Устройства оптического хранения данных

Записывающие накопители на компакт-дисках

Записывающие накопители

Практически все современные компьютеры оснащаются записывающими приводами CD или DVD (которые способны записывать и обычные компакт-диски). Несмотря на то что носители DVD менее дорогостоящие в расчете на один мегабайт, чем CD, последние также стоит принимать в расчет из соображений совместимости с более старыми системами (например, для переноса данных). В действительности диск CD-R, записанный за одну сессию, остается наиболее надежным средством передачи информации другому пользователю.

Запись компакт-дисков проделала долгий путь с 1988 года, когда на рынке появилась первая записывающая система CD-R, которая стоила более 50 тыс. долларов. В ее основу был положен записывающий дисковод Yamaha стоимостью около 35 тыс. долларов, а также дополнительные схемы коррекции ошибок и другие функции. Это устройство работало со скоростью 1х и являлось частью подсистемы, размеры которой были сопоставимы с габаритами стиральной машины. Стоимость пустых дисков (“болванок”) достигала примерно 100 долларов за штуку, что существенно отличается от сегодняшних 5-центовых дисков. Дальнейшее развитие продолжалось в сторону создания образца, используемого для тиражирования дисков посредством стандартного процесса штамповки.

В 1991 году компания Philips представила первое записывающее устройство со скоростью 2x (CDD 521), размеры которого примерно соответствовали габаритам стереоприемника, а стоимость не превышала 12 тыс. долларов. Компании Sony в 1992 году и JVC в 1993 году представили собственные модели записывающих устройств 2х, причем устройство JVC стало первым накопителем с половинной высотой 5,25-дюймового формфактора, используемого в большинстве настольных систем и по сей день. В 1995 году компания Yamaha выпустила первый накопитель со скоростью 4x (CDR100) стоимостью 5 тыс. долларов. Переломный момент в системе ценообразования наступил в конце 1995 года, когда компания Hewlett-Packard разработала записывающее устройство 2x (накопитель 4020i, созданный, по сути, компанией Philips) стоимостью около 1000 долларов. Именно это и послужило толчком к дальнейшему развитию. Цены быстро упали сначала до 500 долларов, затем — до 200 и ниже. В 1996 году компания Ricoh представила первый накопитель CD-RW.

Сегодня большинство производителей переключились с выпуска приводов CD-RW на производство записывающих устройств DVD. Функционально эти устройства ничем не отличаются от CD-RW и способны выполнять запись на носители CD-R и CD-RW. Если необходимо создать архив, который будет доступен как на новых, так и на старых системах, используйте носители CD. Если же вам нужно вместить на один носитель как можно больше музыки, используйте DVD.

Существует два основных типа записываемых компакт-дисков и накопителей: записываемые CD-R (Recordable) и перезаписываемые CD-RW (Rewritable). Однако так как диски CD-RW примерно вдвое дороже носителей CD-R, причем последние вдвое быстрее и совместимы со всеми (даже старыми) стереосистемами, диски CD-R продолжают пользоваться большим спросом.


Примечание!

Различные отражающие свойства носителей стали причиной того, что ранние версии накопителей CD и DVD не позволяют считывать данные с CD-RW. Более современные накопители, соответствующие требованиям спецификации MultiRead, справляются с этим без каких-либо проблем. Но если записывается диск, который будет читаться в различных системах, то лучше воспользоваться более универсальным диском CD-R.

Большинство записывающих накопителей CD-R — это устройства типа WORM (writeonce, read many — однократная запись, многократное чтение), предназначенные для длительного хранения. Однако их одноразовое использование сделало их менее приемлемым выбором для периодического резервного копирования, чем перезаписываемые носители. В то же время благодаря низкой стоимости носителей CD-R вполне приемлемой может оказаться политика создания “постоянных” резервных копий, которые будут накапливаться (по стоимости это можно сравнить с использованием накопителей на магнитной ленте).

Диски CD-RW можно перезаписывать до 1000 раз, что делает их идеальным вариантом для любых задач хранения информации. В следующих разделах будут более подробно рассмотрены эти два стандарта и области их применения.

