Современные оптические диски виды и параметры
Введение
У человека всегда была потребность сохранить результаты его трудов, будь они материальными или умственными. Для этой цели издавна использовались различные способы: древний человек вёл записи с помощью рисунков, т. к. он не владел письменностью, с появлением письменности появилась и возможность более информативно излагать свои мысли, для чего стали использоваться глиняные таблички, папирусы, бумага, береста и даже каменные стены. Но с развитием человеческой цивилизации, с развитием различных наук количество информации, подлежащей сохранению, постепенно увеличивалось и приходилось придумывать новые методы или улучшать старые.
Оптические диски, или компакт-диски, — современный вид носителей информации, применяемый в персональных компьютерах. Сегодня используются несколько типов оптических дисков. Наибольшую популярность у пользователей имеют компакт-диски, а также DVD-диски.
Несмотря на стремительное развитие новых информационных технологий, оптические диски, на мой взгляд, будут долгое время использоваться. А, потому, я считаю актуальным и весьма полезным разобраться в том, какими они бывают и чем отличаются.
При огромной значимости Интернета неминуемой становится необходимость урегулирования отношений, которые возникают при использовании глобальной сети. Проблема охраны интеллектуальной собственности на документы в Интернет до сих пор не получила достаточного освещения в литературе.
Целью данной работы является формирование целостного представления о современных оптических дисках.
Методы исследования: изучение, систематический анализ и обобщение литературных источников и сайтов.
Задачи для достижения цели:
– изучить виды и параметры CD;
– определить виды и параметры DVD;
– рассмотреть Blue Ray, HD-DVD, AHD, HVD, AO-DVD, DMD;
– рассмотреть перспективы развития многослойных оптических дисков.
Объект работы – современные оптические диски.
Предмет – виды, параметры оптических дисков и применение их в документоведении.
Методы исследования: изучение и систематический анализ литературных источников и сайтов.
Обзор
источников: тема современных оптических
дисков нашла отражение во многих публикациях
и статьях. Например, принцип считывания
информации с оптического диска с разбивкой
на этапы рассматривает Ларьков Н.С. Меняев
М.Ф. дает характеристики DVD различных
типов. В своей книге Максимов Н.В. и Партыка
Т.Л. описывают параметры DVD-дисков и разделяют
диски на виды в зависимости от емкости.
1. Современные оптические диски
1.1. Виды и параметры CD
В конце 70-х годов прошедшего века две компании, Philips и Sony, серьезно занялись вопросом цифрового звуковоспроизведения. Они приступили к разработке нового типа носителей, базирующихся на оптической технологии записи и считывания данных, который был призван прийти на смену виниловым грампластинкам. В результате в 1982 г. появились привычные нам сегодня музыкальные компакт-диски CD Digital Audio (CD-DA), спустя два года вышли и компьютерные CD-ROM. Их характеристики были определены исходя из поставленной первоначально задачи записи музыки. С этим связан выбор концентрической дорожки (собственно, как и на грампластинках), более пригодной для последовательного, а не для произвольного доступа к данным, характерного для компьютерных систем. Емкость дисков, первоначально составлявшая 650 Мбайт, была выбрана с точки зрения возможности записи 74 мин. музыки.
Похоже, неожиданно для самих создателей новинка пришлась ко двору в ПК. Именно благодаря приводам CD-ROM возникло понятие «мультимедиа», в компьютерах платформы PC появились аудиофункции, пришли большие деньги в игровую индустрию. Технология развивалась, вслед за «штампованными» заводскими CD-ROM были созданы диски с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью [1].
Развитие материальных носителей документированной информации в целом идёт по пути непрерывного поиска объектов с высокой долговечностью, большой информационной ёмкостью при минимальных физических размерах носителя. Начиная с 1980-х годов, всё более широкое распространение получают оптические (лазерные) диски. Это пластиковые или алюминиевые диски, предназначенные для записи и воспроизведения информации при помощи лазерного луча.
