Организация вычислительных систем
       

Накопители с оптическим носителем


Под накопителем для оптических носителей чаще всего подразумевают привод для компакт-дисков (CD). Компакт-диск был создан в 1979 году компаниями Philips и Sony. В Philips разработали общий процесс производства, основываясь на своей более ранней технологии лазерных дисков, а Sony выработала методику коррекции ошибок.

Компакт-диски изготавливаются из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия с защитным слоем из лака, на котором обычно печатается этикетка. Компакт-диски диаметром 12 см вмещают до 650 Мбайт информации (74 мин. аудио). Используются также CD объемом 700 Мбайт (80 мин. аудио), 800 Мбайт (90 мин. аудио) и более, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также мини-CD диаметром 8 см, вмещающие 140 Мбайт данных (21 мин. аудио).

Информация на диске хранится в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на поликарбонатном слое. Каждый пит имеет примерно 125 нм в глубину, 500 нм в ширину и длину от 850 нм до 3,2 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали - 1,5 мкм. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который просвечивает поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого и считывается фотодиодом. Луч лазера образует на отражающем слое пятно диаметром примерно 1,5 мкм. Т.к. диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками. Свет от лазера, попадающий на площадку, отражается и улавливается фотодиодом. Если же свет попадает на возвышение, он испытывает интерференцию со светом, отраженным от площадки вокруг возвышения, и не отражается. Так происходит потому, что высота каждого возвышения равняется четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице в фазах в половину длины волны между светом, отраженным от площадки, и светом, отраженным от возвышения. Таким образом, фиксируются логические "1" и "0" (рис. 16.4), соответствующие исходным данным в коде EFM5) Для коррекции ошибок используется алгоритм CIRC6).



Рис. 16.4.  Кодирование информации на CD с использованием EFM

Различают следующие виды компакт-дисков: CD-ROM, CD-R и CD-RW. Обычные компакт-диски (CD-ROM) штампуются на заводах при помощи стеклянной матрицы с вытравленным на ней рисунком дорожек, которой прессуется металлический слой диска.

CD-R - это однократно записываемый компакт-диск. Он состоит из пластиковой основы и записывающего слоя, представляющего собой слой органического красителя (цианин, металлизированный AZO или фталоцианин) и отражающий слой из серебра, его сплава или золота. Отражающий слой покрывается защитным лаком. Чистый CD-R не является полностью пустым, на нем имеется служебная дорожка с сервометками ATIP7). Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи. Помимо функций синхронизации служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т.п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск. При записи CD-R данные наносятся на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически "прожечь" органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определенной температуры, он разрушается и меняет отражательные свойства (темнеет). Управляя мощностью лазера, на записывающем слое можно получить чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы. При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отраженный от слоя серебра луч попадает на фотодиод; если же луч падает на темный ("прожженный") участок, то почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Прожигание записывающего слоя является необратимым химическим процессом, т.е. однократным, поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть.

CD-RW - это перезаписываемый компакт-диск.


Технология CD-RW была представлена в 1997 году. В CD- RW записывающий слой состоит из материала с фазовым переходом (обычно сплав AgInSbTe). При помощи ИК-лазера кристаллические участки записывающего слоя быстро нагреваются и переходят в аморфное состояние или трансформируются при более низкой температуре и более длительном нагреве обратно в кристаллическое состояние. Различие в коэффициентах отражения аморфных и кристаллических областей интерпретируется как питы и площадки. Однако уровень сигналов в таком случае получается ниже, чем декларируется стандартами CD-ROM и CD-R, поэтому компакт-диски CD-RW могут не читаться в приводах, выпущенных до 1997 г.

