Чему равен информационный объем cd диска. Компакт-диск (компьютеры и интернет)

Оптические диски — популярный носитель информации. Большинству пользователей знакомы только CD и DVD диски, на самом деле видов дисков намного больше. Страна Советов расскажет вам, какие бывают виды дисков , и поможет вам разобраться в их многообразии.

Виды CD дисков

CD диски, или компакт-диски , изначально были предназначены для записи и воспроизведения музыки, но теперь используются для хранения практически любой компьютерной информации. Запись и чтение информации дисков осуществляются при помощи лазера. Толщина компакт-диска — 1,2 мм, диаметр — 120 мм, емкость — 650 или 700 MB (соответствует 74 или 80 минутам звучания). Существуют мини CD диаметром 80 мм, но их емкость меньше — 190-200 MB (21 минута звучания). Мини CD можно прочитать на любом носителе, кроме автомагнитолы. Бывают фигурные компакт-диски разнообразной формы, их выпускают в основном в коммерческих целях. Такие диски не рекомендуют применять в компьютерных приводах, потому что на высокой скорости вращения они могут лопнуть.

CD диски можно разделить на CD-ROM, CD-R и CD-RW. Это деление обусловлено возможностью записать на диск информацию и предназначением диска. Информация на диске CD-ROM записана производителем, изменить или удалить ее нельзя, можно только прочитать данные. На диски CD-R (их иногда еще называют «болванками») можно записать свою информацию, но стереть или изменить ее будет невозможно. Если на диске осталось свободное место, и при записи вы разрешили опцию добавления информации, можно будет дописать на диск файлы. Диски CD-RW поддерживают удаление и перезапись информации, но такие диски будут читаться не всеми приводами.

Виды DVD дисков

DVD диски позволяют хранить больший объем информации, чем компакт-диски, благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны. Емкость DVD диска стандартного размера (120 мм) может колебаться от 4,7 GB до 17 GB, а емкость мини DVD (80 мм) — 1,6 GB.

В зависимости от емкости DVD выделяют такие виды дисков:

• DVD-5 — однослойный односторонний диск, емкость — 4,7 GB
• DVD-9 — двухслойный односторонний диск, емкость — 8,5 GB
• DVD-10 — однослойный двухсторонний диск, емкость — 9,4 GB
• DVD-14 — двухсторонний диск, двухслойный с одной стороны и однослойный — с другой, емкость — 13,24 GB
• DVD-18 — двухслойный двухсторонний диск, емкость — 17,1 GB

Двухслойные диски содержат два информационных слоя на одной стороне, они помечаются аббревиатурой DL. Двухсторонний диск — это фактически два диска, склеенные нерабочими поверхностями. Естественно, толщина такого диска контролируется, чтобы соответствовать толщине обычного однослойного DVD.

По возможности записи, перезаписи и удаления информации DVD диски, как и CD, делятся на ROM, R и RW. Но дополнительно различают такие виды дисков:

• DVD-R for general, DVD-R(G) — единожды записываемый диск, предназначенный для домашнего использования.
• DVD-R for authoring, DVD-R(A) — единожды записываемый диск для профессиональных целей.
• DVD-RW — перезаписываемый диск. Перезаписывать или стирать информацию можно до 1000 раз. Но нельзя стирать часть информации, можно только стереть диск полностью и полностью перезаписать.
• DVD-RAM используют технологию смены фазы. Их можно перезаписывать до 100000 раз, теоретический срок службы — до 30 лет. Но они дороги, выпускаются в основном в специальных картриджах и не поддерживаются большинством приводов и проигрывателей.
• DVD+RW основаны на технологии CD-RW и поддерживают перезапись информации до 1000 раз. Этот формат появился позже, чем DVD-RW.
• DVD+R — единожды записываемый диск, подобный DVD-R.

Понятно, что ни один привод или проигрыватель не поддерживает полностью все DVD-форматы. Большинство современных приводов поддерживают как формат DVD-R(W), так и формат DVD+R(W). Но старые приводы и бытовые плееры, выпущенные до появления формата DVD+R(W), будут читать только диски DVD-R(W). Существуют «супермульти» приводы, которые поддерживают все виды дисков, включая DVD-RAM.

Другие виды дисков

Особняком стоят так называемые Dual Discs . В этих дисках совмещены форматы CD и DVD. На одной поверхности такого диска записана музыка в CD формате, а на другой — пятиканальный звук, видео, меню, субтитры, изображения и пр. в формате DVD.

Диски HD DVD (DVD высокой плотности) могут иметь емкость до 15 GB, а двухслойные — до 30 GB. Основной их конкурент — BD, Blu-ray Disc вмещает от 23 до 66 GB в зависимости от количества слоев. Анонсирован прототип четырехслойного диска объемом 100 GB, планируется также выпуск десятислойных дисков объемом до 320 GB.

Противостояние BD и HD DVD получило название «борьбы форматов». Но ведущие киностудии отказались от использования HD DVD в пользу BD дисков, поэтому выпуск и поддержка формата HD DVD официально прекращены.

Итак, существует множество видов оптических дисков. Выбирать диск для записи информации стоит исходя из его емкости, возможности перезаписи информации и модели вашего привода или бытового плеера. Зная основные виды дисков, вы никогда не запутаетесь в их богатом ассортименте.

