Устройства оптического хранения данных

Что такое CD-ROM CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory — память только для чтения на компакт-диске) — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения дан­ных. Другие форматы CD-R и CD-RW позволяют записывать данные на компакт-диск.
CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чте­ния, на котором может храниться до 650 Мбайт данных, что соответствует примерно 333 тыс. страниц текста, 74 минутам высококачественного звучания или их комбинации. Доступ к данным, хранящимся на CD-ROM, осуществляется быстрее, чем к данным, записанным на дискетах, но все же значительно медленнее, чем на современных жестких дисках. Термин CD-ROM относится как к самим компакт-дискам, так и к устройствам (накопителям), в которых информация считывается с компакт-диска. Сфера применения CD-ROM расширяется очень быстро: если в 1988 году их было записано всего несколько десятков, то сегодня выпущено уже несколько тысяч наиме­нований самых разнообразных тематических дисков — от статистических данных по мировому сельскохозяйственному производству до обучающих игр для дошкольников. Множество мелких и крупных частных фирм и государственных организаций выпускают собственные компакт-диски со сведениями, представляющими интерес для специалистов в определенных областях. Немного истории В 1979 году компании Sony и Philips объединили усилия в области разработки со­временных звуковых компакт-дисков. Philips к тому времени уже разработала лазерный проигрыватель, а у Sony за плечами были многолетние исследования в области цифро­вой звукозаписи. Конкурентная борьба между ними могла привести к появлению двух несовместимых форматов лазерных дисков, поэтому они пришли к соглашению о единой технологии записи и производства. Компания Philips в основном занималась разработкой физического носителя, взяв за основу собственную конструкцию лазерного диска, данные которого, записанные в виде впадин разной глубины (штрихов), считывались с помощью лазера. Sony, в свою очередь, разрабатывала цифроаналоговую схему, уделяя особое внимание устройствам цифрового кодирования и коррекции ошибок. В 1980 году обе компании представили стандарт CD-DA, называемый с тех пор фор­матом Red Book (это название формат получил из-за красного цвета обложки опублико­ванного документа). Спецификации Red Book определили способы записи и обработки звука, а также физический размер диска, равный 120 мм (4,72 дюйма), который использу­ется по настоящее время. Как гласит легенда, такой размер был выбран потому, что диск этого диаметра полностью вмещает в себя 70-минутную Девятую симфонию Бетховена. После завершения работы над спецификацией, компании включились в негласное соревнование за создание первого коммерческого аудиопроигрывателя компакт-дисков. Победителем в этом состязании стала Sony, которая имела больше опыта в создании циф­ровых электронных устройств и 1 октября 1982 года, опередив Philips всего на один месяц, представила проигрыватель CDP-101 и первый в мире звуковой компакт-диск с альбомом Билли Джоела (Billy Joel) "52nd Street". Этот проигрыватель начал продаваться в Японии, затем в Европе и только в начале 1983 года в США. В 1984 году Sony выпустила первые автомобильные и портативные аудиоплейеры для воспроизведения компакт-дисков. Sony и Philips продолжали сотрудничать в области стандартов компакт-дисков еще в течение десяти лет и в 1984 году выпустили стандарт CD-ROM, получивший название Yellow Book. Этот стандарт позволил перейти от музыкальных компакт-дисков, исполь­зуемых для хранения оцифрованного звука, к носителям, содержащим данные только для чтения, которые предназначались для компьютерных систем. В стандарте Yellow Book ис­пользуется тот же физический формат, что и в звуковых компакт-дисках, но модифициро­ванные электронные схемы декодирования позволили значительно повысить надежность хранения данных. Геометрические параметры компакт-диска, принятые оригинальным стандартом Red Book, использовались фактически во всех последующих стандартах CD (по-прежнему называемых по цвету обложек опубликованных документов). Таким об­разом, компакт-диск прошел путь от хранителя симфонии до универсального носителя программного обеспечения и данных практически любого типа, что стало возможным благодаря появлению стандарта Yellow Book (CD-ROM). Технология записи компакт-дисков Несмотря на внешнее сходство с компакт-дисками стандарта CD-DA, диски CD-ROM используются для хранения данных вместо (или помимо) оцифрованных звуковых записей. Дисководы CD-ROM, используемые в персональных компьютерах для считывания данных, практически идентичны проигрывателям музыкальных компакт-дисков и отлича­ются только измененной электронной схемой, обеспечивающей дополнительные функции выявления и коррекции ошибок. Это служит гарантией, что данные будут считываться без ошибок, так как малейший, даже самый незначительный сбой при воспроизведении звука недопустим так же, как и отсутствие данных в файле. Компакт-диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и тол­щиной 1,2 мм, в центре которой расположено отверстие диаметром 15 мм. Штампованное или литое основание пластины физически является одной спиральной дорожкой, которая начинается на внутренней и заканчивается на внешней части диска. Шаг этой дорожки, или разделение спирали, равен 1,6 микрона (1 микрон — миллионная часть метра или тысячная часть миллиметра). Для сравнения: шаг физической дорожки долгоиграющей пластинки составляет примерно 125 микрон. Компакт-диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Если рассмотреть спи­ральную дорожку под микроскопом, то станет видно, что она состоит из приподнятых участков, которые называются впадинами (pits), и плоских поверхностей между ними, называемых площадками (lands). На первый взгляд может показаться странным, что при­поднятый участок дорожки называется впадиной. Это связано с тем, что при штамповке диска формовка его верхней части (т. е. профиля дорожки) осуществляется таким образом, что впадины действительно становятся углублениями, сделанными в поликарбонатной пластине. Лазер, используемый для считывания данных компакт-диска, может свободно прой­ти сквозь прозрачный пластик, поэтому отформованная поверхность диска покрывается отражающей металлической пленкой (обычно алюминиевой). После этого алюминиевая пленка покрывается тонким защитным слоем акрилового лака, на который, в свою оче­редь, наносится текст или красочное изображение. Массовое производство CD-ROM При массовом коммерческом производстве компакт-диски изготавливаются штам­повкой или прессованием, но не выжиганием с помощью лазера, как многие считают. Хотя лазер и применяется для вытравливания данных на стеклянном мастер-диске, покрытом светочувствительным материалом, непосредственное выжигание дисков при воспроизводстве сотен или тысяч копий будет, по меньшей мере, непрактично.
Далее представлены основные этапы производства компакт-дисков. 1. Нанесение фоторезисторного слоя. Круглая пластина из полированного стекла диа­- метром 240 мм и толщиной 6 мм покрывается слоем фоторезистора толщиной около 150 микрон, после чего обжигается при температуре 80˚С (176˚F) в течение 30 ми­- нут.
2. Лазерная запись. Лазерный самописец (Laser Beam Recorder — LBR) посылает им­ пульсы синего или фиолетового света, которые засвечивают и размягчают опреде­- ленные участки фоторезисторного слоя стеклянного мастер-диска. 3. Формирование мастер-диска. Обработанный стеклянный диск погружается в рас­- твор гидрооксида натрия (едкого натра), который растворяет экспонированные ла­- зером участки, формируя тем самым впадины в фоторезисторном слое. 4. Электролитическое формование. С помощью процесса, называемого гальванопла­- стикой, ранее подготовленный мастер-диск покрывается слоем никелевого сплава. В результате создается металлический мастер-диск, получивший название роди­- тельского диска (father). 5. Разделение мастер-диска. Затем металлическая матрица отделяется от стеклянного мастер-диска. Матрица представляет собой металлический мастер-диск, который уже может использоваться для изготовления небольших партий дисков, так как мат­- рица изнашивается очень быстро. Разделение мастер-диска зачастую приводит к по­вреждению стеклянной основы, поэтому методом гальванопластики создают еще несколько негативных копий диска (которые называются материнскими (mother)). Негативные копии мастер-диска впоследствии применяются для создания рабочей матрицы, используемой в процессе массового тиражирования компакт-дисков. Это позволяет штамповать большое количество дисков, без повторения процесса фор­мирования стеклянного мастер-диска. 6. Штамповка диска. Металлическая рабочая матрица применяется в литейной ма­шине для формирования принципа отображения данных (впадин и площадок) в рас­плавленной поликарбонатной массе объемом около 18 грамм, при температуре 350˚C (или 662˚F). При этом сила давления достигает примерно 20000 фунтов на квадратный дюйм. Как правило, в современных термических штамповочных прессах на изготовление каждого диска уходит не более трех секунд. 7. Металлизация. Для создания отражательной поверхности на отштампованный диск посредством напыления наносится тонкий (0,05-0,1 микрона) слой алюминия. 8. Защитное покрытие. Для защиты алюминиевой пленки от окисления, на метал­лизированный диск с помощью центрифуги наносится тонкий (6-7 микрон) слой акрилового лака, затвердевающего под действием ультрафиолетовых лучей. 9. Конечный продукт. В завершение на поверхность диска методом трафаретной печа­ти наносится текст этикетки или какое-либо изображение, также высыхающее под действием ультрафиолетовых лучей. Процесс изготовления дисков данных CD-ROM и музыкальных компакт-дисков прак­тически одинаков. Впадины и площадки Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецеп­тор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверх­ность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается. Диск вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает то, что, в сущности, является набором световых вспышек, повторяющих рисунок впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т. е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук. Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина — 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная дли­на впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная — 3,3 микрона. Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска. Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину длины волны (1/4 + 1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом, отразившимся от впадины. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2 длины волны не совпадает по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят друг друга, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на покрытие металлической отражающей пленкой, становятся "черными" (т. е. не отражающими свет). Считывающий лазер, используемый в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мвт (милливатт). Поли­карбонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффи­циент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медленнее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следо­вательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55 = 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм составляет 125 нм, или 0,125 микрона, что составляет высоту впадины (штриха). Устройство накопителей CD-ROM Ниже приведен алгоритм работы накопителя CD-ROM. 1. Полупроводниковый лазер (рис. 1) генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало. 2. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, сме­щает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт- диске. 3. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отра­жается от зеркала и попадает на разделительную призму. 4. Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу. 5. Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует свето­вую энергию в электрические импульсы. 6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и переда­ются в компьютер в виде данных. 1. Структура накопителя CD-ROM Дорожки и секторы Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на милли­метр или 15 875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22 188 витков. Диск разделен на шесть основных областей.
■ Область фиксирования диска. Область фиксирования (посадки) представляет со­бой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных. ■ Область калибровки мощности (PCA). Эта область существует только на перезапи­сываемых дисках (CD-R/RW) и используется только дисководами перезаписывае­мых дисков для определения мощности лазера, необходимой для оптимального вы­жигания диска. Тестирование области калибровки каждого диска CD-R или CD-RW может проводиться до 99 раз.
