Принцип записи информации на cd rw. Конструкция и принцип действия. Вопросы для самоконтроля

1. Назначение CD-RW

CD-ROM диск - это общее название pяда цифpовых носителей инфоpмации, основанных на стандаpте Red Book и являющихсяего pасшиpениями, и пpедназначенных для использования вкомпьютеpных системах в качестве Постоянного ЗапоминающегоУстpойства (ПЗУ, или по-английски Read-Only Memory, ROM). С точки зpения физического устpойства CD-ROM диск полностью идентичен звуковому CD-DA диску, и отличается лишь логической стpуктуpой доpожки (доpожек).

Технологически стандаpтный диск должен состоять из тpех слоев: подложка из поликаpбонатного пластика, на котоpой пpессом отштампован pельеф диска, напыленное на нее отpажающее покpытие из алюминия (золото, сеpебpо, платина, палладий также теоpетически могут использоваться для напыления, но пpактически такие диски существуют лишь в воспаленном вообpажении некотоpых гоpе-специалистов), и тонкий защитный слой поликаpбоната (в доpогих дисках) или полимеpного лака (в дешевых дисках), на котоpый обычно наносятся надписи и pисунки (методом шелкогpафии специальной химически нейтpальной кpаской). Hекотоpые дешевые диски имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе (достаточно частый случай для китайских пpоизводителей, экономящих на обоpудовании для нанесения защитного покpытия), отчего отpажающее покpытие довольно легко повpедить, а главное, пpи этом тончайший слой напыленного алюминия довольно быстpо окисляется кислоpодом воздуха до темного оксида алюминия, плохо отpажающего луч лазеpа, что пpиводит к потеpе диском читаемости.

Диски для CD-pекоpдеpов имеют более сложную стpуктуpу, в котоpую входит слой специального легкоплавкого пластика, и ввиду этого очень чувствительны к нагpеванию и воздействию пpямых солнечных лучей.

Инфоpмация записана на диск в виде спиpальной доpожки, идущей от центpа к кpаю диска, на котоpой pасположены углубления (так называемые питы). Инфоpмация кодиpуется чеpедованием питов (условно - логической 1) и пpомежутков между ними (условно - логических 0). Существенно, что инфоpмация на диске закодиpована помехоустойчивым кодом Рида-Соломона

(Reed-Solomon) с использованием чеpедования - так что мелкие сбои пpи чтении доpожки никак не отpажаются на достовеpности считанной инфоpмации. Доpожка может быть непpеpывной, либо делиться на фpагменты (напpимеp сессии в мультисессионных дисках). Число сессий в настоящее вpемя не может пpевышать 64, и наличие нескольких сессий допустимо не во всех стандаpтах записи.

Система однократной (CD-Recordable - записываемый CD) и многократной (CD-Erasable - стираемый CD, CD-ReWritable - перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. CD-RW и CD-E обозначают одно и то же - диск с возможностью стирания и перезаписи, причем название CD-RW практически вытеснило CD-E. Терминами CD-R, CD-E и CD-RW обозначаются как устройства для записи, так и сами диски.

На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках - TOC и набор дорожек различных типов. Это позволяет при помощи соответствующего программного обеспечения записывать звуковые, фото- и видеодиски, которые могут затем проигрываться в бытовых звуковых и видеопроигрывателях. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже обычного, отчего некоторые устройства могут работать с ними неуверенно. В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. Фиксация изменений состояния происходит благодаря тому, что материал регистрирующего слоя при нагреве свыше критической температуры переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и однократных CD, что затрудняет их считывание в обычных приводах. Для чтения CD-RW формально необходим привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника (Auto Gain Control), хотя некоторые обычные приводы CD-ROM и бытовые проигрыватели способны читать их наравне с обычными дисками. Способность привода читать CD-RW носит название Multiread; ранние приводы маркировались "CD-E Enabled".

Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF (Universal Disk Format - универсальный дисковый формат), позволяющая динамически создавать и уничтожать отдельные файлы на диске.

3. Принцип работы

Процесс записи компакт-дисков долгое время обозначался у компьютерных гуру (которым единственно был понятен и доступен) словами "жечь", "выжигать". Они довольно точно определяют процесс наполнения диска CD-R информацией. При его записи мощный лазерный луч выжигает в чувствительном слое заготовки точки, последовательностью которых кодируются нули и единицы, т. е. собственно информация. Известно также, что повторная запись данных на такой носитель невозможна по одной простой причине -- нельзя предварительно стереть то, что на нем уже есть. Представьте себе магнитофонную кассету, на которой новые песни записаны без стирания старых. Естественно, компьютер не сможет прочитать "двухэтажные" данные, так же как и вы вряд ли станете слушать двукратно записанную какофонию.

В этом свете возможность перезаписи оптического диска выглядит чем-то совсем уж мистическим и ассоциируется то ли с Фениксом, воскресающим из пепла, то ли с известной поговоркой о полезности пережигания этого самого пепла. И напрасно. Ни с тем, ни с другим принцип записи CD-RW не имеет ничего общего, а сам носитель, хоть и совместим по формату с CD-ROM и CD-R, использует совершенно другую технологию.

В диске CD-RW имеется чувствительный слой из вещества, которое в твердом состоянии может иметь два типа внутренней структуры -- кристаллический и аморфный, причем в первом случае эта субстанция прозрачнее, чем во втором. Позади чувствительного слоя находится отражающий, так что при чтении лазерный луч отражается от кристаллических участков сильнее, чем от аморфных, -- вот вам и последовательность светлых и темных точек, в которой кодируются данные.

Чтобы сделать участок чувствительного слоя "темным", его быстро нагревают мощным лазерным лучом (при этом кристаллическая решетка разрушается), который затем отключают, чтобы вещество остыло в аморфном состоянии. Чтобы сделать этот участок "светлым", его опять-таки прогревают лазером, но до более низкой температуры, причем медленно, постепенно наращивая мощность луча, а затем так же постепенно снижая ее. При этом кристаллическая решетка восстанавливается, и чувствительный слой снова становится прозрачным.

