Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио-и видеоклипы и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).
В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах - оптический принцип.
Гибкие магнитные диски.
Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.
Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).
В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.
Жесткие магнитные диски.
Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в 1973 г. и имел емкость 16 Кбайт.
Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. За счет множества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жестких дисков может в десятки тысяч раз превышать информационную емкость дискет и достигать сотен Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (7200 об./мин).
Часто жесткий диск называют винчестер. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр - 0.30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло - не ясно, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.
В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки - все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить. Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных.
В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
Лазерные дисководы и диски.
В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и проигрыватели.
За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого компьютера. Это произошло потому, что разнообразные программные продукты стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD (таких же, как и обычные музыкальные).
Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1. Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения. На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.
Запись на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна. Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная запись и чтение-запись-перезапись. Эти устройства обладают достаточно мощным лазером, позволяющем менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Информационная ёмкость CD-ROM достигает 700 Мбайт, а скорость считывания информации (до 7.8 Мбайт/с) зависит от скорости вращения диска. DVD-диски имеют гораздо большую информационную ёмкость (однослойный односторонний диск - 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Так же существуют двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски. В настоящее время скорости считывания 16-скоростных DVD-дисководов достигает 21 Мбайт/с.
Устройства на основе flash-памяти.
Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах.
Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти достигает 1024 Мбайт.
|
Тип носителя |
Емкость носителя |
Скорость обмена данными (Мбайт/с) |
Опасные воздействия |
|
Магнитные поля, нагревание, физическое воздействие |
|||
|
сотни Гбайт |
Удары, изменение пространственной ориентации в процессе работы |
||
|
650-800Мбайт |
Царапины, загрязнение |
||
|
до 17Гбайт | |||
|
Устройства на основе flash-памяти |
до 1024 Мбайт |
USB 1.0 - 1,5 USB 1.1 - 12 USB 2.0 - 480 |
Перенапряжение питания |
Одно из главных достижений DVD - это то, что удалось все применения компакт-диска для данных, видео, аудио (или их комбинации) совместить в пределах единственной физической файловой структуры по имени UDF, или универсальный дисковый формат. Разработанный OSTA (Optical Storage Technology Association), формат UDF гарантирует, что к любому файлу можно обратиться на любом диске, установленном на компьютере или видеопроигрывателе потребителя. Кроме того, формат обладает совместимостью со стандартными операционными системами, поскольку учитывает стандарт CD ISO 9660. UDF преодолевает проблемы несовместимости, от которых страдал компакт-диск, когда стандарт должен был переписываться каждый раз при появлении новых приложений, подобно мультимедиа, интерактивных систем или видео.
Версия UDF, которой удовлетворяют как перезаписываемые Диски, так и версии «только для чтения», является подмножеством спецификации UDF версии 2.02, которая известна как MicroUDF (M-UDF).
Поскольку UDF не поддерживался Windows, пока Microsoft не выпустила Windows 98, производители DVD были вынуждены использовать промежуточный формат по имени UDF Bridge (Мост), который представлял собой гибрид UDF и ISO 9660. Windows 95 OSR2 поддерживала UDF Bridge, но более ранние версии этого не могли. Спецификация UDF Bridge явно не включает Joliet-расширения для ISO 9660, которые необходимы для длинных имен файлов. Windows 98 распознает UDF, так что эти системы не имеют проблем ни с UDF, ни с длинными именами файлов.
DVD видео использует только UDF со всеми данными, требуемыми UDF и ISO 23346, чтобы иметь совместимость с компьютерными системами, и не использует ISO 9660 вообще. Файлы на DVD видео не могут иметь размер больший, чем 2 Гбайт, и должны быть записаны как отдельный экстент (то есть, в непрерывной последовательности). Первым каталогом на диске должен быть каталог VIDEO_TS, содержащий все файлы, и все имена файла должны быть в формате 8+3 (8 байт - имя, 3 - расширение).
DVD аудиодиски используют UDF для того, чтобы сохранять данные в отдельной «зоне аудио DVD» на диске, указанном как каталог AUDIO_TS.
Exabyte был лидером в промышленности НМЛ в течение более 20 лет. Фирмой было впервые предложено использовать 8-мм ленты для хранения данных на базе механизма, подобного видеокамерам Сони, причем было выпущено более 2.5 млн таких накопителей. Такие механизмы достаточны для приложений невысокой надежности, но менее пригодны для сегодняшних серверных приложений. Введенный в 1996 году стандарт «Мамонт» (Mammouth) является более передовой и надежной технологией и представляет ответ Exabyte на требования этого диапазона рынка серверов.
Привод МЛ не использует кабестан, что устраняет часть накопителя ленты, которая создает непредсказуемый износ носителя. Используется технология АМЕ (Advanced Metal Evaporated) или нанесения металла путем испарения. Это обеспечивает антикоррозийную стойкость и износоустойчивость ленты, срок хранения повышается до 30 лет. Гладкая поверхность МЛ увеличивает время износа головок до 35 тысяч.
Данные на МЛ организованы в сегменты (разделы), каждый из которых может быть записан, стерт или прочитан как одно целое. Эта организация позволяет увеличивать объем носителя для поддержки таких приложений, как мультимедиа и видеосерверы. Для коррекции ошибок используется двухуровневый метод Reed-Solomon ЕСС. При этом ошибки корректируются «на лету» перезаписью блоков в пределах той же дорожки.
В 2000 году был выпущен накопитель Exabyte Mammoth-2, в котором устанавливались новые стандарты высокой скорости и возможностей. Накопитель имеет скорость передачи 22 Мбайт/с, 8-мм лента АМЕ может загрузить максимум 60 Гбайт. НМЛ использует интерфейс Ultra2/LVD SCSI, буфер объема 32 Мбайт - многоканальную головку, новейший алгоритм коррекции ошибок ЕССЗ и обеспечивает коэффициент сжатия 2.5:2 на основе ALDC (адаптивное сжатие данных без потерь), что дает емкость 250 Гбайт на ленту. Последующая оптоволоконная версия предлагала повышение исходной скорости передачи до 30 Мбайт/с.
Разработана корпорацией Philips. Первые устройства ADR были запущены весной 1999 года, в форме НМЛ с интерфейсом IDE, способного к записи 25 Гбайт исходной или 30 Гбайт сжатой информации на картридж.
Привод ленты способен непрерывно контролировать ее смещение вверх или вниз даже на малейшую величину, в результате этого достигается высокая плотность - до 292 дорожек на 8-мм пленке. Способность ADR читать или записывать все восемь дорожек данных одновременно дает возможность получить внушительные скорости передачи при относительно низких скоростях. Износ ленты минимален, а также появляется и возможность контроля и исправления ошибок как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Применяемый здесь код исправления ошибок (ЕСС) значительно более эффективен, чем в обычных системах, когда код исправления ошибки действует только в одном измерении (по дорожке данных). Фактически, ЕСС для ADR позволяет обеспечить 200 %-ное восстановление данных, даже если до 24 из 292 дорожек разрушены по полной длине ленты.
CD-R содержит предварительно нанесенную спиральную дорожку, разбитую на блоки, причем адрес каждого блока закодирован непосредственно на носителе. Вместимость наиболее широко распространенного формата компакт-диска может быть выражена либо как 74 мин, либо 650 Мбайт. Каждая секунда времени воспроизведения занимает 75 блоков, следовательно полный компакт-диск имеет вместимость 74 х 60 х 75=333 ООО блоков.
Фактическая вместимость этих 333 тыс. блоков зависит от того, что именно записано на диске - аудио или данные. Это связано с тем, что аудио предъявляет меньше требований к безошибочности записи и поэтому в этом случае в каждый блок записывается меньшее количество контрольной, избыточной информации. В результате вместимость блока для аудио составляет 2353 байт (2048 для данных). Следовательно, 74-минутный диск имеет вместимость 783 226 000 байт (746 Мбайт) для аудио, но только 682 984 000 байт (650 Мбайт) для данных.
В конце 1990 годов. начали появляться носители CD-R с большей вместимостью, чем тот 74-минутный максимум, который разрешали стандарты аудиокомпакт дисков («Красная Книга») или стандарты CD-ROM («Желтая Книга»). Эти технологии получили общее название CD overburning.
Дополнительная вместимость была достигнута путем сокращения шага дорожки, уменьшения допусков на скорость сканирования, уменьшения вероятности ошибки при записи-чтении (при этом возникают проблемы совместимости с более ранними устройствами или старыми записями на CD).
Первый из этих форматов повышенной вместимости обеспечивал время считывания 80 минут и вмещал 360 тыс. блоков вместо обычных 333 тыс. В терминах количества данных это означало 703 Мбайт по сравнению с 650 Мбайт стандартного компакт-диска. В начале нового тысячелетия появляются еще более высокие вместимости в форме 90- и 99-минутных форматов (приблизительно 792 и 870 Мбайт соответственно). Следует отметить, что, так как временные отметки на компакт-диске кодируются парой десятичных цифр, невозможно, чтобы вместимость диска превышала 99 мин.
Overburning требует поддержки режима Disc-At-Once при записи и чтобы пишущий CD-плеер игнорировал информацию о свободном месте, находящуюся на диске без записи (ATIP), а вместо этого использовал данные, передаваемые из пишущей программы.
К концу 1999 года характеристики удвоились до «8х/24х», однако возникла проблема, известная как буферная недостаточность (или опустошение буфера записи), когда быстродействие машины и накопителя на МД стали отставать от скорости устройств CD-R (устройство готово к записи на диск, но информация в буфере записи уже исчерпана и «нечего писать» - в результате диск оказывается испорченным). Для избежания подобных эффектов, во-первых, стали использовать кэш память, размещенную на пишущем CD-плеере (размера от 256 Кбайт до 2 Мбайт), во-вторых, устройства стали адаптироваться к скорости подачи информации, снижая или повышая скорость записи.
Технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof technology), предложенная Sanyo, заключается в постоянном контроле состояния буфера данных компакт-диска так, чтобы запись была остановлена в определенном месте, если появляется опасность буферной недостаточности (например, когда заполнение буфера снижается ниже заданного порога), а затем возобновлена путем позиционирования лазерной головки на соответствующий сектор.
