Лазерный оптический диск. Оптические диски в хранении и пользовании

15.05.2019

Оптические накопители предназначены для чтения и, как правило, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit -ямка , углубление ). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD, DVD, Blu-ray.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory , компакт-диск только с возможностью чтения ) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. Первые диски использовали формат «Красной книги», при котором время звучания одной кассеты составляло 74 минуты 33 секунды, что соответствует времени звучания 9-й симфонии Бетховена, очень популярной в то время в Японии. Частота выборки звучания сигнала составляет 44 Кгц для стереозвука и разрядность 16 бит. Они имели емкость 650 мбайт и позволяли хранить 75 минут музыки (начиная с 200 годов появились диски с более тонкими дорожками для записи, что позволило учеличить емкость до 700 Мбайт с записью 80 минут музыки). CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

Как правило, накопитель CD-ROM поддерживает режимы: Audio CD, Music Disc, Super Audio CD, CD-ROM (mode 1 & mode 2), CD-ROM/XA (mode 1, form 1 & form 2), Super Video CD, CD-Text, Video CD, CD-I/FMV, Photo-CD (Single & multisession), CD-i и другие. Первые накопители могли работать только с определенными форматами, но со временем со всеми форматами. Поэтому пользователю знать формат не обязательно. Как правило, достаточно знать, что существуют аудио, видео диски и диски с программами (или текстом).

Далее был разработан стандарт «Желтой книги», в котором имеется заголовок, при помощи которого определяется тип диска: музыкальный или программный. Музыкальный формат был уже хорошо разработан, а программный формат каждая фирма-производитель определяла сама. В силу быстрого развития этой технологии, разнобой в стандарте не мог долго продолжаться, поэтому возник рекомендательный стандарт High Sierra, на основе которого вскоре появился стандарт ISO 9660. По этому стандарту на диске имеется оглавление и область данных. Первая дорожка содержит параметры синхронизации привода и диска между собой, далее идет оглавление, в котором описание каждого файла содержит прямой адрес на диске.

Существует три вида таких дисков:

CD - ROM диск записывается обычно промышленным образом, и в дальнейшем его можно только читать. Имеет размеры 120х1.2 мм, имеет емкость 650-879 Мбайт. Срок службы 10-50 лет. Такие диски часто поставляются с устройствами для компьютера, на них находится программное обеспечение, бывают музыкальные диски и пр.

CD - R диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяют записывать на них один раз информацию.

CD - RW диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяет не только записывать на них информацию, но и дозаписывать ее, также стирать ранее записанные данные и записать новые.

Для работы с ними использовались CD -накопители, которые имеют несколько видов:

CD - ROM накопитель позволяет только считывать CD диски. Одной из важнейших характеристик данного устройства является скорость считывания информации. Обычная (однократная) скорость соответствует скорости считывания аудиодисков, что составляет 150 кб/сек. Затем появились CD-ROM с 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 24, 32, 36, 40, 52 кратной скоростью. Скорость передачи данных соответственно является кратной величине 150 кб/сек. Например, для 40-кратного накопителя она будет равна 40х150=6 000 Кб/сек, причем здесь указывается максимальная скорость, которая равна или ниже у разных видов накопителей, что зависит от компании-производителя. Привод с шестикратной скоростью позволяет обеспечить вывод видео с частотой кадров 25 кадров в секунду и выше, что достаточно для просмотра на экране. Диски для работы с этим устройством иногда называют также компакт-дисками (это понятие включает в себя также и диски CD-R, CD-RW) или CD-ROM дисками (Compact Disk - компакт-диск; смотри рисунок ниже).

CD - R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, но также позволяет однократно записывать CD-R диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная.

В таких устройствах лазерный луч выжигает на поверхности диска канавки, при этом отражающие свет участки называются «лэндами», а неотражаемые участки – «питами». Сочетание этих участков и позволяет закодировать информацию в двубитовом представлении.

CD - RW (Compact Disc-ReWritable) накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, однократно записывать CD-R диски, но и записывать и дозаписывать, а также перезаписывать записанные ранее CD-RW-диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная. Могла быть также скорость дозаписи.

CD-RW устройство работает по-другому принципу, то есть при записи на них луч не выжигает, а переводит подложку в аморфное состояние, что позволяет установить другой отражающий эффект. Поэтому они могут записывать данные многократно. Однако диски рассеивают информацию хуже, чем стандартные CD-ROM диски, поэтому их не всегда удается прочитать на стандартных носителях.

Чем больше устройство имеет возможностей, тем больше оно имеет ограничений. Чем проще диски, тем больший отражающий эффект они имеют. Самый лучший отражающий эффект имеют CD-ROM диски, которые могут читаться в CD-ROM, CD-R и CD-RW накопителях.