Казалось бы, никаких проблем -- светлые и темные точки на дисках CD-R и CD-RW точно такие же по размеру и так же располагаются, как и на CD-ROM, так что между этими устройствами должны царить мир и взаимопонимание. Это было бы так, если бы не одно "но": отражающая способность фабричного CD-ROM, на блестящем покрытии которого лежит только тонкий слой прозрачного лака, больше, чем у CD-R и CD-RW, "обремененных" еще и чувствительным слоем, также поглощающим свет. И если диски CD-R обычный привод CD-ROM читает практически всегда, то при работе с CD-RW у старых накопителей возникают проблемы. Их причина -- небольшая мощность лазера. Этот недостаток ликвидирован в новом поколении CD-ROM, работающих в режиме MultiRead. Заметим, что практически все такие устройства, выпущенные за последние два года, нормально считывают диски CD-RW.

Запись дисков CD-R выполняется при помощи специальных программ - Easy CD, CD Creator, CD Publisher, Direct CD, WinOnCD, CDRWin (Windows); UniteCD, RSJ (OS/2) и т.п. Процесс записи одной дорожки представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора "нечестными" драйверами устройств, зависанием программы или ОС. К сбою записи приводят также механические толчки привода.

Различается два основных режима записи CD-R: DAO (Disk At Once - весь диск за один прием) и TAO (Track At Once - одна дорожка за один прием). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается в ее конце; в точках включения и выключения лазера формируются серии специальных блоков - run-in, run-out и link, предназначенные для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких блоков (2 секунды). При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска.

Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск, а режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами. Этот режим также желателен для записи мастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки - большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы.

Реализованная в приводе поддержка режима DAO может не работать при некоторых сочетаниях привода, его микропрограммы (firmware), интерфейса, драйверов интерфейса и записывающей программы. Если известно, что в других сочетаниях DAO поддерживается, нужно попытаться обновить прошивку, сменить драйверы или записывающую программу.

В режиме TAO пишутся многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных; это также наиболее простой способ записи CD-DA с паузами между дорожками. Сессия может быть как полностью записана за один прием - с формированием TOC, файловой системы (для CD-ROM) и зон Lead-In/Lead-Out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных TOC в элементах PMA (запись с оставлением открытой сессии).

Перед началом собственно процесса записи привод выполняет калибровку лазера, используя область PCA. Теоретически, таких калибровок может быть не более 100, однако ряд современных приводов записывают в PCA вместе с параметрами оптимального режима записи свой номер модели, так что при последующих операциях над этим диском в приводах этого же типа калибровка выполняться не будет.

Если запись на однократный многосессионный диск по какой-либо причине была прервана, в ряде случаев имеется возможность использовать оставшееся свободным пространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытия сессии (Close Track/Session), после чего нужные данные записываются очередной сессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут быть импортированы).

Поскольку конечная видимость каждого файла определяется процессом импорта оглавления, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочная замена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставаться на диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог помещается ссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий в каталог новой сессии дает эффект их "удаления". Видимость "удаленных" таким образом файлов впоследствии может быть "восстановлена" путем их импорта в новые сессии.

Для записи CD-RW, кроме сессионного метода, может применяться их предварительное форматирование - разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск - стандартные файловые операции копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером привода CD-RW в серии операций перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF (например, Adaptec DirectCD) и программы начальной разметки.

Некоторые версии записывающих программ (например, CDR Publisher, CDRWin с версии 3.0 или Adaptec Easy CD Creator с версии 3.0) позволяют записывать загружаемые (bootable) диски. Для загрузки с таких дисков BIOS компьютера должен поддерживать эту возможность (последние версии AWARD и Phoenix BIOS). Загружаемая часть CD-ROM записывается в виде образа загрузочной дискеты или винчестера, из которого при загрузке BIOS системной платы эмулирует диск A:.

Хотя запас быстродействия реально необходим только при работе с приводами, не поддерживающими пакетную запись, однако и при пакетной записи слишком частое переключение лазера приводит к повышению накладных расходов и ускоренному износу оптической системы.

Для проверки быстродействия в большинстве записывающих программ есть режимы тестирования - имитации полного процесса записи: либо с обходом обращения к CD-R, либо с переводом CD-R в специальный тестовый режим, в котором он, как и при записи, принимает данные, но не включает лазер на запись. Первый режим доступен с любым CD-R, однако не дает полной достоверности, второй требует поддержки со стороны привода и обеспечивает динамику, полностью аналогичную процессу записи (с точностью до записи служебных зон lead in и lead out, которая в тестовом режиме не имитируется). Узнать о поддержке тестового режима в CD-R можно, запросив его свойства в записывающей программе.

При поддержке приводом тестового режима лучше всего заранее провести серию тестов, загружая систему различными видами нагрузок до тех пор, пока запись не начнет прерываться - это даст примерное представление об имеющемся запасе быстродействия. Однако при замене компонент системы - как аппаратных, так и программных, и даже в различных режимах работы (например, с регистрацией в сети или без нее), поведение может существенно изменяться.

Снижать быстродействие системы могут:

Параллельно работающие приложения, в том числе системные процессы - например, оптимизаторы памяти или диска, серверы файлов, принтеров, баз данных или электронной почты, размещенные на записывающей машине, когда к ним происходит обращение по сети;

Наличие пассивного подключения к сети, при котором принимаемые пакеты могут вызывать срабатывание системных процессов;

Или программы защиты экрана (screen savers), автоматически активизируемые в паузах работы пользователя;

Чрезмерная фрагментация исходных дисков, повышающая накладные расходы на позиционирование по диску;

Недостаток оперативной памяти, вызывающий откачку (свопинг) на диск;

Динамическое изменение системой объема файлового кэша; при наличии критичных к скорости приложений рекомендуется задавать постоянный объем (файл System.ini, секция , ключи MinFileCache/MaxFileCache, значения в килобайтах);

Частое поступление системных прерываний - от модема, мыши, принтера и других устройств;

Работа других приводов CD-ROM (в Windows 95 это - одна из наиболее неоптимальных подсистем) или флоппи-дисководов;

Нахождение записывающего привода на одном кабеле с устройством, с которого в процессе записи поступают данные (файлы или образ);

Неподходящий режим параллельного порта (SPP/Normal вместо EPP) для внешнего CD-R с соответствующим адаптером;

Частая и долгая рекалибровка некоторых моделей винчестеров.