Plextor использует технологию Sanyo в комбинации с собственным методом «PoweRec» (Plextor Optimised Writing Error Reduction Control). Процесс записи здесь периодически приостанавливается (с использованием технологии BURN-Proof) для проверки качества записи и принятия решения о необходимости повысить или понизить скорость записи.
Стандарт ISO 9660, используемый CD-ROM и дисками CD-R, создает неудобства при добавлении данных на диски небольшими порциями. Запись многократных сеансов на диск приводит к потерям приблизительно 23 Мбайт дискового пространства на каждом сеансе, и первоначальный стандарт ограничивает числом 99 количество треков (фонограмм), которые могут быть записаны на диск. Эти ограничения были сняты в стандарте ISO 23346 «Универсальный Дисковый Формат» (Universal Disc Format - UDF), разработанном Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA). Этот стандарт не зависит от типа операционных систем, предназначен для записи данных на оптических носителях, включая CD-R, CD-RW и устройства DVD, и использует переработанную структуру каталога, которая позволяет устройству эффективно записывать файл (или «пакет») за один раз.
Режим пакетной записи не полностью совместим с логической файловой системой ISO 9660, так как при этом следует точно знать, какие файлы будут записаны в течение сеанса, чтобы заполнить служебные таблицы ФС (Path Tables и Primary Volume Descriptors), которые указывают на физическое размещение файлов на диске.
UDF позволяет добавлять файлы на диски CD-R или CD-RW порциями по одному файлу, без существенного переполнения служебной информацией, используя методику, названную «пакетной записью» (packet writing). В UDF, даже если файл перезаписан, его виртуальная адресация остается без изменений.
В конце каждого сеанса записи пакета UDF заносит на диск «Виртуальную таблицу размещения» (Virtual Allocation Table - VAT), которая описывает физическое местоположение каждого файла. Каждая вновь созданная VAT, включает данные из предыдущей VAT, позволяя таким образом UDF определить местонахождения всех файлов, которые когда-либо были записаны на диск.
К середине 2998 г. были выпущены две версии UDF - UDF 2.02 (версия, используемая на DVD ROM и видео DVD) и UDF 2.5 (добавляет поддержку CD-R и CD-RW). Windows 98 обеспечивала поддержку UDF 2.02. Однако в отсутствии поддержки операционной системы UDF 2.5 требовалось специальное UDF-программное обеспечение для дисковода, поддерживающее пакетную запись на CD-R и CD-RW.
Первым образцом такого программного обеспечения являлся DirectCD V2.0 (разработка Adaptec), который поддерживал как пакетную запись, так и произвольное удаление файлов с носителя CD-RW. DirectCD V2.0 обеспечивал запись двух видов пакетов - фиксированной и переменной длин. Пакеты фиксированной длины являются более подходящими для CD-RW, чтобы обеспечивать произвольное удаление файлов.
Записанные на диске CD-RW дорожки (фонограммы) считываются тем же самым способом, как и дорожки обычного компакт-диска - путем обнаружения переходов между низким и высоким коэффициентами отражения и измерения промежутков между переходами. Единственное существенное отличие состоит в том, что коэффициент отражения здесь ниже, чем для «правильных» CD, в результате этого носители CD-RW могут не читаться многими устаревшими дисководами CD-ROM или CD плеерами.
Отметим, что первоначальные спецификации для CD требовали, чтобы коэффициенты отражения для поверхности диска и углублений составляли минимум 70 и максимум 28 %, соответственно. Эти требования были введены, чтобы гарантировать надежное считывание данных фотодиодами 1980-х гг.
В настоящее время, в связи с усовершенствованием электроники эти требования оказываются чрезмерно завышенными.
Диск CD-RW имеет поверхностный коэффициент отражения 25-25 %. Поэтому система CD-RW работает в диапазоне коэффициентов отражения, равных ⅓ таковых из первоначальной спецификации компакт-диска. Однако для современных фотодиодов это не представляет никакой проблемы, достаточно организовать усиление электросигнала.
Спецификация «Мультичтения» («MultiRead»), составленная Philips и Hewlett Packard, а затем одобренная Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA), предусматривает необходимые корректировки, решая таким образом любые проблемы совместимости.
Кроме того, максимальные и минимальные уровни коэффициентов отражения диска CD-RW соответствуют требованиям спецификации CD для минимальной модуляции 60 %. Технология изменения фазы для CD-RW практически не зависит от длины волны лазера записи-чтения.
Диски CD-RW могут быть считаны как лазерами, используемыми в системах DVD (длина волны 650 нм), так и лазерами, применяемыми в приводах обычных CD (780 нм).
Спецификация, предложенная группой Mount Rainier (во главе с лидерами промышленности Compaq, Microsoft, Philips Electronics и Sony), имела своей целью сделать методы использования носителей CD-RW аналогичными НГМД или НЖМД - в частности, осуществлять при поддержке операционной системы операции в манере буксировки данных («drag and drop»). Спецификация Mount Rainier содержит следующие ключевые элементы:
Целью технологии сверхвысокой оптической плотности (Optical Super Density - OSD) была разработка сменного магнитооптического носителя большой емкости (40 Гбайт или более), который имел бы надежность, соответствующую сегодняшним требованиям ISO для МО, достигал норм передачи данных, конкурентоспособных с жестким диском (30 Мбайт/с) и обеспечивал бы более низкую стоимость мегабайта памяти, чем другие оптические и магнитные технологии. Весной 1999 года Maxoptix Corporation - ведущий изготовитель МО-накопителей - объявил о создании OSD-тех-нологии.
Достижение целей проекта сложилось на основе ряда инновационных технологий:
Существуют пять версий записываемых DVD:
Все записываемые форматы DVD включают набор спецификаций, которые определяют физические характеристики среды записи. Этот уровень функционирования является «физическим уровнем среды», и возможность прочитать диск на специфическом проигрывателе или дисководе зависит от его способности поддержать соответствующий физический уровень независимо от того, какие данные записаны. Спецификация самого содержания подчинена множеству «прикладных уровней», которые определены Форумом DVD. Например, типичные кинофильмы выпускаются на тиражируемых дисках ROM (физический уровень), и при этом применяется формат DVD видео (прикладной уровень).
Все пишущие плееры могут читать диски DVD ROM, но каждый использует различные типы дисков для записи. DVD R, который появился в 1997 г., разрешает сделать только однократную запись (только последовательным образом), в то время как диски форматов DVD RAM, DVD RW и DVD+RW могут быть перезаписаны тысячи раз.
DVD RAM был первым перезаписываемым форматом, который появился на рынках летом 1998 года. Этот формат наиболее удобен для записи компьютерных данных из перезаписываемых форматов DVD для использования в компьютерах, поскольку он поддерживает обход дефектных участков и зонный формат CLV (постоянная линейная скорость), однако он несовместим с большинством проигрывателей (из-за различий в отражательной способности диска и незначительных отличий формата).
Форматы DVD RW и DVD+RW представляют собой эволюционное развитие существующих технологий CD-RW и DVD R, а потому обеспечивают лучшую совместимость с остальными представителями семейства изделий CD/DVD. DVD RW впервые появился в Японии в конце 1999 года и более нигде не использовался вплоть до 2002 г. DVD+RW перенес множество «фальстартов» и появился в конце 2002 года.
В конце 1999 года Цюрихская научно-исследовательская лаборатория IBM обнародовала концепцию, согласно которой микро- и наномеханические системы могут конкурировать с электронными и магнитными устройствами в области запоминающих устройств большой емкости. Вместо того чтобы записывать биты, намагничивая точки на поверхности диска, новое устройство «Millipede» (многоножка, тысяченожка - по прозвищу разработчиков) выплавляет крошечные углубления в поверхности носителя.
Технология основана на использовании «ножек» (кончиков), установленных на концах крошечных консолей, чтобы сканировать мельчайшие детали поверхности. Кончики «многоножки» (числом 2024=32 х 32) нагреваются электрическим импульсом до 750 F (400 °С), что достаточно, чтобы выплавить отверстие в поверхностной пленке полимера диска. Кончики оставляют отверстия размером 30-50 нм, каждое из которых представляет один бит. Чтобы считать данные, «многоножка» определяет, находится ли «ножка» в отверстии, фиксируя температуру консоли.
Технологически элемент записи-чтения состоит из массива 64 х 64=4096 микрорычагов, занимающих 6.4 х 6.4 мм 2 и помещенных на кремниевый чип (20 х 20 мм2), изготовленный по новой технологии, позволяющей осуществлять непосредственную связь микрорычагов с CMOS-электроникой. Микрорычаги имеют раздельные нагреватели для записи и чтения и электростатический привод для движения в направлении оси z.
Высокие скорости работы с данными могут быть достигнуты совместной работой большого количества крошечных «ножек». Специалисты IBM полагают, что этот метод в конечном счете позволит достигнуть плотности хранения 500 Гбит/дюйм 2 .
Компания Sanyo Electric Co., Ltd. (Япония) объявила о выходе новой технологии BURN-Proof, которая решала главную проблему записи на CD-R/DVD R-диски и коренным образом улучшала характеристики CD/DVD рекордеров. На этой основе Sanyo разработала технологию высокой плотности записи информации: отныне становится возможным поместить 2.4 Гбайт данных на обычном CD-R-диске емкостью 700 Мбайт.
Новая технология получила название «HD-burn» (High Density Burn) - запись высокой плотности. Для реализации нового метода создан новый комбинированный привод Sanyo SuperCombiDrive CRD-DV2. Перечислим особенности данной технологии.
На обычные CD-R-диски можно записывать стандартный объем информации - до 0.7 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с CD и DVD приводами.
На обычные CD-R-диски можно записывать удвоенный объем информации - до 2.4 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с DVD приводами с учетом введения изменения в микропрограммы (firmware).
В режиме HD-burn достигается 36х скорость записи и 80х скорость чтения.
Технология записи BURN-Proof поддерживается без ограничения. Режим HD-burn также поддерживает CD-RW-диски. При этом достигается 24х скорость записи. Работа с HD-burn рекордером поддерживается несколькими популярными пакетами ПО, включая Nero Burning ROM (производство Ahead Software). В режиме HD-burn не могут записываться диски в формате CD-DA (Audio CD).
