Тема 6.6. Перспективные технологии внешних оптических носителей данных
Рассмотрим более подробно основные принципы, положенные в основу наиболее распространенных современных оптических носителей памяти – дисков DVD.
Рисунок 6.6.1.
Во-первых, также как и в CD, у DVD дисков единственная спиральная дорожка, на которую от центра к краю записаны данные (рис. 6.6.1, а). Единственная спиральная дорожка и непрерывное следование головки вдоль нее является оптимальным для записи и воспроизведения потоковых аудио- и видеоданных.
Во-вторых, при разработке DVD появилась идея создать двухслойные диски (рис. 6.6.1, б). Нижний слой толщиной 0.6 мм выполнен из поликарбонатного пластика, в нем отпрессована микроскопической толщины спиральная дорожка с питами и нанесено полупрозрачное отражающее пленочное покрытие толщиной 0.05 мкм. Второй прозрачный слой со своей спиральной дорожкой выполнен из фотополимера и его толщина составляет 40 мкм. Далее следуют обычный отражающий слой (0,05 мкм), адгезивный слой и подложка. Считывание данных со второго слоя осуществляется путем перефокусировки лазера. Поскольку условия считывания со второго слоя хуже, чем с первого, плотность записи на нем меньше, и в сумме емкость двухслойного диска составляет не 9.4, а 8.5 Гб.
В третьих, с точки зрения механической прочности общая толщина DVD дисков сохранена такой же, как у CD, т.е. равной 1.2 мм. Тот факт, что толщина прозрачного слоя уменьшилась до 0.6 мм, позволил предложить двухсторонние диски, представляющие собой комбинацию из склеенных рабочими поверхностями наружу двух дисков, как показано на рис. 6.6.1. Таким образом, стандарт DVD предусматривает четыре варианта дисков, которые вытекают из комбинации числа рабочих слоев и сторон и имеют следующие характеристики:
DVD-5 – односторонний однослойный диск емкостью 4.7 Гб;
DVD-9 – односторонний двухслойный диск емкостью 8.5 Гб;
DVD-10 – двухсторонний однослойный диск емкостью 9.4 Гб;
DVD-18 – двухсторонний двухслойный диск емкостью 17 Гб.
Самые распространенные диски – DVD-5 и DVD-10. Остальные имеют меньшую популярность в силу большей стоимости и меньшей распространенности соответствующих производственных линий. Перспективные стандарты BD и AOD подразумевают такую же, как у DVD, систему слоев и сторон. Они совпадают и по размерам.
Вся информация на DVD хранится в файловой системе MicroUDF (Micro Universal Disk Format), которую официально утвердили в 2000 году. MicroUDB поддерживает носители большой емкости и файлы больших размеров. Имена файлов записываются в формате unicode, что обеспечивает совместимость DVD со всеми операционными системами для ПК, а также с разнообразной бытовой техникой.
Для работы с DVD используются специальные приводы, которые внешне не отличаются от приводов для дисков CD. Более того, современные мулиформатные приводы позволяют работать как с CD, так и с DVD.
Одно из принципиальных отличий приводов CD и DVD состоит в количественной оценке скорости выполнения операций чтения, записи или же перезаписи дисков, поскольку для DVD-приводов за единицу скорости принято считать 1250 Кб/с, что соответствует примерно 8Х для CD-приводов.
Развитие технологий однократно записываемых и перезаписываемых DVD основывалось на ранее накопленном опыте с аналогичными CD.
Внутренняя структура записываемых дисков в общих чертах аналогична рассмотренной ранее конструкции DVD-ROM. Принципиальное отличие записываемых носителей состоит в использовании вместо "штампованных" объемных питов пленки на основе органического красителя. В процессе записи мощность луча лазера увеличивается до уровня, при котором краситель "запекается", т.е. необратимо изменяется его структура и отражающие свойства. Получаемые при этом пятна становятся не отражающими и соответствуют питам, в то время как остальная не засвеченная поверхность отражает луч лазера и служит равниной. Мощность лазера в режиме чтения данных в несколько раз меньше, чем при записи, что позволяет избежать изменений в красителе.
Структура перезаписываемого диска показана на рис. 6.6.1, в. Рабочий слой перезаписываемого диска представляет собой сложный сплав, обеспечивающий применение метода записи, основанного на изменении фазового состояния (phase-change), т.е. также как в CD-RW. Под пятном луча лазера рабочий слой быстро нагревается до температуры порядка 500–700°С (точка плавления), при которой кристаллическая решетка нарушается и вещество переходит в жидкое состояние. При достаточно быстром охлаждении произвольная ориентация атомов сохраняется и образуется область с их аморфным расположением. Более медленное охлаждение возвращает рабочий слой в кристаллическое состояние. Аморфные и поликристаллические области имеют разные коэффициенты преломления света, что позволяет сформировать питы на дорожке. В случае нагрева рабочего слоя до уровня, превышающего температуру кристаллизации (около 200°), но меньшего температуры плавления, его состояние возвращается к кристаллическому. Эта операция эквивалентна форматированию диска.