Технологии оптических дисков

«ТЕХНОЛОГИИ ОПТИЧЕСКИХ ДИСКОВ»

САВИНА ВАЛЕРИЯ г. ВОЛЖСКИЙ

10 кл. Кадетская школа

План :

1.

Введение

…2

2. Лазерные накопители CD-ROM, CD-R и CD-RW…3

2.1 Лазерные накопители CD-ROM…3

2.2 Диски CD-R …7

2.3 CD-RW накопители на перезаписываемых дисках…11

3. Накопители DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW и др. …13

4. Форматы DVD…16

4.1 DVD-R…16

4.2 DVD-RW…19

4.3 DVD-RAM…22

4.4 DVD+RW…23

4.5 DVD+R…24

5. HD DVD или Blu-Ray — война форматов…25

6. Перспективные разработки…27

6.1 AHD, HVD, AO-DVD, DMD…27

6.2 Флуоресцентный многослойный диск FMD-ROM…29

7. Вопросы…35

8.

Литература

…38

1. Введение

В конце 70-х годов прошедшего века две компании, Philips и Sony, серьезно заня-лись вопросом цифрового звуковоспроиз-ведения. Они приступили к разработке но-вого типа носителей, базирующихся на оп-тической тех-нологии записи и считывания данных, который был приз-ван прийти на смену виниловым грампластинкам. В ре— зультате в 1982 г. появились привычные нам сегодня музыкальные компакт-диски CD Digital Audio (CD-DA), спустя два года вышли и компьютерные CD-ROM. Их ха-рактеристики были определены исходя из поставленной первоначально задачи — за-писи музыки. С этим связан выбор концен-трической дорожки (собственно, как и на грампластинках), более пригодной для по-следователь-ного, а не для произвольного доступа к данным, характер-ного для ком-пьютерных систем. Емкость дисков, перво-на-чально составлявшая 650 Мбайт, была выбрана с точки зрения возможности запи-си 74 мин. музыки.

Похоже, неожиданно для самих создате-лей новинка пришлась ко двору в ПК. Именно благодаря приводам CD-ROM воз-никло понятие «мультимедиа», в компьюте-рах платформы PC появились аудиофункции, пришли большие деньги в игровую индустрию. Технология развивалась, вслед за «штампованными» заводскими CD-ROM были созданы диски с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью.

Дальнейшая эволюция технологий записи информации на оптические носители информации привели к созданию DVD приводов и дисков с возможностью записи еще боль-шего количества информации (до 17 Гбайт на двуслойный двусторнний диск). Предпосылкой для разработки такого типа оптических носителей, сначала называвшихся Digital Video Disc и потом пере-именованных в Digital Versatile Disc, что подчеркивает их универсальность, послу-жило желание вслед за музыкой «перело-жить на цифру» и фильмы.

Следующим этапом развития технологий оптических дисков вероятно станет применение новых стандартов последнего поколения DVD с еще более высокой плот-ностью записи: HD DVD или Blu-Ray. Исход борьбы между сторонниками котрых пока неизвестен.

В настоящее время наиболее интересной разработкой является новейший тип носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск с уже сегодня достигнутой вместимостью 140 Гбайт, что не является теоретическим пределом. К сожалению из-за высокой стоимости оборудования, реализующего технологии FMD, говорить об их практическом применении еше преждевре;

менно.

2. Лазерные накопители CD-ROM, CD-R и CD-RW

2.1 Лазерные накопители CD-ROM

На диске CD-ROM промышленным способом записы-вается информация, и про-извести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получи-ли 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записы-ваются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором распо-лагаются в виде концентрических окруж-ностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записан-ных на CD, по форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Принцип считывания информации с оптичес-кого диска можно приближенно разбить на четыре этапа.

1. Луч слабого лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.

2. Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска.

3. Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.

4. Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, пре-образуя в цифровую последовательность.

Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы — это нижняя сторона подложка (back layer). На нее нанесен тонкий слои алюминия, придающий диску необходи-мые отражающие свойства. От окисления и механических повреждении его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

Главное характеристикой привода CD-ROM является скорость чтения данных, поднять которую можно только единственным способом — увеличением частоты вращения диска. Поскольку для CD-ROM изначально принята постоянная линей-ная скорость чтения (Constant Linear Velocity — CLV), то частота вращения диска является переменной величиной, обратно пропорциональной расстоянию от счи-тывающей головки до центра. Для первого поколения устройств со скоростью чтения 150 Кб/с (односкоростные, или 1Х) она лежит в диапазоне от 200 об/мин для внешней части дорожки диска до 530 об/мин для внутренней. В следующих поколениях частоты вра-щения, а с ними скорость чтения, просто увеличивались в целое число раз (двухскоростные — 2 X, четырехскоростные — 4Х и т. д.).

Так продолжалось довольно длительное время, пока скорость высококлассных моделей не достигла 12Х (1800 Кб/с), а массовых — 8Х (1200 Кб/с). Для 12-скоростных моделей диапазон частот вращения составляет от 2400 до 6360 об/мин. Понятно, что 6360 об/мин — это очень боль-шая скорость для сменного но-сителя, которую технически трудно поддерживать. Еще труднее быстро раскрутить диск до этой скорости, если головка для считывания очеред-ной порции информации перескаки-вает, например, с внешней части дис-ка на внутреннюю. Время раскрутки накладывается на время перемеще-ния и для быстрого доступа должно быть минимальным. Трудности мно-гократно возрастают при попытке еще больше повысить частоту вращения, поэтому 12-кратная скорость являет-ся предельной для режима CLV.

Дальнейшее увеличение скорости чтения возможно только при отказе от режима CLV, поэтому в последую-щих моде-лях приводов CD-ROM все ведущие производители вместо «чи-стого» CLV начали использовать в той или иной мере режим с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity — CAV), в котором частота вра-щения постоянна (и близка к макси-мально возможной), а скорость чтения пропорциональна радиусу, Режим CAV используется либо для всей поверхности диска, либо комбинируется с CLV. Комбинированный режим, когда для централь-ной части диска используется CAV, для периферийной CLV, называют CAV| CLV, Partial CAV или Р-CAV.

