис. 3.20, а). Луч, попадая на отражающую свет поверхность, через расщепляющую призму отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как «1», а попадая во впадину, рассеивается и поглощается - фотодетектор фиксирует «0».

• В отличие от винчестеров, дорожки которых представляют концентрические окружности, компакт-диск имеет одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружной стороны диска к внутренней. Тем не менее одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических: каждый из ее 360-градусных фрагментов рассматривается как отдельная дорожка по аналогии с магнитными дисками.

CD - R . Тип оптического диска для одноразовой записи ( Write Once / Read Many storage - WORM ) был известен с конца 1980-х гг.

При записи данных на WORM физические отметки (марки) делаются на поверхности носителя маломощным лазером и так как эти марки не могут быть стерты, запись осуществляется только однажды.

Если обычный CD - ROM изготовляется путем механической штамповки углублений (марок, «питов»), при записи CD - R используется лазер, «выжигающий» метки в органическом красителе. Будучи нагретой до критической температуры, «выжженная» область становится непрозрачной (или поглощающей) и при считывании отражает меньшее количество света, чем смежные участки, которые не были нагреты лазером. Эта технология подражает способу, которым информация считывается с обычного CD , когда свет полностью отражается от поверхности (« land »), но рассеивается углублением (« pit »).

В отличие от технологии WORM , диски CD - R не позволяют стирать ранее записанные данные, однако они позволяют последовательно добавлять их за несколько сеансов (или сессий) в свободные области диска. Проблема заключается в том, что такие мультесссесионные диски могут быть не считаны полностью на более ранних версиях проигрывателей, компьютеров или при использовании устаревших операционных систем.

CD - R одноразовый без возможности дописать

CD + R одноразовый с возможности дописать

CD - RW - перезаписываемый CD ( rewritable CD ). В середине 1997 г. был предложен стандарт CD - RW (известный как Orange Book III ), который позволяет пользователю делать запись по старым данным или удалять отдельные файлы. Спецификации CD - RW гарантируют совместимость в пределах семейства устройств считывания компакт-диска так же, как и совместимость с CD - ROM .

Записывающий слой размещен между слоями диэлектрика, которые отводят от него избыточное тепло в процессе записи.

В качестве среды записи CD - RW обычно использует прозрачный состав, составленный из соединений серебра, индия, сурьмы и теллура. В процессе записи сфокусированный лазерный луч выборочно нагревает области материала выше температуры плавления (500-700 °С), и после достаточно быстрого охлаждения вещество переходит в так называемое аморфное состояние.

При стирании слой нагревается до температуры, которая ниже точки плавления, но выше, чем температура кристаллизации (200 °С) в течение достаточного времени, и атомы возвращаются к упорядоченному (прозрачному) состоянию.

Чтобы получить эти эффекты в записывающем слое, пишущий лазер устройства CD - RW использует три уровня мощности:

высокая, так называемая «мощность записи», создает непрозрачные (поглощающие) участки в слое записи;

средняя («мощность стирания»), расплавляет участок записывающего слоя и преобразует его к отражающему (прозрачному) состоянию;

низкая («мощность считывания»), не изменяет состояние чувствительного слоя и может использоваться, чтобы считывать данные.

Прозрачные области позволяют металлизированному слою отражать свет, в то время как непрозрачные его поглощают. Возникает проблема, состоящая в том, что диск отражает меньше света, чем CD - ROM или CD - R и, следовательно, диски CD - RW могут считываться только на устройствах, которые поддерживают новую спецификацию Multiread (Мультичтение).

Преодоление буферной недостаточности. К концу 1999 г. характеристики удвоились до «8х/24х», однако возникла проблема, известная как буферная недостаточность (или опустошение буфера записи), когда быстродействие машины и накопителя на МД стали отставать от скорости устройств CD - R (устройство готово к записи на диск, но информация в буфере записи уже исчерпана и «нечего писать» - в результате диск оказывается испорченным). Для избежания подобных эффектов, во-первых, стали использовать кэш-память, размещенную на пишущем CD -плеере (размера от 256 Кбайт до 2 Мбайт), во-вторых, устройства стали адаптироваться к скорости подачи информации, снижая или повышая скорость записи.

