Лазерные дисководы используют принцип чтения информации

Обновлено: 05.07.2024

Принципы чтения и записи на лазерные диски

Устройство чтения дисков CD и DVD состоит из двигателя, вращающего компакт-диск, системы загрузки дисков, оптической считывающей системы и устройства управления. Все эти компоненты размещаются в едином корпусе, который вставляется в пятидюймовый отсек корпуса компьютера. Внешние дисководы CD-ROM, а также DVD-ROM выполнены в виде отдельного устройства.

В бытовых устройствах двигатель должен вращать компакт-диск с постоянной линейной скоростью, чтобы скорость считывания информации не менялась. Современные компьютерные устройства меняют скорость считывания в зависимости от качества используемого диска. На оси двигателя находится площадка, к которой прижимается диск. Диски вращаются со значительными скоростями, что вызывает достаточно громкий неприятный шум. В последнее время ведутся работы по снижению шума скоростных дисководов СD-ROM.

Имеется несколько вариантов загрузки дисков. Чаще всего используется выдвижной лоток, называемый tray - лоток. С помощью специального двигателя лоток выезжает и убирается внутрь после того, как на него положили нужный компакт-диск (Рис. 1.2).

Рис. 1.2. Дисковод компакт-дисков

В некоторых устройствах имеются дополнительные фиксаторы, позволяющие устанавливать дисковод в корпус компьютера вертикально. Эти фиксаторы удерживают диск при загрузке и выгрузке.

Реже встречается способ загрузки дисков slot-in, что можно приблизительно перевести как «входная щель». При использовании этого способа диск непосредственно вставляется в щель дисковода. Никакие лотки или коробки не используются. Работа с компакт-диском напоминает работу с обычной дискетой. Еще реже используется специальная коробка, называемая caddy -помощник. Диск вставляется в эту коробку, а она, в свою очередь, вставляется в приемное устройство дисковода. Такой способ загрузки надежнее, но менее удобен.

Современные технологии позволяют достичь приемлемой надежности и точности позиционирования при использовании выдвижного лотка.

Оптическая система состоит из оптической головки и системы ее перемещения. В оптической головке расположен лазер, система линз и приемник отраженного сигнала. Основой системы перемещения головки является высокоточный двигатель, позволяющий перемещать оптическую головку точно по информационной дорожке диска. Устройство управления обеспечивает совместную работу всех устройств, распознает команды компьютера и передает полученную с диска информацию.

На передней панели дисковода расположена кнопка открытия и закрытия лотка, а также светодиоды, показывающие режим текущей работы устройства. Кроме того, на передней панели расположено гнездо для подключения наушников и регулятор громкости. Следует отметить, что качество звука, получаемого с этого разъема, достаточно посредственное. В некоторых моделях на передней панели расположены дополнительные органы управления.

Многие дисководы имеют на передней панели небольшое отверстие для аварийного извлечения диска. Разогнув канцелярскую скрепку и вставив ее конец в отверстие, вы приоткроете дисковод, после чего сможете вручную достать диск. Разогнутый конец скрепки должен быть достаточно длинным, чтобы достать до механизма. Этим способом следует пользоваться только в случае поломки дисковода и невозможности достать диск обычным путем. В обычной работе использовать данный способ извлечения диска недопустимо.

Устройства для работы с компакт-дисками могут быть внутренними и внешними. Наиболее распространены внутренние устройства с интерфейсом IDE, но иногда используются устройства с интерфейсом SCSI. Внешние устройства подключаются через шину USB, USB 2.0 или FireWire. Ранее использовался еще параллельный порт, но в настоящее время он не используется из-за низкой скорости. Некотор'ые внешние модели подключаются по интерфейсу SCSI.

Все внутренние дисководы компакт-дисков имеют звуковой выход, подключаемый к звуковой плате компьютера. При воспроизведении аудиодисков звуки передаются именно через этот интерфейс. Современные устройства имеют дополнительно цифровой выход в стандарте SPDLF. Ьсли ваша звуковая плата имеет вход этого стандарта, лучше подключить дисковод по данному интерфейсу. При этом качество воспроизведения звука может несколько повыситься.

