3.2.1 Оптические приводы

Если рассматривать устройства хранения данных, в которых используются смен­ные носители, то безоговорочным лидером по популярности в данном классе яв­ляются накопители на оптических дисках.

Оптические носители

Все многообразие используемых в настоящее время в ПК и бытовой аппаратуре оптических дисков подразделяется на две основные группы: компакт-диск (CD) и DVD. Диски CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (полнофор­матный диск диаметром 120 мм или «миньон» диаметром 80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых для считывания данных оптических головок.

Ширина дорожки компакт-диска составляет 1,6 мкм, а минимальная длина пита — 0,833 мкм. Для считывания данных в приводах формата CD используют­ся инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт (для 80-миллиметровых носителей -185 или 210 Мбайт). Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 минут стереофонической записи (РСМ, 44,1 кГц/16 бит).

Рис. 3.2 – Принцип действия дисковода CD-ROM

Ширина дорожки DVD составляет 0,8 или 0,74 мкм, а минимальная длина пита -0,44 или 0,40 мкм. Для считывания данных в DVD-приводах используются крас­ный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой аперту­рой 0,6. Емкость стандартных DVD-дисков составляет 4,7 Гбайт (для 80-миллиметровых носителей — 1,4 Гбайт). В отличие от компакт-дисков DVD-носители могут быть двухслойными или двусторонними. Емкость двухслойного DVD-диска составляет 8,5 Гбайт, двустороннего — 9,4 Гбайт. Двусторонние диски фак­тически представляют собой два одинаковых носителя, склеенных друг с другом; для считывания второй стороны диск необходимо переворачивать.

Приводы для компакт-дисков позволяют работать только с носителями, отно­сящимися к группе CD. Приводы DVD позволяют работать как с DVD-, так и с CD-носителями. Классификация оптических дисков приводится на рис. 1.6.9.

В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков: Q диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);

Q диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD+R DL, DVD-R DL).

Q диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).

Типы записываемых и перезаписываемых DVD

В группе компакт-дисков используются единые стандарты для записываемых (CD-R) и перезаписываемых носителей (CD-RW). Что касается DVD, то в силу ряда причин распространение получили сразу несколько разных стандартов на записываемые и перезаписываемые носители данной группы.

DVD-Recordable (DVD-R)

Это самый первый формат записываемых DVD-носителей, разработанный ком­панией Pioneer. По своей физической структуре они подобны дискам CD-R: в них используется специальный слой из органического полимерного материала, в котором под воздействием лазерного луча происходят необратимые измене­ния. Поставка первых приводов, поддерживающих запись на носители DVD-R, началась в октябре 1997 года.

Рис. 3.3 - Классификация оптических носителей

В начале 2000 года формат DVD-R был разделен на два типа: «профессиональ­ный» (for Authoring) и «потребительский» (for General). Главное их различие -использование записывающего лазера с различной длиной волны: 635 им в «про­фессиональных» DVD-R (А) и 650 нм в «потребительских» DVD-R (G). По этой причине запись носителей возможна только в аппарате соответствующего типа. Чтение дисков обоих типов может производиться лазером с длиной волны 650 нм, поэтому подавляющее большинство считывающих устройств (например, приводы DVD-ROM и бытовые DVD-плееры) позволяют воспроизводить как DVD-R (А), так и DVD-R (G). Практически все современные модели приводов

DVD-R/RW предназначаются для записи дисков DVD-R (G). Исключение со­ставляют немногочисленные профессиональные модели, как правило, оснащен­ные интерфейсом SCSI.

