Файл: Технологии хранения информации.pdf

Вначале компакт-диски использовались исключительно в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, заменяя устаревшие виниловые пластинки и магнитофонные кассеты. Однако вскоре лазерные диски стали использоваться и на персональных компьютерах. Компьютерные лазерные диски были названы CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory, что переводится как компакт-диск - память только для чтения). В конце девяностых годов устройство для работы с CD-ROM стало стандартным компонентом любого персонального компьютера, а подавляющее большинство программ стали распространяться на компакт-дисках.

1.2. Технология хранения информации в оптических носителях первого поколения

Для примера автор рассматривает компакт-диски. В зависимости от количества возможных операций записи компакт-диски разделяются:

•

CD-ROM (read only memory), диск изготавливается на заводе, и дальнейшая запись на него невозможна

•

CD-R (recordable), диск предназначен для однократной записи в домашних условиях

•

CD-RW (rewritable), диск допускает множество операций записи.

Принцип работы компакт дисков – оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. Рабочая длина волны лазера - 780 нм. В компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, не отражение - как ноль.

Рассмотрим формат компакт-диска, поверхность диска разделена на области:

•

PCA (Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.

•

PMA (Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.

•

Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда).

•

Область данных (program area, user data area).

•

Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

1.2.1. Однократно записываемые диски (CD-R).

По своему внутреннему строению CD-R диск напоминает слоеный пирог, "начинка" которого состоит из активного (информационного), отражающего и защитного слоев. Слои последовательно наносятся на основу из поликарбоната. При этом основа CD-R диска то есть пластмасса должна быть такова, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировался и не вызывал разрушения диска.

На основу наносится активный (или регистрирующий) слой, на котором, собственно, и происходит запись информации. Во время записи мощный лазерный луч нагревает небольшие участки активного слоя. Под воздействием высокой температуры меняются свойства вещества регистрирующего слоя в месте нагрева, в результате он перестает пропускать свет. В других местах, которые не разогревались лазером, свет по-прежнему беспрепятственно проходит через регистрирующий слой.

Дальше следует отражающий слой, представляющий тончайшую пластинку из золота или серебра. Причем из серебра лучше, потому что у него больший коэффициент отражения, но золото - очень долговечный материал, а серебро со временем окисляется. Поэтому в тех случаях, когда требуется длительное хранение данных, применяются диски с золотым отражающим слоем.

Ну и последний слой, защитный, наносится поверх отражающего, и служит для механической защиты CD-R диска и нанесения на него этикетки. Тут тоже возможны варианты: в простейшем случае защитный слой являет собой покрытие лаком. Но лак можно ободрать, и, что еще хуже, возможна химическая реакция между лаком и различными веществами, которые на него попадают (например, с чернилами, которыми Вы сделаете надпись на обратной стороне диска). Однако последнее время некоторые производители CD-R дисков используют специальные устойчивые лаки для покрытия дисков, что сообщает им дополнительную надежность. Более надежные защитные покрытия - дополнительный слой специального пластика. Кроме защиты, такой способ еще и делает внешний вид диска более привлекательным по сравнению с лаковым.

Восстановить прозрачность веществ, используемых в качестве активного слоя в дисках CD-R, невозможно. С одной стороны, это дает некоторую гарантию того, что записанная информация будет надежно сохранена. Действительно, повредить запись, нанесенную на активный слой, можно только одним способом - сделать прозрачные участки непрозрачными. Что и может произойти под воздействием, например, яркого солнечного света. С другой стороны, один раз записанный диск переписать невозможно. К сожалению, решить это противоречие пока не удалось. На сегодняшний день мы вынуждены выбирать между возможностью перезаписи и надежностью хранения информации.

1.2.2. Многократно записываемые диски (CD-RW)

Если мы выбираем перезапись, то используем диск CD-RW. Единственное отличие таких дисков от CD-R заключается в устройстве регистрирующего слоя. У CD-R дисков запись основана на изменении оптических свойств слоя под действием температуры - при нагревании слой мутнеет. Принцип записи CD-RW дисков чуть сложнее, здесь используется явление фазового перехода. То есть промежуточный слой, из специального органического материала, может пребывать как в аморфном, так и в кристаллическом виде.

Аморфное вещество, как известно из курса физики, это такое вещество, которое при нагревании не превращается в жидкость, а постепенно размягчается, становятся все более текучими. Примером такого вещества может быть мед. Кстати, на примере меда хорошо видно общее свойство аморфных веществ - с течением времени они переходят в кристаллическую форму. Поставьте банку прозрачного свежего меда в шкаф, и не трогайте пару лет. Потом достаньте, и вы увидите, что мед загустел, а то и вовсе стал твердым, "засахарился". И стал непрозрачным. Вот на этом принципе и основана запись на CD-RW.

Прозрачность регистрирующего слоя CD-RW зависит от того, в каком состоянии это вещество находится, в аморфном или в кристаллическом. И мы можем управлять процессом перехода из одного состояния в другое. Если нагреть регистрирующий слой до достаточно высокой температуры и затем резко охладить его, то вещество переходит в аморфную форму. Именно так происходит процесс записи. На чистом диске CD-RW регистрирующий слой находится в кристаллической форме. Мощный луч записывающего лазера разогревает участок поверхности и выключается, диск быстро остывает и в этом месте часть активного слоя переходит в аморфную форму. Для того чтобы вернуть вещество активного слоя в кристаллическое состояние, его опять нагревают, но до меньшей температуры (менее интенсивным лучом). И вещество возвращается в кристаллическое состояние. Такую операцию можно проводить около 1000 раз, именно столько циклов перезаписи выдерживают CD-RW диски.

Но и здесь есть свои недостатки, заключающиеся в особенности аморфных веществ 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.

1.3. Способы записи компакт-дисков в домашних условиях

Для этого необходимо иметь не только записывающий CD-привод, но и специальное программное обеспечение. Примером таких программ могут служить Easy CD, CD Creator, CD Publisher и прочие.

Процесс записи одной дорожки (сессии) представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора "нечестными" драйверами устройств, зависанием программы или операционной системы. К сбою записи приводят также механические толчки привода.

Различается два основных режима записи CD-R:

•

DAO (Disk At Once - весь диск за один прием) . При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска. Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск

•

TAO (Track At Once - одна дорожка (сессия) за один прием). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается в ее конце; в точках включения и выключения лазера формируются серии специальных кадров - run-in, run-out и link, предназначенные для связывания дорожек между собой. В режиме TAO пишутся многосессионные диски, допускающие последующую дозапись данных; при этом для сессии записывается только зона Lead In (открытая сессия). При записи каждой последующей сессии предыдущая закрывается путем записи зоны Lead Out, за которой следует Lead In новой сессии. На эти две зоны расходуется дополнительно 13.5 Мб (6750 кадров) дискового пространства.

Для записи CD-RW может применяться их предварительное форматирование - разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск - стандартные файловые операции копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером привода CD-RW в серии операций перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF (Universal Disk Format — универсальный формат диска) и программы начальной разметки.

§2 Оптические диски второго поколения

1.1. История появления DVD-дисков

Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 в Японии и в марте 1997 в США. В начале 1990-х годов разрабатывалось два стандарта для оптических информационных носителей высокой плотности. Один из них назывался «Multimedia Compact Disc» (MMCD) и разрабатывался компаниями Philips и Sony, второй — «Super Disc» — поддерживали 8 крупных корпораций, в числе которых были Toshiba и Time Warner. Позже усилия разработчиков стандартов были объединены под началом IBM, которая не хотела повторения кровопролитной войны форматов, как было со стандартами кассет VHS и Betacam в 1980-х. Официально DVD был анонсирован в сентябре 1995 года. Первая версия спецификаций DVD была опубликована в сентябре 1996 года. Изменения и дополнения в спецификации вносит организация DVD Forum (ранее называвшаяся DVD Consortium), членами которой являются 10 компаний-основателей и более 220 частных лиц. Первый привод, поддерживающий запись DVD-R, выпущен Pioneer в октябре 1997 года. Стоимость этого привода, поддерживающего спецификацию DVD-R версии 1.0, составляла 17000$. «Болванки» объемом 3.95 Гб стоили по 50$ каждая. Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск). Позже многие стали расшифровывать DVD как Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск). Toshiba, заведующая официальным сайтом DVD Forum’а, использует «Digital Versatile Disc». К консенсусу не пришли до сих пор, поэтому сегодня «DVD» официально вообще никак не расшифровывается.

1.2. Классификация DVD – дисков

DVD по структуре данных бывают трёх типов:

•

DVD-Video — содержат фильмы (видео и звук);

•

DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

•

DVD-Data — содержат любые данные.

DVD как носители бывают четырёх типов:

•

DVD-ROM — штампованные на заводе диски;

•

DVD+R/RW — диски однократной (R — Recordable) и многократной (RW — ReWritable) записи;

•

DVD-R/RW — диски однократной (R — Recordable) и многократной (RW — ReWritable) записи;

•

DVD-RAM — диски многократной записи с произвольным доступом (RAM — Random Access Memory).

Может возникнуть вопрос какая разница между dvd-rw и dvd+rw? Изначально существовали две коалиции из ведущих фирм, каждая из них продвигала свой стандарт. Pioneer (продвигала DVD-) и Sony(продвигала DVD+). После сравнительно не долгой войны, эти две коалиции пришли к общему соглашению и стали выпускаться приводы, поддерживающие оба стандарта. В чём отличия? Когда вы записываете фильм в формате DVD, то лучше это делать на DVD-, так как он изначально разрабатывался для DVD плееров. DVD+ вышел позже своего конкурента, безусловно, был разработан с учётом недостатков DVD-. В нём значительно была увеличена скорость записи. DVD+ обеспечивает лучшие возможности коррекции ошибок записи. Затем, гораздо более гибко реализована непосредственно запись. Следовательно, если вы пишите диск DVD с данными и фильмами в формате DivX, да и во всех других случаях, то лучше использовать DVD+.