Что такое оптический накопитель в компьютере. Оптические диски и дисководы оптических дисков

Оптический диск

Опти́ческий диск

носитель данных в виде пластикового диска, предназначенный для записи и воспроизведения звука (компакт-диск CD), изображения (видеодиск), буквенно-цифровой информации, (CD-ROM, DVD) и др. при помощи лазерного луча. Первые оптические диски появились в 1979 г. Фирма «Philips» создавала их для записи и воспроизведения звука. Оптический диск состоит из жёсткой, оптически прозрачной основы, на которую нанесён тонкий рабочий слой и дополнительный защитный слой. Благодаря оптическому методу считывания оптические диски гораздо долговечнее грампластинок. Диаметр стандартного компакт-диска составляет 120 мм (4.5 дюйма), толщина – 1.2 мм, диаметр центрального отверстия – 15 мм. Изготавливаются CD-диски из очень прочной прозрачной пластмассы – поликарбоната или полихлорвинила. На одной стороне диска помещается этикетка, а другая сторона имеет зеркальную поверхность, переливающуюся цветами радуги. Это зона записи, спиральная дорожка которой состоит из питов – углублений различной длины. Расстояние между двумя соседними дорожками спирали – 1.6 мкм, т. е. плотность записи по сравнению с обычной грампластинкой больше в 100 раз. Ширина питов составляет 0.6–0.8 мкм, а длина их переменная. Она отражает длину последовательностей «1» записанного цифрового сигнала и может изменяться от 0.9 до 3.3 мкм. Информация в виде питов защищена от механических повреждений с одной стороны прозрачным материалом диска, а с другой – слоем пластмассы и этикеткой. По сравнению с механической звукозаписью имеет ряд преимуществ: очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым кодом. В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из миниатюрных углублений и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как единицы, а ровно отражающие свет участки – как нули.

Бесконтактное считывание информации с компакт-диска осуществляется с помощью оптической головки или лазерного звукоснимателя. Оптическая головка состоит из полупроводникового лазера, оптической системы и фотоприёмника, преобразующего световой в электрический. Считывающий лазерный луч фокусируется на спиральной дорожке с питами, находящимися в глубине диска. Головка никогда не соприкасается с диском – она находится всегда на строго определённом расстоянии от него, обеспечивающем нахождение дорожки из питов в фокусе оптической системы.

Технология мультимедиа позволяет объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory – т. е. память на компакт-диске «только для чтения»). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах.

Ёмкость одного CD-ROM достигает 650 Мбайт, по ёмкости он занимает промежуточное положение между дискетами и жёстким магнитным диском (винчестером). Для чтения компакт-дисков используется CD-дисковод. Информация на компакт-диск записывается только один раз в промышленных условиях, а на персональном компьютере её можно только читать. На CD-ROM издаются самые различные игры, энциклопедии, художественные альбомы, карты, атласы, словари и справочники. Все они снабжаются удобными поисковыми системами, позволяющими быстро найти нужный материал. Объёма памяти двух компакт-дисков CD-ROM хватает для размещения энциклопедии, превышающей по объёму Большую советскую энциклопедию.

Информационные оптические CD-диски предназначены для однократной (т. н. CD-R) и многократной (т. н. CD-RW) записи информации на персональном компьютере, оснащённом специальным дисководом. Это даёт возможность, подобно магнитофону, делать на них записи в домашних условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW – многократно, как на магнитном диске или ленте, можно стирать предыдущую запись и на её место делать новую.

1 – компакт_диск; 2 – светопрозрачное покрытие, защищающее нанесённую на CD информацию от повреждения; 3 – отражающее покрытие (собственно носитель записи); 4 – защитный слой; 5 – фокусирующий ; 6 – лазерный луч; 7 – оптический расщепитель; 8 – фотодетектор; 9 – ; 10 – электродвигатель, вращающий диск

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации – DVD (Digital Versatilе Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска – в десятки раз более высокая плотность записи информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Стандарт DVD определён таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учётом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т. е. с соблюдением принципа «обратной совместимости». В 1995 г. фирма «Philips» разработала технологию компакт-дисков для повторных записей. Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими СD-RОМ. Дисководы DVD представляют собой усовершенствованные дисководы CD-ROM.

Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .

Смотреть что такое "оптический диск" в других словарях:

Носитель данных в виде пластикового или алюминиевого диска, предназначенный для записи или (и) воспроизведения звука (компакт диск), изображения (видеодиск), буквенно цифровой информации и др. при помощи лазерного луча. Плотность записи св. 108… … Большой Энциклопедический словарь

оптический диск - Диск, содержащий цифровые данные, считываемые с помощью оптической техники. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб. информации EN optical disk … Справочник технического переводчика

ОПТИЧЕСКИЙ ДИСК, в вычислительной технике компактное запоминающее устройство, состоящее из диска, на котором информация записывается и читается при помощи лазера. Самый распространенный вид это CD ROM. Аудио компакт диски также представляют… … Научно-технический энциклопедический словарь

Работа с оптическими дисками Оптический диск Образ оптического диска, ISO образ Эмулятор оптических дисководов Программное обеспечение для работы с файловыми системами оптических дисков Технологии записи Режимы записи Пакетная запись Типы… … Википедия

Носитель данных в виде диска из прозрачного материала (стекла, пластмассы и т. п.) с металлизиров. слоем, на к ром методом цифровой оптической записи сформированы микроскопия, углубления (питы), образующие в совокупности спиральные или кольцевые… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Носитель данных, предназначенный для записи или (и) воспроизведения информации с помощью сфокусированного лазерного излучения. Состоит из жёсткой (обычно оптически прозрачной) основы, на которую нанесены светочувствительный или отражающий слой и… … Энциклопедический словарь

оптический диск - 147 оптический диск: Диск, содержащий цифровые данные, считываемые с помощью оптической техники

В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Но физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски происходит последовательно по спирали.