Если все перечисленные причины устранены, но быстродействия все равно не хватает - остается только снижать скорость записи.

Если статическое быстродействие системы достаточно для выбранной скорости записи, процесс все же может быть нарушен кратковременными задержками данных в результате "просадки" системы при запуске программ, опознании вставленных дискет и компакт-дисков, перечитывании сбойных участков на исходных носителях, при аварийном завершении параллельных программ и т.п. Запас надежности в этом случае можно приблизительно оценить по объему буфера CD-R, поделив его на скорость записи и получив время, на которое поток данных может изредка безболезненно прерываться.

Термин "скорость записи" определяет, насколько быстро данные могут быть записаны на CD-R диск. Маркировка 1х, 2х, 4x показывает, во сколько раз быстрее устройство записывает данные по сравнению с односкоростным эталоном. Под одной скоростью понимается скорость передачи данных, равная 150 Кб/сек (для Form 1, обычного для CD-ROM) или 172 Кб/сек (для Form 2, обычного для Video-CD). Таким образом, маркировка 2х значит, что данные могут записываться со скоростью 300 Кб/сек, а 4х - 600 Кб/сек. Необходимо принять во внимание, что реальная скорость может различаться в зависимости от режимов записи (Form 1, Form 2, CDDA), так как, к примеру, данные Form 1 записываются в режиме 2048 байт на блок, а звуковая информация CDDA в режиме 2352 байта на блок.

Обычно в описании приводов CD-ROM указывают число, показывающее, с какой скоростью данные могут быть считаны (например, 24x для Acer 624A). Маркировка CD-рекордеров содержит два числа. Первое - скорость записи, второе - скорость считывания (например, 4x8 для CD-рекордера Panasonic 7502B). Если же маркировка состоит из трех цифр, то это значит, что такой привод может работать еще и с CD-RW дисками, возможная скорость записи на которые - вторая цифра в маркировке.

Первое 4x-скоростное устройство записи (CD-рекордер) было произведено фирмой Yamaha, весьма активно настаивавшей на том, чтобы производители CD-R выпускали компакт-диски, совместимые с 4x-кратной скоростью записи. Таким образом, те диски, которые могли быть использованы в 4x-скоростных устройствах записи, сертифицировались как совместимые с 4х.

Маркировка дисков "Cертифицированы для записи на скоростях 1x, 2x, 4х" значит, что производитель CD-R диска гарантирует нормальное качество записи на нем при одной, двух и четырех скоростях. Производители 2x-, 4x- и 6x-скоростных устройств записи дают рекомендации по типу компьютера, а также типу применяемых CD-R для того, чтобы диск мог быть успешно записан. Если вы будете следовать данным рекомендациям, то все диски, которые записаны на скоростях 2х, 4х и 6х, будут идентичными вне зависимости от скорости записи. Если ваш компьютер не может поддерживать требуемую скорость передачи для высокоскоростного устройства, записывайте диски на скорости 2х. Лучше записывать диски на скоростях 2х и 1х, а не на 4x. В этом есть определенный смысл. Физические и химические процессы, протекающие при записи CD-R-дисков, дают лучший результат (более глубокие и более читаемые отметки на активной поверхности) при двукратной и менее высокой скорости записи, благодаря большей крутизне фронтов модуляции лазерного луча и большей длительности его воздействия на единицу (пит) информационной поверхности, а также более выгодному температурному режиму записи (на высоких скоростях записи из-за высокой мощности лазера наблюдается локальный разогрев активного слоя диска, то есть дорожка не успевает остывать за один оборот диска, передавая тепло соседнему витку дорожки, на который идет запись. В результате образуется концентрическая зона повышенной температуры диска, снижающая качество записи). В общем случае, диски с серебряным слоем (Metal Azo) более приспособлены к записи на высоких скоростях, чем диски с золотым слоем, из-за более высокой теплопроводности серебра, поэтому их можно рекомендовать любителям печатать коммерческие тиражи на скорости 4x и более. Аудиофилам же рекомендуется для записи звуковых CD (CDDA) использовать диски с фталоцианиновым слоем и записывать их на одинарной скорости - это обеспечивает наивысшее качество записи и ее долговечность.

Какие разновидности CD-R дисков бывают?

В общем и целом, все множество CD-R дисков делятся на brand-name (BN) версии и версии для производства (OEM). Диски BN-версий характеризует то, что они выпускаются с уже нанесенным на поверхность диска логотипом производителя и полиграфической вставкой. Такие диски обычно продаются в розницу и являются приемлемым решением для тех, кто собирается хранить на них архивы данных, время от времени создавать музыкальные сборники и т.п. Надписи на таких дисках возможно наносить специальным маркером или фломастером. Диски BN продаются упакованными в пластиковые коробки (jewel case), затянутые защитной пластиковой пленкой. 10 дисков обычно собираются в коробку. Диски для производства или OEM не имеют на своей внешней поверхности ни логотипа, ни каких-либо прочих надписей и графических элементов - поверхность "чистая". И хотя на ней, так же как и на поверхности дисков BN, можно делать надписи маркером, OEM-диски предназначены все же для печати на их поверхности текста и графики с помощью специальных CD-принтеров или нанесения собственного логотипа методом шелкографии или офсетной печати. Упаковываются OEM-диски таким образом, чтобы было возможно максимально удобно включить их в производственную технологическую цепочку. Наиболее распространенным типом упаковки являются стопки (bulk) и стопки на осях (spindle). В первом случае некоторое количество дисков (обычно 100) упакованы в термоусадочную пленку. В картонной коробке 6 стопок, а, следовательно, 600 дисков. Во втором случае диски насажаны на специальную ось (обычно это 125 дисков) и собраны в коробки по 500 дисков в каждой. Следует отметить, что диски для производства (OEM) более многофункциональны в смысле нанесения на них надписей тем или иным способом, и дешевы, нежели диски brand-name, которые имеет смысл приобретать только тогда, когда общая месячная потребность в дисках не превосходит нескольких десятков штук и нет никаких специальных требований к их оформлению.

