Історія розвитку оптичного накопичувача - Характеристика оптичних носіїв інформації

Розроблена Philips і Sony нова специфікація для зберігання цифрових даних на CD-носіях стала називатися "Жовтої книгою", а самі носії - CD-ROM (Read Only Memory). Блок-сегмент, рівний 2352 байтам, перетворився. Тобто за стандартом були передбачені типи Mode 1, призначений для зберігання цифрових комп'ютерних даних, і Mode 2 - стислих графічних, текстових і звукових даних. Блок-сектор типу Mode 1 зберігає в собі інформацію щодо корекції і виправлення помилок EDC / ECC (Error Detection Code / Error Correction Code) і є найпоширенішим. На корекцію і виправлення помилок у кожному секторі відводиться 288 байтів. У результаті на інформацію залишається 2064 байта, 12 з яких виділяються на синхронізацію і 4 байта - для заголовкат сектора. Таким чином, основний мінімальної одиницею у форматі CD-DA є доріжка, а в CD-ROM - сегмент. Пристрій накопичувачів на CD-ROM. Після приходу двох стандартів, описаних "Червоної" і "Жовтого" книгами, стояла одна суттєва проблема: носії були строго прив'язані до типів накопичувачів. Тобто суміщення аудіо і цифрових даних було в той час не реалізовано. З'явилися диски змішаних форматів, що зберігають у собі дані як CD-ROM, так і CD-DA. Причому перші дані (CD-ROM) записувалися на початку диска. Це не зовсім зручно, оскільки аудіо накопичувачі намагаються прочитати першу доріжку, чим можуть нашкодити відеоапаратури, а CD-ROM-накопичувачі не можуть одночасно читати програму і відтворювати аудіо.

У листопаді 1985 року представники провідних виробників CD-ROM зібралися для того, щоб обговорити проблему сумісності і загального типу структурування файлової системи для всіх носіїв. Тобто потрібний стандарт для файлової системи, структури запису і читання і т. п. Був складений документ, який був специфікацією (назва специфікації - HSG), яка визначає логічні і файлові формати компакт-дисків. Документ носив рекомендаційний характер, і хоча згодом багато визначив для технологічної галузі в цілому, кольору книги для нього так і не знайшлося.[5] Пропозиція формату HSG-специфікації багато в чому базувалося на представленні структури флоппі-диска, що містить нульовий трек або системну доріжку, в якій зберігаються дані про тип носія і його файлової структурі з директоріями, піддиректоріями і файлами. CD організований трохи по-іншому. Тобто всі дані такого типу зберігаються в службовій та системної областях. У першій зберігається інформація, необхідна для синхронізації між носієм і накопичувачем. У другій - файлова структура, причому вказуються прямі адреси файлів в підтеках, що скорочує час пошуку. Через три роки (1988) був прийнятий міжнародний стандарт ISO-9660, основні положення якого були дуже схожі з HSG-виставою. Цей стандарт описував файлову систему CD-ROM і мав три рівні. Перший рівень виглядає приблизно так:

    - Імена файлів можуть містити до 8 символів; - У назвах файлів використовуються символи тільки верхнього регістру, цифри і символ "_"; - В іменах файлів не допускаються спеціальні символи - "-, ~ ,= ,+" ; - Імена каталогів не можутьмати розширень; - Файли не можуть бути фрагментовані.

Другий і третій рівень ISO-9660 тільки полегшують і розширюють можливості першого. Зокрема, на другому рівні зняті обмеження по іменах файлів і каталогів (наприклад, дозволене вже створювати імена довжиною в 32 символу), на третьому вже дозволяється фрагментувати файли. Варто відзначити, що ISO-9660 першого рівня стандартизує в основному формати файлових систем MS-DOS і HFS (Apple Macintosh). Другий рівень в даних системах вже не читається. (Див. Додаток 3)

Для Apple Macintosh існує окремо стандарт формату файлової системи HFS (Hierarchical File System). У даної платформи комп'ютерів своя особлива ієрархія файлової системи, через що даний стандарт є затребуваним. На один диск можна записати кілька форматів файлових систем одночасно.

