Оптические носители данных

При создании активного слоя в дисках CD-R использовались органические составляющие при создании красителя. Для CD-RW в качестве составляющего активного слой стал использоваться поликристаллический сплав, состоящий из серебра, индия, сурьмы и теллура, переходящего в жидкое состояние при разогревании лазером до 500-700°C. Когда следует быстрое остывание жидких участков, то они переходят в аморфное состоянии, благодаря этому свойству их способность различна с участками из поликристаллов. С помощью небольшого нагревания (ниже точки плавления, однако выше точки застывания около 200°С) происходит возвращение неустойчивых участков в кристаллическое состояние. За счет того, что толщина записывающего слоя имеет значение 0,1 мкм, охладить с очень высокой скоростью активный слой не составляет никакого труда.

Активный слой располагается между двух слоёв диэлектрика (чаще всего используют кремния двуокиси), они помогают отводить от активного слоя ненужное тепло, которое появляется в процессе записи. Вся прослойка нанесена на поликарбонатную основу с выдрессированными спиральными углублениями, которые необходимы для точного позиционирования головки и несения адресной и временной информации, а все это сверху покрыто отражающим слоем. Большое количество записей всегда приводит механической усталости активного слоя, а в дальнейшем и к его полнейшему уничтожению. Именно по этой причине для выбора веществ, предназначенных для создания активного слоя, выбирают именно те, которые не подвержены к эффекту накопления усталости. Есть всего два вида стирания записывающего слоя — быстрое и полное. Быстрое стирание представляет собой уничтожение небольшого участка диска, а это происходит с очень высокой скоростью, но еще сохраняется возможность восстановить информацию, записанную на диске. Полное стирание диска, весь диск переходит в кристаллическое состояние, а вся записываемая информация уничтожается физически без возможности восстановления. По этим причинам, если существует необходимость сохранения конфиденциальности информации обязательно необходимо использовать полное стирание.

На сегодняшний день разработчикам удалось достичь количества перезаписи информации на диск до 1000 раз. Еще одно важнейшее усовершенствование позволило превратить компакт-диск формата CD-RW форматировать, и тем самым позволить осуществлять работу с диском как с обычной большой дискетой, то есть позволить чтение, запись, изменение и удаление информации. Однако это урезало объем памяти таких дисков до 570 Мб, против 700 Мб при записи одной операцией сразу на весь диск.

Один из главных недостатков этого формата является то, что он не читается приводами, выпущенными до 1997 года, поскольку он не подходит под рамки тех стандартов, которые были выпущены для предыдущих форматов.

В накопителе CD-RW используется всего 3 режима работы лазера, которые позволяют отличить мощность лазера.  Режим записи, требующий максимальной мощности, которая обеспечивает переход активного слоя в не отражающее свет активное состояние. Режим чтения, он требует самую низкую мощность из всех, которая не влияет на состояние активного слоя. И последний из режимов это режим стирания, он возвращает активный слой в отражающее свет кристаллическое состояние.

Главная проблема, преследующая производителей устройств записи на оптические носители, состоит в опустошении буфера. Из-за того, что запись идет с постоянной угловой или линейной скоростью, в буфере дисковода необходимо присутствие данных для записи. Из-за многих проблем (перегрузка ЦП совершенно другими задачами, возникающие проблемы в интерфейсе или сбой какой-либо программы и т.п.) данные могут начать поступать очень замедленно, так же может возникнуть ситуация, при которой в буфере накопителя не будет данных для записи следующего блока. В накопителях данных первых поколений это приводило к полной порче диска-болванки для CD-R или необходимости уничтожать и заново записывать информацию на CD-RW. В самом начале Sanya представила технологию BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof объясненная как защита от опустошения буфера). Она могла приостанавливать запись, при условии если количество данных в буфере становилось меньше определенного лимита, и воспроизводить ее с того же самого места при заполнении буфера. На сегодняшний день разработки этой компании широко применяют большинство компаний-изготовителей  накопителей CD-RW, однако каждая компания называет их по-своему.

Отдельные фирмы комбинируют свои технологии с разработками компании Sanya и дает свое новое название. Однако процесс записи периодически приостанавливается по методике BURN-Proof и производится проверка качества записи для уточнения возможности прибавки скорости.

По всем прогнозам видно, что процесс роста скорости в накопителях СD-RW, очень активно растущий в последние годы, начинает свое завершение, которое когда-то случилось и с CD-ROM. Несмотря на это в совсем недавнее время одна из крупнейших компаний выпустила накопитель данных для записи/чтения/перезаписи при скоростях 40Х/12Х/48Х соответственно. Помимо многих усовершенствований (8-Мбайт буфера, времени доступа к информации на накопителе всего 72 мс и т.п.)  новый накопитель данных (один из первых на рынке в своём роде), который поддерживает такую технологию как  Easy Write , позволяющую осуществить пакетную запись данных на CD-RW (перенося файлы для записи также как и файлы для записи на флоппи-диск) без каких-либо затруднений, без обязательных драйверов типа Direct CD.