■ Программируемая область памяти (PMA). Эта область, существующая только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW), представляет собой зону, используемую для записи временной таблицы оглавления (Table Of Content — TOC). После завершения сеанса записи информация ТОС переписывается на нулевую дорожку. ■ Нулевая дорожка. Эта дорожка содержит оглавление диска (или сеанса) в кодировочном канале Q. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех доро­жек (музыкальных или дорожек данных), общую длину программной области (обла­сти данных), а также информацию о каждом сеансе записи. Компакт-диск, записан­ный полностью за один сеанс (в режиме DAO или Disk At Once), содержит только одну нулевую дорожку. Диски, записанные в течение нескольких сеансов, включа­ют в себя несколько нулевых дорожек, которыми начинается каждый сеанс записи. Нулевая дорожка занимает 4 500 секторов диска (одну минуту, если пользоваться единицами времени, или около 9,2 Мбайт данных). Нулевая строка также указывает, является ли данный диск многосеансовым (т. е. многократно перезаписываемым); кроме того, она указывает следующий адрес записи диска, если он не заполнен. ■ Программная (информационная) область. Область диска, которая начинается на расстоянии 25 мм от его центра. ■ Конечная зона. Эта область отмечает конец программной (информационной) обла-­ сти диска или же завершение сеанса записи на многосеансовом диске. Конечная зона не содержит каких-либо данных и используется только в качестве маркера. Первая конечная зона (или единственная, если диск записан в течение одного се­- анса или в режиме Disk At Once) занимает 6750 секторов (эквивалент 1,5 минуты или около 13,8 Мбайт данных). Все последующие конечные зоны многосеансового диска занимают 2 250 секторов (0,5 минуты или около 4,6 Мбайт данных). Область фиксирования диска, программная область, нулевая дорожка и конечная зона существуют на дисках любых типов. Кроме того, перезаписываемые компакт-диски (CD-R и CD-RW) дополнительно содержат область калибровки мощности и программируемую область памяти, которые находятся в начале диска. Центральное отверстие компакт-диска имеет диаметр 15 мм, т. е. его края располо­жены на расстоянии 7,5 мм от центра диска. Область фиксирования диска начинается от края центрального отверстия и заканчивается на расстоянии 20,5 мм. Затем следует об­ласть калибровки мощности (PCA). За ней расположена программируемая область памяти (PMA), начинающаяся на расстоянии 22,35 мм от центра диска. Сразу за этой областью на расстоянии 23 мм начинается нулевая дорожка. Программная (информационная) область диска начинается на расстоянии 25 мм от центра диска и завершается конечной зоной, расположенной в 58 мм от центра. Формально дорожка диска заканчивается на рассто­янии 58,5 мм; затем следует буферная зона диска шириной 1,5 мм. Обычно спиральная дорожка стандартного диска CD-DA или CD-ROM начинает­ся с нулевой дорожки и заканчивается конечной зоной, расположенной на расстоянии 58,5 мм от центра диска или 1,5 мм от его внешнего края. Длина спиральной дорожки до­стигает 5,77 км, или 5,39 миль. При использовании накопителя 56x CAV, имеющего посто­янную угловую скорость (Constant Angular Velocity — CAV), перемещение данных по от­ношению к лазеру происходит со скоростью 162,8 миль/ч (262 км/ч). Самое удивительное заключается в том, что, несмотря на довольно высокую скорость перемещения данных, лазерный датчик безошибочно считывает значения бит (переходы впадина/площадка), размеры которых не превышают 0,9 микрона, или 35,4 миллионной доли дюйма! В табл. 1 приведены основные технические характеристики 74- и 80-минутных ком­пакт-дисков. Первоначальный CD-стандарт создавался с учетом 74-минутного компакт-диска; 80-минутные версии, разработанные позже, отличаются главным образом более компактным расположением витков дорожки. Таблица 1. Технические параметры CD-ROM Объявленная длина компакт-диска, мин 74 80 Объявленная емкость компакт-диска, MiB 650 700 Скорость считывания 1х, м/с 1,3 1,3 Расстояние между витками, микрон 1,6 1,48 Количество витков в одном миллиметре 625 676 Количество витков в одном дюйме 15 875 17162 Общая длина дорожки, м 5 772 6240 Общая длина дорожки, фут 18 937 20472 Общая длина дорожки, мили 3,59 3,88 Ширина впадины, микрон 0,6 0,6 Глубина впадины, микрон 0,125 0,125 Номинальная длина впадины (минимальная), микрон 0,9 0,9 Номинальная длина впадины (максимальная), микрон 3,31 3,31 Внутренний радиус нулевой дорожки, мм 23 23 Внутренний радиус области данных, мм 25 25 Внешний радиус области данных, мм 58 58 Внешний радиус конечной зоны, мм 58,5 58,5 Ширина области данных, мм 33 33 Общая ширина области дорожки, мм 35,5 35,5 Максимальная частота вращения 1х CLV, об/мин 540 540 Минимальная частота вращения 1х CLV, об/мин 212 212 Количество колец витков дорожки (область данных) 20625 22 297 Количество колец витков дорожки (общее) 22 188 23 986 MiB - Mebibyte (1 048576 байт). CLV— постоянная линейная скорость (Constant Linear Velocity). Спиральная дорожка разделена на секторы, частота следования которых при чтении или записи составляет 75 секторов в секунду. Таким образом, на диске, содержащем в об­щей сложности 74 минуты информации, может находиться максимум 333 000 секторов. Каждый сектор, в свою очередь, разделен на 98 отдельных блоков (фреймов) информа­ции. Каждый фрейм содержит 33 байт, из которых 24 байт являются звуковыми данными, 1 байт содержит кодовую служебную информацию, а 8 байт используются для хранения данных, получаемых при коррекции четности/кода ошибок (ЕСС).
Обработка ошибок При разработке стандарта компакт-дисков Red Book основное внимание было уделе­но обработке ошибок. Для уменьшения влияния возможных ошибок в компакт-дисках используются методы контроля четности и чередования, получившие название переме­жающего кода Рида-Соломона (CIRC). Эта технология работает на уровне блоков (фрей- мов). При сохранении информации 24 байт данных каждого блока сначала обрабатыва­ются шифратором Рида-Соломона, создающим 4-байтовый код контроля четности (так называемый Q-контроль четности), который добавляется к исходным 24 байтам данных. Полученные в результате этой операции 28 байт передаются второму шифратору, исполь­зующему другую схему, который, в свою очередь, создает дополнительный 4-байтовый код контроля четности (Р-контроль четности). Этот код добавляется к 28 байтам, полу­ченным в предыдущем кодировании, что составляет 32 байта (24 исходных байта данных плюс байты Q- и P-контроля четности). Затем вводится дополнительный подкодовый байт данных (информация о дорожке), в результате чего получается 33 байта для каж­дого блока. Для того чтобы минимизировать влияние царапин или физических дефектов, которые могут привести к повреждению смежных блоков, непосредственно перед записью блоков проводится несколько операций чередования. С помощью линий задержки осуществляет­ся перекрестное чередование 109 блоков, т. е. эти блоки располагаются в различных фрей­мах и секторах. Такой подход уменьшает вероятность воздействия царапин и дефектов на смежные данные, так как запись данных осуществляется, по сути, непоследовательно. Схема CIRC, используемая в музыкальных компакт-дисках и дисках данных CD-ROM, позволяет исправлять ошибки длиной до 3 874 бит, что составляет 2,6 мм длины дорожки. Кроме того, использование метода интерполяции дает возможность исправлять ошибки длиной до 13 282 бит (или 8,9 мм по длине дорожки). Интерполяция представляет собой процесс приблизительного вычисления или усреднения данных, позволяющий восстано­вить отсутствующие данные. Этот метод, конечно, не годится для компьютерных дисков CD-ROM, поэтому он применяется только в музыкальных компакт-дисках. Стандарт ком­пакт-дисков Red Book определяет частоту блоков с ошибками (Block Error Rate — BLER) как отношение количества блоков с какими-либо ошибками (98 блоков в каждом секторе) ко времени их считывания, выраженному в секундах. Необходимо, чтобы полученное зна­чение не превышало 220. Если это условие соблюдается, то компакт-диск, содержащий до 3% блоков с ошибками, все еще будет работоспособен. Наличие дополнительного уровня обнаружения ошибок и схемы коррекции явля­ется характерной чертой музыкальных проигрывателей компакт-дисков и накопителей CD-ROM. Музыкальные проигрыватели преобразуют цифровые данные, хранящиеся на компакт-диске, в аналоговые сигналы, обрабатываемые стереофоническим усилителем. При использовании этой схемы некоторая неточность воспроизведения данных вполне допустима, так как человеческое ухо просто не в состоянии это услышать. В свою оче­редь, накопители CD-ROM не могут допустить какую-либо ошибку, так как каждый бит данных должен считываться предельно точно. Поэтому компакт-диски CD-ROM, наряду с основными данными, содержат большой объем дополнительной информации ЕСС. Код коррекции ошибок (ЕСС) позволяет выявлять и исправлять большинство мелких ошибок, повышая тем самым надежность и точность обработки данных до уровня, приемлемого для хранения данных. При воспроизведении музыкального компакт-диска отсутствующие данные могут быть интерполированы, т. е. существует определенный шаблон данных, позволяющий "уга­дать" отсутствующие значения. Например, если три значения данных музыкального ком­пакт-диска выражены серией последовательных чисел 10, 13 и 20, а среднее значение из-за повреждения или загрязнения поверхности диска пропущено, то его можно с достаточ­ной степенью точности определить как 15, т. е. среднее арифметическое чисел 10 и 20. Хотя значение восстановлено неточно, слушатель не заметить этой погрешности при вос­произведении звуковой записи. Если же аналогичные значения будут на компакт-диске CD-ROM в исполняемой программе, то определить правильное значение средней выбор­ки не получится. Метод интерполяции здесь не работает, так как команды или данные исполняемой программы должны быть безошибочны; в противном случае произойдет повреждение программы или неверное считывание данных, необходимых для выполне­ния вычислений. Использование ранее описанного метода при считывании исполняемой программы с диска CD-ROM практически невозможно. Диск CD-ROM, наряду с основными данными, содержит дополнительную информа­цию, введенную в каждый сектор и применяемую для выявления и исправления ошибок, а также для более точного определения секторов данных. Для этого из 2 352 байт каждого сектора, используемых первоначально для хранения звуковых данных, 304 байта при­меняются для синхронизации (синхронизирующие биты), идентификации (биты иденти­фикации), кода коррекции ошибок (ЕСС), обнаружения и исправления ошибок (EDC). Фактически в каждом секторе остается 2048 байта пользовательских данных. За одну секунду считывается 75 секторов, поэтому базовая скорость считывания данных с ком­пакт-дисков CD-ROM достигает 2048 × 75 = 153 600 байт в секунду, что составляет 153,6 Кбайт/с, или 150 KiB/с. Кодирование данных на диске Теперь разберемся с завершающей частью процесса записи данных на компакт-диск. После того как все 98 блоков скомпонованы в один сектор (звуковой или сектор данных), начинается заключительный процесс кодирования информации, получивший название EFM-модуляции (Eight-to-Fourteen Modulation). EFM-модуляция представляет собой про­цесс преобразования каждого байта (8 бит) в 14-разрядное значение. Эти 14-разрядные коды преобразования разработаны таким образом, что не могут содержать менее двух и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с огра­ничением длины поля записи (Run Length Limited — RLL) получила название RLL 2,10 (в общем виде RLL x,y, где x — минимальное, а y — максимальное значение поля ну­левых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоты переходов, существующих на носителе записи. С учетом того, что единичные биты (1) в записи должны быть отделены друг от друга не менее чем двумя и не более чем 10 нулями (нулевыми битами), минимальным расстоянием между единицами являются три временных интервала (обозначаемые обычно как 3Т), а макси­мальным — 11 временных интервалов (11T).
Некоторые коды EFM начинаются и заканчиваются единицей (1) или более чем пятью нулями (0), поэтому после каждого 14-разрядного значения EFM, записанного на диске, добавлены три дополнительных бита, называемые объединяющими битами (merge bits). Обычно объединяющие биты являются нулями (0), но могут в случае необходимости со­держать и единицы (1), используемые для разбивки длинной строки смежных нулей (0), образованной соседними 14-разрядными значениями EFM. В дополнение к образованно­му 17-разрядному значению (EFM плюс объединяющие биты) к началу каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации (плюс еще три объединяющих бита). В общей сложности в каждом блоке диска содержится 588 бит (73,5 байт). С учетом того, что в каждом секторе расположено 98 блоков, получаем, что в каждом секторе содержится 7 203 байт. Таким образом, 74-минутный диск содержит примерно 2,4 Гбайт фактически записываемых данных. После декодирования, удаления кодов коррекции ошибок и дру­гой информации остается примерно 682 Мбайт (650 MiB) действительно используемого объема диска.
