История оптических дисков и их назначение

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

оптический компакт диск

Введение

1. История

2. Объём хранимых данных

3.Технические детали

3.1 Геометрия диска

3.2 Кодирование информации

3.3 Информационная структура

3.4 Считывание информации

4. Защита от копирования

5. Производство компакт-дисков

6. Запись на компакт-диски

6.1 Технология HD-BURN

6.1.1 Кем поддерживается HD-BURN?

6.1.2 Применение технологии HD-BURN

6.1.3 Суть точек информации о принципах технологии HD-BURN

7. Shape CD

8. Интересные факты

8.1 Версия Джеймса Рассела

8.2 Девятая симфония Бетховена и компакт-диск

Литература

Введение

Компакт-диск (англ. Compact Disc) -- оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания, информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD.

Оптический диск (англ. optical disc) -- собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками (питами, от англ. pit -- ямка, углубление) на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Первое поколение оптических дисков:

Лазерный диск -- первый коммерческий оптический носитель данных, предназначавшийся, прежде всего, для домашнего просмотра кинофильмов. Однако, несмотря на технологическое превосходство над VHS и Betamax, Laserdisc не имел существенного успеха на мировом рынке: в основном был распространён в США и Японии, в Европе к нему отнеслись прохладно, в России лазердиски имели небольшое распространение, в основном за счёт коллекционеров -- любителей видео. Технологии, отработанные в этом формате, затем были использованы в CD и DVD.

Компакт-диск (англ. Compact Disc) -- оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания, информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD.

Магнитооптический диск (также допускается написание магнитно-оптический диск) -- носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Впервые магнитооптический диск появился в начале 80-х годов. Магнитооптический диск взаимодействует с операционной системой как жесткий диск, поэтому он может быть отформатирован в стандартную файловую систему (NTFS, HPFS, ext и т.п.)

Второе поколение оптических дисков:

DVD (ди-ви-дим, англ. Digital Versatile Disc -- цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc -- цифровой видеодиск) -- носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.

MiniDisc -- магнито-оптический носитель информации. Был разработан и впервые представлен компанией Sony 12 января 1992 года. Позиционировался как замена компакт-кассетам, к тому времени уже полностью изжившим себя. Его можно использовать для хранения любого вида цифровых данных. Наиболее широко минидиски используются для хранения аудио информации.

Digital Multilayer Disk -- оптический диск, разработанный компанией D Data Inc. Диск основан на трехмерной оптической технологии хранения данных, разработанной для Флуоресцентного Многослойного Диска более не существующей компанией Constellation 3D. DMD могут хранить от 22 до 32 Гб двоичной информации. Диск основан на технологии красного лазера, таким образом, диски DMD и их проигрыватели могут быть легко изготовлены при помощи существующего производственного оборудования с учетом небольших модификаций. Диски составлены из множества слоев данных, к которым присоединяется флуоресцентный материал. В отличие от DVD и CD-дисков, у DMD нет металлических слоев, таким образом, они почти прозрачны. DMD покрыты запатентованными химическими составами, которые реагируют, когда красный лазер освещает особый слой. В этот момент химическая реакция производит сигнал, который после будет считан с диска. Благодаря этому диски могут потенциально иметь до 100Гб места для хранения данных.

DataPlay - это миниатюрные диски DVD-R (однократно записываемые) большого объема для разгрузки данных и в том числе снимков от цифровых фотокамер. Представлены миру в 2001 году. В своей основе DataPlay использует DVD-оптику, уменьшенную в размере. Диаметр диска всего 32мм. Эти диски мгновенно завоевали множество наград на разнообразных выставках. Небольшое потребление энергии, скорость записи/чтения около 1 Мб в секунду - все это положительные факторы для их использования. Правда, есть ограничение: как всякое WORM устройство, диск DataPlay может быть записан один раз. То есть, в отличие от флэш-карт, невозможно повторно осуществить запись на тот же диск.

Fluorescent Multilayer Disc -- формат оптического носителя, разработанный компанией «Constellation 3D», использующий флуоресценцию вместо отражения для хранения данных. Форматы, основанные на измерении интенсивности отраженного света (такие как CD или DVD), имеют практическое ограничение в 2 слоя хранения данных, главным образом, из-за эффекта интерференции. Однако использование флуоресценции позволяет работать, соответствуя принципам объёмной оптической памяти и иметь до 100 слоёв. Они позволяют вместить объём до 1Тб при размерах обычного компакт-диска.

GD-ROM -- формат оптических дисков, разработанный компанией Yamaha для Sega. Он подобен стандарту CD-ROM за исключением того, что биты на диске упакованы плотнее, обеспечивая более высокую емкость (приблизительно 1.2 гигабайта, что почти вдвое больше емкости типичного CD-ROM).

Universal Media Disc -- оптический накопитель, разработанный компанией Sony для использования в игровых приставках PlayStation Portable. Может вмещать до 1,8ГБ данных, которые могут включать компьютерные игры, фильмы, музыку или фотографии и их произвольные сочетания, также другую цифровую информацию.