Специфікація, розроблена в 1991 році, була випущена у вигляді "Помаранчевих книг" (Orange Books).[1] Їх дві. Перша стандартизує магніто-оптичні накопичувачі, які можуть прати, перезаписувати інформацію. Друга книга присвячена накопичувачів з однократним записом, які можуть тільки дозапісивать. Тобто в другій книзі мова йде про CD-R (Recordable). Поступово сучасні технології стали дозволяти перезапис дисків. Ми говоримо про CD-RW (Rewritable) або ж CD-E (Erasable), що, по суті, є одним і тим же. Ці носії та накопичувачі швидше за все підпадають під першу з "Помаранчевих книг".

У 1993 році вийшла "Біла книга" (White Book), в якій був стандартизований новий продукт - Video CD, розроблений спільно JVC, Matsushita, Sony і Philips. В основу даного стандарту лягла відеосистема Karaoke, розроблена JVC. Новий формат дозволяє зберігати 72 хвилини відео зі стереозвуком. Формат стиснення знайомий багатьом - MPEG (Motion Picture Experts Group).[4] Доріжка записується у форматі CD-ROM/XA, потім йде блок даних, що містить стисле відео. Грунтуючись на надбаннях, отриманих за допомогою стандарту "Білої Книги", експерти згодом внесли суттєві зміни в "Зелену книгу". В кінці минулого століття накопичувачі CD-R, досягли на той час швидкостей по запису / читання 8Х/24Х, були витіснені більш універсальними накопичувачами CD-RW, що дозволяють записувати не тільки диски з однократним записом, а й перезаписувані.

На відміну від органічних барвників, що використовуються для формування активного шару в дисках CD-R, в CD-RW активним шаром є спеціальний полікристалічний сплав (срібло-індій-сурма-телур), який переходить у рідкий стан при сильному (500-700 ° С ) нагріванні лазером. При наступному швидкому охолодженні рідких ділянок вони залишаються в аморфному стані, тому їх відображає здатність відрізняється від полікристалічних ділянок. Повернення аморфних ділянок в кристалічний стан здійснюється шляхом більш слабкого нагріву нижче точки плавлення, але вище точки кристалізації (приблизно 200 ° С). Вище і нижче активного шару розташовуються два шари діелектрика (зазвичай двоокису кремнію), відвідних від активного шару зайве тепло в процесі запису; зверху все це прикрите шаром, а весь "сендвіч" завдано на полікарбонатну основу, в якій випрессовани спіральні поглиблення, необхідні для точного позиціонування головки і несучі адресну і тимчасову інформацію. У накопичувачі CD-RW використовуються три режими роботи лазера, що відрізняються потужністю променя: режим запису (максимальна потужність, що забезпечує перехід активного шару в неотражающих аморфний стан), режим стирання (повертає активний шар в відбиває кристалічний стан) і режим читання (найнижча потужність, не впливає на стан активного шару). [8] Розріз носія CD-RW або DVD + RW