Новые модели приводов CD-ROM позиционируются по максимальному значе-нию скорости чтения как 32−50-ти скоростные, что не дает, однако, адекватного представ-ления о реальном быстродействии.

Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать, что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых, большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину). То есть решающей для общего быстродействия является скорость чтения на внутренней части диска. На-пример, популярный тест CD-TACH при оценке скорости учитывает внутреннюю часть (0−215 Мб) диска с весовым коэффи-циентом 60%, среднюю (1215−430 Мб) -30% и внешнюю (430−615 Мб) — 10%.

Приводы CD-ROM высшего класса имеют скорость чтения для внутренней час-ти диска 12Х, массовые модели — 8−10Х. Скорость чтения внешней части достигает в некото-рых моделях 50Х.

Переход от режима CLV к режимам Р-CAV и CAV не потребовал от производи-телей особых затрат, так как максимальная частота вращения не увеличилась, и механическая часть, включая двигатель, не подверглась существенным изменени-ям. Поэтому цены на новые устройства, несмотря на значительно улучшенные па-раметры, остались на прежнем, весьма невысоком уровне.

Причем покупать лучше устройства со скоростями начиная от 24х. Несмотря на незначительный прирост реального быстродействия, только они поддерживают стан-дарт MultiRead, дающий возможность чтения перезапи-сываемых дисков CD-RW.

Появившиеся на рынке в 1997 году 24-скоростные CD-ROM работали по пол-ной CAV-технологии при частоте вращения диска 5000 об/мин., и скорость считы-вания данных у них лежала в пределах от 1,8 до 3,6 Мбайт/с. При 50-ти кратной скорости, как у самых новых накопи-телей, частота вращения достигает 12 тыс. об./ мин., что пока не используется даже в самых современных жестких дисках. Поток данных при этом составляет 7,2 Мб/с.

Однако шум, издаваемый приводом на таких скоростях не выдерживает никакой критики. Дошло до того, что некото-рые пользователи стали выбирать дисководы 24−32х. Пусть немного медленнее, зато тихо. Кроме того, появились специальные программы, позволяющие ограничивать скорость любого привода не более желае-мой.

Дисководы CD-ROM могут иметь различные интерфейсы. Подавляющее боль-шинство подключаются к обычному IDE выходу на материнской плате.

Несмотря на то что процесс установки привода CD-ROM с интерфейсом IDE весьма прост, стоит обратить внимание на следующие моменты. Как известно, лю-бой адаптер Enhanced IDE имеет два 40-контактных разъема, к кото-рым подключа-ются по два устройства: Primary Master и Slave и Secondary Master и Slave. По понятным причинам Primary Master — это всегда загрузочный жесткий диск (С:). Таким образом, привод CD-ROM может быть либо Primary Slave, либо Secondary Master, либо Secondary Slave. Итак, перед подключением кабелей питания, интер-фейса и аудио на задней стенке накопителя следует соответ-ствующим образом установить перемычки Master и SLave (но лучше всё же, подключить CD-ROM ко второму IDE, отдельным шлейфом).

2.2 Диски CD-R

Цены на средства записи компакт-дисков наконец снизи-лись (от 50 $), а это значит, что теперь даже частное лицо может попытаться выпустить небольшим тиражом свой диск.

Чтобы записать один-единственный компакт-диск, семь лет назад потребовались бы це-лая комната аппаратуры, два квалифицированных специалиста и восемь часов работы. Се-годня, имея компьютер с записывающим дисководом CD-R, можно сделать диск менее чем за час. Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптичес-кой записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. На CD-R, в частности, основана система Photo CD фирмы Kodak.

Назначение устройства CD-R — запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM и CD-RW. До недавнего времени они использо-вались в основном для создания и тиражирования аудио-, видеодисков и дистрибутивов программного обеспечения. Однако, если посмотреть на эти устройства с иной точки зре-ния, то оказывается, что накопители CD-R — идеальный выбор в качестве устройства для архивирования данных.

Если говорить о скорости чтения/записи, то накопители CD-R сильно проигрывают тра-диционным накопителям на жестких магнитных дисках, имеют примерно одинаковые воз-можности с JomegaZip с интерфейсом SCSIn значительно превосходят JomegaZip с интер-фейсом LPT.

Скорость записи для недорогих моделей составляет 32Х, скорость чтения — 42−50Х. Не слишком высокие скорости записи связаны с определенными техническими трудностями. В моделях более высокого класса скорость записи доведена до 40 -50Х. Получение более высоких скоростей сопряжено со значительными трудностями, так как резко возрастают требования к стабильности меха-нического тракта.

Скорость чтения/записи, безусловно, важный, но не единственный показатель, который определяет выбор накопителя для архивации данных. Не менее важна удельная стоимость одного мегабайта хранимых данных. И носители CD-R здесь вне конкуренции — при объеме в 650 Мбайт эти диски стоят в розницу около 0,4 $ за штуку, что дает рекордно низкую удельную стоимость одного мегабайта хранимых данных. Следует также отметить, что ком-пакт-диски более надежны при длительном хранении информации, чем магнитные носите-ли: последние весьма чувствительны к электромагнитным полям и ударным нагрузкам.

В любом компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и неотражающих участков. При записи CD-R сфокусированным мощным ла-зерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отра-жается от него и через подложку попадает на светочувствитель-ный датчик.

Хотя способы записи информации на обычные компакт-диски и на диски CD-R различны, результат мы имеем один и тот же — последовательность отражающих и неотражающих участков, которую может прочесть любой дисковод CD-ROM. При чтении диска на него направляет-ся маломощный лазерный луч, и светочувствительный датчик воспринимает после-довательность отраженных сигналов.

