Оптический компакт-диск – недорогой, массово воспроизводимый, надежный носитель для звуковых записей, компьютерных игр и мультимедийных программ, дистрибутивов и наборов фотографий. Накопители на оптических дисках (НОД) – обязательный атрибут любого персонального компьютера. Большая их емкость в сочетании с весьма высокой надежностью и невысокой стоимостью как дисководов, так и дисков делает НОД незаменимыми для сохранения и распространения программ (дистрибутивов), а также для долговременного хранения больших объемов информации, баз данных, например. Основными достоинствами НОД являются сменяемость и компактность носителей, большая информационная емкость, высокая надежность и долговечность дисков и головок чтения/записи (до 50 лет), меньшая (по сравнению с НМД) чувствительность к загрязнениям и вибрациям, нечувствительность к электромагнитным полям. Оптические накопители выпускаются в нескольких модификациях – классические компакт-диски и цифровые универсальные диски.
Классические компакт-диски:
· CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory, неперезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски ПЗУ;
· CD-R — Compact Disk Recordable, компакт-диски с однократной записью (их иногда называют также CD-WORM – CD Write Once, Read Many и CD-WO – CD Write Once);
· CD-RW – CD Rewritable, компакт-диски, перезаписываемые с многократной записью.
Цифровые универсальные диски:
· DVD-ROM — Digital Versatile Disk Read Only Memory, неперезаписываемые цифровые универсальные диски;
· DVD-R – DVD Recordable, цифровые универсальные диски с однократной записью;
· DVD-RW – DVD Rewritable или DVD-RAM – DVD Read Access Memory, цифровые перезаписываемые универсальные диски.
CD представляет собой пластиковый поликарбонатный диск диаметром 4,72" (встречаются компакт-диски и диаметром 3,5", 5,25", 12" и 14") и толщиной 0,05", с отверстием в центре диаметром 0,6", и имеет двухслойное покрытие: тончайший отражающий металлический (обычно алюминиевый) слой и лаковое покрытие. Лазерный луч оставляет на поликарбонатной основе CD след – дорожку с микроскопическими впадинами (питами, pits). Питы имеют ширину около 0,5 микрон и следуют друг за другом, образуя единую спиральную дорожку с шагом 1,6 микрона (тонкий человеческий волос имеет диаметр 75 микрон). Каждый пит, в зависимости от своей длины, может кодировать несколько бит информации. Дорожка на CD, в отличие от магнитных дисков, спиральная и очень узкая. Впадины имеют глубину примерно 5 миллиардных долей дюйма и ширину 24 миллиардных долей дюйма; плотность дорожек – 16 000 дорожек на дюйм. Длина всей спиральной дорожки около 5 км. В оптическом дисководе ПК информация с дорожки читается лазерным лучом, который фокусируется на дорожке диска, отражается от выпуклостей питов, меняя свою интенсивность, и улавливается фотоприемником (фотодиодом) оптической читающей головки.
CD-ROM, ввиду весьма плотной записи информации, имеют емкость от 250 Мбайт до 1,5 Гбайт (наиболее распространенная емкость 650 Мбайт), время доступа (access time) в разных оптических дисках колеблется от 50 до 350 мс, скорость считывания информации от 150 до 6000 Кбайт/ с. Скорость передачи CD-ROM зависит от двух факторов: плотности записи информации на поверхности диска и скорости вращения диска (параметр, указываемым в марке дисковода в виде N´-коэффициента крат
ности (data-transfer rate), сообщающего, во сколько раз линейная скорость дисковода превышает так называемую «единичную» скорость, равную 150 Кбайт/с). Сейчас имеются модели с любыми четными значениями этого коэффициента от двух (2´) до 56 (56´), последние обеспечивают трансфер более 6 Мбайт/с.
Дисковод обеспечивает считывание информации «из глубины» диска, для этого лазер фокусируется не на внешней поверхности, а непосредственно на информационном слое. Грязь и царапины на покрытии, таким образом, оказываются не в фокусе и до определенного предела игнорируются. Кроме того, для обеспечения надежной работы информация на CD кодируется с большой избыточностью с использованием корректирующего кода Рида-Соломона (Reed-Solomon code), обеспечивающего возможность восстановления исходной информации при значительном числе ошибок ее считывания.
Современные дисководы оснащаются большой кэш-памятью. Размер внутренней кэш-памяти, в который считываются данные перед их передачей, в современных накопителях достигает 1 Мбайт, но удовлетворительной величиной является кэш емкостью 128 Кбайт.
Современные дисководы CD-ROM имеют IDE-ATAPI- или SCSI-интерфейсы и могут подключаться непосредственно к разъему на материнской плате как IDE-или SCSI устройства. IDE-ATAPI – более распространенный интерфейс. SCSI-интерфейс обеспечивает скорости передачи данных до 80 Мбайт/с (для спецификации SCSI-3) и подключение максимум до 16 устройств. Область применения дисководов CD-ROM с интерфейсом SCSI – графические станции, серверы и другие мощные системы. Пока только SCSI способен поддержать надежное функционирование систем с подключением нескольких дисководов CD-ROM и их работу в многозадачном режиме.
Типовой дисковод состоит из блока электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. В блоке электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной угловой скоростью. Система оптической головки состоит из самой головки и устройства ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Лазер имеет длину волны 780 нм (nm).
Физически DVD – это тот же привычный диск диаметром 4,72" (существует стандарт также на 3,5") и толщиной 0,05". Так же, как и CD, он не изнашивается (или почти не изнашивается) со временем, не чувствителен к магнитному и инфракрасному излучениям и мало чувствителен к повышенным температурам. В DVD используется однослойная и двухслойная, односторонняя и двухсторонняя уплотненная запись. Уплотнение записи данных на DVD было достигнуто путем уменьшения диаметра пишущего/читающего луча (зелено-голубой лазер) в два раза, при этом уменьшаются сами точки (питы), уменьшается расстояние между соседними точками на дорожке и увеличивается количество дорожек (за счет этого достигается четырехкратное увеличение емкости). За счет более эффективной битовой модуляции каналов, более эффективного исправления ошибок, меньшего перекрытия секторов, емкость по сравнению с CD увеличилась в семь раз: стандартный однослойный односторонний диск DVD может хранить 4,7 Гбайт данных, двухслойный накопитель имеет емкость в 8,5 Гбайт. Также в DVD применяется кодирование, позволяющее получить дополнительный бит экономии на каждые два байта информации. Использующийся при этом метод коррекции ошибок (код Рида-Соломона) дает, по некоторым оценкам, десятикратное увеличение надежности, что немаловажно при том же десятикратном увеличении емкости и потока данных. Скорость чтения (трансфер) у DVD лежит в пределах 1,4-2,7 Мбайт/с. Наличие более
сложной оптической системы увеличивает время доступа к нужной информации на диске до 170 мс.
Среди перезаписываемых DVD можно выделить два формата – DVD-RAM и DVD-RW. Первый формат продвигается фирмами Hitachi, Matsushita и Toshiba. Второй продвигается компаниями Hewlett-Packard, Philips, Ricoh и Sony. В основе обоих стандартов лежит одна и та же технология изменения фазы. Диск покрыт слоем специального материала, который может находиться в аморфном или кристаллическом состоянии. При этом светоотражающая способность материала в разных фазах различается примерно на 20 %, что позволяет кодировать информацию. Основное различие стандартов заключается в методах считывания данных с диска.
Основные достоинства DVD – значительно большая, по сравнению с CD, емкость, совместимость с CD, высокая скорость обмена данными с дисководом DVD, высокая надежность хранения данных.