В 1996 году появились DVD -диски (Digital Versatile Disc - цифровой универсальный диск, первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Сейчас никак не расшифровывается), которые имели емкость 4.7 Гигабайт за счет уплотнения дорожек с записью, то есть в 7 раз больше емкости CD-ROM дисков. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Однако, существуют диски, у которых на одной стороне находится два слоя и они имеют емкость 8.5-8.7 Гигабайт (они могут иметь название DVD 9, цифра означает округленную емкость), существуют диски с одним слоем, но с записью на двух сторонах емкостью 9.4 Гигабайт(они могут иметь название DVD 10), двухслойные и двухсторонними емкостью 17.08 Гигабайт(они могут иметь название DVD 18).

Стандарт для записи на диск разрабатывался двумя путями, один стандарт под названием MMCD разрабатывали компании Philips и Sony, второй под названием Super Disc – Toshiba и несколько других. Поэтому возникло два формата для записи данных – DVD-R и DVD+R. Эти форматы близки друг к другу, однако, плюсовой формат лучше использовать, так как при перезаписи он требует меньше времени, а записанные данные имеют меньшее количество ошибок. Соответственно имеется и два формата перезаписываемых дисков DVD-RW и DVD+RW.

Для работы с DVD используются DVD-накопители, которые имеют несколько видов:

DVD - ROM накопитель позволяет только считывать как DVD так и CD-диски. Одной из важнейших характеристик данного устройства являетсяскорость считывания информации. Кратность за единицу принята как 1.32 Мбайт/сек, что в 9 раз быстрее скорости CD. Они имеют разные скорости считывания CD и DVD дисков, которая указывается в руководстве к устройству.

DVD - R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, все виды DVD дисков, а также позволяет однократно записывать CD-R диски и DVD+R и DVD-Rдиски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная, причем скорость указывается отдельно для дисков CD, так и для дисков DVD и соответственно отдельно для дисков DVD-R и DVD+R.

DVD - RW накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать все виды CD и DVD диски и их записывать. Указываются скорости чтения и записи отдельно для CDдисков, DVD-R, DVD+R, DVD+R DL, DVD-R DL, DVD+RW, DVD-RW,DVD+RW DL, DVD-RW DL, то есть те операции, которые может проводить накопитель. Зжесь также лучше использовать плюсовой формат, так как минусовой формат требует сначала стереть информацию, а потом записать, а плюсовой формат позволяет перезаписывать данные в реальном режиме времени.

Стандарт Blu - ray Disc (BD ) (blue ray - синий луч и disc - диск; написание blu вместо blue - намеренное) был разработан консорциумомBDA, выпущен в 2006 году. У данного стандарта был конкурент – HD DVDкомпании Toshiba, однако, эта компания отказалась от дальнейшей поддержки HD дисков в 2008 году после "войны форматов". Скорость считывания информации (однократная скорость) составляет 4.5 Мб/с.

Накопители для этих дисков бывают Blu - Ray только для чтения дисков, которые позволяют проводить чтение и запись всех видов дисков CD иDVD, а также только читать BD-диски. Соответственно Blu - Ray RE позволяют не только читать, но и записывать все виды дисков CD, DVD иBD-диски (однослойные, для многослойных нужно ознакомиться с инструкцией).

Чтобы вставить CD или DVD диск в привод, нажмите вначале на кнопку на передней панели привода (рисунок ниже). При этом из привода выдвигается лоток, в который нужно положить диск в специальное углубление для него рабочей поверхностью, на которой находятся данные, вниз, или рисунком вверх.

В оптическом накопителе имеется отверстие для аварийного выдвижения лотка, если он не выдвигается. Для этого нужно вставить тонкий стержень, например, спрямленную скрепку, и надавить на него.

Для загрузки диска нужно:

Включить компьютер;

Нажать кнопку открытия лотка, при этом он выдвигается;

Положить диск надписью вверх на лоток;

Повторно нажать кнопку открытия лотка. Лоток задвигается, после чего можно начинать работу.

Основные характеристики привода :

Тип: внутренний или внешний . Внутренний привод вставляется в системный блок. Внешний имеет корпус прямоугольной формы, подключается к параллельному порту (в старых компьютерах), USB (в современных) и имеет провод, соединяемый с электросетью. Существует также внешний вариант для переносных компьютеров, подключаемый при помощи разъема PCMCIA;

- скорость передачи данных (Data Transfer Rate, DTR), соответственно указывается как двухскоростной, четырех-, тридцати двух- и т.д.;

- объем буферной памяти (Buffer Memory). Кэш-память представляет собой микросхемы оперативной памяти, которая располагается на плате накопителя. Они дают преимущества, поэтому чем больше объем, тем лучше;

- среднее время между поломками (Mean Time Between Failure, MTBF). Данная характеристика имеется у многих устройств, однако не везде описывается;

- тип интерфейса или шины, к которому подключается;

- среднее время доступа (Access Time, AT). Оно у CD-ROM накопителей больше, чем у жестких дисков, что определено принципиальными различиями в конструкции накопителя, и различается в десятки раз, причем чем больше кратность, тем меньше время доступа. Так, у 4-кратного накопителя оно примерно равно 150, а у 32 – 80 мс. Это значение можно узнать из паспорта устройства;

- коэффициент ошибок (Error Time);

- перечень поддерживаемых форматов .