Третье поколение оптических дисков:

Blu-ray Disc (англ. blue ray -- синий луч и disc -- диск; написание blu вместо blue -- намеренное) -- формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать торговую марку, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как торговая марка.

HD DVD (англ. High-Definition/Density DVD-- «DVD высокой чёткости/ёмкости») -- технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba, NEC и Sanyo. HD DVD (как и Blu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405нм.

Forward Versatile Disc - многофункциональный оптический диск для хранения аудио и видео высокого разрешения, соответствующие требованиям HDTV и использующий красный лазер.

FVD отличается от DVD физической и логической структорой, несмотря на использование одного и того же красного лазера с длиной волны 650nm. Объем FVD достигает 5.4Гб по сравнению с 4.7Гб на DVD при использовании одного слоя. Слоев может быть два или три, в последнем случае емкость диска составляет 15Гб.

Однослойный FVD позволяет разместить 135 минут видео с разрешением 1280x720 и частотой кадров 30 в сек. с прогрессивной разверткой. Трехслойные диски поддерживают более трех часов 1920x1080x60i видео. Существует два поколения дисков:

- FVD-1,

- FVD-2;

второй отличается усовершенствованной системой коррекции ошибок, новым кодом модуляции 8/15, защитой от копирования AES и поддержкой кодека WMV-9.

Ultra Density Optical - формат оптического диска для хранения видео высокой чёткости.

UDO представляет собой картридж 5.25 с оптическим диском внутри. Объём диска на данный момент составляет от 60Гб до 120Гб. Для записи может использоваться как красный лазер (650нм), так и сине-фиолетовый (405нм), причём во втором случае максимальный объём диска может достигать 500Гб.

Professional Disc for DATA - для записи данных в новый формат, основанный на сине-фиолетовый лазер от Sony и дисковые технологии. Сохранив все преимущества дисков, в том числе высокоскоростной произвольный доступ и перезаписываемых / с однократной записью вариант, он также предлагает огромный объем памяти для записи и высокую скорость передачи данных, обычно связанных с ленточных накопителей.

Professional Disc для передачи данных использует новейшие коротковолновые сине-фиолетовые лазерные технологии в сочетании с высокой производительностью линзы и узким шагом продвигаются к достижению беспрецедентной 23,3ГБ емкости с каждой стороны вместе с 11МБ / с чтение и 9МБ / сек скорость записи.

Versatile Multilayer Disc - формат цифровых носителей на оптических дисках, предназначенный для хранения видео высокой чёткости и другого высококачественных мультимедийных данных.

На одном слое HD VMD-диска помещается до 5Гб данных, но за счёт того, что диски являются многослойными (до 20 слоёв) их ёмкость достигает 100Гб. Кроме того, в отличие от дисков Blu-ray и HD DVD, для чтения и записи используется красный (650нм), а не сине-фиолетовый лазер (405нм), что позволяет производить устройства, совместимые с дисками CD и DVD.

Четвертое поколение оптических дисков:

Holographic Versatile Disc -- разрабатываемая перспективная технология производства оптических дисков, которая предполагает значительно увеличить объём хранимых на диске данных по сравнению с Blu-Ray и HD DVD. Она использует технологию, известную как голография, которая использует два лазера: один -- красный, а второй -- зелёный, сведённые в один параллельный луч. Зелёный лазер читает данные, закодированные в виде сетки с голографического слоя близкого к поверхности диска, в то время как красный лазер используется для чтения вспомогательных сигналов с обычного компакт-дискового слоя в глубине диска. Вспомогательная информация используется для отслеживания позиции чтения, наподобие системы CHS в обычном жёстком диске. На CD или DVD эта информация внедрена в данные.

SuperRens Disc:

Носитель информации (информационный носитель) -- любой материальный объект или среда, содержащий (несущий) информацию (И), способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую в/на него информацию -- камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), пластик со специальными свойствами (для оптической записи и -- CD, DVD и т. д.), ЭМИ (электромагнитное излучение) и т. д. и т. п.

Изначально компакт-диск был создан для хранения аудиозаписей в цифровом виде (известен как CD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) в двоичном виде (т. н. CD-ROM (англ. Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения), или КД-ПЗУ -- «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство»). В дальнейшем появились компакт-диски не только с возможностью чтения однократно занесённой на них информации, но и с возможностью их записи и перезаписи (CD-R, CD-RW).

Звуковой компакт-диск (CDDA, также называемый англ. Audio CD и Red Book) -- стандарт для компакт-дисков со звуковым содержимым. Формат хранения звуковой информации -- PCM 44 100Гц, 16-бит стерео, 1411,2кбит/с битрейт.