Носители DVD

Ширина дорожки DVD составляет 0,8 или 0,74 мкм, а минимальная длина пи­та - 0,44 или 0,40 мкм. Для считывания данных в DVD -приводах используется красный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апер­турой 0,6. Емкость стандартных DVD составляет 4,7 Гбайт (для 80-миллиметровых носителей - 1,4 Гбайт). В отличие от компакт-дисков, DVD -носители могут быть двухслойными или двухсторонними. Емкость двухслойного DVD составляет 8,5 Гбайт, двухстороннего - 9,4 Гбайт. Двухсторонние диски фактически представ­ляют собой два одинаковых носителя, склеенных друг с другом (для считывания второй стороны диск необходимо переворачивать).

Универсальный цифровой диск (digital versatile disc - DVD) - вид накопителя, который в отличие от CD с момента выхода на рынок был рассчитан на широкое применение.

Существует пять физических форматов (или книг) DVD , которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

DVD-ROM - среда хранения данных большой емкости, только для чтения;

DVD-видео - цифровой носитель данных для кинофильмов;

DVD-аудио - только для хранения звука; формат, подобный аудиоСО;

DVD-R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;

DVD-RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD-RW и DVD+RW. Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм), диски DVD обеспечивают до 17 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии:

DVD-5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4,7 Гбайт;

DVD-9 - односторонний двухслойный диск на 8,5 Гбайт;

DVD-10 - двусторонний однослойный диск 9,4 Гбайт;

DVD-18 - вместимость до 17 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

На первый взгляд диск DVD не отличается от CD: пластмассовый диск диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, оба используют лазеры, чтобы читать данные, записанные во впадинах на спиральной дорожке. Однако семикратное увеличение DVD по вместимости данных сравнительно с CD было в значительной степени достигнуто путем напряжения всех допусков системы-предшественника.

Во-первых, дорожки размещены более плотно, шаг дорожки DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 мкм, более чем в 2 раза по сравнению с 1,6 мкм для CD.

Во-вторых, спецификация DVD позволяет считывать информацию более чем с одного слоя, изменяя фокусировку луча лазера чтения.

В-третьих, DVD позволяет использовать двусторонние диски.

Формат DVD с самого начала был связан с проблемами совместимости. Некоторые из них теперь разрешены, но другие, в особенности совместимость перезаписываемых и видеовариантов диска, остаются. Несовместимость с некоторыми дисководами CD-R и CD-RW была давней проблемой. Болванки, используемые в некоторых из этих устройств, не могут отражать должным образом лазерный луч, используемый в устройствах чтения DVD-ROM, что и делает их «нечитабельными». Для носителей CD-RW эта проблема была легко решена по стандарту Мультичтения и путем комплектования устройства DVD-ROM лазерами с двумя различными длинами волны. Однако заставить дисководы DVD-ROM надежно читать все носители CD-R составляет намного большую проблему. Лазер устройства чтения DVD имеет затруднения при считывании CD-R в связи со снижением отражающей способности поверхности в свете длиной волны 650 нм, в то время как при 780 нм она почти такая, как для CD-ROM.

Форматы записываемых дисков DVD Существуют пять версий записываемых DVD:

DVD-R обычный;

DVD-RAM (перезаписываемый);

DVD-RW;

DVD+RW.

Все записываемые форматы DVD включают набор спецификаций, которые определяют физические характеристики среды записи. Этот уровень функционирования является «физическим уровнем среды», и возможность прочитать диск на специфическом проигрывателе или дисководе зависит от его способности поддержать соответствующий физический уровень независимо от того, какие данные записаны.

