Накопители на оптических дисках

Все многообразие используемых в настоящее время в компьютере и бытовой аппаратуре оптических дисков можно разделить на две основные группы: компакт-диски CD (Compact Disk) и цифровые универсальные диски DVD (Digital Versatile Disk/Digital Video Disk). Диски CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (диаметр 120/80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых оптических головок для считывания данных. По функциональному признаку CD и DVD делятся на три категории:

• б ез возможности записи (только для чтения);

• с однократной записью и многократным чтением;

• с возможностью перезаписи.

Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать с помощью того же лазерного луча, но меньшей мощности, чем при записи.

Для считывания данных в приводах формата CD используются инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. (Числовая апертура – от лат.apertura – отверстие – равна 0,5·n·sinα, где n – коэффициент преломления среды, в которой находится предмет, α – угол между крайними лучами конического светового потока, входящего в оптическую систему.) Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт. Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 минут стереофонической записи.

Для считывания данных в DVD-приводах используются к расный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,6. Емкость стандартных DVD-дисков составляет от 4,7 Гбайт и выше.

C D-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – неперезаписываемые лазерно-оптические диски, или компакт-диски ПЗУ. Компакт-диск изготавли­вается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрона на специальном стеклянном контрольном диске. При этом на поверхности образуются углубления – впадины (англ. pit) – и ровные пространства – площадки (англ. land). Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре и продвигается к краю по спирали. 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 покрывается защитным лаком. CD-ROM записываются на фирме-изготовителе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для чтения. Пользователь при этом не имеет возможности ни стереть, ни записать информацию на такой диск.

CD-R производятся на основе поликарбонатных заготовок, которые используются и при производстве компакт-дисков. Однако структура имеет некоторые отличия. На диск предварительно наносится спиральная дорожка, между слоем поликарбоната и отражателем находится слой красителя. На начальной стадии слой красителя прозрачен, что дает возможность свету лазера проходить сквозь него и отражаться от слоя отражателя. При записи информации мощность лазера увеличивается и, когда луч достигает красителя, краситель нагревается, в результате разрушается химическая связь. Такое изменение молекулярной структуры создает темное пятно. При чтении фотодетектор улавливает разницу между темными пятнами и прозрачными областями. Это различие воспринимается как различие между впадинами и площадками. В качестве красителя используются металлоазот, цианин, фталоцианин или наиболее перспективный формазан – смесь цианина и фталоцианина. Отражающий слой представляет тончайшую пленку из золота или серебра.

CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (серебро-индий-сурьма-теллур) с изменяемой фазой состояния. Этот сплав имеет два состояния: кристаллическое и аморфное, которые обладают разной отражающей способностью. Устройство для записи компакт-диска снабжено лазером с тремя вариантами мощности. При самой высокой мощности лазер расплавляет сплав, переводя его из кристаллического состояния (с высокой отражательной способностью) в аморфное состояние (с низкой отражательной способностью), так получается впадина. При средней мощности сплав расплавляется и возвращается обратно в естественное кристаллическое состояние, при этом впадина снова превращается в площадку. При низкой мощности лазер считывает информацию, определяя состояние материала (никакого перехода состояний при этом не происходит).

DVD — это тот же компакт-диск, изготовленный на основе поликарбоната с впадинами и площадками. Однако существует несколько различий. У DVD впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8, как у обычного), более плотная спираль (0,74 микрона вместо 1,6), используется красный лазерный луч более короткой длины (650 нм вместо 780 нм). В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение емкости диска (4,7 Гбайт).

Н а данный момент существует 4 формата DVD:

1. Односторонние однослойные (4,7Гбайт).

2. Односторонние двуслойные (8,5Гбайт).

3. Двусторонние однослойные (9,4 Гбайт).

4. Двусторонние двуслойные (17 Гбайт).

При двуслойной технологии на нижний отражающий слой помещается полупрозрачный отражающий слой. В зависимости от того, где фокусируется лазер, он отражается либо от одного слоя, либо от другого. Чтобы обеспечить надежное считывание информации, впадины и площадки нижнего слоя должны быть немного больше по размеру, поэтому емкость нижнего слоя немного меньше, чем у верхнего слоя.

DVD обладают следующими достоинствами:

• значительно большая по сравнению с CD емкость;

• совместимость с CD;

• высокая скорость обмена данными с дисководом DVD;

• высокая надежность хранения данных.

Стоит отметить, что появление новых технологий Blu-ray и HD-DVD позволяет разместить на диске информации в несколько раз больше, чем на обычном DVD. В основе этих технологий лежит использование голубого лазера с длиной волны 405 нм. Формат HD-DVD записывает на один слой 15 Гбайт информации и 30 Гбайт на два слоя. Blu-ray, соответственно, хранит 25 и 50 Гбайт.