Участок на оптическом СD-диске, на котором размещаются данные, называют Іпfоrтаtіоп Аrеа (информационным участком). Этот участок начинается с диаметра 44 мм, заканчивается за 2 ... 3 мм до края диска и содержит такие три зоны (по порядку их размещения от центра диска):

1) зону входного каталога (Lead-іn Zопе);
2) зону данных (Data Zопе), в которой размещаются данные, записанные на диск;
3) зону исходного каталога (Lead-out Zопе) с меткой конца диска.

В конце внешней дорожки и в начале внутренней дорожки размещается средняя зона (MiddleZопе), которая не содержит данные. Эту зону используют для того, чтобы луч лазера мог изменять фокусирование для считывания данных из внутренней дорожки.

Зона входного каталога в СD-дисках содержит содержание ТОС (Таblе оf Соntents), адреса записей, количество заголовков, суммарное время записывания, объем и название диска. Зона данных СD-диска имееет следующую структуру данных. Базовой единицей данных СD-диска есть кадр (frате), который содержит 24 кодированных байта, один байт управления и восемь байтов для корректировки ошибок. Фрейму предшествует 24 бит, любой из которых имеет фиксированное значение (шаблон) и три бита слияния (merge bits). Во время подведения лазера к фрейму именно по шаблону определяется начало фрейма; 98 кадров образовывают сектор, наименьшую адресную единицу данных СD-диска. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байтов и 882 байта корректировки ошибок и управления). Из 2352 байт пользовательская информация может занимать 2048 (в режиме «1») или 2336 байт (в режиме «2»). Такая организация записи данных на СD-дисках и использование алгоритмов корректировки ошибок позволяет обеспечить качественное считывание информации с вероятностью ошибки на один бит 10-10.

Обобщенная структура накопителя на оптических дисках

Упрощенная структура НОД приведена на рис. 3.
Для НОД применяются несколько способов записи: абляционный - путем прожигания отверстий в непрозрачной среде носителя; с помощью локального изменения коэффициента отражения среды; перевод запоминающей среды из кристаллической фазы в аморфную и наоборот; трансформирование магнитного состояния структуры; изменение цвета локальной области. Первые два способа используются при «не стираемой» записи, а остальные - для многократной перезаписи информации на НОД.

При записи луч полупроводникового лазерного диода, управляемого данными записи через коллиматор, зеркало и линзу объектива прожигает отверстие в информационном слое диска. Наличие отверстия соответствует записи «1». При считывании неуправляемый лазерный луч (получаемый из делителя луча) выходит на рабочую поверхность через другой делитель луча, зеркало и объектив.
В режиме чтения зеркало перемещается. Свет от лазера проходит через поляризационно-разделительную призму, попадает на поляризационный фильтр (при этом свет поляризуется в определенной плоскости) , а потом фокусируется на поверхности оптического диска. Если луч лазера попадает на плоскую поверхность (lands) диска СD-RОМ или DVD-RОМ, свет отражается почти целиком. Если же свет попадает у углубления (ріts), то большая часть света рассеивается. Отраженный свет через делитель луча попадает на фотодиод, сигнал с которого обрабатывается электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка - сервоблоком фокусировки, а постоянное число оборотов - сервоблоком вращения диска (см.рис. 3).

По возможностям записывания дисков дисководы оптических дисков разделяют на дисководы с возможностью как считывания, так и записывание дисков (записывающие дисководы) и дисководы только для считывания, а по типам дисков - на дисководы СD и дисководы DVD.

Рисунок 4

Оптический дисковод состоит из таких основных функциональных узлов:

- загрузочного устройства;
- привода диска;
- оптического блока;
- привода дорожки;

- блока кодирования-декодирования данных;
- системы автоматического регулирования;
- аудиоблока;
- разъемов.

Загрузочное устройство дисководов бывает двух типов: контейнерный (caddy) и лоточный (tray). В дисководе первого типа загрузки в контейнерное устройство диск помещают в пластиковый контейнер и вставляют в дисковод (этот контейнер выполняет такие же функции, что и контейнер гибкого диска 3,5 дюйма). В дисководе второго типа диск помещают на лоток (рис. 3), который выдвигается после нажатия кнопки Еjесt. После повторного нажатия кнопки или легкого нажатия на лоток он всовывается в дисковод (pop-up-механизм).

