Оптические системы памяти

Примечание	от автора: Титульная страница - на украинском, все остальное - на русском от редактора: титульная стр. отсутствует
	Загрузить архив:
	Файл: ref-23406.zip (485kb [zip], Скачиваний: 41) скачать

Содержание

стр.

1.Магнитооптические носители информации ……………………………. 3

· Общая информация.……………………………………………………... 3

· История магнитооптических дисков ……………………………………. 3

· Принципы работы ………………………………………………………... 3

· Область применения и перспективы развития ………………………... 11

· Новости компьютерного рынка ………………………………………... 12

2.Оптические диски ………………………………………………………. 13

· CD диски ………………………………………………………………… 13

a.Общая информация ………………………………………………. 13

b.История CD ……………………………………………………….. 13

c.Принцип работы ………………………………………………….. 14

d.Тиражирование компакт-дисков ………………………………... 18

e.Технологии записи на CD ……………………………………….. 21

f.Носители информации CD, CD-R, CD-RW …………………….. 25

g.Многосеансовые диски ………………………………………....... 28

h.Файловые системы ……………………………………………….. 30

i.Форматы CD ……………………………………………………… 33

j.Запись на оптические диски …………………………………….. 38

k.Надежность дисков и защищенность от ошибок……………… 44

l.Тестирование дисков …………………………………………….. 50

· DVD диски ………………………………………………………………. 51

a.Общая информация ………………………………………………. 51

b.История DVD …………………………………………………….. 51

c.Поверхности DVD ………………………………………………... 54

d.Форматы DVD ……………………………………………………. 56

e.Новости компьютерного рынка …………………………………. 59

3.Список использованной литературы …………………………………... 66

4.Список использованной сетературы …………………………………... 67

Магнитооптические носители информации

Рис 1. Принцип работы МО диска

Поляризация отраженного луча

Падающий луч

Отраженный луч

Магнитный домен

Впервые магнитооптические (МО) диски появились в 1988 году и соединили в себе компактность гибких дисков и накопителя Bernoulli Box, скорость среднего жесткого диска, надежность стандартного компакт диска и емкость сравнимую с DAT лентами. Но широкому распространению МО дисков мешает сравнительно дорогая стоимость и конкуренция современных жестких и оптических дисков. По сравнению с современными жесткими дисками, они более медленны и уступают им по максимальным объемам хранимой информации. Это делает невозможным применение МО дисков вместо традиционных винчестеров. При этом МО диски имеют большие перспективы, как вторичные накопители, применяемые для резервного хранения информации.

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера. Его активным носителем является сплав железо и кобальта с добавкой тербия (рис.1).

Рис 2. Магнитные частицы в МО диске. Изображение было получено по двухпроходной методике. Размер скана: 11 x 11 мкм.

В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, размером не более 1 мкм и с t ≈ 200-300 ⁰С до точки Кюри, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет внешнему магнитному полю изменить полярность точки параллельно. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается, но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем, примененным к ней в момент нагрева.

Раньше на МО накопителях для записи информации применяются два цикла: стирания изаписи, поэтому они работали медленнее, чем магнитные. Вместе с этим, вскоре удалось разработать технологию модулированной интенсивности света, позволившую осуществлять запись и считывание в один проход лазерной головки, которая называется LIMDOW (Light Intensity Modulation Direct Overwrite). LIMDOW-технология была изобретена и запатентована корпорацией Nikon. Технология LIMDOW устраняет проход стирания, что дает 50% увеличение производительности. Без проверяющего прохода в обеих технологиях, LIMDOW дает 100% увеличения производительности, требуя только прохода перезаписи. Также, LIMDOW- диски имеют более долгий срок хранения информации. Суть метода состоит в том, что используется как внешнее поле смещения, так внутреннее поле, исходящее от дополнительных магнитных слоев носителя, поэтому при записи направление внешнего магнитного поля не нужно переключать, так что при записи информации, либо происходит намагничивание от внешнего поля (1), либо стирание информации благодаря влиянию дополнительных магнитных слоев (0). Считывание у магнитооптического диска идет с той же скоростью, что и у оптического диска. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

В процессе чтения с МО диска используется эффект Фарадея, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается.

Такой способ в отличие от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как, перемагничивание участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничивания очень низкая, в отличии от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.

Таким образом, можно осуществить около 10 млн. циклов стирания и последующей записи данных. Диск изготавливается из алюминиевого сплава и заключается в корпус из пластика. Не боится повышения температуры и магнитного поля. Сроки хранения огромные – десятки лет.

Механизмы МО накопителей строятся на базе механизмов обычных дисководов с небольшими конструктивными усовершенствованиями.Но они, в свою очередь, очень сильно греются во время работы. Для борьбы с перегревом на них устанавливается обдувающий вентилятор. Используя внутренний дисковод, следует по возможности пытаться устанавливать его в более просторное место, подальше от винчестеров и других накопителей. Еще один серьезный недостаток - это большое время доступа к данным

Но не все магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми; существуют также диски с однократной записью CC WORM (Continuons Composite Write Once Read Many) ичастичнойзаписью P-ROM (PartialRead-OnlyMemory). Перезаписываемые диски могут полностью изменять свою информацию. Диски с однократной записью аналогичны перезаписываемым, но в момент записи на диск наносятся специальные метки, которые запрещают повторную запись. Такие диски после записи информации автоматически переходят в разряд ROM-дисков. Диски с частичной записью делятся как бы на две части: одна из них содержит постоянные данные, которые невозможно изменить, другая часть содержит перезаписываемые данные. На такие диски (в неизменяемую часть) можно инсталлировать неизменный рабочий код программы, а свои данные можно хранить в перезаписываемом секторе. Надо заметить, что это - идеальное средство защиты от любых вирусов.

Первые устройства с оптическим способом хранения информации появились достаточно давно. С тех пор мы можем наблюдать явный прогресс магнитооптической технологии, возможности которой далеко не исчерпаны. Путь, по которому происходит развитие – повышение плотности записи на диск (увеличение количества информации на единицу площади носителя). Тем самым обеспечивается совместимость новых устройств и старых носителей – несомненный плюс данной технологии. При модернизации МО-устройства или библиотеки отпадает необходимость перезаписывать информацию (количество ее носителей может исчисляться тысячами). МО – диски обладают повышенной стойкостью к таким внешним воздействиям, как электромагнитные поля, радиация, механические повреждения, высокая температура и влажность, что обеспечивает им срок жизни от 30 до 50 лет (как минимум в 6 раз больше, чем ленточных картриджей). МО-носители являются лучшим выбором для длительного хранения и транспортировки данных. Способ считывания информации с МО-диска таков, что чистки внутренних компонентов МО-привода не требуется, а это значительно снижает стоимость эксплуатации. Кроме того, в последнее время, наблюдается явная тенденция к снижению стоимости МО-устройств, что делает их приобретение все более выгодным.

Большое распространение получили "библиотечные" магнитооптические накопители со сменными дисками. МО-библиотеки – устройства со сменными носителями информации, поэтому они могут хранить огромный объем данных. Внутреннее строение библиотеки достаточно просто: она состоит из отсеков, в которых хранятся МО-картриджи, и механизмы смены картриджей в МО-приводах (устройствах считывания/записи). Каждый накопитель в библиотеке является отдельным SCSI(SmallComputerSystemInterface)-устройством, подключенным к SCSI-адаптеру. Программное обеспечение для библиотек поставляется как их производителями, так и сторонними разработчиками. Оно значительно облегчает процесс настройки библиотеки и подключения ее к корпоративной сети, организацию файловой системы и управление механизмом смены носителей.

В основном, МО-библиотеки применяются для резервирования информации, и как системы структурированного управления данными HSM(Hierarchocal Storage Management). Принцип работы такой системы заключается в следующем: существуют два уровня устройств – на верхнем находятся жесткие диски, а на нижнем – МО-накопители. Системы структурированного управления применяются для удешевления хранения редко используемых файлов. Программное обеспечение позволяет объединить НЖМД и МО-приводы в единый логический диск и проводить автономную смену носителей (тем самым, сводя к минимуму необходимость в их обслуживании администратором). При смене файлf его фактического местонахождения (смена уровня устройств) его логическое положение остается прежним, а именно к нему и обращаются приложения. Современные МО-библиотеки обладают достаточно высокими техническими характеристиками. Обеспечение быстрого доступа к информации объемом до терабайта, время поиска – примерно полтора десятка миллисекунд, скорость передачи данных – несколько мегабайтов за секунду. Единственный недостаток – относительная маленькая емкость отдельного носителя – до 5,2 Гбайта (хотя в большинстве случаев этого более чем достаточно). Стандартный SCSI-интерфейс и богатство выбора программного обеспечения делают их подключение делом нескольких минут, а использование несложным.

Ниже приведены точные технические характеристики двух типичных устройств из разряда МО-библиотек.

Устройства, сделанные с применением магнитооптической технологии, обладают рядом свойств, делающих их оптимальным решением для резервации и хранения информации большой емкости. МО-библиотеки позволяют оперативно манипулировать данными, они фактически играют роль внешнего носителя с быстрым доступом к данным и низкой стоимостью хранения – 1 Мбайт информации. Технология создания МО-дисков обеспечивает их долгим сроком жизни, устойчивостью к внешним факторам воздействия и совместимостью с позже выпущенными МО-устройствами. Совокупность всех этих фактов делает МО-библиотеки оптимальным выбором для работы с большим объемом данных.

Характеристики	HP SureStore 320ex OpticalJukebox	Globalstor GSL 52208
Объем хранимых данных	312,8 Гб	208 Гб
Количество дисководов	4	S
Емкость одного диска	До 5,2Гб	До 5,2Гб
Кол-во слотов для дисков	64	40
Средняя ск. передачи данных	4,6 Мб/с	3,37 Мб/с
Интерфейс	SCSI-2	SCSI-2

В качестве интерфейса МО накопители оснащаются SCSI адаптерами (16 или 8 битными)драйвера диска и утилиты форматирования низкого уровня. Многие поставщики также оснащают свои изделия специальными программами для резервного копирования. Так как необходим SCSI адаптер, поэтому требуется его дополнительная установка. Эти хост-адаптеры выпускаются для установки на шину ISA или PCI и могут поставляться в комплекте с магнитооптическим дисководом или отдельно от него.

