Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках

Министерство образования и науки Российской Федерации

Таганрогский технологический институт

Южного федерального университета

Реферат по курсу “Материаловедение”

На тему “Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках”

Выполнил студент э-76

Махаринец Александр

Таганрог 2008г.

Широко распространены два вида представления информации: аналоговый и цифровой.

Аналоговый способ записи информации.

Рассмотрим на примере аналоговой магнитной записи. Это способ записи информации путем изменения магнитного состояния носителя и создания в нем распределения намагниченности, соответствующего записываемому сигналу. Магнитный носитель содержит материал, способный намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и сохранять приобретенную намагниченность практически неограниченно долгое время. К таким материалам относятся металлы - железо, кобальт и никель, а также некоторые оксиды металлов и ферриты, например гамма-модификация оксиде железа g-Fе2О3 диоксид хрома СгО2, феррит бария.

В процессе магнитной записи носитель транспортируется с постоянной скоростью относительно магнитной головки записи, которая представляет собой кольцевой электромагнит с зазором.

В процессе воспроизведения магнитной записи на воспроизводящую магнитную головку, имеющую аналогичное устройство с головкой записи, воздействует магнитный поток Ф, выходящий из намагниченных участков движущегося носителя.

Сердечник головки воспроизведения, как и головки записи, изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью. Поэтому, когда головка находится в контакте с носителем, выходящий из него магнитный поток замыкается через сердечник, пронизывая находящуюся на нем обмотку. При движении носителя магнитный поток в сердечнике изменяется во времени так же, как и остаточный магнитный поток вдоль носителя.

При этом в обмотке наводится ЭДС индукции, которая и представляет собой выходной сигнал головки.

Цифровая запись.

Способ записи, при котором аналоговый сигнал преобразуется и записывается на носитель информации в цифровой форме, т.е. в форме импульсов двоичного кода. Такая запись представляет собой комбинацию всего двух состояний носителя, соответствующих 0 и 1, которые легко различить и при этом практически исключить влияние помех.

В магнитной цифровой  записи двумя состояниями могут быть неизменность остаточного магнитного потока носителя и, наоборот, изменение направления этого потока на противоположное в пределах данной воображаемой ячейки памяти. Эти ячейки на носителе с записью 0 или 1 определяются тактовым сигналом, который позволяет ответить на вопрос, какой знак - 0 или 1 - находится в ячейке.

При записи на магнитооптический носитель рассматриваемые два состояния - это положительная и отрицательная остаточная намагниченность данной ячейки носителя. Подобная простая пара состояний в общем случае не может быть использована в магнитной записи, поскольку обычная магнитная головка воспроизведения реагирует на изменение намагниченности и может различить положительную и отрицательную намагниченность только на переходе от одной к другой.

В различных других разновидностях лазерной записи состояния носителя, представляющие 0 и 1, зависят от конкретных особенностей записи: наличия и отсутствия углубления в ячейке памяти на поверхности носителя; различия цвета, отражательной способности или оптической плотности ячеек и др.

Основная разница между аналоговой информацией и цифровой в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая дискретна.

Недостатки аналоговой записи:

1) Неудобство работы с лентой.

3) Невозможность оперативного монтажа, подчисток, обработки записанного сигнала.

4) Ухудшение качества записи со временем. Действительно, при длительном хранении фонограммы качество записи ухудшается. При долгом (около года и более) хранении проявляется так называемый копир-эффект. Это происходит от того, что сигнал с одного витка ленты копируется на другой. Даже если не принимать это во внимание, следует помнить, что аналоговая фонограмма теряет качество при каждом проигрывании.

5) Высокая стоимость профессионального аналогового оборудования и магнитной ленты. Лента физически не способна выдержать столько циклов "запись-стирание", сколько выдерживает компьютерный диск.

Достоинства аналоговой записи:

на хорошем оборудовании с хорошей плёнкой первые копии будут более точными, нежели они были бы в цифровом варианте, ибо любая дискретизация неизбежно влечёт за собой потерю информации между соседними измерениями, а при аналоговой записи информация пишется непрерывно. Вот почему классическая музыка, записанная на хорошем катушечном магнитофоне на хорошую плёнку, будет звучать живее, чем более сухой "дискретный" звук на cd.

Достоинства цифровой записи:

1) Возможность быстрой и наглядной редакции записанного материала.

2) Отсутствие искажений при копировании. При правильной коммутации возможно неограниченное количество перезаписей цифрового сигнала с одного носителя на другой.

3) Длительное хранение архивных материалов на CD без потери качества.

4) Относительно низкая стоимость систем цифровой звукозаписи.

Теперь же поговорив о различных способах представления информации, остановимся на цифровом способе и разберёмся с компакт-дисками.

Физическое устройство CD-ROM Drive.

Рассмотрим, из чего состоит устройство для считывания данных с CD-ROM (Compact Disc – Read Only Memory) – CD-ROM Drive.

Типичное устройство этого устройства приведено на рисунке. Давайте рассмотрим алгоритм работы CDROM Drive и разберемся, как он работает.

Полупроводниковый лазер (4) генерирует маломощный лазерный луч, который попадает на отражающее зеркало. Двигатель, управляемый микропроцессором CDROM Drive смещает подвижную каретку (6) с отражающим зеркалом и фокусирующей линзой (7) к нужной дорожке компакт-диска (1). Луч лазера фокусируется на поверхности CDROM с помощью линзы, а затем линза фокусирует отраженный от поверхности диска луч. Этот луч с помощью оптической системы (5) подается на фотоприемник (3), который преобразует принятые световые импульсы в электрические, которые затем соответствующим образом расшифровываются контролером (2)и передаются в компьютер в виде цифровых данных.

Рассеивание или поглощение луча происходит в тех местах, где в процессе записи на диск были нанесены углубления (штрихи или питы). Сильное отражение происходит о тех областей диска, где таких штрихов нет. Фотодатчик воспринимает лазерный луч, отраженный от поверхности диска, затем эти сигналы поступают в микропроцессор считывающего устройства, там они преобразуются в двоичные данные. Глубина каждого штриха на диске равна 0,12 мкм, ширина - 0,60 мкм. Штрихи расположены в виде спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,60 мкм, что соответствует плотности 16 тыс. витков на дюйм, или 625 витков на мм. Длина штрихов вдоль дорожки записи может колебаться 0т 0,9 мкм до 3,3 мкм. Дорожка начинается на некотором расстоянии от центрального отверстия диска и заканчивается примерно в 5 мм от края диска.

Если на компакт-диске (звуковом или информационном) необходимо отыскать место записи определенных данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и ждет появления определенной последовательности битов.

Запись же на компакт-диск штампованного производства осуществляется однократно и состоит в нанесении на чистую поверхность алюминиевого слоя соответствующего рисунка штрихов. Такая запись осуществляется либо выжиганием с помощью лазерного луча, либо путем штампования. Так как записанную поверхность уже невозможно вернуть в исходное состояние, то и произвести перезапись информации на компакт-диск нельзя.

Информация на обычном  CD штампованного производства распределена следующим образом: существует заголовочная область lead-in (содержит информацию об адресах дорожек, об ошибках и различную служебную информацию), непосредственно область данных и lead-out (финальная дорожка, содержащая информацию об окончании сессии записи). На дисках однократной и многократной записи существуют дополнительные    информационные области, отображённые на рисунке ниже.

Рис 6. Компакт диск

.

DVD диски

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая про­стая из них похожа на обычный диск, отличающийся только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1.2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0.6 мм). Вторую половину составляет плоский верхний слой. При этом емкость такого диска достигает 4.7 Гбайт, что обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). При этом без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на не­скольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то суммарная емкость составляет 8.5 Гбайт (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью уменьшить взаимные помехи при считы­вании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт!

Чтобы понять, как удалось достичь столь значительного роста объема информации на DVD диске сравним его с CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации.

За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) дости­гается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих высту­пов/впадин), что и видно на рис.13.

Рис. 13. Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Из оставшихся еще не названными характеристик стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости  4 м/с.

Разнообразие дисков CD и DVD.

Диски CD и DVD состоят из одних и тех же базовых материалов и слоев, но процессы их изготовления различны. В реальности DVD напоминает два диска CD, склеенных вместе. Запись и чтение информации с поверхности CD производится только с одной стороны, DVD — с одной или двух сторон, в зависимости от того, как устроен диск. Записываемые диски DVD (DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) могут изготавливаться с одним слоем записи на каждой стороне, а предварительно записанные диски DVD (DVD-ROM) — с одним или двумя записанными слоями с каждой стороны.

Поликарбонатная подложка.

Поликарбонатная (полимерная) подложка занимает большую часть диска, в том числе и зону, которая считывается лучом лазера. В настоящее время обе стороны DVD также изготавливаются из поликарбоната (ПК).

Подложка обеспечивает достаточную глубину, чтобы сфокусировать лазер на металлическом и информационном слоях. ПК, кроме того, придает достаточную механическую прочность для сохранения плоскостности диска.

Если внутри ПК или снаружи будут находиться посторонние вещества, ухудшающие фокусировку лазера на информационном слое, то это может привести к невозможности чтения данных.

Поэтому на способность лазера считывать данные влияют такие факторы, как отпечатки пальцев, пятна, царапины, частицы пыли, грязи, следы растворителей и избыточная влага (которую ПК будет впитывать). Необходимо избегать контакта любого постороннего материала со слоем ПК подложки.

Информация представлена в виде питов или отметин, которые либо поглощают световой поток от лазерного источника, либо проводят свет обратно к лазерному фотодатчику с помощью отражающего металлического слоя.

Слой металла и информационный слой в CD размещены очень близко к его поверхности со стороны этикетки, а в DVD они находятся в середине диска.

Материал, который может использоваться для каждого слоя, определяется типом диска (табл. 1).

Слои, в состав которых входит органический краситель (диски -R) или фазоинверсные вещества (диски -RW) содержат данные, и поток света при прохождении через информационный слой либо пропускается, либо блокируется. Зоны информационного слоя, на которые действует лазер при записи, абсорбируются «читающим» пучком лазера при достижении последним слоя металла, а затем за счет обратного отражения пучки света падают на лазерный фотодатчик. Светлые и темные области приводят к эффекту отражения, который подобен эффекту интерференции в слое металл/подложка с «запрессованными» и «отлитыми» данными дисков типа RОМ. Отражение пучка света от красителя, пленки или от прессованной точки преобразуется в нули и единицы на приводе диска во время чтения диска лазером.

Диски ROM. Такие диски продаются уже с записью и являются так называемыми «тиражируемыми» дисками, их прессуют под давлением на специальном оборудовании. Примерами дисков CD-ROM являются Audio-CD, Video-CD, CD-i и CD+G, а также CD-диски, применяемые для записи компьютерных приложений. К DVD-ROM относятся диски DVD-Video, DVD-Audio, а также многие другие DVD для записи игр и компьютерных приложений. Фактически на CD-ROM или DVD-ROM нет отдельного слоя с данными. При литье под давлением полимера, используемого в качестве основы (подложки) диска, применяется особая форма для получения питов (углублений) и плоских участков — базы информационного слоя с данными. Затем на подготовленную таким образом поверхность напыляется или осаждается слой металла, который образует отражающий слой. Этот отражающий металлический слой в дисках RОМ и принято считать информационным, так как металл объединяется с питами и плоскими участками поликарбонатного слоя (рис. 1). Обычно в качестве металлического слоя в ROM-дисках используется алюминий, а в качестве полупрозрачного слоя в двухсторонних дисках DVD-ROM — золото, сплав серебра или кремний.

Во время считывания информации луч лазера не отражается от участка, где металл был выжжен или удалён при штамповке (пит), что соответствует логическому нулю. Там, где металл не был удалён или выжжен, луч лазера отражается, что соответствует логической единице.

Страницы: 1, 2