Накопители CD-R

Диски CD-R, на которые уже записаны какие-либо данные, могут воспроизводиться или считываться практически любым стандартным приводом CD-ROM. Диски этого типа весьма удобны для хранения архивных данных и создания мастер-дисков, которые могут тиражироваться и распространяться среди служащих компаний.

Приводы CD-R работают по тем же принципам, что и стандартные CD-ROM, отражая лазерный луч от поверхности диска и отслеживая изменения отражательной способности при появлении переходов “впадина–площадка” или “площадка–впадина”. На обычных компактдисках спиральная дорожка выдавливается или штампуется в поликарбонатной массе. В свою очередь, диски CD-R содержат рисунок впадин, выжженный на приподнятой спиральной дорожке. Таким образом, впадины представляют собой темные (выжженные) участки, отражающие меньшее количество света. В целом отражающая способность впадин и площадок остается такой же, как и на штампованных дисках, поэтому обычные дисководы CD-ROM и проигрыватели музыкальных компакт-дисков читают как штампованные диски, так и CD-R.

Запись CD-R начинается еще до того, как диск вставляется в накопитель. Процесс изготовления носителей CD-R и стандартных компакт-дисков практически одинаков. В том и в другом случаях выполняется прессование расплавленной поликарбонатной массы с использованием формообразующей матрицы. Но вместо штамповки впадин и площадок матрица формует на диске спиральную бороздку (которая называется изначальной бороздкой). Если смотреть со стороны считывающего (и записывающего) лазера, расположенного под диском, эта канавка представляет собой спиральный выступ, а не углубление.

Границы спирального выступа (изначальной бороздки) имеют определенные отклонения от продольной оси (так называемые колебания). Амплитуда колебаний по отношению к расстоянию между витками дорожки достаточно мала. Расстояние между витками равно 1,6 микрона, а величина поперечного отклонения выступа достигает всего лишь 0,03 микрона. Колебания канавки CD-R модулируют некоторую дополнительную информацию, которая считывается накопителем. Сигнал синхронизации, определяемый колебаниями дорожки, модулируется вместе с временным кодом, другими данными и называется абсолютным временем изначальной дорожки (Absolute Time In Pre-groove — ATIP). Временной код выражается в формате “минуты:секунды:кадр” и вводится в Q-подкоды кадров, записанных на диске. Сигнал ATIP позволяет накопителю распределить необходимые области на диске перед фактической записью кадров. Технически сигнал позиционирования представляет собой уход частоты и определяется несущей частотой 22,05 кГц и отклонением 1 кГц. Для передачи информации используются изменения частоты колебаний.

Процесс изготовления CD-R завершается нанесением с помощью метода центрифугирования равномерного слоя органического красителя. Затем создается золотой отражающий слой. После этого поверхность диска покрывается акриловым лаком, затвердевающим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее созданных золотого и окрашенного слоев диска. Исследования показали, что алюминий, используемый с органическим красителем, подвержен сильному окислению. Поэтому в дисках CD-R используется золотое покрытие, обладающее высокой коррозионной стойкостью и имеющее максимально возможную отражательную способность. На поверхность диска, покрытую слоем лака, методом трафаретной печати наносится слой краски, используемый для идентификации и дополнительной защиты диска. Лазерный луч, применяемый при чтении и записи диска, проходит через прозрачный поликарбонатный слой, слой органического красителя и, отразившись от золотого слоя, возвращается через слой красителя и поликарбонатной массы, после чего улавливается сенсором оптического датчика накопителя.