Устройства для записи компакт-дисков внешне почти не отличаются от устройств чтения. Однако лазер, используемый в оптической системе, может нагревать участки заготовки, чтобы в этом месте регистрирующий слой темнел. Мощность лазера при записи примерно в десять раз больше, чем при чтении.

В настоящее время дисководы CD-R устарели, и им на смену пришли дисководы CD-RW. Технически они мало различаются, однако с помощью дисковода CD-RW можно не только записывать компакт-диски, но и выполнять повторную запись, используя для этого специальные заготовки. Запись на диски CD-RW выполняется с использованием эффекта перехода рабочего слоя диска под действием луча лазера в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражательной способностью.

При записи компакт-диска лазер включается на повышенную мощность. Лазер перемещается вдоль дорожки, записывая нужную информацию. Прервать этот процесс невозможно. Если компьютер не успеет передать очередную порцию информации для записи, процесс будет прерван и используемая заготовка испорчена. Для защиты прерывания потока информации в современных устройствах имеется буфер размером в несколько мегабайт. Кроме того, во многих современных моделях CD-RW используется специальная технология, позволяющая временно прервать запись и возобновить ее после поступления очередной порции данных.

Заготовки для записи компакт-дисков имеют предварительную разметку. Она содержит специальные метки и сигналы синхронизации. Предварительная разметка помогает движению лазера по нужной траектории. Кроме того, перед записью можно прочитать некоторые параметры используемой заготовки. Это поможет точнее настроить программу для записи. Сигналы записаны с пониженной амплитудой и впоследствии перекрываются записываемым сигналом.

Первые дисководы CD-ROM, а также устройства чтения компакт-дисков в музыкальных центрах, считывают информацию со скоростью около 150 килобайт в секунду. Эта скорость принята за единицу. Скорость чтения, записи и перезаписи задается в единицах, кратных данной скорости. Например, если говорят, что запись идет на восьмикратной скорости, это значит, что реальная скорость равна 150x8=1200 килобайт в секунду. Сорокоскоростной CD-ROM читает информацию со скоростью 150x40=6000 килобайт в секунду. Скорость чтения современных скоростных устройств может различаться для различных частей компакт-диска. В характеристиках обычно указывается максимальная скорость. Средняя скорость чтения при этом бывает меньше раза в два.

Для дисководов DVD-ROM принята иная единица скорости чтения. Она равна восьми скоростям чтения CD-ROM. Таким образом, если в документации к устройствту указана четвертая скорость чтения DVD, это соответствует скорости передачи 4800 Кб/с.

Для устройств CD-RW указываются три различных скорости. Первой принято указывать максимальную скорость записи компакт-дисков. Для современных CD-RW эта скорость колеблется от 24 до 52. На втором месте стоит скорость перезаписи. Обычно эта скорость несколько меньше, чем скорость записи и равняется от 10 до 24. Последней указывается скорость чтения CD-ROM. У большинства моделей эта цифра колеблется от 32 до 52. Таким образом, устройство с обозначением 52/24/52 может записывать диски на скорости 52x150=7800 Кб/с, перезаписывать на скорости 24x150=3600 Кб/с, а читать компакт-диски со скоростью 52x150=7800 Кб/с. Скорость чтения указана максимальная, достигаемая только на внешней стороне диска. Если скорость записи на диск меньше 24, то она является постоянной и не меняется при записи всего диска. При более высоких скоростях используется технология, когда скорость записи меняется от центра к краю диска.

Устройства для записи DVD-дисков являются обычно комбинированными, то есть позволяют записывать, как DVD, так и CD-R и CD-RW. Скорость записи на DVD в таких устройствах указывается в разах чтения DVD, то есть скорость записи на DVD 2,4 составляет 3312 Кб/с. Типичная формула современных устройств записи на DVD составляет 16/10/2,4, соответственно на CD-R, CD-RW и DVD-RW или DVD+RW. Для устройств записи формата DVD-RAM скорость несколько ниже - от 1 до 1,5. Современные устройства записи DVD-R позволяют писать на скорости 4. Скорость чтения обычно составляет 34 - 48 для CD-R, CD-RW и 6 - 16 для DVD.

Кроме максимальных скоростей записи, устройства записи CD и DVD могут записывать информацию также и на меньшей скорости.