Еще один фактор, который необходимо учитывать, — режим записи. Существуют два ре-жима: односеансный и многосеансный. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без переры-вов. В многосеансном режиме данные записы-ваются за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде нескольких отдельных томов. Не все накопители CD-ROM способны читать диски, запи-санные подобным способом. Режим многосеансной записи позволяет записать часть дан-ных, остановиться, а затем продолжить запись.

Одно из достижений технологии записи CD-дисков — способ «записи пакетами» (Packet Writing). При использовании пакетной записи у пользователя создается полная иллюзия работы с обычным жестким диском: вы можете скопировать файл на диск, отредактировать или удалить его, создать еще несколько файлов на диске и т. д.

Для записи данных в пакетном режиме необходимо установить дополнительное про-граммное обеспечение — например, один из программных пакетов — Adaptec DirectCD или CeQuadrat PacketCD. При этом форматы пакетной записи Adaptec DirectCD и CeQuadrat PacketCD совместимы друг с другом — то есть диски, записанные с помощью одного пакета, могут быть прочитаны и дописа-ны с помощью другого.

При использовании этого режима, часть объёма лазерного диска становится недоступ-ной (остаётся около 550 Мб).

Данные, записанные в режиме Packet Writing на одном дисководе, не всегда будут читать-ся на другом. Так что об универсальности этого способа записи пока говорить не приходит-ся.

Одной из наиболее острых проблем, стоявших до недав-него времени перед разработчи-ками накопителей CD-R и CD-RW, была проблема возможной нехватки данных в буфере, приводящей к ошибке, именуемой Buffer Underrun. Причиной этой ошибки могут быть недо-статочная мощность компьютера или одновременное выполнение нескольких задач, из-за чего он не успевает доставлять в буфер такое количество данных, которое необходимо для обеспечения гладкой непрерывной записи. Ну, а результат хорошо известен тем, кто с Buffer Underrun сталкивался не понаслышке, — диск становится непригодным для записи.

Указанная ошибка по определению не может возникать, если объем записываемых дан-ных не превышает емкости буфера. Однако вряд ли разумно увеличивать объем буфера до 650 Мбайт. Другое решение проблемы — технология BURN-Proof, которая становится все более популярной у производителей устройств CD-R и CD-RW. Суть ее заключается в том, что, постоянно контролируя содержимое буфера, CD-рекордер может останавливать про-цесс записи, если объем данных в буфере резко падает (в типичном случае — до отметки 10% от макси-мальной емкости буфера). При этом устройство продол-жает запрашивать данные от компьютера и буфер может заполняться. Тем временем контроллер BURN-Proof определяет, где находится последний записанный сектор. Оптическая головка перемещает-ся в нужное место, и после заполнения буфера запись информации на диск возобновляется. Естественно, учитывается в технологии BURN-Proof и ограничение на расстояние между последним записанным и новым секторами. В соответствии со спецификациями «Оранжевой книги» оно не должно превышать 100 мкм.

Торговая марка BURN-Proof принадлежит японской компании Sanyo Electric. Она же зап-равляет и процессом авторизации накопителей других фирм, в которых реализована эта технология. Кроме того, Sanyo предпринимает усилия, чтобы BURN-Proof была включена в качестве стандарта в «Оранжевую книгу». Сегодня, уже все пишущие дисководы выпускают-ся по этой технологии.

Помимо уже перечисленных способов использования дисководов CD R/RW, последние позволяют также копировать CD носители, записывать аудио диски в формате CD-DA, а так-же CD-диски в других форматах: Hybrid CD, CD Extra, CD Text, Video CD и т. д. Естественно, все устройства CD-R/CD-RW могут работать и как обычные дисководы CD-ROM — то есть читать CD диски.

Здесь упоминаются CD-RW, т. к. все описанное выше (включая «запись пакетами») отно-сится и к ним.

Вообще, накопители CD-RW отличаются от накопителей CD-R лишь дополнительной воз-можностью (кроме записи на диски CD-R) записывать многократно перезаписываемые дис-ки CD-RW. Подробнее о них мы поговорим далее. Причем необходимо отметить, что сегодня накопители только CD-R (без возможности RW) уже практически не выпускаются.

2.3 CD-RW накопители на перезаписываемых дисках

Семь лет назад на компьютерном рынке появились накопители, которые дают возмож-ность работать с перезаписываемыми CD-RW (CD-ReWritable), известными также как CDE. Такие устройства позволяют заносить информацию на существующие недорогие компакт-диски с возможностью дозаписи (CD-R ценой около 0,4 $), а при использовании перезапи-сываемых CD-RW-дисков могут стирать старые данные и записывать вместо них новые. Емкость носителя CD-RW (стоимость около 1 $) составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.

CD-RW-привод автоматически распознает тип загружаемо-го носителя. CD-R-диски со-вместимы с более чем 600 млн. различных CD-ROM-носителей и плейеров звуковых ком-пакт-дисков, существующих сегодня в мире; они могут работать и в некоторых DVD-ROM-приводах (не во всех).

Диски CD-RW считываются только на современных уни-версальных CD-ROM-устройствах и DVD-ROM, рассчи-танных на работу с различными носителями (удовле-творяющих специ-фикации MultiRead).

CD-RW выпускаются и для IDE/ATAPI-интерфейса, и для SCSI. Все устройства обеспечи-вают режимы записи Track at Once и Disc at Once, многосеансовую запись (MultiSession), фиксированный и переменный пакетные режимы записи, а также все стандартные форматы записи компакт-дисков (в том числе и музыкальных).

Запись CD-R основана на «выжигании» лазером каждого бита информации на записыва-ющем слое. Соответственно изменяются отражающая способность диска, которую лазер-ный луч фиксирует при считывании.

Уровень записи (отражающая способность) в CD-RW определяется специальным комби-нированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись произво-дится при изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагре-вом переходит из кристаллического состояния в аморфное. Такой процесс называется фа-зовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW определяется изменением отражающей способности по-верхности. В связи с этим CD-RW-диски более «капризны», при чтении, так как изменение отражательных свойств у них намного меньше, чем у CD-R.