» [Экзамен по информатике][Билет №6]

Устройства памяти компьютера. Носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.)

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио-и видеоклипы и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах - оптический принцип.

Гибкие магнитные диски.

Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.

Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски.

Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в 1973 г. и имел емкость 16 Кбайт.

Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. За счет множества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жестких дисков может в десятки тысяч раз превышать информационную емкость дискет и достигать сотен Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (7200 об./мин).

Часто жесткий диск называют винчестер. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр - 0.30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло - не ясно, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.

В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки - все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить. Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных.

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Лазерные дисководы и диски.

В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и проигрыватели.

За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого компьютера. Это произошло потому, что разнообразные программные продукты стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD (таких же, как и обычные музыкальные).

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1.
Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.

На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.

Запись на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна. Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная запись и чтение-запись-перезапись. Эти устройства обладают достаточно мощным лазером, позволяющем менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска.

Информационная ёмкость CD-ROM достигает 700 Мбайт, а скорость считывания информации (до 7.8 Мбайт/с) зависит от скорости вращения диска. DVD-диски имеют гораздо большую информационную ёмкость (однослойный односторонний диск - 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Так же существуют двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски. В настоящее время скорости считывания 16-скоростных DVD-дисководов достигает 21 Мбайт/с.

Устройства на основе flash-памяти.

Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах.

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти достигает 1024 Мбайт.

Тип носителя	Емкость носителя	Скорость обмена данными (Мбайт/с)	Опасные воздействия
НГМД 3,5""	1,44Мб	0,05	Магнитные поля, нагревание, физическое воздействие
НЖМД	сотни Гбайт	около 133	Удары, изменение пространственной ориентации в процессе работы
	650-800Мбайт	до 7,8	Царапины, загрязнение
DVD-ROM	до 17Гбайт	до 21
Устройства на основе flash-памяти	до 1024 Мбайт	USB 1.0 - 1,5 USB 1.1 - 12 USB 2.0 - 480	Перенапряжение питания

Одно из главных достижений DVD - это то, что удалось все применения компакт-диска для данных, видео, аудио (или их комбинации) совместить в пределах единственной физической файловой структуры по имени UDF, или универсальный дисковый формат. Разработанный OSTA (Optical Storage Technology Association), формат UDF гарантирует, что к любому файлу можно обратиться на любом диске, установленном на компьютере или видеопроигрывателе потребителя. Кроме того, формат обладает совместимостью со стандартными операционными системами, поскольку учитывает стандарт CD ISO 9660. UDF преодолевает проблемы несовместимости, от которых страдал компакт-диск, когда стандарт должен был переписываться каждый раз при появлении новых приложений, подобно мультимедиа, интерактивных систем или видео.

Версия UDF, которой удовлетворяют как перезаписываемые Диски, так и версии «только для чтения», является подмножеством спецификации UDF версии 2.02, которая известна как MicroUDF (M-UDF).

Поскольку UDF не поддерживался Windows, пока Microsoft не выпустила Windows 98, производители DVD были вынуждены использовать промежуточный формат по имени UDF Bridge (Мост), который представлял собой гибрид UDF и ISO 9660. Windows 95 OSR2 поддерживала UDF Bridge, но более ранние версии этого не могли. Спецификация UDF Bridge явно не включает Joliet-расширения для ISO 9660, которые необходимы для длинных имен файлов. Windows 98 распознает UDF, так что эти системы не имеют проблем ни с UDF, ни с длинными именами файлов.

DVD видео использует только UDF со всеми данными, требуемыми UDF и ISO 23346, чтобы иметь совместимость с компьютерными системами, и не использует ISO 9660 вообще. Файлы на DVD видео не могут иметь размер больший, чем 2 Гбайт, и должны быть записаны как отдельный экстент (то есть, в непрерывной последовательности). Первым каталогом на диске должен быть каталог VIDEO_TS, содержащий все файлы, и все имена файла должны быть в формате 8+3 (8 байт - имя, 3 - расширение).

DVD аудиодиски используют UDF для того, чтобы сохранять данные в отдельной «зоне аудио DVD» на диске, указанном как каталог AUDIO_TS.

Формат Мамонт (Mammouth)

Exabyte был лидером в промышленности НМЛ в течение более 20 лет. Фирмой было впервые предложено использовать 8-мм ленты для хранения данных на базе механизма, подобного видеокамерам Сони, причем было выпущено более 2.5 млн таких накопителей. Такие механизмы достаточны для приложений невысокой надежности, но менее пригодны для сегодняшних серверных приложений. Введенный в 1996 году стандарт «Мамонт» (Mammouth) является более передовой и надежной технологией и представляет ответ Exabyte на требования этого диапазона рынка серверов.

Привод МЛ не использует кабестан, что устраняет часть накопителя ленты, которая создает непредсказуемый износ носителя. Используется технология АМЕ (Advanced Metal Evaporated) или нанесения металла путем испарения. Это обеспечивает антикоррозийную стойкость и износоустойчивость ленты, срок хранения повышается до 30 лет. Гладкая поверхность МЛ увеличивает время износа головок до 35 тысяч.