Приводы компакт-дисков позволяют работать только с носителями, относящими­ся к группе CD. Приводы DVD позволяют работать как с DVD, так и с CD носи­телями. Классификация оптических дисков приведена ниже:

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- RDL, DVD+ RDL);

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

Отличия между форматами

Устройства DVD+ R/ RW ни в чем не уступают накопителям DVD- R/ RW, а благодаря некоторым улучшениям они могут превосходить своих конкурентов по быстродействию и надежности. Например, скорость записи накопителей DVD+ RW выше, чем у большинства устройств DVD- RW. Некоторые диски DVD- R записываются со скоростью, близкой к скоростям DVD+ R, а с появлением моделей DVD- RW разрыв в быстродействии еще более сократился.
Еще одно различие между технологиями "-" и "+" заключается в способе вращения дисков в накопителях. Накопители CD, DVD- ROM и DVD- RW - это устройства с постоянной линейной скоростью, обеспечивающие постоянную скорость передачи данных при чтении дисков. В этих накопителях диски вращаются медленнее при считывании информации с внешних, более длинных дорожек.

Разновидности оптических приводов

В зависимости от имеющихся функций оптические приводы можно разделить на несколько основных видов.

1. CD - ROM - приводы, позволяющие считывать информацию с носителей, от­носящихся к группе компакт-дисков.

2. DVD - ROM - приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD и DVD-носителей.

3. CD - RW - приводы, позволяющие выполнять чтение информации с оптических дисков, относящихся к группе компакт-дисков, а также осуществлять запись на CD- R и CD- RW.

4. DVD - ROM / CD - RW - так называемые комбинированные приводы, позволя­ющие считывать информацию с разных типов CD и DVD-носителей, а также осуществлять запись на CD- R и CD- RW.

5. DVD - RW , DVD + RW , DVD ± RW - универсальные записывающие приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD и DVD носителей, а также осуществлять запись на CD- R, CD- RW, записываемые и перезаписы­ваемые DVD (набор поддерживаемых DVD-носителей зависит от конкретной модели).

Для измерения скоростных характеристик оптических приводов используются условные единицы, причем различающиеся для CD и DVD форматов. В качестве точки отсчета (1х) для носителей группы компакт-дисков была выбрана скорость считывания данных, равная 150 Кбайт/с. Следовательно, 8х для CD привода со­ответствует скорости передачи данных 1200 Кбайт/с, 12х - 1800 Кбайт/с и т. д.

В случае DVDустройств однократная скорость равна уже 1350 Кбайт/с. Таким образом, 4х для DVD носителей соответствует скорости 5400 Кбайт/с - что экви­валентно 36х по шкале CD .

В характеристиках приводов, поддерживающих чтение и/или запись разных типов оптических дисков, обычно указывается максимальная скорость для каждого из них. Краткое обозначение скоростных характеристик носителя называют скорост­ной формулой. Например, в случае привода DVD - ROM скоростная формула 8/52 означает максимальную скорость чтения, эквивалентную 52х для CD и 8х для DVD . Для привода CD - RW скоростная формула 32/24/48 означает максимальную ско­рость записи на CD - R и CD - RW соответственно 32х и 24х и максимальную скорость чтения 48х.

Технология LightScribe

Одной из наиболее интересных технологических новинок 2005 года, реализованных в области записываемых оптических дисков, стала технология LightScribe. Она позволяет наносить на декоративную поверхность дисков монохромные изобра­жения высокого качества непосредственно в записывающем приводе.

Принцип, положенный в основу технологии LightScribe, довольно прост. Как из­вестно, под воздействием лазерного луча активный слой записываемых дисков теряет свою прозрачность. Засвечивая лазером одни участки рабочего слоя и остав­ляя нетронутыми другие, с помощью записывающего привода можно сформировать монохромное изображение.