Совсем недавно дисководы CD-RW были очень дорогими, сегодня их цена снизилась до 80 долл.

Причинами популярности данных носителей информации можно считать единый стан-дарт, совместимость с CD-ROM, доступность дисководов и соответствующего ПО, доступ-ность компакт-дисков, длительный срок (до 10 лет) и низкая себестоимость хранения ин-формации.

В приводах CD-RW указывается три числа, как правило, в следующем порядке: первое — скорость записи, второе — перезаписи, третье — чтения. Но встречается и другой порядок. В этом случае руководствуйтесь следующим: самое маленькое значение соответствует скоро-сти перезаписи, среднее — скорости первоначальной записи, а самое большое — скорости чтения.

Серьезными конкурентами записываемых и перезапи-сываемых компакт-дис-ков могут стать пишущие устройства DVD, однако их широкое применение сдер-живается пока более высокими ценами.

Пока же, как вариант, пользователям предлагаются пишущие CD-R/RW приводы, с возможностью чтения ка CD так и DVD дисков. Стоят они лишь немного дороже, так что есть смысл, по крайней мере, если вы планируете просматривать на мони-торе или телевизоре DVD-фильмы (а все современные видеокарты имеют выход и на TV), именно такой привод.

3. Накопители DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW и др.

В конце 1997;го — начале 1998 года на рынке стали появляться диски и приво-ды DVD. Этот стандарт был создан с расчетом на то, чтобы заменить разные носи-тели сразу в нескольких областях — в индустрии видео, в сфере информационных технологий, в звуковых записях и даже, возможно в индустрии игровых картрид-жей. По замыслу разработчиков, это должен быть некий «универсальный» носи-тель, необычайно вместительный и надежный.

DVD (Digital VersatileDisk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск — тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма. Почти все уже уверены, что DVD скоро вытеснят как CD-ROM, так и обычные VHS-видеокассеты. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для вы-пуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя.

По размерам же диски CD и DVD абсолютно одинаковы — DVD лишь немного тоньше. Естественно, так же как и CD-диски, DVD производится в двух форм-фак-торах: 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма). Наиболее распростра-ненным, как и в случае с CD, скорее всего, будет форм-фактор 12 см — ведь именно на него рас-считано боль-шинство дисководов и DVD-плейеров.

В чем же заключаются различия между DVD и CD? В первую очередь у DVD-дисков меньший диаметр углублений, на дорожке они расположены с меньшим «шагом» и самих дорожек на диске гораздо больше. Использование насечек меньшего размера стало воз-можным благодаря применению лазера с меньшей длиной волны, посылающего более «плот-ный» луч. В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 нанометров, устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 или 635 нм, что позволя-ет покрывать лучом в два раз больше насечек на одной дорожке и в два раза больше дорожек. Кроме того, поверхность диска, отведенная для хранения данных, немного больше, чем у CD-ROM; DVD также предусматривает другой формат секторов и более надежный код коррекции ошибок. Все эти нововведения позволили достичь примерно в семь раз большей емкости дисков DVD, чем традиционных CD.

Но семикратный прирост емкости диска — это далеко не предел. Пожалуй, самое инте-ресное в спецификациях DVD — это возможность создания двухсторонних и двух-слойных дисков.

Двухсторонний диск делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм (половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два дис-ка тыльными сторонами и получить двухсторонний DVD. Правда, вам придется вручную пе-реворачивать его, но с развитием технологий DVD появятся приводы, способные читать обе стороны без вмешательства пользователя (вспомним те же самые трехдюймовые дисково-ды для floppy-дисков).

Технология создания двухслойных дисков чуть более сложна: данные записываются в двух слоях — нижнем и полупрозрачном верхнем. Работая на одной частоте лазер считывает данные с полупрозрачного слоя, работая на другой — получает данные «со дна»,

Всевозможные комбинации всех вышеперечисленных технологий породили довольно много типов дисков DVD.

Существуют односторонние (SS — Single Sided) и двухсторонние DVD (DS), однослойные (SL — Single Layer) и двухслойные (DL).

Стоит отметить, что вместимость двухслойных DVD-дисков не в два раза больше, чем у однослойных, как следовало бы ожидать, а немного меньше: чтобы минимизировать помехи, возникающие при прохождении луча лазера через внешний слой, минимальный размер уг-лублений на дорожках был повышен с 0,4 мм до 0,44 мм. Кстати, в результате немного повысилась скорость считы-вания информации с таких дисков.

С пользовательской точки зрения программы и данные записаны на диске в формате DVD-ROM аналогично традиционному диску CD-ROM. Для считывания таких дисков в компьютере должен быть установлен накопитель DVD-ROM, кото-рый внешне похож на привод CD-ROM, использует тот же интерфейс IDE (ATAPI) и точно так же устанавливается. Причем DVD-ROM может читать и старые CD-ROM, a также воспроизводить звуковые компакт-диски. Однако не все приводы DVD-ROM одинаковы, и, хотя технология DVD разработана сравнительно недавно, в продаже проходили уже несколько поколений накопителей DVD-ROM.

Дисководы первого поколения не были рассчитаны на чтение записываемых компакт-дисков CD-R и CD-RW (и, кстати, плохо читали некачественные диски CD-ROM), но дисководы DVD последующих поколений корректно работают уже со все-ми форматами. В общем же следует отметить, что скорость передачи данных у дисководов DVD-ROM первого поколения приблизительно девяти-кратная (по от-ношению к однократной скорости чтения CD-ROM), однако скорость вращения дис-ков у первых приводов DVD-ROM была только в три раза выше, чем у CD, так что диски CD-ROM они читали только на трех-кратной скорости. Основная масса со-временных приводов DVD-ROM читает диски CD-ROM уже на 40-кратных ско-рос-тях. Поэтому можно с большой уверенностью сказать — смена приводами DVD-ROM дисководов CD-ROM в ближайшем будущем несомненно произойдет. Неко-торые изготовители дисководов CD-ROM уже планируют прекратить их выпуск в пользу приводов DVD-ROM.

