Накопители информации на компакт дисках

 

Накопители информации на компакт дисках.

ТИТУЛ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Накопители информации  на компакт дисках

 

 

1.1 Общая информация

 

В оптических дисках хранение информации основано на изменении оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В модулированном луче закодирована двоичная информация, размещенная на треке. На этом принципе основаны диски CD, а также их «потомки» — DVD и стоящие особняком диски PD. Подробно внутренняя организация компакт-дисков различного назначения рассмотрена в 1, здесь же остановимся на прикладной стороне

В компьютер компакт-диск (Compact Disk, CD) пришел из цифровой аудиозаписи. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD, были разработаны фирмами Sony и Philips в 1982 году. Диаметр компакт-диска — 120 мм, толщина — 1,2 мм. Как и грампластинки, диски имеют одну спиральную дорожку, но, в отличие от грампластинок, начинающуюся от центра диска. Эта спираль имеет 22 188 витков (поперечная плотность — около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров. Область с диаметром 46-50 мм является вводной (Lead-In Area, LIA), а область 116-117 мм — выводной зоной (Lead-Out Area, LOA). Область между этими зонами называется программной (program area).

Дорожка представляет собой цепочку «ямок» (pits) в прозрачной основе диска, за которой расположен светоотражающий слой. Поперечный шаг витков спирали — 1,6 мкм, ширина дорожки (ямок) — 0,5 мкм, глубина ямок — 0,125 мкм. Края ямок соответствуют двоичным единицам канальной информации, кодирующей записанную на диске полезную информацию. Участок без изменения глубины (как ямка, так и «равнина») соответствует двоичным нулям, число нулевых битов определяется длиной этого участка. Длина ямок лежит в пределах 0,83-3,56 мкм. Для считывания применяют инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм (в воздухе). Глубина ямок выбрана равной 1/4 длины волны луча лазера в прозрачном материале основы диска. Благодаря этому луч, отраженный от дна ямки, возвращается в приемник в противофазе с лучом, отраженным от поверхности (он в обе стороны проходит лишние 1/2 волны), — они взаимоуничтожаются, что повышает контрастность восприятия ямок.

Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку дополнительное время уходит на разгон (торможение) диска при достаточно быстром перемещении головки. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереосигнала с частотой квантования 44,1 КГц и 16-разрядными выборками. На диске используется только одна поверхность.

Каждое музыкальное произведение (или его часть) записывается на одном треке, всего на диске может быть до 99 треков. Во вводной зоне размещена таблица содержимого (Table Of Content, ТОС), в которой описаны координаты каждого трека и выводной зоны. Внутри каждого трека могут быть расставлены индексы, маркирующие определенные точки в записи, — их можно быстро находить и выполнять воспроизведение с заданного места. Помимо основного информационного канала, несущего звуковую информацию, на диске имеются служебные субканалы (каналы субкода Р, Q, R, S, T, U, V, W) с пропускной способностью 1/192 от основного канала каждый. Из этих субканалов широко используются лишь Р и Q, которые служат для навигации по диску, хранения краткой информации (идентификаторов) о содержимом диска и треков, а также хранения ТОС.

В таком виде появились и первые компакт-диски, ориентированные на хранение данных, для считывания которых применяются приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — компакт-диск, предназначенный только для чтения). Они базируются на тех же методах организации и кодирования данных на физическом уровне, что и аудиодиски, но отличаются способом организации и использования хранимой информации

 

 

1.2 Классификация приводов накопителей на компакт дисках

 

 

Приводы CD имеют большую величину времени доступа2 — 75-500 мс; такая медлительность вызывается и необходимостью разгона и торможения диска при доступе к различным участкам носителя.

Поначалу технология записи на оптические диски была очень дорогой, и в компьютерах использовали только устройства чтения и диски CD-ROM. Впоследствии были разработаны диски CD-R (Recordable CD — записываемый компакт-диск), записываемые пользователем, и устройства записи (рекордеры) CD-Writer, CD-Recorder (естественно, способные и считывать информацию).