Носители DVD-R (G) могут быть как односторонними (4,7 Гбайт), так и двусто­ронними (9,4 Гбайт), a DVD-R (А) бывают только односторонними емкостью 3,95 (версия 1.0) или 4,7 Гбайт (версия 1.9). Кроме того, в DVD-R (G) использу­ется специальный механизм защиты данных — CPRM (Content Protection for Recordable Media). Принцип работы CPRM заключается в привязке защищенно­го содержимого к уникальному 64-битному идентификационному номеру носи­теля (ID), записанному в заводских условиях в специальной служебной области диска — ВСА (burst cutting area). После записи доступ к содержимому диска за­крывается кодом, получаемым по определенному алгоритму из его ID. В процес­се воспроизведения устройство считывает ID носителя из ВСА и генерирует на его основе код доступа. При копировании содержимого на носитель с другим ID старый код перестает действовать, и доступ к защищенной записи не открывает­ся. CPRM поддерживается во всех записывающих DVD-приводах, выпущенных после 1999 года.

Носители DVD-R можно записывать как в «компьютерном», так и в видеофор­мате. Одним из достоинств дисков DVD-R является их хорошая совместимость: они считываются практически во всех приводах DVD-ROM, а при использова­нии формата DVD-Video их можно воспроизводить на бытовых DVD-плеерах.

DVD ReRecordable (DVD-RW или DVD-R/W)

Формат DVD-RW был разработан компанией Pioneer на базе DVD-R. В носите­лях DVD-RW используется рабочий слой, по составу схожий с применяемым в дисках CD-RW. Ресурс DVD-RW составляет порядка 1000 циклов записи; ем­кость односторонних дисков — 4,7 Гбайт, а двусторонних — 9,4 Гбайт. Носители DVD-RW можно считывать в большинстве моделей приводов DVD-ROM, а так­же в некоторых бытовых DVD-плеерах (проблемы с воспроизведением связаны в основном с более низкой отражающей способностью рабочего слоя DVD-RW, поскольку физические параметры дорожки и питов этого носителя аналогичны DVD-R).

DVD Random Access Memory (DVD-RAM)

Этот стандарт был разработан совместно компаниями Matsushita, Hitachi и Toshiba. В носителях DVD-RAM используется технология изменения фазы вещества ра­бочего слоя в сочетании с элементами магнитооптической записи. Благодаря ис­пользованию такой гибридной технологии диски DVD-RAM выдерживают до 10 тыс. циклов перезаписи — на порядок больше DVD-RW.

Емкость первых дисков DVD-RAM составляла 2,58 Гбайт на сторону и в даль­нейшем была увеличена до 4,7 Гбайт. Выпускаются и двусторонние диски вдвое большей емкости.

Диски DVD-RAM выпускаются как в картриджах (размером 124,6x135,5x8,0 мм), так и без них. Существует два типа картриджей для DVD-RAM — неразборные (type 1) и разборные (type 2). Как правило, двусторонние носители выпускаются в неразборных картриджах.

Первые приводы DVD-RAM (версии 1.0) появились в продаже в июне 1998 года. В октябре 1999 года была обнародована спецификация DVD-RAM версии 2.0, а поставки соответствующих накопителей начались в июне 2000 года. Приводы DVD-RAM без проблем могут читать диски DVD-ROM, тогда как обратная со­вместимость появилась только в приводах DVD-ROM третьего поколения, вы­пуск которых был начат во второй половине 1999 года.

DVD-Rewritable (DVD+RW)

Продвижением приводов и носителей DVD+RW занимается специальная орга­низация — Альянс DVD+RW, в которую входят компании Hewlett-Packard, Mitsu­bishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha. В отличие от трех описанных выше форматов, спецификация DVD+RW не была одобрена участниками DVD-форума.

Как и в случае DVD-RW, используются двухслойные диски с изменяемой фа­зой рабочего вещества, но при этом они несовместимы с DVD-RW. Носители DVD+RW выдерживают порядка 1000 циклов перезаписи.

Существует специальная модификация DVD+RW, предназначенная для записи видео, — эти диски полностью совместимы с форматом DVD-Video и их можно воспроизводить на бытовых DVD-плеерах.