Все DVD-плейеры и компьютерные приводы должны читать двухслойные диски — этого требует спецификация. Все плееры и дисководы также проигрывают дву-сторонние диски, но, как правило, их надо переворачивать, так как двухголовочных моделей, которые могли бы воспроизводить обе стороны без переворачивания, пока нет, хотя практически все диски ранних выпусков —двусторонние, а двухслой-ная продукция распространяется только в последнее время.

Основные виды DVD дисков:

· DVD-5, 12cм, 4.7 Gb данных или свыше 2 часов видео, один слой на одной стороне.

· DVD-9, 12cм, 8.5 Gb данных или около 4 часов видео, два слоя на одной стороне.

· DVD-10, 12cм, 9.4 Gb данных или около 4.5 часов видео, на обоих сторонах по одному слою.

· DVD-14, 12cм, 13.24 Gb данных или около 6.5 часов видео, два слоя на одной стороне, один слой на другой.

· DVD-18, 12cм, 17 Gb данных или более 8 часов видео, на обоих сторонах по два слоя. Пока что слишком дороги в производстве, поэтому их очень мало.

4. Форматы DVD

4.1 DVD-R

Так назывался самый первый формат записываемого DVD, который появился на рынке. Разработчиком формата является Pioneer, он же и начал продвижение этого формата на рынок. Не смотря на это, DVD-R входит в семейство форматов официально поддерживаемых DVD Forum. DVD-R разрабатывался с оглядкой на очень успешный CD-R, поэтому имеет с ним много общего. Физически DVD-R диск это 80 или 120 миллиметровый оптический диск, толщиной 1.2 миллиметра. DVD-R диски могут быть только однослойными, но возможно создание двухсторонних дисков. Как и обычные DVD-ROM диски, DVD-R склеены из частей, 0.6 мм прозрачный защитный слой, потом слой с светоотражающим материалом, на которой и производиться запись, склеивающий слой, и такой же (0.6 мм) защитный слой, где может быть нанесён рисунок. Двухсторонние диски имеют два светоотражающих слоя, разделённые склеивающим слоем. Принцип по которому производится запись DVD-R точно такой же, как у его предшественника, CD-R. Отражающий слой меняет свои характеристики, под воздействием луча лазера повышенной мощности. Вообще, по большому DVD-R не несёт в себе ничего нового, технически это тот же CD-R, только рассчитанный на более тонкие дорожки (но формат в котором хранятся данные на диске, конечно же, совсем другой). Как CD-R, DVD-R одноразовый формат, диск записывается один раз и навсегда. Ну, не совсем навсегда. Pioneer утверждает, что созданные им DVD-R болванки способны сохранять записанную на них информацию в течении 100 лет.

При создании DVD-R самое пристальное внимание уделено совместимости с существующими DVD-ROM приводами. И это себя оправдало, до сих пор DVD-R остаётся самым совместимым форматом, записанные с его помощью диски читаются на максимально возможном количестве DVD-ROM, как компьютерных так и стационарных. Точных цифр нет, но по приблизительным оценкам около 85% когда-либо выпущенных DVD-ROM устройств способны читать DVD-R диски. Среди современных моделей это число ещё выше. На сегодня (лето 2002 года) это лучший результат среди всех форматов записи DVD.

Первый привод поддерживающий запись DVD-R выпущен Pioneer ещё в октябре 1997 года. Этот привод поддерживал спецификацию DVD-R версии 1.0, что означало запись с помощью 635 нм лазера на болванки объёмом 3.95 гигабайта. Это был вообще первый привод свободно доступный на рынке, поддерживающий запись DVD, и стоил совсем недетские 17.000 $. По сравнению с этой ценой болванки по 50 $ каждая, необходимые для записи на этом монстре, не казались слишком уж дорогими.

Следующим этапом стала версия 1.9, которая поддерживала запись дисков объёмом 4.7 гигабайта. Первый привод поддерживающий это нововведение появился в мае 1999 года, и стоил «всего» 5400 $ Излишне упоминать, что производителем привода был Pioneer.

Вскоре после этого появилась спецификация 2.0. В ней добавилась возможность защиты записанных дисков от копирования. Основана на записи порции информации в служебную область диска, но это совсем не то же самое, что оригинальная защита DVD дисков. Например, записывать CCE кодированные диски на DVD-R нельзя. По сравнению с 1.9, физические параметры записи в версии 2.0 не изменились, поэтому большинство (если не все) 1.9 приводы могут получить совместимость с 2.0, простой прошивкой firmware.

С целью завоевания новых рынков, начиная с спецификации 2.0 формат разделили на DVD-R For Authoring и DVD-R For General. Принципиальное различие между ними, это длина волны используемого лазера. В DVD-R (A) используется тот же самый 635 нм лазер, что и в первых DVD-R дисках. В DVD-R (G) используется 650 нм лазер. Это делает невозможным запись дисков одного формата на приводе другого формата. Хотя, конечно же, читать диски записанные другим форматом можно.

DVD-R (A) позиционируется как профессиональный стандарт, и является прямым наследником предыдущих DVD-R. С которыми имеет обратную совместимость. Например, болванки выпущенные по 1.0 и 1.9 спецификациям могут записываться на DVD-R (A) приводах. Из других существенных отличий, появившихся в этом варианте DVD-R, можно отметить поддержку Cutting Master Format (CMF). Это позволяет использовать DVD-R (A) диски в качестве мастер дисков для дальнейшей печати, вместо долго использовавшейся для этого DVL ленты. Это достигается возможностью использовать часть lead-in зоны диска для хранения DDP (Disk Description Protocol) заголовка. Впрочем, несмотря на CMF, возможность хранить защищённую CSS информацию на DVD-R (A) так и не появилась. Но всё равно, именно CMF позволяет позиционировать DVD-R (A) на профессиональный рынок.