Диски, записанные по технологии высокой плотности, не будут читаться CD-приводами.
На диск, записанный с применением технологии HD-burn, будет помещаться 30 минут видео высокого качества (аналогичного DVD видео) с разрешением 720 х 576 точек.
Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе - CD-R-диске:
Шаг спирали (подача дорожки) и область записи остались прежними, что позволяет использовать обычные CD-R-диски. Другие же технологии записи высокой плотности требуют изменения физических характеристик носителя. Например, технология DDCD (Double Density Compact Disc) от фирмы Sony не может работать с обычными дисками. На Рисунок 3.35, в показано сравнение длины пита HD-Burn диска с обыкновенными CD- и DVD дисками.
Существует пять физических форматов (или книг) DVD, которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:
Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 220 миллиметров, толщина 2.2 мм), диски DVD обеспечивают до 27 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии:
Кроме того, есть проект формата DVD 24 - два слоя на одной стороне, один - на другой, который, будучи более простым в производстве, будет заменять DVD 28, пока потребность в последнем не проявится в полной мере.
Важно признать, что в дополнение к пяти физическим форматам DVD также имеет множество прикладных форматов типа DVD видео и DVD аудио.
В обычных накопителях CD-ROM информация на диск записывается в технологическом производственном процессе и изменить ее, например записать новую информацию, невозможно. Однако технологические достижения со временем позволили разработать компакт-диски со специальным носителем, которые допускают однократную запись информации пользователем (записываемые диски, CD-Recordable - CD-R ) и многократную запись (перезаписываемые диски, CD-ReWritable - CD-RW ) в специальных накопителях.
Компакт-диски с возможностью записи с точки зрения пользователей имеют
значительное преимущество по сравнению с другими технологиями сменной памяти,
например магнито-оптическими накопителями. Оно заключается в совместимости
носителей CD: накопители CD-R и CD-RW могут считывать практически все виды
CD-ROM, а диски, записанные в накопителях CD-R и CD-RW, могут считывать обычные
накопители CD-ROM и новые накопители DVD-ROM. Еще одно достоинство состоит в
дешевизне носителя. Основной недостаток дисков состоит в ограничениях на
"перезаписываемость" (rewriteability); конечно, диски CD-R вообще не допускают
перезаписи и до недавнего времени диски CD-RW было необходимо реформатировать
для восстановления пространства, занятого "удаленными" файлами, когда диск
заполняется. В то же время конкурирующие технологии обеспечивают простую
функциональность "тащи и бросай" (drag-and-drop) без такого ограничения. Даже
сейчас перезаписываемость дисков CD-RW далека от совершенства, что приводит к
снижению емкости дисков.
В 1984 г. Международная Организация по Стандартизации (International Standards Organisation - ISO) разработала формат данных ISO 9660. Он был принят как кросс-платформенный протокол для имен файлов и структуры каталогов. Имена файлов ограничены прописными буквами, цифрами и символом подчеркивания "_". Имена каталогов могли иметь максимум восемь символов без расширения, а глубина подкаталогов составляла только восемь. Под Windows 95 стандарт можно игнорировать, но старые накопители CD-ROM не могут работать с такими "нестандартными дисками.
Каждый компакт-диск имеет оглавление (Table Of Contents - TOC), которая содержит информацию о дорожках. Оранжевая Книга решает проблемы записываемых CD, в которых последующие сессии записи на один и тот же диск требуют обновления TOC. Формат дисков Photo-CD компании Kodak не требует заполнять диск изображениями на первом этапе: позже можно добавлять изображения до заполнения диска. Информация на Photo-CD представлена в формате CD-ROM Желтой Книги и впоследствии может считываться любым многосессионным накопителем.
Однако формат файлов ISO 9660, используемый дисками CD и CD-R, а также оригинальным диском или стандартами однократной сессии, не рассчитан на добавление данных небольшими инкрементами. Запись нескольких сессий на диск приводит к тому, что примерно 13 Мб дискового пространства в каждой сессии пропадает, а оригинальный стандарт ограничивает число дорожек, которое можно поместить на диск, до 99. Эти ограничения в последующем были преодолены универсальным дисковым форматом (Universal Disc Format - UDF) ISO 13346, разработанным Ассоциацией технологии оптической памяти (Optical Storage Technology Association - OSTA). Этот независимый от операционной системы стандарт для хранения данных на оптическом носителе, включая устройства CD-R, CD-RW и DVD, использует переработанную структуру каталогов, которая обеспечивает эффективную запись отдельного файла (или пакета - packet).
Компакт-диски имеют диаметр 12 см и центральное отверстие диаметром 15 мм. Звуковые или компьютерные данные хранятся от радиуса 25 мм (после начальной области сессии - lead-in) до радиуса 58 мм, где начинается конечная область сессии (lead-out). Стандарт Оранжевой Книги на CD-R фактически разделяет CD на две области: область системного использования (System Use Area - SUA) и информационную область (Information Area). Если информационная область действует как общее пространство хранения, то SUA действует во многом аналогично загрузочному сектору жесткого диска, занимая первые 4 мм поверхности CD. Она сообщает считывающему устройству, какую информацию ожидать, и сама разделена на две части: область калибровки мощности (Power Calibration Area - PCA) и область программной памяти (Program Memory Area - PMA):
Информационная область (Information Area), которая содержит данные, разделяется на три области:
В дополнение к основному каналу данных компакт-диск имеет восемь субкодовых
каналов (subcode channels), обозначаемых от "P" до "W", чередующихся с основным
каналом и доступными для использования плейерами звуковых CD или CD-ROM. Когда
разрабатывался первый CD, субкод был включен как средство размещения управляющих
данных на диске, а использование основного канала ограничивалось звуковыми
данными или данными CD-ROM. P-канал показывает начало и конец каждой дорожки,
Q-канал содержит временные коды (минуты, секунды и фреймы), оглавление TOC (в
начальной области сессии), тип дорожки и каталожный номер. Каналы от R до W
обычно применяются для графики. По мере совершенствования технологии основной
канал стал фактически использоваться для нескольких других типов данных и в
новой спецификации DVD субкодовые каналы CD полностью отсутствуют.
Диски с однократной записью и многократным считыванием (Write Once/Read Many - WORM) разработаны в конце 80-х годов прошлого века. При записи данных в WORM-накопителе маломощный лазер наносит на поверхность носителя физические отметки, которые невозможно стереть, т.е. запись производится однократно (write once). На рисунке слева показан общий вид накопителя CD-R. Фактически внешне он не отличается от обычного накопителя CD-ROM.
Характеристики записываемых (recordable) CD были определены стандартом Оранжевой Книги II в 1990 г. и компания Philips первой выпустила CD-R в середине 1993 г. Он использует такую же технологию, как и WORM, изменяя отражательную способность слоя органического красителя, который заменяет отражающую алюминиевую пленку обычного компакт-диска. Вначале стандартом de facto для носителя CD-R был цианиновый краситель и его стабилизированные металлом производные. Через некоторое время его заменил фталоцианиновый краситель, который оказался менее чувствительным к ухудшению свойств из-за обычного света, включая ультрафиолетовый, флюоресцентный и солнечный свет. Эти красители представляют собой фоточувствительные органические соединения, аналогичные используемым для получения фотографий. Производители носителей используют различные красители в комбинации с толщиной красителя, отражательной способностью и структурой бороздок для точной настройки параметров записи для широкого диапазона скоростей записи, мощности записывающего лазера и долговечности носителя. Для воссоздания некоторых свойств алюминиевой пленки стандартных CD и защиты красителя он покрывается микроскопическим отражательным слоем (из фирменного серебряного сплава или золота). Использование устойчивых металлических отражателей устраняет риск коррозии и окисления. Производители носителей выполнили исследования долговечности носителя с использованием промышленных тестов и приемов математического моделирования. Эти исследования показали, что долговечность дисков составляет от 70 до 200 лет. Однако на практике надежный срок хранения данных составляет от 5 до 10 лет.
Цвет диска CD-R связан с цветом конкретного красителя, который используется в записывающем слое. Этот базовый цвет красителя изменяется при добавлении отражающего покрытия (серебряного или золотого). Некоторые комбинации красителя и отражающего покрытия выглядят зелеными, другие синими, а третьи желтыми. Например, зелено-золотые диски объединяют золотой отражающий слой с голубым красителем, что вызывает появление золотого цвета на стороне с этикеткой и зеленого цвета на записывающей стороне. Компания Taiyo Yuden выпустила оригинальные зелено-золотые CD с цианиновым красителем, которые использовались при подготовке стандарта Оранжевой Книги. Компания Mitsui Toatsu Chemicals изобрела процесс для получения золото-золотых CD. Серебряно-синие CD-R, выпускаемые по технологическому процессу, который запатентовала компания Verbatim, впервые появились в 1996 г. В середине 1998 г. компанией Ricoh выпущены серебряно-серебряные диски "Platinum", в которых применяется улучшенный фталоцианиновый краситель.
Диск имеет спиральную дорожку, которая формируется в производственном процессе, на которую записываются данные. Это обеспечивает движение рекордера по тому же спиральному шаблону, как и в обычном компакт-диске. Запись производится с внутренней части диска к внешней. Спиральная дорожка делает 22 188 оборотов на поверхности CD, что соответствует примерно 600 оборотам дорожки на миллиметр.
Вместо механической прессовки компакт-диска накопитель CD-R записывает данные на диск, используя свой лазер для физического "выжигания" (burn) питов в органическом красителе. При нагреве выше критической температуры "выжигаемая" благодаря химической реакции область становится непрозрачной (или абсорбирующей) и в последующем отражает меньше света, чем области, которые не нагревались лазером. Система имитирует хорошее отражение света от лэнда на обычном CD и рассеяние от пита, поэтому данные на диске CD-R представлены "выжженными" и "невыжженными" областями аналогично представлению данных питами и лэндами на обычном CD. Следовательно, диск CD-R можно использовать в обычном CD-плейере так же, как обычный компакт-диск.