В начале 2004 года компания HP объявила о создании усовершенствованной сис­темы прямого маркирования дисков ( DirectDiscLabelingSystem), получившей впоследствии коммерческое название LightScribe. Данная технология разработана специалистами MitsubishiKagakuMedia (МКМ) и HP. В отличие от другой тех­нологии - DiscT@2, LightScribe предусматривает нанесение изображений не на рабочий слой диска, а с обратной стороны - туда, где обычно располагается эти­кетка (разумеется, записываемые диски для этого должны быть снабжены допол­нительным светочувствительным слоем).

Чтобы воспользоваться технологией LightScribe, необходимо иметь три компонен­та: LightScribe-совместимый записывающий привод, носитель с дополнительным светочувствительным слоем и специальное программное обеспечение. В этом слу­чае пользователь по окончании записи информации может перевернуть диск и с по­мощью записывающего привода нанести изображение на его декоративную поверх­ность.

Разумеется, реализация дополнительных возможностей повлечет некоторое уве­личение цен на записывающие приводы и чистые носители. Правда, по данным HP, внедрение поддержки LightScribe приведет к удорожанию записывающего приво­да примерно на $10. Что касается носителей LightScribe, их производство по впол­не понятным причинам обходится дороже по сравнению с обычными записыва­емыми дисками, но разница в цене также будет незначительной.

В 2005 году HP подписала соглашения о продаже лицензий на использование этой технологии некоторым крупным производителям записывающих приводов (в част­ности, LG, Toshiba, Philips и Lite- On (Sony)).

Оптические носители высокой плотности записи

Улучшение возможностей медиасистем и, как следствие, потребность в данных высокого качества (видео и аудио) привели к тому, что такого рода информации стало тесно на стандартном DVD. Разработки новых форматов велись и ведутся различными компаниями, однако для коммерческой эксплуатации созрели два стандарта.

1. Blu - ray Disc (от англ. blueray - «голубой луч», сокращенно BD) - новое по­коление оптических накопителей высокой плотности, разработанное консор­циумом компаний во главе с Sony. Этот стандарт не имеет общих корней с DVD. Плотность записи на один слой составляет 25 Гбайт.

Примечание

При выборе названия для нового стандарта разработчикам пришлось исказить слово blue , так как при правильном написании его нельзя было использовать для регистрации торговой марки.

2. HD DVD ( High - Definition DVD ) - формат нового поколения, разработанный Toshiba и NEC в противовес Blu- ray. HDDVD признан эволюционным разви­тием стандарта DVD. Плотность записи дисков этого формата составляет 15 Гбайт на один слой.

До конца 2007 года не было понятно, какой из стандартов станет доминирующим в отрасли. Однако начало 2008 года расставило все точки над « i». Компания Toshiba объявила об отказе от этого проекта в пользу строительства фабрик по производ­ству флэш-памяти, которую она считает более перспективной.

Что касается Blu- ray, то он не стал в одночасье популярным и распространенным. Как оказалось, позиции DVD еще сильны, а потребители не спешат переходить на новый формат. Быстрому распространению «голубого луча» препятствует и высокая стоимость самих устройств. В свете мировых экономических потрясений до сих пор непонятно, как сложится динамика цен на этот тип устройств в 2010 году. Диски Blu- ray сохранили те же размеры, которые были свойственны их предшест­венникам CD и DVD: 120 и 80 мм. Из-за технологических особенностей покрытия они первоначально были очень чувствительны к различного рода механическим воздействиям. Разработчики опытных образцов подумывали даже о том, чтобы защитить носители особым картриджем. В будущем такой нюанс оказался бы явно не в пользу нового стандарта. Поэтому инженерные умы все-таки смогли решить эту проблему. Было найдено новое полимерное покрытие, способное защитить данные от внешних воздействий. По заявлению некоторых источников, новые диски могут сохранять работоспособность даже будучи поцарапанными отверткой. Следует отметить, что эти впечатляющие возможности привели к удорожанию производства данных носителей.

В технологии Blu- ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Напомним, что обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 и 780 нм соответственно. Такое умень­шение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD - до 0,32 мкм - и увеличить плотность записи данных.