Стандартный компакт-диск, размером 650 Мб, можно записать на восьмой скорости примерно за десять минут. Если же вы используете двадцать четвертую скорость, то для записи потребуется немногим более трех минут. При этом ваш компьютер должен обеспечивать нужную скорость подачи информации для записи. Запись заготовки DVD при скорости 2,4 займет около 20 минут.

Скорость записи зависит не только от используемого устройства, но и от заготовок. Если у вас заготовка, поддерживающая скорости 2, 4 и 8, то на десятой скорости вы записывать не сможете, даже при наличии соответствующего устройства CD-RW. Скорость записи обязательно указывается на упаковке заготовок компакт-дисков.

Различаются несколько разных скоростей современных устройств. Если вместе с цифрой написано обозначение CLV (Constant Linear Velocity - постоянная линейная скорость), то устройство не меняет линейную скорость, для чего приходится менять скорость вращения. Обозначение CAV (Constant Angular Velocity - постоянная угловая скорость) говорит, что скорость вращения постоянна, но меняется линейная скорость. Обозначением ZCLV (Zone Constant Linear Velocity - зонная постоянная линейная скорость) описывается постоянная линейная скорость на некоторых участках диска. Благодаря постоянной линейной скорости достигается высокое качество записи и воспроизведения, а благодаря постоянной угловой скорости достигается быстрый доступ к нужному фрагменту. В характеристиках устройства может быть написано, например, 16х CLV и 18х - 24х CAV, что означает, что в разных режимах поддерживается разная скорость.

Имеется несколько способов записи информации на диск. В зависимости от используемого формата, можно записать диск целиком или по частям. Соответственно, различают три метода записи: Track at Once (Дорожку за раз), Disk at Once (Диск за раз), и Packet Writing (Пакетная запись).

В режиме записи отдельных дорожек записывающий лазер выключается после записи каждой дорожки. Для записи другой дорожки лазер снова включается. Выключение и включение происходит всегда, даже если требуется записать подряд несколько дорожек. Записанные таким образом дорожки разделены промежутками, длительностью две - три секунды. Этот метод является основным для записи большинства дисков. Часто при этом записывается всего одна дорожка.

Если вы записываете диск целиком, лазер не выключается, пока не будут записаны все нужные дорожки. При этом нельзя использовать мультисессионные диски. Весь диск должен быть записан за один раз. Этот режим иногда применяется для записи звуковых компакт-дисков без промежутков между дорожками. Кроме того, часто промышленное оборудование производителя штампованных дисков требует в качестве образца диски, записанные данным способом.

Пакетная запись подразумевает запись информации на компакт-диск небольшими порциями. При этом отсутствуют многие ограничения. Этот метод, вместе с файловой системой UDF, можно использовать для работы с устройством CD-RW как с обычным жестким диском, записывая, редактируя и удаляя файлы и каталоги на компакт-диске.

В последнее время стали появляться устройства, поддерживающие новейший стандарт Mount Rainier, разработанный фирмами Philips, Compaq, Sony и Microsoft. С его помощью можно работать с компакт-дисками, как с обычной дискетой, то есть записывать и читать информацию без использования каких-либо специальных программ. При использовании устройств CD-MRW (Mount Rainier RW) выполняется аппаратное управление дефектными зонами носителя, значительно улучшена адресация, используется фоновое форматирование диска, не заметное пользователю. Стандарт Mount Rainier используется также в новых устройствах DVD+RW - формат DVD+MRW, что позволяет работать с DVD-дисками большого объема, как с обычными сменными носителями информации. Хотя пока этот стандарт слабо распространен, безусловно, он является чрезвычайно перспективным.

Описание слайда:

ОПТИЧЕСКИЙ
ПРИНЦИП ЗАПИСИ
И СЧИТЫВАНИЯ
ИНФОРМАЦИИ

Описание слайда:

Запись с аудиодисков воспроизводится с помощью оптических (лазерных) проигрывателей. Длительность звуковой программы достигает одного часа. Высокое качество записи и воспроизведения звука позволили аудиодискам в 1990-х годах вытеснить с рынка музыкальных записей грампластинки.
Этого достаточно для записи:
больших программных комплексов,
игр,
мультимедиа-программ.
На лазерных CD-ROM (CD — Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления.

Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory — только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.
Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

Описание слайда:

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками.
используются лазеры с меньшей длиной волны. Это позволяет размещать оптические дорожки более плотно.
информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, в два слоя на одной стороне.
В настоящее время 1б-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Описание слайда:

Основная функция внешней памяти компьютера —способность долговременно хранить большой объём информации. Устройство, которое обеспечивает запись информации — накопитель, или дисковод, а хранится информация на носителях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Описание слайда:

Дата изготовления: декабрь 2006
Программные средства: Microsoft PowerPoint
Ср. школа №1 г. Сортавала
Проект подготовила: Головина Маргарита
ученица 9«А» класса

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – диск только для чтения.

Размер: 120 мм, толщина 1,2 мм (5”) 640-700 МБ (из них 8 МБ служебная информация)

Структура диска:

________________ поликарбонатная пластмасса (Back layer)

________________ тонкий слой алюминия

________________ защитный слой (лаковое покрытие/лакировка)

________________ этикетка диска (декоративное покрытие)

Информация на диске записывается вдоль одной спиральной дорожки (как на грампластинке), начало дорожки отсчитывается от центра диска к краю, т.е. дорожки диска имеют форму спирали. Лазерный луч определяет цифровую последовательность 0 и 1, записанных на CD, по форме микроскопических ямок (Pit-слой) на его спирали.

Принцип считывания информации c CD-ROM 4 этапа:

структура CD-ROM диска

Лазерный луч, попадая на отражающий свет островок(возвышенность), отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную 1. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается, фотодетектор фиксирует двоичный 0.

луч слабого лазера дисковода двигается через систему линз и фокусируется на спирали диска
луч «считывает», отражаясь от pit-слоя диска с разной интенсивностью
отраженный луч попадает в группу призм, преломляется и отражается на фотодетекторе
фотодетектор определяет интенсивность светового потока и передает микропроцессору дисковода, тот переводит все в цифровую последовательность (0 или 1).

Принцип записи на CD-ROM:

CD-ROM изготавливаются только в заводских условиях на специализированном промышленном оборудовании в 2 этапа:

Информация с лазерного диска считывается с помощью привода (CD-дисковода) Конструкция привода:

Плата электроники (Размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала)
Шпиндельный двигатель (электродвигатель) – служит для вращения диска в дисководе с постоянной или переменной линейной скоростью
Оптическая система считывающей головки состоит из оптической головки и системы ее позиционирования. В головке размещены маломощный лазерный излучатель, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель.

специальный футляр для диска (caddy), вставляемый в приемное отверстие привода (как floppy-disk)
выдвижной лоток подноса (tray-механизм), который выдвигается из накопителя после нажатия кнопки Eject. На него устанавливается диск, задвигается диск повторным нажатием кнопки Eject (задвигать tray-механизм «в ручную» не следует, можно повредить дисковод.

На передней панели дисковода имеются:

кнопка Eject для выгрузки и загрузки диска
гнездо для подключения наушников (с электронным или механическим регулятором громкости)
индикатор обращения к приводу
в ряде моделей может быть кнопка Play/Next –для проигрывания звуковых дисков (при этом кнопка Eject используется для остановки проигрывания). Качество воспроизведения музыкальных дисков уступает стационарному проигрывателю, т.к. это вспомогательная функция CD-ROM, а не основная – качество близко к плееру.
небольшое отверстие для аварийного извлечения диска, (например, при выходе из строя лотка дисковода, при аварийном отключении питания). В отверстие нужно вставить шпильку (распрямленную скрепку) и аккуратно нажать, при этом снимается блокировка лотка и его можно выдвинуть вручную и извлечь диск.

На задней панели:

Почти все CD-приводы имеют на задней панели добавочно к обычному аналоговому выходу (в виде импульсов тока) цифровой выход для прямого подключения к звуковой карте, что позволяет обойти звуковую часть привода и использовать соответствующие схемы звуковой карты (звук качественнее).