Границы впадин преобразуются в двоичные биты, значение которых представлено еди­ницей (1). Первичный 8-разрядный код каждого символа преобразован в 14-разрядный, и каждый 14-разрядный код EFM отделен от последующего тремя объединяющими би­тами (в этом примере все нули). Скорость накопителей на компакт-дисках При поиске определенного сектора данных или музыкальной дорожки на диске, нако­питель находит адрес данных в оглавлении TOC, которое записано на нулевой дорожке компакт-диска, после чего лазерный луч перемещается к нужному витку спирали и ожи­дает появления нужной последовательности битов. Компакт-диски первоначально разрабатывались для записи звуковых файлов, поэто­му скорость считывания данных накопителем должна быть постоянной. Для того чтобы поддерживать постоянную скорость считывания, данные на дисках CD-ROM записыва­ются с использованием метода, получившего название записи с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity — CLV). Это означает, что дорожка (и соответственно данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещаются с одной и той же скоростью, равной 1,3 м/с (метров в секунду). Дорожка представляет собой спираль, витки которой по мере приближения к центру диска располагаются более компактно. Поэтому для обеспечения постоянной линейной скорости необходимо, чтобы скорость вращения диска изменялась по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращаться быстрее, а при считывании ин­формации с внешней — медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х равна 1,3 м/с) изменяется от 540 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 212 об/мин при чтении дорожки на внешней части диска. Одним из способов повышения эффективности CD-ROM стало увеличение скорости дисководов, т. е. повышение частоты вращения. Дисководы, скорость вращения которых стала вдвое или вчетверо выше первоначальной, получили название накопителей 2х и 4х. Последним устройством, созданным по этой технологии, стал дисковод 12х, скорость вращения диска в котором изменялась в пределах от 2 568 до 5 959 об/мин, что позволяло поддерживать постоянную скорость передачи данных. При дальнейшем увеличении ско­рости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего быстро изменять скорость при считывании данных из различных частей диска. Именно поэтому большинство дисководов со скоростью вы­ше 12x имеют постоянную скорость вращения (при этом линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается неизменно постоянной, этот метод получил название записи с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity — CAV). Дисководы CAV, как правило, работают тише, чем дисководы CLV. Это связано с тем, что двигателю не приходится постоянно увеличивать или уменьшать частоту вращения. Дисководы (в основном перезаписывающие), использующие технологии CLV и CAV, по­лучили название Partial-CAV или P-CAV (частично постоянная угловая скорость). Напри­мер, большинство перезаписываемых дисководов при записи диска работают в режиме CLV, а при считывании данных — в режиме CAV. Скорости дисководов CD-ROM могут быть самыми разными — от 1х до 56х и вы­ше. В неперезаписываемых накопителях, скорость которых не более 12х, как правило, используется технология CLV; большинство накопителей со скоростью 16x и выше яв­ляются устройствами CAV. При использовании накопителей CAV скорость перемещения данных по отношению к считывающему устройству изменяется в зависимости от фи­зического расположения данных на компакт-диске (например, внутренняя или внешняя часть дорожки). Это также означает, что накопители CAV считывают данные, находящи­еся на внешней части диска, быстрее данных, расположенных ближе к его центру. Этим воспользовались производители, введя пользователей в заблуждение при первом появ­лении накопителей нового типа. Например, накопитель 12x CLV считывает данные со скоростью 1,84 Мбайт/с, причем эта скорость не зависит от расположения данных. На­копитель 16x CAV, в свою очередь, считывает данные, расположенные на внешней части диска, со скоростью 16x (2,46 Мбайт/с). Следует заметить, что скорость считывания дан­ных с внутренней части диска гораздо ниже и достигает всего лишь 6,9x (1,06 Мбайт/с). Таким образом, средняя скорость чтения данных накопителя 16x получается 11,5x или примерно 1,76 Мбайт/с. При этом среднее значение скорости даже несколько преувели­чено, так как диски читаются с внутренней части (т. е. более медленной) и переходят к внешней части. Полученное значение относится к считыванию полного объема диска, а фактическая средняя скорость чтения данных значительно ниже. Все это означает, что дисководы 12x CLV могут быть гораздо быстрее, чем нако­пители 16x или даже 20x! Не забывайте, что объявленная скорость накопителей CAV является не более чем максимальной скоростью передачи данных, которая достигается при считывании данных, расположенных на внешней части диска. Вибрации, возникающие при чтении дисков, могут привести к снижению скоростей быстродействующих накопителей до уровня, обеспечивающего их минимальную надеж­ность. Часто причиной разбалансировки CD-ROM становится маленькая бумажная эти­кетка с серийным номером, наклеенная на поверхность компакт-диска. Поэтому во мно­гие высокоскоростные накопители CD и DVD встраиваются механизмы автобалансировки или амортизации, позволяющие решить подобные проблемы. Единственный недостаток таких механизмов состоит в том, что при возникновении вибрации они замедляют вра­щение диска, снижая тем самым скорость передачи данных. Форматы компакт-дисков и накопителей После создания формата Red Book CD-DA, ком­пании Philips и Sony начали работу над стандартами других форматов, позволяющими сохранять на компакт-дисках данные, видеоматериалы или фотографии. Эти стандарты определяют способ форматирования данных, в соответствии с которым выполняется их считывание. В то же время дополнительные форматы файлов определяют, в свою очередь, структуру драйверов и программного обеспечения компьютера, позволяющие правильно распознать и интерпретировать считанные данные. Обратите внимание, что геометриче­ские параметры компакт-диска и организация структуры данных, обусловленные стан­дартом Red Book, были приняты всеми последующими стандартами CD. Это относится к кодированию данных и основным уровням коррекции ошибок, которые поддерживают­ся дисками CD-DA. Остальные "книги" определяют в первую очередь методы обработки 2 352 байт, содержащихся в каждом секторе, типы сохраняемых данных, способы их фор­матирования и т. п.
RedBook — CD-DA Стандарт Red Book, представленный компаниями Philips и Sony в 1980 году, является прародителем всех спецификаций компакт-дисков. Все другие "книги" или форматы были созданы на основе оригинального формата CD-DA Red Book.
Стандарт Red Book определяет основные параметры диска, звуковую спецификацию, структуру диска, оптические характеристики, системы модуляции и коррекции ошибок, а также систему управления и отображения данных. Последняя редакция стандарта Red Book была опубликована в мае 1999 года. YellowBook - CD-ROM Стандарт Yellow Book был впервые опубликован компаниями Philips, Sony и Microsoft в 1983 году и с тех пор несколько раз пересматривался и редактировался. В стандарте Yel­low Book были приняты за основу геометрические параметры компакт-диска, определен­ные исходным стандартом CD-DA или Red Book, и добавлен дополнительный код коррек­ции ошибок, что позволило повысить надежность хранения данных. Были также введены дополнительная синхронизация и заголовочная информация, дающие возможность более точно определять местоположения секторов. Стандарт Yellow Book определяет два способа разбивки на секторы: режим 1 (Mode 1), содержащий код коррекции ошибок, и режим 2 (Mode 2), определяющий различные уровни схем обнаружения и исправления ошибок. Существуют некоторые типы данных (например, компьютерные файлы), совершенно не допускающие ошибок. В то же время данные других типов, например видеоизображения или звуковые файлы, допускают некоторое количество ошибок, возможных при их счи­тывании. При работе в режиме, не содержащем коды коррекции ошибок, увеличивается объем сохраняемых пользовательских данных, но вместе с тем повышается и вероятность появления неисправленных ошибок. В 1989 году стандарт Yellow Book был выпущен Международной организацией по стандартам (ISO) в качестве международного, получившего название ISO/IEC10149, Data Interchange on Read-Only 120mm Optical Discs (CD-ROM). Последняя редакция стандарта Yellow Book была опубликована в мае 1999 года. GreenBook — CD-i Стандарт Green Book был опубликован компаниями Philips и Sony в 1986 году. Green Book (CD-i) является не просто форматом диска — это полная спецификация всей интер­активной системы, в которую входят специализированные аппаратные устройства (проиг­рыватели), подключаемые к телевизору, программное обеспечение, предназначенное для согласования видеоизображения и звука в реальном времени, а также носители и фор­маты. Проигрыватель CD-i фактически является отдельным компьютером, созданным на базе процессора Motorola 68000 и работающим в операционной системе Microware OS/9 Real Time Operating System. Стандарт CD-i позволяет звуковым и видеоданным совместно использовать дисковое пространство, а также поддерживает технологию чередования информации для синхрони­зации изображений и звуков. Для согласования звуков и изображений, занимающих рабо­чее пространство диска, первоначально предназначенного только для хранения звуковых файлов, предусмотрено сжатие данных. Сжатие видеоданных осуществлялось посред­ством стандарта компрессии MPEG-1 (Moving Picture Experts Group-1), а сжатие звука, в свою очередь, с помощью адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуля­ции (Adaptive Differential Pulse Code Modulation — ADPCM). ADPCM представляет собой алгоритм кодирования звука, который позволяет примерно вдвое по сравнению с PCM (Pulse-Code Modulation) уменьшить объем занимаемого пространства, не теряя при этом качества звучания. Снижение качества звука, достигаемое уменьшением частоты дис­кретизации или числа битов в выборке, еще более сокращает занимаемое пространство. С помощью стандарта ADPCM на один компакт-диск можно записать до 8 часов стерео или до 16 часов монофонического звука. "Дифференциальная" часть ADPCM выражает­ся в записи изменения сигнала (посредством только 4-разрядных чисел), что приводит к уменьшению общего объема служебных данных. Звуковые данные ADPCM могут че­редоваться с изображениями в приложениях формата CD-i и CD-ROM XA. Стандарт Yellow Book определяет две структуры секторов CD-ROM, которые назы­ваются режимом 1 (Mode 1) и режимом 2 (Mode 2). В Green Book (CD-i) было усовер­шенствовано определение сектора Mode 2 благодаря добавлению двух форм, получивших название режим 2, форма 1 (Mode 2, Form 1) и режим 2, форма 2 (Mode 2, Form 2). Определение сектора Mode 2, Form 1 содержит код коррекции ошибок (ЕСС); при этом, подобно секторам Mode 1 стандарта Yellow Book, для хранения данных используются 2 048 байт. Кроме того, восемь ранее не используемых (пустых или нулевых) байтов служат подзаголовком, содержащим дополнительную информацию, относящуюся к сектору. Определение Mode 2, Form 2 не предусматривает код коррекции ошибок (ЕСС), что поз­воляет использовать для хранения данных 2 324 байт. Секторы Form 2, не содержащие код коррекции ошибок, могут применяться только для хранения звуковой или видеоин­формации, так как эти данные допускают некоторые ошибки при считывании. Сегодня формат CD-i считается уже практически устаревшим. Последняя редакция этого стандарта была опубликована в мае 1994 года, а в 1998 году компания Philips продала весь каталог пользователей CD-i компании Infogrames Multimedia. Последний проигрыватель дисков CD-i был выпущен Philips в 1999 году, и весьма сомнительно, что новые модели когда-либо еще появятся. Возможности CD-i нашли свое воплощение в дру­гих форматах, использующих спецификации, создаваемые когда-то для CD-i. Например, структуры секторов Mode 2, Form 1 и Form 2 используются в стандарте CD-XA, а формат видеоданных MPEG-1 пригодился для стандарта White Book (CD-Video). CD-ROMXA Стандарт CD-ROM XA был впервые опубликован компаниями Philips, Sony и Mi­crosoft в 1989 году и рассматривался в качестве дополнения к стандарту Yellow Book. Он переносит некоторые возможности, ранее определенные стандартом Green Book (CD-i), в стандарт Yellow Book (CD-ROM). В целом стандарт Yellow Book был дополнен тре­мя основными функциями. Первой из них является расширенное определение секторов Mode 2, получившее название форм (forms); вторая представляет собой чередование (или смешивание) звуковых и видеоданных; третья — это стандарт сжатия звуковых данных ADPCM. Последняя редакция стандарта CD-ROM XA была опубликована в мае 1991 года. OrangeBook Стандарт перезаписываемых компакт-дисков Orange Book впервые был опубликован компаниями Philips и Sony в 1989 году. Orange Book состоит из трех частей: часть I описывает перезаписываемый формат CD-MO (магнитооптический), который был предан забвению еще до появления первых компакт-дисков этого типа на рынке; часть II (1989 г.) описывает CD-R, а часть III (1996 г.) посвящена описанию CD-RW. Обратите внимание, что компакт-диски CD-R изначально назывались CD-WO (Write-Once — с однократной записью), а CD-RW, в свою очередь, назывались CD-E (Erasable — стираемые).