Современные накопители имеют форм-фактор 3,5 или 5,25 дюйма. Все носители и накопители стандартизированы и обладают хорошей совместимостью. Приводы с форм-фактором 5,25-дюйма используют диски объемом 650 Мбайт, 1,3, 2,6 и 5,2 Гбайт. Приводы размером 3,5-дюйма могут работать с дисками объемом 128, 230 и 640 Мбайт. В стандартах предусмотрены также 5,25-дюймовые диски на 10,4 Гбайт и 3,5-дюймовые диски на 1,3 и 2,6 Гбайт. МО-накопители выпускаются компаниями Fujitsu, Maxoptix, Olympus, Pinnacle Micro, Sony. Для большинства 5,25-дюймовых моделей скорость вращения диска равна 3000-3700 об/мин, среднее время поиска лежит в пределах от 17 до 35 мс. При этом диск имеет постоянную угловую скорость вращения (CAV), запись осуществляется на концентрические дорожки (как в винчестерах) с использованием зонного метода (ZBR). Скорость записи в LIMDOW-накопителях также 3,5-4,3 Мбайт/с и в два раза меньше — в обычных приводах. 5,25-дюймовые МО-накопители являются дорогими высокопроизводительными устройствами, ориентированными на крупных корпоративных заказчиков. В качестве интерфейса применяются различные версии SCSI. Несмотря на высокую стоимость привода, при хранении больших объемов информации удельная стоимость хранения получается весьма невысокой. Для 3,5-дюймовых МО-приводов среднее время поиска лежит в пределах от 30 до 70 мс, скорость вращения диска — от 2700 до 3600 об/мин, при этом производительность меняется от 1,8 до 3,9 Мбайт/с. Стоимость дисков зависит от объема памяти и производителя и колеблется в пределах 2$-24$. Эти устройства являются более массовыми и выпускаются с интерфейсами ATAPI, SCSI, PCMCIA и LPT. После появления LIMDOW-накопителей низкая скорость записи перестала быть проблемой, и теперь единственным препятствием к массовому распространению магнитооптики является более высокая, чем у супер-флоппи, стоимость МО-дисковода (250$-400$), хотя по стоимости носителя (7$ за 230 Мбайт, 18$ за 640 Мбайт), удельной стоимости хранения и надежности магнитооптика вне конкуренции.

В настоящее время существуют несколько форматов для форматирования МО дисков CCS (непрерывное комбинированное слежение) и SS (шаблонное слежение). Первый из форматов разрешен стандартом ANSI, а второй также и ISO. В настоящее время формат CCS более популярен и имеет большее распространение. К сожалению два эти формата несовместимы и перенос дисков из одной системы в другую невозможен.

Это не единственная проблема переносимости связанная с МО дисками. Стандартами определено два размера сектора 512 и 1024 байт. Некоторые производители смогли сделать чтение секторов любого размера, но их меньшинство. Большинство производителей поддерживают размер сектора равный 512 байтам.

Область применения

Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличие от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранении резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов также как и оптические диски. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.

Перспективы развития

Основные перспективы развития МО дисков связанны, прежде всего, с увеличением скорости записи данных. Медленная скорость определяется в первую очередь двухпроходным алгоритмом записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы, из-за того, что магнитное поле, задающие направление поляризации конкретных точек на диске, не может изменять свое направление достаточно быстро.

Наиболее реальная альтернатива двухпроходной записи - это технология, основанная на изменение фазового состояния. Такая система уже реализована большинствомфирм производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями и модуляциями магнитного поля и мощности излучения лазера.

Технология, основанная на изменении фазового состояния, основана на способности вещества переходить из кристаллического состояния в аморфное. Достаточно осветить некоторую точку на поверхности диска лучом лазера определенной мощности, как вещество в этой точке перейдет в аморфное состояние. При этом изменяется отражающая способность диска в этой точке. Запись информации происходит значительно быстрее, но при этом процессе деформируется поверхность диска, что ограничивает число циклов перезаписи.

Технология, основанная на полимерных красителях, также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается двумя слоями полимеров, каждый из которых чувствителен к свету определенной частоты. Для записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний слой разбухает и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства поверхности диска. Для стирания используется другая частота, на которую реагирует только верхний слой полимера, при реакции выпуклость сглаживается. Этот метод, как и предыдущий, имеет ограниченное число циклов записи, так как при записи происходит деформация поверхности.

В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля на противоположную всего за несколько наносекунд. Это позволит изменять магнитное поле синхронно с поступлением данных на запись.

Уже существует технология, построенная на модуляции излучения лазера. В этой технологии дисковод работает в трех режимах - режим чтения с низкой интенсивностью, режим записи со средней интенсивностью и режим записи с высокой интенсивностью. Модуляция интенсивности лазерного луча требует более сложной структуры диска, и дополнения механизма дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет два рабочих слоя - инициализирующий и записывающий. Инициализирующий слой сделан из такого материала, что инициализирующий магнит может изменять его полярность без дополнительного воздействия лазера. В процессе записи инициализирующий слой записывается нулями, а при воздействии лазерного луча средней интенсивности записывающий слой намагничивается инициализирующим, при воздействии луча высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии с полярность магнита смещения. Таким образом, запись данных может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.

Выводы

Безусловно, МО диски перспективные и бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не только от технологии записи на них, но и от прогресса в области других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски, возможно, займут доминирующие роли.

Новости компьютерного рынка

На конференции ISOM/ODS 2002, посвященной оптическим накопителям, компании Canon и Matsushita Electric Industrial представили новый формат оптических дисков. Двухдюймовый (5 см) МО диск имеет емкость 3 ГБ, что соответствует плотности записи следующего поколения DVD, однако будет работать тот же источник чтения/записи (лазер с излучением в красном спектре, числовая апертура 0,6), что и нынешние DVD. Основное предназначение нового формата - использование в видеокамерах. В настоящий момент стандарт полностью не разработан, имеются только предварительные спецификации.

Существующие на рынке МО носители и накопители

Рис 3. Имеющиеся в продаже МО диски

Технические характеристики: я емкость диска: 640MB я: Стандартное МО покрытие я хранения информации по результатам тестов ускоренного старения: >=30лет я >107 я/чтения/запись >106 я я: -5 -55 С, 3-85% относительной влажности

Рис 4. Имеющиеся в продаже МО накопители

“Карманный” внешний МО-накопитель DynaMO 640 Pocket компании Fujitsu. габариты 23x108x43 мм, масса 400 г. Оно использует стандартный 3,5-дюймовый МО-носитель, похожий на утолщенную дискету, максимальной емкостью 640 Мб (форматированная емкость — 605 Мб), но совместимо и с более старыми дисками емкостью 540, 230 и 128 Мб. Интерфейс подключения USB1.1. Объем буферной памяти накопителя составляет 2 Мб, скорость вращения диска — 3000 об/мин, среднее время поиска — 43 мкс, внутренняя скорость передачи данных — до 3,25 Мб/с. Розничная стоимость – 230$.

Оптические диски

CDдиски

Общая информация

В оптических дисках хранение информации основано на изменении оптических свойств (в основном степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении дорожки (трека) лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В модулированном луче закодирована двоичная информация, размещенная на треке. На этом принципе основаны диски CD, а так же их «потомки» - DVD.

История CD

В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. У 1978 году фирмы Sony и Philips объединили свои усилия в области разработки современных звуковых компакт дисков. Фирма Philips уже к тому времени уже разработала лазерный проигрыватель, а у Sony за плечами были многолетние исследования в области цифровой звукозаписи. Конкуренция между двумя фирмами могла привести к двум разным стандартам несовместимых форматов лазерных дисков, поэтому они пришли к соглашению о единой технологии записи и производства. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD (Compact Disk), были разработаны фирмами Sony и Fhilips в 1982 году. Описание технических деталей компакт-диска было опубликовано в официальном Международном Стандарте (IS 10149), который часто называют по цвету обложки Красной книгой . Международные Стандарты издаются Международной Организацией Стандартизации (ISO), которая представляет собой аналог таких национальных групп стандартизации, как ANSI (AmericanNationalStandardsInstitute - Национальный Институт Стандартизации США), DIN (DeutscheInstitutfuerNormung – Немецкий институт стандартизации, член ISO) и т. д. У каждой такой группы есть свой IS-номер (International Standard — Международный Стандарт). Международный Стандарт технических характеристик диска был опубликован для того, чтобы компакт-диски от разных музыкальных издателей и проигрыватели от разных производителей стали совместимыми. Все компакт-диски должны быть 120 мм в диаметре и 1,2 мм в толщину, а диаметр отверстия в середине должен составлять 15 мм. Говорят, что такие размеры были выбраны потому, что на них полностью умещалась Девятая симфония Бетховена. Аудио-компакт-диски были первым средством хранения цифровой информации, которое вышло на массовый рынок потребления.

Принцип действия

Компакт-диск изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 мкм в специальном стеклянном контрольном диске. По этому контрольному диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и таким образом получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске. На смолу наносится очень тонкий слой алюминия, который в свою очередь покрывается защитным лаком. После этого наклеивается этикетка. Углубления в нижнем слое смолы в английском языке называются термином «впадина» (pit), а ровные пространства между впадинами называются термином «площадка» (land). Диски имеют одну спиральную дорожку, но начинающуюся с внутренней стороны диска. Эта спираль имеет 22 188 витков (поперечная плотность около 600 витков на 1 мм) и длину более 5,6 километров. Область с диаметром 46-50 мм является вводной (lead-in), область 116-117 мм - выводной (lead-out). Область между этими зонами называется программной (program-area). Дорожка представляет собой цепочку ямок в прозрачной основе диска, за которой расположен светоотражающий слой. Поперечный шаг витков спирали - 1,6 мкм, ширина дорожки (ямок) - 0,5 мкм, глубина ямок - 0,125 мкм. Края ямок соответствуют двоичным единицам канальной информации, кодирующей записанную на диске полезную информацию. Участок без изменения глубины соответствует двоичным нулям, число нулевых битов определяется длиной этого участка. Длина ямок лежит в пределах 0,83-3,56 мкм. Для считывания применяют инфракрасный лазер с длинной волны 780 нм. Глубина ямок выбрана равной ¼ длины волны луча лазера в прозрачном материале основы диска. Благодаря этому луч, отраженный от дна ямки, возвращается в приемник в противофазе с лучом, отраженным от поверхности, что повышает контрастность восприятия ямок. Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку время уходит и на разгон и торможение диска при достаточно быстром перемещении головки. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для звуковоспроизведения в реальном масштабе времени, соответствует информационной скорости 150 Кбит/с, так как должно быть считано 75 блоков данных по 2048 полезных байтов. Это стандартная скорость передачи данных для устройств CD-DA, которые также называются односкоростными. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереосигнала с частотой квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске используется только одна поверхность. Каждое музыкальное произведение (или его часть) записывается на одном треке, всего на диске может быть до 99 треков. Во вводной зоне размещена таблица содержимого (TOC - Table Of Content), в которой описаны координаты каждого трека и выводной зоны. Внутри каждого трека могут быть расставлены индексы, маркирующие определенные точки в записи, - их можно быстро находить для проигрывания с заданного места. Кроме основного информационного канала, несущего звуковую информацию, на диске имеются служебные субканалы (каналы субкода P, Q, R, S, T, U, V, W), с пропускной способностью по 1/192 от основного канала. Из этих субканалов широко используются лишь P и Q, которые служат для навигации по диску, хранения краткой информации (идентификаторов) о содержимом диска и треков, а также хранения TOC. В таком виде появились и первые компакт-диски, ориентированные на хранение данных, для считывания которых применяются приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory). Они базируются на тех же методах организации и кодирования данных на физическом уровне, что и аудио-CD, но отличаются способом организации и использования хранимой информации. Информационная емкость

Винтовая канавка

Блок пользовательских данных объемом 2kb

Впадина Площадка

Рис 5. Структура записи компакт-диска

стандартного диска CD-ROM - 650 Мбайт. Это можно подсчитать следующим образом: 74мин * (75блоков*2048байт)/сек = 681984000байт.