Эти диски и устройства обеспечивали лишь однократную запись, их еще называли CD- WORM (Write Once, Read Many — однократная запись, многократное чтение) или CD-WO (Write Once). Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск первоначально назвали CD-E (Erasable — стираемые). Однако с маркетинговой точки зрения такое название показалось непривлекательным (от того, что данные могут быть стерты, восторг мало кто испытывает), и его заменили на CD-RW (Rewritable CD — перезаписываемый компакт-диск), хотя физическая суть та же.

Особую привлекательность CD-R и CD-RW придает совместимость этих дисков с обычными приводами CD-ROM и даже аудиоплеерами. Существуют также и оптические диски PD (Phase change Disk), допускающие многократную перезапись, но никак не совместимые с приводами CD-ROM. Правда, имеются комбайны CD/PD, работающие с разными типами дисков. Более новые и емкие диски DVD (Digital Video Disk — цифровой видеодиск, или Digital Versatile Disk — универсальный цифровой диск) совместимости с CD не имеют. Но и здесь появились комбайны, позволяющие работать и с DVD, и с CD.

Записывающие устройства — CD-рекордеры и DVD-рекордеры — по конструкции не слишком отличаются от устройств чтения, но их лазер в режиме записи

Стоит отметить, что время наработки на отказ у устройств CR-R/RW значительно меньше, чем у CD-ROM. Кроме того, из-за более сложной и тяжелой головки время доступа CD-R/RW в режиме считывания больше, чем у обычных приводов CD-ROM, да и скорость считывания ниже. По этим причинам использовать CD-R/RW для интенсивного чтения дисков нецелесообразно.

Применительно к устройствам чтения и записи компакт-дисков принята следующая терминология:

CD-ROM — устройство считывания компакт-дисков. Обозначение 2х, 4х,..., 52х... указывает скорость считывания (максимальную). Приводы, действительно выдерживающие указанную кратность скорости по всему объему, называют TrueX.

• CD-R, CD-Recorder — устройство для записи дисков CD-R, способное также считывать печатные и записываемые диски. Обозначение вида 2х/4х соответствует скорости записи/считывания.
• CD-RW, CD-ReWriter — устройство для записи дисков CD-R и CD-RW, способное также считывать печатные, записываемые и перезаписываемые диски. Обозначение вида 4х/2х/32х соответствует скорости записи (на CD-R)/ перезаписи (на CD-RW)/cчитывaния. Самые быстрые (2005 г.) устройства обеспечивают скорости 52х/32х/52х.
• Multisession CD-ROM — эти устройства позволяют считывать данные, записанные за несколько сеансов.
• XA-Ready CD-ROM — эти устройства не имеют собственного ADPCM-деко-дера, и аудиоданные формата ХА могут быть считаны только с помощью звуковой карты.
• Multimedia CD-ROM — привод, удовлетворяющий спецификации МРС (Mul-tiMedia PC). Должен иметь внешний аудиовыход для проигрывания CD-DA, скорость не ниже 1х (МРС1), 2х (МРС2) или 4х (МРСЗ); начиная с МРС2 должен читать многосессионные диски, включая режим секторов Mode 2. Спецификация МРС1 (Levell) была принята в 1993 году (процессор — 386SX), МРСЗ - в 1995 году (процессор Pentium-75; MPEG-1 декодер 352 х 240/288, 30/25 кадров/с). Более высоких уровней МРС не вводили.

Приводы DVD также различаются по способности к записи/перезаписи, но здесь гораздо больше разновидностей из-за обилия стандартов. Современные устройства поддерживают, как правило, несколько стандартов. Распространены устройства-комбайны, сочетающие в себе возможности приводов CD-R/RW и DVD-ROM (плюс возможность записи DVD). По цене эти устройства стали уже вполне доступными и получили массовое распространение.

