Оптический диск хранит информацию. Характеристика оптических носителей информации

Запись и считывание информации в оптических накопителях производится бесконтактно с помощью лазерного луча. К таким устройствам относятся, прежде всего, накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD (ROM, R и RW).

Устройства CD-ROM. В устройствах CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – компакт-диск только для чтения) носителем информации является оптический диск (компакт-диск), изготавливаемый на поточном производстве с помощью штамповочных машин и предназначенный только для чтения.

Компакт-диск представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска (на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек). Емкость такого CD достигает 780 Мбайт, что позволяет создавать на его основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Считывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске.

Накопители CD-R (CD-Recordable). Они позволяют наряду с прочтением обычных компакт-дисков однократно записывать информацию на специальные оптические диски CD-R. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.

Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.

Запись информации на диски CD-R представляет собой дешевый и оперативный способ хранения больших объемов данных.

Накопители CD-RW (CD-ReWritable). Дают возможность делать многократную запись на диск. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.

Дисковод CD-ROM – позволяет только считывать информацию с любых CD-дисков. Соответственно между собой такие устройства будут различаться скоростью чтения и кэш-памятью. Дисковод CD-R – прочитать и записать, а дисковод CD-RW не только читает, но и перезаписывает (стирает информацию и записывает поверх нее новую). Такие дисководы различаются скоростью чтения/записи/перезаписи (последнее только для CD-RW) и размером кэш.

Накопители DVD (Digital Versatile Disc, цифровой диск общего назначения). Первые DVD-диски появились на рынке где-то в 96–97 годах прошлого века. DVD является прекрасным носителем для данных любого типа и используется как обыкновенный компьютерный носитель информации.

Снаружи DVD выглядит как обычный CD, и даже при ближайшем рассмотрении тяжело заметить разницу. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных по сравнению CD-ROM.

Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации. Стандартный односторонний однослойный диск может хранить 4,7 Gb данных. Но DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8,5 Gb.

Кроме этого, диски DVD бывают двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Gb. Правда, чтобы считать DVD-диск, необходимо новое устройство (DVD-ROM), но технология DVD совместима с технологией CD, и привод DVD-ROM читает и диски CD-диск, причем разных форматов.

В продаже можно встретить различные комбинированные дисководы для оптических дисков. Например, DVD-CD R/RW позволяет читать DVD и CD – диски и производить запись/перезапись на CD-диски. Другой вариант – DVD-RW – CD-RW. Позволяет читать, записывать и перезаписывать DVD и CD-диски.

В нашу жизнь плотно вошли разнообразные средства обработки и хранения данных. В далеком прошлом остались печатные бумажные архивы. Что представляют собой современные носители информации?

Оптический диск: история создания

Первое устройство для хранения аудиозаписей было произведено компанией Sony в далеком 1979 году. Представляло оно собой, как и сейчас, пластиковый диск с круглым отверстием в центре. Изначально его использовали только для записи аудиофайлов, а информация на него наносилась особым методом кодирования Pulse Code Modulation. Он заключается в том, что текст или звук проходит через аналого-цифровой преобразователь и превращается в набор битов.

Позже, в 1982 году, в Германии началось массовое производство дисков. Их стали покупать для хранения разнообразных файлов. Вскоре они попали на прилавки не только музыкальных магазинов.

Как же устроен компакт-диск? Для изготовления основы используют 1,2-милиметровую по толщине поликарбонатную пластину диаметром 120 мм, которую сначала покрывают тонким слоем металла (золото, алюминий, серебро и т. д.), а затем лака. Именно на металл наносится информация в виде питов (углублений), выдавленных по спиральной дорожке. Считывание файлов, записанных на оптический диск,происходит при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм. Он отражается от поверхности пластины, меняет фазу и интенсивность, попадая на питы. Лендом же принято называть промежутки между питами. Шаг одной дорожки, находящейся в спирали, составляет около 1,6 мкм.

Типы оптических дисков

Существует несколько видов Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray Disc (BD). Все они имеют разную вместимость для записи информации. Например, DVD-диски производятся емкостью от 4,3 до 15,9 Гб, а CD - только до 900 Мб.

