Читать книгу Запись CD и DVD - Алексей Гультяев - Страница 4

На первый взгляд может показаться, что на 99 % успех или неудача записи компакт-диска зависят от характеристик используемого CD-привода, а сам будущий носитель данных – диск – играет второстепенную роль. Ну что, казалось бы, взять с этого куска пластмассы? Да и называют пустую заготовку компакт-диска пренебрежительно – «болванка». На самом деле, это довольно сложное техническое изделие и такого отношения к себе не заслуживает. При недостаточно аккуратном обращении и несоблюдении определенных (хотя и несложных) правил «болванка» способна не только испортить настроение хозяину, но и вывести из строя сам CD-привод.

Физическая структура компакт-диска

Сначала о том, почему, собственно, компакт-диски называют лазерными. Объясняется это тем, что основным элементом любого CD-привода является лазер (оптический генератор). Луч лазера используется и для считывания информации с диска, и для записи на него.

Существуют некоторые (и даже весьма существенные) технологические особенности в устройстве «штампованных» дисков (CD-ROM), дисков, записываемых однократно (CD-R), и перезаписываемых (CD-RW). Однако на любом компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Участки, имеющие разные отражающие свойства, воспринимаются датчиками CD-привода как биты (двоичные разряды) с разными числовыми значениями. В результате просмотра диска формируется последовательность значений «О» и «1», пригодная для дальнейшей обработки компьютером.

Самая простая структура у дисков CD-ROM (аббревиатура ROM расшифровывается как Read-Only Memory, то есть «запоминающее устройство только для чтения»). Такие диски изготавливают примерно так же, как раньше печатали книги: сначала создается диск-матрица, а затем имеющийся на нем «узор» воспроизводится на дисках-клонах без применения лазера. Штампованные диски имеют всего три слоя: защитный, отражающий и подложку (именно на нее наносится информационный «узор»). Поэтому промышленные диски значительно долговечнее и «терпимее» дисков, записанных с помощью CD-привода. Но при этом, разумеется, они совершенно непригодны для записи новых данных.

Диски однократной записи, CD-R (их обычно называют просто записываемыми, поскольку буква R – это сокращение от слова Recordable – «записываемый»), устроены значительно сложнее. Современные записываемые компакт-диски хорошего качества содержат пять слоев (рис. 1.1):

• поверхностный слой (Surface Layer) – выполняет декоративные и в некоторой степени защитные функции; обычно представляет собой покрытие из специального лака либо из поликарбоната (прозрачной пластмассы особого типа);

• защитный слой (Protective Layer) – предназначен для защиты от повреждений двух основных, рабочих, слоев диска: отражающего и информационного; материал может быть различным;

• отражающий слой (Reflective Layer) – обеспечивает отражение лазерного луча, прошедшего через информационный слой; в качестве отражающих материалов обычно используют золото и серебро, реже – алюминий и его сплавы;

• информационный (записывающий) слой (Recording Layer) – основной слой компакт-диска; может быть изготовлен из различных органических соединений металлов. Наиболее распространенными на сегодняшний день можно считать цианин и фталоцианин. Именно цвет записывающего слоя обусловливает цвет рабочей поверхности диска: например, цианин дает голубой цвет;

• подложка (Substrate Layer) – играет роль основы, на которую наносятся все другие слои; обычно изготавливается из поликарбоната.

Рис. 1.1. Физическая структура диска CD-R

При записи диска CD-R его информационный слой обрабатывается фокусированным лазерным лучом высокой мощности. Под действием луча «прожженные» участки становятся непрозрачными и начинают рассеивать свет. Часто такие участки называют питами (от англ. pit – ямка, углубление).

При считывании данных информационный слой диска сканируется лазерным лучом меньшей мощности.

Все слои диска имеют очень малую толщину (доли миллиметра), особенно записывающий слой, поэтому компакт-диск весьма чувствителен к механическому, химическому и любому другому воздействию. Если вы хотите, чтобы записанные данные сохранились на диске десяток лет (а это вполне реально), обращайтесь с ним аккуратнее.

Структура перезаписываемых дисков, CD-RW (аббревиатура RW означает ReWriteable, то есть «перезаписываемый), еще сложнее, чем у CD-R. Количественно это выражается в добавлении еще двух слоев, окружающих информационный слой и препятствующих его испарению при нагревании лазером.

Их необходимость обусловлена физическими свойствами материала информационного слоя. Он должен обладать способностью восстанавливать свое первоначальное (прозрачное) состояние при выполнении операции «стирания». Поэтому в дисках CD-RW в качестве информационного слоя вместо органического красителя используются сплавы редкоземельных металлов (обычно – теллур с добавлением германия, индия и сурьмы). Температура прожига для CD-RW значительно выше, чем для CD-R.

В исходном состоянии информационный слой чистого диска CD-RW имеет кристаллическую структуру и служит неплохим зеркалом для лазерного луча. При записи данных на диск в точке воздействия луча сплав переходит в аморфное состояние и отражает падающий луч значительно хуже. В результате формируются точки, аналогичные ямкам-питам в CD-R.

Для «очистки» диска используется тот же лазер, но воздействует он на информационный слой в другом режиме: при меньшей мощности, но более длительное время. В результате сплав возвращается в исходное кристаллическое состояние. Понятно, что такие переходы из одного состояния в другое не могут пройти бесследно для используемого сплава, и потому жизненный путь диска CD-RW ограничен примерно тысячей циклов перезаписи.

Необходимо также отметить, что отражающие свойства диска CD-RW хуже, чем у диска CD-R, и существенно ниже, чем у штампованного диска CD-ROM. Поэтому старые (скажем, семилетние) приводы CD-ROM могут оказаться не в состоянии прочесть данные, записанные на диск CD-RW.

Альтернативы CD

Справедливости ради следует отметить, что компакт-диск как носитель данных начинает понемногу сдавать свои позиции, уступая дорогу более молодым «конкурентам».

Сегодня можно говорить о практической реализации двух альтернативных технологических решений, основанных на использовании оптических (или лазерных) дисков:

• технология DVD;

• технология Blu-Ray Disc.

Буквально за пару месяцев до подготовки новой редакции книги из этого ряда выпали диски, основанные на технологии HD DVD. О причине этого печального (прежде всего – для фирмы Toshiba) события будет сказано немного позже.

Перечисленные технологии различаются, в первую очередь, длиной волны лазера и материалами информационного слоя.

Технология DVD

Сокращение DVD расшифровывается как Digital Versatile Disc (цифровой универсальный диск), хотя первоначальный его смысл был несколько иным – Digital Video Disc (диск для цифрового видео).

В качестве носителя данных используется диск, внешне очень похожий на «обычный» компакт-диск. Однако при этом емкость DVD существенно выше: на сегодняшний день стандартный DVD-носитель вмещает 4,7 Гбайт данных, а так называемые «двухсторонние» – вдвое больше, около 9 Гбайт. Емкость «двухслойных» DVD-носителей несколько меньше (поскольку внешний слой имеет емкость 3,8 Гбайт) и равна всего 8,5 Гбайт. Двухслойный же двухсторонний DVD (бывают и такие) способен хранить около 17 Гбайт информации.

Для достижения столь высокой емкости в дисках DVD используются следующие технологические решения:

• применение лазера с меньшей длиной волны (635–650 нм); это позволяет прожигать и считывать питы меньшего размера и расположенные на меньшем расстоянии один от другого;

• шаг направляющей спирали в дисках DVD составляет всего 0,74 мкм (микрона) вместо 1,6 мкм в компакт-дисках;

• увеличена полезная площадь области данных;

• снижена избыточность корректирующих кодов;

• применяются более эффективные методы преобразования цифровых данных в аналоговую форму и обратно.

При этом компьютерные DVD-приводы способны читать и записывать данные на «обычные» компакт-диски, адаптируя длину волны и мощность излучения лазера к требованиям CD.

Технология Blu-Ray

Спецификация формата Blu-Ray была окончательно утверждена Ассоциацией Blu-Ray (www.blu-raydisc.com) лишь в начале января 2006 года, а в середине 2006 года появились первые поддерживающие ее компьютерные записывающие приводы.

Базовый носитель Blu-Ray Disc – это перезаписываемый оптический диск со стандартным для CD/DVD диаметром 12 см, обеспечивающий запись на один слой и одну сторону до 25 Гбайт данных, а на двухслойные носители – до 50 Гб. Спецификация предусматривает три физических формата носителей: BD-ROM («штампованный» Blu-Ray Disc), BD-RE (REwriteable Blu-Ray Disc, перезаписываемый диск) и BD-R (Recordable Blu-Ray Disc, диск для однократной записи).

Blu-Ray не является принципиально новым форматом – это, скорее, эволюция формата DVD. Название Blu-Ray (синий луч) обусловлено тем, что для записи и чтения диска вместо красного лазера, который используется в DVD и CD-ROM, применен синий лазер (blue-violet laser). У синего лазера длина волны в полтора раза меньше длины волны красного лазера, что позволяет сделать тоньше дорожку данных и, следовательно, повысить плотность записи.

Технология Blu-Ray создавалась в первую очередь для записи, хранения и воспроизведения видео– и аудиоинформации, тем не менее на Blu-Ray Disc можно записать и «обычные» данные.

Формат Blu-Ray довольно долго вел конкурентную борьбу с другим, близким ему по характеристикам, форматом – HD DVD (аббревиатура HD DVD означает High-Definition DVD, то есть «DVD повышенной четкости»). Борьба шла с переменным успехом, и некоторые ведущие кинокомпании поддерживали оба формата. Однако, как часто бывает на войне, один из конкурентов получил «удар в спину», от которого не смог оправиться. Этим проигравшим оказался формат HD DVD. А дело было так.

К концу 2007 года у фирмы Toshiba, разработчика и основного «про-двигателя» формата HD DVD, было несколько влиятельных союзников из числа голливудских кинокомпаний, включая Warner Bros, Paramount и Universal. Это сулило неплохие перспективы в борьбе с Blu-Ray, и потому на предстоявшей в январе 2008 года ежегодной выставке товаров бытовой электроники CES (Consumer Electronics Show) компания Toshiba планировала провести широкомасштабную презентацию своих продуктов – как носителей HD DVD, так и плееров того же формата. Однако буквально за два дня до открытия выставки студия Warner Bros выступает с заявлением, которое производит эффект разорвавшейся бомбы: она прекращает запись фильмов в формате HD DVD и в течение ближайших месяцев планирует целиком перейти на Blu-ray Disc. Пытаясь «сохранить лицо», глава подразделения Toshiba America Consumer Products заявляет на CES: «Мы по-прежнему уверены, что формат HD DVD лучше соответствует потребностям конечных пользователей». Вслед за этим, 14 января, Toshiba снижает цену плееров HD DVD почти в полтора раза. Однако уже через месяц, 15 февраля, крупнейшая мировая сеть розничных магазинов Wal-Mart заявляет, что к июню прекратит продажи HD DVD. А на следующий день, 16 февраля, основная широковещательная сеть Японии NHK сообщает, что Toshiba прекратила производство плееров HD DVD.

Но оставим HD DVD оплакивать собственную кончину и вернемся к старым добрым компакт-дискам.

Логическая структура компакт-диска

Читатель наверняка знаком с организацией хранения данных на таких магнитных носителях, как жесткий диск и дискета. И скорее всего, ему известно, что рабочая поверхность этих магнитных носителей разделена на дорожки, или треки (от англ. track). Каждая дорожка магнитного диска представляет собой концентрическую окружность, не соединяющуюся с другими дорожками. В свою очередь, дорожка подразделяется на несколько секторов. Наличие секторов позволяет более точно адресовать данные на диске и быстрее находить их. На магнитных носителях дорожки расположены на довольно большом расстоянии одна от другой, и поэтому механика дисковода обеспечивает точное позиционирование магнитной головки над дорожкой.

На компакт-дисках плотность размещения данных значительно (на несколько порядков) выше, чем на магнитных носителях. А луч лазера примерно во столько же раз тоньше магнитной головки. Поэтому с целью повышения надежности записи и считывания дорожки компакт-диска делают в виде одной длинной-предлинной спирали (порядка 4–5 км), начинающейся в геометрическом центре диска. Вот эта-то «нить Ариадны» и помогает лучу лазера не сбиться с пути, перескакивая с одной прожженной точки-ямки на другую. Существует у дорожек компакт-диска и еще одна особенность. Поскольку между ними отсутствуют физические границы, то длина очередной дорожки определяется объемом записанных на нее данных. В предельном случае вся «спираль» диска может стать одной-единственной дорожкой.

Есть и еще одна причина, по которой данные на компакт-диске размещаются не так, как на винчестере. Пожалуй, эта причина даже «главней» приведенной выше. Дело в том, что первый CD имел весьма узкую «специализацию» – он был предназначен для хранения аудиоданных. И создатели CD в какой-то степени перенесли на лазерный диск идеологию виниловых грампластинок – та же единая спираль, на которой одна за другой расположены фонограммы. Только в качестве звукоснимателя используется не игла, а луч лазера. И хотя компакт-диск давно уже стал универсальным носителем данных, используемая в нем идея современной «грампластинки» никуда не делась. Поэтому и более поздние форматы и способы записи данных на CD – это всего лишь попытки приспособить CD для новых целей.

Впрочем, не будем забегать вперед – режимам и форматам записи данных посвящены следующие главы книги.

В отличие от штампованных CD, у дисков типа CD-R и CD-RW есть служебная зона, которая называется ATIP (Absolute Time in Pre-Groove – абсолютная длительность ведущей дорожки). В ней хранится информация о типе диска, его емкости, производителе и о поддерживаемых скоростях записи. Кроме того, имеются две служебные зоны для калибровки мощности лазера и для сохранения промежуточного состояния так называемой таблицы содержимого диска (английская аббревиатура этого понятия – ТОС, Table of Content).