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести тонкий стержень на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Оптический блок содержит оптическую систему дисковода, изображенную на рис. 4. Для считывания данных из дисков СD используют лазер с длиной волны 780 нм (в инфракрасном диапазоне), а для считывания из DVD-дисков - лазер с длиной волны 650 нм (красного цвета). Поэтому дисководы DVD, которые считывают из СD-дисков и DVD-дисков, обычно содержат два лазера с отдельными оптическими системами или общей оптической системой (с переключением на один или второй лазер).

Рисунок 5. Устройство оптического дисковода: 1 - лоток; 2 - привод дорожки; 3 - интерфейсна шина управления; 4 - оптическая система; 5 - привод дисковода; 6 - диск

Для записывания данных на диск используют отдельный записующий лазер, который работает в импульсном режиме с изменяемой мощностью (для «прожигания» диска, изменения фазового состояния из кристаллического на аморфный и для возвращения в кристаллическое состояние). Обычно записующий и считываемый лазеры имеют общую оптическую систему. Поверхность оптического диска перемещается относительно лазерной головки c постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на дорожку. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия, серебра или золота на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку (пит), он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические- яркое излучение преобразуется в “1”, слабое – в “0”. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Отметим, что сформированные лазерным лучом питы очень малы по размеру. Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм.

Привод дорожки по командами, которые поступают от встроенного микропроцессора, перемещает оптическую систему к нужной дорожке на диске для записывания или считывания. Во время записывания лазер выполняет нужную операцию («прожигание» или смену фазы) по командам блока кодирование-декодирование, а во время считывания отраженный от диска луч попадает на фотодетектор, сигналы из которого поступают в блок кодирования-декодирования и систему автоматической слежения.

Блок кодирования-декодирования представляет собой обработчик сигналов, записываемых на диск, или считываемых из диска. В его состав входят устройство кодирования, декодер, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления. Устройство кодирования подготавливает данные для записывания на диск, выполняя перекодировки символов соответственно кодированиям ЕFМ (для СD-дисков) или RLL (2,10) (для DVD-дисков) и добавляет в данные синхросигналы и служебную информацию. Декодер выделяет из цифрового потока данные, восстанавливая их первоначальный вид. Оперативное запаминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер руководит режимами исправления ошибок данных, записанных во всех поддерживаемых дисководом форматах.

Во время записывания или считывание данных из диска возможны нарушения в позиционировании луча лазера вследствие радиальных биений диска. Для того чтобы избежать потерь данных, в оптических дисководах применяют систему автоматического слежения с помощью управляющих сигналов. Для выделения этих сигналов существует несколько способов. Однако наиболее распространенный - это способ, при котором луч лазера после первой линзы (см. рис. 1.) поступает на дифракционные решетки, где расщепляется на три луча, один из которых используется для считывания данных, а два другие применяются системой слежения за дорожкой. Импульсные сигналы из фотодетектора поступают в усилитель системы автоматического регулирования, где отделяются сигналы ошибок слежения и осуществляется корректирование считывающего сигнала.

Аудиоблок оптический дисковод унаследовал от СD-плейеров. Он превращает аудиоданные из цифровой формы в аналоговую. После усиления эти данные передаются или на внешнее устройство, или на наушники.

Рядом с разъемом интерфейса с компьютером и разъемом электропитания оптические дисководы имеют также разъемы для подключения к звуковой карте или аудиоблоку материнской платы.

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести какую-нибудь тонкую палочку примерно на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Характеристики оптических дисков и дисководов

Оптический диск характеризуется своим типом (СD-диск или DVD-диск) и емкостью . Емкость диска определяют по его типу и размеру (диаметру). Выпускаются оптические диски диаметром 120 мм (4,7 дюйма) и 80 мм (3,1 дюйма).
СD-диски размером 120 мм имеют емкость 650 или 700 Мбайт (в зависимости от режима записывания), а диски размером 80 мм - емкость 185 Мбайт. Для записывания данных иногда используют оптические визитные карточки (орtісаlbusiness саrds) - диски СD-R прямоугольной формы размером 80 х 61 мм и емкостью 50 Мбайт.

Оптические дисководы имеют такие основные характеристики:

Совместимость;
- скорость передачи данных;
- среднее время доступа;
- емкость кэш-памяти;
- коэффициент ошибок;
- надежность;
- тип устройства;
- тип интерфейса;
- перечень поддерживаемых форматов;
- параметры аудиотракта.

Все дисководы оптических дисков имеют форм-фактор 5,25 дюйма и совместимы по размерами дисков, то есть могут считывать как 120-миллиметровые, так и 80-миллиметровые диски, а также оптические визитные карточки (для считывания дисков последних двух типов в лотке дисковода предусмотрено специальное углубление).

Совместимость разных типов дисководов означает возможность считывания и записывания других типов дисков.
Скорость передачи данных - это максимальная скорость, по которой выполняется обмен данных между дисководом и компьютером. Это важнейшая характеристика оптического дисковода, который почти всегда приводится вместе с названием модели, причем ее задают не количеством мегабайтов за секунду, как для других устройств внешней памяти, а коэффициентом увеличения относительно базовой скорости. Первые дисководы СО имели скорость передачи данных 150 кбайт/с, как и СD-плейери. Эта базовая скорость явным образом недостаточна для считывания, например, видеоданных. Поэтому скорости вращения дисководов и, соответственно, скорости передачи данных стали увеличиваться (сначала в два раза). Такие дисководы (со скоростью передачи данных 300 кбайт/с) стали называть дисководами 2х. В дальнейшем скорости дисководов еще большее повысились. Теперь дисководы имеют максимальную скорость передачи 54х (16,2 Мбайт/с) и выше (до 76х).