CD-ROM (англ. Compact Disc Read-Only Memory, читается: «сидиром») -- разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory -- память «только для чтения»). CD-ROM -- доработанная версия CD-DA (диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочие цифровые данные (физически от первого ничем не отличается, изменён только формат записываемых данных). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали диски DVD-ROM.

CD-R (Compact Disc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск) -- разновидность компакт-диска (CD), разработанная компаниями Philips и Sony для однократной записи информации. CD-R поддерживает все возможности стандарта «Red Book» и плюс к этому позволяет записать данные.

CD-RW (англ. Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт-диск) -- разновидность компакт-диска (CD), разработанный в 1997 году для многократной записи информации.

Формат файлов на CD-ROM отличается от формата записи аудио-компакт-дисков и потому обычный проигрыватель аудио-компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию, для этого требуется специальный привод (устройство) для чтения таких дисков (сейчас имеются практически в каждом компьютере).

Компакт-диск (CD-ROM) стал основным носителем для переноса информации между компьютерами (вытеснив с этой роли флоппи-диск). Сейчас он уступает эту роль более перспективным твердотельным носителям.

1. История

Компакт-диск был разработан в 1979 году компаниями Philips и Sony. На Philips разработали общий процесс производства, основываясь на своей более ранней технологии лазерных дисков. Sony, в свою очередь, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM -- Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года. История гласит, что на нём был записан альбом «The Visitors» группы ABBA. Первым компакт диском, попавшим, на прилавки музыкальных магазинов был альбом Билли Джоэла (Billy Joel) 1978 года под названием 52nd Street. Продажи этого альбома на CD начались в Японии 1 октября 1982 года.

По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 миллиардов CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через интернет, по данным IFPI -- продажи компакт-дисков до сих пор составляют около 70% всех продаж музыки.

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.

2. Объём хранимых данных

Компакт-диски имеют в диаметре 12см и изначально вмещали до 650Мбайт информации (или 74 минуты звукозаписи). Согласно одной из легенд, разработчики рассчитывали объём так, чтобы на диске полностью поместилась девятая симфония Бетховена (самое популярное музыкальное произведение в Японии в 1979 году, согласно специально проведённому опросу), длящаяся (в самом длинном из известных исполнений) именно 74 минуты. Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700Мбайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также синглы, диаметром 8.9см (не путать с мини-дисками диаметром 8 см), на которые вмещается около 140 или 210Мбайт данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).

Увеличение ёмкости хранимой информации стало возможным благодаря полному использованию допусков на изготовление дисков.

Так, например, расстояние между дорожками по стандарту ECMA-130 составляет 1,6 ± 0,1 микрометра, линейная скорость вращения диска 1,2 или 1,4м/с ± 0,01м/с при тактовой частоте 4,3218Мбит/с.

Ёмкость в 650Мбайт соответствует скорости 1,41м/с и расстоянию между дорожками равному 1,7 микрометра, а ёмкость в 800Мбайт -- скорости в 1,39м/с и расстоянию между дорожками в 1,5 микрометра.

3.Технические детали

3.1 Геометрия диска

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2мм и диаметром 120мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), на который обычно наносится графическое представление содержания диска, и покрывается защитным слоем лака. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15мм. Вес диска без коробки составляет ~15,7г. Вес диска в обычной джуэл-коробке («jewel», не «slim») равен ~74г.

3.2 Кодирование информации

Формат хранения данных на диске, известный как Red Book («Красная книга»), был разработан компанией Philips. В соответствии с ним на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1кГц. Благодаря коррекции ошибок с помощью кода Рида -- Соломона, лёгкие радиальные царапины не влияют на читаемость диска. Philips также владеет всеми правами на знак «Compact disc digital audio», логотип формата аудио-компакт-дисков.

3.3 Информационная структура

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit -- углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100нм в глубину и 500нм в ширину. Длина пита варьируется от 850нм до 3,5мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ. land -- пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6мкм.

Различают диски только для чтения («алюминиевые»):

- CD-R -- для однократной записи,

- CD-RW -- для многократной записи.

Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не воспроизводиться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

3.4 Считывание информации

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае если свет попадает, на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.

Различие между дисками «только для чтения» (CD) и дисками однократной/многократной записи (CD-R/RW) заключается в способе формирования питов. В случае диска «только для чтения» питы представляют собой некую рельефную структуру (фазовую дифракционную решетку), причём оптическая глубина каждого пита чуть меньше четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице фаз в половину длины волны между светом, отражённым от пита и светом, отражённым от ленда. В результате в плоскости фотоприёмника наблюдается эффект деструктивной интерференции и регистрируется снижение уровня сигнала. В случае CD-R/RW пит, представляет собой область с большим поглощением света, нежели ленд (амплитудная дифракционная решетка). В результате фотодиод также регистрирует снижение интенсивности отражённого от диска света. Длина пита, изменяет как амплитуду, так и длительность регистрируемого сигнала.

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150Кб/с (то есть 153 600байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD, равную:

48 Ч 150 = 7200Кб/с (7,03Мб/с).