 

1.3 Устройство приводов  накопителей

 

По устройству считыватели и рекордеры компакт-дисков напоминают обычные дисководы. Алгоритм работы накопителя CD-ROM представлен на рис.1.1

 Однако помимо приводов шпинделя и головки они имеют еще механизм загрузки диска и более сложную головку. Головка состоит из лазерного излучателя, фотоприемника и наклонного зеркала. Все это фиксируется на подвижной каретке головки. На качающейся подвеске каретки закреплена пластмассовая фокусирующая линза, с которой связана малогабаритная катушка индуктивности, помещенная в поле постоянного магнита, установленного на каретке. Катушка и магнит образуют магнитоэлектрический привод подвески линзы, обеспечивающий ее перемещение в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Привод подвески линзы под управлением контроллера, встроенного в накопитель, обеспечивает точную фокусировку лучей оптической системы на светоотражающем слое диска, отслеживая биения поверхности диска при вращении. Понятно, что из-за инерционности системы фокусировки есть предел скорости вращения, на котором система уже не успевает отслеживать колебания. При юстировке оптической системы линзу выставляют параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов на каретке. Механика привода довольно проста, но следует помнить о нежности пластмассовой линзы: неаккуратная чистка может оставить на ней микроскопические царапины, и считывание станет неустойчивым. Существуют накопители с самоочищающимися линзами (self-cleaning lenses). Для изоляции от окружающей среды (drive sealing) в накопителях могут применяться двойные пылезащитные дверки.

Способ загрузки диска в накопитель зависит от конструкции. Больше всего распространены устройства с выдвигающимся лотком, или подносом, так называемые накопители Tray-Type (tray — поднос). Диск кладется на лоток рабочей стороной вниз, после чего специальный привод затягивает поднос внутрь устройства и укладывает диск на шпиндель. Движением лотка можно управлять программно или с помощью кнопки на лицевой панели устройства. Лоток втягивается даже просто от легкого подталкивания (при включенном питании). Устройства с лоточной подачей самые дешевые. Их недостаток заключается в том, что диск приходится брать руками, при этом его можно испачкать, уронить или поцарапать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 Алгоритм работы накопителя CD-ROM

 

Накопители CD-ROM имеют внешние размеры, соответствующие формату 5" устройств половинной высоты.

Первые накопители имели собственные интерфейсы, по фирмам-производителям называемые интерфейсами Sony, Panasonic и Mitsumi. Все эти интерфейсы по смыслу напоминают 8-битный вариант шины AT А, но о совместимости с ней нет и речи. Применение накопителей с этими интерфейсами в значительной степени затруднено из-за отсутствия соответствующих драйверов устройств. Современные накопители выпускаются в основном с интерфейсами SCSI и ATA (ATAPI), возможно подключение к шине USB, PC Card и к LPT-порту. Последний вариант может применяться даже в рекордерах, но он работает только в режиме порта ЕРР и только с довольно мощным процессором

Вслед за первыми моделями, имеющими скорость считывания 150 Кбайт/с, вскоре появились устройства с удвоенной и учетверенной скоростью считывания — Double-Speed, Quadro-Speed (QuadSpin). Для устройств с большей скоростью слов уже не нашлось, и теперь кратность скорости обозначают числами: 2х, 4х, 6х, 8х, 10х, 12х, 16х, 20х, 24х,..., 56х... Вплоть до 8-12х устройство действительно обеспечивало скорость п х 150 Кбайт/с по всему объему диска. Однако при большей кратности для считывания внутренних витков спирали потребовалась бы слишком высокая частота вращения (чтобы добиться требуемой линейной скорости). При большой частоте вращения усиливаются биения диска из-за его несбалансированности (даже из-за этикетки), и система слежения уже не справляется с фокусировкой на прыгающем треке. Накопители с большой кратностью обеспечивают указанную скорость лишь на внешних витках спирали, а постоянная линейная скорость поддерживается не по всему радиусу — ближе к центру переходят на постоянную угловую скорость.