Для дисководов DVD вследствие большей плотности данных и высшей скорости вращения значение 1х соответствует скорости передачи данных 1,32 Мбайт/с, то есть дисковод DVD 1x приблизительно соответствет дисководу СD 9х. Максимальное значение для дисководов DVD теперь составляет 16х ли 21,13 Мбайт/с.

Приведенные цифры действительны для считывания данных. Для записывания данных максимальные скорости передачи данных ниже и теперь равняются 40х для записывания дисководов СD-R, 24х - для СD-RW и от 2х до 8х - для DVD. Обычно для дисководов СD-RW указывают в отдельности как скорость записывания, так и скорость считывания, а для записывающих дисководов DVD - скорость записывания DVD-дисков, скорость записывания СD-дисков, скорости считывания DVD-дисков и СD-дисков.

Для записывающих оптических дисков (R ли RW) обычно указывают максимально допустимую скорость их записывания или диапазон допустимых скоростей (например, 24х или 1х-24х).

Среднее время доступа - это время (в миллисекундах), нужен дисководу для пребывания на носителе нужных данных. Очевидно, что работа на внутренних участках диска требует меньшего времени доступа, чем считывание информации из внешних участков. Поэтому в паспорте дисковода приводится среднее время доступа, как среднее значение для выполнения нескольких считываний данных с разных (избранных случайно) участков диска. Среднее время доступа для дисководов СD-RОМ составляет 100 ... 200 мс, а для дисководов новых моделей DVD - 40 ... 250 мс.

Емкость кэш-памяти - это емкость оперативного запоминающего устройства оптического дисковода, используемого для увеличения скорости доступа к данных, записанных на носителе (буферная память). Если для управления дисководом использовать специальные программы-драйверы, то в кэш-память можно заранее записывать содержимое диска. Тогда обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит значительно быстрее. Емкость кэш-памяти современных устройств - от 64 до 2,048 Мбайт.

Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных. Важной характеристикой дисковода является степень заполнения буфера , которая влияет на качество воспроизведения анимационных изображений и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем до момента начала их выдачи на системную шину, к общему числу блоков, которые способен вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может привести к задержкам при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком малой степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения.

На пишущих приводах CD-ROM буферная память очень важна, так как она обеспечивает равномерность поступления информации на CD-R или CD-RW. Это позволяет более надёжно производить запись, так как нельзя допускать остановки записи дорожки, иначе может испортиться весь диск.

Уровень качества считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Еror Rate). Этот параметр отображает способность оптического дисковода корректировать ошибки записывания-считывания. Обычно значение коэффициента ошибок составляет 10-10...10-12. Коэффициент ошибок представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита во время его считывания. Если привод считывает данные из загрязненного или исцарапанного участка диска, он регистрирует группу ошибочных бит. Если ошибку не удается устранить за счет чрезмерности помехоустойчивого кода (применяемого во время записывания-считывания), то привод снижает скорость считывания данных с многоразовым его повторением. Если механизм корректирования ошибок не справляется с устранением сбоя, то на мониторе компьютера появляется сообщение «Сектор не найден» (Sector not found). В случае устранения сбоя дисковод переключается на максимальную скорость считывания данных.

Надежность оптических дисководов, выраженная через МТВF (средняя наработка на отказ - MeanTimeBetweenFailure) , составляет 50...125 тыс. ч, что почти на порядок превышает срок морального старения устройства.

Диски, выполненные методом горячего штампования (СD-RОМ и DVD-RОМ), обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Диски DVD-RАМ можно перезаписывать до 100 000 раз.

По типу устройства дисководы оптических дисков, как и другие устройства внешней памяти, могут быть как внутренними, так и внешними.

Подключение дисководов CD-ROM. Первый способ подключения основан на том, что один канал интерфейса IDE может поддерживать два встроенных устройства. Накопитель CD-ROM подключают к плате ввода-вывода через интерфейс IDE вместе с жестким диском по принципу master/slave. Однако в этом случае снижается скорость обмена данными с жестким диском. Одним из способов решения этой проблемы является подключение устройств CD-ROM к различным каналам одного интерфейса EIDE или к двум различным котроллерам IDE. Если CD-ROM имеет SCSI интерфейс, то его соответственно подключают к SCSI контроллеру. Существует также возможность подключения дисководов CD-ROM через контроллер звуковой карты. Также не следует забывать, что современные материнские платы могут содержать встроенные контроллеры SCSI и IDE, что вообще исключает необходимость в дополнительной плате ввода-вывода для подключения дисководов CD-ROM.