Базовое значение скорости 1х для BD составляет 36 864 Кбит/с, что в 27 раз боль­ше, чем у DVD, и в 243 раза превосходит CD. Проигрыватели с двукратной скоро­стью передачи данных способны превзойти скорость 73 000 Кбит/с.

Важной характеристикой новых носителей является объем. Изначально совместимость BD с дисками предыдущих поколений стандартом не предусмотрена, однако ассоциация BDA рекомендует всем производителям реа- лизовывать поддержку DVD для обеспечения обратной совместимости.

В процессе разработки находятся версии дисков емкостью 100 Гбайт и выше.

Последние поколение оптических дисков

Голографический многоцелевой диск (HolographicVersatileDisc) - перспективная технология производства оптических дисков, которая предполагает значительно увеличить объём хранимых на диске данных по сравнению с и .

Она использует технологию, известную как , которая использует два : один - красный, а второй - зелёный, сведённые в один параллельный луч. лазер читает данные, закодированные в виде сетки с слоя, близкого к поверхности диска, в то время как лазер используется для чтения вспомогательных сигналов с обычного компакт-дискового слоя в глубине диска. Вспомогательная информация используется для отслеживания позиции чтения наподобие системы в обычном жёстком диске. На или эта информация внедрена в данные.

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.

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.

Всем привет, друзья! Как говорится, вот и подросло поколение, которое ни разу не использовало оптический диск. Что это такое и для чего нужны такие носители информации, я расскажу в сегодняшней статье.

Как все начиналось

Лазерные и оптические начали разрабатывать еще задолго до появления, привычных нам, персональных компьютеров. На тот момент ЭВМ уже появились, но работали они на диодах и триодах, то есть были теплыми и ламповыми, а информация в них загружалась с помощью перфолент.

Первопроходцами в разработке технологии лазерной записи и чтения данных, считаются советские ученые Николай Басов и Александр Прохоров, удостоенные Нобелевской премии в 1964 году.

Характерно, что накопители на оптических дисках для хранения информации на ЭВМ, на тот момент, даже не рассматривались – все разработки были направлены на создание музыкальных проигрывателей, которые со временем заменили бы «патефоны» на виниловых пластинках и стали альтернативой магнитной ленте.

Американский инженер Джеймс Рассел уловил витающую в воздухе идею использования оптических дисков для хранения данных и запатентовал изобретение в 1969 году. Этот способ стал прообразом современного DVD диска. По непонятным причинам, на тот момент, технология развития не получила.
Вспомнили о ней только в 1990 году, когда компания Pioneer запатентовала CD собственной конструкции. Она же оставалась лидером по производству дисков в США и Японии, до появления формата DVD. Такие диски были гибкими и имели ряд недостатков.

Структуру же современного диска с подложкой, отражающей лазерный луч, разработал инженер компании Philips, Питер Крамер. По сути, именно это изобретение стало основой для всех современных дисков, включая перезаписываемые виды RW.

Что было потом

Основой диска является тонкий чувствительный слой металла (чаще всего это алюминий), способный отражать лазерный луч. Выжженные при записи лазером канавки (их называют пиитами), не отражают излучение лазера. Ленды, то есть оставшиеся нетронутыми участки, этот луч отражают.

В составе лазерной головки, кроме самого излучателя, есть линза и считывающее устройство. Таким образом, пит и ленд, можно закодировать как единицу или ноль, то есть в привычном для любой ЭВМ, двоичном коде.

Интерпретация же этого кода, в более приемлемый для человека формат – уже задача других аппаратных компонентов компьютера.

Естественно, любая технология развивается и становится более совершенной. Всего, инженеры явили миру, четыре поколения дисков, которые отличались между собой ключевой характеристикой – емкостью носителя.

Так, знаменитый CD относится к первому поколению и вмещает всего 700 Мб данных, DVD является диском второго поколения и на него можно записать уже 4,7 ГБ, а Blu-ray третьего поколения, содержит 25 ГБ.