Практически все приводы CD/DVD позволяют воспроизводить и аудиодиски (CD-DA), для чего они имеют встроенные цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) и аналоговый интерфейс с линейным выходом стереосигнала уровня 0,2 В.

 

 

2. Носители информации CD

 

2.1 Диски СD

 

Оптические диски CD-ROM, CD-R и CD-RW имеют прозрачную поликарбонатную (пластиковую) основу, над которой расположен хранящий информацию слой, защищенный сверху лаком. На верхнюю сторону этого «пирога» может быть нанесена этикетка. Хранящий слой расположен ближе всего к верхней стороне; механические повреждения (царапины, вмятины) с верхней стороны чаще приводят к неисправимым ошибкам чтения. Царапины, как и пылинки, с нижней стороны, через которую светит лазер, не так страшны — через них проходит луч с еще довольно большим диаметром пятна (порядка 1 мм). Луч фокусируется в точку микронных размеров уже на самом хранящем слое, так что мелкие дефекты на внешней поверхности не оказывают существенного влияния на оптические процессы.

 

 

 

 

 

2.1.1. Устройство хранящего  слоя

 

Устройство хранящего слоя может быть различным3:

• Штампованные (печатные) диски CD имеют рельефную верхнюю сторону прозрачной основы, покрытую светоотражающим напылением. Ямки (pits) и ровные участки (lands) трека дают разную интенсивность отраженного луча, которая регистрируется фотоприемником. Штампованные диски изготовляются на специальном заводском оборудовании. Исходная информация для штампа берется с записанного мастер-диска, с которого за несколько технологических этапов получают пресс-формы.
• Однократно записываемые диски (CD-R) имеют покрывающий основу слой органического красителя, поверх которого нанесено светоотражающее напыление (золото или сплав серебряного цвета). При записи выжигаются фрагменты красителя, в результате отраженный луч также будет промодулирован по интенсивности.
• Перезаписываемые диски (CD-RW, они же CD-E) под отражающим слоем имеют регистрирующий слой, который может менять свое состояние между поликристаллическим и аморфным. Прозрачность слоя зависит от его состояния. При перезаписи состояние отдельных участков изменяется: в зависимости от степени нагрева участка лучом записывающего лазера при остывании фиксируется то или иное его состояние. В отличие от печатных дисков и CD-R, отражающих около 70 % мощности падающего луча, диски CD-RW обладают существенно меньшей отражающей способностью.

Помещение информации на диски может производиться как печатью с матрицы (наподобие тиражирования грампластинок), так и непосредственной записью на носитель в устройстве CD-R или CD-RW, о котором речь пойдет далее. Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже — порядка 0,5-1 доллара. Независимо от способа записи оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (конечно, при наличии качественного носителя и записывающей аппаратуры). Однако между штампованными и записанными дисками все же имеется некоторая разница. Перезаписываемые диски CD-RW по сравнению с CD и CD-R при считывании дают меньшую амплитуду сигнала. По этой причине приводы без автоматической регулировки чувствительности приемника (старые модели, выпущенные до 1998 года, включая ряд моделей 8х) не могут считывать диски CD-RW. На способность привода читать CD-RW указывает логотип «MultiRead».

Для упрощения записывающей аппаратуры на болванке (target) — чистом диске для записи — по всей поверхности при изготовлении наносится спиральная дорожка разметки (pregroove). Разметка отпечатана на верхнем слое поликарбонатного субстрата, по ней при записи наводится головка. Эта дорожка, по которой при записи диск разбивается на кадры, содержит коды разметки диска по времени (Actual Time In Pregroove, ATIP). На этой же дорожке имеется информация о требуемой мощности лазера и возможной скорости записи. Скорость записи зависит как от диска, так и от привода.

Аббревиатура BLER раскрывается как “Block Error Rate” и обозначает частоту появления информационных блоков, которые имеют ошибочные символы (байты), обнаруженные на уровне C1. Показатель BLER — параметр, который хорошо отражает качество диска в целом, так как зависит от множества факторов, проявляющихся в процессе изготовления дисков.