4. Защита от копирования

Спецификация компакт-дисков не предусматривает никакого механизма защиты от копирования -- диски можно свободно размножать и воспроизводить. Однако начиная с 2002 года, различные западные звукозаписывающие компании начали предпринимать попытки создать компакт-диски, защищённые от копирования. Суть почти всех методов сводится к намеренному внесению ошибок в данные, записываемые на диск, так, чтобы на бытовом CD-плеере или музыкальном центре диск воспроизводился, а на компьютере -- нет. В итоге получается игра в кошки-мышки: такие диски читаются далеко не на всех бытовых плеерах, а на некоторых компьютерах -- читаются, выходит программное обеспечение, позволяющее копировать даже защищённые диски и т. д. Звукозаписывающая индустрия, однако, не оставляет надежд и продолжает испытывать всё новые и новые методы.

Philips заявила, что на подобные диски, не соответствующие спецификациям «Red book», запрещается наносить знак «Compact disc digital audio».

Для дисков с данными также существуют разнообразные методы защиты от копирования, например технологии StarForce, SecurDisc и др.

5. Производство компакт-дисков

Первым этапом производства компакт-дисков является мастеринг -- процесс подготовки данных, для запуска в серию.

Второй этап -- фотолитография -- процесс изготовления штампа диска. На стеклянный диск наносится слой фоторезиста, на который производится запись информации. Фоторезист -- полимерный светочувствительный материал, который под действием света изменяет свои физико-химические свойства.

Третий этап -- запись информации. Запись производится лазерным лучом, мощность которого модулируется записываемой информацией. Для создания пита мощность лазера повышается, что приводит к разрушению химических связей молекул фоторезиста, в результате чего он «задубевает».

Четвёртый этап -- проявка фоторезиста. Поверхность фоторезиста подвергается травлению (кислотному, щелочному, плазменному), при котором удаляются те области фоторезиста, которые не были экспонированы лазерным лучом.

Пятый этап -- гальванопластика. Проявленный стеклянный мастер-диск помещается в гальваническую ванну, где на его поверхность производится электролитическое осаждение тонкого слоя никеля.

Шестой этап -- штамповка дисков методом литья под давлением с использованием полученного штампа.

Седьмой этап -- напыление зеркального металлического (алюминий, золото, серебро и др.) слоя на информационный слой.

Восьмой этап -- нанесение защитного лака.

Девятый этап -- нанесение графического изображения -- лейбла (от англ. Label).

6. Запись на компакт-диски

Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной записи. В таких дисках используется специальный активный материал, позволяющий производить запись/перезапись информации. Различают диски с органическим (в основном диски CD-R-типа) и неорганическим (в основном CD-RW-диски) активным материалом.

Начнем с однократно-записываемых дисков (CD-R).

По своему внутреннему строению CD-R диск напоминает слоеный пирог, "начинка" которого состоит из активного, отражающего и защитного слоев, которые последовательно наносятся на основу из поликарбоната.

При этом основа CD-R диска ничем не отличается от той, что применяется в технологии изготовления компакт-дисков литьем: характеристики пластмассы должны быть таковы, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировался и не вызывал разрушения диска. На основу наносится активный (или регистрирующий) слой, на котором, собственно, и происходит запись информации. Во время записи мощный лазерный луч нагревает небольшие участки активного слоя. Под воздействием высокой температуры меняются свойства вещества регистрирующего слоя в месте нагрева, в результате он перестает пропускать свет. В других местах, которые не разогревались лазером, свет по-прежнему беспрепятственно проходит через регистрирующий слой. В качестве материалов для регистрирующего слоя обычно используются цианин и фталоцианин.

Осталось разобраться с отражающим слоем. Итак, отражающий слой - это тончайшая пластинка из золота или серебра. Причем из серебра лучше, потому, что у него больший коэффициент отражения. Но, тем не менее, диски с золотым отражающим слоем продолжают выпускаться, хотя они хуже и значительно дороже. Как обычно, приходится жертвовать одним качеством в угоду другому: золото - очень долговечный материал, а серебро со временем окисляется. Поэтому в тех случаях, когда требуется длительное хранение данных, применяются диски с золотым отражающим слоем. Ну и последний слой, защитный, наносится поверх отражающего, и служит для механической защиты CD-R диска и нанесения на него этикетки. Тут тоже возможны варианты: в простейшем случае защитный слой являет собой покрытие лаком. Не самый лучший вариант защиты. Лак можно ободрать, и, что еще хуже, возможна химическая реакция между лаком и различными веществами, которые на него попадают (например, с чернилами, которыми Вы сделаете надпись на обратной стороне диска). Однако последнее время некоторые производители CD-R дисков используют специальные устойчивые лаки для покрытия дисков, что сообщает им дополнительную надежность. Более надежные защитные покрытия - дополнительный слой специального пластика. Кроме защиты, такой способ еще и делает внешний вид диска более привлекательным по сравнению с лаковым.