Однако диск CD-R не является строго диском WORM. В обоих типах дисков невозможно стереть данные (после записи на CD-R изменение цвета участка оказывается постоянным), но диск CD-R допускает выполнить несколько сессий записи в различные области на диске. Единственное ограничение состоит в том, что последующие сессии могут считывать только многосессионные накопители CD-ROM; все, записанное после первой сессии, старые накопители не "увидят".
Стоимость CD-рекордеров по сравнению с серединой 90-годов прошлого века значительно снизилась, а параметры улучшились. В середине 1998 г. выпущены накопители, способные записывать с 4-кратной скоростью и считывать с 12-кратной скоростью (что обозначается как С4X/12XТ); для них придаются усовершенствованные программы формирования диска (CD mastering). К концу 1999 г. производительность накопителя CD-R возросла до 8X/24X, и в это же время наметился переход к более универсальным дискам CD-RW. Чем выше скорость записи, тем больше накопитель должен буферировать недогрузки (underruns) - самые опасные из всех ошибок записи на компакт-диск. Для уменьшения вероятности недогрузки в накопитель встраивается кэш емкостью от 256 КБ до 2 МБ. Быстрые устройства позволяют замедлить процесс записи до 2-кратной скорости и даже до 1-кратной скорости. Это особенно полезно для того, чтобы избежать ошибок недогрузки при копировании низкокачественных CD-ROM.
Когда стоимость накопителей CD-R приблизилась к стоимости скоростного накопителя CD-ROM, диски CD-R стали широко применяться как запоминающее устройство и как устройство для резервирования. Однако эти диски имеют несколько преимуществ по сравнению с альтернативными технологиями.
Диски CD-R обычно рассчитаны на формат 63 или 74 минуты, что соответствует емкости 550 МБ и 650 МБ и являются очень дешевы носителем. Широкое распространение накопителей CD-ROM означает, что диски можно считывать во множестве РС, что делает диски CD-R удобным средством переноса больших файлов. В отличие от ленты диски CD-R являются устройством с произвольным обращением, что позволяет быстрее получить архивные материалы; диски долговечнее ленточных картриджей и на них не влияют магнитные поля. Наконец, на одном диске можно хранить разнообразные данные, например видео, изображения Photo-CD, графику звук и обычные данные.
Однако формат CD-R не свободен от проблем совместимости. В отличие от обычных CD отражающая поверхность диска CD-R точно соответствует длине лазера 780 нм обычного накопителя CD-ROM. Если вставить диск CD-R в накопитель DVD-ROM первого поколения, он не будет отражать достаточно света для длины 650 нм, чтобы надежно считывать данные. В последующем эта проблема была решена в накопителях с головками, рассчитанными на две длины волны.
Однако действительный недостаток дисков CD-R состоит в том, что процесс
записи необратим. Носитель невозможно стереть для повторной записи. Только
оставив сессию "открытой", т.е. не записывая на весь диск, можно постепенно
добавлять данные. Конечно, это не подходит для резервирования данных. Через
некоторое время после интенсивных исследований компании Philips и Sony объявили
в 1997 г. еще один стандарт на CD - перезаписываемые диски (CD-Rewritable -
CD-RW).
В результате совместных усилий компаний Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical Corporation, Philips, Ricoh и Sony созданные накопители CD-RW предоставляют пользователю возможность записывать на ненужные данные или удалять отдельные файлы. Стандарт Оранжевой Книги III обеспечивает совместимость дисков CD-RW с общим семейством компакт-дисков, а также совместимость с новыми накопителями DVD-ROM.
Технология дисков CD-RW опирается на оптическую смену фазы (phase change), но в отличие от технологии магнито-оптических дисков здесь не привлекаются магнитные поля. Сами носители неотличимы от дисков CD-R их металлическим серым цветом и имеют такую же базовую структуру, как и диски CD-R, но со значительными отличиями. Носитель диска CD-RW со сменой фазы состоит из поликарбонатовой подложки со спиральной бороздкой для серво-наведения, информации об абсолютном времени и других данных, на которую осаждаются обычно пять слоев. Записывающий слой находится между диэлектрическими слоями, которые в процессе записи отводят излишнее тепло от слоя со сменой фазы. Вместо записывающего слоя с красителем на диске CD-R на диске CD-RW обычно используется кристаллическое соединение, состоящее из смеси серебра, индия, сурьмы и теллура. Эта довольно экзотическая смесь обладает необычным свойством: при нагревании до одной температуры и охлаждения она становится кристаллической, но при нагревании до большей температуры и последующего охлаждения она становится аморфной. Кристаллические участки позволяют металлизированному слою отражать луч лазера лучше, в некристаллический участок поглощает луч лазера и отражения не происходит.
Чтобы достичь этих эффектов в записывающем слое, рекордер CD-RW использует три разных мощности лазера:
При записи сфокусированный лазерный луч с мощностью "Write Power" селективно нагревает участки материала со сменой фазы выше температуры плавления (500-700 градусов Цельсия), поэтому все атомы этого участка быстро переходят в жидкое состояние. Затем при достаточно быстром охлаждении случайное жидкое состояние "замораживается" и получается так называемое аморфное состояние. Аморфный участок материала сжимается, образуя пит в точке падения лазерного луча и приводя к распознаваемой поверхности компакт-диска. Когда лазерный луч с мощностью "Erase Power" нагревает слой со сменой фазы до температуры ниже температуры плавления, но выше температуры кристаллизации (200 градусов Цельсия) достаточное время (больше минимального времени кристаллизации), атомы возвращаются в упорядоченное состояние, т.е. кристаллическое состояние. Запись производится за один проход сфокусированного лазерного луча; иногда этот режим называется прямой перезаписью (direct overwriting) и процесс записи для диска можно повторять несколько тысяч раз.
Когда данные записаны и аморфные участки отражают меньше света, лазерный луч с мощностью "Read Power" обнаруживает различие между лэндами и питами на диске. Приходится учитывать, что диск отражает меньше света, чем диски CD-ROM и CD-R, поэтому диски CD-RW можно считывать только в плейерах, которые поддерживают новую спецификацию MultiRead. Даже накопители DVD-ROM, которые используют формат файлов UDF, требуют для считывания CD-RW головку с двумя длинами волн.
Накопители CD-RW обеспечивают запись дисков CD-R и CD-RW, поэтому пользователь может выбрать наиболее подходящий носитель. В середине 1998 г. накопители могли считывать с 6-кратной скоростью и записывать диски CD-R и CD-RW с 4-кратной скоростью. К концу этого же года достигнута 16-кратная скорость считывания. К концу 2000 г. лучшие накопители могли записывать с 10/12-кратной скоростью и считывать CD-ROM с 32-кратной скоростью.
Несмотря на то, что формат UDF предоставляет пользователям возможность передавать файлы по принципу "тащи и бросай" (drag and drop), работать с дисками CD-RW не так просто, как с жестким диском. Во-первых, из-за ограничений стандарта UDF и ассоциированного драйвера при удалении данных с диска CD-RW соответствующие области диска просто отмечаются для удаления и немедленно недоступны. Диск можно использовать до исчерпания всей его емкости, а затем для освобождения запоминающего пространства необходимо стирать весь диск с помощью функции последовательного стирания. В аппаратном смысле стирание диска реализуется нагревом поверхности до меньшей температуры, но более длительное время, что возвращает диск в кристаллическое состояние.
Эволюция стандарта UDF и совершенствование драйвера значительно улучшили
положение, сделав диски CD-RW похожими, но все же не идентичными, гибким или
жестким дискам.
Стандарт ISO 9660 на диски CD-ROM имеет определенные ограничения, которые делают его непригодным для DVD, CD-RW и других новых дисковых форматов. Стандарт UDF ISO 13346 призван снять эти ограничения. В частности, пакетная запись не полностью совместима с логической файловой системой ISO 9660, так как она требует точно знать, какие файлы записаны во время сессии для генерирования Path Tables и Primary Volume Descriptors, которые показывают на физическое местонахождение файлов на диске. UDF позволяет добавлять файлы на диск CD-R или CD-RW постепенно, по одному файлу, без значительных служебных потерь, применяя пакетную запись (packet writing). В UDF даже когда файл перезаписывается, его виртуальный адрес остается тем же самым. В конце каждой сессии пакетной записи UDF записывает на диск виртуальную таблицу размещения (Virtual Allocation Table - VAT), которая описывает физическое местонахождение каждого файла. Каждая вновь создаваемая таблица VAT включает в себя данные из предыдущей таблицы VAT, позволяя локализовать все файлы, которые когда-либо записывались на диск.
К середине 1998 г. разработаны две версии UDF и планируется создание будущих версий. Версия UDF 1.02 - это версия для дисков DVD-ROM и DVD-Video; версия UDF 1.5 является надмножеством, которое добавляет поддержку дисков CD-R и CD-RW. Система Windows 98 поддерживает версию UDF 1.02. Однако при отсутствии поддержки операционной системой UDF 1.5 требуется специальный драйвер UDF, чтобы обеспечить пакетную запись на перезаписываемые CD. Драйвер DirectCD V2.0 компании Adaptec был первым драйвером, который поддерживал пакетную запись и произвольное стирание отдельных файлов на носителе CD-RW. Драйвер DirectCD V2.0 позволяет записывать пакеты двух видов: фиксированной длины и переменной длины. Пакеты фиксированной длины более пригодны для CD-RW, чтобы поддерживать произвольное стирание, поскольку сложно (и медленно) следить за большой и постоянно изменяющейся файловой системой, если пакеты не были записаны в фиксированные места.
Однако версия UDF 1.5 далека от совершенства. Помимо трудностей, связанных с отсутствием поддержки операционной системой, имеются и другие проблемы. Основной недостаток связан с тем, что пакеты фиксированной длины (32 КБ в стандарте UDF) занимают на диске большое служебное пространство. Доступная емкость диска CD-RW, форматированного для записи пакетами фиксированной длины, уменьшается примерно до 550 МБ. Однако на практике емкость UDF-форматированного диска уменьшается еще больше как следствие встроенных в драйвер DirectCD средств повышения долговечности носителя CD-RW.