Могут быть также другие параметры, такие, как уровень шумов, вибрации. Кроме того, при покупке нужно посмотреть, мягко ли движется лоток и прочно ли он удерживается в открытом виде.

Подключается устройство при помощи двух кабелей: питания и информационного. Существует три вида накопителей: подключаемых к шине SCSI, к шине IDE или разъему SATA. Лучше иметь накопитель, подключаемый к разъему IDE, если это поддерживает материнская плата. Так как обычно разъемов SATA мало и, если нужно установить несколько оптических или накопителей для жестких дисков, то может возникнуть проблема с наличием свободного разъема.

Ниже описано подключение именно к такой шине. Оптические накопители могут подключаться вместе с жестким диском. Информационный кабель состоит из 40 жил (показан на рисунке выше) и имеет три штекера. Один подключается к контроллеру жестких дисков (на старых платах) или непосредственно к материнской плате (см. также описание плат и жесткого диска). Второй к оптическому накопителю и третий - к дисководу жестких дисков. Не забудьте, что край кабеля, маркированный красным цветом, при подключении штекера должен находиться около маркировки 1, 2, которые обозначают первые жилы провода, противоположный конец - около цифр 33 и 34. Второй кабель питания должен подключаться к маркировке, указанной сверху от штекера, то есть красный (5v), черный, черный и желтый.

При работе с дисками необходимо выполнять следующие правила :

Не трогайте рабочую поверхность, иначе на ней могут остаться жировые следы пальцев;

Берите диск за внешние края, можно брать за края центрального отверстия;

Очистка диска производится от центра диска к внешнему краю мягкой сухой тряпкой. Нельзя использовать сильные растворители такие как, ацетон, моющие средства, антистатические аэрозоли;

Храните диски в специальной коробочке или конверте для дисков;

Не сгибайте диск;

Не пишите на рабочей поверхности диска;

При хранении диска избегайте попадания на него солнечных лучей, а также сильного нагрева, что может привести к короблению диска.

Установка накопителя . Чтобы установить данное устройство, нужно:

Выключить компьютер;

Снять защитную крышку системного блока;

Вставить дисковод в направляющие системного блока. После установки обязательно завинтите винты по бокам устройства. Иногда для того, чтобы добраться отверткой и закрутить винты, может потребоваться снять другие устройства. После этого подключите провода, как это описано выше, и установите защитную крышку, включите компьютер и проверьте работу накопителя.

Носители информации – материал, который предназначен для записи, хранения и последующего воспроизведения информации.

Носитель информации - строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации.

Носитель информации – это физическая среда, в которой она фиксируется.

В роли носителя могут выступать бумага, фотопленка, клетки мозга, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски или ячейки памяти компьютера. Современная техника предлагает все новые и новые разновидности носителей информации. Для кодирования информации в них используются электрические, магнитные и оптические свойства материалов. Разрабатываются носители, в которых информация фиксируется даже на уровне отдельных молекул.

Все машинные носители делятся на:

1. Перфорационные – имеют бумажную основу, информация заносится в виде пробивок в соответствующей строке и столбце. Объем информации – 800 бит или 100 Кб.

2. Магнитные носители – в качестве них используются гибкие магнитные диски и кассетные магнитные ленты.

3. (компакт-диски) – это металлизированный пластиковый компакт-диск, диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. На одной из его сторон нанесен светоотражающий алюминиевый слой, который покрыт защитным лаком для предотвращения повреждений. Запись и считывание информации производится лазерным лучом на дорожке, идущей по спирали от центра.

Оптические носители информации – (компакт диски) это металлизированный пластмассовый диск, диаметром 120 мм. И толщиной 1,2мм. На одной из его сторон нанесен светоотражающий алюминиевый слой, который покрыт защитным лаком для предотвращения повреждений. Запись и считывание информации производится лазерным лучом на дорожке, идущей по спирали от центра.

Виды оптических дисков:

1. CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – компакт-диск, без возможности записи информации.

2. CD-R (Compact Disk Recordable) – компакт-диск с возможностью однократной записи информации.

3. CD-RW (Compact Disk Rewritable) – компакт-диск с возможностью многократной записи информации.

4. DVD (Digital Versatile Disk) – цифровой многослойный диск для записи больших объемов информации (до 18 Гб).

ДОСТОИНСТВА: Надежность. Возможность записи больших объемов информации. Неизнашиваемость.

Компакт-диск (Compact Disk, CD) – это диск диаметром 120 мм (4,75 дюйма) или 80 мм (3,1 дюйма) и толщиной 1,2 мм. Глубина штриха равна 0,12 мкм, ширина – 0,6 мкм. Штрихи расположены по спирали, от центра к периферии. Длина штриха – 0,9–3,3 мкм, расстояние между дорожками – 1,6 мкм. Компакт-диски состоят из трех-шести слоев. Стандартный пятидюймовый диск может содержать 650–700 Мбайт информации, 74–80 минут высококачественного стереозвука с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной оцифровки 16 бит или огромное количество звука в формате MP3. На трехдюймовые диски помещается около 180 Мбайт информации. Иногда встречаются диски, называемые «визитной карточкой» (business card). По внешнему виду и размеру они напоминают визитную карточку, а фактически являются трехдюймовыми дисками, обрезанными с двух сторон. На такой компакт-диск записывается от 10 до 80 Мбайт.

В конце 1970х компании Sony и Philips начали совместную разработку единого стандарта оптических носителей информации. Philips создала лазерный проигрыватель, а Sony разработала технологию записи на оптических носителях информации. По предложению корпорации Sony размер диска был равен 12см, т.к. данный объем позволял записать целиком Девятую симфонию Бетховена. В 1982 в документе, названном Red Book (Красная книга), был опубликован стандарт обработки, записи и хранения информации на лазерных дисках, а также физические параметры диска, т.е.: 1. Физический размер диска. 2. Структура диска и организация данных. 2. Запись данных единым потоком от центра к периферии. 3. Чтение данных с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity, CLV).

Все данные на диске разделены на фреймы (frames). Каждый фрейм состоит из 192 бит для музыки, 388 бит для данных модуляции и коррекции ошибок и одного контрольного бита. 98 фреймов составляют один сектор (sector). Секторы объединяются в дорожку (track). На диске может быть записано максимум 99 дорожек.

Во время записи и считывания информации при перемещении луча лазера от центра к периферии скорость вращения диска ↓. Это необходимо для обеспечения возможности считывать и записывать один и тот же объем информации за одно и то же время. Поэтому без применения технологии CLV при воспроизведении, например, музыкальных произведений, происходило бы изменение скорости исполнения.

Из-за относительно небольшого размера лазерных дисков по сравнению с виниловыми пластинками их стали называть компакт-дисками, или сокращенно CD (Compact Disk). Первые компакт-диски предназначались для записи и воспроизведения музыки и позволяли хранить до 74 минут высококачественного стереозвука. Стандарт таких дисков был назван CD-DA (Compact Disk Digital Audio – компакт-диск цифрового аудио).

С развитием компьютерной индустрии появилась потребность в технологии, позволяющей хранить на компакт-дисках не только цифровой звук, но и различные данные. Компьютерные программы не могли поместиться на дискетах, а объемы пользовательских файлов становились все больше и больше.

В 1984 был опубликован стандарт, названный Yellow Book (Желтая книга). Компании Sony и Philips реорганизовали структуру компакт-дисков и стали применять новые коды коррекции ошибок – EDC (Error Detection and Correction) и ECC (Error Correction Code). Основной единицей размещения данных стал сектор. Один сектор содержит: 12 байт для синхронизации, 4 байта для заголовков, 2048 байт для данных пользователя и 288 байт для коррекции ошибок. Для считывания компьютерных данных была разработана технология CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость). Технология CAV позволяет считывать информацию с диска быстрее, чем технология CLV, так как при перемещении луча лазера от центра к периферии поток данных увеличивается. Современные приводы компакт-дисков поддерживают обе технологии. Компьютерные лазерные диски были названы CD-ROM – Compact Disk ReadOnly Memory (дословно – «память только для чтения на компакт-дисках»). В конце 1990-х привод компакт-дисков стал стандартным компонентом любого компьютера и подавляющее большинство программ стали распространяться на компакт-дисках.

Потребительский рынок стремительно расширялся, объемы производства возрастали, и крупнейшие производители занялись разработкой технологии, позволяющей пользователю самостоятельно записывать любую информацию на компакт-диск. В 1988 году компанией Tajyo Yuden был выпущен первый в мире CD-R (Compact Disk Recordable – записываемый компакт-диск). Самой большой трудностью, с которой столкнулись разработчики записывающих приводов компакт-дисков, – это поиск материалов, имеющих высокую отражающую способность. Компания Tajyo Yuden с успехом справилась с поставленной задачей. Сплав золота и цианина, который они использовали для производства таких приводов, обладал отражающей способностью свыше 70 %. Этой же компанией был разработан метод нанесения активного органического слоя на поверхность диска, а также технология разделения диска на дорожки.

Диски DVD, DVD-R, DVD-RW, CD, CD-R, и CD-RW производятся различными фирмами: AMD, Amedia, Digitex, HP, Imation, MBI, Memorex, Philips, Smartbuy, Sony, TDK, Verbatim.

Строение DVD.

В декабре 1995 года 10 компаний, объединившихся в союз DVD Consortium, официально объявили о создании единого унифицированного стандарта – DVD. Аббревиатура DVD сначала расшифровывалась как Digital Video Disc (Цифровой видеодиск), но впоследствии ее значение было изменено на Digital Versatile Disc (Цифровой двухсторонний диск). Диск был полностью совместим со стандартами Red Book (Красная книга) и Yellow Book (Желтая книга). DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция. Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя.

Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.

Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40 % и необходимой прозрачностью. DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм.

Спецификация компакт-дисков не предусматривает никакого механизма защиты от копирования - диски можно свободно размножать и воспроизводить. Однако начиная с 2002 года, различные западные звукозаписывающие компании начали предпринимать попытки создать компакт-диски, защищённые от копирования. Суть почти всех методов сводится к намеренному внесению ошибок в данные, записываемые на диск, так, чтобы на бытовом CD-плеере или музыкальном центре диск воспроизводился, а на компьютере - нет. В итоге получается игра в кошки-мышки: такие диски читаются далеко не на всех бытовых плеерах, а на некоторых компьютерах - читаются, выходит программное обеспечение, позволяющее копировать даже защищённые диски и т. д. Звукозаписывающая индустрия, однако, не оставляет надежд и продолжает испытывать всё новые и новые методы.

Так же существуют магнитооптические диски : FLOPTICAL = FLOPPY (дискета) + OPTICAL.

Поверхность магнитооптического диска покрыта специальным материалом, свойства которого меняются под воздействием температуры и магнитных полей. Все эти диски отличаются друг от друга диаметром и количеством работающих поверхностей. Объем информации – до 10 Гб.

Восстановление оптических дисков

1. Исследовательская часть

1.1 Некоторые моменты истории

Все вещи, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, имеют свою увлекательную историю. Привычный для нас оптический диск появился в 1958 году. На долгое время, определив развитие оптических накопителей информации, таких как CD, DVD и с недавнего времени и дисков Blu-Ray формата. Сначала оптический диск использовали для видеозаписей. Со временем был придуман диск, который стали использовать в качестве носителя для музыкальных файлов.

Несмотря на то, что первые диски CD формата поступили в продажу в далеком 1982 году, они по сей день используются для записи музыкальных файлов. Для записи фильмов активно используется формат DVD.

1.2 Виды оптических дисков

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. 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).

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

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.

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.

.3 Устройство оптического диска

По своему строению CD-R диск напоминает слоеный пирог, «начинка» которого состоит из активного, отражающего и защитного слоев, которые последовательно наносятся на основу из поликарбоната - пластиковый кружок с отверстием для фиксации на шпинделе читающего привода. При этом основа CD-R диска ничем не отличается от той, что применяется в технологии изготовления компакт-дисков литьем: характеристики пластмассы должны быть таковы, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировался и не вызывал разрушения диска.

Активный (или регистрирующий) слой - слой, на котором, собственно, и происходит запись информации, т.е. именно он подвергается воздействию лазерным лучом, который «прожигает» (burn) питы (pits), кодирующие информацию (логические нули и единицы). Иными словами, во время записи активный слой под воздействием лазерного луча меняет свою структуру, а последующая необратимость изменения активного слоя - суть есть надежность хранения информации. Одним из типов активных слоев, широко использующимся на сегодняшний день, является цианин (cyanine). Цианин является изначальным типом на который ссылается стандарт Orange Book и широко используется.

1.4 Многократно-записываемые диски (CD-RW)

Отличие таких дисков от CD-R заключается в устройстве регистрирующего слоя. Промежуточный слой специального органического материала может пребывать либо в аморфном, либо в кристаллическом виде. Аморфные вещества имеют особенность кристаллизоваться со временем. Как бы мы ни хранили CD-RW, через несколько лет запись будет безвозвратно утеряна. К тому же такие диски легко могут быть стерты простым нагреванием.

Структура DVD дисков

Принцип записи DVD-диска не сильно отличается от принципа записи CD-диска. Основой записи и хранения данных на дисках DVD-RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке.

Принцип записи на DVD-диск

Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал. Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации. Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. Таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.

.5 Стирание с DVD-диска

Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т. Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени, достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации.

.6 Достоинства оптических дисков

Преимущества оптических дисков, можно отнести: относительно большой объём, простота использования, распространённость, небольшая стоимость, стойкость к магнитным воздействиям.

1.7 Недостатки оптических дисков

К недостаткам пожалуй можно отнести - не стойкость к механическим повреждениям (царапины, ультрафиолет, температура…).

1.8 Трудности при проектировании устройства

Основными проблемами устройства, которые нужно решить, являются:

Подобрать подходящие мощности электромоторы

При трении пластик забивает поры губки, чтоб этого избежать нужно губку смачивать водой.

1.9 Альтернатива

Компания Sanwa Supply предложит весьма своеобразную по функциональности новацию под названием CD-RE1AT.

Это чудо техники восстанавливает испорченные оптические диски, так как способно нанести на их поверхность особый защитный слой, который заполняет царапины. Внешне изделие весом похоже на обычный портативный CD/DVD-плеер с откидывающейся верхней крышкой, под которой расположены два посадочных места для размещения входящих в комплект поставки двух восстанавливающих и двух чистящих головок. Стоимость этого восстановителя дисков в Японии составляет порядка 50 евро. Насчет продажи таких устройств в Казахстане ничего не известно.

2. Экспериментальная часть

.1 Расчеты для демонстрационной модели

Принцип действия устройства, это заглаживание царапин и чистка оптического диска. Я использовал два электромотора, один крутящий диск, второй притирающий, губка, детали от ДВД нижний шкив, резиновый кембрик, паста гои, пустую банку от дисков, клей резиновый, растворитель, блок питания от телефона.

Губку вырезал в виде цилиндра,

Паста гои растворил в растворителе

Полученный высохший цилиндр из губки пропитанный раствором пасты гоя я наклеил на нижний шкив для крепления диска.

Крышку от дисков вырезал в виде диска, вырезав верхнюю часть.

Прикрутил электродвигатель от края на 3 сантиметра и надел шкив с губкой на ротор электромотора.

К нижней части коробки прикрутил второй мотор на ротор, которого надел толстый резиновый кембрик для того, чтобы надетый диск на палец, вращался.

Поскольку это всего лишь демонстрационная модель, я использовал два 12 вольтовых мотора от ДВД один крутящий диск, второй притирающий, обороты мотора (250 об/мин) и мощность (0.1а).

Два электромотора подключил параллельно к блоку питания от телефона.

3. Схема-рисунок действующего устройства для восстановления дисков

.1 Изготовление и сборка устройства для чистки дисков

Составные части модели:

Для вращения диска

1.Электродвигатель я взял от ветерка обогревателя 220 (v) 0.7 (w)

2.Два шкива от магнитофона

.Втулка с подшипниками от магнитолы

.Пассик от магнитофона.

.Детали от ДВД для крепления диска.

Для зачистки диска

6.Второй электромотор я взял от шуруповёрта 12 (v) 2 (a).

7.Шкив от магнитофона маленький.

.Губка.

Паста гои

Клей резиновый,

Растворитель

Блок питания от магнитофона.

.2 Практические работы по изготовлению модели

1)Сначала обрезали уголки на 15х15х300

2) На уголки сваркой приварили электромотор для вращения диска, на ротор электромотора одели шкив от магнитофона.

На втулку с подшипниками от магнитолы наклеили шкив от магнитофона, на шкив наклеили детали от ДВД для крепления диска.

В металлической платине просверлили отверстия для крепления втулки.

Пластину приварили сваркой к каркасу, так чтобы пассик был натянут.

Проверка в деле, крепление диска и какие обороты набирает диск.

В пластине просверлили отверстия для крепления второго электромотора на 12 (v) 2 (a), на ротор электромотора надели шкив от магнитофона маленький и наклеили губку в виде цилиндра пропитанной смесью паста гоя.

К каркасу приварили сваркой вертикально уголки 15х15х150 2 штуки.

К уголкам приварили сваркой горизонтально пластину, просверлили два отверстия крепления мотора.

В пластине на которой прикручен электромотор вырезали овальные отверстия чтобы регулировать на поверхности дика, и снятия электромотора для замены губки пропитанной смесью паста гоя.

Для придания вида вокруг каркаса обшили фанерой и покрасили.

9.Блок питания сделали из фанеры, в коробке внутри прикручен трансформатор на 12 вольт с диодным мостом. С наружи прикручены две розетки на одну выходит 12 воль на вторую 220 вольт и общий рубильник для выключения - включения питания.

Заключение

Восстановление данных с оптического диска - реальность благодаря специальным программам. Дело в том, что операционная система, если она не может правильно прочитать информацию с какого-то участка диска, моментально прерывает копирование и полностью удаляет уже скопированную часть данных. Обойти эту функцию помогают специальные программы, которые используют механизмы для чтения дисков и дают возможность скопировать необходимые файлы (100-процентного восстановления всей информации с поврежденного диска они не гарантируют).

Эти программы считывают информацию с поврежденных дисков путем прямого доступа к ним. При этом обходя стандартные средства ОС Windows. Утилиты многократно пытаются прочитать поврежденный сектор диска, и при этом, при возникновении ошибок чтения они могут продолжать копирование (или чтение) информации, что дает возможность «вытянуть» с дисков утерянные файлы в своем исходном виде. Если же некоторые секторы не читаются, некоторые программы просто заменяют их нулями, что в свою очередь приводит к появлению дефекта в файле.

Восстановление данных с оптического диска это не простой и трудоемкий процесс, зачастую занимающий немало времени. На практике не все файлы, восстановленные таким образом, будут пригодны для применения. Например, если в текстовом документе пропадет пару абзацев, то это намного лучше, нежели пропадет весь текст, который вы писали в течение целого месяца.

С музыкой и видео все тоже может быть вполне пристойно - неприятно, естественно, если в какой-то момент во время прослушивания любимой песни или просматривании видео сюжета увидите непонятные квадратики на экране, или вы услышите какой-то непонятный звук, но опять же, это намного лучше, чем вовсе лишиться любимых материалов.

Для восстановления физической части плоскости диска поможет наше устройство для чистки оптических дисков.

Список литературы

оптический диск лазерный восстановление

1.#"justify">2.#"justify">.http://www.datars.ru/recovery/optics-disc/ - восстановления дисков

Что может являться носителем информации? То, на чем может сохраниться все, что нам необходимо запомнить, ибо память человеческая недолговечна. Наши предки оставляли важные данные и на земле, и на камне, и на дереве, и на глине до тех пор, пока не появилась бумага. Это оказался материал, соответствующий самым главным требованиям для носителя информации. Она была легкая, долговечная, удобная для записей и компактная.

Именно этим требованиям соответствуют и современные носители информации – оптические (это компакт-диски или лазерные диски). Правда на переходном этапе (с начала 20 века), между бумагой и дисками, нас очень выручала магнитная лента. Но и ее времена прошли. На сегодняшний день самым удобным и надежным вместилищем и хранилищем информации являются диски.

А как поместить информацию на диск? Понятие «записать кассету» нам известно уже не один десяток лет. Так же сейчас мы говорим и о дисках. Только этот процесс стал намного проще и дешевле.

Сегодня мы будем говорить об оптических носителях информации : устройство, технология записи, основные различия.

CD-R стали самыми первыми среди записываемых оптических носителей. Они обладали возможностью записи только один раз. Данные сохранялись при нагревании лазером рабочего слоя, вызывая его химическую реакцию (при t? = 250?C). В этот момент образуются темные пятна в местах нагрева. Вот откуда появилось понятие «прожиг». На дисках DVD-R «прожиг» происходит подобным же образом.

Немного другая ситуация с дисками CD, DVD и Blu-ray , обладающими перезаписывающей функцией. На их поверхности не образуется таких темных точек, т.к. рабочий слой является не красителем, а специальным сплавом, который нагревается лазером до 600?C. Тогда, области поверхности диска, попавшие под луч лазера, становятся более темными и обладающими отражающими свойствами.

На данный момент, помимо CD дисков, которые можно считать пионерами в ряду оптических носителей, появились такие диски, как DVD и Blu-ray. Эти типы дисков отличаются друг от друга. Например, емкостью. Диск Blu-ray вмещает данных объемом до 25 Гб, диск DVD – до 5Гб, а диск CD – всего до 700Мб. Следующим отличием является способ чтения данных и их записи в Blu-ray приводах. За этот процесс отвечает лазер синий, длина волны которого в полтора раза меньше, чем у красного лазера CD или DVD приводов. Именно поэтому на поверхность дисков Blu-ray, равную по площади дискам других типов, можно записать информацию во много раз большего объема.

форматы лазерных дисков

Три вышеперечисленных типа лазерных дисков так же можно классифицировать по их форматам:

1. Диски CD-R, CD-RW — одинаковы по объему (до 700; бывает 800Мб, но такие диски читаются не всеми устройствами). Отличаются лишь тем, что CD-R – одноразовый записываемый диск, а CD-RW – многоразовый.

2. Диски формата DVD-R, DVD+R , а так же DVD-RW – отличаются лишь возможностью многократной перезаписи дисков DVD-RW, а в остальном параметры одинаковы. 4,7 Гб – объем стандартного диска DVD и 1,4Гб – объем DVD диаметром 8 см.

3. DVD-R DL, DVD+R DL – диски двухслойные, которые могут вмещать информацию 8,5Гб.

4. Форматы BD-R — Blu-ray диски однослойные, объемом 25 Гб и BD-R DL — Blu-ray диски двухслойные, объемом в 2 раза больше.

5. Форматы BD-RЕ, BD-RЕ DL Blu-ray диски – перезаписываемые, до 1000 раз.

Диски со знаками «+» и «-» — пережиток форматных споров. Изначально считалось, что «+» (например, DVD+R) — лидер для индустрии компьютеров, а «-» (DVD-R) — является стандартом качества для бытовой электроники. Сейчас практически вся техника с легкостью распознает диски обоих форматов. Явных преимуществ друг перед другом ни у одного из них нет. Материалы для их производства также идентичны

что из себя представляют оптические диски

Сама болванка, которую используют в домашних условиях для записи информации, по своим размерам ничем не отличается от дисков, выпущенных промышленным путем. Структура всех оптических носителей многослойна.

Основа каждого – подложка . Она выполнена из поликарбоната, материала устойчивого к различным внешним воздействиям окружающей среды. Материал этот прозрачный и бесцветный.
Далее следует рабочий слой . У записываемых и перезаписываемых дисков он отличается по своему составу. У первых – это органический краситель, у вторых спец-сплав, меняющий фазовое состояние.
Затем идет слой отражающий . Он служит для отражения луча лазера, и в его состав могут входить алюминий, золото или серебро.
Четвертый – защитный слой . Защитным слоем, представляющим собой твердый лак, покрываются только диски CD и Blu-ray.
Последний слой – этикетка . Так называют верхний слой лака, способный быстро впитывать влагу. Именно благодаря ему, все чернила, попадающие на поверхность диска в процессе печати, быстро высыхают.

процесс переноса информации на диск

Теперь капля научной теории. Все оптические носители информации имеют дорожку в виде спирали, идущую из самого центра к краю диска. Именно по этой дорожке лазерный луч записывает информацию. Пятна, образуемые при «прожиге» лазерным лучом, называются «питы». Области поверхности, которые остались нетронутыми, называются «лэнды». В соответствии с языком двоичной системы 0 – это «пит», а 1 – это «лэнд». Когда диск начинает воспроизводиться, лазер считывает с него всю информацию.

«Питы» и «лэнды» имеют различную отражающую способность, следовательно, все темные и светлые области диска привод легко различает. А это и есть та самая последовательность из единиц и нулей, присущая всем физическим файлам. Постепенно появилась возможность повысить у фокусировки ее точность благодаря развитию технологий, которые добились уменьшения у лазерного луча длины его волны. Теперь на ту же область диска, что и раньше, можно разместить гораздо больший объем информации, т.к. расстояние между лазером и рабочим слоем напрямую зависит от длины волны. Короче волна – короче расстояние.

способы записи дисков

Запись при промышленном выпуске дисков называется штамповкой . Таким способом в большом количестве выпускаются диски с записью музыки, кинофильмов, компьютерных игр. Вся информация, которая попадает на диск при штамповке, представляет собой множество мельчайших углублений. Нечто подобное получалось, когда изготавливали грампластинки.

Запись же диска в бытовых условиях происходит при помощи лазерного луча. Ее еще называют «прожиг » или «нарезка».

организация процесса записи на оптические носители информации

1 этап. Распознавание типа носителя. Загрузили диск и ждем, пока рекордер выдаст информацию о подходящей скорости записи и наиболее оптимальной мощности луча лазера.

2 этап. Программа, управляющая записью, делает запрос к рекодеру о типе используемого носителя, количестве свободного места и скорости, с какой следует записать диск.

3 этап. Указываем все необходимые данные, запрашиваемые программой, и составляем список файлов, требующих записи на диск.

4 этап. Программа передает рекордеру все данные и следит за всем процессом «прожига».

5этап. Рекодер устанавливает мощность луча лазера и запускает процесс записи.

Даже у носителей одинакового формата качество записи может кардинально отличаться. Чтобы качество записи оказалось высоким следует обращать внимание на скорость, заданную в записи. Существует «золотое правило» — меньше ошибок при меньшей скорости и, наоборот. Немалую роль при этом играет и сам рекордер, а именно, его модель.

подпись на оптических дисках

Диск, на котором появилась какая-то информация, желательно тут же подписать, во избежание неразберихи. Это можно сделать разными способами:

печать текста на болванках, поверхность которых покрыта лаком и позволяет печатать тексты и изображения, используя МФУ со спец-лотком.
с помощью рекордера, при поддержке им специальных технологий, которые выполняют нанесение текста и одноцветного изображения на специальную поверхность. Стоимость таких дисков может оказать в 2 раза больше стоимости простых дисков;
подпись, сделанная самостоятельно вручную (специальным маркером);
технология LabelTag – текст наносится непосредственно на дисковую рабочую поверхность. Надпись не всегда может хорошо читаться;
наклейки, распечатанные отдельно на любом из принтеров. Их использование не приветствуется, т.к. они могут повреждать поверхность диска, отрываться в момент его воспроизведения.

продолжительность хранения оптических носителей информации

На этикетках новых дисков можно разглядеть срок, указывающий, сколько можно сохранять данные на этом носителе. Иногда эта цифра соответствует 30 годам. В реальности, такой срок практически невозможен. За свое существование диск может подвергаться различным воздействиям и повреждениям. Если он был записан в домашних условиях, то срок его хранения уменьшается еще больше. Только идеальные условия хранения позволят содержать все данные на дисках в целости и сохранности.

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 12 см (4,72 дюйма) или мини-диски диаметром 8 см (3,15 дюйма). Оптические носители состоят из трех слоев:

1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);

2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;

3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).

В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.

Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.

Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.

В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:

1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;

2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;

3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.

Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.

Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.

Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.

Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.

Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.

Названия форматов CD и DVD в зависимости от возможности чтения/записи представлены в таблице.