Отражающий слой и слой органического красителя имеют те же оптические свойства, что и неразмеченный компакт-диск. Другими словами, дорожка незаписанного (чистого) диска CD-R воспринимается считывающим устройством компакт-дисков как одна длинная площадка. Лазерный луч дисковода CD-R имеет одну и ту же длину волны (780 нм), но мощность лазера, используемого для выполнения записи, в частности для нагрева окрашенного слоя, в 10 раз выше. Лазер, работающий в импульсном режиме, нагревает слой органического красителя до температуры 482–572°F (250–300°C). При этой температуре слой красителя буквально выгорает и становится непрозрачным. В результате лазерный луч не доходит до золотого слоя и не отражается обратно, чем достигается тот же эффект, что и при погашении отраженного лазерного сигнала, происходящем при чтении штампованных компакт-дисков.

На рисунке  показаны различные слои носителей CD-R, а также спиральная канавка, содержащая впадины, выжженные в слое органического красителя.

 

Во время чтения диска накопитель считывает несуществующие впадины, в качестве которых выступают участки с низкой отражательной способностью. Эти участки появляются при нагревании органического красителя, поэтому часто процесс записи диска называется прожигом. Выжженные участки красителя изменяют свои оптические свойства и становятся неотражающими. Изменение этих свойств возможно лишь один раз, поэтому CD-R называются носителями с однократной записью.

Цвет накопителя CD-R

Дебаты о зависимости быстродействия и/или надежности хранения от цвета накопителя CD-R не утихают на протяжении многих лет. В таблице приведены наиболее распространенные цветовые комбинации, названия компаний-производителей, а также прочие полезные технические сведения.

Для некоторых производителей указано несколько цветовых комбинаций, так как эти компании выпускают диски под разными торговыми марками, используя при этом разные технологические процессы. Если вы пришли к выводу, что используемый вами записывающий накопитель обеспечивает наилучшие результаты при работе с дисками определенного цвета, отдавайте предпочтение соответствующей цветовой комбинации.

 


Примечание!

Игры для Playstation изначально поставлялись на дисках черного оттенка, который придает им привлекательный вид. Через некоторое время появились записываемые диски CD-R с таким же черным оттенком. Черный оттенок - чисто ‘‘косметическое’’ решение, так как он является невидимым для инфракрасного лазера. Другими словами, ‘‘черные’’ диски CD-R функционально идентичны чистым дискам, а в качестве регистрирующего слоя может использоваться любой краситель. Черный оттенок визуально скрывает записывающий слой, и хотя лазерный луч проходит через него, цвет красителя оказывается незаметным.

Как видите, разные цветовые комбинации обладают определенными преимуществами и недостатками, однако лучший способ выбрать тип накопителя — приобрести несколько дисков разных типов от разных производителей и попробовать записать на них данные с по-мощью своего накопителя CD/DVD, а затем считать информацию с полученных дисков с помощью разных моделей накопителей CD-ROM и DVD.


Примечание!

Если вы планируете заняться записью музыкальных дорожек для автомобильных или портативных систем воспроизведения, не забудьте протестировать совместимость и с ними.

Основные характеристики безупречных носителей перечислены ниже:

  • высокая надежность записи (список рекомендуемых носителей, как правило, можно найти на сайте компаниипроизводителя);
  • отсутствие “проблемных” участков для записи;
  • надежность при условии должного обращения и хранения;
  • совместимость с большим количеством моделей приводов CD-ROM;
  • низкая стоимость накопителя.

Если возникают проблемы с записью на диски определенных типов или вы заметили, что на одни накопители данные записываются быстрее, чем на другие, попробуйте загрузить с сайта компании-производителя обновленную версию прошивки. Часто в новых версиях прошивки обновляются стратегии записи, а также добавляются сведения о носителях от разных производителей.

Выбор наилучшего носителя

Определившись с наиболее подходящим типом носителей, придется принять еще целый ряд решений, в том числе о типе поверхности для маркировки, а также способе упаковки. Некоторые моменты подробно описаны далее.