Структура CD-R, описанная во второй части стандарта Orange Book, представляет собой формат с однократной записью и многократным считыванием (Write Once Read Mostly — WORM). После завершения записи компакт-диска CD-R данные не могут быть изменены или дописаны. Записываемые диски CD-R совместимы со стандартами Red Book и Yellow Book, т. е. читаются стандартными накопителями CD-DA или CD-ROM. Определение CD-R, описанное во второй части стандарта Orange Book, разделено, в свою очередь, на два тома. Том 1 определяет скорости записи 1x, 2x и 4x (соотносящиеся со стандартными скоростями дисководов); последняя редакция этого тома (версия 3.1) была опубликована в декабре 1998 года. Том 2 определяет скорости записи при быстродействии дисководов, достигающем 16x; последней была версия 0.9, опубликованная в декабре 2000 года.
Часть III стандарта Orange Book описывает диски CD-RW. Как следует из названия, диски CD-RW позволяют не только записывать или считывать данные, но также удалять и перезаписывать информацию, в дополнении к обычным функциям чтения и записи. Определение CD-RW, описанное в третьей части стандарта Orange Book, также состоит из двух томов. Том 1 определяет скорости записи 1x, 2x и 4x; версия 2.0, которая явля­ется последней, датируется августом 1998 года. Том 2 определяет скорости записи от 4x до 10x и называется иногда высокоскоростным CD-RW; его последняя версия 1.0 была опубликована в мае 2000 года. Одним из наиболее важных свойств спецификации Orange Book является возможность многосессионной записи компакт-дисков. Многосессионная запись До того как была создана спецификация Orange Book, компакт-диски записывались только одной сессией. Сессия (session) представляет собой нулевую дорожку, за кото­рой следуют одна или несколько звуковых или информационных дорожек, завершенные конечной областью (зоной). Нулевая дорожка занимает на диске 4 500 секторов (1 мин или около 9,2 Мбайт данных). Данные, расположенные на нулевой дорожке, указывают, является ли этот диск многосессионным, а также определяют следующий записываемый адрес диска (если, конечно, на диске есть свободное место). Первая конечная область (или единственная, если диск является односессионным либо записан в режиме Disk At Once) занимает 6 750 секторов (1,5 мин или примерно 13,8 Мбайт данных). В мульти сессионных дисках любые последовательные конечные области занимают 2 250 секторов (30 с или 4,6 Мбайт данных). Многосессионный компакт-диск содержит несколько сессий, каждая из которых имеет собственную нулевую дорожку и конечную зону. Наличие нулевой и конечной дорожек является обязательным для каждой сессии, что приводит к уменьшению свободного дис­кового пространства. Например, 48 сессий, созданных даже без записи пользовательских данных, занимают практически все пространство 74-минутного диска! Следовательно, число сессий, которые могут быть записаны на диске, должно быть гораздо меньше ука­занной величины. Накопители CD-DA и первые CD-ROM могут считывать не более одной сессии, по­этому односессионный метод записи является наиболее распространенным для штампо­ванных компакт-дисков. Стандарт Orange Book поддерживает многосессионную запись и определяет три основных метода (режима) записи: ■ Disk-at-Once (DAO); ■ Track-at-Once (TAO); ■ Пакетная запись. Disk-at-Once Это метод односессионной записи компакт-дисков, при котором нулевая дорожка, до­рожки данных и конечная область диска записываются в течение одной операции без отключения записывающего лазера, после чего содержимое диска уже не подлежит из­менению. Диск считается "закрытым" в том случае, если последняя (или единственная) нулевая дорожка записана полностью и не содержит в себе следующего используемого адреса. В этом случае записывающее устройство не сможет записать какие-либо дополни­тельные данные на компакт-диск. Обратите внимание, что для чтения диска стандартным накопителем CD-ROM "закрывать" диск совершенно не обязательно. Track-at-Once Для записи многосессионных дисков обычно используется метод Track-at-Once (TAO), или режим пакетной записи. При выполнении записи методом Track-at-Once каждая до­рожка сессии записывается отдельно (лазер включается и выключается), после чего сессия закрывается. Закрытие сессии представляет собой процесс записи конечной области, так чтобы к этой сессии уже нельзя было добавить дополнительные дорожки. Закрытие диска, в свою очередь, означает невозможность записи дополнительных сессий. Дорожки, записанные в режиме TAO, обычно отделяются друг от друга двухсекунд-ными интервалами. Каждая записанная дорожка содержит 150 служебных секторов, ис­пользуемых для захода, выхода, создания интервалов и связывания. Накопители CD-R/RW позволяют читать дорожки даже при открытой сессии, но для чтения дорожек в накопи­телях CD-DA или CD-ROM сессию необходимо закрыть. Для записи дополнительных сессий закрывать сам диск не следует, достаточно всего лишь закрыть сессию, после чего можно начать следующую сессию и записать еще несколько дорожек. Самое главное — не забывайте о том, что перед записью дорожек предыдущая сессия должна быть закрыта, т. е. следует создать конечную область. Это же условие является необходимым при чтении дорожек сессии обычными накопителями CD-DA или CD-ROM. Пакетная запись Этот метод используется для выполнения нескольких записей на одной дорожке, что позволяет уменьшить нерационально используемое дисковое пространство. В каждом пакете используется 4 сектора для захода, 2 для выхода и 1 сектор для связывания. Пакеты могут иметь фиксированную или переменную длину, но большинство накопителей, как и программы пакетной записи, используют фиксированную длину, упрощая тем самым способы обработки пакетов. При записи пакетов обычно используется файловая система UDF (Universal Disk For­mat), позволяющая работать с компакт-дисками практически так же, как и с гибкими дисками большой емкости. Файлы можно "перетаскивать", копировать на диск с помо­щью соответствующих команд и т. д. Всем этим управляют программное обеспечение пакетной записи и файловая система UDF. Во время пакетной записи диска CD-R скла­дывается впечатление, что удаленный или перезаписанный файл исчезает. Но при этом пространство, занимаемое этим файлом, не освобождается. Файловая система просто "забывает" о нем. При записи диска CD-RW освободившееся пространство используется снова, и диск заполняется "под завязку" только в том случае, если общий объем активных файлов превышает объем диска. Один из современных стандартов, получивший название Mount Rainier, существен­но расширил возможности пакетной записи, став тем самым одним из наиболее важных достижений для накопителей на дисках CD и DVD. Стандарт Mount Rainier позволяет вве­сти метод пакетной записи в операционную систему в качестве служебной программы, что обеспечивает поддержку обработки ошибок данных, необходимую для полноценного использования накопителей в качестве запоминающих устройств со сменными носителя­ми. Более подробная информация о Mount Rainer представлена далее в главе, в разделе "Mount Rainier".
WhiteBook - VideoCD Стандарт White Book был представлен в 1993 году компаниями Philips, JVC, Matsushita и Sony. Он был создан на базе стандартов Green Book (CD-i)/CD-ROM XA и позволяет сохранять видеоданные в формате MPEG-1, а также цифровые звуковые данные в формате ADPCM общим объемом до 74 минут, на одном компакт-диске. Последняя редакция этого стандарта была опубликована в апреле 1995 года.
Почему-то видеодиски считаются дешевым вариантом дисков формата DVD, хотя по качеству изображения и звука они им практически не уступают. Более того, они, бесспорно, превосходят видеокассеты формата VHS и других типов. BlueBook - CDEXTRA Изготовители носителей CD-DA пытались найти универсальный метод объединения звуковых и информационных данных на одном компакт-диске. Цель заключалась в том, чтобы пользователь мог воспроизводить на стандартном аудиопроигрывателе только зву­ковые дорожки, не обращаясь при этом к дорожкам информационным. Следует заметить, что владельцы компьютеров или специализированных проигрывателей при чтении дис­ков смешанного типа получают доступ как к звуковым, так и к дополнительным данным, расположенным на одном диске. Основная проблема нестандартных компакт-дисков смешанного типа заключается в том, что воспроизведение дорожек данных аудиопроигрывателем при определенном уровне громкости может привести к повреждению акустической системы. Каждый из­готовитель пытался справиться с этой проблемой по-своему, что привело к появлению множества несовместимых технологий записи дисков этого типа, причем некоторые из них все еще допускают возможность случайного "проигрывания" дорожки данных. В 1995 году компании Philips и Sony разработали спецификацию CD EXTRA, опреде­ленную стандартом Blue Book. Компакт-диски, отвечающие требованиям этой специфи­кации, называются дисками CD EXTRA (ранее они назывались CD Plus и CD Enhanced Music). В этих дисках для разделения звуковых и информационных дорожек использует­ся многосессионная технология, определенная в стандарте CD-ROM XA. Компакт-диски CD EXTRA представляют собой одну из разновидностей штампованных многосессио-ных дисков. Звуковая часть диска включает в себя до 98 аудиодорожек стандарта Red Book. Дорожка данных, в свою очередь, обычно состоит из секторов режима 2 (стан­дарт CD-ROM XA) и содержит видеофрагменты, тексты песен, фотографии и т. п. Такие компакт-диски имеют логотип CD EXTRA, представляющий собой стандартную эмблему CD-DA со знаком "плюс" с правой стороны. Иногда при отсутствии соответствующего логотипа или маркировки можно и не догадываться о существовании на диске каких-либо дополнительных данных, пока не поместишь его в накопитель CD-ROM. Диски CD EXTRA, как правило, содержат две сессии. Стандартные проигрыватели звуковых компакт-дисков являются односессионными и поэтому воспроизводят только звук, игнорируя сессию, содержащую дополнительные данные. Накопители CD-ROM, используемые в персональных компьютерах, могут "видеть" обе сессии и обращаться как к звуковым дорожкам, так и к дорожкам данных. Файловые системы CD-ROM Для воспроизведения первых дисков CD-ROM, выпущенных различными произво­дителями, требовалось специальное программное обеспечение. Это связано с тем, что спецификация Yellow Book подробно описывает структуру секторов данных, но совер­шенно не затрагивает файловые системы или способы хранения информации в файлах, а также форматы данных, которые могут использоваться в компьютерах с различными операционными системами. Вполне очевидно, что основным препятствием к появлению совместимых на программном уровне приложений CD-ROM стало отсутствие универ­сальных файловых форматов. В 1985-1986 годах несколько компаний совместными усилиями разработали специ­фикацию файлового формата High Sierra, которая обеспечила совместимость компьютер­ных дисков CD-ROM практически со всеми накопителями. Таким образом, спецификация High Sierra определила первую стандартную файловую систему, которая сделала CD-ROM универсальными компьютерными носителями. В настоящее время существует несколько файловых систем, используемых на компакт-дисках: ■ High Sierra; ■ ISO 9660 (на основе High Sierra); ■ Joliet; ■ UDF (Universal Disk Format); ■ Mac HFS (Hierarchical File Format); ■ Rock Ridge. ISO 9660 Стандарт ISO 9660 обеспечивает полную совместимость различных компьютеров и операционных систем. Этот стандарт, созданный на основе формата High Sierra, был опубликован в 1988 году. ISO 9660 несколько отличается от исходного стандарта High Sierra, но, несмотря на это, драйверы, читающие компакт-диски ISO 9660, без проблем читают и диски формата High Sierra. Стандарт ISO 9660 имеет три уровня обмена, которые определяют параметры, обеспечивающие совместимость с различными системами. Уровень 1 стандарта ISO 9660 представляет собой объединяющий формат файловых систем CD, совместимый практически со всеми компьютерными платформами, включая UNIX и Macintosh. Основным недостатком этой файловой системы являются определен­ные ограничения, относящиеся к структуре каталогов и именам файлов: ■ имена файлов могут содержать только прописные буквы A-Z, цифры 0-9 и символ подчеркивания(_); ■ максимальное количество символов имени и расширения файлов — 8.3 (на основе ограничений DOS); ■ максимальная длина имени каталога составляет восемь символов (расширения не допускаются); ■ допускается не более восьми подкаталогов; ■ файлы должны быть непрерывными. Правила обмена уровня 2 имеют те же ограничения, что и правила уровня 1, и отлича­ются тем, что допустимая длина имени и расширения файла может достигать 30 символов (общее количество знаков без учета разделителя "."). В свою очередь, правила обмена уровня 3 почти не отличаются от правил уровня 2, за исключением того, что файлы не обязательно должны быть непрерывными. Данные ISO 9660 начинаются с 16 сектора диска, который также называется 16-м логи­ческим сектором первой дорожки. В многосессионном диске данные ISO 9660 размеще­ны в первой информационной дорожке каждой сессии, содержащей дорожки CD-ROM. В этой же системной области располагается информация об области данных (область, которая содержит сами данные). Кроме того, в системной области содержится информа­ция о каталогах данных с указателями или адресами различных областей. Разница между структурой каталогов на компакт-диске и структурой, ис­пользуемой в DOS, состоит в том, что в системной области содержатся адреса файлов с подкаталогами, а это позволяет накопителю перейти к определенному месту на спи­ральной дорожке данных. Все данные компакт-диска располагаются на одной длинной спиральной дорожке, поэтому, когда речь идет о дорожках, фактически имеются в виду секторы или сегменты данных, находящиеся на этой спирали. В самых общих чертах структура данных в формате ISO 9660 подобна структуре данных на гибких дисках. Напомним, что на дискетах есть системная область, в которой не только указываются параметры самого диска (его плотность и операционная система), но и записываются сведения о том, как на диске организованы данные, т. е. структура каталогов и расположение файлов.