Любой конкретный участок на диске CD-RW можно стирать и перезаписывать примерно 1000 раз (вскоре это число было повышено до 10 000). После этого участок использовать нельзя. Однако драйвер DirectCD спроектирован так, чтобы избегать повторных записей и стираний одного и того же физического участка с помощью метода, называемого (резервирования) sparing. Это значительно продлевает срок службы диска, но за счет служебной информации, которая снижает эффективную емкость диска. Даже если конкретный участок на диске CD-RW не "выжигался", драйвер DirectCD может отметить его как "неиспользуемый" (unusable) и не привлекать его (этот способ похож на обработку дефектных секторов на жестком диске).
В дополнение к проблеме снижения емкости не все накопители CD-R и CD-RW
поддерживают пакетную запись, а считывать диски, на которые производилась
пакетная запись, могут только накопители MultiRead CD-ROM и из них только
сертифицированные Ассоциацией OSTA накопители. Для этого требуется бесплатная
программа UDF Reader компании Adaptec, которая позволяет многим накопителям
MultiRead CD-ROM считывать диски, записанные в формате UDF 1.5. Важно отметить,
что эта программа требуется в дополнение к драйверу DirectCD, которая необходима
только для рекордеров CD.
Записанные дорожки на диске CD-RW считываются аналогично дорожкам обычных компакт-дисков путем обнаружения переходов между высокой и низкой отражательной способностью и измерением промежутков между переходами. Единственное отличие заключается в том, что отражение слабее, чем в обычных CD. Это означает, что диски CD-RW не могут считывать многие старые накопители CD-ROM или плейеры CD.
Для решения этой проблемы полезно рассмотреть оригинальные спецификации отражающей способности CD: минимум 70% для лэндов и максимум 28% для питов. Эти спецификации были введены в начале 80-х годов прошлого века, чтобы обеспечить надежное считывание малочувствительными фотодиодами. Однако современные фотодиоды могут обнаружить намного меньшие различия в отражательной способности и такие жесткие спецификации больше не нужны.
Диск CD-RW имеет отражательную способность 15-25% для лэндов. Поэтому накопитель CD-RW работает с отражательной способностью примерно в одну треть от исходной спецификации CD. Однако для современных фотодиодов это обстоятельство проблемы не составляет. Для надежного считывания записанных данных требуется только дополнительное усиление. Спецификация MultiRead, разработанная компаниями Philips и Hewlett-Packard и утвержденная Ассоциацией OSTA, содержит все необходимые коррекции и снимает все проблемы совместимости.
Более того, максимальная и минимальная отражательные способности диска CD-RW
удовлетворяют требованиям спецификации CD для минимальной модуляции 60%.
Заглядывая в будущее, можно утверждать, что технология смены фазы CD-RW
значительно не зависит от длин волн записывающего и считывающего лазера. Диски
CD-RW можно считывать лазерами с длиной волны 650 нм, которые используются в
системах DVD, а также современными лазерами с длиной волны 780 нм, которые
применяются в других накопителях на компакт-дисках.
Недогрузка буфера (buffer underrun) является наиболее сложной проблемой при записи на компакт-диски. Она может возникнуть при попытке "выжигать" CD в ходе выполнения других задач или при записи из "медленного" источника в быстром "получателе". Когда начинается процесс выжигания, важно, чтобы записываемые данные были доступны для записи на CD все время до конца процесса. Недогрузка буфера возникает, когда компьютерная система не может поддерживать постоянный поток данных в записывающий накопитель в течение всего процесса записи. Чтобы уменьшить вероятность недогрузки буфера, все современные записывающие накопители имеют встроенный буфер данных, который сохраняет поступающие данные, чтобы буферировать быстрый накопитель от потенциально слишком медленного источника данных.
В конце 2000 г. появились накопители CD-RW, использующие такую комбинацию аппаратно-программных средств в составе накопителя, которые полностью решили проблему недогрузки буфера. Разработанная и запатентованная компанией Sanyo технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof technology) производит постоянный контроль состояния буфера данных накопителя, чтобы запись можно было остановить в конкретном месте, когда обнаруживается угроза недогрузки буфера. Обычно фиксируется, когда буфер заполнен ниже определенного порога его максимальной емкости. Запись возобновляется после достаточного заполнения буфера, но вначале оптическая головка накопителя перемещается в нужный сектор.
Техническая характеристика CD-R диска.
CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика - поликарбоната - толщиной 1,2мм, диаметром 120мм (стандартный) или 80мм (мини). Ёмкость стандартного CD-R составляет 74 минуты аудио или 650МБ данных. Однако, на данный момент (2006 год) стандартным можно считать CD-R ёмкостью 702МБ данных (точнее 736 966 656 байт) или 79 минут 59 секунд и 74 фрейма. Такая ёмкость достигается небольшим превышением допусков, описанных в стандарте «Оранжевой Книги» (CD-R/CD-RW). Также на рынке имеются 90 минутные / 790МБ и 99 минутные / 870МБ диски, которые получили гораздо меньшее распространение.
Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится эта спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем из серебра, его сплава или золота. Этот отражающий слой покрывается защитным фотополимеризуемым лаком и отверждается ультрафиолетовым излучением. И уже на этот защитный слой наносятся различные надписи краской.
Чистый CD-R не является полностью пустым, на нём имеется служебная дорожка с сервометками ATIP - Absolute Time In Pregroove - абсолютное время в служебной дорожке. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи (т. е. следит, чтобы длина пита была постоянной). Помимо функций синхронизации, служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск и многие системы защиты от копирования используют её для того, чтобы отличить оригинал от копии.
Первыми компаниями, которые начали выпуск «болванок» CD-R были Taiyo Yuden, Kodak, Maxell и TDK. С тех пор стандарт CD-R подвергался дальнейшему развитию для обеспечения всё больших скоростей записи и в настоящее время (2006) максимальная возможная скорость записи CD-R равна 52x, т. е. в 52 раза больше чем та, которая определена в стандарте «Оранжевой Книги» (1x = 150 КБ/с). Эти доработки заключаются, в основном, в новых материалах для записывающего слоя, лучшей геометрии дорожки и технологии нанесения записывающего слоя. Низкоскоростная запись 1х используется до сих пор для записи особых «аудио CD-R», т. к. записывающие деки на компакт-дисках были стандартизованы именно на эту скорость.
Чистые «болванки» CD-R имеют служебную дорожку с записанными данными. Эта дорожка содержит временные метки и используется при записи, чтобы луч лазера записывал по спиральной дорожке как и на обычных компакт дисках. Вместо печати питов как физических углублений в материале «болванки» как в случае CD, при записи CD-R данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы.
При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отражённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод, а если луч попадает на тёмный - «прожжённый» - участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Во время чтения «болванка» в приводе крутится на шпинделе, а читающий луч остаётся неподвижным и направляется следящей системой на дорожку с данными. Чередующиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется в биты информации электрической системой привода - «декодируется».
Прожигание записывающего слоя является необратимым химическим процессом, т. е. однократным. Поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть, в отличие от CD-RW. CD-R, однако, можно записывать по частям, которые называют сессиями.
Используется три основных типа записывающего слоя для CD/DVD:
Цианин (англ. Cyanine
) - Цианиновый краситель обладает сине-зелёным
(цвет «морской волны») оттенком рабочей поверхности. Этот материал использовался
в самых первых «болванках» CD-R и запатентован фирмой Taiyo Yuden. Этот
краситель химически нестоек, что является причиной короткого срока гарантированного
хранения записанной информации. Краситель может выцвести за несколько лет.
Хотя многие производители используют дополнительные химические добавки для
увеличения стабильности цианина, такие диски не рекомендуется использовать
в целях резервного копирования и долговременного хранения архивных данных.
Azo - Металлизированный азо-краситель, имеет тёмно-синий цвет. Его формула
запатентована фирмой Mitsubishi Chemicals. Этот краситель химически стоек
и его способность хранить информацию исчисляется десятилетиями (сами фирмы
пишут о 100 годах).
Фталоцианин (англ. Phthalocyanine
) - Чуть более поздняя разработка
активного записываемого слоя. Фталоцианин
практически бесцветен,
с бледным оттенком салатового или золотистого цвета, из-за чего диски на
основе фталоцианинового активного слоя часто называют «золотыми». Фталоцианин
- несколько более современная разработка. Диски на основе этого активного
слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению,
что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько
более надежному хранению в неблагоприятных условиях (фирмы утверждают о
сотнях лет).
К сожалению, многие производители используют различные добавки в записывающий
слой, чтобы цианиновые болванки были похожи по цвету на фталоцианиновые.
Поэтому нельзя просто по цвету определить материал записывающего слоя. Также
и отражающий слой «золотого» цвета не гарантирует, что это фталоцианиновый
CD-R.
Существует несколько методов записи данных на CD-R:
Disc-At-Once, DAO (Диск за раз) - весь диск записывается одной сессией, от начала до конца без перерывов. Сначала на диск записывается специальная информация, обозначающая начало записи (англ. lead-in ), после этого «прожигаются» данные, а затем диск «закрывается», т. е. записывается специальная последовательнось битов, которая сообщает о невозможности добавления информации на эту «болванку» (англ. lead-out ). Такой способ хорошо подходит для записи концертных выступлений «вживую», без пауз между песнями, а также в качестве мастер-дисков для последующего тиражирования на заводе.
Track-At-Once, TAO (Дорожка за раз) - данные пишутся по одной дорожке (сессии) за раз и оставляется «открытым» (т. е. запись о «закрытии» диска не делается), что говорит о возможности дальнейшей записи информации на этот диск. Кроме того, это позволяет записывать аудио-диски с дополнительной «компьютерной» дорожкой. Аудио-диск сможет читаться на CD-плеере только после того, как будет записана таблица содержания (TOC - Table Of Content). После записи TOC добавление дорожек становится невозможным.