Также различают диски по кратности записи: однократные и многократные. В таких носителях по-разному формируется рельефная структура питов. Перезапись возможна благодаря органическому материалу, который под действием лазера темнеет и изменяет коэффициент отражения. В просторечии такой процесс называют прожигом.

Еще оптические носители могут отличаться формой. Фигурные компакт-диски (Shaped CD) обычно применяются в шоу-бизнесе как хранители аудио- и видеофайлов. Они бывают произвольной формы (квадратные, в виде самолета или сердечка). Использовать их в приводах CD-ROM не рекомендуется, потому что на высоких скоростях вращения они могут разорваться.

CD-диски и их виды

Оптический диск CD-R является носителем информации, которая доступна только для чтения. Записать файлы на него можно лишь один раз без права дописывания и редактирования. Изначально емкость таких дисков достигала всего 650 Мб или 74 минуты аудиозаписи. Теперь выпускаются устройства, вмещающие до 900 Мб информации. Преимущества их в том, что чтение поддерживают все стандартные CD.

Таким же объемом памяти обладает и лазерный диск CD-RW, только файлы на него можно записывать многократно (до 1000 раз). Для этого используются стандартные компьютерные программы. Минусом является то, что не все устройства готовы работать с данным форматом. Стоят CD-RW немного дороже, чем CD-R.

Компакт-диски с аудио- и видеозаписями не обладают никакой степенью защиты, их можно копировать и воспроизводить. А вот носители с определенными данными защищены от копирования технологией StarForce.

Диски формата ROM записываются на фабрике и способны только воспроизводить данные. Отредактировать такой носитель невозможно. А вот оптические устройства типа RAM можно перезаписывать до 10 тысяч раз и служат они до 30 лет. Такие диски производятся в дополнительных картриджах, их чтение не поддерживается обычными дисководами.

DVD-носители и их характеристики

Digital Versatile Disc является цифровым многоцелевым носителем информации. Структура его более плотная и вмещает много информации (до 15 Гб). Такой оптический диск напоминает склеенные вместе два CD. Хранение и считывание большого объема информации возможно благодаря использованию красного лазера, которого составляет 650 нм, и линзы с максимальной числовой апертурой. DVD-диски имеют одну или две записывающие стороны, а также один или два рабочих слоя на каждой стороне. Эти показатели определяют их емкость.

Как и подразделяются на несколько форматов. DVD-R или DVD+R являются носителями, на которые можно только один раз записать информацию. Стандарт записи на таких дисках был разработан компанией Pioneer в 1997 году. «Минусовые» и «плюсовые» устройства отличаются материалом отражающего слоя и специальной разметкой.

Оптические диски DVD RW (DVD+RW, DVD-RW) обладают возможностью многократной перезаписи информации. Причем «плюсовой» носитель позволяет вносить изменения в необходимые на ваше усмотрение места. Универсальные дисководы помогают решить проблему несовместимости форматов (+RW и -RW).

Что такое Blu-ray Disc?

Этот тип оптического диска позволяет хранить и записывать цифровые данные с высокой плотностью. Для воспроизведения информации (даже видео высокой четкости) используется синий лазерный луч в 405 нм, который сужает вдвое спиральную дорожку. Файлы, находящиеся очень близко друг к другу, чувствительны к механическим повреждениям, поэтому за диском должен быть особый уход. Последнее время производятся носители с особым покрытием, которое можно протирать обычной сухой салфеткой.

Существуют диски Blu-ray одноразовой и многоразовой записи, а также многослойные (от 2 до 4 слоев). Вместимость самого «слоистого» носителя достигает 128 Гб. При этом он обладает стандартным 12-сантиметровым диаметром. Двухслойный стандартный диск Blu-ray вмещает до 50 Гб информации. В разработке находится устройство, достигающее емкости в 300-400 Гб, которое могут читать современные дисководы. Для видеокамер используются диски меньшего диаметра (80 мм) с объемом памяти до 15 Гб.