На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, по форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Принцип считывания информации с оптического диска можно приближенно разбить на следующие этапы:
–
луч слабого лазера испускается лазер-диодом
– луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска;
– отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор;
– фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, преобразуя в цифровую последовательность [3].
Впервые оптическая запись звуковых программ для бытовых целей была осуществлена в 1982 г. фирмами "Sony" и "Philips" в лазерных проигрывателях на компакт-дисках, которые стали обозначаться аббревиатурой CD (Compact Disc). В середине 1980-х годов были созданы компакт-диски с постоянной памятью - CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory). C 1995 стали использоваться перезаписываемые оптические компакт-диски: CDR (CD Recordable) и CD-E (CD Erasable).
Оптические диски имеют обычно поликарбонатную или стеклянную термообработанную основу. Рабочий слой оптических дисков изготавливают в виде тончайших плёнок легкоплавких металлов (теллур) или сплавов (теллур-селен, теллур-углерод, теллур-селен-свинец и др.), органических красителей. Информационная поверхность оптических дисков
покрыта миллиметровым слоем прочного прозрачного пластика (поликарбоната). В процессе записи и воспроизведения на оптических дисках роль преобразователя сигналов выполняет лазерный луч, сфокусированный на рабочем слое диска в пятно диаметром около 1 мкм. При вращении диска лазерный луч следует вдоль дорожки диска, ширина которой также близка к 1 мкм. Возможность фокусировки луча в пятно малого размера позволяет формировать на диске метки площадью 1-3 мкм¦. В качестве источника света используются лазеры (аргоновые, гелий-кадмиевые и др.). В результате плотность записиоказывается на несколько порядков выше предела, обеспечиваемого магнитным способом записи. Информационная ёмкость оптического диска достигает 1 Гбайт (при диаметре диска 130 мм) и 2-4 Гбайт (при диаметре 300 мм).
В отличие от магнитных способов записи и воспроизведения, оптические методы являются бесконтактными. Лазерный луч фокусируется на диск объективом, отстоящим от носителя на расстоянии до 1 мм. При этом практически исключается возможность механического повреждения оптического диска.
Для хорошего отражения лазерного луча используется так называемое "зеркальное" покрытие дисков алюминием или серебром. Широкое применение в качестве носителя информации получили также магнитооптические компакт-диски типа RW (Re Writeble). На них запись информации осуществляется магнитной головкой с одновременным использованием лазерного луча. Лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки. Считывание же производится лазерным лучом меньшей мощности.
CD диски, или компакт-диски, изначально были предназначены для записи и воспроизведения музыки, но теперь используются для хранения практически любой компьютерной информации. Запись и чтение информации дисков осуществляются при помощи лазера. Толщина компакт-диска - 1,2 мм, диаметр - 120 мм, емкость - 650 или 700 MB (соответствует 74 или 80 минутам звучания). Существуют мини CD диаметром 80 мм, но их емкость меньше - 190-200 MB (21 минута звучания). Мини CD можно прочитать на любом носителе, кроме автомагнитолы. Бывают фигурные компакт-диски разнообразной формы, их выпускают в основном в коммерческих целях.
Такие
диски не рекомендуют применять в компьютерных
приводах, потому что на высокой скорости
вращения они могут лопнуть.
CD диски можно разделить на CD-ROM, CD-R и CD-RW.
Это деление обусловлено возможностью
записать на диск информацию и предназначением
диска. Информация на диске CD-ROM записана
производителем, изменить или удалить
ее нельзя, можно только прочитать данные.
На диски CD-R (их иногда еще называют
"болванками") можно записать свою
информацию, но стереть или изменить ее
будет невозможно. Если на диске осталось
свободное место, и при записи вы разрешили
опцию добавления информации, можно будет
дописать на диск файлы. Диски CD-RW поддерживают
удаление и перезапись информации, но
такие диски будут читаться не всеми приводами.
Приводы CD-ROM могут читать любые компакт-диски, приводы CD-RW читают любые виды CD и записывают диски CD-R и CD-RW.