Характеристики дисковода:

Интерфейс подключения CD-привода к материнской плате:

EIDE (вторым с винчестером на одном шлейфе) или отдельно в IDE
SATA
SCSI (устанавливается в гнездо расширения ПК материнской платы) Вместе с CD-ROM.- поставляется дискета с программным обеспечением для установки CD-ROM под операционную систему- специальный шнур для подключения к звуковой карте- комплект крепежных винтов

Фирмы-производители: NEC, ASUSTEK, Toshiba, Sony, Pioneer, Panasonic Правила эксплуатации дисководов и дисков:

Боятся пыли и грязи на поверхности дисков, это может повредить систему линз и приведет к отказу от чтения (проскакивание дорожек). Недопустимы отметины от рук(отпечатки), царапины, грязь.
Нельзя хватать за поверхность диска пальцами, только за боковые поверхности.
Если диск грязный, существует единственный способ его очистить: диск смочить чистящим составом (на основе изопропилового спирта), провести салфеткой из микрофибры от центра к краю, ни в коем случае по окружности, вдоль дорожек.
Существуют специальные платформы (приводы) для чистки дисков.
Осторожно относится к эксплуатации в дисководе дисков сомнительного производства (случаи разрыва дисков в дисководе при раскручивании и как следствие поломка привода)

Для записи информации на такой диск необходимы: специальный пишущий привод, заготовка диска (болванка или матрица CD-R), специальное ПО. Эти диски используются для создания архива данных, аудио-видео-диски, дистрибутив программного обеспечения Емкость такая же как у CD-ROM. Есть 780-800 МБ для записи звука 74 мин по 176 КБ

Структура диска:

____________ прозрачный защитный слой

____________ краситель (регистрирующий слой – цианин или фталоцианин )

____________ металлическое покрытие (алюминий, серебро, золото и др. сплавы)

____________ защитный слой лака с этикеткой

Принцип записи на CD-R:

Taiyo Yuden Company Limited (Taiyo Yuden,Sony, Philips, Hewlett Packard, TDK, Basf)
Mitsui Chemicals (Hewlett Packard, Mitsui, Philips, Sony)
TDK Corporation (3M, TDK)
SKC Company Limited (SKC)
Multi Media Masters & Machinery SA (Mirex, BASF)
Mitsubishi Chemicals Corporation (Traxdata, Verbatim)
Ritek Co. (Dysan, FujiFilm, Memorex, MMore, Philips, BASF, TDK, Samsung, Targa, Traxdata)
Fuji Photo Film Co, Ltd.(FujiFilm)
Kodak Japan Limited (BASF & Kodak)
Princo Corporation (BTC, Princo & KingTech)
CMC Magnetics Corporation (BASF, MMORE, Imation, Memorex)

Для записи аудиодисков стоит обратить внимание на качественные цианиновые CD-R. При выборе CD-R для записи данных, чтобы информация хранилась на них максимально долгое время, следует отдать предпочтение качественным фталоцианиновым дискам.

Структура диска:

________________ защитный прозрачный слой

________________ комбинированный слой

________________ металлическое покрытие (алюминий и др.)

________________ защитный слой

режим (односеансный) DAO (Disk At Once –весь диск за один сеанс) – записывается (нарезается) весь диск за 1 сеанс без перерывов. После записи на такой диск на него невозможно будет дописать новые данные.
режим (многосеансный) TAO (Track At Once – одна дорожка за один сеанс) – данными заполняется за несколько сеансов, информация в виде отдельных томов или пакетов (пакетный режим).

DVD-Диски Digital Video Disk (цифровой видеодиск)

Дисковый DVD-накопитель имеет более коротковолновый лазер, чем CD, поэтому дорожки на диске размещаются ближе к друг другу, а также увеличивается объем информации, хранящейся на участке дорожки данной длины. В результате на одной стороне DVD-диска можно записать до 4,7Гб данных. Существуют двухслойные диски с возможностью записи 8,5Гб данных на одной стороне, а также двухсторонние «перекидные» (Flippy) диски с записью на обеих сторонах емкость 17Гб.

Существуют следующие структурные типы DVD:

1. Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный)– самый простой тип дисков емкость 4,7 Гб

Структура одностороннего однослойного DVD-диска

2. Single Side/Dual Layer (односторонний/двухслойный). Диски имеют два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считывают с одной стороны и на таком диске можно разместить 8,5 Гб данных, то есть на 3,5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске

Структура одностороннего двухслойного DVD-диска

3. Double Side/Single Layer(двухсторонний/однослойный). На таком диске помещается 9,4 Гб данных. Не трудно заметить что на таком диске вдвое больше емкости. Данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать информацию с обеих сторон диска самостоятельно

4. Double Side/Double/Layer (двухсторонний/двухслойный). Самый сложный вариант. Обеспечивает возможность разместить на диске 17 Гб данных. Понятно, что такой диск по сути представляет собой два сложенных вместе односторонних/двухслойных .