Найбільша проблема, яка завжди переслідувала виробників пристроїв запису на оптичні диски, - спустошення буфера. Оскільки запис йде з постійною (лінійної або кутовий) швидкістю, в буфері дисковода постійно повинні бути присутніми дані для запису. Якщо з яких-небудь причин (перевантаження ЦП іншими завданнями, проблеми в інтерфейсі, збій програми і т. п.) дані починають надходити занадто повільно, може виникнути ситуація, коли в буфері накопичувача немає даних для запису наступного блоку. У накопичувачах перших поколінь це призводило до безповоротної псування "болванки" у разі CD-R або необхідності стирати і наново записувати CD-RW. Наприкінці 2000 р. Sanyo запатентувала технологію BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof, тобто захист від спустошення буфера), яка дозволяла зупиняти запис, якщо обсяг даних в буфері ставав менше певного порогу, і відновлювати її з того ж місця при заповненні буфера. Зараз варіації цих технологій (кожна фірма називає їх по-своєму: у Yamaha це "SafeBurn", в Acer - "Seamless Link", у Ricoh - "JustLink") застосовуються практично всіма виробниками накопичувачів CD-RW. Недостатня ємність (650 або 700 Мбайт) CD-ROM і неможливість подальшого підвищення продуктивності змусили задуматися про новий формат оптичних дисків. Історія його виникнення, на відміну від простої і ясної історії створення CD, сповнена протиріч, зіткнень і інтриг. За початковим задумом новий диск повинен був прийти на зміну відеокасет VHS. Біля витоків DVD (спочатку ця абревіатура розшифровувалась як "Digital Video Disk", тобто "цифровий відеодиск", а пізніше, коли на DVD стали записувати не тільки відео, перетворилася на "Digital Versatile Disk", тобто "цифровий багатофункціональний диск "), стояли, з одного боку, Matsushita Electric, Toshiba і кінокомпанія Time / Warner, які розробили технологію Super Disc (SD), а з іншого -" батьки "компакт-диска Sony і Philips зі своєю технологією Multimedia CD (MMCD) . Оскільки два цих формату були абсолютно несумісні один з одним, в 1995 р. під тиском гігантів індустрії ІТ (Microsoft, Intel, Apple та IBM) для вироблення єдиного стандарту була створена організація DVD Consortium, до якої увійшли основні виробники накопичувачів і носіїв до них, загальним числом 11; згодом назву було змінено на DVD Forum.

Аналогічно різнобарвним "книг", що визначає формати компакт-дисків, існує 5 документів, що описують формати DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R (одноразово записуваний DVD) і DVD-RAM (DVD з можливістю багаторазового запису). Останнім часом з'явилося також два нові формати багаторазово записуваних дисків - DVD-RW і DVD + RW і один - одноразово записуваних DVD + R. На відміну від CD-ROM, які бувають тільки односторонніми і одношаровими, DVD можуть бути також двошаровими і двосторонніми. Таким чином, існує 4 варіанти DVD-дисків: DVD-5 (односторонній одношаровий, ємність 4,7 Гбайт), DVD-9 (односторонній двошаровий, 8,5 Гбайт), DVD-10 (двосторонній одношаровий, 9,4 Гбайт) і DVD-18 (двосторонній двошаровий, 17 Гбайт). Яким же чином вдалося розмістити на точно такому ж за розмірами диску в 7-25 разів більше інформації? Перш за все завдяки застосуванню замість ІК-лазера з довжиною хвилі 780 нм лазера червоного діапазону з довжиною хвилі 635 або 650 нм. Зменшення довжини хвилі дозволило скоротити мінімальний розмір "ямок" (поглиблень на вкритій шаром поверхні полікарбонатною основи диска, що несуть інформацію) з 0,83 до 0,4 мкм, а крок доріжок - з 1,6 до 0,74 мкм, що дало загальний виграш в ємності в 4,5 рази. Останнє було отримано за рахунок застосування більш ефективних кодів корекції помилок, які дозволили значно зменшити відсоток, що відводиться на ці коди в кожному пакеті даних.

Можливість виготовлення двошарових дисків (відображає матеріал першого шару є напівпрозорим, так що можна фокусувати лазер на лежачому над ним другий відбиває шарі) дозволила підняти ємність ще майже в два рази (насправді дещо менше, оскільки в напівпрозорому шарі не вдається досягти такої ж щільності запису, як в повністю відбиває). Двосторонній диск, який являє собою як би два односторонніх, склеєних відбивають шарами всередину (загальна товщина диска при цьому залишається рівною 1,2 мм), ще в два рази збільшив можливу ємність DVD, хоча в цьому випадку виникає певна незручність: диск доводиться перевертати вручну [5].