DVD-R (G) позиционируется как формат для пользователя. Именно этот формат, обычно, имеется в виду когда говорится про DVD-R. Приводы работающие в этом формате могут писать только на специальные болванки, предназначенные для DVD-R General, и сделанные под 650 нм лазер. DVD-R диски изготовленные в соответствии с спецификациями 1.0 и 1.9 могут читаться, но не могут записываться. Не поддерживается CMF, поэтому DVD-R (G) диски не могут использоваться в качестве полноценных мастер дисков. С другой стороны, для домашнего пользователя это совсем не критично, ведь мало у кого в подвале стоит станок для штамповки DVD. Преимущество DVD-R (G) по сравнению с DVD-R (A) всего одно, зато исключительно важное. Моделей приводов поддерживающих DVD-R (что в 99.9% означает поддержку именно DVD-R (G)) достаточно много, и цены на них неуклонно падают. Уже сейчас можно приобрести DVD-R (G) привод по цене более чем в 10 раз (!) меньшей чем, например, DVR-S201 (самый популярный на сегодня привод для записи DVD-R (A) дисков). DVD-R (G) диски бывают на 4.7 гигабайта односторонние, и 9.4 гигабайта двухсторонние (по 4.7 гигабайта на сторону).

4.2 DVD-RW

После создания записываемых DVD-R дисков, логичным шагом стало создание перезаписываемых дисков. Так появился DVD-RW, в девичестве известный как DVD-R/W или DVD-ER. Разработчиком этого формата снова стал Pioneer, поэтому нет ничего удивительного в том, что DVD-RW построен на тех же принципах что и DVD-R (G). Используется такой же лазер, с длиной волны 650 нанометров, диски имеют одинаковый формат. Единственное отличие в покрытии. Так же как и в обычных CD-RW в качестве отражающего слоя используются материалы которые могут многократно менять свои свойства (отражающую способность) под воздействием лазерного луча разной мощности. DVD-RW диски физически представляют из себя 80 или 120 миллиметровый оптический диск, толщиной 1.2 миллиметра. Теоретически, возможно создание двухсторонних DVD-RW дисков, но на сегодняшний день мне таких примеров не известно. Объём односторонних DVD-RW дисков составляет 4.7 гигабайта. По утверждению производителей DVD-RW дисков, они могут перезаписываться не менее 1000 раз. Сейчас известны три вида DVD-RW болванок. Первоначально появилась 1.0 версия. Для предотвращения копирования защищённых CSS дисков, эти болванки имели заранее выдавленную lead-in область. Оборотным эффектом этого стали проблемы с проигрыванием таких дисков на некоторых стационарных плеерах. К счастью, такие диски продавались только в Японии.

Для решения проблем с совместимостью, появились DVD-RW диски версии 1.1. Так же как и 1.0, они имели заранее записанную lead-in область, для предотвращения копирования защищённого материала. Но, на этот раз область записывалась стандартными средствами, а не выдавливалась, благодаря чему плееры понимают такие диски гораздо лучше. Большинство DVD-RW дисков, которые сегодня можно встретить в продаже, относятся именно к версии 1.1

Для защиты содержимого DVD-RW дисков, в природе существует B версия стандарта 1.1 Обычно такие диски называют просто DVD-RW диски В-типа. От простых эти диски отличаются тем, что в служебной зоне привода (BCA) записан уникальный 64 битный номер (disk ID). С помощью этого номера содержимое диска шифруется по 56-bit C2 (Cryptomeria) алгоритму. При проигрывании такого диска сначала читается disk ID, потом с его помощью расшифровывается содержимое диска. В общем, похоже на CSS, только попроще. При копировании такого диска копируется только содержимое, но не уникальный disk ID, поэтому проиграть скопированное будет нельзя.

При создании DVD-RW дисков самое пристальное внимание уделялось совместимости формата с существующими DVD плеерами и приводами. Однако, совместимости сравнимой с тем что удалось достигнуть на DVD-R дисках не получилось. Причина этого точно та же, что с CD-RW дисками, которые не читаются на многих старых приводах. Отражающая способность материала используемого в перезаписываемых дисках меньше, чем у просто записываемых, и намного меньше чем у штампованных. Это и сбивает с толку старые приводы.

Первый DVD-RW агрегат представлен Pioneer в Японии, в декабре 1999 года. Он не имел никакого отношения к компьютерам, и являлся бытовым устройством, которое умело проигрывать DVD диски и копировать их, ничего более. Стоило это чудо около 2500 $, при цене пустой болванки в 30 $. Существовало несколько режимов записи, которые давали разное качество картинки. В зависимости от выбранного режима, процесс копирования диска занимал от 1 до 6 часов. Что бы не допустить разгула видео пиратов, для записи DVD-RW дисков использовался новый формат записи, названный DVD-VR (video recording). В результате, записанные диски не могли быть просмотрены на стандартном DVD плеере. Даже если физические характеристики плеера позволяли считывать данные с DVD-RW диска, то логика плеера не могла разобраться, что же такого считал привод.

Такая политика никак не способствовала популярности устройства, поэтому вскоре появилась новая версия формата. В ней предусматривалась возможность записи DVD-R (G) дисков, и использование обычного DVD видео формата записи. Что позволяло проигрывать записанные диски на обычных DVD плеерах. Записывающий DVD плеер с поддержкой новых функций выпущен в июне 2001 года и, опять таки, первоначально предназначался только для японского рынка.

Рынок компьютеров не был забыт, и в начале 2001 года Pioneer выпустил первый DVD-RW привод, DVR-A03, по цене немногим меньше 1000 $.

4.3 DVD-RAM

Не только Pioneer занимался разработкой стандартов записи на DVD, его партнёры по DVD форуму не дремали. Matsushita, в некоторых кругах известная как Panasonic, разработала стандарт под названием DVD-RAM. Этот формат вобрал в себя не только технологии традиционно используемые в оптических дисках. Некоторые решения используемые в DVD-RAM пришли в него из магнито-оптики. Принцип работы DVD-RAM, это phase-change технология, когда лазер нагревает поверхность диска, за счёт чего меняются свойства поверхности. Главной особенностью DVD-RAM дисков являются заранее, ещё при производстве выдавленные на диске метки, означающие начало секторов. На логическом уровне, главная изюминка DVD-RAM в том, что его можно отформатировать в вполне привычные файловые системы, такие как FAT32. DVD-RAM диски могут быть как одно так и двухсторонние. Первоначально объём DVD-RAM дисков составлял 2.58 мегабайта, но впоследствии был увеличен до 4.7. Ещё позже появились двухсторонние DVD-RAM диски, суммарный объём которых составлял уже 9.4 гигабайта. Для записи диск должен быть в картридже, и это ещё одно принципиальное отличие DVD-RAM дисков от всех остальных. Картридж представляет из себя коробку, размером 124.6×135.5×8.0 миллиметров, внешне похожую на используемые в МО дисках. Односторонние DVD-RAM диски продаются как вместе с картриджем, так и отдельно. Двухсторонние 9.4 гигабайтные диски продаются только в картриджах, причём зачастую картриджи намертво запаяны. Если извлечь DVD-RAM диск из картриджа, то есть возможность вставить его в обычный DVD-ROM привод. Впрочем, не стоит ожидать от этого многого, шансов на то что он будет там читаться не много. Совсем другое дело, если на приводе стоит логотип DVD multi. Как уже писалось, привод сертифицированный на такой логотип должен читать DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM диски. Но это не означает что такой привод обязательно должен иметь механизм для загрузки картриджа.

По утверждению производителей, DVD-RAM диск может быть перезаписан не менее 100.000 раз, и запись должна сохраняться на диске не менее 30 лет.

Первые DVD-RAM диски на рынке появились ещё в июне 1998 года, по ценам порядка 500 $ - 800 $, что выгодно отличало их от конкурентов из Pioneer, которые стоили вдвое — втрое больше. За это пользователи прощали DVD-RAM даже несовместимость с DVD. Теперь ситуация изменилась, и разница в ценах не достигает таких величин. Впрочем, DVD-RAM всё ещё остаётся очень привлекательным решением для пользователей которые хотят получить относительно недорогую систему резервного копирования достаточно большого объёма. И их не волнует совместимость с другими форматами.

4.4 DVD+RW

Кроме официально подержанных DVD форумом, некоторые несознательные члены консорциума разработали свой собственный формат. Возмутителями спокойствия стали такие фирмы как Philips, Sony, Hewlett-Packard, Dell, Ricoh, Yamaha, и некоторые другие. Несмотря на то, что большинство этих фирм входят в DVD форум, сам консорциум не имеет над ними никакой власти. Поэтому отсутствие официальной поддержки со стороны DVD форума не мешает существовать и развиваться DVD+RW.

Первоначально на свет появился DVD+RW формат версии 1.0. Он появился еще в 1997 году (реально доступные на рынке устройства, способные писать в этом формате, появились несколько позже), и предусматривал запись на диски емкостью 2.8 мегабайта 650 нм лазером. Первая версия стандарта не была совместима с DVD видео, поэтому в конце 1999 года её полностью вытеснила новая. Которая предусматривала запись 4.7 гигабайт на сторону, и стала настолько совместима с DVD-ROM и DVD видео, насколько этого удалось добиться разработчикам. Сложно сказать, насколько хорошо это получилось. В любом случае, ситуация с совместимостью не хуже чем у DVD-RW дисков, и несколько хуже чем у DVD-R. Причиной этого как и с DVD-RW, является более низкая отражающая способность перезаписываемого слоя, с чем не могут справиться некоторые читающие приводы. Для записи используется та же технология, что и в CD-RW дисках, поэтому принципы на которых построен DVD+RW идентичны тому, что используется в DVD-RW. Разница между ними в формате записи, который используется. Так, например, DVD+RW диски поддерживают запись в несколько приёмов. Благодаря более точному позиционированию лазера и степенью контроля над ним в процессе записи, DVD+RW позволяет перезаписывать любую часть содержимого диска прямо наверх, не стирая старого содержимого. Это же позволяет осуществить и уникальную коррекцию ошибок при записи, плохо записавшийся сектор просто перезаписывается наверх, заново. Кроме этого, DVD+RW поддерживает более совершенный контроль ошибок, по сравнению с DVD-RW. Ещё одним свойством DVD+RW приводов является поддержка CD-R и CD-RW. В принципе, этим сейчас никого не удивишь, большинство приводов пишущих DVD-RW тоже могут похвастаться такой поддержкой, но только у DVD+RW такая поддержка оговорена в качестве обязательного элемента.

Кроме компьютерных приводов, в конце 2001 года такие фирмы как Philips и Hewlett-Packard объявили о выпуске бытовых записывающих DVD плееров, по ценам порядка 600 $

4.5 DVD+R

В отличии от Pioneer, который пошёл более логичным путём, создав сначала записываемый, а потом перезаписываемый формат, DVD+R появился только в середине этого года. DVD+R построен точно на тех же принципах, что и DVD+RW. Единственное отличие, для отражающего слоя используется материал сходный с используемым на простых CD-R. Из недостатков DVD+R перед DVD+RW можно отметить, на них не будет работать коррекция ошибок, основанная на простой перезаписи сбойного сектора «наверх». Зато DVD+R диски должны легче читаться на стационарных плеерах и простых DVD-ROM, за счет более высокой отражающей способности записываемого слоя.

Не смотря на обещания производителей, им не удалось добиться полной преемственности стандартов, режим лазера необходимый для записи на DVD+R не предусмотрен на старых DVD+RW приводах. Простой прошивкой это не исправишь, поэтому многие уже выпущенные DVD+RW приводы никогда не смогут писать на DVD+R.

5. HD DVD или Blu-Ray — война форматов

Два новых и несовместимых друг с другом формата DVD повышенной плотности обязаны своим появлением телевидению высокой четкости, для записи программ которого недостаточно емкости обычных DVD (4,7 Гбайта

— однослойный и 6,5 Гбайта — двуслойный диск). Тем не менее, пока трудно понять, какой же из двух форматов, HD DVD или Blu-Ray, станет доминирующим на рынке, ведь у обоих форматов есть сторонники из числа крупнейших мировых производителей оптических носителей, бытовой и компьютерной техники.

Оба новых формата используют сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, в то время как в совре-менных DVD-приводах для записи и чтения применяется красный лазер с длиной волны 650/635 нм. Более короткая волна обеспечивает меньший диаметр светового пятна от лазерного луча и, следовательно, более высокую плот-ность записи. Принципиальное отличие HD DVD от Blu-Ray заключается в том, что в HD DVD сохранена физи-ческая структура диска DVD, в то время как в Blu-Ray применяются диски с новой структурой и используется иная технология записи.

Диски формата HD DVD, продвигаемого на рынке, прежде всего, компаниями Toshiba и NEC, имеют стандартную для DVD толщину 1,2 мм и защитный слой толщиной 0,6 мм. Для считывания данных с таких дисков применяется линза с числовой апертурой 0,6, как и линза для чтения обычных DVD.

Hосители Blu-Ray, главными адептами которых являются Sony и Matsushita Electric Industrial, имеют иную структуру: толщина защитного слоя составляет всего 0,1 мм, а для чтения данных применяется линза с увеличенной до 0,85 числовой апертурой. Из-за увеличения апертуры система становится более чувствительной к отклонениям во взаимном расположении лазерного луча и диска, что повышает вероятность «перескакивания» луча на соседние дорожки.

Именно поэтому было решено уменьшить толщину защитного слоя, что привело как к отрицательным, так и к положительным результатам. Прежде всего, механика дисковода для считывания BD-DVD должна быть более прецизионной и, следовательно, более дорогой в производстве. Тонкий защитный слой делает диски более уязвимыми к механическим повреждениям, поэтому первые Blu-Ray выпускаются в защитных картриджах, хотя в будущем планируется отказаться от картриджей. К плюсам можно отнести повышенную емкость дисков и уменьшение перекрестных помех в поликарбонатном защитном слое, что позволяет снизить требования к точности механизма, порожденные увеличенной апертурой объектива.

В настоящее время предусмотрены несколько вариантов дисков для каждого конкурирующего формата. В спецификациях Blu-Ray предусмотрены три типа однослойных дисков, объемом 23,3; 25,3 и 27 Гбайт, и три типа двуслойных дисков, объемом 46,6; 50 и 54 Гбайта.

В настоящее время завершается работа над окончатель-ными спецификациями четырех разновидностей дисков Blu-Ray: перезаписываемых BD-RE (уже выпускаются серийно), BD-R с возможностью однократной записи, BD-ROM с заводской записью и компьютерных «штампованных» дисков BD-Data. При записи используется принцип постоянной линейной скорости (CLV), а максимальная скорость потока информации составляет 36 Мбайт/с.

Диски HD DVD имеют две разновидности — объемом 15 и 20 Гбайт, хотя разработчики намерены в обозримом будущем представить двуслойные диски с удвоенной емкостью. Предусмотрены три типа носителей HD DVD: HD DVD-ROM с заводской записью, перезаписываемые диски HD DVD-RW и диски HD DVD-R с возможностью однократной записи.

Как несложно заметить, главное преимущество формата Blu-Ray заключается в большей емкости, достигающей 54 Гбайт. Достоинство же HD DVD, как утверждают главные сторонники этого формата, компании Toshiba и NEC, в том, что их можно выпускать на существующем оборудовании для производства DVD. Благодаря этому снижается себестоимость дисков, ведь для их выпуска не нужно приобретать новое оборудование, поэтому HD DVD могут стоить почти столько же, сколько и обычные DVD.

Для чтения HD DVD и Blu-Ray требуются различные оптические системы, поэтому универсальный проигрыватель был бы слишком сложным и дорогим устройством. По всей видимости, мы скоро станем свидетелями того, возьмет ли здравый смысл верх над амбициями крупных корпораций.

6. Перспективные разработки

6.1 AHD, HVD, AO-DVD, DMD

Уже сейчас, когда новые стандарты только собираются выйти на рынок, появляются сообщения о разработке новых форматов, обладающих фантастической ёмкостью. Чаще всего до появления хотя бы прототипов далеко, пока что оформляются патенты.

Возьмем, например, проект компании Colossal Storage Сorporation, связанный с созданием 3,5-дюймовых дисков Atomic Holografic Disk ёмкостью 10 Терабайт! Звучит как сказка, причём вполне может сказкой и остаться.

Ещё один интересный проект предложен HVD Альянсом, в который вошли CMC Magnetics, Fuji Photo Film и ряд других компаний. Это разработка голографических дисков Holografic Versatile Disc (HVD). Ёмкость такого диска — от 100 до 1000 Гигабайт. Главный секрет — использование не одного луча лазера, а сразу миллиона! Скорость чтения при этом может достигать 1 Гбит в секунду.

Совсем похожим на уже созданные форматы является разработка корпорации New Medium Enterprises, которая собирается предоставить оптический диск Versatile Multilayer Disc (VMD), способный вместить 20 Гбайт и использующий обычный красный лазер. Просто это четырёхслойный диск. Первые приводы и диски должны поступить в продажу уже в этом году, но, скорее всего, дальше Азиатского региона они не выйдут, так как являются чисто переходным явлением.

Компания Iomega недавно запатентовала технологию Articulated Optical Digital Versatile Disc (AO-DVD), позволяющую увеличить емкость стандартного DVD диска в 40 — 100 раз, а скорость считывания данных — в 5−30 раз. При этом стоимость новых оптических дисков останется столь же невысокой, что и у привычных DVD. В патенте США № 6 879 556 описывается методика хранения данных на оптическом диске с беспрецедентно высокой плотностью и способ ее технической реализации. Iomega предполагает запатентовать целый ряд технологий в этой области.