Данные на МЛ организованы в сегменты (разделы), каждый из которых может быть записан, стерт или прочитан как одно целое. Эта организация позволяет увеличивать объем носителя для поддержки таких приложений, как мультимедиа и видеосерверы. Для коррекции ошибок используется двухуровневый метод Reed-Solomon ЕСС. При этом ошибки корректируются «на лету» перезаписью блоков в пределах той же дорожки.

В 2000 году был выпущен накопитель Exabyte Mammoth-2, в котором устанавливались новые стандарты высокой скорости и возможностей. Накопитель имеет скорость передачи 22 Мбайт/с, 8-мм лента АМЕ может загрузить максимум 60 Гбайт. НМЛ использует интерфейс Ultra2/LVD SCSI, буфер объема 32 Мбайт - многоканальную головку, новейший алгоритм коррекции ошибок ЕССЗ и обеспечивает коэффициент сжатия 2.5:2 на основе ALDC (адаптивное сжатие данных без потерь), что дает емкость 250 Гбайт на ленту. Последующая оптоволоконная версия предлагала повышение исходной скорости передачи до 30 Мбайт/с.

Расширенная технология цифровой записи

Разработана корпорацией Philips. Первые устройства ADR были запущены весной 1999 года, в форме НМЛ с интерфейсом IDE, способного к записи 25 Гбайт исходной или 30 Гбайт сжатой информации на картридж.

Привод ленты способен непрерывно контролировать ее смещение вверх или вниз даже на малейшую величину, в результате этого достигается высокая плотность - до 292 дорожек на 8-мм пленке. Способность ADR читать или записывать все восемь дорожек данных одновременно дает возможность получить внушительные скорости передачи при относительно низких скоростях. Износ ленты минимален, а также появляется и возможность контроля и исправления ошибок как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Применяемый здесь код исправления ошибок (ЕСС) значительно более эффективен, чем в обычных системах, когда код исправления ошибки действует только в одном измерении (по дорожке данных). Фактически, ЕСС для ADR позволяет обеспечить 200 %-ное восстановление данных, даже если до 24 из 292 дорожек разрушены по полной длине ленты.

CD-R и ёмкость дисков

CD-R содержит предварительно нанесенную спиральную дорожку, разбитую на блоки, причем адрес каждого блока закодирован непосредственно на носителе. Вместимость наиболее широко распространенного формата компакт-диска может быть выражена либо как 74 мин, либо 650 Мбайт. Каждая секунда времени воспроизведения занимает 75 блоков, следовательно полный компакт-диск имеет вместимость 74 х 60 х 75=333 ООО блоков.

Фактическая вместимость этих 333 тыс. блоков зависит от того, что именно записано на диске - аудио или данные. Это связано с тем, что аудио предъявляет меньше требований к безошибочности записи и поэтому в этом случае в каждый блок записывается меньшее количество контрольной, избыточной информации. В результате вместимость блока для аудио составляет 2353 байт (2048 для данных). Следовательно, 74-минутный диск имеет вместимость 783 226 000 байт (746 Мбайт) для аудио, но только 682 984 000 байт (650 Мбайт) для данных.

В конце 1990 годов. начали появляться носители CD-R с большей вместимостью, чем тот 74-минутный максимум, который разрешали стандарты аудиокомпакт дисков («Красная Книга») или стандарты CD-ROM («Желтая Книга»). Эти технологии получили общее название CD overburning.

Дополнительная вместимость была достигнута путем сокращения шага дорожки, уменьшения допусков на скорость сканирования, уменьшения вероятности ошибки при записи-чтении (при этом возникают проблемы совместимости с более ранними устройствами или старыми записями на CD).

Первый из этих форматов повышенной вместимости обеспечивал время считывания 80 минут и вмещал 360 тыс. блоков вместо обычных 333 тыс. В терминах количества данных это означало 703 Мбайт по сравнению с 650 Мбайт стандартного компакт-диска. В начале нового тысячелетия появляются еще более высокие вместимости в форме 90- и 99-минутных форматов (приблизительно 792 и 870 Мбайт соответственно). Следует отметить, что, так как временные отметки на компакт-диске кодируются парой десятичных цифр, невозможно, чтобы вместимость диска превышала 99 мин.

Overburning требует поддержки режима Disc-At-Once при записи и чтобы пишущий CD-плеер игнорировал информацию о свободном месте, находящуюся на диске без записи (ATIP), а вместо этого использовал данные, передаваемые из пишущей программы.

Преодоление буферной недостаточности

К концу 1999 года характеристики удвоились до «8х/24х», однако возникла проблема, известная как буферная недостаточность (или опустошение буфера записи), когда быстродействие машины и накопителя на МД стали отставать от скорости устройств CD-R (устройство готово к записи на диск, но информация в буфере записи уже исчерпана и «нечего писать» - в результате диск оказывается испорченным). Для избежания подобных эффектов, во-первых, стали использовать кэш память, размещенную на пишущем CD-плеере (размера от 256 Кбайт до 2 Мбайт), во-вторых, устройства стали адаптироваться к скорости подачи информации, снижая или повышая скорость записи.

Технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof technology), предложенная Sanyo, заключается в постоянном контроле состояния буфера данных компакт-диска так, чтобы запись была остановлена в определенном месте, если появляется опасность буферной недостаточности (например, когда заполнение буфера снижается ниже заданного порога), а затем возобновлена путем позиционирования лазерной головки на соответствующий сектор.

Plextor использует технологию Sanyo в комбинации с собственным методом «PoweRec» (Plextor Optimised Writing Error Reduction Control). Процесс записи здесь периодически приостанавливается (с использованием технологии BURN-Proof) для проверки качества записи и принятия решения о необходимости повысить или понизить скорость записи.

UDF стандарт

Стандарт ISO 9660, используемый CD-ROM и дисками CD-R, создает неудобства при добавлении данных на диски небольшими порциями. Запись многократных сеансов на диск приводит к потерям приблизительно 23 Мбайт дискового пространства на каждом сеансе, и первоначальный стандарт ограничивает числом 99 количество треков (фонограмм), которые могут быть записаны на диск. Эти ограничения были сняты в стандарте ISO 23346 «Универсальный Дисковый Формат» (Universal Disc Format - UDF), разработанном Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA). Этот стандарт не зависит от типа операционных систем, предназначен для записи данных на оптических носителях, включая CD-R, CD-RW и устройства DVD, и использует переработанную структуру каталога, которая позволяет устройству эффективно записывать файл (или «пакет») за один раз.

Режим пакетной записи не полностью совместим с логической файловой системой ISO 9660, так как при этом следует точно знать, какие файлы будут записаны в течение сеанса, чтобы заполнить служебные таблицы ФС (Path Tables и Primary Volume Descriptors), которые указывают на физическое размещение файлов на диске.

UDF позволяет добавлять файлы на диски CD-R или CD-RW порциями по одному файлу, без существенного переполнения служебной информацией, используя методику, названную «пакетной записью» (packet writing). В UDF, даже если файл перезаписан, его виртуальная адресация остается без изменений.

В конце каждого сеанса записи пакета UDF заносит на диск «Виртуальную таблицу размещения» (Virtual Allocation Table - VAT), которая описывает физическое местоположение каждого файла. Каждая вновь созданная VAT, включает данные из предыдущей VAT, позволяя таким образом UDF определить местонахождения всех файлов, которые когда-либо были записаны на диск.

К середине 2998 г. были выпущены две версии UDF - UDF 2.02 (версия, используемая на DVD ROM и видео DVD) и UDF 2.5 (добавляет поддержку CD-R и CD-RW). Windows 98 обеспечивала поддержку UDF 2.02. Однако в отсутствии поддержки операционной системы UDF 2.5 требовалось специальное UDF-программное обеспечение для дисковода, поддерживающее пакетную запись на CD-R и CD-RW.

Первым образцом такого программного обеспечения являлся DirectCD V2.0 (разработка Adaptec), который поддерживал как пакетную запись, так и произвольное удаление файлов с носителя CD-RW. DirectCD V2.0 обеспечивал запись двух видов пакетов - фиксированной и переменной длин. Пакеты фиксированной длины являются более подходящими для CD-RW, чтобы обеспечивать произвольное удаление файлов.

Спецификация «Мультичтение» (MultiRead)

Записанные на диске CD-RW дорожки (фонограммы) считываются тем же самым способом, как и дорожки обычного компакт-диска - путем обнаружения переходов между низким и высоким коэффициентами отражения и измерения промежутков между переходами. Единственное существенное отличие состоит в том, что коэффициент отражения здесь ниже, чем для «правильных» CD, в результате этого носители CD-RW могут не читаться многими устаревшими дисководами CD-ROM или CD плеерами.

Отметим, что первоначальные спецификации для CD требовали, чтобы коэффициенты отражения для поверхности диска и углублений составляли минимум 70 и максимум 28 %, соответственно. Эти требования были введены, чтобы гарантировать надежное считывание данных фотодиодами 1980-х гг.

В настоящее время, в связи с усовершенствованием электроники эти требования оказываются чрезмерно завышенными.

Диск CD-RW имеет поверхностный коэффициент отражения 25-25 %. Поэтому система CD-RW работает в диапазоне коэффициентов отражения, равных ⅓ таковых из первоначальной спецификации компакт-диска. Однако для современных фотодиодов это не представляет никакой проблемы, достаточно организовать усиление электросигнала.

Спецификация «Мультичтения» («MultiRead»), составленная Philips и Hewlett Packard, а затем одобренная Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA), предусматривает необходимые корректировки, решая таким образом любые проблемы совместимости.

Кроме того, максимальные и минимальные уровни коэффициентов отражения диска CD-RW соответствуют требованиям спецификации CD для минимальной модуляции 60 %. Технология изменения фазы для CD-RW практически не зависит от длины волны лазера записи-чтения.

Диски CD-RW могут быть считаны как лазерами, используемыми в системах DVD (длина волны 650 нм), так и лазерами, применяемыми в приводах обычных CD (780 нм).