Підвищення щільності розміщення даних на диску призвело до автоматичного збільшення швидкості передачі даних при тій же швидкості обертання носія. Так, у накопичувачі CD-ROM IX дані передаються зі швидкістю 150 кбайт / с, тоді як в DVD-ROM IX швидкість передачі досягає 1250 кбайт / с, що відповідає 8Х CD-ROM. Сучасні накопичувачі DVD досягли швидкостей 16Х, що, як нескладно підрахувати, дає 128Х для CD-ROM! Для забезпечення сумісності накопичувачів DVD з носіями CD застосовуються різні технічні рішення, в тому числі зміна фокусуючих лінз, два лазера з довжинами хвиль 780 і ??650 нм або спеціальний голографічний елемент, що забезпечує правильну фокусування для кожного типу носія. Прийняття в якості основного формату файлової системи DVD розробленої OSTA специфікації UDF (Universal Disc Format), а точніше, її підмножини, званого MicroUDF, зняло проблеми, пов'язані з необхідністю розробки нових форматів щоразу, коли з'являється новий клас даних, які необхідно записувати на диск. Оскільки ця специфікація включає і стандартну для CD-ROM файлову систему ISO-9660, вирішуються проблеми сумісності з ОС, що підтримують цю систему. Диски DVD-ROM використовують проміжний формат UDF Bridge (у цьому форматі відсутня підтримка розробленого Microsoft для роботи з довгими і Unicode-іменами файлів розширення ISO 9660, названого Joliet), тоді як для дисків DVD-Video застосовується повний формат UDF. Файли DVD-Video не повинні перевищувати за розміром 1 Гбайт, не повинні фрагментуватися (кожен файл повинен займати одну зв'язну область диска), а посилання на них, записані у форматі 8.3, повинні розташовуватися в каталозі VIDEO_TS, який повинен бути першим на диску. Аудіофайли розміщуються в окремій області диска (DVD-Audio zone), а посилання на них - у каталозі AUDIO_TS.

Відео записується на DVD звичайно у форматі MPEG-2. Диски DVD-Video можуть використовувати кілька різних систем захисту від копіювання, найвідоміша і проста з яких, що доставляє масу незручностей користувачам, - регіональне кодування. Весь світ розбивається по цій системі на сім регіонів (країни колишнього СРСР потрапляють в п'ятий регіон разом з Індією, Африкою, Північною Кореєю і Монголією). Диск DVD-Video, призначений, скажімо, для першого регіону (США), по ідеї, не повинен зчитуватися дисководом або плейєром для п'ятого регіону. На практиці, однак, у Росії найчастіше використовуються многорегіональние дисководи і диски.

Всього на даний момент існує шість форматів записуваних DVD (в хронологічному порядку їх появи): DVD-R for General, DVD-R for Authoring, DVD-RAM, DVD-RW, DVD + RW і DVD + R. Зараз ситуація складається так, що перші чотири формату, швидше за все, підуть у минуле. Альянс основних виробників записуваних оптичних накопичувачів, до якого входять такі "кити", як HP, Sony, Ricoh та ін, що об'єдналися навколо технологій DVD + RW і DVD + R, схоже, не залишить їм ніяких шансів, хоча компанія Pioneer, вперше запропонувала формат DVD-RW в кінці 1999 р. і добилася його схвалення в DVD Forum (DVD + RW поки такого схвалення не отримав, незважаючи на те, що всі члени DVD + RW Alliance входять до числа засновників DVD Forum), не збирається поки здавати своїх позицій. Найважливіша перевага формату DVD + RW (і його різновиди для носіїв з однократним записом DVD + R) - сумісність записаних в ньому носіїв з переважною більшістю звичайних накопичувачів DVD-ROM і побутових DVD-плеєрів. Диски формату DVD-RW мають таку властивість лише при записі їх у "сумісному" режимі, в якому неможлива запис зі змінною бітової частотою і потрібно так звана "фіналізація" диска, що займає до 15 хв.[17] Ще одна цінна можливість - використання цих накопичувачів для запису (і, зрозуміло, читання) дисків CD-R і CD-RW.

