Файл: Tannenbaum.pdf

Вспомогательная память

103

используется настоящее золото. В отличие от обычных компакт-дисков с физи-
ческими углублениями, CD-R моделируются с помощью изменения отражатель-
ной способности впадин и площадок Для этого между слоем поликарбоната и от-

ражающим слоем золота помещается слой красителя, как показано на рис 2.21.

Используется два вида красителей: цианин зеленого цвета и пталоцианин желто-

вато-оранжевого цвета. Химики могут спорить до бесконечности, какой из них
лучше. Эти красители сходны с теми красителями, которые используются в фото-
графии, и именно поэтому Kodak и Fuji являются главными производителями

дисков CD-R.

На начальной стадии слой красителя прозрачен, что дает возможность свету

лазера проходить сквозь него и отражаться от слоя золота. При записи информа-

ции мощность лазера увеличивается до 8-16 мВт. Когда луч достигает красителя,
краситель нагревается, и в результате разрушается химическая связь. Такое изме-

нение молекулярной структуры создает темное пятно. При чтении (когда мощ-

ность лазера составляет 0,5 мВт) фотодетектор улавливает разницу между темны-

ми пятнами, где краситель был поврежден, и прозрачными областями, где краситель

не тронут. Это различие воспринимается как различие между впадинами и площад-
ками даже при чтении на обычном устройстве для считывания компакт-дисков
или на аудио-проигрывателе.

Ни один новый вид компакт-дисков не обходился без публикации параметров

в книге определенного цвета. В случае с CD-R это была

 Оранжевая книга,

 вышед-

шая в 1989 году. Этот документ определяет диск CD-R, а также новый формат,

CD-ROM XA,

 который позволяет записывать информацию на CD-R постепенно:

несколько секторов сегодня, несколько секторов завтра, несколько секторов через

месяц. Группа последовательных секторов, записываемых за 1 раз, называется

 до-

рожкой компакт-диска.

Этикетка

1.2 мм

Защитный спой лака

Отражающий слой позолоты

Слой

Поликарбонат

,Направление

движения

Фотодетектор

. красителя

Подложка

Темное пятно

— в слое красителя,

выжигаемое лазером

в процессе записи

Линза

•Призма

L Инфракрасный

[j лазерный диод

Рис.  2 . 2 1 . Поперечное сечение диска CD-R и лазера (масштаб не соблюдается). Обычный

компакт-диск имеет сходную структуру, но у него отсутствует слой красителя и вместо слоя

золота используется слой алюминия с выемками

1 0 4 Глава 2. Организация компьютерных систем

Одним из первых применений CD-R был фото-компакт-диск фирмы Kodak.

При такой системе клиент приносит экспонированную пленку и старый фото-ком-
пакт-диск в проявочную машину и получает свой старый компакт-диск, на который
после старых снимков записаны новые. Новый пакет данных, полученный в ре-

зультате сканирования негативов, записывается на компакт-диск в виде отдель-
ной дорожки. Такой способ записи необходим, поскольку заготовки дисков CD-R
слишком дорого стоят, поэтому записывать каждую новую пленку на новый диск

невыгодно.

Однако с появлением такого типа записи возникла новая проблема. До появле-

ния Оранжевой книги у всех компакт-дисков был единый

 VTOC (Volume Table of

Contents — оглавление диска).

 При такой системе дозаписывать диск было невоз-

можно. Решением данной проблемы стало предложение давать для каждой дорожки
компакт-диска отдельный VTOC. В список файлов VTOC могут включаться все

файлы из предыдущих дорожек или некоторые из них. После того как диск CD-R

вставлен в считывающее устройство, операционная система начинает искать сре-

ди дорожек самый последний VTOC, который выдает текущее состояние диска.

Если в текущий VTOC включить только некоторые, а не все файлы из предыду-

щих дорожек, может создаться впечатление, что файлы были удалены. Дорожки

можно группировать в

 сессии. В

 этом случае мы говорим о

 многосессионных

 ком-

пакт-дисках. Стандартные аудио-проигрыватели не могут работать с многосекци-
онными компакт-дисками, поскольку они ожидают единый VTOC в начале диска.

Каждая дорожка должна записываться непрерывно без остановок. Поэтому

жесткий диск, от которого поступают данные, должен работать достаточно быст-
ро, чтобы вовремя их доставлять. Если файлы, которые нужно скопировать, рас-

положены в разных частях жесткого диска, длительное время поиска может по-
служить причиной остановки потока данных на CD-R и, следовательно, причиной

недобора данных буфера. В результате недобора данных буфера у вас появится

замечательная блестящая (правда, немного дорогая) подставка для стаканов и бу-

тылок. Программное обеспечение CD-R обычно предлагает параметр сбора всех

необходимых файлов в виде блока последовательных данных. То есть до передачи

файлов на CD-R создается копия компакт-диска в 650 Мбайт. Однако этот про-

цесс обычно удваивает время записи, требует наличия 650 Мбайт свободного дис-
кового пространства и не защищает от того, что жесткие диски начинают совер-
шать рекалибровку в случае перегрева.