Тиражирование компакт-дисков

Основной способ изготовления дисков - прессование с матрицы. Оригинал формируется с исходной цифровой мастер-ленты, содержащей уже

подготовленный и закодированный цифровой сигнал, специальным высокоточным станком на стеклянном диске, покрытом слоем фоторезиста -

материала, изменяющего свою растворимость под воздействием лазерного луча. При обработке записанного оригинала растворителем на стекле возникает требуемый рельеф, который методом гальванопластики переносится на никелевый оригинал (негатив), который может служить матрицей при мелкосерийном производстве, либо основой для снятия позитивных копий, с которых, в свою очередь, снимаются негативы для массового тиражирования. Штамповка выполняется методом литья под давлением: с негативной матрицы прессуется поликарбонатная подложка с рельефом, сверху напыляется отражающий слой, который покрывается лаком. Поверх защитного слоя обычно наносятся информационные надписи и изображения.

Диски с возможностью записи (CD-R, "болванки") изготавливаются таким же методом, но между основой и отражающим слоем располагается слой органического вещества, темнеющего при нагревании. В исходном состоянии слой прозрачен, при воздействии лазерного луча образуются непрозрачные участки, эквивалентные питам. Для облегчения слежения за дорожкой при записи на диске в процессе изготовления формируется предварительный рельеф (разметка), дорожка которого содержит метки кадров и сигналы синхронизации, записанные со сниженной амплитудой и впоследствии перекрываемые записываемым сигналом.

Записываемые диски за счет наличия органического фиксирующего слоя имеют более низкий коэффициент отражения, чем штампованные, отчего некоторые проигрыватели (Compact Disk Player - CDP), рассчитанные на стандартные алюминиевые диски и не имеющие запаса по надежности чтения, могут воспроизводить диски CD-R менее надежно, чем обычные.

Несмотря на то, что запись на компакт-диск производится с помощью лазера, этот способ не пригоден для производства сотен и тысяч копий. Запись одного мастер-диска длится минуты. Кроме того, материалы, применяемые при изготовлении мастер-дисков, не подходят для длительного использования этих дисков.

Если необходимо изготовить небольшой тираж компакт-дисков, с оригинала снимается, методом гальванопластики, металлическая копия – матрица, которую можно использовать для изготовления копий также, как при тиражировании виниловых грампластинок. Этот метод применяется для изготовления небольших партий дисков, поскольку металлическая копия изнашивается.

Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже. Независимо от способа записи оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи. Однако между штампованными и записанными дисками все же имеется некоторая разница. Перезаписываемые диски CD-RW по сравнению с CD и    CD-R при считывании дают меньшую амплитуду сигнала. По этой причине приводы без автоматической регулировки чувствительности приемника (старые модели, до 1998 г., включая ряд моделей 8x) не могут считывать диски CD-RW.

Этикетка

Темное пятно в слое красителя, выжигаемое лазером в процессе записи

Инфракрасный лазерный диод

Призма

Линза

Фотодетектор

Направление движения

12 мм

Поликарбонат

Подложка

Рис 6. Поперечное сечение диска CD-R и лазера (масштаб не соблюдается). Обычный компакт-диск имеет сходную структуру, но у него отсутствует слой красителя и вместо слоя золота используется слой алюминия с выемками

Большие партии компакт-дисков производятся в два этапа

1. С мастер диска описанным выше способом снимается первичная матрица.

2. С помощью этой матрицы изготавливается копия мастер-диска из более прочного металла.

3. Копию мастер-диска можно многократно использовать для изготовления вторичных (рабочих) матриц.

При таком способе можно изготовить множество рабочих матриц с одной копии мастер-диска, причем его оригинал практически неприкосновенен, а в технологическом процессе используются относительно дорогие материалы. Поступающие в продажу компакт-диски отштампованы на поликарбонатной основе, покрытой алюминием и защитным слоем пластика. Тонкое алюминиевое покрытие повторяет профиль поверхности основы, что позволяет по отражению лазерного излучения от поверхности определить, есть ли на ней углубление.

         Описанная технология используется при производстве как звуковых компакт-дисков, так и дисков CD-ROM.

        

         Помимо «штамповки» существует технология дублирования дисков, устройства, которые это выполняют – дупликаторы. Вниху приведены образцы дупликаторов.

         Технологии записи на CD

Данные на компакт-дисках записываются с использованием технологии CLV (ConstantLinearVelocity) – постоянной линейной скорости. При считывании с внутренних дорожек вращение происходит быстрее, а с внешних медленнее. Этот способ применяется потому, что изначально он был необходим для воспроизведения звука. Потому область диска разбивается на сектора.

Новые накопители CD-ROM используют диски, записанные с применением технологии CAV (ConstantAngleVelocity) – постоянной угловой скоростью. Этот тип накопителей считывает дорожки на краю диска быстрее, чем в центре, поскольку диск вращается с постоянной скоростью. Накопители CAV работают, как правило, быстрее, чем CLV.Технология записи, где используютсяобе вышеописанные технологии называется         P-CAV (Partial-CAV) – частичное CAV.

При больших скоростях начинает сказывается вибрация. Поэтому был разработан новый метод считывания информации, называемый TrueX/MultiBeam. В таких накопителях скорость вращения диска относительно постоянна, но считывающий лазерный луч расщепляется на

Параметр	CLV	CAV
Скорость вращения диска	Различная	Постоянная
Скорость передачи данных	Постоянная	Различная
Уровень шума	Высокий	Низкий
Цена	Высокая	Низкая

Лазерный диод

Разделитель луча

Многолучевой детектор

Линзы

Рис. 7. Схема работы накопителя TrueX/MultiBeam

семь лучей, что позволяет одновременно считывать информацию с семи дорожек, а не с одной. Ниже показана схема работа накопителя. Снижение скорости вращения диска уменьшает вибрацию. Постоянная скорость вращения приводит к единой скорости передачи данных по всей поверхности диска. Поэтому накопители TrueX/MultiBeam со скоростью передачи 40х или 52х обеспечивают эту скорость на всей поверхности диска, а не только на внутренних дорожках. Ниже приведены параметры накопителей TrueX/MutiBeamи P-CAV.

Впоследствии были разработаны диски, записываемые пользователем, CD-R (CD Recordable), и устройства записи (рекордеры) CD-Writer, CD-Recorder (естественно, способные и считывать информацию). Эти диски и устройства позволяли лишь однократную запись, их еще называли CD-

Накопитель	Номинальная скорость передачи данных	Средняя скорость передачи данных	Загрузка процессора	Технология	Среднее время доступа, мс
Acer CD-640A	40х	24 – 27х	8% (в центре компакт-диска) и более 82% (внешние дорожки)	P-CAV	75
Kenword 40x	40х	42-47х	18% (по всей поверхности)	TrueX	80

WORM или CD-WO. Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск первоначально назвали CD-E (Erasable - стираемые), и его заменили на CD-RW (ReWditable - перезаписываемые), хотя физическая суть та же. Особую привлекательность CD-R и CD-RW придает совместимость этих дисков с обычными приводами CD-ROM и даже аудиоплейерами. Более новые и емкие диски DVD совместимости с CD не имеют. Но и здесь появились комбайны, позволяющие работать и с DVD, и с CD.

Носители информации CD, CD-R, CD-RW

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

Поскольку для программных файлов и файлов с данными важен каждый бит, в накопителях CD-ROMиспользуются весьма сложные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок. Благодаря им вероятность неправильного считывания данных составляет не более 10^-1025. Для реализации этих методов коррекции ошибок к каждым 2048 байтам полезных данных добавляются 288 контрольных (служебных). Это позволяет восстанавливать потерянные данные, - до 1000 ошибочных битов. Это необходимо в виду недостаточной защищенности от возможных механических повреждений. Данные прочитанные неправильно интерполируются, и эти изменения будут недоступными для человеческого уха. Максимальная длина полностью исправляемого пакета ошибок - около 4000 бит (~2.5 мм длины дорожки), однако не любой пакет такой длины может быть полностью исправлен.

Устройство хранящего слоя может быть различно.
Штампованные (печатные) диски CD имеют рельефную верхнюю сторону прозрачной основы, покрытую светоотражающим напылением. Ямки и ровные участки трека дают разную интенсивность отраженного луча, которая регистрируется фотоприемником. Штампованные диски изготавливаются на специальном заводском оборудовании.

Однократно записываемые диски CD-R имеют покрывающий основу слой органического красителя, поверх которого нанесено светоотражающее напыление (золото или сплав серебряного цвета). При записи выжигаются фрагменты красителя, в результате отраженный луч также будет промодулирован по интенсивности.

Перезаписываемые диски CD-RW, под отражающим слоем имеют регистрирующий слой, который может менять свое состояние между поликристаллическим и аморфным. Прозрачность слоя зависит от его состояния. При перезаписи состояние отдельных участков изменяется в зависимости от степени нагрева участка лучом записывающего лазера при остывании фокусируется то или иное его состояние. В отличие от печатных дисков и CD-R, отражающих около 70% мощности падающего луча, диски CD-RW обладают существенно меньшей отражающей способностью.

       Для упрощения записывающей аппаратуры на болванке (target) - чистом диске для записи - по всей поверхности при изготовлении носителя спиральная дорожка разметки (pregroove). Разметка отпечатана на верхнем слое поликарбонатного субстрата, по ней при записи наводится головка. Эта дорожка, по которой при записи диск разбивается на кадры, содержит коды разметки диска по времени (ATIP, Actual Time In Pregroove). На этой же дорожке имеется и информация о требуемой мощности лазера и возможной скорости записи. Скорость записи зависит как от диска, так и от привода. При попытке записи на диск со скоростью большей, чем гарантированная, четкость изменения оптических свойств участков ухудшается, и диск может

оказаться нечитаемым.
         Диски бывают разных цветов, и в зависимости от цвета отражающего и регистрирующего слоев.

1. Серебряный цвет имеют печатные диски (прозрачная подложка, алюминиевый отражающий слой). Алюминий на диске хоть и медленно, но все-таки окисляется и меняет свои отражающие свойства, поэтому время жизни печатных дисков оценивают в 10-15 лет.

2.В голубых и зеленых болванках (если смотреть снизу) CD-R в регистрирующем слое используется цианин (cyanine) - материал голубого цвета. Зеленый цвет болванок дает золотой отражающий слой, голубой остается при отражающем слое из серебра или сплавов алюминия. Эти болванки имеют среднюю стойкость к перепадам температуры и солнечному свету. Предполагаемое время жизни диска при нормальных условиях - 75 лет.

3. Золотистые болванки CD-R имеют регистрирующий слой из фталоцианина, они более стойкие к внешним воздействиям. Предполагаемое время жизни диска - 200 лет.

4. Серо-коричневый цвет имеют болванки CD-RW (цвет регистрирующего слоя).

      Верхняя поверхность болванки может быть защищена довольно прочным покрытием, на котором можно даже печатать этикетки специальным принтером для дисков. Это отражается пометкой 'Scratch resistant printable surface' на упаковке диска. От руки диск можно подписывать только мягким фломастером с войлочным пером и чернилами на водной основе, но ни в коем случае не шариковой ручкой и не карандашом.
        На верхнем слое поликарбоната нанесена спиральная дорожка разметки (pregroove), содержащая коды ATIP - требуемая мощность лазера, возможная скорость записи и временные коды каждого кадра, а также информация о носителе, информация определяется изготовителем матрицы, изготовитель диска может использовать матрицу не по назначению: залить другую краску и т.п.

