Объем сд диска. Компакт-диск (компьютеры и интернет)

04.09.2019

Аудио

1. Компакт-диски

2. Физические характеристики компакт-диска

3. Конструкция компакт-диска

6. Что находится внутри кадра?

8. Режимы записи: Track - At - Once; Disc - At - Once; Session - At - Once; Incremental Packet Writing

1. Компакт-диски – это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел). Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.

2. Физические характеристики компакт-диска
Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.

3. Конструкция компакт-диска
Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

4. Способ считывания информации
Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

5. Особенности оптического способа считывания информации
- Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.

- Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.

Базовый формат – CD Audio
Исторически первым в семействе КД появился Compact Disc Digital Audio (CD DA).

6. Что находится внутри кадра
Внутри кадра находится набор чисел, представляющих закодированный звук. Процесс преобразования звука в набор чисел описан в Лекции №1а (Основы цифрового кодирования информации). В этой же лекции даны основы двоичной арифметики и определения бита, байта и двоичного слова.

На компакт-диске размещается два звуковых канала (стереозвук). Выборка звуковых отсчетов производится с частотой 44100 Гц (44,1 кГц) и разрядностью 16 бит (2 байта) на каждый канал. Поскольку в одной секунде КД содержится 75 кадров, один кадр содержит в себе 44100/75 = 588 отсчетов звукового сигнала. Размер кадра определяется следующим образом:

588 отсчетов * 2 канала * 2 байта = 2352 байта.

Знание частоты выборки (44,1 кГц) необходимо в случае передачи заказа на цифровом носителе, отличном от КД. К примеру, на DAT -кассете или в компьютерном файле (WAV -формат) звук может быть записан с частотой выборки 48 кГц. В этом случае при подготовке мастер-диска приходится выполнять пересчет частоты аппаратными или программными средствами. Субъективно это меняет звучание, что может вызвать претензии заказчиков к качеству звука. Поэтому от очень требовательных заказчиков желательно получать цифровые носители звука со стандартной частотой дискретизации (это касается, в основном DAT -кассет и WAV -файлов).

7. Принципы доступа к информации
Для аудио-диска объектом выбора обычно является трек. Для того чтобы выбрать любой трек, достаточно информации, записанной в TOC .

Для CD-ROM, как и для любого компьютерного носителя, объектом выбора являются файлы и папки (директории). Папки тоже являются файлами особого назначения. Поэтому записей в TOC недостаточно для доступа к объектам CD-ROM .

Для доступа к файлам на дисках CD-ROM формируется файловая структура (ФС ). ФС – это набор служебных записей, описывающих местоположение и атрибуты файлов и папок. Файловые структуры бывают разные, и любая из них может быть размещена на CD - ROM . Так, например, на дисках для ПК Макинтош может быть сформирована файловая система HFS (H ierarchical F ile S ystem ), которая используется на жестких дисках ПК Макинтош. Такие диски читаются только на ПК Макинтош .

Для обеспечения универсальности дисков CD-ROM была разработана файловая система ISO 9660. Диски с этой файловой системой совместимы с операционными системами ПК Windows, MacOS и Unix. Базовый вариант этой файловой системы накладывает ограничение на длину имени файла и символы, которые можно было использовать в названии файла (схема «8+3», до 8 символов в имени файла и до 3 символов в расширении). В имени файла можно использовать только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания. Метка диска не должна быть длиннее 11 символов и не должна содержать пробелы.

Метка диска (Volume Label ) – идентифицирует диск при его загрузке в привод CD-ROM. В проводнике Windows метка диска отображается справа от значка привода CD-ROM.

В 1995 году было введено дополнение к ISO 9660 (Joliet Specification ), позволяющее использовать в именах файлов длинные имена, символы национальных алфавитов и пробелы (система кодирования Unicode ).

Файловая система Joliet формируется на КД в дополнение к ФС ISO 9660. Фактически на диске присутствуют две файловые системы. Те компьютеры, которые не поддерживают Joliet, показывают имена файлов из ФС ISO 9660. При формировании файловой структуры ISO 9660 длинные имена урезаются и в конце добавляются знак «~» и цифра.

Есть еще один вариант формирования длинных имен, реализованный в некоторых программах записи. Он называется Extended ISO 9660. Позволяет размещать на диске только одну ФС (ISO 9660), но при этом разрешена длина имени файла до 128 символов. Разрешаются только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания.

Часто задается вопрос - сколько информации войдет на КД? Однозначного ответа на этот вопрос нет.