Фоpматы записи CD-ROM описаны в опубликованных фиpмами Philips и Sony (и затем стандаpтизиpованных IEEE и ISO) стандаpтах записи данных на компакт-диски, известных специалистам под названиями Yellow Book ("желтая книга"), Green Book ("зеленая книга"), Orange Book ("оpанжевая книга"), White Book ("белая книга") и Blue Book ("синяя книга") - по цвету обложек соответствующих изданий. Все они являются pасшиpением основного стандаpта CD-DA (звуковых CD), описанного в Red Book ("кpасной книге").

Для записи данных используются отдельные доpожки диска. Многие фоpматы записи CD-ROM относятся не к диску в целом, а только к фоpмату отдельных доpожек, пpичем некотоpыми стандаpтами на одном диске допускается наличие доpожек pазличных фоpматов (Mixed mode). Впpочем, для их чтения вам понадобится особый пpоигpыватель (CD-ROM дpайв), поддеpживающий указанные стандаpты.

CD-DA ("Red Book", аудио-CD) фоpмат: Станадаpт pазpаботан совместно Philips/Sony и издан в виде книжки с кpасной обложкой. Стандаpт Red Book опpеделяет метод кодиpования даных на диске и специальную двухуpовневую схему опpеделения и коppекции ошибок, так называемые уpовни коppекции C1 и C2. Коppекция ошибок базиpуется на обpаботке EFM-фpеймов (EFM - Eight to Fourteen Modulation), состоящих из 588 бит каждый:

24 Sync-бита

33 блока данных по 14 бит каждый (462 бита)

3 бита-pазделителя на каждый блок данных (99 бит)

3 закpывающих бита

После обpаботки EFM данные pазделяются на два потока:

Аудио-сектоpы (собственно данные)

Субкоды (так называемые субканалы P...W)

Субкоды в свою очеpедь pазделяются на P-субканал, Q-субканал и R-W субканалы. P-субканал пpактически всегда пустой и обычно выполняет pоль флага паузы, Q-субканал содеpжит инфоpмацию о текущем вpемени, субканалы с R до W используются для специальных цифpовых данных (напpимеp, в CD-Midi и CD+G фоpматах).

Аудио-сектоp содеpжит 2352 байта данных. Для CD-A это отсчеты звука в коде PCM, в виде паp 16-бит данных, соответственно для левого и пpавого каналов (то есть 4 байта на каждый отсчет), наpезанные с частотой 44100Hz - итого 588 отсчетов.

Такой аудио-сектоp (588 16-бит стеpео отсчетов) пpинято называть "фpейм" (CD-frame), и делить в свою очеpедь на 24.5 "Audio-Frame" по 6 отсчетов (24 байта) каждый.

Один аудио-сектоp (CD-Frame) содеpжит 1/75 секунды звучания. Red Book вводит также понятие "адpеса" на диске. Адpес - это указатель на опpеделенный момент звучания диска, в фоpмате минуты:секунды:CD-фpеймы (так называемый M:S:F адpес).

Полезная часть диска по Red Book начинается с адpеса 0m:2s:0f, то есть на две секунды позже pеального начала диска. Эти "пpопущенные" 2 секунды называются "Вводная запись" (Lead-In).

Какие интеpфейсы имеются у CD-ROM дpайвов?

Их немного:

пpочие интеpфейсы пpименялись в единичных моделях и в настоящее вpемя не встpечаются.

Sony, Mitsumi, Panasonic - тpи устаpевших интеpфейса, поддеpживаемые многими стаpыми звуковыми каpтами и специальными адаптеpами. Mitsumi и Panasonic используют 40-контактный соединительный кабель как для IDE, а Sony - 34-контактный как для Floppy дисководов, (но обычный кабель для Floppy не подойдет). В настоящее вpемя не используются.

Phillips - pедкий интеpфейс, использовавшийся для внешних CD-ROM. В настоящее вpемя не используется.

PCMCIA - интеpфейс, пpименяемый для компактных внешних CD-ROM, подключаемых к маленьким компьютеpам-ноутбукам.

IDE - интеpфейс, пpименяемый обычно для подключения HDD, использующий 40-контактный кабель. Hа одном канале IDE (то есть на одном кабеле) могут находиться одно или два устpойства, в последнем случае одно из устpойств является ведущим (Master), а втоpое - ведомым (Slave). Роль, котоpую пpинимает на себя IDE-устpойство (Master/Slave), пеpеключается пеpемычками-джампеpами на каждом устpойстве, соответственно, вам пpидется включить на одном устpойстве Master, а на дpугом Slave. Следует помнить, что устpойство Slave не должно pаботать без Master, то есть единственное устpойство на шлейфе IDE всегда должно быть включено как Master.

Hесмотpя на то, что IDE CD-ROM использует интеpфейс IDE, он не является HDD-совместимым устpойством и использует собственный пpотокол обмена, обычно отвечающий стандаpту ATAPI (ATA Packet Interchange). Стандаpт ATAPI - это новый, очень мощный и быстpоpазвивающийся пpотокол обмена данными и командами между устpойствами и их дpайвеpами чеpез IDE интеpфейс. К сожалению, в настоящее вpемя ATAPI как стандаpт еще не устоялся и допускает массу "вольностей" со стоpоны пpоизводителей обоpудования, в частности CD-ROM, что часто пpиводит к тому, что несколько "ATAPI-совместимых" CD-ROM оказываются взаимно несовместимыми.