На диске также указывается возможная скорость записи. Если диск пригоден для записи на скорости 2x и выше, то на нем должна быть отметка 'Multi Speed' и указана максимальная скорость, например '4x compatible'. Отсутствие таких отметок говорит о возможности записи лишь на однократной скорости. Высокоскоростные болванки, естественно, дороже низкоскоростных, но это расплата за возможную экономию времени при записи. Полностью диск на скорости 1x записывается 74 минуты (плюс еще несколько минут может потребоваться на запись служебной информации). Скорость Nx, позволяет сократить это время примерно в N раз.
           Диски рекомендуется хранить в специальных пластмассовых футлярах, где они фиксируются. Для того чтобы аккуратно вынуть диск, нужно одним пальцем нажать на фиксатор, а другим взять диск за торцевые поверхности. При этом диск не будет сильно изгибаться (при нажатии фиксатор отпускает диск) и пачкаться руками. Особенно чувствительны к изгибу диски CD-RW, поскольку их регистрирующий слой находится в аморфном (полужидком) состоянии. Хранить диски, которыми пользуются неоднократно, в конвертах не рекомендуется - при вынимании и укладке поверхности диска будут неизбежно царапаться. В такой упаковке часто приходят дистрибутивы ПО, а также диски, вложенные в книги.
Все диски следует беречь от деформаций, царапин и нагревания.

Многосеансовые диски

Специальным вариантом записываемого диска является многосеансовый диск в котором видимое при обычном считывании содержимое записываемого диска может меняться пользователем несколько раз. Сессией (session) называют набор треков (от 1 до 99), которому предшествует вводная зона, содержащая ТОС с указателями начала каждого из этих треков. За последним треком имеется и выводная зона (lead out), начало которой также задано в ТОС. Сразу за выводной зоной может быть записана вводная зона следующей сессии.

          Каждая сессия (структура, записанная за один сеанс) выглядит как обычный CD-ROM, но есть нюансы в записях вводной зоны. Сессия называется закрытой, когда ее программная область обрамлена вводной и выводной зонами. Однако в ее ТОС указатель на выводную зону может указывать либо на начало выводной зоны, либо на ее конец, то есть на начало вводной зоны следующей сессии. Когда указатель описывает начало выводной зоны, диск становится закрытым - следующую сессию к нему уже не добавить. Когда он указывает на конец вводной зоны, на диск возможна запись последующей сессии (если хватает ресурсов: места на диске, места в РМА и номеров треков).
Первый трек первой сессии должен иметь номер 01, следующие треки - последовательно нарастающие номера. Номер первого трека очередной сессии должен быть следующим за номером последнего трека предыдущей сессии.
          Многосеансовые, или мультисессионные (multi session CD), диски содержат более одной сессии, и все сессии физически доступны для чтения. Очередная записываемая сессия может быть полностью независимой (ее ТОС содержит ссылки только на ее собственные треки), а может быть и связанной с предыдущими сессиями (linked session). Связь может быть как на уровне треков (абсолютные координаты 'старых' треков, все или частично, включают в ТОС новой сессии), так и на уровне файлов (для CD-ROM). Связь на уровне файлов требует внесения ссылок на файлы прежних сессий в каталогах и таблице путей, являющихся логической частью файловой системы CD-ROM.
          Возможности использования информации конкретных сессий зависят от устройства считывания и его ПО. Аудиоплейеры, как правило, считывают только первую сессию - остальными они просто не интересуются. Приводы CD-ROMи их ПО могут читать любую сессию. Если они будут читать последнюю сессию, появляется возможность 'перезаписать' диск CD-R, на самом деле только дописывая следующую сессию. На этих свойствах построены диски CD Plus, они же CD Extra, у которых первая сессия предназначена для аудиоплейеров, а вторая и последующие - для приводов CD-ROM. Приводы CD-ROM и аудиоплейеры способны считывать только закрытые сессии, незакрытые сессии доступны только рекордерам. Диск в принципе закрывать необязательно, но может встретиться привод, не желающий (совместно со своим ПО) читать незакрытый диск.
          Многосеансовая запись впервые появилась в PhotoCD, а затем и в CD-ROM ХА. Сейчас на нее распространяется стандарт, описанный в Оранжевой книге, согласно которой многосеансовая запись может производиться в физическом формате Mode I (CD-ROM) или Mode 2 (CD-ROM XA). Все сессии одного диска должны записываться в одном из этих режимов.
   Поддержка многосеансовых дисков появилась уже в ряде моделей приводов 4х, ее имеют практически все накопители 8х и более высокоскоростные. По умолчанию привод, поддерживающий многосеансовый режим считывания, должен обращаться к последней сессии. В таблице путей, записанной в этой сессии, могут содержаться и ссылки на файлы из предыдущих сессий. Таким образом, в зависимости от наличия этих ссылок через таблицу путей последней сессии оказываются доступными не только ее данные, но и любые файлы предыдущих сессий. При этом оказывается возможным и 'обновление' прежних файлов, которое сводится к записи новых их версий и включению в таблицу путей ссылок только на эти версии. Удаление файлов сводится к тому, что ссылка на них не включается в таблицу путей последней сессии.

Файловые системы

     Для аудиодисков не требовалось создавать какую-либо специальную логическую структуру - достаточно того, что каждой аудиозаписи соответствует собственный трек. Для хранения данных требуется организация файловой системы, которая не может просто повторять дисковую файловую систему. Такая система при большом времени доступа с большим количеством каталогов и файлов работала бы крайне медленно. В настоящее время для CD, используемых в PC, распространены почти эквивалентные файловые системы HSF и ISO 9660, которые иногда отождествляют.
       HSF (High Sierra Format), он же HSG (High Sierra Group), - фактический стандарт на доступ к данным из среды DOS, UNIX и других ОС. Стандарт назван по географическому названию места его разработки.
      ISO 9660 - первый стандарт (1988 г.) для хранения данных на CD-ROM. Структуру тома описывает таблица содержимого ТОС или VTOC, которая хранится в его логических секторах на треке тома. В ТОС описаны все файлы, присутствующие на диске, - имя, дата создания, атрибуты, положение всех экстентов файла.

         Файлы на диске располагаются в каталогах, образующих древовидную структуру, и каждый каталог содержит список входящих в него файлов, их атрибуты и указатели на секторы, в которых располагается начало файлов или их экстентов. Для ускорения поиска файлов на диске кроме каталогов имеется дополнительная таблица путей (path table), содержащая список путей (в символьном формате) ко всем подкаталогам диска и адреса их начальных секторов. Записи каталогов и таблицы путей имеют переменную длину, определяемую длиной имени. Чтобы таблицы были компактными (тогда они смогут целиком размещаться в ОЗУ), выгоднее использовать наиболее короткие имена каталогов. С учетом поиска через таблицу путей выгодно большое количество файлов распределять по большему количеству каталогов, при этом время на поиск в каталоге (перебор) сократится.
Rock Ridge - расширение стандарта ISO 9660 для ОС UNIX, обеспечивающее работу с длинными именами файлов и символьными связями.
   Формат HFS (Hierarchical File System - иерархическая файловая система) используется вместо ISO 9660 в дисках для Macintosh, на PC эти диски воспринимают ОС Linux и OS/2.
     Joliet - расширение файловой системы ISO 9660 от Microsoft для Windows 9x/NT, снимающее ограничения на имена файлов. Позволяет использовать любые символы в именах, преодолеть ограничение на длину имени '8.3', увеличить возможную глубину вложенности каталогов и снять ограничения на имена каталогов. Допускает длину имен файлов и каталогов до 64 символов (длинные имена Windows могут иметь длину до 255 символов). Символы имен кодируются двумя байтами Unicode, что обеспечивает возможность использования различных языков. Расширение строится на возможности организации множества дескрипторов одного и того же тома, заложенной в ISO 9660. Файлы на диске размещаются так же, как и в ISO 9660, и первичный дескриптор тома также указывает на структуры формата ISO, с таблицей путей, доступной MS-DOS. Но добавляется еще и дополнительный дескриптор тома (SVD), который указывает на альтернативную таблицу путей, содержащую расширенные имена Windows. Обе таблицы путей описывают один и тот же набор файлов.
      Romeo - расширение файловой системы для поддержки длинных имен (до 128 символов) Windows 95 и NT.
    Поскольку диск CD-RW допускает перезапись, структура файловой системы ISO 9660, не ориентированная на возможность модификации уже записанных данных, - для него не лучшее решение.
    Файловая система UDF (Universal Data Format) с пакетами переменной длины построена иначе. Здесь файлы хранятся рядом со своими описаниями, допустима длина имен до 127 символов. Никаких общих таблиц размещения файлов и экстентов для UDF не требуется - последовательное чтение пакетов позволяет собрать все файлы диска. Конечно, для быстрого поиска нужного файла в памяти компьютера строится виртуальная таблица размещения файлов.
Международные стандарты ISO/IEC 13346 и ISO/IEC 13490 и европейские ЕСМА (European Computer Manufacturers Association) - ECMA-167 и ЕСМА-168 (1994 г.) призваны заменить ISO-9660 (ECMA-119). Здесь снимаются некоторые ограничения, свойственные прежним стандартам.

       ЕСМА-168 (Volume and File Structure of Read-Only and Write-Once Compact Disk Media for Information Interchange) описывает структуру файлов и томов на дисках CD-ROM и CD-RW. Спецификация предусматривает любой метод записи - сплошной (сессия или диск за один заход), потрековый и пакетный. Диск ЕСМА-168 более удобен для хранения данных, чем ISO 9660. Стандарт вобрал возможности Rock Ridge: длинные имена, глубокую вложенность каталогов, а также расширенный набор символов в именах. Хотя прямой совместимости с ISO 9660 нет, возможно создание 'компромиссных' дисков со структурами записей в обоих форматах.

Форматы CD

В настоящее время встречается множество разновидностей компакт-дисков, большинство из которых может использоваться в ПК.
Все стандарты на компакт-диски больше известны по цветам библиотек, в которых они описываются.

1.PC CD-ROM - диски с файлами данных для IBM PC-совместимых компьютеров. Файловая система, как правило, ISO 9660, для длинных имен Windows используется расширение Joliet.

2.MAC CD-ROM - диски с файлами данных для компьютеров Macintoch. Файловая система HFS.

3.CD-R и CD-RW - болванки для записи и перезаписи на CD-рекордере; логическое содержание определяется записанной программой.

4.CD-DA (Digital Audio) IEC 908, Red Book, 1982 год, - традиционный стандарт аудиозаписи (до 99 треков, до 74 минут, до 99 точек входа на каждый трек). Аудиодиски CD-DA имеют логотип 'Compact Disk Digital Audio'. Одним из основных применений стандарта CD-DA является запись музыки, звуковых эффектов и голоса. Благодаря этому стандарту стала возможной запись не только цифрового аудио для музыкальных альбомов, но и запись с добавлением музыки и голоса в приложения, работающие в смешанном режиме.

5.CD-Text - формат, предложенный Philips для записи текстовой информации на аудиодиски (например, автор, название произведения и т. п.). текст записывается в субканалах R:W. Плейеры, не поддерживающие текст, просто воспроизводят аудиотреки. Специальные плейеры имеют алфавитно-цифровой дисплей (2 строки по 20 знаков или 21 строку по 40 знакомест), предусматривается выбор информации  для просмотра и произведений для прослушивания с помощью меню. Приводы CD-ROM из данного формата воспринимают только аудиоинформацию (не поддерживают декодирование дополнительных субканалов).