Восстановить прозрачность веществ, используемых в качестве активного слоя в дисках CD-R, невозможно. С одной стороны, это дает некоторую гарантию того, что записанная информация будет надежно сохранена. Действительно, повредить запись, нанесенную на активный слой, можно только одним способом - сделать прозрачные участки непрозрачными. Что и может произойти под воздействием, например, яркого солнечного света. С другой стороны, один раз записанный диск переписать невозможно. К сожалению, решить это противоречие пока не удалось. На сегодняшний день мы вынуждены выбирать между возможностью перезаписи и надежностью хранения информации.

И если мы выбираем перезапись, то придется использовать диск CD-RW. Единственное отличие таких дисков от CD-R заключается в устройстве регистрирующего слоя. У CD-R дисков запись основана на изменении оптических свойств слоя под действием температуры - при нагревании слой мутнеет. Принцип записи CD-RW дисков чуть сложнее, здесь используется явление фазового перехода. Промежуточный слой специального органического материала может пребывать либо в аморфном, либо в кристаллическом виде.

Аморфное вещество, как известно из курса физики, это такое вещество, которое при нагревании не превращается в жидкость, а постепенно размягчаются, становятся все более текучими. Примером такого вещества может быть всем известный пластилин. Или мед. Кстати, на примере меда, хорошо, видно общее свойство аморфных веществ - с течением времени они переходят в кристаллическую форму. Поставьте банку прозрачного свежего меда в шкаф, и не трогайте года 2. Потом достаньте, и вы увидите, что мед загустел, а то и вовсе стал твердым, "засахарился". И стал непрозрачным! Вот на этом принципе и основана запись на CD-RW. Прозрачность регистрирующего слоя CD-RW зависит от того, в каком состоянии это вещество находится, в аморфном или в кристаллическом. И мы можем управлять процессом перехода из одного состояния в другое. Если нагреть регистрирующий слой до достаточно высокой температуры и затем резко охладить его, то вещество переходит в аморфную форму. Именно так происходит процесс записи. На чистом диске CD-RW регистрирующий слой находится в кристаллической форме. Мощный луч записывающего лазера разогревает участок поверхности и выключается, диск быстро остывает и в этом месте часть активного слоя переходит в аморфную форму. Для того, чтобы вернуть вещество активного слоя в кристаллическое состояние, его опять нагревают, но до меньшей температуры (менее интенсивным лучом). И вещество возвращается в кристаллическое состояние. Такую операцию можно проводить около 1000 раз, именно столько циклов перезаписи выдерживают CD-RW диски.

И все было бы хорошо, если бы не та самая особенность аморфных веществ кристаллизоваться со временем. Как бы мы ни хранили CD-RW, через несколько лет запись будет безвозвратно утеряна. К тому же такие диски легко могут быть стерты простым нагреванием. Зато можно перезаписывать.

Еще одна особенность дисков CD-RW проявляется при чтении. Если в дисках CD и CD-R мы четко выделяли два типа участков поверхности - отражающие свет и неотражающие, то в CD-RW вся поверхность является отражающей, хотя и в разной степени. Поэтому при чтении диска CD-RW информация считывается в тот момент, когда луч лазера попадает на участок перехода между кристаллическим и аморфным веществом. Лазер во всем этом процессе используется стандартный, с длиной волны 780 нанометров. Считывание производится тоже стандартным лазером, но разница в уровнях сигналов: для CD-RW-дисков меньше, чем для CD-ROM.

Рассмотрим способы записи компакт-дисков в домашних условиях. Для этого необходимо иметь не только записывающий CD-привод, но и специальное программное обеспечение. Они обычно поставляются вместе. Примером таких программ могут служить Easy CD, CD Creator, CD Publisher. В операционной системе Windows XP встроена поддержка записи компакт-дисков.

Процесс записи одной сессии представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора "нечестными" драйверами устройств, зависанием программы или операционной системы. К сбою, записи приводят также механические толчки привода.

Различается два основных режима записи CD-R: DAO (Disk At Once - весь диск за один прием) и TAO (Track At Once - одна дорожка (сессия) за один прием). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается в ее конце; в точках включения и выключения лазера формируются серии специальных кадров:

- run-in,

- run-out,

- link,

предназначенные для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких кадров (2 секунды). При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска.

Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск, а режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами. Этот режим также желателен для записи мастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки - большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы.

В режиме TAO пишутся многосессионные диски, допускающие последующую дозапись данных; при этом для сессии записывается только зона Lead In (открытая сессия). При записи каждой последующей сессии предыдущая закрывается путем записи зоны Lead Out, за которой следует Lead In новой сессии. На эти две зоны расходуется дополнительно 13.5Мб (6750 кадров) дискового пространства.

По стандарту, чтобы нормально считываться во всех устройствах, диск должен быть закрыт (Closed) путем записи выводной зоны. Закрытие диска повышает вероятность его успешного считывания в других приводах (подавляющее большинство современных приводов не обращают внимания на закрытость диска), однако лишает возможности дописывания дополнительных сессий.