DVD + RW представляє собою розвиток технології DVD-RW. Для запису використовується технологія фазового переходу, повністю аналогічна використовуваної у CD-RW. Точне позиціонування головки забезпечується хвилястими канавками, прокладеними вздовж всієї спіральної доріжки диска. Завдяки їм з'являється можливість так званого зв'язування без втрат, тобто забезпечення зв'язності записуваного відеофайлу навіть при великих перервах в передачі даних від ПК. Можна навіть редагувати окремі ділянки вже записаного файлу! Пряма перезапис в DVD + RW. Накопичувачі DVD + RW дозволяють записувати одно-і двосторонні диски ємністю відповідно 4,7 і 9,4 Гбайт. Двошарові диски не підтримуються. Формат однократного запису DVD + R, на відміну від CD-R, який передував CD-RW, з'явився після успішного старту перезаписуваного DVD + RW. Перші накопичувачі DVD + RW / + R почали з'являтися тільки навесні 2002 р. Один із перших таких накопичувачів, Ricoh MP5125A, записує диски DVD + RW і DVD-R на швидкості 2,4 Х, диски CD-R на швидкості до 12х, CD - RW - до 10Х. Максимальні швидкості читання складають для DVD 8X, а для CD 32X, часи доступу відповідно 140 і 120 мс.

DVD-R і DVD + R ще тільки завойовували масовий ринок, а виробники вже щосили займалися розробкою нових, більш ємних форматів. Вже в 1996 році Phillips, Toshiba і Sony демонстрували світу перші прототипи пристроїв, що використовують синьо-фіолетовий лазер для запису інформації на диск. Але перед розробниками стояло безліч проблем, пов'язаних із зайвою нагріванням приводу, пошуком відповідного записуючого шару і т. д. 19 лютого 2002 дев'ять компаній (Hitachi, LG Electronics, Matsushita Electric, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony і Thomson Multimedia) оголосили про розробку специфікації на формат оптичних дисків нового покоління, що отримав назву "Blu-ray Disc". Назва вказує на основну особливість нового формату - використання синьо-фіолетового лазера.[18] Спочатку заявлялася ємність 27 Гігабайт на стандартній 12-см болванці. Вже в серпні інформація про формат Blu-ray стала надбанням громадськості. У вересні конкуренти в особі компаній Toshiba і NEC представили гідну відповідь - формат Advanced Optical Disc (AOD). У жовтні тайванський консорціум AOSRC запропонував власний стандарт HD-DVD. Прототипи BD - і AOD - приводів стали з'являтися на різних шоу, наприклад, на Ceatec show в Японії в жовтні 2002 року і на виставці Consumer Electronics Show (CES 2003) у січні 2003.

Нарешті, 13 лютого 2003 року Асоціація BDA (Blu-ray Disc Association) почала ліцензування нового формату, що практично означало офіційна поява BDA на ринку оптичних накопичувачів і відмашку на початок випуску комерційних продуктів на основі Blu-ray. Залишався всього лише одне питання: який формат обере DVD Forum - консорціум компаній, що взяв на себе обов'язки по стандартизації і сертифікації оптичних носіїв. У листопаді 2003 року зовсім несподівано для багатьох робочим форматом DVD-ROM дисків наступного покоління була обрана специфікація HD-DVD, що увібрала в себе AOD від Toshiba і Nec (зауважте, корейський HD-DVD тут ні при чому). Перевага голосів у HD-DVD був невеликий - 8 проти 6. Поява специфікації HD-DVD було дуже важким. У той час як прихильників Blu-ray ставало все більше, а компанії анонсували все нові прототипи приводів і носіїв, DVD Forum намагався добитися одностайності в своїх рядах. Специфікація HD-DVD 1.0 була затверджена тільки 10 червня 2004 року [6].

Похожие статьи




Історія розвитку оптичного накопичувача - Характеристика оптичних носіїв інформації

Предыдущая | Следующая