Принципы записи информации на DVD-диск

Методы, используемые для записи информации на DVD-диск, аналогичны принципам записи традиционного CD-диска. В настоящее время производятся CD-диски, предназначенные только для воспроизведения, CD-R-диски с возможностью однократной записи и многократно перезаписываемые диски CD-RW.

Принципы записи информации на CD-диски, СD-ROM, DVD-ROM.

Как показано на рисунке 1 - обычный компакт-диск (CD) состоит из прозрачной полимерной подложки (1 ), металлизированного отражающего слоя (2 ) с "дырками" (B ), при помощи которых записана цифровая информация, и защитного слоя (3 ), необходимого для придания диску жесткости. Отражающий слой (2 ) в обычном CD-диске и является слоем, хранящим информацию. Он изготавливается фабричным методом и представляет собой своеобразную матрицу с "выштампованными" в определенных местах "дырками", которые означают логическую единицу. Отсутствие "дырки" подразумевает логический ноль.
Считывание информации происходит при помощи лазерного луча, отражающегося от
поверхности диска. При отражении от "дырки" лазерный луч точно попадает на специальный детектор, который выдает "1". При отражении от поверхности луч проходит мимо детектора, который в этом случае распознает "0". Абсолютно те же принципы записи информации лежат в основе DVD-дисков первого поколения; они предназначены только для считывания информации, записанной на них фабричным способом (так называемый DVD-ROM),CD-R, DVD-R.
В конструкции однократно записываемого компакт-диска (CD-R) между подложкой (1 ) и отражающим слоем (2 ) находится пигментный слой (4 ) из металло-стабилизированного цианида (органическая субстанция). В данном случае именно пигментный слой, на котором фабрично "выдавлены" дорожки (A ), вдоль которых движется лазерный луч, сохраняет информацию. При записи такого диска в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности "выжигает" в требуемых местах пигментного слоя "дырки" (B ). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь "дырку" в пигментном слое (4 ), отражается от металлизированного слоя (2 ) и попадает на детектор, который распознает логическую единицу. При отсутствии "дырки" лазерный луч поглощается пигментным слоем, отражения лазерного луча не происходит, и детектор выдает логический ноль. Следует отметить наличие дополнительного шероховатого слоя для надпечатки (5), на котором пользователь после записи информации может нарисовать свою этикетку при помощи шариковой ручки, фломастера или даже специального струйного принтера.

CD-RW, DVD-RAM.
Принцип записи на перезаписываемые DVD-диски (который первоначально разрабатывался для компакт-дисков с рабочим названием CD-Erasable) был предложен компаниями Philips, Ricoh и Hewlett-Packard и поддержан такими фирмами, как IBM, Sony, 3M, Olympus, Matsushita и Mitsumi. Конструкция перезаписываемого компакт-диска (CD-RW) напоминает CD-диск, но вместо отражающего слоя в нем используется специальное вещество (6 ), способное многократно изменять свою структуру. Такой материал был разработан компанией TDK и получил название AVIST; он обладает практически идеальными характеристиками.
Его высокой отражающей способности (25-35%) вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении. Характеристики материала AVIST стабильны как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. В случае перезаписываемых компакт-дисков (например, CD-Erasable) запись осуществляется со скоростью ниже 3 м/c. Работа с данными в формате перезаписываемого DVD-RAM требует от рабочего слоя скорости записи от 3 до 6 м/c. При работе со сжатой видеоинформацией скорость записи уже должна быть выше 6 м/c.
Прекрасное соотношение сигнал/шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 mm).
Новый материал AVIST выдерживает не менее 1000 циклов перезаписи на скоростях ниже 3 м/с. При более высоких скоростях записи это количество циклов перезаписи должно возрасти.
Как и на пигментном слое записываемого диска, на рабочем слое AVIST "выдавлены" дорожки (A ), направляющие лазерный луч. При записи такого диска вещество под действием мощного лазерного луча меняет свою структуру в нужной точке поверхности, переходя из кристаллического состояния в аморфное. Поскольку такой переход обратим (т.е. вещество может быть переведено обратно в кристаллическое состояние), диск теоретически может быть перезаписан практически бесконечное число раз. Все зависит от свойств материала, применяемого в информационном слое (6 ), и по мере его дальнейшего совершенствования реально достижимое число циклов будет увеличиваться и составит не менее пяти миллионов перезаписей. Считывание производится лазерным лучом обычной мощности. При отражении от поверхности диска изменяется фаза лазерного луча в зависимости от того, произошло отражение от участка поверхности с аморфной или с кристаллической структурой. Изменения фазы отраженного луча распознаются детектором, который преобразует их в цифровой поток. Такой метод получил название Phase Change Technology (метод изменения фазы).
Однослойные DVD. Как мы уже отмечали, DVD во многом подобен CD, но значительно отличается от него плотностью записи. Как ясно из описанных выше принципов записи, именно предельное количество "дырок", которое может быть размещено на поверхности диска, определяет его информационную емкость.
Первым шагом к созданию нового стандарта можно считать семикратное увеличение емкости CD-диска за счет увеличения плотности записи, которое стало возможным благодаря применению более совершенных источников лазерного луча. различия размеров и плотности расположения "дырок"