В недавнее время стала появляться информация об одной разработанной американской  компанией технологии многоуровневой записи ML (MultiLevel), которая получила своё воплощение в прототипе накопителя CD-RW. Она позволяет на одни и те же носители записывать около 2 Гбайт информации без изменения оптической части дисковода, что означает увеличить информационную вместимость носителей в три раза. Скорость записи на накопитель CD-R может достигать величины 48Х. Для этого необходимо установить на накопитель разработанную и уже выпущенную микросхему ML ENDEC компании Sanya.

Изготовители надеются, что использование этих технологий поможет увеличить объем и скорость передачи информации записывающих накопителей DVD-RW в несколько раз.

4 DVD-ROM

DVD — оптический носитель  данных, который имеет все геометрические  характеристики, как и у стандартных  компакт-дисков, однако при одних  и тех же внешних характеристиках  он имеет структуру рабочей  поверхности, которая намного плотнее. Именно это и позволяет записывать  и читать намного большее количество  данных, посредством использования  лазера с маленькой длинной  волны и линзы с большими  числовыми границами.

Маленький объем (600 или 700 Мбайт) CD-ROM и отсутствие возможности улучшение характеристик накопителя обязали производителей приступить к разработке нового поколения оптических накопителей. В период разработки нового накопителя возникало огромное количество проблем и трудностей, в то время как при создании CD все было намного проще. С самого начала разработчики хотели создать новый диск, который бы смог полностью вытеснить видеокассеты VHS. Поскольку новый диск в первую очередь разрабатывался, как диск для видео его название было "Digital Video Disk" (цифровой видеодиск), но со временем на него стали записывать не только видео-файлы и его переименовали в "Digital Versatile Disk" (цифровой многофункциональный диск). Однако сегодня так и не смогли прийти к компромиссному решению, поэтому DVD до сегодняшнего дня остаётся не расшифровываемым форматом. В разработке нового формата оптического носителя участвовали многие компании, которые долгое время имели большие противоречия, но под влиянием ведущих компаний индустрии ИТ была создана компания, в которую вошли 11 ведущих изготовителей оптических накопителей и носителей к ним которое имело название DVD Forum. Для описания форматов DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R и DVD-RAM (многоразовая запись) были созданы 5 документов, как и «Оранжевая книга». Сейчас появилось новые форматы дисков DVD-RW и DVD+RW (многократно записываемые), DVD+R (однократно записываемый).

Первые компакт-диски и их проигрыватели формата DVD появились в самом конце 1996 года, как и почти все предыдущие разработки, в Японии, а уже в следующем году и в США и странах СНГ.

В истоках разработки было решено разработать два стандарта для оптических носителей данных с очень высокой плотностью. Первый разрабатывающийся стандарт носил название Multimedia Compact Disc (MMCD),а разработчиками являлись две крупнейшие компании. Другой стандарт, который разрабатывали, назывался Super Disc и этот стандарт имел поддержку у многих крупнейших компаний, которые со временем слились в одну крупнейшую корпорацию. Официальное анонсирование DVD произошло в середине 1995 года, одновременно с первой публикацией первой версии спецификации нового формата оптического носителя данных. Дополнительные изменения и различные доработки  вносит союз 10 крупнейших компаний-основателей. Благодаря грамотному вмешательству формат DVD становится самой успешной разработкой в сфере электроники и завоевывает пальму первенство, поскольку бешеными оборотами набирает популярность среди потребителей.

Лишь в 1997 году был выпущен первый привод который мог поддерживать запись и чтение формата DVD-R. На привод сразу стали подниматься цены поскольку диск набирал бешенную популярность, и стоимость достигла планки в 17 тысяч долларов США, а в это же время болванки с объемом памяти 3,95 ГБ достигли цены в 50 долларов США.

Усовершенствование DVD носителей претерпели, и внешние характеристики они бывают двухслойными и односторонними, в то время как CD-ROM исключительно односторонний и однослойный. Все DVD диски делятся на 4 формата: DVD-5 (объем 4,7 Гбайт), DVD-9 (односторонний двухслойный с объемом в 8,5 Гбайт), DVD-10 (однослойный односторонний объемом 9,4 Гбайт) DVD-18 (двусторонний двухслойный и емкостью 17 Гбайт).