Подключение аудиоканалов. Практически каждый дисковод CD-ROM обладает встроенным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), а также выходным разъемом для вывода стереофонических сигналов. Если на компакт-диске находится аудиоинформация, ЦАП преобразует ее в аналоговую форму и подает сигнал на разъем, предназначенный для наушников, а так же на выходные аудио-разъемы дисковода, с которых в свою очередь, сигнал поступает на усилитель и акустическую систему непосредственно или через звуковую карту. Преимущество активного выхода заключается в том, что аудиосигнал с CD-ROM дополнительно обрабатывается звуковой картой.
Важной характеристикой дисковода СО-RОМ есть перечень поддерживаемых им форматов записывания данных на компакт-диски. Записывать данные на оптические диски можно в разных форматах. Для записывания таких данных, как документы, программы используют форматы СD-ROM (ISO) и DVD-ROM (ISO), а также СО-DОМ (UDF) и DVD-RОМ (UDF).

Форматы СD-RОМ (1S0) и DVD-RОМ (IS0), иногда их называют форматами СD-RОМ и DVD-RОМ, определены в стандарте IS0 9660. В этом стандарте приведены три уровня формата. Формат уровня 1 (lеvеl 1) определяет имена записываемых файлов как имена файлов МS DOS, то есть имена файлов могут содержать до восьми символов по заданным трем символам расширения. Записываемые файлы должны занимать несколько следующих один за одним секторов (нефрагментовання запись). Формат уровня 2 (lеvеl 2) разрешает использовать длинные имена файлов, а формат уровня 3 (lеvеl 3) дополнительно допускает записывать файлы на нескольких участках диска (фрагментированная запись) в пакетном режиме. Для того чтобы можно было записывать длинные имена, определенные в операционной системе Windows, фирма Місrosofі дополнила формат ISO 9660 уровня 1 спецификацией Joliet. Разновидностями формата IS0 9660 являются форматы СD-RОМ (Вооt) и DVD-RОМ (Вооt), в которых записывается на диск (кроме содержания) специальный участок (в начале диска), что разрешает использовать оптический диск как загрузочный.

Если стандарт ISO 9660 предназначен для обеспечения совместимости между дисками СD-RОМ и DVD-RОМ, используемыми в разных компьютерных системах, то формат UDF (UniversalDiskFormatі - универсальный формат дисков) разработан для совместимости оптических дисков только для считывания (RОМ) и записываемых оптических дисков (R или RW) в разных операционных системах. Этот формат, так же, как и IS0 9660, разрешает использовать длинные имена файлов и записывать данные. Данные на оптический диск записывается небольшими порциями в режиме Расket Writing (для СD-дисків) или Іncremental Writing (для DVD-дисков).
Форматы Аиdіо СD и Аиdіо DVD используются для записывания музыки. Это два разных формата. Формат Аиdіо DVD обеспечивает более качественное записывание музыки.

Форматы Video СD (VCD) и VideoDVD используют для записывания фильмов. Это также два разных формата с разными дополнительными возможностями (например, относительно выбора языка озвучивание фильма). Формат VideoDVD обеспечивает блее качественное записывание фильмов. Качественное воспроизведение фильма на СD-дисках обеспечивает формат Super Vіdео СD. Для записывания фильмов в формате Vіdео DVD на СО-диски используют формат mini-DVD.

Приведенные форматы - наиболее распространенные, поскольку разрешают записывать на оптические диски как музыку и фильмы, так и текстовые данные, графические данные и программы. Эти форматы поддерживают большинство дисководов и программы записывания на оптические диски. Существуют также и другие форматы, рассчитанные большей частью на такие виды данных, которые используются намного реже, например Photo СD фирмы Коdak, записывание и воспроизведение высококачественных цифровых фотографий. И фотографии, и музыку можно записывать в форматах IS0 9660 или UDF как обычные графические или звуковые файлы.

Новым, перспективным форматом есть формат Мt. (Моunt) Rаіnіеr , известный также как формат ЕаsуWrіtе. Этот формат записывает данные на оптический диск так же, как и на гибкий. Используя этот формат, к оптическому диску можно обращаться (для считывания или записывания) из любой прикладной задачи без вызова специальных программ считывания-записывания на оптические диски.

Форматы СD-дисков называют иногда по цвету обложки книг, в которых эти форматы описаны. Так, самый первый формат СD - Аudio СD описан в «красной» книге. В «желтой» книге описывается формат СD-RОМ (IS0), в «оранжевой» - форматы СD-R и СD-RW, в «зеленой» - формат СD-I (теперь почти не используют), в «голубой» - Еnhanced СD и в «белой» - Video СD.

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 12 см (4,72 дюйма) или мини-диски диаметром 8 см (3,15 дюйма). Оптические носители состоят из трех слоев:

1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);

2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;

3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).

В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.

Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.

Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.

В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:

1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;

2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;

3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.

Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.

Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.

Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.

Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.

Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.

Названия форматов CD и DVD в зависимости от возможности чтения/записи представлены в таблице.

Скорости и надежности современных рекордеров позавидует любой болид «Формулы-1». ComputerBild рассказывает, как данные попадают на CD, DVD и Blu-ray-диски.

Запись музыки и фильмов на оптические носители – процесс привычный, как использование магнитных кассет лет двадцать назад, только обходится намного дешевле. Чем же отличаются типы носителей и как на них записывается информация?

Штамповка и прожиг

При промышленном производ­стве дисков с музыкой, фильмами или играми запись данных на носитель осуществляется путем штамповки – этот процесс напоминает изготовление грампла­стинок. Информация на дисках сохраняется в виде крошечных углублений. Компьютерные и бытовые DVD-рекордеры выполняют эту задачу иначе – они используют лазерный луч.