Причина этому следующая:

В ISO 9660 минимально адресуемый фрагмент информации называется логическим блоком. По умолчанию он равен размеру полезной информации в кадре (сектору) – 2048 байт. Если, к примеру, файл имеет размер 100 байт, то в блоке (а значит и кадре) остальное место останется незанятым. Если на диске размещается 1000 файлов размером 100 байт, то на диске реально будет занято 1000*2048 = 2048000 байт, а не 100000 байт.

Таким образом, чем больше будет на диске маленьких файлов, тем больше будет размер незанятого пространства.

Для усредненных расчетов можно использовать следующую формулу:

Объем На Диске = Суммарный Размер Файлов + Количество Файлов * (Размер Блока / 2)

8. Режимы записи
- Track - At - Once – Трек За Один Проход – рекордер записывает первый трек, после чего производится запись информации об этом треке в служебную область диска (PCA), затем производится запись следующего трека и т.д. В завершение, производится запись вводной и выводной дорожек. При использовании этого метода возможна запись отдельных треков в разное время и на разных рекордерах. Трек при этом оформляется в виде пакета, который начинается пятью блоками «вбегания» (Run - In Blocks ) и завершается двумя блоками «выбегания» (Run - Out Blocks ). Между пакетами вставляются связующие блоки (Link Blocks ), в которых отсутствуют «питы» и «лэнды».

- Disc - At - Once – Диск За Один Проход – рекордер последовательно записывает вводную дорожку, область программы и выводную дорожку. При этом выключения лазера не происходит. Этот режим наиболее приемлем для записи мастер-диска.

- Session - At - Once – Сессия За Один Проход – развитие предыдущего режима записи. Абсолютно ему аналогичен за исключением того, что в TOC добавляется информация, разрешающая запись следующей сессии.

- Incremental Packet Writing – Пакетная Запись с Приращением – похожа на режим TAO , только в пакет заключается не трек, а отдельный файл. Позволяет добавлять на диск по одному файлу за один сеанс записи. Режим удобен для пользователей, но абсолютно не приемлем для записи мастер-диска. Диск с такой структурой не может быть воспроизведен на литом диске. Во-первых, между файлами находятся Link -блоки, в области которых нет модуляции, и при попытке их чтения происходит ошибка записи. Во-вторых, Run - In , Run - Out и Link -блоки в этом формате не учитываются при вычислении адреса блока с информацией, они пропускаются при нумерации секторов. Поэтому, даже если переписать такой диск сектор за сектором в другом режиме, заменив эти блоки нулевыми, вся система адресации сместится и информация станет недоступна.

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.

Формат Мамонт (Mammouth)

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.

Расширенная технология цифровой записи

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 и ёмкость дисков

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.

Преодоление буферной недостаточности

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.

UDF стандарт

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.

Спецификация «Мультичтение» (MultiRead)

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).

Mount Rainier

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:

аппаратный контроль дефектных участков на диске. Хотя большинство программ, осуществляющих пакетную запись на CD-RW, использует возможности контроля дефектов, заложенных в UDF 2.5, проблема состоит в том, что программное обеспечение должно иметь полную информацию о дефектных участках диска. Подход, предложенный Mount Rainier, состоит в контроле на аппаратном уровне, так что если приложение будет пытаться произвести запись на «плохой» сектор, этот сектор будет «скрыт», а альтернативный предложен;
логическая адресация записи в 2 Кбайта. В то время как CD-RW использует размер блока в 64 Кбайт, Mount Rainier требует поддержку логической адресации 2 Кбайт, таким образом обеспечивая «выстраивание» дисков CD-RW в одну линию с другими системами хранения данных, которые базируются на адресуемости 4 или 2 Кбайт;
фоновое форматирование. Mount Rainier устраняет как временные задержки, так и необходимость использование программного обеспечения, не входящего в состав операционной системы или ПО записи на диск (это обычно связано с форматированием носителей CD-RW). Форматирование теперь осуществляется в режиме фоновой задачи, не заметной для пользователя.