Один из главных вопросов  волновавших разработчиков как можно поместить информации в накопитель во много раз больше. Решение этого вопроса они нашли в ИК-лазере  (длина волны равна 780 нм), лазере красного диапазона (с длинной волны равной 635 и 650 нм). За счет маленькой длины волны лазера удалось уменьшить размер выемок на поликарбонатовой основе диска, которая покрыта светоотражающим слоем, с 0,85 до 0,43 мкм, минимальный шаг дорожек с 1,7 до 0,5 мкм. Именно это позволило получить увеличение емкости в 4,5 раза. Оставшиеся усовершенствования были достигнуты путем исправления ошибок и неисправностей. Все это позволило достичь большого результата, которые уменьшили процент ошибок.

За счет изготовления двухслойных дисков (лазер может фокусироваться на втором отражающем слое из-за полупрозрачного первого слоя) емкость дисков почти в два раза (отражающая способность первого слоя меньше, чем второго из-за этого лазер не может полностью фокусироваться на первом слое). Толщина двухслойного  равна 1,2 мм (осталась прежней) хотя она покрыта с двух сторон светоотражающим слоем. Все это дало возможность увеличить объем памяти. Хотя некоторые недостатки все-таки все же имелись, взять хотя бы то, что диск необходимо переворачивать вручную.

Поскольку увеличилась плотность носителя, повысилась и скорость передачи данных при неизменной скорости вращения носителя. Это можно увидеть, если сравнить скорости передачи данных CD-ROM IX у которого скорость передачи 150 кбайт/с, и DVD-ROM IX у которого скорость передачи достигает 1259 кбайт/с, что в 8,5 раз быстрее. Сегодняшние накопители достигают скорости в 16X, что равняется 128X CD-ROM! Чтобы гарантировать совместимость накопители DVD с носителями CD применяют различные инновационные решения, например смена фокусирующих линз, два лазера  или два лазера с длинами волн 780 нм и 650 нм, специальный голографический элемент, который обеспечивает  нужную фокусировку для каждого типа носителя. Возникшие проблемы, которые были связаны с необходимостью создания новых носителей, каждый раз, когда появляется новый вид данных, которые обязательно необходимо записывать на диск, решило принятие основного принятого формата файловой системы DVD, которую разработали OSTA спецификации UDF. Проблемы совместимости с ОС, поддерживающими эту систему решило включение спецификации  и стандартного  для CD-ROM файловую систему ISO-9660. Носители DVD-ROM используют промежуточный формат UDF Bridge (в этом формате нет поддержки разработанного Microsoft для использования с длинными и Unicode-именами файлов расширения ISO 9660, названного Joliet), хотя для дисков DVD-Video используется законченный формат UDF. Информация на DVD-Video не может быть объемом больше чем 1 Гбайт, каждый файл не должен занимать одну связанную область диска, а ссылки на информацию, записанные в формате 8.3, должны находиться в прейскуранте VIDEO_TS, который будет первым на диске. Все аудио-файлы находятся на специально отведенном месте диска, а все ссылки на них в прейскуранте AUDIO_TS.

Видеофайлы чаще всего записывается на DVD в формате MPEG-2. У дисков DVD-Video есть возможность использования многих систем защиты от копирования – региональное кодирование, например самая распространенная и простая в использовании, но доставляющая огромные трудности пользователям. Все страны мира разделены на семь частей по этой системе. Система работает по простому принципу: если диск разработан для одного региона, то он не будет считываться в другом регионе, но в то же время во многих странах, в том числе и в России используются многорегиональные диски и дисководы.

5 DVD-R FOR GENERAL, DVD-R FOR AUTHORING, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD+R

В наше время разработано и используется всего-навсего шесть форматов записываемых DVD (перечислены в порядке старшинства): DVD-R for General и DVD-R for Authoring, DVD-RAM и DVD-RW, DVD+RW и DVD+R. На данный момент все указывает на то, что первые четыре формата никогда не будут использоваться. Многие крупнейшие корпорации сконцентрированы на двух технологических новинках: DVD+RW и DVD+R.   Но в то же время есть некоторые компании, которые продолжают отстаивать свои разработки в плане формата DVD-RW. Самое большое превосходство форматов DVD+RW (многократная запись) и DVD+R (однократная запись) в том что они имеют совместимость с большинством обычных накопителей  DVD-ROM и бытовых DVD-плейеров. Диски формата DVD-RW имеют свойство, если при записи их в совместном режиме, в котором запрещена запись с переменной битовой частотой и необходима финализация диска, занимающая около 15 минут. Одно из отличных усовершенствований, является использование этих накопителей для записи и чтения информации дисков CD-R и CD-RW.