Основным стандартом, который определяет логический и файловый форматы записи компакт-дисков, является ISO 9660 (файловая система компакт-дисков). Ряд других стандартов, касающихся компакт-дисков, изложен в документах, называемых "цветными книгами":

  • "Red Book" ("Красная книга") описывает аудио-CD (CD Digital Audio). В соответствии с этой спецификацией на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1 кГц. Спецификация была предложена фирмами Philips и Sony в 1980 г. и позднее была утверждена в качестве стандарта ISO/IEC 60908.
  • "Yellow Book" ("Желтая Книга") описывает формат CD-ROM, утверждена в качестве стандартов IEC/ISO 10149 и ECMA8) 130.
  • "Orange Book" ("Оранжевая книга") представляет собой серию технических стандартов, связанных с CD-R и CD-RW.
  • "White Book" ("Белая книга") была выпущена в 1987 г. фирмами Philips, Matsushita и JVC и описывает формат Video-CD: файловая система, совместимая с ISO 9660, двухканальный (стерео) аудиопоток 224 кбит/с с частотой дискретизации 44,1 кГц в формате MPEG 1 Layer 2, видеопоток 352х240 30 кадр/с (NTSC) или 352x288 25 кадр/с (PAL) в формате MPEG 1 (примерно 1,13 Мбит/с).


В сентябре 1995 г. группой компаний (Philips, Sony, Toshiba и др.), позднее образовавших DVD Forum, была предложена спецификация оптических дисков высокой плотности - DVD9).


DVD представляет собой две склеенных пластины из поликарбоната толщиной по 0,6 мм, покрытых отражающим слоем из алюминия или золота. Один слой способен хранить 4,38 Гбайт информации. Для чтения DVD используется лазер с длиной волны 650 нм и большей, чем у лазеров для CD, апертурой, что позволяет значительно увеличить плотность записи. Кроме того, в DVD используется более эффективные алгоритмы кодирования (EFM-Plus10)) и коррекции ошибок (RS-PC11)).

DVD по структуре данных бывают трех типов: DVD-Video, DVD-Audio и DVD-Data. В отличие от CD, все три типа DVD хранят данные в формате файловой системе UDF.

Различают следующие типы носителей DVD:

  • DVD-ROM - штампованные на заводе диски;
  • DVD-R/RW (DL) - однократно (RW - многократно) записываемые диски, стандартизованные DVD Forum (Double Layer - двухслойные);
  • DVD-RAM - многократно записываемые диски с произвольным доступом (RAM - Random Access Memory);
  • DVD+R/RW (DL) - однократно (RW - многократно) записываемые диски, предложенные DVD+RW Alliance (Double Layer - двухслойные).


Стандарт записи DVD-R/RW был разработан консорциумом DVD Forum как официальная спецификация (пере)записываемых дисков. Однако цена лицензии на эту технологию была слишком высока, и поэтому несколько производителей пишущих приводов и носителей для записи объединились в DVD+RW Alliance, который и разработал стандарт DVD+R/RW. Стоимость лицензии на эту спецификацию ниже. Стандарты записи DVD+R/RW и DVDR/RW частично совместимы. Все приводы для DVD могут читать оба формата дисков, и большинство пишущих приводов также могут записывать диски обеих технологий.

DVD-RAM по технологии ближе к винчестерам, чем к компакт-дискам, т.к. вместо одной спиральной дорожки содержит множество концентрических дорожек. Технология произвольного доступа обеспечивает работу с DVD-RAM как с обычным сменным накопителем (возможна произвольная запись, как на дискету или винчестер, без использования специального ПО).

По объему выделяют следующие категории DVD-дисков:

  • DVD-5 - однослойные односторонние 4,7 гигабайт (4,38 Гбайт);
  • DVD-9 - двухслойные односторонние 8,5 гигабайт (7,92 Гбайт);
  • DVD-10 - однослойные двухсторонние 9,4 гигабайт (8,75 Гбайт);
  • DVD-18 - двухслойные двухсторонние 17,1 гигабайт (15,9 Гбайт).


Скорость CD-приводов указывается в единицах, кратных 150 Кбайт/с (1х), а DVD-приводов - в единицах, кратных 1352 Кбайт/с (что соответствует 9х для CD-привода). Обычно внутренние CD- и DVD-приводы подключаются через интерфейс EIDE/ATA или SCSI, а внешние - через SCSI, USB или FireWire.


Содержание раздела