Первыми записываемыми оптическими носителями стали CD-R с возможностью однократной запи­си. При сохранении данных на такие диски лазерный луч нагревает состоящий из красителя рабочий слой болванки примерно до 250 °С, что вызывает химиче­скую реакцию. В месте нагрева лазером образуются темные не­прозрачные пятна. Отсюда и происходит слово «прожиг».

Аналогичным образом осуществляется перенос данных на DVD с возможностью однократной записи. А вот на поверхности перезаписываемых CD, DVD и Blu-ray-дисков темных точек не образуется. Рабочий слой этих накопителей представляет собой не краситель, а специальный сплав. При нагреве лазером примерно до 600 °С он переходит из кристаллического состояния в аморфное. Подвергнутые воздействию лазера участки имеют более темный цвет, а значит, и другие отражающие свойства.

Носители информации

Болванки, предназначенные для записи в домашних условиях, имеют такую же толщину (1,2 мм) и такой же диаметр (12 или 8 см), как и диски, запись данных на которые осуществляется промышленным способом. Оптические носители имеют многослойную структуру.

Подложка. Основа для дисков, которая изготавливается из поликарбоната, – это прозрачный, бесцветный и довольно устойчивый к внешним воздействиям полимерный материал.

Рабочий слой. У записываемых CD и DVD он состоит из органического красителя, а у перезаписываемых CD, DVD (RW, RAM) и Blu-ray-дисков образован специальным сплавом, способным изменять фазовое состояние. Рабочий слой с двух сторон окружен изолирующим веществом.

Отражающий слой. Для создания слоя, от которого отражается луч лазера, используются алюминий, серебро или золото.

Защитный слой. Им снабжены только CD и Blu-ray-диски. Он представляет собой твердое лаковое покрытие.

Этикетка. Сверху на диск наносится слой лака – так называемая этикетка. Этот слой способен впитывать влагу, благодаря чему чернила, которые оказываются на поверхности носителя во время печати, быстро высыхают.

Различия между CD, DVD и Blu-ray-дисками

Эти носители имеют разные характеристики. В первую очередь – разную емкость. Blu-ray-диск способен вместить до 25 Гб данных, на DVD можно сохранить в 5 раз меньше информации, на CD – в 35 раз меньше. Для чтения и записи данных в Blu-ray-приводах используется синий лазер. Длина его волны примерно в 1,5 раза меньше, чем в DVD- и CD-приводах красного лазера. Это позволяет записать на равную по площади поверхность диска значительно больший объем информации.

Форматы носителей

В настоящее время на рынке представлены следующие типы оптических носителей.

CD-R. Записываемые CD способны вместить до 700 Мб информации. Существуют также диски ем­костью 800 Мб, однако они поддерживаются далеко не всеми рекордерами и бытовыми плеерами. На восьмисантиметровые miniCD можно записать 210 Мб данных.

CD-RW. Перезаписываемые носители обладают такой же емко­стью, что и CD-R.

DVD-R/DVD+R. Записываемые DVD вмещают 4,7 Гб информации. miniDVD диаметром 8 см – 1,4 Гб.

DVD-R DL/DVD+R DL. Приставка DL означает Dual Layer (DVD-R) или Double Layer (DVD+R), что соответствует двухслойному носителю. Емкость – 8,5 Гб. На восьмисантиметровый диск помещается до 2,6 Гб.

DVD-RW/DVD+RW. Однослойные носители этого типа способны выдержать несколько сотен циклов записи. Как и у DVD с возможностью однократной записи, емкость перезаписываемых ди­сков – 4,7 Гб, а дисков диаметром 8 см – около 1,4 Гб.

DVD-RAM. Эти носители обладают такой же емкостью, как и однослойные DVD. Существуют и двухслойные диски, которые вмещают в два раза больше информации. DVD-RAM выдерживают до 100 тысяч циклов записи, однако работают с этими дисками лишь немногие DVD-плееры. Запись данных осуществляется не на спиралевидную дорожку, а секторами на кольцевые дорожки, как на пластины жесткого диска. Метки, определяющие границы секторов, хорошо видны на поверхности DVD-RAM – по их наличию легко отличить этот тип носителей от других.

BD-R/BD-R DL . Сокращение, которое используется для обозначения записываемых Blu-ray-дисков. Носители BD-R имеют один рабочий слой, вмещающий 25 Гб данных. BD-R DL снабжены двумя рабочими слоями, поэтому их емкость в 2 раза выше.

BD-RE/BD-RE DL. Перезаписываемые Blu-ray-диски рассчитаны на 1000 циклов записи. На них можно разместить столько же данных, как и на неперезаписываемые носители.

«Плюс» и «минус»

Наличие «плюсовых» и «минусовых» носителей – следствие давней войны форматов. Вначале представители компьютерной индустрии делали ставку на «плюсовой» формат, а производители бытовой электроники продвигали «минусовой» в качестве стандарта записываемых DVD. Со­временные рекордеры и плееры поддерживают оба формата.