6.CD-Grafhics (CD-G, CD+G) - формат для записи графики (текста) в субканалах R:W. Графика записывается с разрешением 288*24, 2 цвета (линейная графика), 288*192, 16 цветов (телевизионная графика CD-G) или 288*192, 256 цветов (расширенная телевизионная графика, CD-EG). Применяется в проигрывателях 'Караоке'.

7.PhotoCD - хранение изображений в формате Kodak. Использует физический стандарт CD-ROM XA и спецификации многосеансовых записываемых (CD-R) дисков. Изображения хранятся в форматах; соответствующих применению:

a) Photo CD Master - до 100 кадров с разрешением 2048*3072, для бытовой пленки 35 мм;

b) Pro Photo CD Master - 25-100 кадров с разрешением 4096*6144, для профессиональной работы;

c) Photo CD Portfolio - до700 кадров с разрешением 512*768 или 1024*1536, для интерактивных презентаций;

d) Photo CD Catalogue - до 6000 кадров с разрешением 512*768, для хранения каталогов;

e) Print Photo CD - до 100 кадров с разрешением 2048*3072, для полиграфической печати.

8.Video CD - высококачественная цифровая видеозапись с MPEG-сжатием, видеоданные чередуются с аудиоданными. Диск может содержать до 74 минут видеопотока, сжатого по алгоритму MPEG-1, с разрешением 352*240, 30к/с (NTSC) или 352*280, 25 к/с (PAL/SECAM), со стереозвуковым сопровождением. Неподвижные изображения могут иметь разрешение до 720*480/576 (могут использоваться для меню). На каждом треке может быть расставлено до 98 точек входа, на всем диске - до 500. диски интерактивны: с помощью меню можно выбрать точки входа (начала воспроизведения), формировать последовательность исполнения (playlist), быстро 'перематывать' вперед и назад, смотреть и скрывать субтитры. Диск содержит не менее двух треков. На первом треке записана прикладная программа проигрывания, списки точек входа, статические изображения и некоторые вспомогательные данные. На втором и далее треках размещаются видеоданные. Дополнительно могут присутствовать и аудиотреки CD-DA. Использует физический стандарт CD-ROM XA. Диски предназначены для Video CD-плейеров, но могут воспроизводиться и приводом CD-ROM на ПК с MPEG-декодером. Видеодиски Video CD имеют логотип 'Compact Disc Digital Video' и(или) надпись 'VideoCD'. Заметим, что диски CD-Video - это совсем другие диски, на которых записана аналоговая видеоинформация, и к устройствам чтения-записи, применяемым в ПК, эти диски не имеют никакого отношения.

9.Super Video CD - видеодиски с более высоким качеством изображения (напоминают DVD, но имеют меньшую емкость). Разрешение 480*480/576, сжатие по алгоритму MPEG-2 (средняя скорость потока 2,6 Мбит/с), 2 стерео- или 4 монофонических канала, 37 минут видео при максимальной скорости потока, может воспроизводиться на приводе со скоростью не ниже 2x.

10. CD Plus, они же CD Extra, - мультимедийные диски, содержащие две сессии - первую аудио (до 98 треков, воспроизводима стандартным аудиоплейером) и вторую в формате CD-ROM XA. Называется также Enhanced Music CD.

11. CD-1 - интерактивные диски с видео, аудио и другими данными, предназначенные для воспроизведения на специальном плейере. Файловая система отличается от ISO 9660. Диски CD-1 имеют логотип 'Compact Disc Interactive'.

12. CD-Bridge, или CD-1 Bridge, - формат сектора CD-ROM XA     Mode 2. видеопрограммы могут проигрываться на плейере CD-1 и CD-ROM XA. Файловая система ISO 9660.

13. Mixed-Mode Disc - диск со смесью данных (трек 1) и аудиотреков (треки 2-99). На старых аудиоплейерах первый трек может ошибочно трактоваться как аудио и воспроизводиться как страшный шум, способный повредить акустические системы и уши. Из разных вариантов (CD-Extra или CD-Plus, Hidden Track и др.) более известны Enhanced CD.

14. DDCD (Sony) - уменьшенное растояние между витками и уменьшенный размер пита. 1.3 ГБ.

15. ML-ROM, ML-R, ML-RW (TDK) - 3 бита на пит. Емкость и скорость увеличивается втрое. Диски 120 мм - 2 ГБ, 80 мм - 650 МБ, 60 мм - 200 МБ.

16. PD/CD - комбинированный носитель, записывающий информацию на специальный носитель по методу изменения фазы. Носитель представляет собой многослойный диск в защитном картридже, у которого в одном из слоев может изменятся фаза состояния (как и в CD-RW, но в PD этот принцип применили раньше). Считывание основано на изменении степени отражения участков с разной фазой состояния. В отличии от CD с одним спиральным треком, PD имеет концентрические треки (как у магнитных дисков) и, следовательно, произвольный метод доступа. Шпиндель накопителя поддерживает постоянную угловую скорость для каждой зоны треков. Это позволяет снизить время доступа при поиске в пределах зоны, поскольку не тратится время на разгон или торможение диска. Емкость PD, как и у CD, составляет 650 Мбайт, но PD не может быть считан на накопителе CD-ROM. В то же время устройство PD/CD считывает и обычные CD - тип установленного носителя определяется автоматически. Большим преимуществом PD перед CD-R является возможность многократных циклов стирания-записи и, естественно, считывания при прямом доступе к данным. Недостаток - несовместимость PD и CD.

17. WORM (Write Once, Read Many times) - устройство с однократной записью и многократным считыванием специфического носителя. Устойчивый к внешним воздействиям картридж емкостью 650 Мбайт - 1,3 Гбайт записывают по технологии, похожей на CD-WORM. Стоимость высокая, стандартов нет.

18. WARM (Write And Read Many times) подразумевает многократную запись и считывание, но стандартизованных оптических устройств данного типа нет.

19. mini-CD. В начале 90-х годов в Японии были распространены миниатюрные диски диаметром 80 мм, емкостью около 200 Мбайт. Для этих дисков на лотках приводов CD имеется небольшое углубление, обеспечивающее возможность их использования наравне с большими. На маленьких дисках выпускались продукты CD-XA – смесьвидео, аудио и данных.

20. CD-card. Это диски формой и размером почти идентичные банковской карте. Технически CD-визитка является тем же компакт диском и читается в любом стандартном приводе. Как носитель информации не очень практичен в силу сравнительно малого объема (30-100 Mb) и интересен прежде всего как рекламный продукт. Существует разновидность CD-визиток — CD-визитка с двумя закругленными гранями (Ring-CD). Они несколько проще в производстве поэтому и цена на них ниже.

21. Shape-CD — диски нестандартной (заказной) формы. Можно заказывать тираж дисков в форме фирменного логотипа, елочки и т.д. Разумеется какие-то ограничения все же есть - диск должен быть сбалансирован. Но в случае с аудиодисками и в силу маленькой скорости вращения, ограничения не столь жесткие.

Запись на оптические диски

1

2

3

4

5

6

7

Рис 8. Типичное устройство накопителя

1)             4) полупроводниковый лазер 2)                5) оптическая система 3)           6) подвижная каретка с отражающим зеркалом 7) фокусирующая линза

         Накопители CD-ROM отличаются от проигрывателей музыкальных дисков в основном микропроцессором, который выполняет декодирование электрических сигналов.В звуковых проигрывателях записанные на компакт-диск цифровые данные преобразуются в аналого-электрические сигналы, поступающие потом на стереоусилитель. При этом допускаются небольшие погрешности. При считывании CD-ROM погрешности абсолютно недопустимы. Запись на оптический диск имеет свою специфику, связанную как с организацией диска (одна спиральная дорожка), так и с особенностями управления лазером. В отличие от магнитных и магнитооптических дисков, обеспечивающих произвольный доступ к любому сектору как по чтению, так и по записи, информация должна записываться непрерывным потоком в цепочку секторов. Поначалу рекордеры (записывающие устройства) могли записывать за одно включение записывающего лазера не менее целого трека оптического диска. Следующим заходом можно было дописать последующий трек (треки), таким образом, по записи CD-R являются устройствами с последовательным доступом. С перезаписываемыми дисками CD-RW появился пакетный режим записи, который позволяет снять это ограничение.

Ниже приведен алгоритм работы накопителя CD-ROM

1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

2. Серводвигатель по командам от встроенного микропроцессора смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на копмакт-диске.

3. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

5. Эта линза направляет отраженный луч на вотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

          Данные, которые могут быть прочитаны с диска, для рекордера

Manufacturer - производитель матрицы (штампа), но не обязательно диска.

Writable/Rewritable - типболванки (CD-R или CD-RW).

Dye type - тип краски (для CD-R), информация для настройки записывающего лазера. Однако краска может быть иной (см. выше), а для настройки все равно используется область РСА.

Spiral length in blocks - длина спирали (количество блоков, доступных для записи). Соответствует действительности, так как определяется только штампом.

Rated speed - допустимая скорость записи. Если не указана, то для CD-R допустима скорость 1х, для CD-RW - 2х. Превышение скорости чревато порчей диска.

Audio - болванка может использоваться и на автономном рекордере аудио-дисков.

Режимы записи рекордера

1.Весь диск сразу (ОАО - Disk At Once). В этом режиме лазер включается на время записи всего диска от начала до конца, вся информация записы-вается на диск, включая вводную и выводную зоны, и последующая запись на эту болванку уже невозможна (даже если остается место). Для записи в режиме DAO требуются чистые болванки. Диски, записанные в режиме DAO, будут читаться на любых приводах и могут быть использованы как мастер-диски для производства печатных (штампованых) CD. Режим ОАО реализован не во всех рекордерах, он может не поддерживаться записывающим ПО (пакетом и драйверами).

2.Сессиясразу (SАО - Session At Once). В этом режиме за одно включение лазера записываются все треки, вводная и выводная зоны одной сессии. Режим малораспространенный, используется для дисков CD-Extra.

3.Потрековая запись (ТАО - Track At Once). В этом режиме лазер включается на время записи одного трека. В начале каждого трека записывается предзазор (pre-gap) длительностью 2 секунды (150 секторов). Этот режим применяется как для односеансовой, так и для многосеансовой записи. Режим пригоден для дисков любого назначения (аудио, CD-ROM и т.п.) Нормально записанные диски будут читаться на любых приводах. В этом режиме сначала на диск пишутся информационные треки, а вводная зона остается свободной. Координаты начала треков, а также координаты начала свободной области, следующей за последним уже записанным треком временно сохраняются в служебной области болванки (РМА). Вводная к выводная зоны записываются позже - при закрытии сессии. До закрытия сессии (в ISO 9660 включающей запись логической ТОС и таблицы путей) записанные данные для обычных приводов CD-ROM остаются недоступными.