Mount Rainier

Спецификация, предложенная группой Mount Rainier (во главе с лидерами промышленности Compaq, Microsoft, Philips Electronics и Sony), имела своей целью сделать методы использования носителей CD-RW аналогичными НГМД или НЖМД - в частности, осуществлять при поддержке операционной системы операции в манере буксировки данных («drag and drop»). Спецификация Mount Rainier содержит следующие ключевые элементы:

• аппаратный контроль дефектных участков на диске. Хотя большинство программ, осуществляющих пакетную запись на CD-RW, использует возможности контроля дефектов, заложенных в UDF 2.5, проблема состоит в том, что программное обеспечение должно иметь полную информацию о дефектных участках диска. Подход, предложенный Mount Rainier, состоит в контроле на аппаратном уровне, так что если приложение будет пытаться произвести запись на «плохой» сектор, этот сектор будет «скрыт», а альтернативный предложен;
• логическая адресация записи в 2 Кбайта. В то время как CD-RW использует размер блока в 64 Кбайт, Mount Rainier требует поддержку логической адресации 2 Кбайт, таким образом обеспечивая «выстраивание» дисков CD-RW в одну линию с другими системами хранения данных, которые базируются на адресуемости 4 или 2 Кбайт;
• фоновое форматирование. Mount Rainier устраняет как временные задержки, так и необходимость использование программного обеспечения, не входящего в состав операционной системы или ПО записи на диск (это обычно связано с форматированием носителей CD-RW). Форматирование теперь осуществляется в режиме фоновой задачи, не заметной для пользователя.

OSD-технология

Целью технологии сверхвысокой оптической плотности (Optical Super Density - OSD) была разработка сменного магнитооптического носителя большой емкости (40 Гбайт или более), который имел бы надежность, соответствующую сегодняшним требованиям ISO для МО, достигал норм передачи данных, конкурентоспособных с жестким диском (30 Мбайт/с) и обеспечивал бы более низкую стоимость мегабайта памяти, чем другие оптические и магнитные технологии. Весной 1999 года Maxoptix Corporation - ведущий изготовитель МО-накопителей - объявил о создании OSD-тех-нологии.

Достижение целей проекта сложилось на основе ряда инновационных технологий:

• при технологии OverCoat Incident Recording (OCIR) записывающий слой размещается сверху подложки (подобно жесткому диску), а также используется толстый прозрачный акриловый слой, подобный защитному покрытию обратной стороны CD или DVD. Покрытие OSD более чем в 2000 раз толще, чем у жесткого диска и лент, но намного более тонко, чем подложка, используемая на обычных носителях МО. Поскольку это позволяет расположить линзу намного ближе к записывающему слою диска, OSD способна использовать более высокую числовую апертуру линзы, приводя к намного более высоким плотностям записи данных;
• массовая поверхностная запись - Surface Array Recording (SAR), здесь используются независимые головки для чтения/записи с обеих сторон носителя, чтобы позволить доступ к обеим сторонам диска одновременно. Это отличается от традиционных МО, где пользователи вынуждены переставлять носитель, чтобы прочитать данные, сохраненные на противоположной стороне диска;
• модуляция магнитного поля (Magnetic Field Modulation - MFM) обходит ограничения, свойственные традиционному использованию подмагничивания при записи данных на диси МО. Посредством использования небольшой магнитной головки в непосредственной близости от диска полярность магнитного поля может переключаться с самой высокой частотой; магнитное сверхразрешение - Magnetic Super Resolution (MSR): использование MFM меняет фактор ограничения плотности записи с длины волны лазера к способности выделить индивидуальные отметки при чтении, используя пятно луча, которое может охватить несколько отметок.

Форматы записываемых дисков DVD

Существуют пять версий записываемых DVD:

• DVD R обычный;
• DVD R авторизованный;
• DVD RAM (перезаписываемый);
• DVD RW;
• DVD+RW.

Все записываемые форматы DVD включают набор спецификаций, которые определяют физические характеристики среды записи. Этот уровень функционирования является «физическим уровнем среды», и возможность прочитать диск на специфическом проигрывателе или дисководе зависит от его способности поддержать соответствующий физический уровень независимо от того, какие данные записаны. Спецификация самого содержания подчинена множеству «прикладных уровней», которые определены Форумом DVD. Например, типичные кинофильмы выпускаются на тиражируемых дисках ROM (физический уровень), и при этом применяется формат DVD видео (прикладной уровень).

Все пишущие плееры могут читать диски DVD ROM, но каждый использует различные типы дисков для записи. DVD R, который появился в 1997 г., разрешает сделать только однократную запись (только последовательным образом), в то время как диски форматов DVD RAM, DVD RW и DVD+RW могут быть перезаписаны тысячи раз.

DVD RAM был первым перезаписываемым форматом, который появился на рынках летом 1998 года. Этот формат наиболее удобен для записи компьютерных данных из перезаписываемых форматов DVD для использования в компьютерах, поскольку он поддерживает обход дефектных участков и зонный формат CLV (постоянная линейная скорость), однако он несовместим с большинством проигрывателей (из-за различий в отражательной способности диска и незначительных отличий формата).

Форматы DVD RW и DVD+RW представляют собой эволюционное развитие существующих технологий CD-RW и DVD R, а потому обеспечивают лучшую совместимость с остальными представителями семейства изделий CD/DVD. DVD RW впервые появился в Японии в конце 1999 года и более нигде не использовался вплоть до 2002 г. DVD+RW перенес множество «фальстартов» и появился в конце 2002 года.