OSD-технология

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:

при технологии OverCoat Incident Recording (OCIR) записывающий слой размещается сверху подложки (подобно жесткому диску), а также используется толстый прозрачный акриловый слой, подобный защитному покрытию обратной стороны CD или DVD. Покрытие OSD более чем в 2000 раз толще, чем у жесткого диска и лент, но намного более тонко, чем подложка, используемая на обычных носителях МО. Поскольку это позволяет расположить линзу намного ближе к записывающему слою диска, OSD способна использовать более высокую числовую апертуру линзы, приводя к намного более высоким плотностям записи данных;
массовая поверхностная запись - Surface Array Recording (SAR), здесь используются независимые головки для чтения/записи с обеих сторон носителя, чтобы позволить доступ к обеим сторонам диска одновременно. Это отличается от традиционных МО, где пользователи вынуждены переставлять носитель, чтобы прочитать данные, сохраненные на противоположной стороне диска;
модуляция магнитного поля (Magnetic Field Modulation - MFM) обходит ограничения, свойственные традиционному использованию подмагничивания при записи данных на диси МО. Посредством использования небольшой магнитной головки в непосредственной близости от диска полярность магнитного поля может переключаться с самой высокой частотой; магнитное сверхразрешение - Magnetic Super Resolution (MSR): использование MFM меняет фактор ограничения плотности записи с длины волны лазера к способности выделить индивидуальные отметки при чтении, используя пятно луча, которое может охватить несколько отметок.

Форматы записываемых дисков DVD

Существуют пять версий записываемых DVD:

DVD R обычный;
DVD R авторизованный;
DVD RAM (перезаписываемый);
DVD RW;
DVD+RW.

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.

Проект Многоножка (Millipede)

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 .

Технология HD-burn

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:

длина пита (марки) на диске уменьшается до 0.62 мкм (для обычного CD - 0.83 мкм). Это означает, что HD-burn увеличивает емкость диска в 2.35 раза. Величина 0.62 мкм была выбрана для того, чтобы существующие DVD видеоплееры и приводы DVD ROM могли считывать диски HD-burn после незначительной модернизации;
применяется иная система коррекции ошибок: вместо CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code - перекрывающийся код Рида-Соломона) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-26, что увеличивает емкость еще в 2.49 раза. Как сообщает Sanyo, новая система коррекции ошибок RS-PC не только более компактна, но и существенно более эффективна, чем CIRC. В итоге емкость одного CD-диска, записанного в режиме HD-burn, в 2 раза превышает емкость CD-диска, записанного в обычном режиме, - 2.49 х 2.35=2.0225.

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.

Форматы DVD дисков

Существует пять физических форматов (или книг) DVD, которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

DVD ROM - среда хранения данных большой емкости, только для чтения;
DVD видео - цифровой носитель данных для кинофильмов;
DVD аудио - только для хранения звука; формат, подобный аудиоСD;
DVD R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;
DVD RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD RW и DVD+RW.

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:

DVD 5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4.7 Гбайт;
DVD 9 - односторонний двухслойный диск на 8.5 Гбайт;
DVD 20 - двусторонний однослойный диск 9.4 Гбайт;
DVD 28 - вместимость до 27 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

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.

Лабораторная работа №5

Компакт-диски (CD). Способ изготовления и принцип хранения информации. Принцип чтения информации. Технология CD-R. Принцип оптической записи. Технология CD-RW. Принципы записи и перезаписи. Отличия CD-RW от CD-R и CD. DVD диски. Основные отличия от компакт-дисков. Виды DVD дисков.

Компакт-диски – это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел). Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.

Физические характеристики компакт-диска: Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.

Конструкция компакт-диска: Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Способы изготовления:

Существует два принципиально разных метода нанесения информации на кусок пластика, который впоследствии становится полноценным компакт-диском. Это штамповка (репликация) и запись на болванки .

1.1. Метод заводского штампа (для CD и DVD). Другие названия этого метода - штамповка, литьё, репликация. Самый распространенный метод производства компакт-дисков. Информационная спираль, которая содержит Вашу информацию, физически выжигается лазерным лучом на куске металла. Этот кусок металла называется "матрица" или "стампер" и используется как пресс-форма для выпрессовывания информационной спирали в куске горячего поликарбоната. Далее, поликарбонат охлаждается, покрывается слоем металлизации и слоем защитного лака. После этого на нерабочую поверхность диска наносится изображение (накатка), и компакт-диск готов.

Достоинства: Информационная спираль физически "выбита" в пластике и её дальнейшая сохранность определяется лишь аккуратностью хранения и правильностью обращения с компакт-диском. Все диски в пределах одного тиража будут абсолютно одинаковы. Низкая себестоимость больших тиражей.

Недостатки: Высокая стоимость матрицы делает экономически нецелесообразным изготовление штампованных тиражей компакт-дисков количеством менее 500 штук. Нет никакой возможности изменить информацию на середине тиража или дописать что-то на диск впоследствии.

1.2. Запись на болванки (для CD и DVD). Другие названия этого метода - нарезка, прожиг. Метод записи на болванки дешев, доступен в домашних условиях и позволяет добавлять информацию. Однако, по всем техническим параметрам (как по качеству, так и по скорости) он существенно уступает методу заводской штамповки. Болванка - это компакт-диск содержащий внутри, помимо поликарбоната и металлизации, специальный слой, чувствительный к лучу лазера определенной мощности и длины волны. На слой поликарбоната уже нанесена информационная спираль, но она не содержит конкретной информации, а является лишь направляющей для лазерного луча.

Существует два, основных, вида болванок - это записываемые и перезаписываемые.

Записываемые - предназначены для одноразовой записи, хотя существует возможность производить дозапись (при условии, наличия свободного места, и открытой мультисессии). Перезаписываемые - предназначены для многократной перезаписи. При записи, огромное значение имеет качество используемых болванок. Нанесение изображения (накатка) на нерабочую поверхность болванки, тоже может производиться в домашних условиях, при условии использования специальных "Printable" болванок, или при помощи специальных наклеек.

Достоинства: Доступность и возможность делать очень маленькие, и даже единичные тиражи. Возможность самостоятельного нанесения изображения на диск.

Недостатки: Метод записи на болванки не даёт того уровня качества и физической стабильности носителя, как метод заводского штампа.

Принцип хранения информации на компакт-диске (CD и DVD). Информация кодируется с помощью последовательности нулей и единиц. Физически это углубления различного вида на спиралевидной дорожке диска. Лазерный луч, проходящий по дорожке, отклоняется на разные углы, и читающий привод принимает решение о том, был ли это ноль или единица. Нули и единицы (биты) объединяются в байты, байты в сектора, к секторам добавляются служебные коды и контрольные суммы для проверки правильности и корректировки ошибок чтения. На более высоком уровне эта информация объединяется в набор файлов и папок, в музыкальные треки и т.п.

Принцип считывания информации: Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

Особенности оптического способа считывания информации - Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.

Технология CD - R :

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

Технические детали: Обычный CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика - поликарбоната - толщиной 1,2 мм, диаметром 120 мм (стандартный)вес 16-18гр. или 80 мм (мини) . Ёмкость стандартного CD-R составляет 74 минуты аудио или 650 МБ данных.

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 (то есть 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.

Методы записи

Чистые «болванки» CD-R имеют служебную дорожку с записанными данными. Эта дорожка содержит временны́е 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, то есть однократным. Поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть, в отличие от CD-RW. CD-R, однако, можно записывать по частям, которые называют сессиями.

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», то есть 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» (то есть 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», то есть 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 форматаCD-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 её 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.

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

Технические детали: CD-RW является дальнейшим логическим развитием записываемого лазерного компакт-диска CD-R, однако, в отличие от него, позволяет многократно перезаписывать 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 халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Фазовые переходы между различными состояниями вещества всегда сопровождаются изменением физических параметров среды. Нормальным состоянием твердых тел и основным в окружающей нас природе является кристаллическое. В этом отношении аморфные тела - редкость, так как стеклообразное (аморфное) состояние реализуется только при затвердевании переохлажденного расплава. От других аморфных состояний стекла отличаются тем, что процессы перехода расплав - стекло и стекло - расплав обратимы. Эта их особенность чрезвычайно важна для создания реверсивных носителей оптической записи, то есть обеспечивающих многократную перезапись. Основным условием образования стекловидных состояний, в том числе металлов, является охлаждение, настолько быстрое, что атомы не успевают занять отведенные им места в кристаллических ячейках и «замирают» как попало, когда тепловая релаксация атомов сопоставима или становится меньше межатомных расстояний. При толщине активного слоя оптического диска в 0,1 мкм создать условия для сверхбыстрого охлаждения не трудно. Полный цикл: запись - многократное воспроизведение - стирание - новая запись выглядит следующим образом. Подогревая лазером, рабочий слой оптического диска, находящийся в кристаллическом состоянии, переводят в расплав. За счет быстрой диффузии тепла в подложку расплав быстро охлаждается и переходит в фазу стекла. Считывание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы. Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого используется двухступенчатая модуляция (короткий мощный импульс для расплава активного слоя и длинный импульс для постепенного охлаждения вещества) мощности лазера. Перегрев замедлит процесс диффузии тепла и создаст условия для возврата в кристаллическую фазу. Активный слой обычно изготовляют из халькогенидного стекла- сплава серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te).

Современные CD-RW диски позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз.

DVD (ди-ви-ди́, англ. Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск) - носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков.

Отличия DVD от обычных CD-ROM: Самое основное отличие - это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб (хотя в последнее время встречаются болванки и на 800 Мб, но далеко не все приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб.

В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд.

Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой.

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.

Виды DVD дисков.

Однослойные DVD (DVD-5). Это самый простой и самый распространенный вид DVD. По своей внутренней структуре диски напоминают обычные CD. Они содержат один информационный слой, на который помещается 4.7Gb информации (отсюда и название - DVD-5). Это почти в 7 раз больше объема стандартного CD.

Двуслойные DVD (DVD-9). Эти диски устроены значительно сложнее, чем DVD-5. Они содержат два информационных слоя. Лазерный луч считывающего устройства, фокусируясь на разной глубине диска, в состоянии получить доступ к обоим слоям. Суммарный объем помещающейся на двух слоях информации составляет 8.5Gb (отсюда и название - DVD-9). Это более, чем в 12 раз больше объема стандартного CD. Технология штамповки этих дисков, хотя по своей сути такая же, тем не менее значительно сложнее технологии штамповки CD или DVD-5. В двух разных кусках пластика при помощи двух разных матриц (стамперов) выпрессовываются два информационных слоя, которые покрываются определенными промежуточными слоями, а после этого склеиваются. Помимо необходимости изготовления второй матрицы, само используемое оборудование также значительно сложнее и дороже, чем оборудование для штамповки однослойных дисков. Поэтому диски DVD-9 существенно дороже дисков DVD-5. Что касается записи на болванках, то этот вид оптических носителей, стремительно набирает популярность.

Двусторонние DVD (DVD-10). Двусторонние диски - это не что иное, как два диска DVD-5, склеенные между собой нерабочими поверхностями (естественно, с соответствующей корректировкой толщины пластика, чтобы диск DVD-10 получился аналогичной толщины, что и DVD-5). Суммарный объем, помещающейся на обе стороны диска DVD-10, информации в точности равен удвоенному объему DVD-5, т.е. 9.4Gb (отсюда и название - DVD-10). Это почти в 14 раз больше объема стандартного CD. Как и при штамповке DVD-9, для диска DVD-10 необходимо изготовить две матрицы (стампера) и совершить два цикла штамповки с этих матриц, поэтому стоимость DVD-10 и DVD-9, как правило, одинаковая. Несмотря на все минусы (необходимость переворачивать компакт-диск в ручную, невозможность нанесения полноценного изображения), этот вид оптических носителей отлично подходит для записи методом нарезки (благодаря большой емкости, при относительно недорогой цене болванки).

Двусторонние двуслойные DVD (DVD-18). Двусторонние двуслойные диски - два диска DVD-9, склеенные между собой нерабочими поверхностями (по аналогии с DVD-10). Суммарный объем информации, помещающейся на обе стороны диска DVD-18, равен 17Gb!

Новые форматы:

Blu - ray Disc , BD (англ.blue ray - голубой луч и disc - диск) - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включаявидео высокой чёткостис повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумомBDA.

Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового(405нм) «синего» (технически сине-фиолетового)лазера. На международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе2006 года, было объявлено о том, что коммерческий запуск формата Blu-ray пройдёт весной 2006 года.

Защита Blu-ray была взломана 20 января 2007 года. В ответ на это Ассоциация BDA ускорила время выпуска BD-Plus (Blu-Disc +), который был взломан в сентябре 2008 года

HD DVD (англ.High-Density DVD - DVD высокой ёмкости) - технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba,NECиSanyo. HD DVD (как иBlu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и голубой лазер сдлиной волны405нм.

19 февраля2008 годакомпания Toshiba объявила о прекращении поддержки технологии HD DVD в связи с решением положить конец войне форматов

Однослойный диск HD DVD имеет ёмкость 15 GB , двухслойный - 30 GB. Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который может хранить до 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного соперника Blu-ray , который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя. Оба формата используют одни и те же методики сжатия видео: MPEG-2 , Video Codec 1 (VC1, базируется на формате Windows Media 9) и H.264 . Важным фактором привлекательности HD DVD по сравнению с Blu-ray является также тот факт, что большая часть оборудования для производства DVD может быть переоснащена для производства HD DVD, так как использует ту же технологию производства.

Кинокомпания Warner Bros, принадлежащая американской медиакомпании Time Warner Inc., объявила о том, что откажется от формата HD DVD в пользу конкурирующей технологии Blu-ray

Война форматов

Противостояние двух форматов HD DVD и Blu-ray , неофициально названное «Война форматов» разрешилась в пользу последнего. Компания Toshiba (основной сторонник HD DVD) официально отказалась от данного формата и прекращает его производство. Важным аргументом в этом споре выступило то, что ряд голливудских киностудий и, в частности, Warner Bros отказались от формата HD DVD в пользу Blu-ray.

CD-R (Compact Disc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск) - разновидность компакт-диска (CD), разработанная для однократной записи информации. На данный момент стандартной ёмкостью CD-R можно считать 702 МБ данных (точнее 736 966 656 байт) или 79 минут 59 секунд и 74 фрейма.Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, состоящим 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. На этот защитный слой можно наносить различные надписи краской. В настоящее время (2006) максимальная возможная скорость записи CD-R равна 52x (1x = 150 КБ/с).

Используется три основных типа записывающего слоя для CD-R:

1.Цианин (англ. Cyanine) - Цианиновый краситель обладает сине-зелёным (цвет «морской волны») оттенком рабочей поверхности. Краситель может выцвести за несколько лет, поэтому не рекомендуется использовать такие диски в целях резервного копирования и долговременного хранения архивных данных.

2.Azo - Металлизированный азокраситель, имеет тёмно-синий цвет. Этот краситель химически стоек и его способность хранить информацию исчисляется десятилетиями (сами фирмы пишут о 100 годах).

3.Фталоцианин - практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета, из-за чего диски на основе фталоцианинового активного слоя часто называют «золотыми». Диски на основе этого активного слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько более надёжному хранению в неблагоприятных условиях (фирмы заявляют о сотнях лет).

Существует несколько методов записи данных на CD-R:

1.Disc-At-Once , DAO (Диск за раз) - весь диск записывается одной сессией, от начала до конца без перерывов.

2.Track-At-Once , TAO (Дорожка за раз) - данные пишутся по одной дорожке (сессии) за раз и диск оставляется «открытым» (то есть запись о «закрытии» диска не делается), что говорит о возможности дальнейшей записи информации на этот диск.

3.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», то есть 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.

4.Session-At-Once , SAO (Сессия за раз) - режим SAO применяется при записи формата CD-Extra. При использовании данного формата, на диске возможна запись как аудиоинформации (CD-DA), так и программной части. При записи сначала «прожигаются» аудиотреки, а затем данные.

5.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.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.

Имеется несовместимость CD-R и очень старых приводов для чтения компакт-дисков. Это вызвано, в основном, меньшей отражательной способностью CD-R дисков. Однако большая часть бытовых CD-приводов без проблем воспринимает носители CD-R.

CD-RW -(англ. Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт-диск) - разновидность компакт-диска (CD), разработанный для многократной записи информации. CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Современные CD-RW диски позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз. Существует два вида стирания - «полное» и «быстрое». При «полном» стирании весь диск переводится в кристаллическое состояние и старая информация уничтожается физически. А «быстрое» стирание очищает только небольшую часть диска. Однако при этом существует техническая возможность восстановить данные. Поэтому, если есть необходимость сохранения конфиденциальности информации, то нужно использовать полное стирание.

Общее наименование оптических (лазерных) носителей информации.
Наименование оптических дисков, предназначенных для записи в цифровой форме и воспроизведения через специальное проигрывающее устройство (CD player) музыкальных произведений (CD-DA).

Все форматы компакт-дисков восходят к аудио-дискам CD-DA (Compact Disc – Digital Audio), появившимся в середине 1970-х в качестве замены виниловых пластинок. Начало промышленного производства компакт дисков относят к 1983. В настоящее время оптические диски являются одним из наиболее надежных и экономичных средств для долговременного (десятки лет) хранения данных в цифровом виде.

Устройство компакт-диска

Диаметр компакт-диска обычно составляет 4,5 дюйма (120 мм), но существуют диски меньшего диаметра - 3,25 дюйма. Толщина диска 1,2 мм, диаметр центрального отверстия - 15 мм.

Оптический компакт-диск состоит из прочной, прозрачной основы (поликарбонатной или полихлорвиниловой), отражающего и защитных слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется слой напыленного алюминия (реже золота). Цифровая информация представляется на отражающей поверхности чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет участков.

Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от центра к краю. На 1 см помещается 6000 витков дорожки. В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три основных области: входную директорию (Lead in), где содержится оглавление (Table Of Contents, TOC), адреса записей, число заголовков, объем (время) записи, название диска; область данных; выходную директорию (Lead out), которая содержит метку конца диска. Все форматы компакт-дисков используют физические секторы размером 3234 байта, из которых 882 байта предназначены для вспомогательных данных, служащих для контроля и коррекции ошибок. Секторы группируются в логические дорожки , сведения о которых помещаются в TOC.

Запись цифровых данных на компакт диск производится либо штамповкой с матрицы (фабричные CD-ROM), либо в специальных дисководах CD-RW лучом лазера. Считывание данных производится также лучом лазера с последующим их преобразованием из цифровой в аналоговую форму и воспроизведением. Емкость дисков стандартов CD-ROM/R/RW обычных размеров составляет 650-700 Мб (74-80 мин для аудиозаписей CD-DA). Время доступа к данным для различных моделей колеблется от 80 до 400 мс.

Файловые системы компакт-дисков

Основным стандартом, определяющим логический и файловый формат записи компакт-дисков, является международная спецификация ISO 9660 (ранее называлась High Sierra). В целях совместимости с различными считывающими устройствами и операционными системами этот стандарт содержит значительные ограничения (например, на длину имен файлов до 8 символов). Позднее стандарт был расширен за счет включения трех уровней обмена (Level 1, 2, 3), что позволило в ISO 9660 Level 2 и Level 3 снять многие ограничения по именованию файлов и структуре каталогов. В операционных системах, начиная с Microsoft Windows 95 и NT, поддерживается также формат Joliet, допускает использование длинных имен файлов. Существует также файловая система UDF (Universal Disk Format; ISO 13346), позволяющая работать с записываемыми компакт-дисками как с обычными дисковыми накопителями.

Стандарты CD

Стандарты CD, отражающие историю развития этой технологии, описаны в спецификациях, которые по традиции называются «цветными книгами».

Red Book («Красная книга») - изначальный стандарт, разработан Philips и Sony для музыкальных компакт дисков CD-DA (Compact Disc-Digital Audio). Стандарт позволяет записывать до 99 музыкальных дорожек общей длительностью 74 минуты. Существует расширение этого стандарта CD-Text, позволяющее дописывать дополнительную текстовую информацию о произведениях и исполнителях. «Красная книга» определяла физическую структуру сектора компакт-диска. Каждый сектор CD-DA содержит 2352 байта звуковых данных, а также корректирующие (коды обнаружения и исправления ошибок - Error Detection Codes (EDC) & Error Correction Codes (ECC)) и управляющие данные, содержащие сведения о номере дорожки, ее длительности, и позволяют переходить на начало любой дорожки. Кроме того, «Красная книга» определяет устройство компакт-диска и лазерной головки, стандарты модуляции и исправления ошибок, формат записи данных и др.

Yellow Book («Желтая книга») содержит расширения «Красной книги», описывающие стандарт CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory), разработанный Philips и Sony для записи на компакт-диски различных данных в цифровом виде (для использования в ПК). Стандартный формат CD-ROM получил название Mode 1. Внутри каждого сектора диска помимо пользовательских данных хранится информация для обнаружения и исправления ошибок - EDC/ECC, данные для синхронизации. Расширением стандарта CD-ROM стал набор стандартов CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture), разработанный фирмами Philips, Sony и Microsoft для хранения и воспроизведения данных мультимедиа на CD-ROM. В соответствии с расширенной архитектурой блоки записи аудиоданных располагаются между блоками текстовых, графических или видеозаписей. Этим предоставляется возможность при воспроизведении записей видеть их и слышать одновременно. Форматы CD-ROM XA используются для компакт-дисков Kodak PhotoCD и VideoCD (формата CD-I Bridge), Karaoke CD и Sony PlayStation CD.

Green Book («Зеленая книга») - формат CD-I (CD-Interactive), разработанный Philips для интерактивных мультимедийных приложений. Производство дисков CD-I открыто в Великобритании в мае 1992 фирмами Philips, Sony, Matsushita. Стандарт допускает запись смешенных данных (звука, видео, рисунков, др. типов данных) и предусматривает возможность интерактивного взаимодействия с пользователем. Применяется для записи VideoCD в формате MPEG. Гибридный формат CD Bridge определяет метод записи данных CD-I на диски CD-ROM XA, что позволяет его читать в любом накопителе, совместимом с CD-ROM XA.

Orange Book («Оранжевая книга») определяет стандарты записываемых компакт-дисков. Часть I книги определяет магнитооптический компакт-диск (Compact Disc – Magneto-Optical, CD-MO). Часть II - компакт диск для однократной записи (Compact Disc – Write Once, CD-WO; Compact Disc Write Once, Read Many times, CD-WORM), который чаще называют CD-R (Recordable). В процессе записи на такие диски лазерный луч необратимо модифицирует поверхность диска, позволяя в последующем лишь считывать имеющиеся на нем данные. В диске этого формата между отражающим и защитным слоем расположен слой из органического красителя, который и прожигает лазер в процессе записи. Часть III определяет стираемый (перезаписываемый) диск (Compact Disc – Erasable, CD-E), который называют CD-RW (ReWritable). В первом полугодии 1997 фирмы Ricoh, Philips Electronics, Sony Electronics и Hewlett-Packard объявили о планах выпуска CD-RW и первых дисководов для них. Первые версии накопителей CD-RW фирмы Ricoh имеют интерфейс SCSI-2 и обеспечивают условные скорости: при записи - 2х, при считывании - 6х. Один из способов реализации перезаписываемых дисков основан на использовании изменения структуры пластиковых материалов покрытия дисков в миниатюрной области нагрева, а вместе с этим и характеристик отражения луча в соответствующей точке. Запись и считывание данных производится лучом лазера разной интенсивности. Восстановление исходной структуры поверхности диска для стирания сделанной записи производится также путем нагрева, но уже до другой температуры, которая соответствует точке плавления материала покрытия диска. Другой способ основан на использовании свойств соединения кобальта с гадолинием изменять поляризацию отраженного сигнала при условиях аналогичных выше описанным. При считывании отраженного лазерного излучения через поляризационные фильтры эти изменения преобразуются в электрические сигналы. Современные CD-RW выдерживают десятки тысяч циклов стирания и записи, тем не менее, надежность хранения данных на CD-RW (в особенности, при неоднократной перезаписи диска) несколько меньше, чем на дисках стандарта CD-R. Кроме того, максимальная скорость записи дисков CD-R, как правило, выше скорости записи CD-RW. «Оранжевая книга» различает односеансовую запись (Disc-at-Once, DAO) и последовательную многосеансовую запись (Track-at-Once, TAO) диска. В первом случае данные записываются на диск целиком за один раз, во втором случае данные могут дописываться в несколько сеансов, в каждом из которых создается обновленная таблица содержания диска (Table of Content, TOC). Некоторые устаревшие дисководы CD-ROM и проигрыватели не умеют читать многосеансовые диски. Для записи данных на компакт-диски требуется располагать соответствующим приводом, чистыми «болванками» соответствующего формата и программным обеспечением для записи.

White Book («Белая книга») определяет формат видеодисков Video CD, который также называют Digital Video (DV). Формат разработан Matsushita, JVC, Sony и Philips. Видеодиски являются разновидностью дисков CD-ROM XA. На них можно записать около 70 минут видео в стандарте MPEG-1 со звуковой дорожкой CD-качества. В настоящее время вместо стандарта Video CD все чаще используется DVD.

Blue Book («Голубая книга») определяет формат усовершенствованного музыкального компакт-диска (Enhanced Music CD, CD-Extra, CD-Plus), который может содержать звуковые дорожки и компьютерные файлы, записанные последовательно в 2 сеанса. Такие диски можно прослушать на любом проигрывателе аудиодисков.

В настоящее время большое распространение получают компакт-диски типа DVD , которые превосходят обычные CD по емкости, скорости чтения/записи и другим показателям. Для чтения DVD требуются особые приводы (Дисководы DVD в ПК), которые, как правило, способны считывать и данные с CD-ROM и CD-R/RW. Существуют форматы записываемых (DVD-R, DVD+R) и перезаписываемых (DVD-RW, DVD+RW) DVD. Первоначально предназначавшиеся для распространения видеофильмов, DVD сегодня широко используются для хранения и обмена различными данными. Емкость DVD составляет от 4,7 (односторонний однослойный диск) до 17 (двухсторонний двухслойный диск) Гбайт.