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW.

Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое /аморфное) информационного слоя под воздействием лазера с длиной волны 650 (635) нм (phase-change recording). Считывание информации осуществляется путем определения оптических характеристик информационного слоя в различных его фазовых состояниях при отражении лучей лазера (того же, что и при записи).

DVD+RW . Этот стандарт без благословения DVD Форума, является конкурирующим перезаписываемым форматом, предлагаемым Philips, Sony, Hewlett-Packard и другими, основана на технологии CD-RW. Дисководы DVD+RW будут читать диски DVD-ROM и CD, но не будут совместимы с DVD-RAM. Диски DVD+RW, способны хранить 2.8 гигабайта (3G) данных, используют технологию изменения фазы. DVD+RW приводы поддерживают запись в несколько сеансов. Благодаря более точному позиционированию лазера в процессе записи привод позволяет перезаписывать любую часть содержимого диска прямо на верх, не стирая старого содержимого. Это же позволяет осуществить и уникальную коррекцию ошибок при записи – плохо записавшийся сектор автоматически перезаписывается заново.

DVD+R. Технология записи DVD+R построена на тех же принципах, что и DVD+RW. Единственное отличие состоит в том, что для отражающего слоя используется материал, сходный с используемым на простых CD-R. По сравнению с DVD+RW недостатком DVD+R является то, что на них не работает коррекция ошибок, основанная на простой перезаписи сбойного сектора. Зато диски DVD+R лучше читаются на стационарных плеерах и простых DVD-ROM за счет более высокой отражающей способности записываемого слоя. Kodak Japan Limited.

Всем привет! Это вторая часть материала об эволюции носителей информации. Напомню, что в первой статье мы рассказали о первых запоминающих устройств – перфокартах, а также уделили внимание магнитным плёнкам и дискетам. Сегодня же речь пойдет о более привычных для нас девайсах, а именно — об оптических накопителях.

Когда на дворе стоял 1969 год, компания IBM еще упорно трудилась над созданием первой дискеты, а инженеры голландского производителя электроники Philips уже завершали работу над оптическим носителем под названием LaserDisc. Многие ошибочно полагают, что LaserDisc был первой в мире технологией оптической записи, однако это не совсем так. За 10 лет до этого события, в 1958 году, братья Пол и Джейм Грегг уже создавали похожую технологию. Отличие этих оптических носителей заключалось в том, что разработка братьев Греггов работала в режиме пропуска света, тогда как технология Philips использовала отраженный свет.

В 1961 году Грегги запатентовали свою технологию, но так и не смогли сделать из нее коммерческий продукт, впоследствии продав права на оптический носитель компании MCA в 1968 году. Philips и MCA посчитали, что конкуренция им ни к чему, и решили объединить свои усилия. Плодом их работы стал коммерческий запуск LaserDisc в 1972 году.

К моменту появления Laserdisc кассетные форматы VHS и Betamax уже снискали успех. Несмотря на то что Laserdisc имел множество преимуществ над кассетами, он так и не смог стать востребованным. В Европе его встретили довольно прохладно, и основными для этой технологии стали рынки США и Японии. Первым фильмом, выпущенным на носителе Laserdisc, были «Челюсти». Это случилось в 1978 году. А последним – картина «Воскрешая мертвецов» в 2000 году. Интересно, что производство Laserdisc проигрывателей продолжалось вплоть до 2009 года, когда компания Pioneer выпустила последнюю партию таких девайсов.

Намного более успешной альтернативой Laserdisc стал стандарт Compact Disc (CD), выпущенный в 1982 году. Разработкой этого формата занимался альянс компаний Sony и Philips. Изначально предполагалось, что компакт-диски будут использоваться только для хранения аудиозаписей в цифровом виде, однако со временем их начали использовать для хранения файлов любых типов. Во многом это стало возможным благодаря усилиям компаний Apple и Microsoft, которые начали устанавливать CD-приводы в свои компьютеры с 1987 года.

