Тема 6.5. Структура носителей cd и dvd
Компакт-диски изготавливают из прозрачного пластика диаметром 120 мм и толщиной 1.2 мм. На пластиковую поверхность наносится специальное покрытие, например, слой алюминия или золота. Запись на CD-ROM производится в промышленных условиях путем выдавливания на поверхности дорожки углублений. Такой подход обеспечивает двоичную запись информации. Углубление (pit – пит), поверхность (land – лэнд). Логический нуль может быть представлен как питом, так и лэндом. Логическая единица кодируется переходом между питом и лэндом. От центра к краю компакт-диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1.4 микрона. Таким образом, первые оптические носители записывались ("штамповались") однократно, не допускали перезаписи, и фактически являлись постоянными запоминающими устройствами, на что и указывает приставка ROM.
Технологии сменных оптических носителей интенсивно развивались, с одной стороны, под воздействием требований мультимедиа-индустрии (видео, аудио и т.д.), нуждающейся во все больших размерах памяти для своих продуктов, а, с другой стороны, под воздействием потребностей пользователей, заинтересованных в недорогих, практичных и удобных в использовании сменных носителей памяти.
Так, вслед за "штампованными" заводскими CD-ROM были разработаны диски с однократной (CD-R, CD-Recordable) и многократной (CD-RW, CD-ReWritable) записью и соответствующие приводы для их записи и чтения.
Исходный CD-R диск не имеет на своей поверхности ни одного углубления, он представляет собой чистую поверхность. При записи на этой поверхности лазерный луч записывающего устройства изменяет отражающую способность рабочего слоя диска, и, таким образом, производится запись информации. Рабочий слой такого диска при записи необратимо изменяется, поэтому после записи информации на такой диск ее нельзя стереть или изменить.
Технология записи информации на CD-RW несколько отличается от CD-R. Приводы CD-RW при записи информации реализуют технологию изменения фазы рабочего слоя диска, т.е. под воздействием луча лазера состояние материала в записываемом слое изменяется с кристаллического на аморфное. Различные состояния имеют различные коэффициенты преломления и, таким образом, они оптически различаются.
Развитие всех технологий памяти идет по пути увеличения плотности хранения данных. Так обстоит дело и с оперативной памятью, и с НЖМД, а также с оптическими носителями.
Скорость записи и считывания при этом тоже возрастает, даже когда для этого не применяются какие-либо специальные меры. Например, если на каждом сантиметре дорожки диска хранится в два раза больше данных, при той же скорости его вращения (или скорости перемещения считывающей головки вдоль дорожки) количество считываемых или записываемых в единицу времени бит информации тоже возрастает вдвое.
Данное положение частично подтверждается рис. 6.5.1, где показаны фрагменты рабочей поверхности CD-ROM (а), DVD–ROM (Digital Versatile Disc) (б) и перспективной технологии оптических носителей памяти BD (Blu-ray Disc) (в).
Рисунок 6.5.1.
Из рис. 6.5.1 видно, что увеличение объемов памяти до 4.7 Гб в случае с DVD и до 27 Гб в случае с BD достигается увеличением плотности записи данных на носитель одинакового размера (диск с диаметром 120 мм и толщиной 1.2 мм).
Применительно к оптическим дискам увеличение плотности записи предполагает уменьшение ширины спиральной дорожки и длины самих питов, а также сокращение промежутков между соседними витками дорожки. Чтобы получить световое пятно, соответствующее по диаметру размерам питов, требуется уменьшить длину волны лазера.
В обычных CD-приводах используются инфракрасные полупроводниковые лазеры с длиной волны 780 нм (нм – нанометр (10-9 метра). Минимальный размер питов составляет 0,83 мкм (мкм – микрометр (10-6 метра), расстояние между осевой линией соседних витков дорожки – 1,6 мкм. В результате на диск диаметром 12 см можно записать от 650 до 720 Мб данных. Диски DVD имеют вдвое меньшие питы минимальным диаметром 0.4 мкм, расстояние между витками также сокращено вдвое и составляет 0.74 мкм. Для работы с такими дисками применяются лазеры с длиной волны 650 нм, что соответствует красной области спектра. Следующее поколение оптических дисков основано на дальнейшем увеличении плотности записи. Две новые конкурирующие технологии ВD и AOD (Advanced Optical Disc) базируются на применении "синих" лазеров с длиной волны 405 нм. Получаемое от них световое пятно позволило уменьшить размер питов до 0.15 мкм, а расстояние между витками – до 0.32 мкм.
Еще одной важнейшей характеристикой оптической системы приводов является т.н. "числовая апертура" объектива (numerical aperture, NA). Эта величина обратно пропорциональна диаметру светового пятна. С целью уменьшения диаметра светового пятна разработчики не только используют все более короткую волну излучения лазера, но и увеличивают числовую апертуру.
При этом для обеспечения оптимальных условий фокусировки приходится уменьшать толщину нижнего прозрачного слоя. У носителей CD она составляет 1.2 мм (мм – миллиметр или 10-3 метра), у DVD – 0.6 мм, а у BD и AOD – всего 0.1 мм. Числовые апертуры, применяемые в головках объективов, равны 0.45, 0.6 и 0.85 соответственно.
Таким образом, за счет увеличения плотности хранения данных удалось увеличить емкость рабочего слоя дисков DVD, BD и AOD.