На рисунке 2 показаны различия размеров и плотности расположения "дырок" рабочего слоя у DVD- и CD-дисков.
Обычные дисководы CD-ROM используют источник лазерного излучения с длиной волны 780 нм, излучающий невидимый инфракрасный свет. В DVD-плеерах и в DVD-ROM применен излучающий красный свет лазер с длиной волны 650 (635) нм. Такое уменьшение длины волны позволило считывать более мелкие "дырки" рабочего слоя диска, размещенные в более плотно расположенных треках (дорожках записи). Соответствующее увеличение числовой апертуры линзы (Numerical Aperture - угол между крайними лучами светового конуса, попадающего в оптический прибор) с 0,45 до 0,60 дает возможность фокусировать лазерный луч с гораздо большей точностью. Только за счет повышения плотности записи удалось довести емкость диска до 4,7 Гбайт.
Кроме того, значительной модернизации подверглись схемы цифровой модуляции и коррекции ошибок. Современная высокоэффективная схема модуляции (EFM Plus) работает как в 8-, так и в 16-битном режимах, что обеспечивает совместимость с существующими CD-форматами, одновременно позволяя добиться более высокого качества при применении новых DVD-носителей. Новая схема коррекции ошибок (RS-PC Reed Solomon Product Code) примерно в 10 раз эффективнее той, что используется в современных системах считывания. односторонний однослойный диск (сверху) и односторонний двухслойный диск (снизу)
Двухслойные DVD. Дальнейшее увеличение емкости диска достигнуто благодаря разработке двухслойного DVD-диска (стандарт DVD-9). Как видно из рис. 3, у двухслойного диска (нижняя схема) имеются целых два рабочих слоя для записи информации. Чтобы реализовать эту модель, для внешнего информационного слоя был создан специальный полупрозрачный материал. При считывании информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь этот полупрозрачный слой, фокусируясь исключительно на треках внутреннего слоя (принципы считывания описаны выше). Считав всю информацию с первого (внутреннего) слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку, изменяя тем самым "глубину проникновения", и приступает к считыванию информации со второго (внешнего полупрозрачного) слоя. Наличие двух рабочих слоев позволяет увеличить емкость до 8,5 Гбайт. Поскольку фокусировка переключается почти мгновенно, а применение электронного буфера гарантирует отсутствие перерывов в исходящем цифровом потоке, двухслойную модель DVD-диска намечается использовать в приложениях, требующих большой и "непрерывной" емкости.

Первый слой двухслойного DVD-диска штампуется из обычных пластмасс на основе поликарбонатов и несет запись на одной стороне. Затем эта сторона заливается тонким слоем полупрозрачного материала, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала, формирующего наружный рабочий слой. Фотополимерному материалу придается жесткость ультрафиолетовым облучением, и DVD-диск заливается прозрачным пластиком, служащим защитным слоем диска. Основная трудность заключается в создании полупрозрачного материала, разделяющего слои записи, поскольку требования, предъявляемые к нему, довольно противоречивы: он должен хорошо отражать лазерный луч (требуемый коэффициент отражения - около 40%) в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. Приоритет в разработке такого материала принадлежит компании 3M, работавшей по заказу Philips-Sony.

Двухсторонние DVD.
Общая толщина всех слоев DVD-диска (как однослойного, так и двухслойного) составляет всего 0,6 мм, что в два раза меньше толщины CD-диска. Для физической совместимости с традиционными компакт-дисками толщина DVD-диска должна равняться толщине CD-диска, т.е. 1,2 мм. В одностороннем однослойном диске (стандарт DVD-5) с задней стороны (с той, где у CD-диска находится этикетка) приклеивается дополнительная подложка толщиной 0,6 мм.

Но такая толщина позволяет изготовить двухсторонний однослойный диск (стандарт DVD-10). Эта идея была предложена компанией Toshiba. Конструктивно процесс производства выглядит следующим образом: два отдельных односторонних DVD-диска склеивают между собой задними сторонами. В результате общая толщина диска та же, что у стандартного CD, - 1,2 мм, но информации такой диск способен вместить в два раза больше; кроме того, за счет уменьшения толщины защитного слоя снижается вероятность ошибок считывания информации, происходивших в CD-дисках из-за случайных отклонений лазерного луча в прозрачном защитном слое.
Таким образом, комбинируя (да-нет) две технологии "удваивания" числа рабочих поверхностей, мы получаем специфицированные в стандарте четыре конструктивно отличающихся формата DVD.
Однослойный односторонний диск DVD-5, преимущественно используется для видеофильмов, так как его емкости вполне достаточно для 92% фильмов, равно как для большинства компьютерных приложений, которым вполне хватает емкости 4,7 Гбайт. Одновременно такой диск оказывается относительно дешевым носителем - его себестоимость всего на 14% превышает себестоимость изготовления традиционного CD-диска.
Следующий по сложности тип диска - односторонний двухслойный DVD-9. Этот тип диска наиболее широкое применение найдет в приложениях, где необходимым условием является большая емкость при недопустимости в перерывах при считывании.
Формат DVD-10 (двухсторонний однослойный диска), предложенный компанией Toshiba, предполагает переворачивание диска вручную после проигрывания одной стороны; его целесообразно использовать, например, для тиражирования очень длинных фильмов или сериалов, не помещающихся на однослойном одностороннем диске. Впоследствии при дальнейшем уменьшении общей толщины всех рабочих слоев диска возможно создание и сверхъемкого двухстороннего двухслойного DVD-17.

Технические характеристики с спецификации DVD дисков

Принципы записи информации на DVD-диск

Принципы записи информации на CD-диски, СD-ROM, DVD-ROM.

Технические характеристики с спецификации DVD дисков

В декабре 1995 года 10 компаний, объединившихся в союз DVD Consortium, официально объявили о создании единого унифицированного стандарта – DVD. Аббревиатура DVD сначала расшифровывалась как Digital Video Disc (Цифровой видеодиск), но впоследствии ее значение было изменено на Digital Versatile Disc (Цифровой двухсторонний диск). Диск был полностью совместим со стандартами Red Book (Красная книга) и Yellow Book (Желтая книга).

DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция.

Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя. Рассмотрим основные характеристики DVD различных типов.

Размер диска – 80 мм (3,1 дюйма).

– DVD-1 (Single-sided, single-layer) – односторонний и однослойный диск. Может содержать до 1,36 Гбайт информации (рис. 1.5).