Компакт-диск (Compact Disk, CD) – это диск диаметром 120 мм (4,75 дюйма) или 80 мм (3,1 дюйма) и толщиной 1,2 мм. Глубина штриха равна 0,12 мкм, ширина – 0,6 мкм. Штрихи расположены по спирали, от центра к периферии. Длина штриха – 0,9–3,3 мкм, расстояние между дорожками – 1,6 мкм. Компакт-диски состоят из трех-шести слоев.
Для размещения пяти– и трехдюймовых дисков в лотке привода компакт-диска имеются специальные углубления – соответственно 5 и 3 дюйма.
В
устной речи, а также в печати
чаще всего употребляются
Стандартный
пятидюймовый диск может содержать
650–700 Мбайт информации, 74–80 минут
высококачественного
На трехдюймовые диски помещается около 180 Мбайт информации.
Иногда встречаются диски, называемые «визитной карточкой» (business card) (рис. 1.1). По внешнему виду и размеру они напоминают визитную карточку, а фактически являются трехдюймовыми дисками, обрезанными с двух сторон. На такой компакт-диск записывается от 10 до 80 Мбайт, в зависимости от степени обрезания краев диска.
Вывод:
были изучены виды и параметры CD-дисков
и их предназначение, которое состоит
в хранении практически любой компьютерной
информации.
1.2. Виды и параметры DVD
DVD-диски позволяют хранить больший объем информации, чем компакт-диски, благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны. Емкость DVD-диска стандартного размера (120 мм) может колебаться от 4,7 GB до 17 GB, а емкость мини DVD (80 мм) – 1,6 GB.
В зависимости от емкости DVD выделяют такие виды дисков:
– DVD-5 - однослойный односторонний диск, емкость - 4,7 GB;
– DVD-9 - двухслойный односторонний диск, емкость - 8,5 GB;
– DVD-10 - однослойный двухсторонний диск, емкость - 9,4 GB;
– DVD-14 - двухсторонний диск, двухслойный с одной стороны и однослойный - с другой, емкость - 13,24 GB;
– DVD-18 - двухслойный двухсторонний диск, емкость - 17,1 GB.
Двухслойные диски содержат два информационных слоя на одной стороне, они помечаются аббревиатурой DL. Двухсторонний диск - это фактически два диска, склеенные нерабочими поверхностями. Естественно, толщина такого диска контролируется, чтобы соответствовать толщине обычного однослойного DVD.
По возможности записи, перезаписи и удаления информации DVD диски, как и CD, делятся на ROM, R и RW. Но дополнительно различают такие виды дисков:
– DVD-R for general, DVD-R(G) – единожды записываемый диск, предназначенный для домашнего использования;
– DVD-R for authoring, DVD-R(A) – единожды записываемый диск для профессиональных целей;
– DVD-RW – перезаписываемый диск. Перезаписывать или стирать информацию можно до 1000 раз. Но нельзя стирать часть информации, можно только стереть диск полностью и полностью перезаписать;
– DVD-RAM – используют технологию смены фазы. Их можно перезаписывать до 100000 раз, теоретический срок службы - до 30 лет. Но они дороги, выпускаются в основном в специальных картриджах и не поддерживаются большинством приводов и проигрывателей;
– DVD+RW – основаны на технологии CD-RW и поддерживают перезапись информации до 1000 раз. Этот формат появился позже, чем DVD-RW;
– DVD+R – единожды записываемый диск, подобный DVD-R [4].
Понятно, что ни один привод или проигрыватель не поддерживает полностью все DVD-форматы. Большинство современных приводов поддерживают как формат DVD-R(W), так и формат DVD+R(W). Но старые приводы и бытовые плееры, выпущенные до появления формата DVD+R(W), будут читать только диски DVD-R(W). Существуют "супермульти" приводы, которые поддерживают все виды дисков, включая DVD-RAM.
DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция.
Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя.
Рассмотрим основные характеристики DVD различных типов.