Накопители DVD DVD (Digital Versatile Disc) — это цифровой универсальный диск или, проще говоря, компакт-диск высокой емкости. Цифровые универсальные диски используют ту же самую оптиче­скую технологию, что и компакт-диски, и отличаются только более высокой плотностью записи. Стандарт DVD значительно увеличивает объем памяти и, следовательно, объем приложений, записываемых на компакт-дисках. Диски CD-ROM могут содержать мак­симум 737 Мбайт данных (80-минутный диск), что на первый взгляд кажется довольно неплохим показателем. К сожалению, этого уже недостаточно для многих современных приложений, особенно при активном использовании видео. Диски DVD, в свою очередь, могут содержать до 4,7 Гбайт (однослойный диск) или 8,5 Гбайт (двухслойный диск) данных на каждой стороне, что примерно в 11,5 раза больше по сравнению со стандарт­ными компакт-дисками. Емкость двухсторонних дисков DVD, конечно, в два раза выше односторонних. Однако в настоящее время для считывания данных со второй стороны приходится переворачивать диск.
В соответствии с оригинальным стандартом, DVD-диск является односторонним, однослойным и содержит 4,7 Гбайт информации. Новый диск имеет такой же диаметр, как современные компакт-диски, однако он в два раза тоньше (0,6 мм). Применяя сжа­тие MPEG-2, на новом диске можно разместить 135 минут видео — полнометражный фильм с тремя каналами качественного звука и четырьмя каналами субтитров. Значение емкости диска не случайно: стандарт создавался в ответ на требования представителей киноиндустрии, давно искавших недорогую и надежную замену видеокассетам. История DVD Стандарт DVD создавался несколько странно. В течение 1995 года два конкурирую­щих стандарта CD-ROM большой емкости начали борьбу за рынок будущего. Стандарт Multimedia CD был представлен компаниями Sony и Philips Electronics, а конкурирующий стандарт Super Density (SD) — компаниями Toshiba, Time Warner и некоторыми другими. Если бы оба этих стандарта вышли на рынок в первозданном виде, то потребители, а также производители программного обеспечения оказались бы в затруднительном положении: какой из них выбрать? Чтобы избежать этого, несколько организаций, включая Hollywood Video Disc Advi­sory Group и Computer Industry Technical Working Group, объединились и потребовали создать один стандарт, отказавшись поддерживать оба стандарта-конкурента. Это побу­дило группы разработчиков в сентябре 1995 года создать единый стандарт CD-ROM большой емкости. Новый стандарт был назван DVD и совмещал элементы своих предше­ственников, т. е. представлял собой унифицированный стандарт, как для компьютерных технологий, так и для индустрии развлечений. Вначале DVD расшифровывали как цифро­вой видеодиск (Digital Video Disc), но позднее переименовали в цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disc). В конце 1996 года, после принятия соглашения о защите от нелегального копиро­вания, были опубликованы стандарты DVD-ROM и DVD-Video. На выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе, которая состоялась в январе 1997 года, посетители увидели проигрыватели, накопители и диски DVD, поступившие в широкую продажу уже в мар­те. Стоимость первых проигрывателей DVD достигала 1000 долларов. Сначала в формате DVD было выпущено только 36 кинофильмов, диски с которыми продавались в семи крупных городах США (Чикаго, Далласе, Лос-Анджелесе, Нью-Йорке, Сан-Франциско, Сиэтле и Вашингтоне). Широкая продажа дисков началась уже в августе 1997 года. До­вольно неважное начало, связанное с проблемой защиты от копирования, сменилось оше­ломляющим успехом DVD. Популярность дисков DVD выросла еще больше после того, как в 2001 году был принят формат +RW, превративший цифровой универсальный диск "только для чтения" в полностью перезаписываемый носитель. В настоящее время разработку и распространение стандартов DVD контролирует ор­ганизация DVD Forum. В эту организацию входят следующие компании: Hitachi, Ltd.; Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd.; Mitsubishi Electric Corporation; Victor Company of Japan, Limited; Pioneer Corporation; Sony Corporation; Toshiba Corporation; Philips Elec­tronics N.V.; Thomson Multimedia; Time Warner Inc. и др. Компании, входящие в DVD Forum, не смогли прийти к соглашению по универсальному форма­ту перезаписываемых дисков, и поэтому члены этой организации, отвечающие за CD-и DVD-технологии (компании Philips, Sony и др.) в июне 2000 года отделились, сфор­мировав комитет DVD+RW Alliance. Впоследствии эти компании представили формат DVD+RW, который является более гибким и обратно совместимым перезаписываемым форматом DVD. Формат DVD+RW позволяет заменить не только домашний видеомагнитофон, но также дисководы CD-RW и накопители на гибких дисках в персональном компьютере. Технология DVD Технология цифровых универсальных дисков (DVD) очень похожа на технологию ком­пакт-дисков. В обеих технологиях используются штампованные поликарбонатные диски одного и того же размера (наружный диаметр 120 мм, диаметр центрального отверстия 15 мм, толщина 1,2 мм) со спиральными дорожками, состоящими из впадин и площа­док. Диски DVD, в отличие от обычных компакт-дисков, могут иметь два слоя записи на каждой стороне и быть одно- или двухсторонними. Каждый слой диска штампуется отдельно, после чего они объединяются, образуя в итоге диск толщиной 1,2 мм. Техноло­гический процесс изготовления дисков практически не отличается, помимо того, что слои и стороны DVD штампуются из отдельных поликарбонатных заготовок, которые затем соединяются друг с другом, формируя законченный диск. Основным различием стандарт­ных компакт-дисков и DVD является более высокая плотность записи данных, которые считываются лазером с более короткой длиной волны. Как уже отмечалось, компакт-дис­ки являются односторонними и имеют только один слой записи. В отличие от них, диски DVD могут быть двухсторонними и иметь два слоя записи на каждой стороне. По аналогии с компакт-дисками каждый слой DVD содержит одну физическую дорож­ку, которая начинается на внутренней части диска и доходит по спирали к внешней части. Цифровой универсальный диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Спиральные дорожки, как и на компакт-дисках, обра­зованы впадинами (штрихами) и площадками (плоскими участками). Каждый записанный слой покрывается тонкой металлической пленкой, отражающей лазерный луч. Благодаря тому, что внешний слой имеет более тонкое покрытие, луч проходит через него и считы­вает данные, которые записаны на внутреннем слое. Этикетка обычно располагается на верхней части одностороннего диска; на двухстороннем диске для этого отводится узкая кольцевая поверхность в центральной части. Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлического слоя диска. Лазер посылает сфо­кусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный рецептор улав­ливает уже отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается.
Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,105 микрона, а ширина — 0,4 микрона. Минимальная длина впадин или площадок составляет примерно 0,4 микрона, максимальная — 1,9 микрона (на однослойных дисках). Для увеличения емкости DVD-диска можно изменять такие параметры:
■ уменьшать длину штриха (~2,25х, от 0,9 до 0,4 мкм); ■ уменьшать расстояние между дорожками (~2,16х, от 1,6 до 0,74 мкм); ■ увеличивать область данных (~1,02х, от 8,605 до 8,759 мм2); ■ обеспечивать более эффективную модуляцию (~1,06х); ■ повышать эффективность кода коррекции ошибок (~1,32х); ■ уменьшать секторы (~1,06х, от 2 048/2 352 до 2 048/2 064 байт). Обработка ошибок Диски DVD отличаются от обычных компакт-дисков более совершенными кодами кор­рекции ошибок. Как уже отмечалось, компакт-диски имеют различные уровни коррекции ошибок, которые зависят в первую очередь от характера записанных данных (аудио/видео или информационные данные). Цифровые универсальные диски, в свою очередь, обраба­тывают всю информацию одинаково, применяя полный цикл коррекции ошибок ко всем секторам. В дисках DVD обработка ошибок происходит главным образом в кадрах ЕСС. Для вы­явления и исправления ошибок в кадры данных были введены биты верхнего и нижнего контроля четности. Несмотря на кажущуюся простоту такого реше­ния, оно достаточно эффективно. Емкость дисков DVD (слои и стороны) В настоящее время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифи­цируются по количеству сторон (одно- или двухсторонние) и слоев (одно- и двухслойные). ■ DVD-5 — односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие. ■ DVD-9 — односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя на­- ходятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев исполь­зуется один лазер с изменяемой фокусировкой. ■ DVD-10 — двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных друг с другом тыльными сторонами. Запи­санный слой (нулевой слой на каждой стороне) обычно имеет алюминиевое покры­тие. Обратите внимание, что диски этого типа являются двухсторонними; считы­вающий лазер находится в нижней части накопителя, поэтому для чтения второй стороны диск необходимо извлечь и перевернуть. ■ DVD-18 — двухсторонний двухслойный диск емкостью 17,1 Гбайт. Объединяет в се­- бе два слоя записи на каждой стороне. Стороны диска, каждая из которых формиру­ется двумя штампованными слоями, соединяются вместе тыльными частями друг к другу. Внешние слои (слой 0 на каждой стороне диска) покрыты полупрозрачной золотой пленкой, внутренние слои (слой 1 на каждой стороне) имеют алюминие­вое покрытие. Отражательная способность однослойного диска составляет 45-85%, двухслойного — 18-30%. Различные отражающие свойства компенсируются схемой автоматической регулировки усиления (АРУ). Существует два способа записи слоев двухслойных дисков: противоположное (ОТР) или параллельное (РТР) направление дорожек. Метод OTP позволяет минимизировать время, затрачиваемое во время чтения диска, при переходе с одного слоя на другой. При достижении внутренней части диска (конца слоя 0), лазерный датчик остается практи­чески в том же положении и лишь немного перемещается для фокусировки на слое 1. Конечная область диска при его записи в режиме OTP называется средней зоной. Запись (и чтение) спиральных дорожек дисков DVD, записанных в режиме PTP, про­исходит по-другому. При переходе от слоя 0 к слою 1 лазерный датчик должен переме­ститься с наружной части диска (т. е. с конца первого слоя) на его внутреннюю часть (на начало второго слоя). Кроме того, необходимо изменить фокусировку лазера. Для ускорения перехода практически все диски DVD записываются в режиме OTP. Отличается и направление спиральных дорожек различных слоев, записанных в ре­жиме РТР. Это позволяет упростить процесс считывания дорожек, расположенных одна над другой. Спиральная дорожка слоя 0 направлена по часовой стрелке, а дорожка слоя 1, в свою очередь, — против часовой стрелки. Поэтому для чтения второго слоя необходимо изменить направление вращения диска, но в дисках OTP считывание спирали происходит снаружи внутрь. Таким образом, спиральная дорожка слоя 0 направлена изнутри наружу, а дорожка слоя 1 — снаружи внутрь. Емкость цифровых универсальных дисков зависит от их типа и достигает 17,1 Гбайт. Емкость двухслойных дисков, если вы заметили, немногим меньше емкости двух од­нослойных дисков, даже несмотря на то, что слои дисков занимают примерно одинаковое пространство (длины спиральных дорожек дисков разных типов одинаковы). Это было сделано для улучшения читаемости слоев дисков в двухслойной конфигурации. Расстоя­ние между витками дорожек было немного увеличено, что повлекло за собой увеличение длины впадин и площадок. Чтобы это компенсировать, частота вращения накопителя при чтении двухслойного диска увеличивается, в результате чего скорость передачи данных остается постоянной. Но, поскольку спиральная дорожка считывается быстрее, общая емкость диска немного уменьшается. Кодирование данных на диске Как и в компакт-дисках, значения битов не определяется непосредственно парамет­рами впадин и площадок, образующих спиральную дорожку. Для этого используются переходы от впадины к площадке и от площадки к впадине или, иначе говоря, изменение отражательной способности. Дорожка диска разделена на одноразрядные регистры или временные интервалы (T), а длина впадины или площадки, используемой для представ­ления данных, должна составлять не менее 3T и не более 11T интервалов (регистров). Впадина (или площадка) длиной 3T имеет значение 1001, а впадина (или площадка) длиной 11T- 100000000001. Запись данных выполняется посредством модуляции 8/16, которая является модифи­цированной версией EFM-модуляции (модуляции 8/14), используемой в компакт-дисках. Поэтому метод иногда называется EFM+. Модуляция EFM представляет собой процесс преобразования каждого байта (8 бит) в 16-разрядное значение для снижения плотности впадин на оптическом диске. 16-разрядные коды преобразования разработаны таким об­разом, что не могут содержать менее 2 и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с ограничением длины поля записи (Run Length Limited — RLL) получила название RLL 2,10 (в общем виде RLL x,y, где x — минималь­ное, а y — максимальное значение поля записи нулевых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоту переходов, су­ществующих на носителе записи. В отличие от EFM-модуляции, применяемой при записи компакт-дисков, в этом случае объединяющие биты не используются. 16-разрядные коды модуляции рассчитаны на то, чтобы не нарушать форму RLL 2,10 при отсутствии объеди­няющих битов. Уже упоминалось о том, что EFM-модуляция требует не менее 17 бит для представления каждого байта на компакт-диске (из-за дополнительных объединяющих байтов и байтов синхронизации). Модуляция EFM+ несколько превосходит предыдущий метод, так как для представления каждого кодированного байта требуется только 16 бит.
Несмотря на то, что в модуляции, сгенерированной EFM+, допускается не более 10 смежных нулей, биты синхронизации, добавленные при записи диска, могут содержать до 13 нулей (0). Таким образом, временной период между единицами (1), записанными на диске, может достигать 14T; т. е. длина впадины или площадки в этом случае составляет 14 временных интервалов или одноразрядных регистров.
Скорость накопителей DVD Диски DVD, как и компакт-диски, вращаются против часовой стрелки (если смотреть со стороны считывающего лазера) и обычно записываются с постоянной скоростью пе­редачи данных, называемой CLV (Constant Linear Velocity). Это означает, что дорожка (и, соответственно, данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещает­ся с одной и той же скоростью, равной 3,49 м/с (или 3,84 м/с на двухсторонних дисках). Дорожка представляет собой спираль, витки которой располагаются более компактно по мере приближения к центру диска. Поэтому для обеспечения постоянной линейной ско­рости дорожки, скорость вращения диска должна изменяться по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращать­ся быстрее, а при считывании информации с внешней — медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х равна 3,49 м/с) изменяется от 1515 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 570 об/мин при чтении конца дорожки (на внешней части диска). Односкоростные (1х) накопители DVD-ROM обеспечивают скорость передачи дан­ных, равную 1,385 Мбайт/с, что эквивалентно скорости передачи данных 9х CD-ROM (скорость передачи данных дисковода 1х CD-ROM составляет 153,6 Кбайт/с или 0,1536 Мбайт/с). Хотя это не означает, что накопитель 1х DVD-ROM может читать ком­пакт-диски в девять раз быстрее: скорость вращения накопителей DVD лишь в три раза больше скорости вращения подобных накопителей CD-ROM. Таким образом, накопитель lx DVD имеет примерно ту же скорость вращения, что и накопитель 2,7х CD-ROM. Защита от копирования дисков DVD В видеодисках DVD используется несколько уровней защиты, которые в основном определяются ассоциацией DVD Copy Control Association (DVD CCA) и компанией Macrovision. Защита от нелегального копирования обычно применяется только в дис­ках DVD-Video. Следует заметить, что практически все существующие системы защиты уже были "взломаны", т. е. некоторые дополнительные затраты или соответствующее программное обеспечение позволят снять защиту и скопировать тот или иной диск DVD на цифровой (жесткий диск, диски DVD+RW, CD-R/RW и т. п.) или аналоговый (например, видеокас­сеты VHS) носитель. Системы защиты, на создание которых было затрачено немало сил и средств, не могут достаточно успешно противостоять железной хватке профессиональных бутлегеров, но в то же время не позволяют обычному пользователю сделать копию дорогого диска на законных основаниях. Существует три основных системы защиты, которые используются в дисках DVD-Video: ■ контроль регионального воспроизведения (Regional Playback Control — RPC); ■ система шифрования видеоданных (Content Scrambling System — CSS); ■ аналоговая система защиты (Analog Protection System — APS). ■ Контроль регионального воспроизведения Система регионального воспроизведения была разработана для того, чтобы диски, проданные в определенных географических регионах, воспроизводились только на про­игрывателях, которые были проданы там же. Смысл состоит в том, чтобы реализовывать кинофильмы в различных регионах мира в разное время, избегая при этом вероятности их заказов из тех областей, где фильм еще не продавался. В стандарте RPC определены восемь регионов. Диски (и проигрыватели) обычно идентифицированы маленьким логотипом или эмблемой, на которой изображен номер региона на фоне земного шара. Существуют также многозонные диски, т. е. диски, не имеющие региональных ограничений. В том случае, если диски могут воспроизводиться в двух и более регионах, на фоне земного шара будет изображено несколько номеров. Были определены следующие регионы. ■ США (все территории) и Канада. ■ Япония, Европа, Южная Африка и Ближний Восток. ■ Юго-Восточная и Восточная Азия. ■ Австралия, Новая Зеландия, Острова Тихого океана, Центральная Америка, Мекси-­ ка, Южная Америка, Карибские острова. ■ Восточная Европа, Индийский субконтинент, Африка, Северная Корея, Монголия. ■ Китай. ■ Резервный. ■ Специальные международные или передвижные объекты, например авиалайнеры, круизные суда и т. п. Региональный код встраивается в аппаратное обеспечение видеопроигрывателей DVD. Обычно предварительно установленный код соответствует только определенному региону и не может быть самостоятельно изменен. Отдельные компании, занимающиеся реали­зацией проигрывателей, модифицируют их таким образом, чтобы позволить воспроизво­дить любые диски независимо от региона. Такие проигрыватели называются region-free или code-free. Некоторые современные диски включают в себя дополнительную функцию расширения регионального кода (Region Code Enhancement — RCE), которая определяет конфигурацию проигрывателя и запрещает в некоторых случаях воспроизведение дис­ка. Однако новейшие проигрыватели region-free обращаются непосредственно к диску, обходя эту проверку. Аппаратные средства накопителей DVD-ROM, применяемых в персональных компью­терах, изначально не содержали в себе функции RPC, перекладывая эту работу на про­граммное обеспечение, используемое для воспроизведения видеодисков DVD. Программ­ное обеспечение проигрывателя считывало региональный код с первого воспроизведен­ного диска и в дальнейшем воспринимало только диски данного региона. Для того чтобы сбросить этот региональный код, достаточно просто переустановить программное обес­печение. Более того, многочисленные программы, размещенные на всяческих Web-узлах, позволяют сделать это даже без переустановки. Легкость обхода региональных ограниче­ний стала причиной того, что начиная с 1 января 2000 года все накопители DVD-ROM должны содержать блок RPC-II, работающий непосредственно на аппаратном уровне. При использовании RPC-II (или RPC-2) региональная блокировка находится в са­мом накопителе, а не в программах воспроизведения дисков или декодирования MPEG-2. В целом региональный код может устанавливаться в накопителях RPC-II до пяти раз, т. е. после начальной установки его можно изменять еще четыре раза. Для этого применяет­ся программное обеспечение видеопроигрывателя или специальная утилита изменения регионального кода. После четырех изменений (следовательно, после пятой установки), происходит блокировка накопителя и сохраняется код последнего определенного региона. Спецификации и типы накопителей CD/DVD При выборе накопителя CD-ROM или DVD для вашего компьютера необходимо учи­тывать следующие параметры:
■ производительность накопителя; ■ тип интерфейса, используемый для подключения к компьютеру; ■ физическая система загрузки и извлечения компакт-диска. Параметры накопителей Основные характеристики накопителей CD-ROM/DVD, приводимые в документации к ним, — это скорость передачи и время доступа к данным, наличие внутренних буферов и их емкость, а также тип используемого интерфейса.