Для защиты от копирования Blu-ray оснащены цифровыми водяными знаками ROM-Mark и технологией Mandatory Managed Copy.

Предназначение MiniDVD-носителей

Оптический носитель Mini DVD представляет собой уменьшенную копию обычного Digital Versatile Disc. Он составляет в диаметре 8 см и используется в фото- и видеокамерах. Односторонний диск вмещает до 1,4 Гб информации, соответственно, двусторонний - 2,8 Гб. По формату они бывают MiniDVD-R (однократная запись) и MiniDVD-RW (многократная).

Стандартный 12-сантиметровый привод не предназначен для чтения Mini DVD. При использовании таких дисков в ноутбуке следует применять шпиндель мотора привода. Иногда существуют проблемы с чтением Обычно в таких случаях компьютер выдает надпись «не найден драйвер для дисковода оптических дисков». Для решения проблемы следует обратиться к опытному программисту.

Внешняя память

Оптические диски

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, начинающуюся от центра диска и содержащую чередующиеся участки впадин и выступов с различной отражающей способностью.

При считывании информации с оптических дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность оптического диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы.

В процессе записи информации на оптические диски применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера.

Существует два типа оптических дисков:

CD-диски (CD - Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;

DVD-диски (DVD - Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную емкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно.
DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию.
Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

В настоящее время (2006 год) на рынок поступили оптические диски (HP DVD и Blu-Ray), информационная емкость которых в 3-5 раз превосходит информационную емкость DVD-дисков за счет использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• Без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM
  (ROM - Read Only Memory, память только для чтения).
  На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.
• С однократной записью и многократным чтением -
  CD-R и DVD±R (R - recordable, записываемый).
  На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз. Данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, который разрушает органический краситель записывающего слоя и меняет его отражательные свойства. Управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как логические 0 и 1.
• С возможностью перезаписи - CD-RW и DVD±RW
  (RW - Rewritable, перезаписываемый).На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.
  Записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния, которые характеризуются различной степенью прозрачности. При записи (стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из таких состояний.
  При чтении луч лазера имеет меньшую мощность и не изменяет состояние записывающего слоя, а чередующиеся участки с различной прозрачностью интерпретируются как логические 0 и 1.

Основные характеристики оптических дисководов:

емкость диска (CD - до 700 Мбайт, DVD - до 17 Гбайт)

скорость передачи данных от носителя в оперативную память - измеряется в долях, кратных скорости
150 Кбайт/сек для CD-дисководов (Такая скорость считывания информации была у первых CD-дисководов) и
1,3 Мбайт/сек для DVD-дисководов (Такая скорость считывания информации была у первых DVD-дисководов)

В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы - до 7,8 Мбайт/сек.
Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х кратной).
Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения Х скорость записи CD-R Х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»

время доступа - время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80-400мс).

При соблюдении правил хранения (хранения в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Дополнительная информация о структуре дисков

Диск, созданный промышленным способом, состоит из трех слоев. На основу диска, созданного из прозрачного пластика методом штамповки наносится информационный узор. Для штамповки существует специальная матрица-прототип будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности. Далее на основу напыляется отражающий металлический слой, а затем сверху еще и защитный слой из тонкой пленки или специального лака. На этот слой часто наносятся различные рисунки и надписи. Информация считывается с рабочей стороны диска через прозрачную основу.

Записываемые и перезаписываемые компакт-диски имеют дополнительно еще один слой. У таких дисков основа не имеет информационного узора, но между основой и отражающим слоем расположен регистрирующий слой, который может менять под воздействием высокой температуры.При записи лазер разогревает заданные участки регистрирующего слоя, создавая информационный узор.

DVD-диск может иметь два регистрирующих слоя. Если один из них выполняется по стандартной технологии, то другой - полупрозрачный, наносится ниже первого и имеет прозрачность около 40%. Для считывания двухслойных дисков применяются сложные оптические головки с переменным фокусным расстоянием. Луч лазера, проходя через полупрозрачный слой, сначала фокусируется на внутреннем информационном слое, а по завершении его чтения перефокусируется на внешний слой.

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.