Размер диска – 80 мм (3,1 дюйма):
– DVD-1 (Single-sided, single-layer) – односторонний и однослойный диск. Может содержать до 1,36 Гбайт информации;
– DVD-2 (Single-sided, double-layer) – односторонний двухслойный диск. Содержит до 2,48 Гбайт информации;
– DVD-3 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Емкость – до 2,74 Гбайт информации;
– DVD-4 (Double-sided, double-layer) – диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Емкость такого диска – до 4,95 Гбайт.
Размер диска – 120 мм (4,75 дюйма):
– DVD-5 (Single-sided, single-layer) – односторонний однослойный диск. Содержит до 4,7 Гбайт информации;
– DVD-9 (Single-sided, double-layer) – односторонний и двухслойный диск. Емкость – до 8,5 Гбайт;
– DVD-10 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Содержит до 9,4 Гбайт информации;
– DVD-18 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Способен вместить до 17 Гбайт информации.
Число в наименовании диска – DVD-1, DVD-4, DVD-10 и т. д. – это округленное значение емкости [5].
Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.
Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40% и необходимой прозрачностью.
Во время считывания информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь полупрозрачный слой, фокусируясь на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию внутреннего слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку и считывает информацию с полупрозрачного слоя. Наличие в приводе DVD буфера и возможность быстрой смены фокусировки позволяет непрерывно подавать данные на материнскую плату.
При изготовлении двухслойного диска сначала штампуется первый слой, основанный на поликарбонатах. Затем наносится полупрозрачный материал, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала. С помощью ультрафиолетового излучения фотополимеру придается жесткость, и DVD заливается поликарбонатом, который служит диску защитным слоем.
DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм. С целью не только увеличить толщину DVD до 1,2 мм, но и одновременно улучшить его функциональность, увеличив емкость носителя в два раза, компанией Toshiba был создан двухсторонний диск (типы DVD-3 и DVD-10). Чтобы получить диск типа DVD-3, достаточно склеить между собой со стороны этикеток два DVD-1; для получения же DVD-10 соединяются два DVD-5. Таким образом, склеивая между собой два диска толщиной 0,6 мм, мы получаем один диск, по толщине равный CD и обладающий возможностью записать вдвое больше информации.
Для получения дисков типа DVD-4 следует склеить два DVD-2, для DVD-18 – соответственно два DVD-9.
Принцип записи информации на DVD-R (Digital Versatile Disk Read-only – однократно записываемый DVD) и считывания с него аналогичен записи и считыванию CD-R. Во время записи DVD в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности «прожигает» в активном слое отверстия (питы). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь образовавшееся отверстие, отражается от металлизированного слоя и попадает на фотодатчик, а потом на микропроцессор.
Для записи и считывания информации с DVD-RW (Digital Versatile Disk ReWritable – перезаписываемый DVD) применяется технология Phase Change Technology (метод изменения фазы). Лазерный луч во время записи движется по спиральной дорожке. В период повышенной активности луча регистрирующий слой меняет свою структуру, переходя из кристаллического состояния в аморфное. При считывании информации детектор распознает, от какой поверхности отразился лазерный луч – кристаллической или аморфной, – и преобразует данные в цифровой поток. Под воздействием лазерного луча определенной мощности активный (регистрирующий) слой возвращается в исходное состояние, и диск может быть перезаписан множество раз.
Вывод:
были определены виды и параметры DVD-дисков,
которые позволяют хранить больший объем
информации, чем компакт-диски, благодаря
использованию лазера с меньшей длиной
волны.
2. Будущее оптических носителей информации
2.1. Blue Ray, HD-DVD, AHD, HVD, AO-DVD, DMD
Попробуем разобраться с будущим CD и DVD; их многочисленными модификациями и преемниками.