Стандарт “Красная книга”http://www.cdimage.com.ua/glosariy (Red Book, IEC 908) определяет максимальный BLER не более 220 блоков в секунду При этом вычисляется среднее значение при измерении на интервалах по 10 секунд. В зависимости от BLER диски делятся на пять классов (grade) качества:

Grade A ( ) — диски высокого качества;

Grade B ( ) — диски хорошего качества;

Grade C ( ) — диски удовлетворительного качества;

Grade D ( ) — диски, которые можно использовать, но чтение информации с которых затруднено или велика опасность выхода диска из строя (потеря информации);

Grade F ( ) — диски, использование которых просто опасно: они могут даже вызвать “зависание” компьютера и сбой в работе CD плеера — например, вы не сможете извлечь диск из привода без использования аварийного метода.

Определим суммарное количество ошибок при помощи таблицы с вычисляемыми полями см.табл.2.1

 

Таблица 2.1

Пример таблицы с вычисляемыми полями

№ блока	количество ошибок
	15
	20
	30
	40
Итого	105

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2 Виды болванок СD

 

Болванки для записи имеют маркировку типа:

• CD-R, или Compact Disc Recordable — диски с однократной записью, подходят для устройств CD-R и CD-RW;
• CD-RW, или Compact Disc Rewritable — диски с многократной записью, подходят только для устройств CD-RW.

На диске также указывается диапазон возможных скоростей записи (минимальная и максимальная скорости). Эта информация печатается на его этикетке (для пользователя) и заносится в служебную область разметки (для привода). Высокоскоростные болванки немного дороже низкоскоростных, но это плата за возможную экономию времени при записи. Полностью диск на скорости 1х записывается 74 минуты (плюс еще несколько минут может потребоваться на запись служебной информации). Скорости 2х, 4х, 6х,.... 24х и т. д. позволяют сократить это время, но не в указанное число раз: высокая скорость может быть только ближе к концу диска, и есть еще почти постоянные накладные расходы. Привод (или его драйвер) может выбрать скорость ниже указанной (если ему «не понравится» имя производителя, записанное в служебной области разметки).

Стандартный «размер» болванки — 74 минуты или 650 Мбайт («двоичных»), иногда в рекламных целях указывают 680 Мбайт, но уже «десятичных». Оба этих числа соответствуют 333 000 секторам по 2048 байт пользовательских данных — итого 681 984 000 байт. Иногда пишут даже 780 Мбайт, это те же 333 000 секторов, но уже «сырых» данных по 2336 байт без ЕСС. Получили распространение и болванки большего объема (но того же размера), вмещающие до 80 минут аудио (около 700 Мбайт данных). Малогабаритные болванки диаметром 80 мм вмещают около 200 Мбайт. Есть и болванки размером с визитную карточку, в их прямоугольник вписывается диск, на котором умещается 30-60 Мбайт.

Верхняя поверхность болванки может быть защищена довольно прочным покрытием, на котором можно даже печатать этикетки на специальном принтере для дисков.

 

 

2.1.3 Многосеансовые диски

 

 

Специальным вариантом записываемого диска является многосеансовый диск, в котором распознаваемое обычным считыванием содержимое записываемого диска может меняться пользователем несколько раз. Структуру многосеансового диска иллюстрирует рис. 9.10, на котором серым цветом отмечены записанные области (две закрытые сессии и третья — не закрытая).

Для записи дисков используются программы для записи дисков4, внешний вид – копия экрана представлена на рис.2.1

Сессией (session) называют набор треков (от 1 до 99), которому предшествует вводная зона, содержащая ТОС с указателями начала каждого из этих треков. За последним треком имеется и выводная зона, начало которой также задано в ТОС. Сразу за выводной зоной может быть записана вводная зона следующей сессии

 

Рисунок 2.1 Программа Nero для записи CD –( копия экрана)

 

.