Ни один из них не обладает явными преимуществами по сравнению с другим. При изготовлении носителей обоих типов используются одинаковые материалы. Поэтому между «плюсовыми» и «минусовыми» дисками одного производителя существенных различий нет.

Качество записи

Качество записи носителей одного формата может значительно различаться. Многое зависит от используемой модели рекордера. Большую роль играет и скорость записи: чем она ниже, тем меньше количество ошибок и выше качество.

Совместимость рекордеров и носителей

Не каждый рекордер способен осуществлять запись на диски всех без исключения форматов. Существуют определенные ограничения.

CD-рекордеры. Не могут работать с DVD и Blu-ray-дисками.

DVD-рекордеры. Записывают CD и DVD, но не поддерживают формат Blu-ray.

Blu-ray-рекордеры. Осуществляют запись как на Blu-ray, так и на любые CD и DVD.

Подписи на дисках

Носитель, на котором размещена информация, лучше сразу же подписать, чтобы не перепутать впо­следствии. Сделать это можно разными способами.

Болванки с возможностью печати. Верхняя сторона этих дисков покрыта лаком. На такой поверхности можно осуществлять печать текста и изображений, используя струйные прин­теры и МФУ, оснащенные специальным лотком. По цене диски не отличаются от обычных.

Подпись с помощью рекордера. Поддержка рекордером технологии LightScribe или Labelflash по­зволяет наносить одноцветные изображения и текст на поверхность специально предназначенных для этого носителей. Правда, процесс может занимать до 30 мин., а стоимость дисков Light­Scribe примерно в два раза превышает стоимость обычных болванок. Носители с поддержкой La­bel­flash обойдутся еще дороже.

Новая технология LabelTag. Разработана производителем рекордеров Lite-On и предполагает нанесение текста на рабочую поверхность диска. Благодаря этому необходимость использовать специальные носители исчезает. Однако на диске расходуется место, поскольку текст наносится непо­средственно на дорожку. Да и надпись хорошо читается, только если участки с текстом ярко контрастируют с пустыми фрагментами.

Подпись, сделанная вручную. Для этого нужно приобрести специальные маркеры с мягким, закругленным на конце стержнем и не содержащими растворителей чернилами. Другие маркеры могут привести к разъеданию поверхности диска и образованию царапин.

Использование наклеек. Распечатать наклейки можно на любом принтере. Однако приклеивать их не рекомендуется, так как это часто приводит к повреждению поверхности диска, а значит, и к потере данных. Может случи­ться так, что этикетка оторвется во время воспроизведения диска. В этом случае вероятно повреждение оптического привода.

Cрок хранения данных

Производители дисков зачастую указывают срок сохранности данных на носителях 30 лет и более. Однако такая продолжительность возможна только при идеальных условиях хранения – в сухом, прохладном и темном месте. Качество записи должно быть высоким.

При частом использовании срок службы самостоятельно записанных дисков значительно уменьшается. При воспроизведении носители подвергаются воздей­ствию высоких температур и механическим нагрузкам. Потеря данных также может быть вызвана царапинами или загрязнением.

Перенос информации на диск

У всех оптических носителей, за исключением DVD-RAM, имеется спиралевидная дорожка, которая идет от центра диска к внешнему краю. На эту дорожку лазерным лучом записывается информация. При прожиге луч лазера образует на отражающем слое крошечные пятна – питы (от англ. pit – яма). Области, которые не подвергались воздействию лазера, называются лэнды (от англ. land – поверхность). В переводе на язык двоичной си­стемы хранения данных питу соответствует 0, а лэнду – 1.

При воспроизведении диска информация считывается с помощью лазера. Благодаря различной отражающей способности питов и лэндов, привод распознает темные и светлые участки диска. Таким образом с носителя считывается последовательность нулей и единиц, из которых состоят все без исключения физические файлы.

С развитием технологий происходило постепенное уменьшение длины волны лазерного луча, использу­емого в рекордерах, что позволило значительно повысить точность фокусировки. Дорожка стала уже, питы – меньше, а на равную по площади область диска помещается больший объем данных. Чем короче длина волны, тем меньше расстояние между рабочим слоем и лазером.

Производство носителей

На примере DVD ComputerBild рассказывает, как производятся оптические носители и чем отличается производство других типов дисков.

1. Для отливки пластиковой подложки поликарбонат, разогретый до 350 °С, подается в форму методом литья под давлением. На поверхности основы с помощью матрицы создается микроскопиче­ская спиральная дорожка в виде желобка (Pre-Groove). На эту дорожку не только записываются данные – в нее также помещен сигнал для синхронизации привода шпинделя рекордера. После охлаждения подложки до 60 °С делается центральное отверстие, затем температура снижается до 25 °С и начинается дальнейшая обработка. DVD обычно состоят из двух по­ликарбонатных слоев толщиной 0,6 мм каждый. У однослойных записываемых DVD дальнейшей обработке подвергается только один из слоев, как описано в шагах 2–3, а у двухслойных DVD – оба. CD и Blu-ray-диски имеют лишь один слой толщиной 1,2 мм.

2. Рабочий слой записываемых CD и DVD создается методом центрифугирования. С помощью дозатора краситель впрыскивается на поверхность вращающегося с постоянной скоростью диска в области центрального отверстия и равномерно распределяется по поверхности носителя.