Что касается устройства компакт-диска, то оно достаточно простое. Сам CD представляет собой поликарбонатную подложку, которая покрыта тонким слоем металла. Этот слой защищен лаком, на который наносятся изображения, надписи и другие внешние опознавательные знаки диска.

Информация, записанная на компакт-диск, имеет вид спирали из углублений, или «питов», нанесенных на обратную поверхность диска. Размер одного пита обычно составляет около 500 нм в ширину и от 850 до 3500 нм в длину. При этом глубина пита достигает отметки в 100 нм. Расстояние от каждого пита до соседних обычно равняется около 1,6 мкм. Это расстояние называется лэндом. Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча, который образует световое пятно с диаметром около 1,2 мкм, что на 0,4 мкм меньше расстояния между соседними питами. В том случае, если луч «упирается» в лэнд, приемный фотодиод фиксирует сигнал максимальной интенсивности и распознает его как логическую единицу. При попадании лазера на пит, свет рассеивается и поглощается, а затем он отражается от поликарбонатной подложки. В таком случае фотодиод фиксирует свет меньшей интенсивности, и он распознается как логический нуль.

Долгие годы после появления CD его максимальный объем держался на отметке 650 Мбайт. На диске такой ёмкости можно было хранить около 74 минут качественного аудио. Лишь в 2000-х объем CD увеличился до 700 Мбайт. Также в продаже можно было найти 800-мегабайтные «болванки».

Когда технология CD только появилась, компакт-диски предназначались только для чтения: еще на стадии производства информация записывалась на диск путем нанесения питов на подложку. И уже затем поверх подложки наносился отражающий слой и защитный лак. Однако вскоре после появления CD пользователям захотелось самим записывать на диски информацию. Это подтолкнуло Philips и Sony на разработку стандарта CD-R (Compact Disc-Recordable). Так, первые компакт-диски, предназначенные для однократной записи, появились в 1988 году.

По своей конструкции диски CD-R отличались от предшественников лишь наличием еще одного слоя между подложкой и отражателем. Это слой был изготовлен из органического прозрачного красителя. У красителя было интересное свойство: под воздействием тепла он разрушался и темнел. Собственно, эти физические характеристики органического слоя и позволили реализовать возможность записи информации на диск. Во время записи лазер специального пишущего привода менял свою мощность, выжигая в слое красителя отдельные точки. При последующем чтении эти потемневшие зоны воспринимались фотодиодом как питы, или логический нуль.

Как уже говорилось выше, записать информацию на диск CD-R можно было лишь однократно. И это было главным недостатком этого формата. Многократная запись информации стала возможна в 1997 году с выходом стандарта CD-RW (Compact Disc-Rewritable).

Конструкция CD-RW полностью совпадала с устройством CD-R, за исключением слоя между подложкой и отражателем. На смену органическому красителю пришел неорганический активный материал – сплав халькогенидов. Так же как и органическое вещество, под воздействием мощного лазерного луча сплав темнел. Затемнение происходило в результате перехода вещества из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. В отличие от органического вещества, сплав халькогенидов мог возвращаться в исходное кристаллическое состояние, что и обеспечило возможность многократной записи на диск.

За год до появления формата CD-RW свет увидели диски стандарта DVD (Digital Versatile Disc). История создания DVD довольно занимательна. Она берет свое начало в начале 90-х годов, когда компании Philips и Sony занимались разработкой технологии MMCD (Multimedia Compact Disc), а альянс, в который входили компании Toshiba, Time Warner, Hitachi, Pioneer и некоторые другие, трудились над созданием стандарта SD (Super Density). Обе коалиции активно рекламировали свои технологии, но под давлением компании IBM, в которой опасались повторения «войны форматов» между VHS и Betamax, они пошли на компромисс. Так появилась технология DVD.

Особенностью формата DVD было то, что первоначально он разрабатывались как замена устаревающим видеокассетам. Поэтому первое время аббревиатуру DVD было принято расшифровывать как Digital Video Disc. Однако позже оказалось, что DVD-диски идеально подходят для хранения любого рода данных, и предыдущее название быстро сменили на Digital Versatile Disc.