– DVD-2 (Single-sided, double-layer) – односторонний двухслойный диск. Содержит до 2,48 Гбайт информации (рис. 1.6).

– DVD-3 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Емкость – до 2,74 Гбайт информации (рис. 1.7).

– DVD-4 (Double-sided, double-layer) – диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Емкость такого диска – до 4,95 Гбайт (рис. 1.8).

Размер диска – 120 мм (4,75 дюйма).

– DVD-5 (Single-sided, single-layer) – односторонний однослойный диск. Содержит до 4,7 Гбайт информации.

Рис. 1.5. Структура DVD-1 и DVD-5.

– DVD-9 (Single-sided, double-layer) – односторонний и двухслойный диск. Емкость – до 8,5 Гбайт.

– DVD-10 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Содержит до 9,4 Гбайт информации.

– DVD-18 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Способен вместить до 17 Гбайт информации.

Рис. 1.6. Структура DVD-2 и DVD-9.

Рис. 1.7. Структура DVD-3 и DVD-10.

Рис. 1.8. Структура DVD-4 и DVD-18.

Примечание.

Число в наименовании диска– DVD-1, DVD-4, DVD-10 и т. д. – это округленное значение емкости.

Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.

Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40 % и необходимой прозрачностью.

Во время считывания информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь полупрозрачный слой, фокусируясь на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию внутреннего слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку и считывает информацию с полупрозрачного слоя. Наличие в приводе DVD буфера и возможность быстрой смены фокусировки позволяет непрерывно подавать данные на материнскую плату.

При изготовлении двухслойного диска сначала штампуется первый слой, основанный на поликарбонатах. Затем наносится полупрозрачный материал, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала. С помощью ультрафиолетового излучения фотополимеру придается жесткость, и DVD заливается поликарбонатом, который служит диску защитным слоем.

DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм. С целью не только увеличить толщину DVD до 1,2 мм, но и одновременно улучшить его функциональность, увеличив емкость носителя в два раза, компанией Toshiba был создан двухсторонний диск (типы DVD-3 и DVD-10). Чтобы получить диск типа DVD-3, достаточно склеить между собой со стороны этикеток два DVD-1; для получения же DVD-10 соединяются два DVD-5. Таким образом, склеивая между собой два диска толщиной 0,6 мм, мы получаем один диск, по толщине равный CD и обладающий возможностью записать вдвое больше информации.

Для получения дисков типа DVD-4 следует склеить два DVD-2, для DVD-18 – соответственно два DVD-9.

Принцип записи информации на DVD-R (Digital Versatile Disk Read-only – однократно записываемый DVD) и считывания с него аналогичен записи и считыванию CD-R. Во время записи DVD в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности «прожигает» в активном слое отверстия (питы). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь образовавшееся отверстие, отражается от металлизированного слоя и попадает на фотодатчик, а потом на микропроцессор.

Для записи и считывания информации с DVD-RW (Digital Versatile Disk ReWritable – перезаписываемый DVD) применяется технология Phase Change Technology (метод изменения фазы). Лазерный луч во время записи движется по спиральной дорожке. В период повышенной активности луча регистрирующий слой меняет свою структуру, переходя из кристаллического состояния в аморфное. При считывании информации детектор распознает, от какой поверхности отразился лазерный луч – кристаллической или аморфной, – и преобразует данные в цифровой поток. Под воздействием лазерного луча определенной мощности активный (регистрирующий) слой возвращается в исходное состояние, и диск может быть перезаписан множество раз.

Материал, способный неоднократно менять свою структуру, был разработан компанией TDK и получил название AVIST (Advanced Versatile Information Storage Technology – современная универсальная технология запоминания информации).

Примечание.

Материал AVIST в кристаллическом состоянии обладает 25–35 %-ной отражающей способностью, а при переходе в аморфное состояние темнеет и не отражает лазерный луч.

Для DVD-ROM, VideoDVD, AudioDVD и т. д. применяется файловая система UDF (Universal Disk Format – универсальный дисковый формат), разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association – ассоциация по поддержке технологии хранения данных на оптических носителях). Данная файловая система является развитием файловой системы CD-ROM (CDFS или ISO 9660).

Изначально технология DVD разрабатывалась для записи и воспроизведения фильмов. VideoDVD должны обеспечивать следующие возможности:

Воспроизведение фильмов длительностью не менее 133 минут;

Различные варианты отображения широкоэкранного видео;

До 32 вариантов субтитров на различных языках;

Объемный звук;

Защиту от копирования и региональное кодирование;

Интерактивность просмотра.

Навигационные данные;

Объекты воспроизведения.

Объекты воспроизведения делятся на видео, аудио и графику.

Для воспроизведения цифрового видео требуется цифровой поток скоростью 167 Мбит/с. Следовательно, на диске объемом 4,7 Гбайт могут вместиться четыре минуты оцифрованного видео. Чтобы сохранить не менее 133 минут качественного изображения, применяется сжатие данных. Видео кодируется в специальном формате MPEG-2, разработанном группой MPEG (Moving Picture Experts Group – экспертная группа по движущимся изображениям).

Во время просмотра фильмов вы, наверное, обращали внимание на то, что задний план, на фоне которого двигаются герои, как правило, остается неизменным. Дело в том, что примерно 95 % повторяющихся изображений заднего плана могут быть исключены при оцифровке без заметной потери в качестве, при этом значительно снижается объем цифрового потока.

Звук кодируют и сжимают с помощью различных технологий: Dolby Digital, MPEG-1 и MPEG-2. В AudioDVD используется технология LPCM (Linear Pulse Code Modulation – линейная импульсно-кодовая модуляция), в которой не применяется компрессия. Формат LPCM позволяет наиболее качественно и точно передать звуковые волны (частота дискретизации – 48 или 96 кГц, глубина оцифровки – 16, 20 или 24 бит), используя от одного до восьми звуковых каналов, и получить динамический диапазон записи до 120 дБ. При этом цифровой поток данных может составлять 6,144 Мбит/с.