Каждая сессия (рис.2.2) (структура, записанная за один сеанс) выглядит как обычный диск CD-ROM, но есть нюансы в записях вводной зоны. Сессия называется закрытой, когда ее программная область обрамлена вводной и выводной зонами. Однако в ее ТОС указатель на выводную зону может указывать либо на начало выводной зоны, либо на ее конец» то есть на начало вводной зоны следующей сессии. Когда указатель описывает начало выводной зоны, диск становится закрытым — следующую сессию к нему уже не добавить. Когда он указывает на конец вводной зоны, на диск возможна запись последующей сессии (если хватает ресурсов: места на диске, места в РМА и номеров треков).

Рисунок 2.2 Структура многосеансового диска: PCA – область калибровки, РМА – область сохранения координат, LIA – вводная зона, LOA – выводная зона

 

Первый трек первой сессии должен иметь номер 01, следующие треки — последовательно нарастающие номера. Номер первого трека очередной сессии должен быть следующим за номером последнего трека предыдущей сессии. Максимальный номер трека — 99.

Многосеансовые, или мультисессионные (multi session), диски содержат более одной сессии, и все сессии физически доступны для чтения. Очередная записываемая сессия может быть как полностью независимой (ее ТОС содержит ссылки только на ее собственные треки), так и связанной с предыдущими сессиями (linked session). Связь может быть как на уровне треков (абсолютные координаты «старых» треков все или частично включают в ТОС новой сессии), так и на уровне файлов (для CD-ROM). Связь на уровне файлов требует внесения ссылок на файлы прежних сессий в каталоги и таблицу путей, являющиеся логической частью файловой системы CD-ROM.

Возможности использования информации конкретных сессий зависят от устройства считывания и его ПО.

 

2.1.4 Технические характеристики

 

Блок (сектор) CD-ROM задействует 2352 байта следующим образом. В начале блока находится заголовок (16 байт): 12-байтное поле синхронизации, 3-байтный адрес (Min:Sec:Frac), байт с номером режима данного сектора.

Режим (CD-ROM Mode nn) определяет использование поля данных блока: 00 — нули (нет данных), 01 — 2048 байт пользовательских данных и дополнительные контрольные коды, 02 — 2336 байт «сырых» данных (без дополнительной защиты от ошибок).

В записываемых дисках (CD-R и CD-RW) по сравнению с печатными дисками (CD-DA и CD-ROM) на треке, помимо вводной (LIA) и выводной (LOA) зон, а также зоны данных (Program Area, PA), имеются дополнительные5:

• РСА (Power Calibration Area) — зона для калибровки мощности лазера (в этой зоне делаются пробные записи);
• РМА (Program Memory Area) — зона для промежуточного хранения ТОС (координат начала и конца треков) сеанса записи. При закрытии сеанса эта информация переписывается в LIA данного сеанса.

Объем стандартного диска CD-DA (74 минуты) составляет 74 х 60 х 75 - 333 000 блоков. Если в блоке использовать по 2048 байт (с дополнительной защитой), то это составляет 681 984 000 байт; если по 2336 байт (без дополнительного ЕСС) - 777 888 000 байт.

Миниатюрные диски (CD Single) диаметром 80 мм имеют емкость около 200 Мбайт6. Для этих дисков на лотках приводов CD имеется небольшое углубление, обеспечивающее возможность их использования наравне с «большими». Их не следует путать с мини-дисками (Sony MiniDisk), являющимися перезаписываемыми магнитооптическими дисками.

Скорость передачи данных стандартного аудиодиска составляет 75 блоков в секунду, в CD-ROM (а также CD-R и CD-RW) эта скорость называется 1х и при размере 2048 байт составляет 150 Кбайт/с (1К - 1024). Для устройств хранения такая скорость маловата, и были определены скорости 2х, 4х, 8х, ..., 56х. Приводы со скоростями до 12-16х обеспечивают постоянную линейную скорость по всей рабочей поверхности. Высокоскоростные приводы для режимов выше 12-16 обеспечивают постоянную угловую скорость. Более высокая кратность скорости реально обеспечивается только на внешней части спирали (напомним, что это ближе к ее концу).