Перед началом записи необходимо сформировать полный список входящих в сессию файлов; последующее добавление файлов на диск возможно лишь в виде дополнительных сессий. Приводы CD-ROM, не поддерживающие многосессионную запись, считывают с диска только первую TOC - соответственно, с их помощью можно считывать лишь файлы первой сессии. Многосессионные CD-ROM считывают только последнюю TOC, поэтому последняя TOC в многосессионном диске должна содержать ссылки и на файлы предыдущих сессий. Для этого при записи очередной сессии применяется опция импортирования сессий (Import Track) для создания полной общей TOC. Совпадающие по именам каталоги при этом объединяются, как при дописывании на обычный диск. Адресация файлов в любом случае ведется в пределах всего диска, поэтому объединению подвергаются только TOC. Файлы сессий, которые не были импортированы при создании очередной, в результирующем каталоге присутствовать не будут и обычное обращение к ним будет невозможным, однако многие программы записи на CD-R позволяют выборочно считывать отдельные сессии диска. Если запись на однократный многосессионный диск по какой-либо причине была прервана, в ряде случаев имеется возможность использовать оставшееся свободным пространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытия сессии (Close Track/Session), после чего нужные данные записываются очередной сессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут быть импортированы).

Поскольку конечная видимость каждого файла определяется процессом импорта TOC, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочная замена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставаться на диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог помещается ссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий в каталог новой сессии дает эффект их "удаления". Видимость "удаленных" таким образом файлов впоследствии может быть "восстановлена" путем их импорта в новые сессии.

Для записи CD-RW может применяться их предварительное форматирование - разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск - стандартные файловые операции копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером привода CD-RW в серии операций перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF и программы начальной разметки.

Некоторые версии записывающих программ позволяют записывать загружаемые диски. Загружаемая часть CD-ROM записывается в виде образа загрузочной дискеты или винчестера, из которого при загрузке BIOS системной платы эмулирует диск A.

При использовании органического активного материала запись осуществляется путём разрушения химических связей материала, что приводит к его потемнению (изменению коэффициента отражения материала). При использовании неорганического активного материала запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое и наоборот. И в том и в другом случае запись производится модуляцией мощности лазера.

В просторечии такие записываемые диски называются «болванками» и записываются на специальных пишущих приводах для компакт-дисков (широко сегодня распространённых), на сленге именуемыми «резаками». Процесс записи называется «прожигом» (от англ. to burn) или «нарезкой» диска.

6.1 Технология HD-BURN

Около полутора лет компания назад Sanyo Electric Co., Ltd. (Япония) -- инноватор признанный и бесспорный лидер в области CD-R технологии -- выходе о объявила новой технологии BURN-Proof, решала которая главную проблему записи на CD-R/DVD-R коренным и диски образом улучшала характеристики CD/DVD. Сейчас, рекордеров Sanyo вновь делает технологический разработав, рывок революционную технологию высокой плотности информации записи: отныне становится возможным поместить 1.4Гб обычном на данных CD-R диске емкостью 700Мб. Новая получила технология название "HD-BURN" (High Density запись) -- Burn высокой плотности. Для реализации метода нового создан новый комбинированный привод CRD Sanyo-DV2. В настоящее время технология HD-уже BURN стандартизована и скоро будет представлена на пользователей суд.

Толчком к развитию новой послужило технологии лавинообразное снижение цен на CD-R диски, началось которое в конце 2000 года. В то же время цен уровень на DVD-R диски оставался примерно на уровне же том (хотя в настоящее время прослеживается снижению к тенденция цен и на DVD-R). Тем не менее, Sanyo компания считает, что технология HD-BURN вполне имеет определенную рыночную нишу в первую широкого из-за очередь распространения CD-R дисков с одной стороны и степени высокой совместимости технологии с другой.

Из соображений BURN, HD-совместимости предусматривает двойное увеличение емкости диска CD-R обычного. Но не исключено, что в самое ближайшее появится время следующая спецификация технологии, позволяющая емкость утраивать CD-R.

6.1.1 Кем поддерживается HD-BURN?

Пока немногие лишь производители читающих приводов объявили о поддержке своей новой технологии. Среди них Accesstek компании, Lite-ON, BTC и BENQ. В качестве программного поставщиков обеспечения для использования с новыми Sanyo рекордерами объявлены такие компании, как BHA, Ahead и ECI.