Packet Writing (Пакетная запись) - не очень распространённый вид записи, при котором диск «форматируется» и в дальнейшем на него можно записывать данные или делать ранее записанные данные «невидимыми», т. е. такой CD-R становится похожим на диски с произвольным чтением и записью. Однако при любом изменении данных (удаление, запись, изменение) на диске необходимо записывать дополнительные пакеты, и после того как все пакеты будут записаны, диск станет недоступным для дальнейших изменений - только для чтения. Поддерживается не всеми приводами, что приводит к проблемам совместимости.
Session-At-Once, SAO (Сессия за раз) - режим SAO применяется при записи формата CD-Extra. При использовании данного формата, на диске возможна запись как аудио-информации (CD-DA), так и программной части. При записи сначала «прожигаются» аудио-треки, а затем данные.
Multisession (Мультисессия) - режим записи, позволяющий в дальнейшем добавлять информацию на диск. Каждая сессия содержит информацию начала сессии (lead-in), затем данные и информацию о конце сессии (lead-out). При записи в режиме мультисессии, информация о структуре предыдущих записей копируется в новую сессию и может быть отредактирована. Таким образом, пользователь может уничтожить информацию о структуре уже ненужных или устаревших записей, не включив ее в новую таблицу содержания (TOC - Table Of Content). Есть возможность «стирать» ненужную ему информацию с компакт-диска, хотя на самом деле физически она продолжает оставаться на CD диске. Информация может быть восстановлена с помощью специального программного обеспечения.
Условия хранения и средний срок жизни записанных CD-R.
На данный момент (2006) среднее время жизни CD-R только оценивается на основании ускоренных тестов старения, т. к. данная технология оптических носителей слишком молодая и не имеет практических данных на этот счёт. Считается, что при должном уходе CD-R должны выдерживать не менее тысячи циклов чтения и хранить записанную информацию несколько сотен лет. К сожалению, некоторые общепринятые практики неправильного обращения с дисками могут уменьшить эту цифру до одного - двух лет. Поэтому, если основная цель записи - долговременное хранение информации, следует бережно обращаться с «болванками» CD-R.
Характеристики материала записанных CD-R со временем подвержены ухудшению,
впрочем как и большинство других записываемых носителей. Оптические диски
для однократной записи, CD-R, используют в записывающем слое краситель,
который под воздействием тепла меняет свойства, влияющие на хранение данных.
Процесс деградации может привести к перемещению записанной дорожки с данными
внутри слоя, в результате чего привод не сможет прочитать данные с диска.
Многие дешёвые записываемые «болванки» малоизвестных фирм, равно как и безымянные,
«лысые», «технологические» болванки, имеют срок жизни порядка двух лет.
Некоторые такие «болванки» более высокого качества имеют более длительный
срок службы - около пяти лет. Отличить низкокачественные «болванки» от высококачественных
весьма сложно, так как лишь немногие производители (например, Taiyo Yuden)
заботятся о сроке жизни своих изделий. Из-за ценовых войн качество дисков
часто приносится в жертву достижению как можно более низкой себестоимости.
Рекомендации по хранению и работе с «болванками» CD-R:
Хранить вертикально, каждый в отдельном футляре или слим-футляре. Находясь в них, диски не соприкасаются поверхностью с записывающим слоем о стенки футляра.
Избегать изгибания «болванки». Чтобы вынуть диск из футляра, ни в коем случае
нельзя «стягивать» его за края. Вместо этого нужно нажать на шпиндель, на
котором он держится, что позволит вынуть диск без усилий и изгибания.
«Болванку» нужно держать за тонкие края по периметру, и стараться не касаться
прозрачного защитного слоя, чтобы не загрязнять эту поверхность отпечатками
пальцев.
Хранить в прохладном сухом месте. Оптимальная температура 5-20°C (41-68°F),
влажность 30-50%. Также нежелательны резкие перепады этих значений.
Избегать прямого солнечного света. Он может нагреть футляр и диск, который
в нём находится. Продолжительное воздействие прямого ультрафиолетового света
(в том числе солнечного) на диск также негативно сказывается на его характеристиках.
Однако, небольшие дозы рентгеновского излучения, например при проходе контроля
в аэропорту, или магнитные поля не должны оказывать существенного ущерба
дискам.
Если возможно, использовать фломастеры или маркеры с водяными растворителями
и мягким пером, при написании пометок на поверхности для записей. Лучшее
место для пометки - это небольшое пространство на диске вокруг центрального
отверстия шириной порядка одного сантиметра, обычно полностью прозрачного.
Фломастеры на спиртовых растворителях считаются менее вредными для диска,
чем на ксиленовых или толуоловых. Обычно перманентные маркеры делаются на
основе ксилена или толуола, и поэтому использовать их для пометок на диске
не рекомендуется. Многие производители выпускают фломастеры специально разработанные
для нанесения надписей на оптические носители (CD/DVD).
Никогда не используйте наклейки на дисках. Клеящее вещество наклеек может
химически воздействовать на диск, а в высокоскоростных приводах компакт-дисков
наклейки приводят к биению диска. Известны случаи, когда диск разлетался
на части внутри привода, что приводило к потере информации и выходу привода
из строя.
Недопустимо появление царапин на любой из поверхностей диска. Даже небольшая
царапина на «внешней» поверхности с записывающим слоем может привести к
частичной или полной потере информации. Вопреки распространённому мнению,
небольшие царапины с «прозрачной» («внутренней») стороны диска менее опасны,
но тоже могут привести к проблемам чтения и записи. Нельзя писать на дисках
шариковыми ручками, т. к. механическое воздействие на диск обычно приводит
его в негодность.
Контакт с водой также нежелателен для диска, особенно для «технологических»
«болванок».
Очистка дисков
Как правило, чистить диск CD-R нужно только в том случае, если возникают
проблемы с чтением информации с него. Коды коррекции ошибок, используемые
в CD-R, обычно хорошо справляются с отпечатками пальцев и царапинами на
прозрачной стороне.
Накопившуюся пыль можно убрать, протерев диск мягкой тканью движениями от
центра к ободу диска в радиальном направлении. Нельзя протирать диск круговыми
движениями, т. к. круговые царапины будут параллельны дорожке и с ними сложнее
справиться чем с радиальными царапинами. Более предпочтителен другой способ
убрать пыль - сдуть её с помощью струи воздуха из баллончика со сжатым воздухом,
который продаётся в магазинах.
Отпечатки пальцев или грязь можно удалить с помощью мягкой ткани, смоченной
денатурированным спиртом (этиловым или изопропиловым), после чего насухо
вытереть диск такими же радиальными движениями.
Никогда не следует использовать ацетон, растворитель лака для ногтей, керосин,
бензин или другие растворители на основе нефтепродуктов. Такие агрессивные
растворители могут буквально растворить сам диск или сделать его поверхность
мутной и непригодной для работы. Используйте только спиртовые растворители.
Диски формата CD-RW.
Техническая характеристика.
CD-RW (Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт-диск) - разновидность
компакт-диска, разработанный в 1997 году для многократной записи информации.
CD-RW является дальнейшим развитием записываемого лазерного компакт-диска
CD-R, однако, в отличие от него, позволяет не только записывать информацию,
но и многократно стирать уже записанные данные. Этот формат был представлен
в 1997 году, и в процессе разработки назывался CD-Erasable (CD-E, Стираемый
Компакт Диск). CD-RW во многом похож на своего предшественника CD-R, но
его записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно
нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния -
аморфное и кристаллическое. Этот сплав обычно изготавливается из серебра
(Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te). При записи (или стирании)
луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из устойчивых
агрегатных состояний, которые характеризуются различой степенью прозрачности.
Читающий луч лазера имеет меньшую мощность и не изменяет состояние записывающего
слоя, а чередующиеся участки с различной прозрачностью формируют картину
аналогичную питам и площадкам обычных штампованных CD.
"Болванки" CD-RW позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз. За исключением возможности стирать записанную информацию, для пользователя работа с "болванками" CD-RW очень похожа на работу с однократно записываемыми CD-R. Данные записываются сессиями, можно дописывать новые файлы и "прятать" уже записанные. С каждой новой сессией свободное место на диске уменьшается, и когда оно закончится, можно будет полность стереть информацию со всего диска или её часть, после чего он вновь будет доступен для записи новой. Позднее появился новый формат записи болванок CD-RW - Universal Disk Format (UDF, Packet Writing), который скрывает от пользователя технические сложности и позволяет "отформатировать" "болванку" и работать с ней как с обычной большой дискетой доступной на чтение/запись/удаление/изменение. Объём таких UDF форматированный болванок равен примерно 530МБ, в отличие от обычных 700МБ при записи сессиями (точнее, записать 700МБ можно только одной сессией на весь диск).
Записанный CD-RW не полностью удовлетворяет требованиям, описанным в стандартах «Red Book» (CD-ROM) и «Orange Book Part II» (CD-R) - конкретнее, они имеют более слабый отражённый сигнал. И поэтому такие диски не читаются в старых приводах компакт дисков, выпущенных до 1997 года. CD-R считается более подходящим стандартом носителей для резервного копирования, т.к. записанная на них информация уже не может быть изменена и производители "болванок" указывают большее время хранения данных для дисков CD-R, чем для CD-RW.
При обычной записи на CD-RW - не UDF, периодически нужно полность стирать
диск. Существует два вид стирания - «полное» и «быстрое». Как следует из
названия, при «полном» стирании вся информационная дорожка перезаписывается,
грубо говоря, нулями, и старая информация уничтожается. А «быстрое» стирание
очищает только небольшую часть диска с начала, что происходит гораздо быстрее,
но существует техническая возможность восстановить данные. Поэтому если
есть необходимость сохранения конфиденциальности информации, то нужно использовать
полное стирание.
Диски формата CD-ROM.
Компакт-диск («CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ») - оптический носитель информации
в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с
помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения
аудио (т. н. Audio-CD), однако в настоящее время широко используется как
устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM). Аудио-компакт-диски
по формату отличаются от компакт-дисков с данными и CD-плееры обычно могут
воспроизводить только их (на компьютере, конечно, можно прочитать оба вида
дисков). Встречаются диски, содержащие как аудиоинформацию, так и данные
- их можно и послушать на CD-плеере, и прочитать на компьютере. С развитием
mp3 производители бытовых CD-плееров и музыкальных центров начали снабжать
их возможностью чтения mp3-файлов с CD-ROM’ов.
Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disk Read Only Memory» и обозначает
компакт-диск как носитель информации широкого применения (в отличие от аудио-компакт-диска).
«КД ПЗУ» означает «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство». CD-ROM’ом
часто ошибочно называют привод для чтения компакт-дисков.
Диски формата DVD-R/RW.
Техническая характеристика DVD-R диска
Внешне диски DVD практически невозможно отличить от обычных CD. Они имеют
одинаковые размеры и внешне очень похожи друг на друга. Однако прочесть
диск DVD на обычном CD-приводе уже не удастся. Для этого понадобится привод
с поддержкой DVD-формата, который, кстати, без проблем читает обычные компакт-диски.
Вся информация на DVD хранится в файловой системе MicroUDF (Micro Universal
Disk Format). Ее официально утвердили в 2000 году. MicroUDB поддерживает
носители большой емкости и файлы больших размеров. Имена файлов записываются
в формате unicode, что обеспечивает совместимость DVD со всеми операционными
системами для ПК, а также с разнообразной бытовой техникой.
Существенным отличием DVD от CD является возможность двухслойной записи
дисков. На одном одностороннем диске (бывают и двухсторонние, с информационной
поверхностью на каждой стороне) можно хранить в два раза больше информации.
Оба слоя имеют отражающую поверхность, только один из них обладает высокой
прозрачностью (до 40%). При записи/чтении луч просто меняет фокусировку,
что позволяет не попадать на оба слоя одновременно.
Более высокой емкости DVD-диски обязаны не только возможностью двухслойной
записи дисков, но и большей плотностью записи информации. Более высокая
плотность записи была достигнута за счет уменьшения расстояния между информационными
дорожками на спирали. Это расстояние у CD-дисков составляет 1,6 мкм. У дисков
DVD - 0,74 мкм. Объем DVD-дисков, в зависимости от их конкретного типа,
может быть от 4,7 до 17 Гб.
Типы DVD:
DVD по структуре данных бывают трёх типов:
DVD-Video - содержат фильмы (видео и звук);
DVD-Audio - содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на
аудио-компакт-дисках);
DVD-Data - содержат любые данные.
DVD как носители бывают четырёх типов:
DVD-ROM - штампованные на заводе диски;
DVD+R/RW - диски однократной (R - Recordable) и многократной (RW - ReWritable)
записи;
DVD-R/RW - диски однократной (R - Recordable) и многократной (RW - ReWritable)
записи;
DVD-RAM - диски многократной записи с произвольным доступом (RAM - Random
Access Memory).
DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя
на каждой стороне. От их количества зависит вместимость диска:
Вместимость можно определить на глаз - нужно посмотреть, сколько рабочих (отражающих) сторон у диска и обратить внимание на их цвет: двухслойные стороны обычно имеют золотой цвет, а однослойные - серебряный, как компакт-диск. Любой из носителей может иметь любую структуру данных (см. выше) и любое количество слоёв (двухслойные DVD-R и DVD-RW появились в конце 2004 года).
Стандарт записи DVD-R(W) был разработан DVD-Forum’ом как официальная спецификация (пере)записываемых дисков. Однако цена лицензии на эту технологию была слишком высока, и поэтому несколько производителей пишущих приводов и носителей для записи объединились в «DVD plus RW Alliance», который и разработал стандарт DVD+R(W), стоимость лицензии на который была ниже. Поначалу «болванки» (чистые диски для записи) DVD+R(W) были дороже, чем «болванки» DVD-R(W), но теперь цены сравнялись.
Стандарты записи «+» и «-» частично совместимы. В настоящее время они одинаково
популярны - половина производителей поддерживает один стандарт, половина
- другой. Идут споры, вытеснит ли один из этих форматов своего конкурента
или они продолжат мирно сосуществовать. Все приводы для DVD могут читать
оба формата дисков, и большинство пишущих приводов также могут записывать
оба типа «болванок».
В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска фундаментально
отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система
UDF.
Скорость чтения/записи DVD указывается кратной 1350 Кб/с, то есть 16-скоростной
привод обеспечивает чтение (или запись) дисков в 16 ? 1350 = 21600 Кб/с
(21,09 Мб/с).
Региональная привязка DVD.
Киностудии заинтересованы в контроле над распространением своих фильмов,
выпущенных на DVD, в разных странах. Это обусловлено тем, что время выхода
фильмов в кинотеатре и время выхода их в широкий видеопрокат в разных странах
разные. Принято считать, что в видеопрокат кино должно выходить только после
того, как пройдёт его премьера в кинотеатрах. Так, например, фильм, вышедший
в видеопрокат в США, может только начать показываться в кинотеатрах Европы,
что нарушает это правило.
Именно поэтому при утверждении стандарта DVD был введён код, ограничивающий
использования диска DVD-Video в пределах одной зоны.
Таким образом, диску DVD-Videо и DVD-проигрывателю присваивается региональный
код. И если при проигрывании диска эти коды не совпадают, фильм воспроизводиться
не будет.
Региональная защита является опциональной и может быть использована по усмотрению
изготовителя диска. Она не является какой-либо криптографической системой,
а всего лишь одним байтом в заголовке диска, который проверяется перед началом
воспроизведения диска. DVD-плеер может иметь несколько региональных кодов,
в этом случае он может проигрывать диски нескольких разных «зон». Многие
китайские плееры вообще игнорируют региональную защиту.
Всего было введено 8 региональных зон:
| Код | Территория |
| 0 | Универсальный код для воспроизведения во всех регионах. |
| 1 | Бермуды, Канада, США |
| 2 | Западная Европа, Центральная Европа, Средний Восток, Египет, Гренландия, Япония, Лесото, Южная Африка, Швейцария |
| 3 | Восточная Азия, Гонконг, Макау, Южная Корея, Тайвань |
| 4 | Центральная Америка, Острова Тихого Океана, Южная Америка, Мексика, Австралия, Новая Зеландия |
| 5 | Африка, Восточная Европа, Южная Азия, Монголия, Северная Корея, |
| 6 | Китай |
| 7 | Зарезервировано для использования в будущем |
| Для специального международного использования (самолёты, круизные лайнеры и т.п.) |
Снять ограничение можно редактированием прошивки (firmware)
привода, что однако ведёт к потере гарантии. Обычно при прошивке код региона
меняется на 0. Однако существуют DVD диски с особой проверкой кода региона,
которые не могут быть воспроизведены с кодом такой зоны. DVD плееры с изменяемой
DVD зоной могут решить эту проблему (обычно смена возможна только до 5 раз,
дальше менять можно только после перепрошивки firmware).
Такая защита используется только в дисках DVD-Video.
Диски формата Blu-Ray Disc.
Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray - голубой
луч и disc - диск) - это следующие поколение формата оптических дисков -
используемый для хранения видео высокой чёткости (с разрешением 1920X1080
точек) и данных с повышенной плотностью.
Стандарт Blu-ray был совместно разработан группой компаний по производству
бытовой электроники и компьютеров во главе с Sony, которые вошли в Ассоциацию
Blu-ray дисков (BDA). По сравнению со своим основным конкурентом, форматом
HD DVD, Blu-ray имеет бо?льшую информационную ёмкость на слой - 25 вместо
15 гигабайт, но в тоже время он более дорогой в использовании и поддержке.
На международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics
Show (CES), которая прошла в январе 2006 года, было объявлено о том, что
коммерческий запуск формата Blu-ray пройдёт весной 2006 года.
Техническая характеристика BD.
Односторонний диск Blu-ray (BD) может хранить 23.3, 25, или 27 Гб - этого
объёма достаточно для записи приблизительно четырёх часов видео высокой
чёткости со звуком. Двухслойный диск может вместить 46.6, 50, или 54 Гб
- достаточно для записи на него приблизительно восьми часов HD-видео. Также
в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием
соответственно четырёх и восьми слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип
четырехслойного диска объёмом 100 Гб.
Стандарт BD-RE (перезаписываемые BD) будет доступен наравне с BD-R (записываемые)
и BD-ROM форматами. Почти все производители оптических носителей заявили
о готовности выпустить в продажу перезаписываемые и записываемые диски одновременно
с выходом формата BD-ROM на рынок.
В дополнение к стандартным дискам размером 12 см, будут выпущены варианты
дисков размером 8 см для использования в цифровых фото- и видеокамерах,
планируется что их объём будет 15 Гб для двухстороннего варианта.
В таблице ниже приведены размеры текущих и запланированных на ближайшее
время дисков формата Blu-Ray.
В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском - до 0,32 микрон - и увеличить плотность записи данных.
Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна» на котором лазер может сфокусироваться ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 36 Мбит/с. В дополнение к оптическим улучшениям диски Blu-ray также имеют улучшенную технологию кодирования данных, позволяющую хранить больший объём информации.
Технология твёрдого покрытия.
Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывало много неуверенности относительно того сможет ли формат Blu-ray противостоять стандарту HD DVD - своему основному конкуренту. HD DVD помимо своей более низкой стоимости может нормально существовать без картриджей, также как форматы CD и DVD, что делает его более понятным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которые могут быть обеспокоены дополнительными затратами из-за картриджей.
Решение этой проблемы появилось в январе 2004, с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам невероятную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis», оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток - которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей. По сообщению в прессе «голые» BD с этим покрытием сохраняют работоспособность даже будучи поцарапанными отвёрткой.
Диски формата HD DVD.
HD DVD (англ. High Definition DVD - DVD высокой чёткости) - технология записи от компании Toshiba (в содружестве с компаниями NEC и Sanyo). HD DVD подобен соперничающей технологии Blu-ray Disc, которая также использует такие же диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и синий лазер с длиной волны 405 нанометров. К альянсу HD DVD присоединились Microsoft и Intel, а также возможна неэксклюзивная поддержка трёх основных киностудий: Paramount Pictures, Universal Studios и Warner Bros.