По своей конструкции DVD-диск не так сильно отличается от предшествующего стандарта CD. В технологии DVD уменьшился размер питов, поэтому для чтения таких дисков стало возможным использование красного лазера с длиной волны 635 или 650 нм. Для сравнения: чтение CD-дисков осуществлялось лазером с длиной волны 780 нм. Кроме этого, дорожки питов стали располагаться ближе друг к другу. Это позволило значительно увеличить плотность записи, и по итогу однослойный DVD вмещал 4,7 Гбайт данных – в 6,5 раз больше, чем CD. Также нужно отметить, что конструкция DVD предусматривает использование двух пластин толщиной 0,6 мм каждая вместо одной 1,2-миллиметровой у CD. Благодаря этому появилась возможность записывать информацию на DVD в два слоя – в обычный нижний слой и в верхний полупрозрачный.

Для того чтобы считать информацию с двухслойного диска лазеру требовалось менять фокусировку путем изменения длины волны. Главным преимуществом таких «болванок» стал вдвое увеличенный объем – 8,5 Гбайт. Кроме этого, спустя некоторые время появились двухсторонние DVD-диски, в том числе и двухслойные. Емкость таких девайсов достигла внушительных 17 Гбайт.

В 1997 году в продаже появились первые диски, предназначенные для однократной записи информации. Они получили маркировку DVD-R. А уже в 1999 году в продаже можно было увидеть девайсы DVD-RW, на которые информацию можно было записывать многократно. При создании этих двух форматов использовались те же принципы, что лежали в основе CD-R и CD-RW дисков: между подложкой и отражателем располагался слой органического или неорганического вещества, который под воздействием лазера умел имитировать питы.

Оба эти стандарта, DVD-R(W) были предложены альянсом DVD Forum. Кроме них, эта организация также разработала формат DVD-RAM, который выгодно отличался от DVD-RW более высокой скоростью чтения и большим количеством циклов перезаписи (до 100 тысяч, тогда как DVD-RW диск можно было перезаписать лишь 10 тысяч раз). Однако формат DVD-RAM не был совместим с DVD-RW, и поэтому обычные DVD-приводы не умели читать такие диски. По этой причине технология не получила особого распространения.

В 2002 году компании Sony и Philips, которые не входили в организацию DVD Forum, представили обратно совместимую с DVD-R(W) технологию DVD+R(W). От «минусового» варианта новый формат отличался разметкой, которая значительно упрощала позиционирование считывающей головки, и иным материалом отражающего слоя. Кроме этого, на DVD+R(W) информация записывалась поверх старой, как на видеокассеты, тогда как для записи на DVD-R(W) требовалось предварительно стереть все имеющиеся на диске данные. Это также положительно сказалось на скорость записи DVD+R(W) девайсов.

На этом потенциал технологии DVD был исчерпан, и следующим шагом в индустрии стал выпуск оптических накопителей нового поколения: Blu-ray и HD DVD. Они увидели свет в 2006 году. Формат Blu-ray был разработан консорциумом Blu-ray Disc Association, в который входили такие крупные компании, как Sony, Panasonic, Samsung, LG и многие другие. А созданием технологии HD DVD занимались японские производители: NEC, Toshiba и Sanyo. Оба формата использовали сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, что позволило в очередной раз значительно увеличить ёмкость дисков. Так, однослойный Blu-ray диск вмещает в себе 25 Гбайт данных, а HD DVD – 15 Гбайт.

В целом, характеристики Blu-ray и HD DVD были очень схожи. Но американские киностудии дали понять, что они не будут поддерживать обе технологии одновременно. «Война форматов» продлилась два года. За это время подавляющее большинство киностудий отдали предпочтение стандарту Blu-ray, и в феврале 2008 году компания Toshiba объявила о прекращении разработки и дальнейшей поддержки HD DVD.

С тех пор Blu-ray остается единственным игроком на рынке оптических накопителей. За это время появились диски BD-R и BD-RE для однократной и многократной записи. Кроме этого, в 2009 году была представлена технология Blu-ray 3D, предназначенная для хранения и воспроизведения трехмерного видеоконтента. А в начале следующего года состоится запуск первых 4К-фильмов на оптических дисках формата Ultra HD Blu-ray. Новый стандарт обеспечивает поддержку разрешения 3840x2160 пикселов, звуковых форматов Dolby Atmos и DTS:X, технологии HDR и высокой частоты развертки (до 60 кадров в секунду). Емкость таких дисков составит 50, 66 или 100 Гбайт.

Читайте также: