Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.
Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.
Носители информации применяются для:
Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).
К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:
Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):
Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.
В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.
Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.
DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.
Накопители оптических дисков делятся на три вида:
Основные характеристики оптических дисководов:
В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»). DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).
При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.
Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.
Работа с CD и DVD: виды, сходства и отличия компакт-дисков
Содержание
Лазерные накопители информации – неотъемлемая часть современной жизни. Работа с CD и DVD дисками не представляет сложностей, поэтому накопители и пользуются высоким спросом.
Такие приводы лежат в основе большинства мультимедиа, геймерских устройств. Ими оборудуют лэптопы, ПК и даже салоны авто. При этом мало кто знает, чем отличаются компакт-диски между собой, что учитывать при их покупке.
Оптические диски: все о них
Перед рассмотрением сходств CD и DVD нужно разобраться с определением оптического диска как такового. В состав лазерного элемента входят 4 слоя:
Теперь вы знаете, из чего делают компакт диски. Разберем процесс записывания информации: лазерный луч перемещается по дорожке в форме спирали от центра диска к его краям и прожигает рабочие точки. Прожженные части дорожки не отражаются лазерными лучами, нетронутые за счет металлического слоя – отражаются.
Так выходит двоичный код – если луч отразился, получается 1, если нет, то 0. Этот код и является основой записи цифровых данных.
Что такое CD и DVD
Размеры DVD дисков – это далеко не самая главная их характеристика. Толщина составляет около 1.2 мм, объем разный. CD R – это пластиковый компакт-диск с односторонней (чаще всего) записью информации, в DVD носителях запись идет на обе стороны. Часть с информацией всегда длинная, спиралевидная, имеет вид канавки, начинается в центре дискового носителя.
Для чего нужен CD диск – для записи и считывания данных. Этот процесс осуществляется с применением лазера невысокой мощности. Информационные потоки могут иметь разные формы. Лазерный луч сначала проходит стадии отражения, после попадает на приемник.
Особенность хранения данных на CD дисках состоит в том, что информация считывается снизу носителя – для лазерного луча тут предусмотрен выступ, где по мере отражения от него, ход волны луча выходит меньше – примерно наполовину самой длины волны. Движение подавляется, появляется оповещение об отсутствии сигнала.
В чем различие CD и DVD при примерно аналогичном устройстве? Во втором случае шаг канавки меньше, размеры выступов тоже будут незначительными. Выходит, что диаметр CD диска может быть намного больше для записи аналогичного объема данных, чем для DVD носителя. Если важна максимальная вместительность и при этом компактность, вам нужен второй вариант.
Сходства CD и DVD
Сходств у CD и DVD дисков немало, но куда больше различий. CD емкость носителя будет зависеть от модели, а не самого типа – варианты в продаже представлены очень разные. Если емкость CD RW диска большая, можно будет перезаписывать большие объемы данных.
Кстати, CD диск – это обозначение типа носителя, он может быть перезаписываемым и не перезаписываемым. Но изначальный объект памяти определяет предельно допустимое количество информации для первичной записи. Максимальная информационная емкость CD диска всегда указывается на коробочке или конверте.
Оба типа носителей применяются в современных компьютерах. Они представляют собой производительные многофункциональные машины, обрабатывающие внушительные объемы данных. Для информации как раз и были созданы носители. Помимо основного встроенного в ПК жесткого носителя (винчестера), есть еще съемные варианты. Максимальная память CD диска указывает на объемы данных, которые реально записать на носитель. У DVD, Blu-ray дисков принципы работы, записи те же.
Для считывания, обработки, перезаписи данных носитель вставляют в привод – он должен быть в конкретном ноутбуке или ПК. Какой стороной вставлять диск в дисковод – вниз блестящей частью, вверх матовой с надписями, картинками.
Чем отличаются CD и DVD
Из чего сделан DVD диск или CD носитель, мы писали выше – между данными типами разницы обычно нет. А вот размеры лазерного луча будут разными – в DVD они меньше, прожигаемые точки и дорожки, соответственно, тоже небольшие в сравнении с CD. Какой объем CD диска считается стандартным – 700 Мб, DVD – 4.7 Гб.
Независимо от того, сколько памяти на CD диске, скорость записывания будет выше, чем на DVD, зато DVD быстрее читается. Также первый вариант обычно дешевле стоит.
DVD диски – более новая технология, поэтому разновидностей больше, функционал шире.
Виды CD и DVD
Разновидности компакт-дисков – одно- и двухсторонние. В первом случае данные записываются только на одну сторону, во втором на обе, соответственно, объем диска CD R или другого типа возрастает. Учтите, что при увеличенном объеме строже будут требования к хранению.
Итак, CD и DVD RW диски для чего они нужны. RW обозначают перезаписываемые изделия. Они выдерживают около тысячи циклов перезаписи, но это ориентировочные цифры. Что означает CD R и вообще приставка R, будет зависеть от контекста. На «+R» компакт-диски можно дозаписывать данные при условии наличия свободного места, в «-R» изделиях такой возможности не предусмотрено.
Чем отличаются DVD R от DVD W, тоже становится понятно – возможность записывать и стирать дополнительные данные. Ну а, чтобы понять, можно ли перезаписать диск DVD R, смотрите на плюс и минус в маркировке. Если что-то непонятно, лучше будет сразу обратиться к сотруднику магазина.
Советы при выборе
Не рекомендуем экономить на качестве – хорошие компакты служат дольше.
Оптический носитель информации. Процесс записи и считывания информации осуществляется при помощи лазера
Тип носителя
обычно до 700 Мб (до 80 минут аудио)
лазер, длина волны 780 нм (инфракрасный), 150 Кб/с (1×)
от 150 (1×) до 8400 Кб/с (56×)
диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм
хранение аудио, видео и данных
Компакт-диск (англ. Compact Disc ) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD и Blu-ray, прообразом стала граммофонная пластинка.
Формат файлов на CD-ROM отличается от формата записи аудио-компакт-дисков и потому обычный проигрыватель аудио-компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию, для этого требуется специальный привод (устройство) для чтения таких дисков (сейчас имеются практически в каждом компьютере).
Компакт-диск (CD-ROM) длительное время был основным носителем для переноса информации между компьютерами (вытеснив с этой роли флоппи-диск). Сейчас он практически уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям, которые работают существенно быстрее, и занимают меньше места.
Содержание
История
Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony использовала собственный метод кодирования сигнала PCM — Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Лангенхагене (Германия). Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года. История гласит, что на нём был записан альбом «The Visitors» группы ABBA. [1]
Первым компакт-диском, попавшим на прилавки музыкальных магазинов, был альбом Билли Джоэла 1978 года «52nd Street». Продажи этого альбома на CD начались в Японии 1 октября 1982 года. [2]
По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 млрд CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через Интернет, по данным IFPI продажи компакт-дисков до сих пор [когда?] составляют около 70 % всех продаж музыки. [3]
Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD-диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD-диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.
Версия Джеймса Рассела
Девятая симфония Бетховена
Очевидцы и участники переговоров о формате CD свидетельствуют, что в Philips и Sony до мая 1980 года не было единого мнения о внешнем диаметре диска. С точки зрения инженеров Sony был достаточен диаметр в 100 мм, поскольку он позволяет миниатюризировать портативный проигрыватель. От высшего руководства Philips исходила идея сделать диск не более диагонального размера стандартной аудиокассеты (115 мм), имевшей на рынке большой успех. Кроме того, в этом случае диск соответствует нормальным рядам линейных размеров системы DIN.
«Как и в большинстве случаев, красивая история не имеет ничего общего с реальной жизнью. Эта история вышла из-под пера пиарщиков Philips», — считает бывший инженер Philips Кеес Имминк. Реальность же, по его мнению, была иной. Под Ганновером Philips уже подготовил производственную линию по выпуску компакт-дисков на заводе PolyGram. В минимальные сроки можно было запустить производство дисков размером 115 мм. Выпуск дисков размеров 120 мм требовал значительных затрат денег и времени, поскольку был связан с заменой оснастки. По мнению Имминка, Sony не захотела смириться ситуацией, что Philips получит преимущество по выходу на рынок. [11]
Как бы то ни было, в мае 1980 года росчерком пера высшего руководства фирм был установлен окончательный размер диска в 120 мм с ёмкостью в 74 минуты аудиозаписи и частотой дискретизации в 44,1 кГц. Все прочие технические параметры пересчитывались исходя из согласованных данных.
Объём хранимых данных
Компакт-диски имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 Мбайт информации (или 74 минуты звукозаписи). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 Мбайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также синглы диаметром 8,9 см [источник не указан 853 дня] (не путать с минидисками диаметром 8 см), на которые вмещается около 140 или 210 Мбайт данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).
Увеличение ёмкости хранимой информации стало возможным благодаря полному использованию допусков на изготовление дисков. Так, например, расстояние между дорожками по стандарту ECMA-130 составляет 1,6 ± 0,1 микрометра, линейная скорость вращения диска 1,2 или 1,4 м/с ± 0,01 м/с с пропускной способностью 4,3218 Мбит/с. Ёмкость в 650 Мбайт соответствует скорости 1,41 м/с и расстоянию между дорожками, равному 1,7 мкм, а ёмкость в 800 Мбайт — скорости в 1,39 м/с [источник не указан 897 дней] и расстоянию между дорожками в 1,5 мкм.
Тип
Длительность, минуты
Секторов
Макс. размер CD-DA
Макс. размер данных
байты
МиБ
байты
МиБ
21
94 500
222 264 000
212,0
193 536 000
184,6
63
283 500
666 792 000
635,9
580 608 000
553,7
«650MB»
74
333 000
783 216 000
746,9
681 984 000
650,3
«700MB»
80
360 000
846 720 000
807,4
737 280 000
703,1
800MB
90
405 000
952 560 000
908,4
829 440 000
791,0
900MB
99
445 500
1 047 816 000
999,3
912 384 000
870,1
Технические детали
Геометрия диска
Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (диаметр пальца человека). Вес диска без коробки составляет
15,7 г. Вес диска в обычной jewel-коробке (не slim) равен
Кодирование информации
Формат хранения данных на диске, известный как Red Book («Красная книга»), был разработан компанией Sony. В соответствии с ним на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1 кГц. Благодаря коррекции ошибок с помощью кода Рида — Соломона, лёгкие радиальные царапины не влияют на читаемость диска. Philips также владеет всеми правами на знак «Compact disc digital audio», логотип формата аудио-компакт-дисков.
Информационная структура
Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit — углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ. land — пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка — отражает. Поэтому записанный компакт-диск — пример отражательной дифракционной решётки с периодом 1,6 мкм. Для сравнения, у DVD период — 0,74 мкм.
Различают диски только для чтения («алюминиевые»), CD-R — для однократной записи, CD-RW — для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не воспроизводиться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).
Считывание информации
Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром
1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.
Различие между дисками только для чтения (CD) и перезаписываемыми дисками (CD-R/RW) заключается в способе формирования питов. В диске только для чтения питы представляют собой некую рельефную структуру (фазовую дифракционную решётку), причём оптическая глубина каждого пита чуть меньше четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице фаз в половину длины волны между светом, отражённым от пита и светом, отражённым от ленда. В результате в плоскости фотоприёмника наблюдается эффект деструктивной интерференции и регистрируется снижение уровня сигнала. В случае CD-R/RW пит представляет собой область с бо́льшим поглощением света, нежели ленд (амплитудная дифракционная решётка). В результате фотодиод также регистрирует снижение интенсивности отражённого от диска света. Длина пита изменяет как амплитуду, так и длительность регистрируемого сигнала.
Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 Кб/с (то есть 153 600 бит/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения или записи, равную 48 × 150 = 7200 Кб/с (7,03 Мб/с).
Защита от копирования
Спецификация компакт-дисков не предусматривает никакого механизма защиты от копирования — диски можно свободно размножать и воспроизводить. Однако начиная с 2002 года различные западные звукозаписывающие компании начали предпринимать попытки создать компакт-диски, защищённые от копирования. Суть почти всех методов сводится к намеренному внесению ошибок в данные, записываемые на диск, так, чтобы на бытовом CD-плеере или музыкальном центре диск воспроизводился, а на компьютере — нет. В итоге такие диски читаются далеко не на всех бытовых плеерах, а на некоторых компьютерах — читаются; выходит программное обеспечение, позволяющее копировать даже защищённые диски и т. д. Тем не менее, звукозаписывающая индустрия продолжает испытывать всё новые методы.
Philips заявила, что на подобные диски, не соответствующие спецификациям «Red book», запрещается наносить знак «Compact disc digital audio».
Для дисков с данными существуют разнообразные методы защиты от копирования, например, метод измерения позиции данных, технологии StarForce, SecurDisc и др.
Этапы производства компакт-дисков
Запись на компакт-диски
Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной записи. В таких дисках используется специальный активный материал, позволяющий производить запись/перезапись информации. Различают диски с органическим (в основном диски CD-R-типа) и неорганическим (в основном CD-RW-диски) активным материалом.
При использовании органического активного материала запись осуществляется путём разрушения химических связей материала, что приводит к его потемнению (изменению коэффициента отражения материала). При использовании неорганического активного материала запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое и наоборот. И в том и в другом случае запись производится модуляцией мощности лазера.
В просторечии такие записываемые диски называются «болванками». Процесс записи называется «прожигом» (от англ. to burn ) диска.
Технология HD-BURN [12]
Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе — диске CD-R.
В итоге, ёмкость одного CD-диска, записанного в режиме HD-BURN, в два раза превышает ёмкость CD-диска, записанного в обычном режиме.
Shape CD
Shaped CD (англ.) (фигурный компакт-диск) — диск CD-ROM, но не строго круглой, а произвольной формы, с очертанием внешнего контура в виде разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолёты, сердечки, звёздочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д. Обычно применяется в шоу-бизнесе как носитель аудио- и видеоинформации. Был запатентован рекорд-продюсером Марио Коссом в Германии (1995).
Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в приводах CD-ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть и полностью вывести привод из строя. Поэтому перед вставкой Shape CD в привод следует принудительно ограничить скорость вращения диска с помощью специальных программ. Тем не менее, и эта мера не даёт гарантии безопасности CD-привода.
В общем доступе оптические компакт-диски появились в 1982 году, прототип увидел свет еще раньше — в 1979. Изначально компакты разрабатывали в качестве замены виниловым дискам, как более качественный и надежный носитель. Считается, что лазерные диски являются результатом совместной работы команд двух технологических корпораций — японской Sony и голландской Philips.
При этом базовая технология «холодных лазеров», которая и сделала возможной появление лазерных дисков, была разработана советскими учеными Александром Прохоровым и Николаем Басовым. За свое изобретение они были удостоены Нобелевской премии. В дальнейшем технология развивалась, и в 70-х годах Philips разработала способ записи компакт-дисков, который и положил начало CD. Сначала инженеры компании создали ALP (audio long play) в качестве альтернативы виниловым пластинкам.
Диаметр ALP-дисков составлял примерно 30 сантиметров. Чуть позже инженеры уменьшили диаметр дисков, время проигрывания при этом снизилось до 1 часа. Лазерные диски и воспроизводящее устройство для них впервые были продемонстрированы Philips в 1979 году. После этого компания стала искать партнера для дальнейшей работы над проектом — технология виделась разработчикам как международная, а развить ее до необходимого уровня и популяризовать своими силами было сложно.
Начало всего
Руководство приняло решение попробовать установить контакты с технологическими компаниями из Японии, в то время эта страна находилась на острие hi-end технологий. Для этого в страну отправились делегаты Philips, им удалось встретиться с президентом Sony, который заинтересовался технологией.
Почти сразу была сформирована команда инженеров Philips-Sony, они и разработали первые спецификации технологии. Вице-президент Sony настоял на увеличении объема диска, ему хотелось, чтобы компакт мог вместить девятую симфонию Бетховена, для чего объем диска расшили с 1 часа до 74 минут (есть и мнение, что это просто красивая маркетинговая история). Объем данных, которые умещаются на такой диск, составил 640 Мбайт. Инженеры разработали и параметры качества звука. Например, частота выборки стереосигналов регламентировалась на уровне 44,1 кГц (для одного канала 22,05 кГц) c разрядностью каждого в 16 бит. Так появился стандарт Red Book.
Название новой технологии появилось не вдруг — его выбрали из нескольких вариантов, включая Minirack, Mini Disc, Compact Rack. В итоге разработчики совместили два названия, получив гибридное Compact Disc. Не в последнюю очередь это название было выбрано из-за растущей популярности аудиокассет (технология Compact Cassette).
Philips и Sony также сыграли важнейшую роль в разработке спецификации первых цифровых компакт-дисков, которая получила название Yellow Book или CD-ROM. Новая спецификация дала возможность хранить на дисках уже не только аудио, но и текстовые и графические данные. Определение типа диска производилось в автоматическом режиме при чтении заголовка. Проблема была в том, что компакт-диск, соответствующий стандарту Yellow Book, мог работать только с определенным типом накопителей, которые не были универсальными.
17 августа 1982 года на фабрике Philips в немецком Городе Лангенхаген был выпущен первый CD. На нем был записан альбом The Visitors группы ABBA. Стоит отметить, что лаковое покрытие первых дисков было не слишком качественным, так что покупатели компактов часто их портили. С течением времени качество дисков улучшилось. Первые несколько лет они использовались исключительно в hi-fi аппаратуре, их использовали в качестве замены виниловым пластинкам и кассетам.
Начиная с 2000 года в продаже стали появляться диски объёмом 700 Мбайт, которые давали возможность записывать аудио с общей продолжительностью до 80 минут. Они полностью вытеснили с рынка диски объемом 650 Мбайт. Есть и носители объемом в 800 МБ, но они подходили не для всех приводов, так что такие диски не получили особого распространения. Увеличить объем доступного для хранения данных пространства удалось благодаря снижению расстояния между дорожками. Так, к примеру, у дисков емкостью в 650 МБ расстояние между дорожками равно 1,7 мкм, а у 800 МБ дисков этот показатель снижен до 1,5 мкм. Также у первых скорость составляет 1,41 м/с, а у вторых 1,39 м/с.
Как это работает
Диск состоит из нескольких слоев. Подложка — поликарбонатная, ее толщина 1,2 мм, диаметр — 120 мм. На подложке размещается еще один слой — металл (это может быть золото, серебро или, чаще всего — алюминий). Далее металлический слой защищается при помощи лака, на который наносится графика. Подложка надежно защищает металлический слой, так что считыванию мешают уж очень глубокие царапины. Диаметр отверстия в диске — 15 мм.
Формат хранения данных для дисков — Red Book (о нем говорилось выше). Ошибки при считывании корректируются при помощи кода Рида-Соломона, так что легкие царапины не снижают читаемость диска.
Данные на диск записываются в виде спиральной дорожки из так называемых питов (углублений), которые выдавливаются в поликарбонатной основе. Глубина каждого пита составляет примерно 100 нм, ширина — 500 нм. Длина пита от 850 нм до 3,5 мкм. Питы рассеивают или поглощают свет, подложка — отражает. Таким образом, записанный диск является отличным примером отражательной дифракционной решетки.
Считывается диск при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который излучается полупроводниковым лазером. Принцип считывания заключается в регистрации изменения интенсивности отраженного света. Так, лазерный луч сходится на информационном слое, диаметр светового пятна в этом случае составляет 1,2 мкм. Максимальный сигнал регистрируется между питами. В случае попадания на пит регистрируется меньшая интенсивность света. Изменения интенсивности преобразуются в электрический сигнал, с которым и работает аппаратура.
Как создается диск
А что насчет CD-RW?
CD-RW представляет собой разновидность компакт-диска, которая появилась в 1997 году. Изначально стандарт назывался CD-Erasable (CD-E, стираемый компакт-диск).
Это был настоящий прорыв в сфере записи и хранения информации. Ведь получить недорогой и емкий носитель информации было мечтой тысяч инженеров и пользователей. CD-RW похож по структуре и принципу действия на обычный CD, но вот записывающий слой другой — это специализированный сплав халькогенидов. Чаще всего используется серебро-индий-сурьма-теллур. При нагреве выше температуры плавления такой сплав переходит из кристаллического состояния в аморфное.
Фазовый переход в данном случае обратим, что является основой для процесса перезаписи. Толщина активного слоя диска составляет всего 0,1 мкм, так что лазером легко воздействовать на вещество. Процесс записи происходит при воздействии лазерного луча, активный слой в этом случае переходит в расплав (те его области, на которые подействовал лазер). Далее тепло диффундирует в подложку, и расплав переходит в аморфное состояние. У аморфных отрезков меняются такие характеристики, как диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения и, следовательно, интенсивность отраженного света. Она несет информацию о записи на диске. Считывание производится при помощи лазера меньшей мощности, который не может оказать влияния на активный слой. При записи активный слой нагревается до 200 градусов Цельсия, что позволяет ему снова совершить фазовый переход в кристаллическое состояние.
Многократное использование CD-RW приводит к механической усталости рабочего слоя. Поэтому инженеры, разрабатывавшие технологию, использовали вещества с низким коэффициентом накопления усталости. CD-RW может выдержать около тысячи циклов перезаписи.
DVD — еще больше емкости!
Первые DVD появились в Японии в 1996 году, они появились как ответ на запрос пользователей и бизнеса, которым нужны были все более емкие носители. Изначально диски высокой емкости разрабатывались сразу несколькими компаниями. Появилось два независимых направления разработки: Multimedia Compact Disc (Philips и Sony), — Super Disc (8 крупных корпораций, включая Toshiba и Time Warner). Чуть позже оба направления слились в одно под влиянием корпорации IBM. Она убедила партнеров не повторять события времен «войны форматов», когда шла битва за приоритет между стандартами видеокассет «Video Home System» и «Бетамакс».
Технология была анонсирована в сентябре 1995 года, в том же году разработчики опубликовали спецификации. Первый пишущий DVD-привод увидел свет в 1997 году.
Увеличить емкость записи при сохранении прежних размеров удалось за счет использования красного лазера с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки при этом в два раза меньше, чем у CD и составляет 0,74 мкм.
Blu-Ray — самый современный оптический носитель
Еще одна разновидность оптического носителя с гораздо более высокой плотностью записи данных, чем у CD или DVD. Стандарт был разработан международным консорциумом BDA. Первый прототип появился в октябре 2000 года.
Технология предусматривает использование коротковолнового лазера (длина волны 405 нм), откуда и произошло название. Букву «е» убрали, поскольку выражение blue ray является общеупотребительным в английском языке и не может быть запатентовано. Использование синего (сине-фиолетового) лазера дало возможность сузить дорожку до 0,32 мкм, увеличив плотность записи данных. Скорость считывания носителя увеличена до 432 Мбит/с.
UDF — универсальный дисковый формат
UDF — это спецификация формата файловой системы, которая не зависит от ОС. Она разработана для хранения файлов на оптических носителях — как СD, так и DVD и Blu-Ray. У UDF нет ограничения в 2 и 4 ГБ для записываемых файлов, так что этот формат идеально подходит для дисков повышенной емкости — DVD и Blu-Ray.
Оптические диски и интернет
Технологические компании продолжают совершенствовать оптические диски. Так, Sony и Panasonic еще в 2016 году смогли увеличить емкость оптических носителей до 3,3 ТБ. При этом работоспособность дисков сохраняется, по словам представителей Sony, вплоть до 100 лет.
Тем не менее, все типы оптических дисков постепенно теряют популярность — с развитием интернета пропадает потребность для пользователей в накоплении данных на дисках. Информацию можно хранить в облаке, что гораздо удобнее (насколько это безопаснее — другой вопрос). Компакт-диски уже далеко не так популярны, как несколько лет назад, но полное забвение (как в случае аудиокассет) им, скорее всего, не грозит — их будут использовать для создания архивов важной для бизнеса информации.
Если терабайтные оптические диски пойдут в серию, то их применение будет ограничено — может быть, с их помощью будут распространять фильмы в 4К и современные игры с набором самых разных бонусов. Но активнее всего они будут использоваться для создания бэкапов. И если в Sony говорят правду о вековой сохранности записанных данных, то бизнес будет использовать новую технологию весьма активно.