3. Отражающий слой наносится на диск методом ионно-плазменного напыления. В вакуумной камере алюминиевая, се­ребряная или золотая пластина бомбардируется заряженными ионами, которые выбивают из нее атомы металла – он остается на поверхности рабочего слоя болванки. У перезаписываемых CD, DVD и Blu-ray-дисков все рабочие и отражающие слои создаются с помощью ионно-плазменного напыления. В четырех камерах на диск последовательно наносится первый слой изолятора, рабочий слой, второй слой изолятора и отражающий слой. При производстве Blu-ray-дисков эти операции выполняются в обратной последовательности.

4. Две поликарбонатные основы склеиваются вместе. У CD и Blu-ray-дисков вместо второй основы наносится лаковое покрытие, которое сушится под ультрафиолетовой лампой. Лаковое по­крытие Bly-ray-дисков отличается особой прочностью, в то время как DVD в защитном слое лака не нуждаются.

5. На последнем этапе болванки получают этикетку, а на диски с возможностью печати на принтере наносится впитывающий слой лака.

CD-, DVD- и Blu-ray-диски - это оптические носители информации, на которых можно сохранять в электронном виде фильмы, музыку или другие цифровые данные. Они оперируют, прежде всего, с цифровым кодом. С одной стороны, данные носители информации являются цифровой информационно-коммуникативной технологией, с другой стороны - это технические инструменты для любых видов оцифровки, расчетов, записи, архивирования, обработки, передачи и предъявления цифрового контента.

CD и DVD - это аббревиатуры, а понятие Blu-ray-диск имеет немного другую природу.

CD является сокращением от "компакт-диск" (англ. Compact Disc).

DVD является сокращением от "цифровой видео диск" (англ. Digital Video Disc). Немного позже появилось название "цифровой диск для разностороннего использования" (англ.Digital Versatile Disc), так как DVD можно использовать не только для записи видео.

Blu-ray-диск получил свое название благодаря голубому лазеру (в отличие от белого лазера), который считывает информацию с диска, а также записывает информацию.

Компакт-диск (CD-ROM) длительное время был основным носителем для переноса информации между компьютерами. Сейчас он практически уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям, которые работают существенно быстрее, и занимают меньше места.

История

Впервые, идея оптической записи появилась в 1965 году, в американском институте Battelle Memorial, штат Огайо. Эта технология тогда еще была крайне примитивной – фотографическим методом на диск наносились темные точки и черточки. Для считывания информации диск просвечивался специальной лампой. Основоположником технологии был американский физик Джеймс Расселл. Но как это обычно и бывает, он не заработал на своем изобретении ни копейки. Ученый запатентовал свое технологию в 1970 году. Ему же принадлежит и идея использования лазера в качестве источника света.

Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM - Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 годуначалось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года.

По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 миллиардов CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через интернет, по данным IFPI - продажи компакт-дисков до сих пор составляют около 70 % всех продаж музыки.

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.. Первый стандарт

В 1979 году компании Philips и Sony заключили договор о совместной разработке нового носителя. Уже через год, компании представили новый стандарт, получивший название CD-DA (Compact Disk Digital Audio). Это был диск с диаметром в 12 сантиметром и временем звучания чуть больше часа. Формат оказался удивительно удачным и удобным. Он быстро завоевал сердца как производителей, так и покупателей.

Формат CD безоговорочно правил на рынке в течении 15 лет. За это время он перестал быть просто музыкальным диском, превратившись в универсальный носитель информации. Однако, уже к средине 90-х годов прошлого века, объема информации, который мог вместить на себя один CD, стало катастрофически не хватать.

Диски нового формата внешне ничем не отличались от обычных CD. Но объем информации удалось увеличить с 650 Мбайт до 4,7 Гбайт. Так же немаловажно то, что проигрыватели DVD без проблем могли воспроизводить и обычные CD, а следовательно не возникало никаких проблем со стандартами. Благодаря появлению DVD, стало возможным получить высокое качество звука и изображения в домашних условиях. Формат довольно быстро стал популярным. На сегодняшний день в DVD Forum входит больше 250 компаний по всему миру. И уже не верится, что в свое время иные аналитики название DVD в шутку расшифровывали как «Dead, Very Dead», предрекая скорую смерть стандарта.

Некоторые проблемы стандартизации возникли лишь когда появились первые DVD с возможностью записи. В мире появились два стандарта - DVD+R и DVD-R. Каждый из них обладал своими преимуществами и недостатками, малопонятными рядовому пользователю. Впрочем, особых проблем у пользователей не возникало. Нужно лишь было следить за тем, чтобы приобретаемый диск поддерживался имеющимся в наличии проигрывателем (DVD-R были более распространены). Да довольно быстро появились универсальные проигрыватели и рекордеры, поддерживающие оба стандарта. На сегодняшний день не все пользователи даже знают о существовании различных стандартов.

DVD повторила историю CD. Узкоспециализированные диски (а DVD изначально разрабатывался только для работы с видео) превратились в универсальный носитель информации. Стоимость проигрывателей сократилась от нескольких сотен долларов, до нескольких десятков. Цена же самих носителей оценивается копейками.

Классификация оптических дисков

В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков:

1. диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);

2. диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL);

3. диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).