Скорость передачи данных Этот параметр определяет объем данных, который может считывать накопитель с ком­пакт-диска на компьютер за одну секунду. При этом речь идет о непрерывном считывании данных, а не считывании с различных мест диска. Существует два способа измерения скорости передачи. Один из них, обычно применя­емый к накопителям CD/DVD, представляет собой относительную скорость "x", которая определена как множитель стандартной основной скорости. Например, в соответствии с исходным стандартом, скорость передачи накопителя CD-ROM равна 153,6 Кбайт/с. На­копители, скорость которых в 2 раза больше, указываются как накопители 2х, в 40 раз — как 40х и т. д. Исходная скорость передачи данных накопителей DVD равна 1,385 Кбайт/с. В соответствии с этим накопители, скорость которых в 20 раз выше, определяются как 20х. Следует заметить, что почти все быстрые современные накопители имеют постоянную угловую скорость (CAV), поэтому их скорость, определенная множителем "x", является максимальной скоростью, которая достигается при считывании данных с внешней части (с конца) диска. Скорость считывания данных, расположенных на внутренней части диска (в начале), примерно вдвое меньше. Следовательно, средняя скорость передачи данных находится где-то между максимальной и минимальной скоростями. Время доступа Время доступа к данным для накопителей CD-ROM/DVD определяется так же, как и для жестких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в миллисекундах, и его стан­дартное паспортное значение для накопителей 24x приблизительно равно 95 мс. При этом имеется в виду среднее время доступа, поскольку реальное время зависит от расположе­ния данных на диске. Очевидно, что при работе на внутренних дорожках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних дорожек. Поэтому в паспортах на накопители приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких случайных считываний данных с диска. Разумеется, чем меньше время доступа, тем лучше, особенно в тех случаях, когда данные нужно находить и считывать быстро. Время доступа к данным на CD-ROM/DVD постоянно сокращается. Заметим, что этот параметр для накопителей CD-ROM намного хуже, чем для жестких дисков (100-200 мс для CD-ROM и 8 мс для жестких дисков). Столь существенная разница объясняется принципиальными различиями в конструкци­ях: в жестких дисках используется несколько головок, и диапазон их механического пе­ремещения меньше. Накопители CD-ROM/DVD используют один лазерный луч, который перемещается вдоль всего диска. К тому же данные на компакт-диске записаны вдоль спирали и после перемещения считывающей головки для чтения данной дорожки необ­ходимо ждать, когда лазерный луч попадет на участок с нужными данными. При чтении внешних дорожек время доступа больше, нежели при чтении внутренних дорожек. Время доступа к данным в современных накопителях CD-ROM/DVD существенно снизилось по сравнению с первыми односкоростными моделями. Обычно, когда уве­личивается скорость передачи данных, соответственно уменьшается и время доступа. Кэш-память Во многих накопителях CD-ROM/DVD имеются встроенные буферы, или кэш-па­мять. Эти буферы представляют собой устанавливаемые на плате накопителя микросхе­мы памяти для записи считанных данных, что позволяет передавать в компьютер за одно обращение большие массивы данных. Обычно емкость буфера составляет 256 Кбайт, хо­тя выпускаются модели как с большими, так и с меньшими объемами (чем больше — тем лучше!). Емкость буфера накопителей перезаписываемых CD/DVD дисков достигает 2-4 Мбайт и более, что позволяет избежать проблем с "недобором" данных и обеспечить более плавное выполнение записи. Как правило, в более быстродействующих устройствах емкость буферов больше. Накопители, в которых есть буфер (кэш-память), обладают рядом преимуществ. Благо­даря буферу данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью. Например, данные для считывания обычно разбросаны по диску, и, поскольку оптические накопи­тели имеют относительно большое время доступа, это может привести к задержкам по­ступления в компьютер считываемых данных. Это практически незаметно при работе с текстами, но, если у накопителя большое время доступа и нет буфера данных, то при выводе изображений или звукового сопровождения возникающие паузы очень раздража­ют. Кроме того, если для управления накопителями используются достаточно сложные программы-драйверы, то в буфер может быть заранее записано оглавление диска и обра­щение к фрагменту запрашиваемых данных происходит намного быстрее, чем при поиске "с нуля". Рекомендуемая емкость встроенного буфера не менее 256 Кбайт, что является стандартным значением для большинства двадцатичетырехскоростных устройств. Загрузка процессора Любая аппаратная или программная часть компьютера использует процессор. Загруз­кой процессора называют время, которое процессор затрачивает на выполнение опре­деленной задачи. Низкая загрузка процессора при выполнении задачи говорит о том, что остальные устройства и программы быстрее получат к нему доступ. Применитель­но к накопителям CD-ROM/DVD на загрузку процессора влияет три фактора: скорость накопителя CAV, размер буфера и тип интерфейса. Размер буфера весьма существенно влияет на загрузку процессора накопителем. Ес­ли сравнивать производительность двух одинаковых накопителей, то быстрее будет тот, у которого установлен больший объем буфера. Кроме того, этот накопитель будет меньше загружать процессор. И наконец, тип интерфейса. Если сравнивать два CD-ROM 12х, то накопитель с интер­фейсом ATA загружает процессор на 65-80%, в то время как накопитель с интерфейсом SCSI всего лишь на 11%. Интерфейс Под интерфейсом накопителя CD-ROM понимается физическое соединение накопите­ля с шиной расширения. Поскольку интерфейс — это канал, с помощью которого данные передаются от накопителя к компьютеру, его значение чрезвычайно велико. Для подклю­чения накопителя CD-ROM к компьютеру используется четыре типа интерфейсов: ■ SCSI/ASPI (Small Computer System Interface/Advanced SCSI Programming Interface); ■ IDE/ATAPI (Integrated Device Electronics/AT Attachment Packet Interface); ■ параллельный порт; ■ порт USB; ■ FireWire (IEEE-1394). Механизм загрузки компакт-диска Существует три принципиально разных типа загрузки компакт-дисков: в контейнеры накопителя, в выдвижные лотки и механизмы автозагрузки. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Сегодня выпускаются такие накопители, в которые можно загрузить сразу несколь­ко компакт-дисков. Эти устройства похожи на многодисковые проигрыватели для авто­мобилей. Выдвижные лотки В большинстве простых накопителей на компакт-дисках для установки диска исполь­зуются выдвижные лотки. Это такие же устройства, которые применяются в проигры­вателях звуковых компакт-дисков класса CD-DA. Поскольку диски не нужно укладывать в отдельные контейнеры, механизм загрузки получается более дешевым. Правда, каждый раз при установке новый диск необходимо брать в руки, что повышает риск испачкать или поцарапать его.
Лоток сам по себе весьма ненадежная конструкция. Его довольно легко сломать, например, неосторожно задев локтем или уронив что-нибудь сверху в тот момент, когда он выдвинут из накопителя. Кроме того, любая грязь, попавшая на диск или на лоток, втягивается внутрь устройства при возврате механизма в рабочее положение. Поэтому накопители с лотками нельзя применять в промышленных или иных неблагоприятных внешних условиях. К тому же на лотке диск не располагается так безопасно, как в кон­тейнере. Если компакт-диск уложен на лоток с перекосом, то при загрузке может быть поврежден и диск и накопитель. Как отмечалось выше, устройства с лотками не могут быть установлены вертикально — диск просто выпадет из предназначенного для него углубления. Основным преимуществом выдвижных лотков, которое выделяет их из числа других механизмов, является их низкая стоимость, которая играет определяющую роль. В на­стоящее время во многих накопителях при работе с дисками используются в основном выдвижные лотки. Контейнеры Когда-то этот механизм загрузки дисков использовался в большинстве высококаче­ственных накопителей на компакт-дисках. Диск устанавливается в специальный, плотно закрывающийся контейнер с подвижной металлической заслонкой. У него есть крышка, которую откидывают исключительно для того, чтобы поместить диск в контейнер или вынуть его; все остальное время крышка остается закрытой. При установке контейнера в накопитель металлическая заслонка специальным механизмом сдвигается в сторону, открывая лазерному лучу путь к поверхности компакт-диска. Контейнеры — не самый удобный механизм загрузки дисков. Тем не менее, если все ваши диски имеют контейнеры, то вам остается только выбрать нужный и вставить его в накопитель (примерно так же, как при работе с 3,5-дюймовыми дискетами). Контейнер можно спокойно брать в руки, не опасаясь запачкать или повредить поверхность компакт-диска. Даже детям можно доверять диски в контейнерах, поскольку им не придется брать в руки сами носители. Помимо защиты компакт-диска от загрязнения и повреждений (вы касаетесь диска только тогда, когда его нужно вставить или вынуть), контейнер более точно устанав­ливается в накопитель. Это уменьшает погрешности позиционирования считывающего устройства и, в конечном счете, время доступа к данным. Единственный недостаток контейнеров — высокая стоимость. К накопителю прилага­ется только один контейнер. Применение контейнеров наиболее оправдано в местах с повышенным уровнем за­грязнения окружающей среды: машинных цехах, автомастерских, заводах — в общем, в любом месте, где к диску придется прикасаться грязными руками или перчатками. Преимущества выдвижных лотков привели к снижению популярности систем кон­тейнерной загрузки дисков. На сегодняшнем рынке контейнеры используются только в нескольких накопителях, которые не относятся к числу серийно выпускаемых изделий (например, в большинстве из них применяется интерфейс SCSI). Записывающие накопители Накопители CD-R Диски CD-R, на которые уже записаны какие-либо данные, могут воспроизводиться или считываться практически любым стандартным накопителем CD-ROM. Диски этого типа весьма удобны для хранения архивных данных и создания мастер-дисков, которые могут тиражироваться и распространяться среди служащих небольших компаний. Диски CD-R работают по тем же принципам, что и стандартные CD-ROM, отражая лазерный луч от поверхности диска и отслеживая изменения отражательной способности при появлении переходов впадина/площадка или площадка/впадина. На обычных ком­пакт-дисках спиральная дорожка выдавливается или штампуется в поликарбонатной мас­се. В свою очередь, диски CD-R содержат рисунок впадин, выжженный на приподнятой спиральной дорожке. Таким образом, впадины представляют собой темные (выжженные) участки, отражающие меньшее количество света. В целом отражательная способность впадин и площадок остается такой же, как и на штампованных дисках, поэтому обычные дисководы CD-ROM и проигрыватели музыкальных компакт-дисков читают как штампо­ванные диски, так и диски CD-R. Запись диска CD-R начинается еще до того, как вы вставите его в накопитель. Про­цесс изготовления носителей CD-R и стандартных компакт-дисков практически одинаков. В том и в другом случае выполняется прессование расплавленной поликарбонатной массы с использованием формообразующей матрицы. Но вместо штамповки впадин и площа­док матрица формует на диске спиральную бороздку (которая называется изначальной бороздкой (pre-groove)). Если смотреть со стороны считывающего (и записывающего) ла­зера, расположенного под диском, эта канавка представляет собой спиральный выступ, а не углубление. Границы спирального выступа (изначальной бороздки) имеют определенные отклоне­ния от продольной оси (так называемые колебания). Амплитуда колебаний по отношению к расстоянию между витками дорожки достаточно мала. Расстояние между витками равно 1,6 микрона, а величина поперечного отклонения выступа достигает всего лишь 0,03 мик­рона. Колебания канавки CD-R модулируют некоторую дополнительную информацию, которая считывается накопителем. Сигнал синхронизации, определяемый колебаниями дорожки, модулируется вместе с временным кодом, другими данными и называется аб­солютным временем изначальной дорожки (Absolute Time In Pre-groove — ATIP). Вре­менной код выражается в формате "минуты : секунды : кадр" и вводится в Q-подкоды кадров, записанных на диске. Сигнал ATIP дает накопителю возможность распределить необходимые области на диске перед фактической записью кадров. Технически сигнал позиционирования представляет собой уход частоты и определяется несущей частотой 22,05 кГц и отклонением 1 кГц. Для передачи информации используются изменения ча­стоты колебаний. Процесс изготовления диска CD-R завершается нанесением с помощью метода цен­трифугирования равномерного слоя органического красителя. Затем создается золотой отражающий слой. После этого поверхность диска покрывается акриловым лаком, за­твердевающим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее со­зданных золотого и окрашенного слоев диска. Исследования показали, что алюминий, используемый с органическим красителем, сильно окисляется. Поэтому в дисках CD-R используется золотое покрытие, обладающее высокой коррозионной стойкостью и име­ющее максимально возможную отражательную способность. На поверхность диска, по­крытую слоем лака, методом трафаретной печати наносится слой краски, используемый для идентификации и дополнительной защиты диска. Лазерный луч, применяемый при чтении и записи диска, вначале проходит через прозрачный поликарбонатный слой, слой органического красителя и, отразившись от золотого слоя, снова проходит через слой красителя и поликарбонатной массы, после чего улавливается сенсором оптического датчика накопителя.