Не для кого не секрет, что история началась с грампластинки . Сохранять информацию в домашних условиях проблематично, да и хранился на ней только звук. Принцип работы - не секрет, так виниловый диск был популярен более ста лет, и до сих пор коллекционеры и ди-джеи пользуются и хранят их. Прикольно было смотреть, как иголка, во время прокручивания диска, ходила ходуном вроде бы на идеально ровной спирали. На этом и был построен принцип получения звука. При изменения глубины и ширины канавки, изменялась звуковая волна и дальше усилена трубой (граммофоны, патефоны). С развитием электроники, принцип снятии информации, был сделан на пьезоэлектрической игле и получили современный, до не давних пор, проигрыватель грампластинок.

Вот и подошли 70-е года. И произошёл скачок в носителях информации (магнитные ленты мы пропустим). Изобрели диск, сделанный из поликарбоната, обладавший прозрачностью, с алюминиевым напылением. Поликарбонат служил основой и защищал напыление от внешних воздействий, а на напылении по спирали были прожжены углубления. Принцип снятия и записи информации на этом и основан, как видите не далеко ушли от грампластинки. Тонкий луч отражался от поверхности напыления и приходил на светоприёмник, который в свою очередь определял изменения и относительно полученной информации создавались единицы и нули. А дальше по принципу азбуки Морзе информация преобразуется в музыку, фильмы, фотки, файлы и т.д.

Теперь разберёмся в обозначениях на CD-дисках :

А вот с DVD дисками, всё сложилось гораздо сложней. Этот диск был создан для хранения информации в большом объёме и занимались разработками большое колличество фирм (DVD-R и DVD-RW) . Разное напыления имели разнообразные характеристики и бытовые проигрыватели, различных фирм, начали конфликтовать с дисками, отсюда терялось универсальность. Поэтому объеденившись, изобрели новый тип диска, получивший название DVD+R и DVD+RW , стоят они, как ни странно, дешевле. Сейчас уже без разницы какой использовать диск, так как бытовые проигрыватели адаптировали. Есть разница только в перезаписывающих дисках, DVD-RW нужно полностью стирать перед записью, а DVD+R достаточно стереть "шапку" и наложить запись сверху.

Как говорится, сколько нам не давай а нам всё мало. По этому прогресс на этом не остановился, двухсторонние и двухслойные и два в одном диски. Ну с двухсторонними , всё просто, напыление нанесли с двух сторон, и как аудиокассету нужно переворачивать диск. Двухслойные - это один из близлежащих к лазеру слоёв, сделали полупрозрачным, и вставать с дивана для переворачивания диска не нужно. Ну а с последним вариантом, возмите два двухслойных и склейте между собой.

Вот мы и дошли до пика разработок современного мира оптического диска, это - HD-DVD и Blu-ray .
HD-DVD - это диск, который сделали на основе нашего трудяги, описанного выше, но использование синего лазера.
Blu-ray - совершенно другая разработка, используется синий лазер.

Если вспомнить спектр (радугу), то будет видно, что с синего луча, можно получить гораздо тоньше луч, поэтому эти диски гораздо объёмней получились. Но об этом будет в следующей теме .

Вроде, на сегодняшний день, всё. Осталось только немного о хранении и использования диска рассказать. Диск - это не вкусно, грызть его не надо, ну если только у кого то недостаток пластмассы в организме. А так же это не инструмент по игре на нервах, по этому не надо когтями по нему водить. Желательно не гнуть, хоть и ломается сложно, но осколки могут попасть куда не следует, а это отразится на вашем организме. Так же постоянный изгиб нарушает, находящее внутри напыление, он трескается и нули единицы, уже не будут у вас совпадать. На солнце его не жарить, ему элемент D совсем не нужен, а превратиться в зюобразный продукт и его ни куда не пихнёте. Диск с трещиной в привод не вставлять, а то иначе придётся тратится либо на ремонт, либо на покупку нового.

Я надеюсь ВЫ грамотные и вам не надо всё по пунктам перечислять, к вещам нужно относится бережно и они ВАС за это отблагодарят.