 

2.2 Диски DVD

 

Название DVD сначала расшифровывалось как Digital Video Disk — диск для цифровой видеозаписи, сейчас же подразумевается иное — Digital Versatile Disk — универсальный цифровой диск. В DVD нашли свое развитие принципы CD, направленные на повышение плотности хранения и скорости передачи информации. Эти диски имеют те же внешние размеры, что и CD (диаметр 120 мм и толщину 1,2 мм), однако представляют собой «бутерброд» из двух пластин. Для повышения емкости ширина трека и продольный размер битовой ячейки уменьшены примерно вдвое, снижены издержки, связанные с избыточностью кодов коррекции ошибок. Кроме того, могут использоваться две стороны диска, а на каждой стороне информация может храниться в двух слоях, таким образом, один диск может иметь уже четыре рабочих слоя. Для считывания DVD требуется лазер с длиной волны 635/650 нм (для CD используется длина волны 780 нм). Изменены системы канального (применяются 16-битные коды) и избыточного кодирования.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 Устройство двухслойного диска DVD:

a – луч, сфокусированный на верхнем слое;

б – луч, сфокусированный на нижнем слое.

 

Каждая пластина DVD может быть как однослойной (аналогичной по конструкции диску CD), так и двухслойной. В двухслойной пластине «ямки» расположены в двух плоскостях, нижний слой сверху покрыт полупрозрачной полуотражающей пленкой, а верхний — отражающей (рис. 3.1). Какой из слоев считывается, определяется фокусировкой луча (сигналы другого слоя из-за расфокусировки размываются и на их фоне различим требуемый слой). В двухслойных дисках размер ячейки увеличен примерно на 10 %, за счет чего емкость каждого слоя несколько ниже, чем у однослойных.

Диски DVD выпускаются в разных сочетаниях количества сторон (SS — Single Sided, односторонние; DS — Dual Sided, двусторонние) и слоев (SL — Single Layer, однослойные; DL — Dual Layer, двухслойные). В односторонних дисках вторая пластина может использоваться в качестве этикетки, маркировка двусторонних дисков проблематична, поскольку обе стороны требуются для считывания. Для считывания обеих сторон DS-дисков во многих моделях приводов приходится переворачивать диск. Производство дисков DS/DD сложно, а потому и дорого.

Двухслойные диски DVD пока что распространены только печатные, а перезаписываемые диски бывают в основном однослойные (но могут быть и двусторонними). Двухслойные записываемые диски DVD±R DL (они же DVD±R9) и приводы для них вышли на рынок только в 2005 году.

Диски FMD (флюоресцентные многослойные), сулящие большие объемы (называемые и трехмерными), пока не вышли из стадии лабораторных исследований.

Базовой скоростью DVD является скорость, достаточная для считывания видеодисков, — около 1,35 Мбайт/с, что эквивалентно 9х для CD-ROM. Однако эта скорость передачи обеспечивается при скорости вращения DVD, примерно в 3 раза меньшей, чем у CD-ROM. Этим объясняется тот факт, что высокоскоростные приводы DVD-ROM, читающие и CD, обеспечивают скорость считывания CD, меньшую, чем для DVD, — сказывается ограничение скорости вращения, при которой биения еще приемлемы. Высокие скорости DVD-ROM (2x, 4х и т. д.) требуются лишь для ускорения обмена данными при работе компьютерных приложений — для видео достаточно 1х. Предельной считается скорость 16х (21,6 Мбайт/с), она уже достигнута при чтении и даже однократной записи (DVD ± R); многоразовая запись DVD ± RW пока работает со скоростями 4х-8х. Время доступа у приводов DVD такое же большое, как и у приводов CD (около 120-150 мс).

Первые записываемые диски DVD — DVD-R и рекордеры появились в 1997 году, но были очень дороги. Они используют ту же технологию, что и CD-R, но более тонкую геометрию и иной тип краски.