  • Обычная поверхность. Данные носители больше подходят, если планируется наносить на диск метку маркером, а не в виде бумажной этикетки. Очень часто поверхность подобных носителей содержит размеченные участки для названия, даты создания и других сведений о записанной информации. Подобные носители безупречно подходят для создания резервных копий данных.
  • Поверхность для печати. Носители данного типа подойдут, если у вас есть принтер, поддерживающий печать на компакт-дисках CD и DVD (как правило, это специализированные модели струйных принтеров). Такую возможность, к примеру, предлагают принтеры серии Epson R, а также некоторые устройства дублирования CD и DVD. В данных носителях маркировка о фирме-производителе либо минимально контрастная, либо вообще отсутствует. Так что для маркировки подойдут наборы типа NEATO.
  • “Нефирменные”. Подобные диски часто поставляются на шпинделе; они безупречно подходят для экономичного использования, в том числе с наборами маркировки.
  • Пластиковый короб. В пластиковый короб можно поместить сам диск и его этикетку (или аннотацию), что идеально подходит для распространения информации. Более тонкие коробки по толщине вдвое меньше обычных; их тяжелее разбить, однако в них не так просто поместить пространный буклет.
  • Шпиндель. В подобном виде накопители продаются без коробок или других упаковок. Это упаковка самой низкой ценовой категории, которую используют самые разнообразные производители дисков для оптовой торговли. Этот тип идеально подходит для массового тиражирования, когда для распространения продукции не нужны пластиковые коробки.

Накопители CD-RW

В начале 1996 года промышленный консорциум, в который вошли компании Ricoh, Philips, Sony, Yamaha, Hewlett-Packard и Mitsubishi Chemical Corporation, опубликовал формат CD-RW. В мае 1996 года был представлен первый накопитель CD-RW — MP6200S, в создании которого основное участие принимала компании Ricoh. Это был модуль с номинальными скоростями 2/2/6 (2x — запись, 2x — перезапись, 6x — чтение). В это же время вышла в свет третья часть спецификации Orange Book, которая официально определила стандарт CD-RW.

Накопители CD-RW быстро вытеснили с рынка приводы CD-R. Впоследствии их с таким же успехом вытеснили перезаписывающие устройства DVD, которые поддерживают форматы CD-R и CD-RW.

Процесс записи дисков CD-RW происходит так же, как и CD-R, и отличается только тем, что данные на носителе CD-RW могут быть удалены и записаны снова. Диски этого типа весьма удобны для создания прототипа, который будет тиражироваться на менее дорогих дисках CD-R или даже на штампованных компакт-дисках. Носители CD-RW могут перезаписываться до 1000 и более раз. Кроме того, при наличии программного обеспечения пакетной записи диски CD-RW могут обрабатываться подобно гигантскому гибкому диску, файлы которого легко перетаскиваются, копируются или удаляются. Носители CD-RW примерно вдвое дороже дисков CD-R, но в то же время гораздо дешевле оптических картриджей или других сменных форматов. Все это делает CD-RW наиболее приемлемой технологией создания резервных копий системы, архивирования файлов и решения любых других задач, связанных с хранением данных, где использование дисков DVD недопустимо.

*Формат CD-RW изначально назывался CD-Erasable или сокращенно - CD-E.

Носители CD-RW и CD-R имеют четыре основных отличия. Если говорить кратко, то для CD-RW характерно следующее:

  • могут перезаписываться;
  • имеют более высокую стоимость;
  • отличаются меньшей скоростью записи;
  • имеют более низкую отражательную способность.

Помимо высокой стоимости и возможности перезаписи данных, носители CD-RW отличаются также более низкой (в два и более раза) скоростью записи. Это связано с тем, что при выполнении записи на обработку каждой области диска лазеру требуется больше времени. Диски CD-RW также имеют более низкую отражательную способность, что ограничивает их читаемость. Носители CD-RW, например, не читаются многими стандартными накопителями CD-ROM и CD-R. Следует заметить, что технология MultiRead, поддерживаемая в настоящее время практически всеми накопителями со скоростью 24х и выше, позволяет читать диски CD-RW без каких-либо проблем. Наличие этой возможности определяется по логотипу MultiRead, нанесенному на корпус накопителя CD-ROM. Обращайте внимание на наличие этого логотипа при покупке стационарных музыкальных центров.