4.Пакетная запись (packet writing). В этом режиме за одно включение лазера записывается произвольное количество блоков - пакет. Длина пакета не превышает объема буфера рекордера, благодаря чему опустошение буфера при записи не грозит порчей диска. Лазер включается на запись, только если в буфере уже имеется полный пакет. Между пакетами записывается всего 7 промежуточных блоков. Пакеты могут быть фиксированной или переменной длины. Пакетную запись ввели на CD-RW, благодаря ей появилась возможность прямого доступа по записи к отдельным блокам диска (при пакетах фиксированной длины). Пакетная запись поддерживается не всеми рекордерами. Диски, записанные в пакетном режиме, читаются не всеми приводами CD-ROM (у них возникают проблемы с чтением промежуточных блоков). Для аудиодисков пакетная запись непригодна. Для чтения диска, записанного в этом режиме, требуется драйвер файловой системы UDF. Сессия (диск) с пакетами переменной длины может быть закрыта и в формате ISO 9660 Level 3, тогда она будет читаться и с помощью редиректора (типа MSCDEX), поддерживающего Level 3 (старые MSCDEX поддерживают только Level 1, без чередования и фрагментации файлов).

Стирание диска предполагается только для CD-RW - при стирании вся стираемая область переходит в одно состояние (фазу). Стирание может быть полным (full erase) или быстрым (quick erase). При полном стирании выполняется 'зачистка' всего диска, включая и информацию ТОС во вводной зоне. Быстрое стирание очищает лишь отдельные области диска. Диск со стертой ТОС будет выглядеть пустым, но при этом он может содержать информацию (до которой очень трудно добраться). Быстрое стирание, затрагивающее лишь структуры данных томов, используют на дисках с пакетной записью (например, в DirectCD). Диск может быть настолько испорчен, что рекордер не сможет выполнить и стирание. В этом случае может помочь стирание солнечным светом или ультрафиолетовыми лучами (в устройстве для стирания ультрафиолетовых ПЗУ).

Закрытием сессии называется процесс записи вводной зоны со сформированной таблицей ТОС, а также выводной зоны. До закрытия сессии стандартные устройства чтения не располагают информацией о координатах начала треков - эта информация временно сохраняется рекордером в специально отведенной зоне РМА, не входящей в стандартную область, доступную для записи (650 Мбайт). Про эту область 'знает' только записывающее ПО, и читают ее только рекордеры. Незакрытая сессия недоступна никаким устройствам чтения в 'штатном' режиме. Рекордер может дописывать в незакрытую сессию треки до тех пор, пока на диске есть доступное место, пока не будет достигнуто предельное число треков в сессии (99) и пока есть место в РМА для временного хранения координат начала трека. После закрытия к сессии уже не могут быть добавлены треки, но может быть открыта новая сессия, если не закрыт диск.

Закрытием диска (финализацией) называют запись вводной и выводной области, причем в ТОС указывается начало выводной дорожки (а не начало возможной вводной для последующей сессии). После закрытия диска к нему уже не могут быть добавлены сессии (и треки). Закрытие диска в принципе необязательно, достаточно закрытия сессии.

В течение всего времени записи, когда работает прожигающий лазер, на рекордер в требуемом темпе должна поступать записываемая информация. Опустошение буфера устройства (underrun) не допускается - в режиме записи устройство не может ждать. Прерывание процесса записи (приостановка потока данных), как правило, губит болванку.

        

Работа рекордера с дисками

Практически все модели современных рекордеров CD позволяют работать с болванками обоих типов. Выбор типа носителей делают с учетом назначения записи (передача информации, архивация данных с необходимостью сохранения предыстории и без, другие задачи). Перезаписываемые болванки дороже, но они дают право на ошибку.

          По способу подготовки данных для записи различают запись с образа CD и запись 'на лету' (on-a-fly). Более надежен способ с предварительным созданием образа CD. При этом вся информация для записываемого диска должна быть предварительно сформирована в виде файла-образа на каком-либо носителе (винчестере). При записи образ считывается и передается на рекордер с требуемой скоростью, не допуская опустошения буфера. Для хранения образа требуется наличие свободного дискового. Запись 'на лету'не требует резервирования большого объема внешней памяти для хранения образа - файлы считываются с мест своего обычного хранения, но также должна быть гарантирована скорость и непрерывность считывания.

Для защиты от порчи болванок в современных рекордерах применяют технологию BURN-Proof (Buffer UnderRuN Proof - проверка буфера на опустошение) - очередная порция записи не начинается, если в буфере недостаточно информации. При большом размере буфера (2-4 Мбайт) эта технология работает довольно надежно.

   Приложения, записывающие и перезаписывающие CD, часто имеют функцию тестирования, при которой имитируется весь процесс записи диска, но без включения лазера. Таким образом удается проверить, все ли компоненты будущего диска находятся на своих местах и доступны и достаточна ли скорость подачи данных на рекордер.

Некоторые советы и требования, предъявляемые к компьютеру, для записи на диски

1.Компьютер должен быть достаточно мощным.

2.Предпочтительный интерфейс рекордера и дисков - SCSI, имеющий более высокую производительность, чем АТА при одновременной работе с несколькими устройствами.

3.Если используется интерфейс АТА, то винчестер с образом и рекордер следует устанавливать на разных каналах АТА.

4.Предпочтительный режим работы драйверов - прямое управление шиной (bus mastering).

5.Для хранения образа желательно иметь отдельный раздел жесткого диска, который следует регулярно дефрагментировать.

6.На время записи компьютер не должен играть роль сервера сети. Если имеется модем, для его ПО должна быть запрещена реакция на звонки.

7.На компьютере на время записи должен быть запрещен автоматический запуск приложений по расписанию.

8.На компьютере на время записи должен быть отключен screensaver.

9.Средства управления энергопотреблением рекомендуется отключить.

10. На время записи не следует запускать лишних приложений, особенно ресурсоемких.

11. Предпочтительны модели рекордеров с большим объемом буфера.

12. Скорость записи должна выбираться исходя из качества болванок и производительности компьютера. Чем выше скорость записи, тем выше требования к скорости подачи входного потока данных. Запись на пониженной скорости может оказаться более качественной.

Надежность дисков и защищенность от ошибок

(CIRC – Cross Interleaved Reed Solomon Code). Алгоритм CIRC реализован на программно-аппаратном уровне во всех устройствах, позволяющих читать компакт-диски: аудио плееры, видео плееры, компьютерные приводы CD-ROM, прочие встраиваемые приводы. При этом исполняет алгоритм коррекции специальный чип, а микропрограмма по которой он работает называется «firmware» и обычно записывается в ПЗУ или ППЗУ привода.

CIRC состоит из двух уровней коррекции ошибок: C1 и C2. На этих двух уровнях могут появляться ошибки, обозначаемые как E11, E21, E31, E12, E22, E32. CIRC использует два принципа обнаружения и коррекции этих ошибок: избыточность (redundancy) и перемежение (interleaving).

Избыточность составляет около 25% от полезной информации. Это значит, что для хранения, скажем, 4 Мб полезной информации используется около 5 Мб дискового пространства. Перемежение заключается в том, что логически единая информация делится на блоки и располагаются не подряд, а на относительно большой площади компакт-диска. Так, например, один информационный блок (frame) из 24 байт физически хранится в 109 блоках.

Вышеуказанные меры по коррекции ошибок предпринимаются из-за того, что, как уже упоминалось, изготовить на 100% читаемый компакт-диск невозможно. Т.е. появление ошибок во время считывания данных с диска является нормальным явлением и учитывается технологией.

Ошибки первого уровня (Level 1).

Ошибки E11, E21 и E31 обнаруживаются на первом уровне коррекции, обозначаемом как C1. Появление E11 означает, что был обнаружен один неверно декодированный символ (байт) на уровне C1. Соответственно, появление ошибки E21 указывает на два неверных байта, а E31 на три байта. После обнаружения ошибки происходит ее коррекция. На уровне C1 возможно исправить ошибки E11 и E21. Ошибка E31 не может быть исправлена на C1 и передается для коррекции на второй уровень.

Таким образом, при обозначении ошибки используется индекс E (от «error» – «ошибка») и двухзначный индекс, где первая цифра обозначает количество неверно считанных символов, а вторая цифра указывает на тот уровень коррекции, на котором эта ошибка обнаруживается и корректируется.

Ошибки второго уровня (Level 2).

Ошибки E12, E22 и E32 обнаруживаются на втором уровне коррекции, обозначаемом как C2. Появление E12 означает, что был обнаружен один неверно декодированный символ (байт) на уровне C2. Соответственно, E22 указывает на два байта, E32 на три байта. Ошибки E12 и E22 могут быть скорректированы на C2. Ошибка E32 является фатальной и не может быть исправлена.

В настоящее время выпускается несколько моделей высококачественных CD-ROM приводов, использующих особо точный алгоритм обнаружения и коррекции ошибок, которые способны исправить (точнее сказать – маскировать) даже E32. Но ни один из таких приводов не может гарантировать 100% коррекцию всех обнаруженных ошибок E32. Поэтому вне зависимости от формата записи диска – будь то звук или данные, – а также не зависимо от технологии, по которой диск был изготовлен – литье под давлением или запись лазерным лучом – диски с ошибкой E32 считаются дефектными.

Дополнительные сложности наличие ошибки E32 вызывает в случае ее появления на мастер-дисках (оригиналах, которые присылаются на завод в качестве прототипа, с которого выполняется тираж). Во-первых, E32 приводит к невозможности точного считывания данных, что ставит под угрозу отбраковки весь тираж. Во-вторых, оборудование мастеринга, обнаружив E32 в процессе работы, может просто остановиться и весь процесс потребуется начинать заново, что приводит к увеличению расходов на изготовление матрицы (литьевой формы, с которой изготавливается тираж) и затягиванию сроков изготовления тиража в целом.

BLER.

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

Стандарт «Красная книга» (Red Book, IEC 908) определяет максимальный BLER не более 220 блоков в секунду При этом вычисляется среднее значение при измерении на интервалах по 10 секунд. В зависимости от BLER диски делятся на пять классов (grade) качества:

Grade A (BLER < 6) — диски высокого качества;

Grade B (BLER < 50) — диски хорошего качества;

Grade C (BLER < 100) — диски удовлетворительного качества;

Grade D (BLER < 220) — диски, которые можно использовать, но чтение информации с которых затруднено или велика опасность выхода диска из строя (потеря информации);

Grade F (BLER > 220) — диски, использование которых просто опасно: они могут даже вызвать “зависание” компьютера и сбой в работе CD плеера — например, вы не сможете извлечь диск из привода без использования аварийного метода.

следует сделать важную оговорку: если быть предельно точным, то BLER – это не показатель только диска, а показатель всего тракта диск – система считывания. Т.е. ошибки чтения диска возникают не только из-за дефектов диска, но и из-за дефектов системы считывания. Нередко возникает ситуация, когда высококачественный диск не может быть нормально считан системой (например, СD плеером) именно из-за того, что неисправен привод системы. В этом случае может возникнуть огромное количество ошибок чтения, которое приедет к очень высокому значению BLER. Но диск будет совершенно не при чем. Поэтому когда мы рассматривали параметр BLER по отношению к диску, то предполагалось, что диск считывается на абсолютно исправном и высокоточном приводе, ошибки которого столь малы, что ими можно пренебречь. Подобные приводы устанавливаются в высококачественной бытовой и профессиональной аппаратуре, а также в анализаторах качества CD дисков.

Dropout.

Данная ошибка возникает, когда уровень возвращаемого сигнала на фотоприемник менее 75% от нормального значения. При этом понятие «нормального значения» уже предусматривает понижение интенсивности сигнала с учетом коэффициента отражения.

Dropout появляется в результате физических дефектов диска. Точного определения допустимого значения dropout в стандартах нет.

Push-pull tracking.

Наиболее надежное считывание информации с компакт-диска достигается за счет точной фокусировки и позиционирования луча лазера по центру дорожки. Тем более, что размер питов (pits) на диске меньше, чем длина волны лазера, с помощью которого считывается информация.

Если измерить разницу возвращенного сигнала между левой и правой частью дорожки, то в идеале должен получиться нуль – луч лазера находится точно по центру. Чем более отлично от нуля значение push-pull tracking (в зависимости от отклонения луча лазера от центра в ту или иную сторону, значение push-pull tracking может быть положительное или отрицательное), тем менее надежным будет считывание данных.

Параметр push-pull tracking характеризует точность геометрии питов (pits); его значение, наиболее близкое к нулевому, в значительной степени способствует точности работы механизма отслеживания дорожки читающим приводом. Для того, чтобы получить хорошее значение push-pull tracking при записи дисков лазерным лучом, следует использовать CD рекордеры с высокоточным механизмом фокусировки лазера. CD-R диски отличаются тем, что уже до записи имеют сформированную дорожку по которой двигается лазерный луч. Наиболее точные приводы, которые устанавливаются в измерительных и студийных системах (например, анализатор качества компакт-дисков Clover QA-101D), используют трехлучевые лазеры: центральный луч считывает информацию, а два других отслеживают дорожку и производят корректировку позиционирования.

Eccentricity (эксцентриситет).

Эксцентриситет – смещение геометрического центра диска (ось шпинделя) и геометрического центра спиральной дорожки, нанесенной на диск. В идеале эти центры должны совпадать. На практике возникает некоторое расхождение, которое должно укладываться в допуск не более 50 микрон.

Reflectivity (коэффициент отражения).

В процессе чтения информации с компакт-диска, лазерный луч с волной определенной длины (для CD дисков используется волна длиной 780 нм) направляется на поверхность диска, а затем производится его считывание. Reflectivity – параметр, показывающий отношение отраженной мощности к исходящей.

Наилучшим теоретическим значением является единица – от поверхности компакт-диска отражается 100% мощности луча. На практике же такое значение недостижимо, да и не особо нужно, так как надежное считывание информации происходит при Reflectivity = 0.65 (или 65%), что и является хорошим значением параметра.

Изначально, отражающая способность CD-R ниже, нежели у обычных CD из-за того, что в CD-R диске на один слой больше: между поликарбонатом и отражающим слоем располагается активный (регистрирующий) слой (dye) c помощью которого луч лазера и «прожигает» (burning) информацию. Питы на обычном CD формируются на поликарбонате в процессе литья, здесь регистрирующий просто слой не нужен. Чистый CD-R диск не содержит питов – они формируются в процессе записи лазерным лучом. После того, как информация на CD-R диске записана, активный слой уже не играет конструктивной роли. Наоборот, он лишь рассеивает отраженный луч, понижая коэффициент отражения.

Первые CD-R диски обладали существенно меньшим по отношению к обычным CD коэффициентом отражения, что вызывало множество проблем совместимости: далеко не все приводы могли читать CD-R. Однако в настоящее время подобных сложностей не возникает, так как современные модели CD-R дисков используют серебряный отражающий вместо золотого, а серебро обладает лучшими отражающими свойствами, нежели золото (уже не говоря о том, что серебро дешевле). Кроме того, применение новых органических слоев позволяет до минимума свести поглощение отраженного луча во время чтения диска.

Birefringence (двойное преломление).

Эффект двойного преломления возникает из за дефектов изготовления поликарбонатной основы (подложки) диска. Примеси в материале, излишние внутренние напряжения, появляющиеся в процессе литья – эти и многие другие факторы могут привести к тому, что при чтении информации луч лазера отражается не точно, что приводит к рассеянию сигнала.

Jitter.

Геометрическое представление бинарной информации на поверхности компакт-диска состоит из углублений (pits) и ровных участков (lands). Существует временной параметр перехода луча лазера по маршруту pits – lands или lands – pits, который должен быть для диска постоянным на столько, на сколько это возможно. По определению «Оранжевой книги» (Orange Book) значение jitter после записи должно быть менее 35 Нсек.

В настоящее время параметр «jitter» получил двоякое толкование, так как он в одинаковой степени зависит как от качества CD привода, так и от качества самого CD-R диска. Поэтому иногда jitter используют как характеристику качества чтения данных со стороны привода, а иногда им характеризуют диск.

Тестирование дисков

Выше были рассмотрены основные параметры, измерением которых определяется качество компакт-диска. Ниже, после понимания того, чем же конкретно отличаются диски друг от друга, можно рассмотреть их характеристики и сравнения различных моделей CD-R дисков, опираясь на результаты тестов, проведенных в 2001 году компанией Media-Rus (http://www.media-r-us.com ).

Результаты тестирования различных моделей CD-R дисков ведущих производителей

Рис. Анализатор качества CD/CD-R дисков Clover QA-101D

Рис. Дубликатор компакт-дисков MediaFORM CD-5908

сведены внизу в виде таблицы.

Диск	Скорость записи	BLER Ave.	BLER Pk.	E11	E21	E31	E12	E22	E32	Класс качества
Taiyo Yuden	1x – 16x	0.2	11	9	6	9	83	0	0	Grade A+
Mitsui Toatsu	1x – 16x	0.4	14	10	4	7	72	0	0	Grade A+
TDK	1x – 12x	0.5	20	10	9	12	136	0	0	Grade A+
Kodak	1x – 12x	1.0	27	14	8	10	91	0	0	Grade A+
Verbatim / Mitsubishi	1x – 12x	1.9	27	16	8	18	236	0	0	Grade A
Ritek	1x – 12x	2.9	32	19	9	21	295	0	0	Grade A
Ricoh	1x – 12x	3.3	26	25	11	12	129	0	0	Grade A
SKC	1x – 12x	3.9	35	27	14	16	135	0	0	Grade A
Princo	1x – 12x	5.1	56	23	10	41	466	0	0	Grade A

Для профессионально занимающихся звукозаписью рекомендуется использовать диски производителей Taiyo Yuden и Mitsui Toatsu.

       DVDдиски

Общая информация

Будущее компакт-дисков - цифровой универсальный диск, так называемый DVD (Digital Versatile Disc), изначально сокращение от Digital Video Disk — цифровой видеодиск. Это новый стандарт, который значительно увеличивает объем памяти и, следовательно, количество используемых для компакт-дисков приложений. Главная проблема современной технологии CD-ROM состоит в том, что она жестко ограничена объемом памяти диска. Диск CD-ROM может содержать максимум 650 Мбайт данных, и хотя это очень большой объем, но его оказывается недостаточно для многих новых приложений, особенно для тех, в которых используется видео.

История DVD

Стандарт DVD создавался несколько странно. В течение 1995 года два конкурирующих стандарта CD-ROM большой емкости начали борьбу за рынок будущего. Стандарт Multimedia CD был представлен компаниями Sony и Philips, а конкурирующий стандарт Super Density (SD) - компаниями Toshiba, Time Wamer и некоторыми другими. Если бы оба этих стандарта вышли на рынок в первозданном виде, то потребители, а также производители программного обеспечения оказались бы в затруднительном положении: какой из них выбрать?

Чтобы избежать этого, несколько организаций, включая Hollywood Video Disc Advisory Group и Computer Industry Technical Working Group, объединились и потребовали создать единый стандарт, отказавшись поддерживать оба стандарта-конкурента. Это побудило группы разработчиков в сентябре 1995 года создать единый новый стандарт CD-ROM большой емкости. Новый стандарт был назван DVD и совмещал в себе элементы своих предшественников, т.е. в его лице был получен унифицированный стандарт как для компьютерных технологий, так и для индустрии видео. Внешне DVD-диск напоминает CD: оба являются оптическими дисками диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Аналогичны они и по принципам записи цифровой информации. Оба состоят из прозрачной полимерной подложки, отражающего слоя и вспомогательного защитного (несущего) слоя, придающего им необходимую жесткость. В отражающем слое тем или иным образом формируется своеобразная матрица - в виде закрученной в спираль дорожки с углублениями. Но главное отличие состоит в том, что DVD всегда двусторонние – содержат два слоя (как минимум)

Для увеличения емкости DVD-диска можно изменять такие параметры: (первое число - относительный выигрыш, далее - значения)

* уменьшать длину штриха (~2,08х, от 0,972 до 0,4 мкм);

* уменьшать расстояние между дорожками (~2,1х, от 1,6 до 0,74 мкм);

* увеличивать область данных (~1,02х, от 86 до 87,6 см2);

* повышать эффективность кода коррекции ошибок (~1,32х);

* уменьшать секторы (~1,06х, от 2 048/2 352 до 2 048/2 060 байт).

CD- и DVD-диски во многом подобны, но их ключевые физические параметры значительно отличаются.

Параметр	CD	DVD	Комментарии
Диаметр, см	12	12	В цифровых камерах иногда используют диски диаметром 8 см
Физическая толщина диска, мм	1,2	1,2
Число информационных сторон	1	1 или 2
Толщина стороны, мм	1,2	0,6
Число информационных слоев на одной стороне	1	1 или 2	Пока распространены только однослойные диски
Емкость диска, Гбайт	0,68	4.7-17	1 гигабайт = 109 байт
Минимальная длина пита, мкм Ширина пита, мкм	0,83 0,5	0,4 / 0,44 0,5	Для однослойного - 0,4, для двухслойного - 0.44
Шаг спирали (питов), мкм	1,6	0,74
Длина волны лазера, нм	780	635 / 650	635 - длякоммерческих DVD-Video (for Authoring)
Апертура линзы	0,45	0,6
Схема модуляции данных	EFM	8 в 16	EFM - Eight to Fourteen Modulation
Схема коррекции ошибок	CIRC	RS-PC	CIRC - Cross Interleaved Reed-Solomon Code, RSPC - Reed Solomon Product Code

С каждой стороны может быть не один, а два рабочих информационных слоя: первый - "основной" - выполняется по стандартной технологии создания пит (прессования или выжигания) и напыления отражающего слоя, а второй - полупрозрачный (коэффициент отражения 40%) - наносится поверх первого.

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 после завершения его чтения - на внешнем. Типы DVD-дисков емкостью от 4,7 до 17 Гбайт приведены ниже. Цифра, содержащаяся в их названии типа, соответствует округленному значению емкости.

Тип DVD	DVD-5	DVD-9	DVD-10	DVD-18	DVD-R	DVD-RAM
Число сторон	1	1	2	2	1 или 2	1 или 2
Число слоев на сторону	1	2	1	2	1	1
Емкость, Гбайт	4,7	8,54	9,4	17,08	4,7 или 9,4	4,7 или 9,4
Тип (type)	A	B	C	D
Количество слоев	SS/SL	SS/DL	DS/SL	DS/DL

* базовая скорость чтения - 1350 kb/s; 3.49 m/s для однослойных и 3.84 m/s для двухслойных дисков;

Пропорционально емкости возрастает допустимая длительность видеофильма, который может быть размещен на диске: для DVD-5 и каждой стороны DVD-10 - 133 мин, для DVD-9 и каждой стороны DVD-18 - 240 мин. В настоящее время наибольшее распространение получили DVD-5, DVD-9 и DVD-10.

Поверхности DVD

Существуют следующие структурные типы DVD:

Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный): это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4.7 Гб данных. Эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM диска.

Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный): этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске.

Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный): на таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный): структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).

Рис. 9. Односторонний/однослойный DVD	Рис. 10. Односторонний/двуслойный DVD
Рис. 11. Двусторонний/однослойный DVD	Рис. 12. Двусторонний/двуслойный DVD

     

Рис. 8. DVD-матрица. Размер скана: 30.1 x 30.0 мкм

Девятькомпаний, лидирующихвразработкеновыхпоколений DVD технологий - Hitachi, LG Electronics, Matsushita Electric, Pioneer Corporation, Royal Philips Electronics, Samsung Electronics, Sharp Corporation, Sony и Thomson Multimedia анонсировалиновыйформатзаписиоптическихдисковдлязаписивидеоиегобазовымиспецификациями. Новый формат назван "Blue-ray Disc", название технологии дано по длине излучения лазера - blue-violet (голубой/фиолетовый диапазон), который будет применяться при работе с новыми дисками.

Новые диски стандарта Blue-ray Disc, как и нынешние CD/DVD носители, по-прежнему будут иметь диаметр 12 см. Диски Blu-ray позволят записать на каждый до 50 Гб данных на одну сторону при использовании лазера с длиной волны 405 нм. Принятие окончательной спецификации Blu-ray Disc произошло весной 2002.

Последние успехи были достигнуты в области технологии нанесения верхнего слоя BD-ROM толщиной 0,1 мм, где могут быть использованы два подхода – пленочное покрытие или покрытие методом центрифугирования.

Наряду с улучшениями технологий нанесения верхнего слоя и подготовки к массовому производству BD-ROM, компания Singulus Technologies, ведущий производитель оборудования для тиражирования, разработала систему тиражирования, которая сведет время производственного цикла к 3 секундам. Ожидается, что доходы от массового производства превысят 90%.

Время доступа составляет около 100-150 мс. На сегодняшний день доступны накопители DVD 16х. Накопители DVD полностью совместимы с предыдущими стандартами, могут считывать данные с обычных CD-ROM и проигрывать аудиодиски.

Форматы DVD

В DVD используется файловая система микро-UDF - подмножество UDF (Universal Disk Format). Файловая система не зависит от платформы, обеспечивает эффективный файловый обмен, ориентирована на диски CD-ROM и CD-R, основана на стандарте ISO 13346. Имеется расширение UDF для поддержки перезаписываемых дисков. Комбинация UDF и ISO 9660, известная как UDF Bridge, позволяет обращаться к данным дисков как из ОС, не поддерживающих так и поддерживающих UDF.

* DVD-ROM. Носитель аналогичен CD-ROM, но длина волны лазера снижена с 780 нм до 635/650 нм, что позволило уменьшить расстояние между витками до 0.74 мкм, а размер пита до 0.14 мкм. Интересно, что смена длины волны привела к тому, что DVD устройства лучше читают CD-RW, чем CD-R - есть надпись "dual laser" (см. табл). Другая система канального кодирования и коды коррекции, но то же принцип со спиральной дорожкой, постоянной линейной скоростью и черезстрочным видео. Спирали двухслойного диска могут закручиваться в одну сторону (PTP) или в противоположные стороны (OTP).

* DVD-R. Односторонние (4.7 ГБ, первая версия - 3.95 ГБ) и двухсторонние (9.4 ГБ). Термокраска как в CD-R, но другого типа. Читаются на любых DVD-ROM. DVD-R(A) - могут записываться только на профессиональном оборудовании. DVD-R(G) - могут записываться только на бытовом оборудовании. Для записи на диски A и G используются лазеры с различной длиной волны (635 и 650 нм).

Диск DVD-R содержит 5 областей:
· PCA (Power Calibration Area) - область калибровки мощности;
· RMA (Recording Management Area) - область управления записями;
· Lead-in area - вводная область;
· Data Recordable area - область данных;
· Lead-out area - выводная область.

* DVD-RAM. Одно- и двухсторонние. Первая версия - 2.6 ГБ на сторону, вторая - 4.7 ГБ. Используется изменение фазы как в CD-RW в комбинации с MO, Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Вместо CLV используется Zone CLV. Печатается не только pregroove, но и заголовки секторов. Обеспечивается обработка плохих блоков. Помещаются в открываемые (type 2) или цельные кассеты (type 1) или без них (только для чтения). Предусматривается специальная кассета (type 3) для помещения в нее дисков. При извлечении диска из кассеты типа 2 необходимо пробить отверстие, которое позволяет устройству однозначно определить, что диск вынимался или заменялся. Некоторые устройства отказываются записывать на такие диски. До 100 тысяч циклов перезаписи. Продолжительность хранения - 30 лет. Прямой доступ как при чтении, так и при записи. Перед использованием требуется форматирование. Обычно не читаются на DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW. При записи данных требуется второй проход для верификации, что снижает скорость записи до 700 kB/sec. Изготавливаются с 1998 года. Стоимость устройства - от $350, дисков - $17.
* DVD-RW. 4.7 ГБ. Разработан на базе DVD-R, но используется изменение фазы как в CD-RW. Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM (некоторые устройства путают его с двухслойным DVD-ROM), кассета не нужна, читаются почти на любых DVD-ROM. Версии 1.0 (впечатанный lead-in), 1.1 и 1.1B одинаковой емкости.
* DVD+RW. Первая версия - 3 ГБ, вторая - 4.7 ГБ. Используется изменение фазы как в CD-RW. Не требуется кассета. Для видео используется CLV, для данных - CLV или CAV (не читаются на DVD-ROM). Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Не поддерживается DVD-форумом. До 1000 циклов перезаписи.

* Divx. Технология взимания арендной платы за просмотр DVD-Video: встроенный в DVD-player модем дозванивается до владельца лицензии и получает ключ на использование диска в течении 48 часов.

* DVD-Video как DVD-ROM (фабрично штампованный DVD)

Диски DVD-видео и аудио используют только файлы в системе UDF, размер файла не должен превышать 1 Гбайт. Как для компьютерных, так и для телевизионных приложений диски DVD должны иметь единую файловую систему. Для воспроизведения DVD-видео в компьютере должен быть аппаратный или программный декодер MPEG-2. Диски DVD-Video имеют код региона, который должен совпадать с кодом региона, установленным в проигрывателе. Весь мир поделили на 6 зон,и каждый диск предназначен для продажи и проигрывания лишь в своем регионе. В приводе DVD, устанавливаемом в компьютер, номер региона можно задавать программно.

Новости компьютерного рынка
Гигабайтный оптический диск размером с монету от Philips

Компания Philips Electronics на выставке Ceatec-2002, которая прошла в Японии, представила свои новые разработки - миниатюрный CD-RW с объемом 1 Гбайт данных и дисковод для него. Диаметр составляет 3 см. Philips назвала его SFFO (small form factor optical storage - оптический накопитель малого форм-фактора). Предполагается, что такие диски заменят карты памяти в будущих портативных электронных устройствах.

В дисководе для миниатюрных дисков SFFO используется синий лазер того же типа, что и в новых "полноразмерных" оптических дисководах, которые, заменят нынешние DVD-дисководы. Это позволило Philips уместить на диске диаметром 3 см в полтора раза больше данных, чем на стандартном CD-ROM диске диаметром 12 см.

Toshiba выпустит DVD на 30 Гб

Японская компания Toshiba 27.09.2005 анонсировалаоптическийдиск HD DVD на 30 Гб. Диск примечателен тем, что удвоение вместимости в нем достигнуто за счет появления второго слоя. Тем не менее, диск соответствует всем спецификациям DVD Форума в версии 1.9.

Компания Toshiba планирует представить устройство, позволяющее записывать такие диски, уже весной 2006 года. Столь скорое появление пишущих устройств связано с тем, что новая технология мало, чем отличается от текущей, на которой производятся обычные двухслойные DVD-диски.

1 июня 2005

Новый лазер, недавно запатентованный компанией Iomega, позволит увеличить емкость оптических носителей в 100 раз. Если сейчас средняя емкость DVD диска достигает 8,5 Гб, то новая технология, получившая название "Articulated Optical Digital Versatile Disc", позволит достичь емкостейдо 800 Гб. Запись на AO-DVD дискибудет осуществляться путем формирования в оптическом слое наклонных углублений, а считывание - путем анализа угла отклонения отраженного луча, что иобеспечит столь впечатляющие емкости. Новая технология также способна существенно повысить и скорость считывания с оптических носителей - по приблизительным оценкам она может ускориться более чем в 30 раз.

24 мая 2005

Компания Toshiba анонсировала трехслойные оптические диски, изготовленные по технологии HD-DVD, емкость которых достигает 45 Гб. На один слой, таким образом, вмещается до 15 Гб.

Если компания Sony увеличит количество слоев на своих дисках, производимых по технологии BlueRay, она получит куда более внушительную емкость в 75 Гб. Однако, этим новости от Toshiba не исчерпываются - вторым сюрпризом стало появление двухстороннего гибридного диска, состоящего с одной стороны из 30 Гб HD-DVD, с другой - с двойного слоя 8,7 Гб простого DVD.

9 марта 2005

Компания TDK разработала новую технологию покрытия компакт-дисков, обещающую существенно повысить стойкость оптических носителей Blue-Ray к царапинам, пыли и грязи. Технология эта получила название "Durabis" и, как рассчитывает TDK, позволит обходиться без внешних контейнеров, предохраняющих диски от повреждений.

В настоящее время один слой Blue-Ray диска может вместить до 25 ГБ данных, многослойный же диск вмещает уже до 100 ГБ. Правда есть недостаток – такая плотность записи информации подразумевает высокую чувствительность носителя к любым, даже самым ничтожным повреждениям.

Покрытие Durabis позволит решить львиную долю проблем, связанных с пылью, царапинами и другими неблагоприятными воздействиями. По утверждению разработчиков, покрытие Durabis повысит стойкость дисков к внешним воздействиям более чем в 100 раз.

10 сентября 2005

Разработка стала совместным проектом Национального института передовых промышленных технологий (AIST) в Японии и корейской компании Samsung Electronics. Совместными усилиями представителей двух государств была создана новая методика производства оптических дисков. Выпущенные с ее применением носители позволят хранить до 200 ГБ данных.

На сегодняшний день наибольшей емкостью обладают накопители Blu-ray Disc- на них можно записать около 25 ГБ информации. Подробности разработки пока держатся в секрете. Известно, что в процессе записи применяется голубой полупроводниковый лазер, а сами диски изготавливаются на стеклянной подложке из специальной пленки на основе смолы.

Разработчики акцентируют внимание на том, что увеличения плотности удалось добиться даже без сужения лазерного пучка. По этой причине технология потребует не слишком больших затрат при внедрении в производство.

3. Список использованной литературы

1. Таненбаум Э. Архитектура компьютера: Учебник. – М.: Питер, 2003. – 699 с.

2. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК 2000. – 1132c.

4. Список использованной сетературы

Мировые новости высоких технологий

1.

2.

Все о компьютерных технологиях и последних достижениях в этой области

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Сайт о нанотехнологиях

Сайт распространителя оборудования для тиражирования компакт-дисков