Накопители на оптических дисках

Название «оптический диск» применяется по отношению к носителям информации, имеющим вид дисков, запись на которые ведется с помощью оптического излучения, а чтение информации — с помощью лазерного луча.

Компакт-диск (Compact Disc) был создан в 1979 г. компаниями «Philips» и «Sony» сначала только для аудиоинформации. Диски имеют подложку из поликарбоната и металлическое покрытие (алюминий, золото или серебро), толщину порядка 1,2 мм, разные диаметры, емкости от 650 Мбайт и больше, массу около 15−20 г. Информация записывается на подложку, которая удалена от внешней поверхности диска.

Формат записи данных на оптическом диске Red Book разработан компанией «Philips». Запись информации идет по спиральной дорожке, на которой создаются питы (pits — углубления), между питами остаются промежутки — ленды. Размер пита — 100 нм в глубину, 500 нм в ширину и от 850 нм до 3,5 мкм в длину. Дорожка на CD спиральная и очень узкая, плотность дорожек — 16 000 дорожек на дюйм, а длина всей спиральной дорожки около 5 км. Основным стандартом, определяющим логический и файловый формат записи компакт-дисков, является международная спецификация ISO 9660.

Для дисков с однократной записью питы имеют рельефную структуру, которая создает фазовую дифракционную решетку. Этот тип решетки обеспечивает разницу фаз для света, отраженного от пита и ленда. Для перезаписываемых дисков используется амплитудная дифракционная решетка, длина пита изменяет и амплитуду, и длительность отраженного сигнала. При записи используется код Рида — Соломона, который позволяет корректировать ошибки при чтении (легкие радиальные царапины не влияют на читаемость диска). Данные считываются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм и диаметром 1,2 мкм из информационного слоя, который обеспечивает снижение интенсивности отраженного света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром около 1,2 мкм: максимальный сигнал, если луч сфокусирован на ленде. Скорость передачи данных зависит от плотности записи информации на поверхности диска и скорости вращения диска. Коэффициент кратности (data-transfer rate) показывает, во сколько раз линейная скорость дисковода превышает «единичную» скорость, равную 150 Кбайт/с^[1]. Данный эталон скорости был принят за основу, ввиду того что только такая скорость обеспечивала возможность прослушивания аудиодисков.

Для изготовления штампа оптических дисков используется метод фотолитографии; на стеклянный диск наносится слой фоторезиста (полимерного светочувствительного материала), на который производится запись информации лазерным лучом. Луч разрушает химические связи молекул фоторезиста и создает питы, запись информации начинается с внутренней стороны (от центра). После проявки фоторезиста с использованием метода кислотно-щелочного травления на носителе удаляются области, не затронутые лазерным лучом, и образуются ленды. С помощью гальванопластики на поверхность стеклянного мастер-диска производится электролитическое осаждение тонкого слоя никеля, образуется твердый диск-штамп, с помощью штампа осуществляется создание копий диска методом литья под давлением. На поверхность новых дисков наносится зеркальный металлический слой методом напыления, защитный лак и графическое изображение (лейбл).

Для записи информации (прожига) на CD-R или CD-RW в домашних условиях используют специальные заготовки дисков, на поверхность которых нанесено три слоя покрытия: на основе диска есть активный слой из пластика с красителем (металлоазот — Metal AZO, цианин, фталоцианин или формазан). Активный слой покрыт тончайшей отражающей пленкой из золота или серебра, сверху все полито слоем защитного лака. Заготовки имеют нанесенную спиральную дорожку, на которой позиционируется записывающая головка. При записи лазерный луч работает в режиме повышенной мощности (8−16 мВт) и нагревает краситель в определенных местах диска. В результате химического процесса образуются темные, непрозрачные пятна, которые интерпретируются по типу пит/ленд. Диски RW в отличие от дисков R имеют меньшую отражающую способность. Оптические диски принято классифицировать по поколениям:

¦ первое поколение — компакт-диски и магнитооптические диски;

¦ второе поколение — диски DVD, MiniDisc, Digital Multilayer Disk, DIVX, DataPlay, Fluorescent Multilayer Disc, GD-ROM, Phase-Chanel Dual, UNIVERSAL Media Disc;

¦ третье поколение — диски Blu-ray, HD DVD, Forward Versatile, Ultra Density Optical, Professional Disc for DATA, Versatile Multilayer Disc;

¦ четвертое поколение — Holographic Versatile Disc, SuperRens Disc.

Отличительными чертами всех видов оптических накопителей являются сменяемость и компактность, большая информационная емкость, надежность и долговечность дисков, меньшая чувствительность к загрязнениям, вибрациям.

Неперезаписываемые диски CD-ROM поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. В оптическом дисководе ПК информация с дорожки читается лазерным лучом существенно меньшей мощности. Лазерный луч фокусируется на дорожке диска и отражается от выпуклостей питов, меняя свою интенсивность. Отраженный луч улавливается фотоприемником (фотодиодом) оптической читающей головки. Емкость CD-ROM колеблется от 250 Мбайт до 1,5 Гбайт, время доступа — от 50 до 350 мс, скорость считывания информации -до 6000 Кбайт/с.

В низкоскоростных накопителях (до 12?) угловая скорость меняется в зависимости от местонахождения участка дорожки, обеспечена постоянная линейная скорость носителя под головкой, постоянная оптимальная плотность записываемых данных и высокая емкость дисков. Для высокоскоростных устройств выдерживается постоянная угловая скорость вращения — технология CAV (Constant Angular Velocity) и переменная линейная скорость. Средняя скорость считывания гораздо ближе к минимальным значениям.

Текущими для CD-ROM являются следующие параметры:

¦ время доступа в режиме чтения CD — 65−250 мс;

¦ интерфейсы подключения CD-привода — EIDE, SATA, SCSI, USB, FireWire, PCMCIA и др.^[2];

¦ максимальная скорость записи/чтения — 8.0−54 х или около 8000 Кбайт/с, скорость вращения — около 12 000 об/мин;

¦ время наработки на отказ — 10 000−125 000 ч.

• [1] Прямой линейной зависимости между коэффициентом кратности и скоростью передачи данных от устройства в компьютер нет. Так, скорость CD-ROM с кратностью 50x обычно намного ниже теоретической для устройства 40x. Скорость считывания информации с оптического диска меняется в несколько раз: при считывании информации с внутренней части диска она должна быть 500 об/мин и 200 об/мин при считывании с внешней.
• [2] В зависимости от типа интерфейса меняется область применения дисководов CD-ROM; для интерфейса SCSI — графические станции, серверы и другие мощные системы.