Однослойный HD DVD имеет ёмкость 15 GB, двухслойный - 30 GB. Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который будет хранить 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного соперника Blu-ray, который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя, но защитники HD DVD утверждают, что многослойные диски Blu-ray ещё до сих пор в разработке. Оба формата обратно совместимы с DVD и оба используют одни и те же методики сжатия видео: MPEG-2, Video Codec 1 (VC1, базируется на формате Windows Media 9) и H.264/MPEG-4 AVC. HD DVD часто неправильно пишется «HD-DVD», так как люди думают, что это название аналогично предыдущему поколению «DVD-R/RW».
Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray - голубой луч и disc - диск) - это следующие поколение формата оптических дисков - используемый для хранения видео высокой чёткости (с разрешением 1920?1080 точек) и данных с повышенной плотностью.
Стандарт Blu-ray был совместно разработан группой компаний по производству бытовой электроники и компьютеров во главе с Sony, которые вошли в Ассоциацию Blu-ray дисков (BDA). По сравнению со своим основным конкурентом, форматом HD DVD, Blu-ray имеет большую информационную ёмкость на слой - 25 вместо 15 гигабайт, но в тоже время он более дорогой в использовании и поддержке.
Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от коротковолнового 405 нм «синего» (технически сине-фиолетового) лазера, который позволяет записывать и считывать намного больше данных, чем на DVD, который имеет те же физические объёмы, но использует для записи и воспроизведения красный лазер большей длины волны (650 нм).
Диски формата HVD
Голографический диск (Holographic Versatile Disc) - это улучшенная технология производства оптических дисков, до сих пор находящаяся в разработке, которая значительно увеличит объём хранения данных по сравнению с Blu-ray и HD DVD. Она использует технологию известную как голография, которая использует два лазера, один - красный, а второй - сине-зелёный, коллимирующие в один луч. Сине-зелёный лазер читает данные, закодированные в виде сетки с голографического слоя близкого к поверхности диска, в то время как красный лазер используется для чтения серво-сигналов с регулярного CD-слоя в глубине диска. Серво-информация используется для отслеживания позиции чтения, наподобие системы CHS в обычном жёстком диске. На CD или DVD эта информация внедрена в данные.
Эти диски имеют информационную ёмкость до 3.9 терабайт (TB), что сравнимо с 6000 CD, 830 DVD или 160 однослойными дисками Blu-ray. HVD также имеет скорость передачи данных 1 Гбайт/сек. Optware собирается выпустить 200GB диск в начале июня 2006 года и Maxell в сентябре 2006 с ёмкостью 300GB.
Структура голографического диска (HVD)
1. Зеленый лазер чтения/записи (532nm)
2. Красный позиционирующий/индексный лазер (650nm)
3. Голограмма (данные)
4. Поликарбонатный слой
5. Фотополимерный (рhotopolimeric) слой (слой содержащий данные)
6. Разделяющий слой (Distans layers)
7. Слой отражающий зеленый цвет (Dichroic layer)
8. Алюминиевый отражающий слой (отражающий красный свет)
9. Прозначная основа
P. Питы (PIT)
Виды печати на дисках
На данный момент на рынке технологий представлены следующие виды печати на поверхности дисков формата CD/DVD-R:
Офсетный способ печати.
Шелкография.
Термопечать на CD/DVD-R дисках.
Струйная печать (Ink-Jet) на CD/DVD-R дисках.
Офсетный способ печати - наиболее часто используется для печати промышленных тиражей на CD и DVD. Главной его особенностью является то, что технология изображения на CD, DVD практически ничем не отличается от традиционной полиграфической печати, поэтому изображение получается полноцветный и достаточно качественным, хотя и несколько уступающем фелкографии в яркости цветов. Поверх изображения обычно наноситься защитный слой прозрачного лака.
Шелкография – метод печати, при котором нанесение краски на бумагу происходит путем продавливания ее через специальную сетку (трафарет). Отсюда второе название шелкографии – трафаретная печать. Шелкографная является основным способом нанесения изображения на компакт-диски, выпускаемые средними тиражами, и наиболее подходит для печати простых изображений с количеством цветов не более пяти, при этом обеспечивается высокая четкость и качество цветопередачи. Отсюда и основной недостаток – шелкография плохо проходит для передачи изображения фотографического качества. Тем не менее, до девяноста процентов всех выпускаемых в мире оптических дисков прокрашены способом трафаретной печати.
Термопечать на CD, DVD дисках.
Технология термопечати заключается в комбинации высокой температуры и кратковременного
нажатия (давления) на печатающую головку, вследствие чего краситель с красящей
ленты переносится на поверхность диска, причем размеры каждой порции микроскопические.
Естественно, что краска подобранна так, что внедряется практически в любую
и держаться на ней очень хорошо. Поэтому такие устройства наилучшим образом
подходят для печати в основном надписей или сложных рисунков (например,
логотипов).
Важнейшим преимуществом CD, DVD термопринтеров над струйными является то, что практически все они могут печатать на любых компакт-дисках, не нуждаясь в особых покрытиях, а так же высокая влагостойкость и долговечность полученных изображений.
Струйная печать (Ink-Jet) на CD, DVD дисках.
Это самый качественный и быстрый способ печати на CD, DVD – дисках, идеально
подходящих также для создания небольших тиражей. При использовании данного
метода становится возможным точное отображение фотографий с мелкими элементами,
сложного орнамента или мелкого текста.
Струйная печать возможна не на любых, а только на специальных, «печатаемых» CD/DVD дисках, имеющих микрошероховатое покрытие (Ink-Jet Printable), хорошо впечатывающее чернила, распыляемые печатающей головкой. Попытка печатать на болванках, на упаковках которых не написано «Printable», даже если внешне они для печати вроде бы и подходят, скорей всего закончатся плачевно: капельки чернил не смогут впитаться в поверхность диска и «расползутся» по сторонам, едва он будет вставлен в дисковод. Кроме того, отпечатанная поверхность очень чувствительна к влаге. Для закрепления изображения диски можно покрыть специальным лаком или ламинировать, при этом поверхность диска становиться глянцевой. Однако многих потребителей, особенно «печатающих» диски для личного использования, вполне устраивает изображение и без закрепления лаком.
Словарь терминов
Universal Disk Format(универсальный дисковый формат) - файловая система, используемая на перезаписываемых компакт-дисках.
Диски с маркировкой - «termo printable» (с белым слоем) – используются под термопечать.
Диски с маркировкой - «no printing» - шелкография и офсетная печать.
Диски с маркировкой – «Ink-jet printable» – струйная печать.
Упаковка с дисками – «Spindl»
Оптические диски — популярный носитель информации. Большинству пользователей знакомы только CD и DVD диски, на самом деле видов дисков намного больше. Страна Советов расскажет вам, какие бывают виды дисков , и поможет вам разобраться в их многообразии.
CD диски, или компакт-диски , изначально были предназначены для записи и воспроизведения музыки, но теперь используются для хранения практически любой компьютерной информации. Запись и чтение информации дисков осуществляются при помощи лазера. Толщина компакт-диска — 1,2 мм, диаметр — 120 мм, емкость — 650 или 700 MB (соответствует 74 или 80 минутам звучания). Существуют мини CD диаметром 80 мм, но их емкость меньше — 190-200 MB (21 минута звучания). Мини CD можно прочитать на любом носителе, кроме автомагнитолы. Бывают фигурные компакт-диски разнообразной формы, их выпускают в основном в коммерческих целях. Такие диски не рекомендуют применять в компьютерных приводах, потому что на высокой скорости вращения они могут лопнуть.
CD диски можно разделить на CD-ROM, CD-R и CD-RW. Это деление обусловлено возможностью записать на диск информацию и предназначением диска. Информация на диске CD-ROM записана производителем, изменить или удалить ее нельзя, можно только прочитать данные. На диски CD-R (их иногда еще называют «болванками») можно записать свою информацию, но стереть или изменить ее будет невозможно. Если на диске осталось свободное место, и при записи вы разрешили опцию добавления информации, можно будет дописать на диск файлы. Диски CD-RW поддерживают удаление и перезапись информации, но такие диски будут читаться не всеми приводами.
DVD диски позволяют хранить больший объем информации, чем компакт-диски, благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны. Емкость DVD диска стандартного размера (120 мм) может колебаться от 4,7 GB до 17 GB, а емкость мини DVD (80 мм) — 1,6 GB.
В зависимости от емкости DVD выделяют такие виды дисков:
Двухслойные диски содержат два информационных слоя на одной стороне, они помечаются аббревиатурой DL. Двухсторонний диск — это фактически два диска, склеенные нерабочими поверхностями. Естественно, толщина такого диска контролируется, чтобы соответствовать толщине обычного однослойного DVD.
По возможности записи, перезаписи и удаления информации DVD диски, как и CD, делятся на ROM, R и RW. Но дополнительно различают такие виды дисков:
Понятно, что ни один привод или проигрыватель не поддерживает полностью все DVD-форматы. Большинство современных приводов поддерживают как формат DVD-R(W), так и формат DVD+R(W). Но старые приводы и бытовые плееры, выпущенные до появления формата DVD+R(W), будут читать только диски DVD-R(W). Существуют «супермульти» приводы, которые поддерживают все виды дисков, включая DVD-RAM.
Особняком стоят так называемые Dual Discs . В этих дисках совмещены форматы CD и DVD. На одной поверхности такого диска записана музыка в CD формате, а на другой — пятиканальный звук, видео, меню, субтитры, изображения и пр. в формате DVD.
Диски HD DVD (DVD высокой плотности) могут иметь емкость до 15 GB, а двухслойные — до 30 GB. Основной их конкурент — BD, Blu-ray Disc вмещает от 23 до 66 GB в зависимости от количества слоев. Анонсирован прототип четырехслойного диска объемом 100 GB, планируется также выпуск десятислойных дисков объемом до 320 GB.
Противостояние BD и HD DVD получило название «борьбы форматов». Но ведущие киностудии отказались от использования HD DVD в пользу BD дисков, поэтому выпуск и поддержка формата HD DVD официально прекращены.
Итак, существует множество видов оптических дисков. Выбирать диск для записи информации стоит исходя из его емкости, возможности перезаписи информации и модели вашего привода или бытового плеера. Зная основные виды дисков, вы никогда не запутаетесь в их богатом ассортименте.
