Оптические диски и накопители

В оптических запоминающих устройствах запись и считывание осуществляется с помощью источника света. Накопители на оптических дисках (НОД) включают в себя источник (лазер) и приемник света, оптическую запоминающую среду, модулятор светового пучка, поляризационную призму. Компакт-диски (CD), изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно обосновались теперь на рынке компьютерных устройств. Благодаря своим малым размерам, большой емкости, надежности и долговечности они с успехом применяются в качестве устройств внешней памяти. Компакт-диск состоит из жесткой прозрачной основы, на которую нанесен рабочий и защитный слой. При записи (воспроизведении, стирании) диск вращается, а луч лазера, сфокусированный на дорожку, перемещается вдоль радиуса вращающегося диска.

Различный цвет рабочей поверхности дисков объясняется различным материалом регистрирующего и отражающего слоев. В качестве регистрирующего слоя для дисков CD-R наиболее распространены органические соединения, известные под условными названиями "цианин" (Cyanine) и "фталоцианин" (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (cyan) цвет (от которого и происходит название материала, не имеющее отношения к цианидам - химическим производным циановодорода) и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно более стоек ко внешним воздействиям.

В качестве отражающих материалов используют золото и серебро, реже - алюминий и сплавы. Соответственно, рабочая поверхность диска с отражающим слоем из бесцветного металла имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет цианина с голубого на зеленоватый.

Если посмотреть его поверхность CD под микроскопом, то можно увидеть дорожку из мельчайших углублений (питов) и островков (рис. 5.15).

Вот в них-то и зашифрованы звуки, изображения, тексты, а так же различные программы для компьютера. Чтобы информацию можно было считать с диска и обработать, она должна быть записана на машинном языке - в двоичной системе счисления. Питы и островки составляют каждую букву, ноту и картинку - это ничто иное, как последовательность нулей и единиц. Из этих питов и островков состоит дорожка, которая бежит непрерывной спиралью по всей поверхности диска, как на обыкновенной пластинке, только гораздо плотнее. И данные с диска читаются не иглой, а при помощи лазерного луча. Попадая на островок или впадину, луч отражается и считывается фотодиодом, который измеряет его силу и затем преобразует в поток импульсов различной интенсивности и длительности.

Рис. 5.15. Устройство компакт-диска

Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками. Более мощный импульс отражается от площадки и соответствует цифре 1. Лазерный луч, попавший на пит, отражает меньше света. Он соответствует цифре

Затем все отраженные лучи и импульсы обрабатываются, преобразуясь в исходный звук или картинку.

Существуют следующие стандарты оптических дисков: CD, DVD, HD DVD, BD (рис. 5.16).

 

5.16. Сравнение стандартов

Существует следующие разновидности CD:

Исходно была заявлена емкость диска в 74 минуты аудио в формате CD-DA или 650 Мегабайт, в последующем эти величины были несколько скорректированы в большую сторону.

При создании стандарта DVD (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск) разработчики поставили цель существенно увеличить объём информации, вмещающейся на диск, при сохранении тех же геометрических размеров, что и у CD. Для этого был использован лазер с более короткой длиной волны (650 нанометров, что позволило разместить на одном слое 120-миллиметрового диска до 4.7 Гигабайт данных), а число информационных слоёв было увеличено до (максимально) четырёх, причём считывание двух из них происходит с одной стороны диска, а оставшихся двух - с другой; сами информационные слои, как и отражающий слой, располагаются в середине диска (на глубине 0.6 миллиметра от каждой из сторон, то есть технологически такой диск представляет собой два склеенных между собой диска толщиной 0.6 мм). Такая конструкция практически не оставляет места для нанесения на диск изображения, да и довольно дорога в производстве, поэтому на практике чаще всего встречаются диски с одним или двумя информационными слоями. Благодаря расположению информационных слоёв в глубине диска DVD, по сравнению с CD, он оказывается более устойчивым к поперечным повреждениям (царапинам), однако наличие технологической склейки делает его более уязвимым к продольным механическим воздействиям (изгибам).

На роль стандарта оптических дисков следующего поколения - с ещё большей информационной ёмкостью - претендуют сразу две разработки - это так называемый HD DVD (Hight Definition DVD) и Blue Ray (голубой луч, обозначается BD). Они используют ещё более высокочастотный лазер с длиной волны 405 нанометров, однако однослойный 120-миллиметровый диск HD DVD вмещает около 15 Гигабайт данных, а аналогичный диск Blue Ray - около 25 Гигабайт. Несколько отличается внутренняя структура диска - если HD DVD устроен совершенно аналогично обычному DVD-диску, то информационный слой диска Blue Ray расположен в 0.1 миллиметра от поверхности диска. В настоящее время ни одна из этих технологий пока не получила статуса промышленного стандарта, хотя на рынке уже представлены диски обоих форматов и использующие их устройства.

Рис. 5.18. Оптический накопитель

Как уже говорилось, устройства для чтения различных оптических дисков используют разные типы лазеров - инфракрасный для CD, красный для DVD и синий для HD DVD и Blue Ray - поэтому чисто теоретически следовало бы ожидать, что эти устройства не будут совместимы с дисками другого типа. Однако такой подход не слишком хорошо отразился бы на коммерческом успехе подобных устройств, поэтому большинство производителей следуют принципу "обратной совместимости", и практически все (а может быть, и все) модели DVD-приводов совместимы с дисками CD.

Существуют следующие типы оптических накопителей: CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD/CD-RW, DVD RW, DVD RW DL, BD-RE, HD DVD-ROM, HD DVD/DVD RW, HD DVD-R, HD DVD-RW (рис. 2.21).

Привод HD DVD-R используется для записи дисков формата HD DVD-R, предназначенных для однократной записи. Помимо этого он, как правило, может записывать и читать CD/DVD-диски.

Различают внутренние и внешние CD/DVD-приводы. Внутренние предназначены для крепления внутри системного блока, а внешние вынесены за его пределы. Внутренние, в свою очередь, бывают полноразмерными (предназначены для крепления в отсеках 5,25" системного блока настольного компьютера, механизм загрузки - автоматический лоток) и slim (имеющие меньшую высоту, полуавтоматический механизм загрузки дисков и предназначенные для ноутбуков). Внешние приводы, как правило, имеют более высокую стоимость и используются в основном с ноутбуками, не имеющими собственного встроенного CD/DVD-привода, с настольными компьютерами при недостатке места для размещения оптического накопителя внутри корпуса или в случае использования одного привода на нескольких компьютерах поочередно.

Большинство внутренних оптических накопителей подключаются через интерфейсы IDE, SCSI или S-ATA интерфейсы. Внешние приводы используются, в основном, с ноутбуками и имеют интерфейсы USB, FireWire, PCMCIA или одновременно несколько из этого списка. Накопители с PCMCIA интерфейсом распространены не слишком широко и применяются в основном для мобильных компьютеров, имеющих этот разъем. Большинство современных ноутбуков оборудованы и USB и FireWire, если же компьютер не имеет разъема FireWire, то стоит обратить внимание на приводы с интерфейсом USB.

Загрузка диска может осуществляться несколькими способами.

При щелевом механизме лоток отсутствует, диск примерно до половины вставляется в щель на лицевой панели привода вручную, затем загружается автоматически.

Полностью ручная загрузка встречается в основном у ноутбуков и некоторых внешних CD/DVD приводов и организована аналогично механизму в CD-плеерах, т.е. путем открывания верхней крышки и ручного размещения диска.