Хотя
практически все форматы
Данный стандарт разработан совместно несколькими крупнейшими компаниями, в числе которых Sony, Dell, Hitachi, HP, LG, Mitsubishi, Panasonic, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, TDK и Thomson; характеристики новых дисков таковы, что они должны прийти на смену существующей оптике. Емкость диска с односторонней записью - до 27 Гб, ее можно удвоить (т.е. довести до 54 Гб), сделав диски двусторонними. При этом сам диск по своим размерам остается примерно таким же, как и обычный CD. Встает вопрос: как же туда удалось поместить такое количество информации? Ответ содержится в самом названии; дело в том, что в обычных приводах CD и DVD для чтения и записи используется красный лазер с длиной волны 785 нм и 650 нм соответственно, а в Blue Ray - голубой лазер с длиной волны 405 нм, что позволяет фокусировать его с большей точностью и, следовательно, считывать и прожигать на поверхности диска больше отсчетов (питов) на единицу площади. Хотя новые диски появились совсем недавно, уже имеется стандарт на записываемые диски, чего не было раньше, при появлении CD и DVD.
Главный идеолог Blue Ray – компания Sony.
К сегодняшнему дню она успела представить общественности как приводы для чтения/записи Blue Ray, так и сами диски. К сожалению, будущее этого стандарта еще весьма неопределенно. То, что между собой борются родственные, но тем не менее несовместимые форматы, уже не раз играло злую шутку над CD, а позднее – DVD, так может случиться и в этот раз. Ближайший конкурент Blue Ray – стандарт HD-DVD, разрабатываемый совместно Toshiba и NEC, а также поддерживаемый DVD-Forum. И там и там используется голубой лазер для чтения и записи информации, но емкость дисков HD-DVD существенно ниже: однослойный диск вмещает 15 Гб данных, двухслойный – 30 Гб. Зато HD-DVD остается совместимым с DVD на физическом уровне, чего нельзя сказать о Blue Ray. Кроме того, этому стандарту покровительствует DVD-Forum, весьма влиятельная и представительная организация, а также Microsoft, которая уже заявила о своем желании включить поддержку HD-DVD в новой ОС Longhorn, а вот про Blue Ray не сказала еще ничего определенного. Впрочем, встает резонный вопрос, а будут ли работать с дисками HD-DVD более старые, чем Longhorn, версии Windows.
Окончательного победителя этой борьбы выявят только производители дисков с мультимедиа, которые, скорее всего, выберут только один стандарт и будут в дальнейшем для записи контента использовать исключительно его.
Уже сейчас, когда новые стандарты только собираются выйти на рынок, появляются сообщения о разработке новых форматов, обладающих фантастической ёмкостью. Чаще всего до появления хотя бы прототипов далеко, пока что оформляются патенты.
Возьмем, например, проект компании Colossal Storage Сorporation, связанный с созданием 3,5-дюймовых дисков Atomic Holografic Disk ёмкостью 10 Терабайт! Звучит как сказка, причём вполне может сказкой и остаться.
Ещё один интересный проект предложен HVD Альянсом, в который вошли CMC Magnetics, Fuji Photo Film и ряд других компаний. Это разработка голографических дисков Holografic Versatile Disc (HVD). Ёмкость такого диска – от 100 до 1000 Гигабайт. Главный секрет – использование не одного луча лазера, а сразу миллиона! Скорость чтения при этом может достигать 1 Гбит в секунду.
Совсем похожим на уже созданные форматы является разработка корпорации New Medium Enterprises, которая собирается предоставить оптический диск Versatile Multilayer Disc (VMD), способный вместить 20 Гбайт и использующий обычный красный лазер. Просто это четырёхслойный диск. Первые приводы и диски должны поступить в продажу уже в этом году, но, скорее всего, дальше Азиатского региона они не выйдут, так как являются чисто переходным явлением.
Компания
Iomega недавно запатентовала
Как сообщает New Scientist, в основе технологии – идея использования для хранения информации наноструктур – участков, имеющих размеры, меньшие, чем длина волны лазерного излучения. При этом на поверхности диска при записи данных формируются участки, угол наклона которых слегка отличается. Для его определения анализируется характер распределения отраженного света. Благодаря наличию ориентированных под различными углами «наплывов», размеры которых меньше длины волны используемого лазера, емкость носителя удалось повысить на два порядка.