Компрессия звукового сигнала с применением технологии Dolby Digital – AC-3 (Audio Cannels) – обеспечивает звук по схеме 5.1 (5 основных звуковых каналов и один низкочастотный) с диапазоном 20–20 000 Гц. Для компрессии звука используется разработанный компанией Dolby специальный алгоритм, получивший название Multichannel Perceptual Coding (многоканальное перцепционное кодирование). Человеческий слух, в зависимости от пола и возраста, с разной чувствительностью воспринимает звуки в различных частотных диапазонах. Кроме того, существуют определенные частоты и тембры, плохо различаемые всеми людьми. При применении технологии Dolby Digital некоторые частотные диапазоны, с трудом воспринимаемые человеческим ухом, подавляются, что приводит к определенным потерям данных. Однако в результате значительно уменьшается цифровой поток, например для шести каналов достаточно всего 348 Кбит/с.

Компрессия звукового сигнала с применением технологий MPEG-1 и MPEG-2 также связана с потерей данных. Формат MPEG-1 предназначен только для моно– или стереозвучания. Формат MPEG-2 может быть многоканальным и способен обеспечивать объемный звук по схеме 5.1 или 7.1.

Компрессия звукового сигнала с применением технологии DTS (Digital Theatre System – цифровой театр с окружающим звуком), разработанной в США, является альтернативой Dolby Digital. Качество звука при этом несколько выше, восприятие звуковых эффектов пространственно более реалистично, но поток данных в этом случае может достигать 1536 Кбит/с.

Для контроля за распространением дисков и защиты авторских прав производители DVD разделили мир на шесть географических зон и разработали специальные пиктограммы и коды для каждой зоны. Использование такого регионального кодирования как самих дисков, так и проигрывателей для них сделало невозможным воспроизведение дисков одной зоны на DVD-приводах другой зоны.

Зона 1 – США и Канада.

Зона 2 – Западная Европа, Япония, ЮАР, Ближний Восток.

Зона 3 – Юго-Восточная и Восточная Азия, включая Тайвань и Гонконг.

Зона 4 – Латинская Америка, Южная Америка, Карибские острова, Австралия и Новая Зеландия.

Зона 5 – страны бывшего Советского Союза, Африка (кроме ЮАР), Индия, Пакистан, Монголия и Северная Корея.

Зона 6 – Китай.

В настоящее время производители проигрывателей DVD выпускают так называемые «мультизонные» устройства, поддерживающие большинство форматов.

| |

Различные структурные типы DVD, принцип записи информации на DVD-диски различных типов, перезапись и оптическая запись.

Структура DVD-дисков и принцип записи

Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании информации используется различие отражательной способности поверхности в зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном состоянии.

При считывании информации с диска измеряется различие между темными аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке.

Форматы DVD

Сегодняшний стандарт DVD позволяет реализовать несколько различных конструкций диска. Это односторонние или двусторонние диски, с одним или двумя несущими информацию слоями на каждой стороне.

Один слой толщиной 0,6 мм может уместить до 4,7 Гб информации, а весь диск – до 17 Гб.

Возможны четыре разновидности DVD дисков: DVD-5, DVD-9, DVD-10 и DVD-18.

DVD-5

DVD-5 - это первая рыночная версия DVD диска: односторонний диск с однослойной записью и емкостью 4,7 Гб.

DVD состоит из 0,6 мм пленки, покрытой аллюминием и наклеенной на чистую подложку. Технология напыления та же, что используется при изготовлении обычного CD. Алюминиевая пленка имеет толщину 55 нанометров, как и для аудио-CD и CD-ROM. Структура DVD-5 показана на рисунке.

DVD-9

DVD-9 - это двухуровневый односторонний диск с емкостью 8,5 Гбайт. Для производства такого диска необходимо создать полупрозрачный слой, который отражает 18-30 % лазерного излучения. Этого достаточно, чтобы можно было считывать информацию с верхнего слоя. И в то же время полупрозрачный слой будет пропускать достаточно излучения, чтобы сигнал от нижнего уровня с высокой отражательно способностью тоже читался. Информационные уровни разделяет высокооднородный клей (толщина клеевой прослойки составляет 40-70 микрон), используемый для соединения двух половин диска. Это расстояние необходимо, чтобы различить сигнал, отраженный от одного и другого уровней. Структура DVD-9 показана на рисунке.

Использование полупрозрачного слоя диктует более жесткие требования к материалу и используемой технологии:

Высокий коэффициент пропускаемости

UV прозрачность

Однородность уровня не ниже 1,5%

Высокая прочность

Низкие издержки производства

С одной стороны, оптимальным материалом для полупрозрачного слоя является золото. С другой стороны, применение вместа золота другого материала поможет сократить издержки производства на 70%.
Сегодня в качестве альтернативы золоту используются кремниевый и серебряный сплавы.

DVD-10

DVD-10 – однослойный двухсторонний диск с емкостью 9,4 Гб.
В принципе это двойной DVD-5 без чистой подложки. Два диска, покрытых металлическими пленками, соединены вместе. Чтобы считывать информацию с двух сторон диска, используется один лазер.
Следующий рисунок показывает структуру DVD-10.

DVD-18

Структура DVD-18 в принципе та же самая, как у DVD-9, но DVD-18 может читаться с обеих сторон.
Результат – двойная емкость по сравнению с DVD-9.
Принципиальная структура диска на рисунке.

Оптическая запись

За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная технология для создания перезаписываемых носителей информации.
Помимо общих преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.

Принцип работы

Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).

Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T > T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).
Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.

Следующий график объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист < Т < Т плавл). Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист < t отж).

Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже 100 наносек, а это строго ограничивает выбор используемого материала. Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того, они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C).

Механизм записи

Существенной частью каждого метода, основанного на изменении длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии записи.
К аждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов (P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P стирания < P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт).