Тема 2.2. Оптические накопители

В качестве основы для оптических дисков Disc Read-Only Memory — па­мять только для чтения (их толщина составляет 1,2 мм, а диаметр – 120 или 80 мм) используется поликарбонатная пластина. На нее наносится содержащий информацию специальный слой, который изготавливается из золота, серебра, но чаще всего – из более дешевого алюминия.

Типы оптических накопителей:

СD – Compact Disc, емкость 700–900 Мб

DVD – Digital Versatile Disc, емкость 4,3–15,9 Гб

BD – Blu-ray Disc, емкость 23,7–46,9 Гб

FMD ROM (fluorescent multilayer disk) 140 Гбайт

В настоящее время наиболее интересной разработкой является новейший тип носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск с уже сегодня достигнутой вместимостью 140 Гбайт, что не является теоретическим пределом. К сожалению, из-за высокой стоимости оборудования, реализующего технологии FMD, говорить об их практическом применении еще преждевременно.

Сверху оптический носитель покрывается тонкой защитной поликарбонатной пластиной или слоем лака. Для считывания информации используется лазерный луч – отражаясь от поверхности информационного слоя, он меняет свою интенсивность и фазу в зависимости от состояния пита, на который попал.

Размеры питов на CD, DVD и BD

Информация на диск записывается по спирали, от центра к краю. При чтении диск раскручивается в приводе, и скорость его вращения достигает 4000 оборотов в минуту Оптический диск был изобретен еще в 1958 году, в 1978 году на массовом рынке появилось рабочее решение – Laserdisc –носитель для хранения фильмов. А уже в 1979 году Philips и Sony совместными усилиями разработали компакт-диск (CD), который стал массово применяться в качестве музыкального носителя начиная с конца 1982 года. CD до сих пор используются для записи музыки, а в качестве носителей пользовательских данных выступают вытеснившие компакт-диски DVD. Этот носитель получил широкое распространение в 1997 году. В 2006 году появились диски еще большей емкости – Bluray и HD-DVD; однако после рыночной борьбы «выжили» только диски формата Blu-ray.

Технология записи компакт-дисков

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75") изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой (обычно каким-нибудь сплавом алюминия). Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фо­тодатчик, размещенный в накопителе на компакт-диске, воспринимает рассеянный луч, отраженный от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или в звук.

Глубина каждого штриха на диске равна 0,12 мкм, ширина— 0,6 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16 000 витков на дюйм или 625 витков на миллиметр. Длина штрихов вдоль дорожки записи может колебаться от 0,9 до 3,3 мкм. Дорожка начина­ется на некотором расстоянии от центрального отверстия диска и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края.

Если на компакт-диске (звуковом или информационном) необходимо отыскать место записи определенных данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и ждет появления определенной последовательности битов.

Данные на компакт-дисках записываются с использованием технологии CLV (Constant Linear Velocity — запись с постоянной линейной скоростью). Это означает, что запись и вос­произведение данных с компакт-диска происходят с постоянной линейной скоростью пере­мещения дорожки относительно считывающего устройства. Другими словами, при считыва­нии информации с внутренних дорожек диск должен вращаться быстрее, а при считывании информации с внешних дорожек — медленнее. Этот способ применяется потому, что перво­начально компакт-диски были предназначены для воспроизведения звука, при котором ско­рость считывания данных должна была быть постоянной. По этой причине спираль компакт-диска разбивается на блоки (секторы), частота следования которых при записи и воспроизве­дении составляет 75 блоков в секунду. Это означает, что при полном времени считывания, равном 74 мин, на диске располагается 333 000 блоков (секторов).

Новые накопители на компакт-диске используют диски, записанные по технологии CLV, но вос­производят их с постоянной угловой скоростью CAV(Constant Angular Velocity— постоянная угловая скорость). При этом дорожка с данными считывается лазером с разной скоростью, в зависимости от физического расположения на диске (внутренняя или внешняя). Этот тип на­копителей считывает дорожки на краю диска быстрее, чем в центре, поскольку диск вращается с постоянной скоростью. Накопители CAV, как правило, работают быстрее накопителей CLV. Накопители, в которых используется и технология CLV, и CAV, называются P-CAV (Partial-CAV— частично постоянная угловая скорость).

P-CAV (Partial Constant Angular Velocity, частично постоянная угловая скорость). Комбинированный режим: при движении от центра скорость передачи данных сначала увеличивается (как в CAV), но затем, после того как она достигнет определенного значения, ее величина поддерживается на постоянном уровне (как в CLV).

Z-CLV (Zoned Constant Linear Velocity, зональная постоянная линейная скорость). Режим, при котором диск делится на несколько зон, в пределах которых поддерживается постоянная линейная скорость. Современные приводы, как правило, поддерживают все перечисленные режимы, используя их в зависимости от типа диска, с которым они работают: так, для «прожига» обычных записываемых дисков, как правило, используется режим CAV или P-CAV (обеспечивающие наибольшую скорость), в то время как для перезаписываемых дисков — CLV или Z-CLV.

В каждом блоке диска, записанного в формате CD-DA (аудио компакт-диск), содержится 2 352 байт, 304 из них используется для синхронизации, идентификации и кодов коррекции ошибок, а оставшиеся 2 048 байт — для хранения полезной информации. Поскольку за секунду считывается 75 блоков, стандартная скорость считывания данных с дисков CD-ROM — 153 600 байт/с, или 150 Кбайт/с.

Поскольку на компакт-диске может содержаться максимальный объем данных, который считывается 74 мин, а за секунду считывается 75 блоков по 2 048 байт, нетрудно подсчитать, что максимальная емкость диска CD-ROM составляет 681 984 000 байт (около 650 Мбайт).