Чтобы создать подобие впадин на поверхности диска, в накопителях и носителях CD-RW используется процесс изменения фазы состояния. Диски создаются на поликарбонатной подложке, содержащей предварительно отформованную спиральную канавку волнистой формы, колебания которой определяют информацию позиционирования. Верхняя часть основы покрывается специальным диэлектрическим слоем (изоляцией), после чего наносится записывающий слой, еще один слой диэлектрика и алюминиевый отражающий слой. Затем поверхность диска покрывается акриловым лаком, затвердевающим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее созданных слоев диска. Диэлектрические слои, расположенные выше и ниже записывающего, предназначены для экранирования поликарбонатной подложки и отражающего металлического слоя от интенсивного нагрева, используемого во время процесса записи с изменением фазы состояния.

На рисунке показаны различные слои носителя CD-RW, а также спиральная канавка, содержащая впадины, выжженные в записывающем слое.

 

Как уже отмечалось, запись дисков CD-R осуществляется посредством нагрева определенных участков органического красителя (т.е. слоя записи). В свою очередь, записывающий слой CD-RW представляет собой сплав серебра, индия, сурьмы и теллурия (Ag-In-Sb-Te), обладающий возможностью фазовых превращений. В качестве отражающей части записывающего слоя используется сплав алюминия, который ничем не отличается от применяемого в обычных штампованных дисках. Во время операции считывания или записи данных лазерное устройство располагается с нижней стороны диска. Если смотреть со стороны лазера, спиральная канавка будет выглядеть, как выступ, причем записывающий слой диска будет располагаться на его верхней плоскости. Сплав Ag-In-Sb-Te, используемый в качестве записывающего слоя, имеет поликристаллическую структуру с отражательной способностью 20%. Во время записи данных на диск CD-RW лазер может работать в двух режимах, которые называются P-записью и P-стиранием. В режиме P-записи лазерный луч нагревает материал записывающего слоя до температуры 500 700°С (932–1229°F), что приводит к его плавлению. В жидком состоянии молекулы сплава начинают свободно перемещаться, в результате чего материал теряет свою кристаллическую структуру и переходит в аморфное (хаотическое) состояние. Отражательная способность материала, застывшего в аморфном состоянии, снижается до 5%. При чтении диска области с различными оптическими свойствами воспринимаются так же, как и впадины обычного штампованного диска CD-ROM.

Если бы носители CD-RW использовались только для чтения, на этом можно было бы и закончить. Но ведь они могут перезаписываться, т.е. должен быть способ, позволяющий восстанавливать поликристаллическую структуру материала. Этот способ связан с маломощным режимом P-стирания, применяемым лазером. В режиме стирания слой активного материала нагревается примерно до температуры 200°C (392°F), которая значительно ниже точки плавления, но достаточна для размягчения материала. При нагреве активного слоя до указанной температуры с последующим медленным охлаждением происходит преобразование структуры материала на молекулярном уровне, т.е. переход из аморфного состояния в кристаллическое. При этом отражательная способность материала повышается до 20%. Области, имеющие более высокую отражательную способность, выполняют ту же функцию, что и зоны штампованного компакт-диска.

Хотя такой режим работы лазера и называется P-стиранием, непосредственного стирания данных не происходит. Вместо этого применяется технология прямой перезаписи данных, при использовании которой участки CD-RW, имеющие более низкую отражательную способность, не стираются, а просто перезаписываются. Другими словами, во время записи данных лазер постоянно включен и генерирует импульсы различной мощности, создавая тем самым области аморфной и поликристаллической структуры с различными оптическими свойствами. Структура создаваемых областей совершенно не зависит от их предыдущего состояния. Этот метод во многом напоминает способы записи данных на магнитный диск, где используется та же технология прямой перезаписи. Каждый сектор уже имеет определенную структуру данных, поэтому во время записи данных достаточно записать их новую структуру. Секторы также не стираются, а просто перезаписываются. Носители дисков CD-RW могут записываться и перезаписываться до 1000 раз.

 

Яндекс.Метрика