DVD+R

Окончательная спецификация DVD+R была утверждена Альянсом DVD+RW в мае 2001 года. Первоначально было объявлено, что работа с носителями DVD+R будет поддерживаться всеми уже выпущенными к тому моменту приво­дами DVD+RW после обновления микрокода (firmware). Однако после того, как практическая реализация такого решения вследствие неожиданно возникших технических проблем оказалась невозможной, производители были вынуждены выпустить модернизированные модели приводов, которые поддерживали запись и на DVD+RW, и на DVD+R.

Разработчиками стандарта декларируется возможность чтения дисков DVD+R во многих современных моделях приводов DVD-ROM и в бытовых DVD-плеерах.

DVD+R DL (DVD+R9)

В середине 2004 года было начато серийное производство двухслойных носите­лей «плюсового» формата (DVD+R DL, или DVD+R9), а также приводов, по­зволяющих производить запись на такие диски. За счет добавления второго слоя объем носителей удалось увеличить почти вдвое — с 4,7 до 8,5 Гбайт. В силу ряда технических причин запись на второй слой осуществляется с более низкой скоростью, вследствие чего запись одного двухслойного диска занимает больше времени, чем двух однослойных¹. Кроме того, стоимость одного двухслойного диска пока значительно выше, чем пары однослойных.

DVD-R DL

В конце 2004 года была утверждена первая версия спецификации двухслойных носителей «минусового» формата — DVD-R DL. Хотя возможность записи на эти диски предусмотрена в большинстве современных моделей записывающих DVD-приводов, найти носители DVD-R DL в продаже пока довольно сложно. Многие аналитики склонны считать, что появление DVD-R DL является чисто маркетинговым ходом, сделанным в ответ на появление двухслойных носителей «плюсового» формата.

Разновидности оптических приводов

В зависимости от имеющихся функций оптические приводы можно разделить на несколько основных видов:

• CD-ROM — приводы, позволяющие считывать информацию с носителей, от­носящихся к группе компакт-дисков;

• DVD-ROM — приводы, позволяющие считывать информацию с разных ти­пов CD- и DVD-носителей;

• CD-RW — приводы, позволяющие выполнять чтение информации с оптиче­ских дисков, относящихся к группе компакт-дисков, а также осуществлять за­пись на CD-R и CD-RW;

• DVD-ROM/CD-RW — так называемые комбинированные приводы, позволяю­щие считывать информацию с разных типов CD- и DVD-носителей, а также осуществлять запись на CD-R и CD-RW;

• DVD-RW, DVD+RW, DVD±RW — универсальные записывающие приводы, позволяющие считывать информацию с разных типов CD- и DVD-носителей, а также осуществлять запись на CD-R, CD-RW, записываемые и перезаписы­ваемые DVD (набор поддерживаемых DVD-носителей зависит от конкрет­ной модели).

Для измерения скоростных характеристик оптических приводов используются условные единицы, причем различающиеся для CD- и DVD-форматов. В качест­ве точки отсчета (1х) для носителей группы компакт-дисков была выбрана ско­рость считывания данных, равная 150 Кбайт/с. Соответственно, 8х для CD-при­вода соответствует скорости передачи данных 1200 Кбайт/с, 12х — 1800 Кбайт/с и т. д.

В случае DVD-устройств однократная скорость равна уже 1350 Кбит/с. Таким образом, 4х для DVD-носителей соответствует скорости 5400 Кбит/с — что эк­вивалентно З6х «по шкале» CD.

В характеристиках приводов, поддерживающих чтение и/или запись разных ти­пов оптических дисков, обычно указывается максимальная скорость для каждого из них. Краткое обозначение скоростных характеристик носителя называют скоростной формулой. Например, в случае привода DVD-ROM скоростная фор­мула 8/52 означает максимальную скорость чтения, эквивалентную 52х для CD и 8х для DVD. Для привода CD-RW скоростная формула 32/24/48 означает максимальную скорость записи на CD-R и CD-RW соответственно 32х и 24х, и максимальную скорость чтения 48х.

Постепенный переход от CD-носителей к более емким и быстродействующим DVD происходил довольно медленно. Основным препятствием стала борьба ме­жду тремя группами производителей, продвигающими различные форматы записываемых и перезаписываемых DVD-носителей (DVD-R/RW, DVD+R/RW и DVD-RAM). Параллельное существование нескольких конкурирующих и при этом несовместимых между собой форматов записываемых и перезаписываемых DVD приводило к тому, что многие пользователи, потенциально готовые приоб­рести записывающие DVD-приводы, занимали выжидательную позицию.

Дело сдвинулось с мертвой точки во второй половине 2002 года, когда компания Sony начала выпуск приводов, позволяющих полноценно работать с DVD-носите­лями как «плюсового», так и «минусового» стандартов. Такие устройства, полу­чившие общее название DVD Dual, позволяют записывать и считывать носители DVD-R, DVD-RW, DVD+R и DVD+RW (в большинстве случаев поддерживает­ся также запись на диски CD-R/RW). Примеру Sony последовали и другие про­изводители. К началу 2004 года приводы DVD dual уже составляли подавляю­щее большинство производимых в мире записывающих DVD-накопителей.

Что касается DVD-RAM, то данный формат получил распространение главным образом в странах Азиатско-Тихоокеанского региона (особенно в Японии). В то же время в Европе и США доминируют форматы DVD-R/RW и DVD+R/RW. По этой причине во многих приводах DVD Dual, поставляемых в европейские страны (и в Россию), поддержка носителей DVD-RAM не предусмотрена. В об­щем-то, для подавляющего большинства отечественных пользователей совмес­тимость с DVD-RAM действительно не нужна. Исключением из этого правила являются немногочисленные обладатели видеокамер и бытовых видеорекорде­ров, производящих запись непосредственно на диски DVD-RAM.

Если говорить о скоростных характеристиках записывающих DVD-приводов, то к настоящему времени у большинства новых моделей максимальная скорость за­писи DVD-R и DVD+R составляет 16х, DVD+RW и DVD+R DL - 8х, DVD-RW и DVD-R DL - 6х.

Впрочем, далеко не всегда имеет смысл выбирать модель записывающего приво­да, обладающую максимальными (на момент покупки) скоростными характе­ристиками. С одной стороны, вполне очевидно, что привод, обладающий более высокой максимальной скоростью записи, позволяет сохранить тот же объем данных за более короткий промежуток времени. Однако с практической точки зрения приобретение привода с максимальной скоростной формулой не всегда целесообразно.

Во-первых, необходимо учитывать, что запись на DVD-носители с относительно высокими скоростями (8х и 16х) производится в режиме Z-CLV. В этом случае диск делится на несколько зон, в пределах каждой из которых привод работает на определенной скорости. Запись начинается на минимальной скорости во внут­ренней зоне, расположенной в центре диска, и скачкообразно повышается при переходе из одной зоны в другую. На максимальной скорости запись произво­дится лишь в самой последней (внешней) зоне. По этой причине DVD-привод с максимальной заявленной скоростью 8х даже теоретически не позволит запи­сать диск вдвое быстрее, чем 4-скоростной привод. Иными словами, удвоение значения максимальной скорости записи отнюдь не означает двукратного сокра­щения времени, необходимого для записи того же объема данных. И чем выше максимальная скорость, тем менее заметной становится эта разница.

Во-вторых, стоимость носителей DVD-R и DVD+R зависит от максимальной скорости записи, для которой они сертифицированы. Так, диски DVD+R, серти­фицированные для записи со скоростью 16х, стоят заметно дороже, чем анало­гичные носители, сертифицированные для записи на скорости 4х. Существует также проблема обеспечения надежности при записи с высокой ско­ростью. Во многих приводах имеется функция автоматической подстройки ско­рости записи в зависимости от характеристик используемого носителя. Как по­казывает практика, довольно часто фактическая скорость записи на носители 8х и 16х оказывается ниже номинального значения.

Исходя из сложившегося положения вещей, логично будет предположить, что рубеж 16х, скорее всего, станет для записывающих DVD-приводов практическим «потолком» возможностей. С одной стороны, дальнейшему росту скорости пре­пятствуют чисто технические проблемы: при линейной скорости DVD-диска, не­обходимой для достижения уровня 16х, шпиндель привода вращается со скоростью порядка 10 тыс. об/мин. Дальнейшее увеличение скорости вращения возможно только при условии использования эффективных средств для борьбы с вибраци­ей. Нельзя сказать, что проблема неразрешима в принципе, однако существую­щие на сегодня решения нельзя внедрить без значительного удорожания изделий.

LightScribe

Одной из наиболее интересных технологических новинок 2005 года, реализован­ных в области записываемых оптических дисков, стала технология LightScribe. Внедрение данной технологии позволяет наносить на декоративную поверхность дисков монохромные изображения высокого качества непосредственно в запи­сывающем приводе.

Принцип, положенный в основу технологии LightScribe, довольно прост. Как из­вестно, под воздействием лазерного луча активный слой записываемых дисков теряет свою прозрачность. Засвечивая лазером одни участки рабочего слоя и ос­тавляя нетронутыми другие, при помощи записывающего привода можно сфор­мировать на рабочей стороне диска монохромное изображение. Еще на выставке CeBIT 2002 компания Yamaha продемонстрировала техноло­гию DiscT@2 («диск тату»), которая позволяла наносить текст и изображения на рабочую сторону диска. При этом данные записывались на внутренней (ближай­шей к центральному отверстию) области диска, а видимые текст и изображения -на внешней. Летом того же года Yamaha выпустила серийную модель привода CRW-F1, в котором была реализована поддержка DiscT@2. Для реализации дан­ной функции были внесены некоторые изменения в конструкцию привода -в частности, увеличена мощность записывающего лазера, а также применен но­вый высокоточный механизм управления скоростью вращения диска. Технология DiscT@2 позволяет быстро и легко маркировать диски CD-R непо­средственно в записывающем приводе, но обладает при этом серьезным недос­татком: поскольку часть рабочей поверхности используется для «оформитель­ских» целей, объем, доступный для записи данных, неизбежно уменьшается. В начале 2004 года компания HP объявила о создании усовершенствованной «системы прямого маркирования дисков» (Direct Disc Labeling system), получившей впоследствии коммерческое название LightScribe. Данная технология разработана специалистами Mitsubishi Kagaku Media (МКМ) и HP. В отличие от DiscT@2 технология LightScribe предусматривает нанесение изображений не на рабочий слой диска, а с обратной стороны — туда, где обычно располагается этикетка (разумеется, записываемые диски для этого должны быть снабжены до­полнительным светочувствительным слоем).

Для того чтобы воспользоваться технологией LightScribe, необходимо иметь три компонента: LightScribe-совместимый записывающий привод, носитель с допол­нительным светочувствительным слоем и специальное программное обеспече­ние. В этом случае пользователь по окончании записи информации может пере­вернуть диск и с помощью записывающего привода нанести изображение на его декоративную поверхность.

Внедрение технологии LightScribe позволит навсегда забыть про специальные маркеры, наклейки и CD-принтеры, поскольку снабдить диск этикеткой профес­сионального качества можно будет непосредственно в записывающем приводе. Разумеется, реализация дополнительных возможностей повлечет некоторое уве­личение цен на записывающие приводы и чистые носители. Правда, по данным HP, внедрение поддержки LightScribe приведет к удорожанию записывающего привода примерно на 10 долл. Что касается носителей LightScribe, их производ­ство по вполне понятным причинам обходится дороже по сравнению с обычны­ми записываемыми дисками, но разница в цене также будет незначительной.

В начале 2005 года HP подписала соглашения о продаже лицензий на использо­вание технологии LightScribe некоторым крупным производителям записываю­щих приводов (в частности, LG, Toshiba, Philips и Lite-On), а компании Verbatim и TDK освоили серийное производство носителей LightScribe CD-R и Light-Scribe DVD+R.