Навороченные Holographic Versatile Disc, которые теоретически способны вместить до 3,9 Тб данных, пока несовершенны и постоянно дорабатываются.

Интересно, что независимо от классификации, все эти диски имеют один и тот же стандартный размер: 12 см у обычного и 8 см у мини-диска. Разница же в емкости, достигается благодаря сужению ширины дорожек – логично, что при такой тенденции, на той же площади их поместится больше.

Чем все закончилось

Назначение и устройство оптических накопителей и сегодня остается неизменным: хранить на них можно любую информацию. К недостаткам можно отнести ограниченный срок службы диска: при регулярном использовании защитный слой царапается, что затрудняет работу считывающей головки.

Кроме того, скорость чтения с такого носителя ограничена (зависит от формата) и уже недостаточна в 21 веке.

Пережив расцвет, такие накопители постепенно утрачивают популярность. Причина кроется в развитии более совершенных технологий хранения данных и широком распространении высокоскоростного интернета.

Согласитесь, нет смысла искать точку по продаже дисков (не факт, что вы сегодня ее вообще найдете) и платить деньги, когда интересующую музыку, фильм или игру можно за полчаса скачать из интернета, чаще всего бесплатно.

Популяризации же Holographic Versatile Disc препятствует цена: и сам диск, и способный его прочитать дисковод, стоят существенно дороже более старых форматов.

Я не говорю, что диски вообще исчезли из повседневного обихода, отнюдь. Более того, кое–где, по-старинке, все еще даже пользуются дискетами. Однако тех масштабов, которые были еще лет пять назад, уже нет и больше не будет.

То же самое со временем произойдет и с популярными сегодня флешками – но не раньше, чем изобретут более совершенную технологию и сделают ее доступной для широких масс.

Спасибо за внимание, друзья, и до следующей встречи! Буду благодарен каждому, кто поделится этой публикацией в социальных сетях.

CD (Compact Disc)-оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера.CD становятся все более быстродействующими и дешёвыми. На диске CD промышленным способом записывается информация. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, no форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали.Сегодня, имея компьютер с записывающим дисководом CD, можно сделать диск менее чем за час.

DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для выпуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя.Спецификаций DVD-ROM рассматривает диски и технологию DVD в качестве средства хранения компьютерных данных, обладающего громадной емкостью. Спецификация DVD-Video, вокруг которой ломалось столько копий, предусматривает лишь запись полнометражных кинопрограмм с высоким качеством изображения, многоканальным звуком и интернациональными настройками. Спецификация DVD-Audio рассматривает стандарт записи лишь звука, предполагая, правда, значительно более высокое качество, многоканальность и возможность поместить на том же диске не только 74 мин. музыки, но и разнообразную сопутствующую информацию.Становится ясным, что стремительное понижение цен на DVD-устройства может привести к вытеснению CD-приводов уже в ближайшее время даже при условии использования старых носителей. DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

• DVD-видео - содержат фильмы (видео и звук);
• DVD-Audio - содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);
• DVD-Data - содержат любые данные;
• смешанное содержимое.

BD (Blu-ray - англ. blue ray - синий луч и disc - диск) - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.В новой технологии появились кардинальные изменения в логической структуре диска, стоимости и других параметрах. Длина волны синего лазера укоротилась до 405 нм, что позволило позиционировать луч намного точнее, а следовательно, и размещать данные на диске с большей плотностью. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD.BD является продуктом нового поколения, наиболее прогрессивным,отвечающим "требованиям нашего времени", чем CD и DVD.

16. Персональные ЭВМ. Устройство. Основные характеристики.

Компьютер – это электронное устройство, предназначенное для работы с информацией, а именно введение, обработку, хранение, вывод и передачу информации. Кроме того, ПК представляет собой единое двух сущностей – аппаратной и программной частей (что и отражено на следующей схеме).

Согласно определению компьютера компоненты компьютера можно разделить на устройства, которые выполняют определенные функции, связанные с информацией.