Неперезаписываемые оптические диски (cd-rom)
Неперезаписываемые оптические диски (CD-ROM) имеют самую простую структуру (аббревиатура ROM расшифровывается как Read-Only Memory, т.е. «запоминающее устройство только для чтения»).
Оптический неперезаписываемый диск создается промышленным способом и часто называется штампованным. Такие диски изготавливают примерно так же, как раньше печатали книги: сначала создается диск-матрица, а затем имеющийся на нем «узор» воспроизводится на дисках-клонах без применения лазера. Штампованные диски состоят из четырех слоев (рисунок 2):
Рисунок 2 – Структура неперезаписываемого оптического диска (CD-ROM)
Основа диска, созданная из прозрачного поликарбоната, занимает большую часть диска. При изготовлении основы на нее наносится «информационный узор» путем продавливания специальной пресс-формой (методом штамповки). В результате получается прозрачная пластиковая пластина. С одной стороны, она гладкая, а с другой стороны, на ней нанесено множество микроскопических углублений – питы, которыми и закодирована информация.
Затем на информационный рельеф основы диска напыляется отражающее покрытие. Чаще всего в штампованных дисках для этих целей используется алюминий, хотя могут использоваться и другие металлы (золото, серебро, другие металлы или сплавы). Сверху на диск наносится защитный слой из тонкой пленки поликарбоната или специального лака. На защитный слой часто наносится полиграфия – рисунки и надписи.
Отражающий и защитный слои достаточно тонкие, и их можно легко поцарапать. После создания всех слоев диск готов к использованию. Информация считывается с рабочей стороны диска через прозрачную основу. Штампованный информационный узор и отражающий слой отражают луч считывающего лазера по-разному в разных участках.
Штампованные диски значительно долговечнее и «терпимее» дисков, записанных с помощью CD-привода. Но при этом, разумеется, совершенно непригодны для записи новых данных.
Оптические диски с однократной записью (cd-r)
Диски однократной записи – CD-R (Recordable – записываемый), значительно сложнее в устройстве.
Для записи используются специальные заготовки дисков, иногда называемые мишенями, которые содержат пять слоев (рисунок 3):
Рисунок 3 – Структура оптического диска с однократной записью (CD-R)
поверхностный слой (Surface Layer) – выполняет декоративные и, в некоторой степени, защитные функции; обычно представляет собой покрытие из специального лака;
защитный слой (Protective Layer) – предназначен для защиты от повреждений двух основных, рабочих, слоев диска: отражающего и информационного;
отражающий слой (Reflective Layer) – обеспечивает отражение лазерного луча, прошедшего через информационный слой; в качестве отражающих материалов обычно используют золото и серебро, реже – алюминий и его сплавы;
информационный (записывающий, активный) слой (Recording Layer) – основной слой компакт-диска, изготавливаемый из различных органических соединений, определяющих цвет поверхности оптических дисков. Двоичный код записываемых данных переносится на информационный слой в виде последовательности углублений (пит), выжигаемых лазером. Наиболее распространенными из используемых на сегодняшний день органических соединений являются:
цианин (Cianine) – при золотом отражающем слое цвет рабочей поверхности темно-зеленый, при серебряном – светло-голубой);
фталоцианин (Phtalocianine) – чаще золотой отражающий слой, рабочая поверхность желто-зеленого оттенка;
азо (AZO) – серебряный отражающий слой, рабочая поверхность насыщенно синего цвета;
подложка (Substrate Layer) – играет роль основы, на которую наносятся все другие слои. Обычно изготавливается из поликарбоната – абсолютно прозрачной пластмассы особого типа. Этому слою отводится и еще одна важная роль, о которой будет сказано ниже.
Подложка не является гладкой поверхностью – с внутренней стороны, обращенной к информационному слою, она имеет специальные канавки, образующие единую спираль (Pre-groove) (рисунок 4).
Рисунок 4 – Подложка оптического диска
Эта спираль начинается на некотором расстоянии от внутреннего отверстия диска и заканчивается возле его внешнего края. Спираль используется в качестве направляющей, по которой ориентируется лазерная головка CD-привода при записи данных. Разумеется, речь идет не о механическом «ощупывании» канавки. Дело в том, что при нанесении информационного слоя канавка заполняется органическим красителем. В канавке слой красителя толще, чем на других участках диска, и оптической системой CD-привода спираль воспринимается как «темная линия».
Ширина канавки (спирали) составляет величину менее 1 микрона (мкм), а расстояние между витками спирали – всего 1,6 мкм. Поэтому физическая длина спирали оказывается весьма внушительной – порядка 4...5 км.
Однако на самом деле длину спирали измеряют не в метрах или в километрах, а в минутах. Объясняется это родословной компакт-диска. Ведь изначальное предназначение CD – это хранение музыкальных альбомов. И емкость первых CD выбиралась именно исходя из средней длительности музыкального альбома. Длина спирали кодируется с помощью ее дополнительных физических параметров, и называется ATIP (Absolute Time in Pre-Groove – абсолютная длительность ведущей дорожки).
Кроме того, при изготовлении диска CD-R создаются две служебные зоны. С помощью первой из них – РСА (Power Calibration Area) производится калибровка мощности лазера перед записью. Во второй хранится информация о типе диска, производителе и о поддерживаемых скоростях записи. Информация в этих зонах не может быть изменена никаким корректным образом.
Есть на чистом CD-R и еще одна служебная зона – РМА (Program Memory Area), предназначенная для временного хранения таблицы содержания диска, о которой подробнее будет рассказано далее.
При создании спирали весь CD-R разделяется на сектора, подобно тому, как это делается при физическом форматировании жестких дисков. Каждый сектор имеет уникальный номер, что обеспечивает удобный механизм доступа к данным, которые будут записаны на CD-R. Номер сектора представляется двоично-десятичным кодом в формате
(минута):(секунда):(номер сектора в пределах данной секунды)
Каждая секунда содержит 75 секторов. Размер одного сектора выбран таким образом, чтобы обеспечить максимально необходимую частоту дискретизации звукового потока 44100 Герц.
При записи диска CD-R мощность лазерного луча составляет от 5 до 35 мВт (в зависимости от типа материала информационного слоя и скорости записи). При считывании данных информационный слой диска сканируется лучом меньшей мощности – от 0,6 до единиц мВт.
Из-за наличия информационного слоя записываемые диски имеют более низкий коэффициент отражения, чем штампованные. Из-за этого некоторые устаревшие проигрыватели звуковых компакт-дисков могут воспроизводить такие диски менее надежно, чем диски заводского производства.