С появлением CD-R у отдельных лиц и компаний появилась возможность без

труда копировать компьютерные и музыкальные компакт-диски, что часто проис-
ходит с нарушением авторских прав. Были придуманы разные средства, препят-

ствующие производству пиратской продукции и затрудняющие чтение компакт-

дисков с помощью программного обеспечения, разработанного не производителем

данного диска. Один из таких способов — запись на компакт-диск информации о

том, что длина всех файлов составляет несколько гигабайт. Это препятствует ко-

пированию файлов на жесткий диск с использованием обычного программного
обеспечения. Настоящие размеры файлов включаются в программное обеспече-

ние производителя данного компакт-диска или прячутся где-нибудь на компакт-
диске (часто в зашифрованном виде). При другом подходе в избранные секторы

вставляются заведомо неправильные коды с исправлением ошибок. Программ-

Вспомогательная память 105

ное обеспечение, прилагаемое к данному компакт-диску, зафиксирует эти ошиб-
ки, а обычное программное обеспечение проверит эти коды с исправлением оши-
бок и не будет работать, если они заведомо правильные. Кроме того, возможно ис-
пользование нестандартных промежутков между дорожками и других физических

«дефектов».

CD-RW

Хотя люди и привыкли к таким носителям информации, которые нельзя переза-

писывать (такими носителями являются, например, бумага или фотопленка), все
равно существует спрос на перезаписываемые компакт-диски. В настоящее время
появилась технология

 CD-RW (CD-Rewritable — перезаписываемый компакт-

диск).

 При этом используется носитель такого же размера, как и CD-R. Однако

вместо красителя (цианина или пталоцианина) при производстве CD-RW исполь-

зуется сплав серебра, индия, сурьмы и теллура для записывающего слоя. Этот сплав

имеет два состояния: кристаллическое и аморфное, которые обладают разной от-

ражательной способностью.

Устройства для записи компакт-дисков снабжены лазером с тремя вариантами

мощности. При самой высокой мощности лазер расплавляет сплав, переводя его

из кристаллического состояния с высокой отражательной способностью в аморф-
ное состояние с низкой отражательной способностью, так получается впадина. При

средней мощности сплав расплавляется и возвращается обратно в естественное

кристаллическое состояние, при этом впадина превращается снова в площадку.
При низкой мощности лазер определяет состояние материала (для считывания
информации), никакого перехода состояний при этом не происходит.

CD-RW не заменили CD-R, поскольку заготовки дисков CD-RW гораздо до-

роже заготовок CD-R. Кроме того, для приложений, поддерживающих жесткие
диски, большим плюсом является тот факт, что с CD-R нельзя случайно стереть

информацию.

DVD

Основной формат компакт-дисков использовался с 1980 года. С тех пор техноло-
гии продвинулись вперед, поэтому оптические диски с высокой емкостью сейчас
вполне доступны по цене и пользуются большим спросом. Голливуд с радостью

заменил бы аналоговые видеозаписи на цифровые диски, поскольку они лучше по

качеству, их дешевле производить, они дольше служат, занимают меньше места на
полке в магазине и их не нужно перематывать. Компании, выпускающие бытовую

технику, занимаются поисками нового массового продукта, а многие компьютер-

ные компании хотят добавить к своему программному обеспечению мультимедиа.

Такое развитие технологий и спроса на продукцию трех чрезвычайно богатых

и мощных индустрии привело к появлению

 DVD

 (изначально сокращение от

Digital Video Disk — цифровой видеодиск,

 а сейчас официально

 Digital Versatile

Disk — цифровой универсальный диск).

 Диски DVD в целом похожи на ком-

пакт-диски. Как и обычные компакт-диски, они имеют 120 мм в диаметре, созда-

ются на основе поликарбоната и содержат впадины и площадки, которые освеща-

106 Глава 2. Организация компьютерных систем

ются лазерным диодом и считываются фотодетектором. Однако существует не-

сколько различий:

1. Впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8 микрона, как у обычно-

го компакт-диска).

2. Более плотная спираль (0,74 микрона между дорожками вместо 1,6 микрона).
3. Красный лазер (с длиной волны 0,65 микрона вместо 0,78 микрона).

В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение ем-

кости (до 4,7 Гбайт). Считывающее устройство для DVD 1х работает со ско-
ростью 1,4 Мбайт/с (скорость работы считывающего устройства для ком-

пакт-дисков составляет 150 Кбайт/с). К несчастью, из-за перехода к красному

лазеру потребовались DVD-проигрыватели с двумя лазерами или со слож-

ной оптической системой, чтобы можно было читать существующие музы-
кальные и компьютерные компакт-диски. Таким образом, не все DVD-про-
игрыватели могут работать со старыми компакт-дисками. Кроме того, не
всегда возможно считывание дисков CD-R и CD-RW.

Достаточно ли 4,7 Гбайт? Может быть. Если использовать сжатие MPEG-2

(стандарт IS 13346), DVD-диск объемом 4,7 Гбайт может вместить полноэкран-

ную видеозапись на 133 минуты с высокой разрешающей способностью (720x480)
вместе с озвучиванием на 8 языках и субтитрами на 32 других языках. Около
92% фильмов, снятых в Голливуде, по длительности меньше 133 минут. Тем не
менее для некоторых приложений (например, игр мультимедиа или справочных
изданий) может понадобиться больше места, а Голливуд мог бы записывать по не-

сколько фильмов на один диск. Поэтому было разработано 4 формата:

1. Односторонние однослойные (4,7 Гбайт).

2. Односторонние двуслойные (8,5 Гбайт).

3. Двусторонние однослойные (9,4 Гбайт).

4. Двусторонние двуслойные (17 Гбайт).

Зачем так много форматов? Если говорить коротко, основная причина — убеж-

дения компаний. Philips и Sony считали, что нужно выпускать односторонние дис-

ки с двойным слоем, a Toshiba и Time Warner хотели производить двусторонние

диски с одним слоем. Philips и Sony думали, что покупатели не захотят перевора-
чивать диски, а компания Time Warner полагала, что если поместить два слоя на

одну сторону диска, он не будет работать. Компромиссное решение — выпускать
все варианты, а рынок уже сам определит, какой из вариантов выживет.

При двуслойной технологии на нижний отражающий слой помещается полу-

отражающий слой. В зависимости от того, где фокусируется лазер, он отражается

либо от одного слоя, либо от другого. Чтобы обеспечить надежное считывание ин-
формации, впадины и площадки нижнего слоя должны быть немного больше по

размеру, поэтому его емкость немного меньше, чем у верхнего слоя.

Двусторонние диски создаются путем склеивания двух односторонних дисков

по 0,6 мм. Чтобы толщина всех версий была одинаковой, односторонний диск тол-
щиной 0,6 мм приклеивается к пустой подложке (возможно, в будущем эта под-

Вспомогательная память

1 0 7

ложка будет содержать 133 минуты рекламы, в надежде, что покупатели заинте-

ресуются, что там на нем). Структура двустороннего диска с двойным слоем пока-

зана на рис. 2.22.

Односторонний диск

толщиной 0,6 мм

Односторонний диск

толщиной 0,6 мм

Поликарбонатная подложка 1

Клейкий слой

Поликарбонатная подложка 2

Полуотражающий

> <

 слой

Алюминиевый

"""^ отражатель

"*-*. Алюминиевый

отражатель

Полуотражающий

слой

Рис. 2.22. Двусторонний диск DVD с двойным слоем

DVD был разработан корпорацией, состоящей из 10 компаний по производ-

ству бытовой техники, семь из которых были японскими, в тесном сотрудничестве
с главными студиями Голливуда (японские компании являлись владельцами не-
которых из этих студий). Ни компьютерная, ни телекоммуникационная про-

мышленность не были вовлечены в разработку, и в результате упор был сделан на

использование DVD для видеопрокатов и распродаж Перечислим некоторые стан-

дартные особенности DVD: возможность исключать непристойные сцены из филь-

ма (чтобы родители могли превращать фильм типа NC17

1

 в фильм, который мож-

но смотреть детям), шестиканальный звук, поддержка для перемасштабирования.

Последняя особенность позволяет DVD-проигрывателю решать, как обрезать пра-

вый и левый край фильмов (у которых соотношение ширины и высоты 3:2) так,
чтобы они подходили к современным телевизорам (с форматом 4:3).

Еще одна особенность, которая, вероятно, никогда не пришла бы в голову раз-

работчикам компьютерных технологий, — намеренная несовместимость дисков для

Соединенных Штатов и для европейских стран и другие стандарты для других

континентов. Голливуд ввел такую систему, потому что новые фильмы всегда сна-
чала выпускаются на экраны в Соединенных Штатах и только после появления
видеокассет отправляются в Европу. Это делается для того, чтобы европейские
магазины видеопродукции не могли покупать видеозаписи в Америке слишком
рано (вследствие этого мог сократиться объем продаж новых фильмов в Европе).

Если бы Голливуд стоял во главе компьютерной промышленности, то в Америке

были бы дискеты 3,5 дюйма, а в Европе — 9 см.

Поскольку DVD-диски пользуются большой популярностью, возможно, что

в скором времени диски DVD-R (на которых возможна запись информации) и
DVD-RW (на которых возможна перезапись информации) станут продуктами мас-

сового потребления. Однако успех DVD не гарантирован, поскольку кабельные

компании планируют доставлять фильмы несколько другим способом — по кабе-

лю, и борьба уже началась.

NC17 — фильмы, содержащие сцены секса и насилия и не предназначенные для просмотра детьми. —

Примеч. перев.