6.1.2 Применение технологии HD-BURN

CD-R сегодня диск -- наиболее дешевый, удобный и совместимый хранения метод, распространения и использования информации. Наибольшую имеют популярность CD-R диски емкостью 0.7Гб, так как установилась на них удивительно низкая цена, а запись файлов больших с аудио и видеоинформацией для профессионального и персонального использования очень распространена. Однако емкости ограничение диска накладывает ограничение и на его особенно (использование в области цифрового видео). Поэтому все пользователи чаще обращаются к более новой и технологии дорогой: DVD-R диски позволяют хранить 4.7Гб емкость, т.е. информации одного DVD-R равна суммарной шести емкости CD-R. Но цены на DVD-R диски и оборудование записи их для сдерживает развитие технологии. Поэтому промежуточного применение решения будет, видимо, чрезвычайно разумного из-за популярным сочетания дешевизны и достаточности.

Например, часового 2-х для видео требуются два диска в Video формате CD. Кроме того, необходимо менять середине в диски просмотра, что не всегда удобно при записи. При в режиме HD-BURN для того же видео объема информации потребуется только один CD-R. более Тем что для записи собственного (высококачественного) домашнего видео емкости диска в 1.4Гб будет чем более достаточно, так как многие формата возможности DVD Video не используются в принципе:

- звук многоканальный,

- сопровождение на нескольких языках,

- субтитры,

- вставки анимационные,

- прочие.

Замечательной особенностью технологии HD-будет BURN ее совместимость с существующими DVD Video DVD и плеерами-ROM приводами. Правда для придется этого сменить прошивку Firmware (внутреннего ПО) устройств этих. И если для DVD-ROM является не это проблемой -- практически все современные прошиваются приводы программно, -- то для бытовых DVD плееров Video дело обстоит хуже, так они как не предусматривают столь простой модификации, сможет которую выполнить каждый пользователь самостоятельно. Sanyo планирует широко распространять информацию техническую о том, как каждый производитель приводов DVD сможет использовать технологию HD-BURN своих для устройств. Возможно, что поддержка HD-скоро BURN станет такой же стандартной функцией DVD для Video плееров и DVD-ROM как, приводов возможность чтения CD-R дисков.

Основные технологии характеристики HD-BURN, реализованной в рекордере Sanyo BPDV2-CRD.

1. На обычные CD-R диски можно записывать объем стандартный информации -- до 0.7Гб. При этом диски полную имеют совместимость с CD и DVD приводами.

2. На обычные CD-R можно диски записывать удвоенный объем информации -- до 1.4Гб. При этом диски имеют полную совместимость с приводами DVD с учетом введения изменения в Firmware.

3. В BURN HD-режиме достигается 36x скорость записи и скорость 80х чтения.

4. Технология записи BURN-поддерживается Proof без ограничения.

5. Режим HD-BURN поддерживает также CD-RW диски. При этом достигается скорость 24x записи.

6. Работа с HD-BURN рекордером несколькими поддерживается популярными пакетами ПО, включая Nero ROM Burning (производство Ahead Software).

7. В режиме HD-могут не BURN записываться диски в формате CD-DA (Audio CD).

8. записанные, Диски по технологии высокой плотности не будут приводами CD читаться.

9. На диск, записанный с применением технологии HD-будет BURN помещаться 30 минут видео высокого аналогичного (качества DVD Video) с разрешением 720x576 Краткая.

6.1.3 Суть точек информации о принципах технологии HD-BURN

Суть технологии записи высокой плотности заключается в двух применении новых принципов, которые позволяют вдвое записывать больше информации на обычном носителе -- CD-R Длина.

1. Диске пита на диске уменьшается до 0.62 микрометра. Длина пита обычного CD составляет 0.83 микрометра. Это что, означает HD-BURN увеличивает емкость диска в 1.35 Длина. раза пита была 0.62 мкм выбрана того для, чтобы все существующие DVD плееры Video и приводы DVD-ROM смогли BURN HD-считывать диски после незначительной модернизации.

На показано рисунке сравнение длины пита HD-BURN обыкновенными с диска CD и DVD дисками:



2. Применяется иная коррекции система ошибок: вместо CIRC (Cross Reed Interleaved Solomon Code -- перемежающийся код Соломона-Рида) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-16. Это позволило увеличить емкость еще в 1.49 раза. Как сообщает Sanyo, новая система коррекции только RS-PC не ошибок более компактна, но и существенно более чем, эффективна CIRC.

В итоге, емкость одного CD записанного, диска в режиме HD-BURN, в два раза емкость превышает CD диска, записанного в обычном режиме:

1.49 * 1.35 = 2.

Шаг 0115 спирали и область записи остались что, прежними позволяет использовать обычные CD-R диски. В смысле этом другие технологии записи высокой требуют плотности изменения физических характеристик носителя. Технология, Например DDCD (Double Density Compact фирмы) от Disc Sony не может работать с обычными дисками.

Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе -- CD-R диске:

1. Длина пита на диске уменьшается до 0,62 микрометра. Длина пита обычного CD составляет 0,83 микрометра. Это означает, что HD-BURN увеличивает ёмкость диска в 1,35 раза. Длина пита 0,62мкм была выбрана для того, чтобы все существующие DVD Video плееры и приводы DVD-ROM смогли считывать HD-BURN диски после незначительной модернизации.