Проект Многоножка (Millipede)

В конце 1999 года Цюрихская научно-исследовательская лаборатория IBM обнародовала концепцию, согласно которой микро- и наномеханические системы могут конкурировать с электронными и магнитными устройствами в области запоминающих устройств большой емкости. Вместо того чтобы записывать биты, намагничивая точки на поверхности диска, новое устройство «Millipede» (многоножка, тысяченожка - по прозвищу разработчиков) выплавляет крошечные углубления в поверхности носителя.

Технология основана на использовании «ножек» (кончиков), установленных на концах крошечных консолей, чтобы сканировать мельчайшие детали поверхности. Кончики «многоножки» (числом 2024=32 х 32) нагреваются электрическим импульсом до 750 F (400 °С), что достаточно, чтобы выплавить отверстие в поверхностной пленке полимера диска. Кончики оставляют отверстия размером 30-50 нм, каждое из которых представляет один бит. Чтобы считать данные, «многоножка» определяет, находится ли «ножка» в отверстии, фиксируя температуру консоли.

Технологически элемент записи-чтения состоит из массива 64 х 64=4096 микрорычагов, занимающих 6.4 х 6.4 мм 2 и помещенных на кремниевый чип (20 х 20 мм2), изготовленный по новой технологии, позволяющей осуществлять непосредственную связь микрорычагов с CMOS-электроникой. Микрорычаги имеют раздельные нагреватели для записи и чтения и электростатический привод для движения в направлении оси z.

Высокие скорости работы с данными могут быть достигнуты совместной работой большого количества крошечных «ножек». Специалисты IBM полагают, что этот метод в конечном счете позволит достигнуть плотности хранения 500 Гбит/дюйм 2 .

Технология HD-burn

Компания Sanyo Electric Co., Ltd. (Япония) объявила о выходе новой технологии BURN-Proof, которая решала главную проблему записи на CD-R/DVD R-диски и коренным образом улучшала характеристики CD/DVD рекордеров. На этой основе Sanyo разработала технологию высокой плотности записи информации: отныне становится возможным поместить 2.4 Гбайт данных на обычном CD-R-диске емкостью 700 Мбайт.

Новая технология получила название «HD-burn» (High Density Burn) - запись высокой плотности. Для реализации нового метода создан новый комбинированный привод Sanyo SuperCombiDrive CRD-DV2. Перечислим особенности данной технологии.

На обычные CD-R-диски можно записывать стандартный объем информации - до 0.7 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с CD и DVD приводами.

На обычные CD-R-диски можно записывать удвоенный объем информации - до 2.4 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с DVD приводами с учетом введения изменения в микропрограммы (firmware).

В режиме HD-burn достигается 36х скорость записи и 80х скорость чтения.

Технология записи BURN-Proof поддерживается без ограничения. Режим HD-burn также поддерживает CD-RW-диски. При этом достигается 24х скорость записи. Работа с HD-burn рекордером поддерживается несколькими популярными пакетами ПО, включая Nero Burning ROM (производство Ahead Software). В режиме HD-burn не могут записываться диски в формате CD-DA (Audio CD).

Диски, записанные по технологии высокой плотности, не будут читаться CD-приводами.

На диск, записанный с применением технологии HD-burn, будет помещаться 30 минут видео высокого качества (аналогичного DVD видео) с разрешением 720 х 576 точек.

Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе - CD-R-диске:

• длина пита (марки) на диске уменьшается до 0.62 мкм (для обычного CD - 0.83 мкм). Это означает, что HD-burn увеличивает емкость диска в 2.35 раза. Величина 0.62 мкм была выбрана для того, чтобы существующие DVD видеоплееры и приводы DVD ROM могли считывать диски HD-burn после незначительной модернизации;
• применяется иная система коррекции ошибок: вместо CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code - перекрывающийся код Рида-Соломона) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-26, что увеличивает емкость еще в 2.49 раза. Как сообщает Sanyo, новая система коррекции ошибок RS-PC не только более компактна, но и существенно более эффективна, чем CIRC. В итоге емкость одного CD-диска, записанного в режиме HD-burn, в 2 раза превышает емкость CD-диска, записанного в обычном режиме, - 2.49 х 2.35=2.0225.

Шаг спирали (подача дорожки) и область записи остались прежними, что позволяет использовать обычные CD-R-диски. Другие же технологии записи высокой плотности требуют изменения физических характеристик носителя. Например, технология DDCD (Double Density Compact Disc) от фирмы Sony не может работать с обычными дисками. На Рисунок 3.35, в показано сравнение длины пита HD-Burn диска с обыкновенными CD- и DVD дисками.

Форматы DVD дисков

Существует пять физических форматов (или книг) DVD, которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

• DVD ROM - среда хранения данных большой емкости, только для чтения;
• DVD видео - цифровой носитель данных для кинофильмов;
• DVD аудио - только для хранения звука; формат, подобный аудиоСD;
• DVD R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;
• DVD RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD RW и DVD+RW.

Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 220 миллиметров, толщина 2.2 мм), диски DVD обеспечивают до 27 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии:

• DVD 5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4.7 Гбайт;
• DVD 9 - односторонний двухслойный диск на 8.5 Гбайт;
• DVD 20 - двусторонний однослойный диск 9.4 Гбайт;
• DVD 28 - вместимость до 27 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

Кроме того, есть проект формата DVD 24 - два слоя на одной стороне, один - на другой, который, будучи более простым в производстве, будет заменять DVD 28, пока потребность в последнем не проявится в полной мере.

Важно признать, что в дополнение к пяти физическим форматам DVD также имеет множество прикладных форматов типа DVD видео и DVD аудио.

1. Общее наименование оптических (лазерных) носителей информации.
2. Наименование оптических дисков, предназначенных для записи в цифровой форме и воспроизведения через специальное проигрывающее устройство (CD player) музыкальных произведений (CD-DA).

Все форматы компакт-дисков восходят к аудио-дискам CD-DA (Compact Disc – Digital Audio), появившимся в середине 1970-х в качестве замены виниловых пластинок. Начало промышленного производства компакт дисков относят к 1983. В настоящее время оптические диски являются одним из наиболее надежных и экономичных средств для долговременного (десятки лет) хранения данных в цифровом виде.

Устройство компакт-диска

Диаметр компакт-диска обычно составляет 4, 5 дюйма (120 мм), но существуют диски меньшего диаметра - 3, 25 дюйма. Толщина диска 1, 2 мм, диаметр центрального отверстия - 15 мм.

Оптический компакт-диск состоит из прочной, прозрачной основы (поликарбонатной или полихлорвиниловой), отражающего и защитных слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется слой напыленного алюминия (реже золота). Цифровая информация представляется на отражающей поверхности чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет участков.

Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от центра к краю. На 1 см помещается 6000 витков дорожки. В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три основных области: входную директорию (Lead in), где содержится оглавление (Table Of Contents, TOC), адреса записей, число заголовков, объем (время) записи, название диска; область данных; выходную директорию (Lead out), которая содержит метку конца диска. Все форматы компакт-дисков используют физические секторы размером 3234 байта, из которых 882 байта предназначены для вспомогательных данных, служащих для контроля и коррекции ошибок. Секторы группируются в логические дорожки , сведения о которых помещаются в TOC.

Запись цифровых данных на компакт диск производится либо штамповкой с матрицы (фабричные CD-ROM), либо в специальных дисководах CD-RW лучом лазера. Считывание данных производится также лучом лазера с последующим их преобразованием из цифровой в аналоговую форму и воспроизведением. Емкость дисков стандартов CD-ROM/R/RW обычных размеров составляет 650-700 Мб (74-80 мин для аудиозаписей CD-DA). Время доступа к данным для различных моделей колеблется от 80 до 400 мс.

Файловые системы компакт-дисков

Основным стандартом, определяющим логический и файловый формат записи компакт-дисков, является международная спецификация ISO 9660 (ранее называлась High Sierra). В целях совместимости с различными считывающими устройствами и операционными системами этот стандарт содержит значительные ограничения (например, на длину имен файлов до 8 символов). Позднее стандарт был расширен за счет включения трех уровней обмена (Level 1, 2, 3), что позволило в ISO 9660 Level 2 и Level 3 снять многие ограничения по именованию файлов и структуре каталогов. В операционных системах, начиная с Microsoft Windows 95 и NT, поддерживается также формат Joliet, допускает использование длинных имен файлов. Существует также файловая система UDF (Universal Disk Format; ISO 13346), позволяющая работать с записываемыми компакт-дисками как с обычными дисковыми накопителями.

Стандарты CD

Стандарты CD, отражающие историю развития этой технологии, описаны в спецификациях, которые по традиции называются «цветными книгами».

Red Book («Красная книга») - изначальный стандарт, разработан Philips и Sony для музыкальных компакт дисков CD-DA (Compact Disc-Digital Audio). Стандарт позволяет записывать до 99 музыкальных дорожек общей длительностью 74 минуты. Существует расширение этого стандарта CD-Text, позволяющее дописывать дополнительную текстовую информацию о произведениях и исполнителях. «Красная книга» определяла физическую структуру сектора компакт-диска. Каждый сектор CD-DA содержит 2352 байта звуковых данных, а также корректирующие (коды обнаружения и исправления ошибок - Error Detection Codes (EDC) & Error Correction Codes (ECC)) и управляющие данные, содержащие сведения о номере дорожки, ее длительности, и позволяют переходить на начало любой дорожки. Кроме того, «Красная книга» определяет устройство компакт-диска и лазерной головки, стандарты модуляции и исправления ошибок, формат записи данных и др.

Yellow Book («Желтая книга») содержит расширения «Красной книги», описывающие стандарт CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory), разработанный Philips и Sony для записи на компакт-диски различных данных в цифровом виде (для использования в ПК). Стандартный формат CD-ROM получил название Mode 1. Внутри каждого сектора диска помимо пользовательских данных хранится информация для обнаружения и исправления ошибок - EDC/ECC, данные для синхронизации. Расширением стандарта CD-ROM стал набор стандартов CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture), разработанный фирмами Philips, Sony и Microsoft для хранения и воспроизведения данных мультимедиа на CD-ROM. В соответствии с расширенной архитектурой блоки записи аудиоданных располагаются между блоками текстовых, графических или видеозаписей. Этим предоставляется возможность при воспроизведении записей видеть их и слышать одновременно. Форматы CD-ROM XA используются для компакт-дисков Kodak PhotoCD и VideoCD (формата CD-I Bridge), Karaoke CD и Sony PlayStation CD.

Green Book («Зеленая книга») - формат CD-I (CD-Interactive), разработанный Philips для интерактивных мультимедийных приложений. Производство дисков CD-I открыто в Великобритании в мае 1992 фирмами Philips, Sony, Matsushita. Стандарт допускает запись смешенных данных (звука, видео, рисунков, др. типов данных) и предусматривает возможность интерактивного взаимодействия с пользователем. Применяется для записи VideoCD в формате MPEG. Гибридный формат CD Bridge определяет метод записи данных CD-I на диски CD-ROM XA, что позволяет его читать в любом накопителе, совместимом с CD-ROM XA.

Orange Book («Оранжевая книга») определяет стандарты записываемых компакт-дисков. Часть I книги определяет магнитооптический компакт-диск (Compact Disc – Magneto-Optical, CD-MO). Часть II - компакт диск для однократной записи (Compact Disc – Write Once, CD-WO; Compact Disc Write Once, Read Many times, CD-WORM), который чаще называют CD-R (Recordable). В процессе записи на такие диски лазерный луч необратимо модифицирует поверхность диска, позволяя в последующем лишь считывать имеющиеся на нем данные. В диске этого формата между отражающим и защитным слоем расположен слой из органического красителя, который и прожигает лазер в процессе записи. Часть III определяет стираемый (перезаписываемый) диск (Compact Disc – Erasable, CD-E), который называют CD-RW (ReWritable). В первом полугодии 1997 фирмы Ricoh, Philips Electronics, Sony Electronics и Hewlett-Packard объявили о планах выпуска CD-RW и первых дисководов для них. Первые версии накопителей CD-RW фирмы Ricoh имеют интерфейс SCSI-2 и обеспечивают условные скорости: при записи - 2х, при считывании - 6х. Один из способов реализации перезаписываемых дисков основан на использовании изменения структуры пластиковых материалов покрытия дисков в миниатюрной области нагрева, а вместе с этим и характеристик отражения луча в соответствующей точке. Запись и считывание данных производится лучом лазера разной интенсивности. Восстановление исходной структуры поверхности диска для стирания сделанной записи производится также путем нагрева, но уже до другой температуры, которая соответствует точке плавления материала покрытия диска. Другой способ основан на использовании свойств соединения кобальта с гадолинием изменять поляризацию отраженного сигнала при условиях аналогичных выше описанным. При считывании отраженного лазерного излучения через поляризационные фильтры эти изменения преобразуются в электрические сигналы. Современные CD-RW выдерживают десятки тысяч циклов стирания и записи, тем не менее, надежность хранения данных на CD-RW (в особенности, при неоднократной перезаписи диска) несколько меньше, чем на дисках стандарта CD-R. Кроме того, максимальная скорость записи дисков CD-R, как правило, выше скорости записи CD-RW. «Оранжевая книга» различает односеансовую запись (Disc-at-Once, DAO) и последовательную многосеансовую запись (Track-at-Once, TAO) диска. В первом случае данные записываются на диск целиком за один раз, во втором случае данные могут дописываться в несколько сеансов, в каждом из которых создается обновленная таблица содержания диска (Table of Content, TOC). Некоторые устаревшие дисководы CD-ROM и проигрыватели не умеют читать многосеансовые диски. Для записи данных на компакт-диски требуется располагать соответствующим приводом, чистыми «болванками» соответствующего формата и программным обеспечением для записи.

White Book («Белая книга») определяет формат видеодисков Video CD, который также называют Digital Video (DV). Формат разработан Matsushita, JVC, Sony и Philips. Видеодиски являются разновидностью дисков CD-ROM XA. На них можно записать около 70 минут видео в стандарте MPEG-1 со звуковой дорожкой CD-качества. В настоящее время вместо стандарта Video CD все чаще используется DVD.

Blue Book («Голубая книга») определяет формат усовершенствованного музыкального компакт-диска (Enhanced Music CD, CD-Extra, CD-Plus), который может содержать звуковые дорожки и компьютерные файлы, записанные последовательно в 2 сеанса. Такие диски можно прослушать на любом проигрывателе аудиодисков.

В настоящее время большое распространение получают компакт-диски типа DVD , которые превосходят обычные CD по емкости, скорости чтения/записи и другим показателям. Для чтения DVD требуются особые приводы (Дисководы DVD в ПК), которые, как правило, способны считывать и данные с CD-ROM и CD-R/RW. Существуют форматы записываемых (DVD-R, DVD+R) и перезаписываемых (DVD-RW, DVD+RW) DVD. Первоначально предназначавшиеся для распространения видеофильмов, DVD сегодня широко используются для хранения и обмена различными данными. Емкость DVD составляет от 4, 7 (односторонний однослойный диск) до 17 (двухсторонний двухслойный диск) Гбайт.