2. Применяется иная система коррекции ошибок: вместо CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code -- перемежающийся код Рида-Соломона) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-16. Это позволило увеличить ёмкость ещё в 1,49 раза. Как сообщает Sanyo, новая система коррекции ошибок RS-PC не только более компактна, но и существенно более эффективна, чем CIRC.

В итоге, ёмкость одного CD-диска, записанного в режиме HD-BURN, в два раза превышает ёмкость CD-диска, записанного в обычном режиме.

7. Shape CD

Shape CD (англ.) русск. (фигурный компакт-диск) -- диск CD-ROM, но не строго круглой формы, а произвольной формы, с очертанием внешнего контура в виде разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолёты, сердечки, звёздочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д. Обычно применяется в шоу-бизнесе как носитель аудио- и видеоинформации. Был запатентован рекорд-продюсером Марио Коссом в Германии (1995).

Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в приводах CD-ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть и полностью вывести привод из строя. Поэтому перед вставкой Shape CD в привод следует принудительно ограничить скорость вращения диска с помощью специальных программ. Тем не менее, и эта мера не даёт гарантии безопасности CD-привода.

8. Интересные факты

Несмотря на то, что прошло совсем немного времени с момента создания компакт-дисков, это событие успело обрасти множеством легенд.

Употребление такого словосложения как «CD-диск» является тавтологией, потому что, аббревиатура CD (англ. Compact Disc) уже включает в себя слово «диск»: Компакт-диск-диск. Аналогично с DVD-диском (англ. Digital Video Disc): Цифровой видеодиск-диск.

8.1 Версия Джеймса Рассела

Существует версия о том, что компакт-диск изобрели вовсе не Philips и Sony, а американский физик Джеймс Рассел, работавший в компании Optical Recording. Уже в 1971 году он продемонстрировал своё изобретение для хранения данных. Делал он это для «личных» целей, желая предотвратить царапание своих виниловых пластинок иглами звукоснимателей. Спустя восемь лет подобное устройство было «независимо» изобретено компаниями Philips и Sony.

8.2 Девятая симфония Бетховена и компакт-диск

Очевидцы и участники переговоров о формате КД свидетельствуют, что в Philips и Sony до мая 1980 года не было единого мнения о внешнем диаметре диска. С точки зрения инженеров Sony был достаточен диаметр в 100мм, поскольку он позволяет миниатюризировать портативный проигрыватель. От высшего руководства Philips исходила идея сделать диск не более диагонального размера стандартной аудиокассеты (115мм), имевшей на рынке большой успех. Кроме того, в этом случае диск соответствует нормальным рядам линейных размеров системы DIN.

Вице-президент корпорации Sony Норио Ога, музыкант, в свою очередь полагал, что диск должен быть в состоянии вместить 9-ю симфонию Бетховена. В этом случае, по его мнению, на дисках можно будет распространять до 95% классических произведений. Дальнейшие исследования показали, что, например, девятая симфония в исполнении берлинского филармонического оркестра под руководством Герберта фон Караяна имела продолжительность 66 минут. Наиболее продолжительным исполнением стала симфония под руководством Вильгельма Фуртвенглера, исполненная на байрейтском фестивале -- 74 минуты. Это-де и послужило решающим аргументом при принятии решения о ёмкости диска.

«Как и в большинстве случаев, красивая история не имеет ничего общего с реальной жизнью. Эта история вышла из-под пера пиарщиков Philips», -- считает бывший инженер Philips Кеес Схоухамер Имминк. Реальность же, по его мнению, была иной. Под Ганновером Philips уже подготовил производственную линию по выпуску компакт-дисков на заводе PolyGram. В минимальные сроки можно было запустить производство дисков размером 115мм. Выпуск дисков размеров 120мм требовал значительных затрат денег и времени, поскольку был связан с заменой оснастки. По мнению Имминка, Sony не захотела смириться ситуацией, что Philips получит преимущество по выходу на рынок.

Как бы то ни было, в мае 1980 года росчерком пера высшего руководства фирм был установлен окончательный размер диска в 120мм, ёмкость диска в 74 минут аудиозаписи и частота дискретизации в 44,1кГц. Все прочие технические параметры пересчитывались, исходя из согласованных данных.

Литература

1. Боухьюз Г., Браат Дж., Хейсер А. и др. Оптические дисковые системы Principles of Optical Disc Systems. -- М.: Радио и связь, 1991. -- 280с. -- ISBN 5-256-00378-X

2. Марк Л. Чемберс. Запись компакт-дисков и DVD для «чайников» CD & DVD Recording For Dummies. -- 2-е изд. -- М.: Диалектика, 2005. -- 304с. -- ISBN 0-7645-5956-7

3. Э. Таненбаум. Современные операционные системы Modern operating systems. -- 2-е изд. -- Питер, 2006. -- 1037с. -- ISBN 0-13-031358-0

Размещено на Allbest.ru