Отражающий слой и слой органического красителя имеют те же оптические свойства, что и неразмеченный компакт-диск. Другими словами, дорожка незаписанного (чистого) диска CD-R воспринимается считывающим устройством компакт-дисков как одна длин­ная площадка. Лазерный луч дисковода CD-R имеет одну и ту же длину волны (780 нм), но мощность лазера, используемого для выполнения записи, в частности для нагрева окра­шенного слоя, в 10 раз выше. Лазер, работающий в импульсном режиме, нагревает слой органического красителя до температуры 482-572˚F (250-300˚C). При этой температуре слой красителя буквально выгорает и становится непрозрачным. В результате лазерный луч не доходит до золотого слоя и не отражается обратно, чем достигается тот же эф­фект, что и при погашении отраженного лазерного сигнала, происходящем при чтении штампованных компакт-дисков.
Во время чтения диска, накопитель считывает несуществующие впадины, в качестве которых выступают участки с низкой отражательной способностью. Эти участки появ­ляются при нагревании органического красителя, поэтому часто процесс записи диска называют выжиганием. Выжженные участки красителя изменяют свои оптические свой­ства и становятся неотражающими. Изменение этих свойств возможно лишь один раз, поэтому диски CD-R называются носителями с однократной записью. Накопители CD-RW В начале 1996 года промышленный консорциум, в который вошли компании Ricoh, Philips, Sony, Yamaha, Hewlett-Packard и Mitsubishi Chemical Corporation, опубликовал формат CD-RW. В мае 1996 года был представлен первый накопитель CD-RW, в создании которого основное участие принимала компании Ricoh. Это был накопитель MP6200S, представляющий собой модуль с номинальными скоростями 2/2/6 (2x — запись, 2x — перезапись, 6x — чтение). В это же время вышла в свет третья часть спецификации Orange Book, которая официально определила стандарт CD-RW Накопители CD-RW обратно совместимы с устройствами CD-R и позволяют читать или записывать данные на носители CD-R. Кроме того, накопитель CD-RW может успеш­но использоваться в качестве CD-R. Благодаря этим свойствам накопители CD-RW практи­чески вытеснили дисководы CD-R на сегодняшнем компьютерном рынке. Процесс записи дисков CD-RW происходит так же, как и дисков CD-R, и отличается только тем, что дан­ные на носителе CD-RW могут быть удалены и записаны снова. Диски этого типа весьма удобны для создания прототипа, который будет тиражироваться на менее дорогих дисках CD-R или даже на штампованных компакт-дисках. Носители CD-RW могут перезаписы­ваться до 1000 и более раз. Кроме того, при наличии программного обеспечения пакетной записи диски CD-RW могут обрабатываться подобно гигантскому гибкому диску, файлы которого легко перетаскиваются, копируются или удаляются. Носители CD-RW примерно вдвое дороже дисков CD-R, но в то же время гораздо дешевле, чем оптические картриджи или другие сменные форматы. Все это делает CD-RW наиболее приемлемой технологи­ей создания резервных копий системы, архивирования файлов и решения любых других задач, связанных с хранением данных. Носители CD-RW и CD-R имеют четыре основных отличия. Если говорить кратко, то для дисков CD-RW характерно следующее: ■ имеют более высокую стоимость; ■ отличаются меньшей скоростью записи; ■ имеют более низкую отражательную способность. Помимо высокой стоимости и возможности перезаписи данных, носители CD-RW от­личаются также более низкой (в два и более раза) скоростью записи. Это связано с тем, что при выполнении записи на обработку каждой области диска лазеру требуется боль­ше времени. Диски CD-RW также имеют более низкую отражательную способность, что ограничивает их читаемость. Носители CD-RW, например, не читаются многими стан­дартными накопителями CD-ROM и CD-R. Поэтому для записи музыкальных дисков или совместимости с накопителями разных типов лучше пользоваться дисками CD-R. Для создания подобия впадин на поверхности диска в накопителях и носителях CD-RW используется процесс изменения фазы состояния. Диски CD-RW создаются на поликарбонатной подложке, содержащей предварительно отформованную спиральную ка­навку волнистой формы, колебания которой определяют информацию позиционирования. Верхняя часть основы покрывается специальным диэлектрическим слоем (изоляцией), после чего наносится записывающий слой, еще один слой диэлектрика и алюминиевый отражающий слой. Затем поверхность диска покрывается акриловым лаком, затвердеваю­щим в ультрафиолетовых лучах, который используется для защиты ранее созданных слоев диска. Диэлектрические слои, расположенные выше и ниже записывающего слоя, предна­значены для экранирования поликарбонатной подложки и отражающего металлического слоя от интенсивного нагрева, используемого во время процесса записи с изменением фазы состояния. Как уже отмечалось, запись дисков CD-R осуществляется посредством нагрева опре­деленных участков органического красителя (т. е. слоя записи). В свою очередь, записыва­ющий слой дисков CD-RW представляет собой сплав серебра, индия, сурьмы и теллурия (Ag-In-Sb-Te), обладающий возможностью фазовых превращений. В качестве отражаю­щей части записывающего слоя используется сплав алюминия, который ничем не отлича­ется от применяемого в обычных штампованных дисках. Во время операции считывания или записи данных лазерное устройство расположено с нижней стороны диска. Если смотреть со стороны лазера, спиральная канавка будет выглядеть как выступ, причем записывающий слой диска будет располагаться на его верхней плоскости. Сплав Ag-In-Sb-Te, используемый в качестве записывающего слоя, имеет поликри­сталлическую структуру с отражательной способностью 20%. Во время записи данных на диск CD-RW лазер может работать в двух режимах, которые называются P-записью и P-стиранием. В одном из них (в режиме P-записи) лазерный луч нагревает материал записывающего слоя до температуры 500-700˚С (932-1229˚F), что приводит к его плав­лению. В жидком состоянии молекулы сплава начинают свободно перемещаться, в ре­зультате чего материал теряет свою кристаллическую структуру и переходит в аморфное (хаотическое) состояние. Отражательная способность материала, застывшего в аморфном состоянии, снижается до 5%. При чтении диска области с различными оптическими свой­ствами воспринимаются так же, как и впадины обычного штампованного диска CD-ROM. Если бы диски CD-RW использовались только для чтения, на этом можно было бы и закончить. Но ведь эти носители могут перезаписываться, т. е. должен быть способ, позволяющий восстанавливать поликристаллическую структуру материала. Этот способ связан с маломощным режимом P-стирания, применяемым лазером. В режиме стирания слой активного материала нагревается примерно до температуры 200˚C (392˚F), которая значительно ниже точки плавления, но достаточна для размягчения материала. При нагре­ве активного слоя до указанной температуры с последующим медленным охлаждением происходит преобразование структуры материала на молекулярном уровне, т. е. переход из аморфного в кристаллическое состояние. При этом отражательная способность матери­ала повышается до 20%. Области, имеющие более высокую отражательную способность, выполняют ту же функцию, что и зоны штампованного компакт-диска.
Хотя такой режим работы лазера и называется P-стиранием, непосредственного сти­рания данных не происходит. Вместо этого на дисках CD-RW применяется технология прямой перезаписи данных, при использовании которой участки, имеющие более низкую отражательную способность, не стираются, а просто перезаписываются. Другими слова­ми, во время записи данных лазер постоянно включен и генерирует импульсы различной мощности, создавая тем самым области аморфной и поликристаллической структуры с различными оптическими свойствами. Структура создаваемых областей совершенно не зависит от их предыдущего состояния. Этот метод во многом напоминает способы записи данных на магнитный диск, где используется та же технология прямой перезаписи. Каж­дый сектор уже имеет определенную структуру данных, поэтому во время записи данных достаточно всего лишь записать их новую структуру. Секторы также не стираются, а про­сто перезаписываются. Носители дисков CD-RW могут записываться и перезаписываться до 1000 раз.
Недогрузка буфера Вне зависимости от того, в каком режиме (Disk At Once или Track At Once) проис­ходит запись диска, данные записываются на спиральную дорожку носителя CD-R/RW, образуя определенный рисунок на ее поверхности. Накопитель, в отличие от жесткого диска, не может определить, в каком месте начинается и заканчивается запись, поэтому процесс записи данных продолжается до конца диска или дорожки. В противном случае может произойти повреждение записи или диска CD-R. Это означает, что программное обеспечение, используемое для записи компакт-дисков, а также аппаратные компоненты должны обеспечить непрерывный поток данных, идущий к накопителю во время записи диска. Для этого записывающее программное обеспечение использует буфер, который создается на жестком диске для временного хранения данных, посылаемых в накопитель. В том случае, если система не обеспечивает определенную скорость поступления дан­ных, происходит сбой выполнения записи и появляется сообщение о недогрузке буфера. Это сообщение указывает на то, что накопитель должен прервать операцию записи из-за отсутствия данных, необходимых для записи компакт-диска. Подобная ситуация в течение многих лет была самой большой проблемой, возникающей во время записи дисков. Наилучшим выходом из создавшегося положения является уменьшение скорости за­писи, увеличение объема буфера или использование более быстрого интерфейса и чита­ющего накопителя. Никто не хочет записывать диски на более медленной скорости (ведь не зря же покупали быстрый дисковод), поэтому остается только повышение размера бу­фера и увеличение скорости интерфейса. Защита от недогрузки буфера Компания Sanyo разработала технологию BURN-Proof, которая позволила раз и на­всегда покончить с недогрузкой буфера. Несмотря на то что название этой технологии (Buffer UnderRuN — BURN) ассоциируется у многих пользователей с защитой от "выжи­гания" (т. е. записи) диска, практические испытания доказали ее высокую эффективность и надежность. Многие компания последовали примеру Sanyo и разработали собственные аналогич­ные и совместимые технологии, получившие самые разные названия. К числу наиболее известных относятся следующие: ■ BURN-Proof от Sanyo; ■ JustLink от Ricoh; ■ Waste-Proof от Yamaha. Технология защиты от недогрузки буфера реализована с помощью специального набо­ра микросхем, посредством которого осуществляется текущий контроль буфера накопи­теля. При возникновении опасности недогрузки буфера операция записи приостанавли­вается до тех пор, пока данные не заполнят буфер. После наполнения буфера накопитель определяет место, где была прервана запись, и возобновляет ее непосредственно c той же позиции. В соответствии с требованиями спецификации Orange Book, промежуток между дан­ными, записанными на компакт-диске, не должен превышать 100 мс (миллисекунд). При использовании технологии защиты от недогрузки промежуток между возобновленными записями не превышает 40—45 мс, что соответствует указанным требованиям. Эти проме­жутки легко компенсируются кодом коррекции ошибок, встраиваемым в запись, поэтому потери данных не происходит. Следует заметить, что данная технология должна поддерживаться не только накопи­телем, но и используемым программным обеспечением. К счастью, все наиболее рас­пространенные программы для записи компакт-дисков, существующие на сегодняшнем рынке, поддерживают эту технологию. Накопитель, включающий в себя защиту от недогрузки буфера, позволяет во время записи диска работать с любой программой, не опасаясь повредить записываемые данные. Защита от копирования компакт-дисков Как вы помните, первые компакт-диски появились в конце 1982 года. В те времена пользователи практически не задумывались о копировании дисков, поскольку компакт-диски использовались только для чтения и изготавливались только с помощью крупнога­баритного штамповочного оборудования. Устройства для записи компакт-дисков, создан­ные только через 10 лет, оказались не только довольно сложными, но и весьма дорогими. Стоимость первых записывающих устройств составляла более 10 тыс. долларов. Учиты­вая, что каждый чистый диск ("болванка") стоил примерно 35 долларов, себестоимость изготовленных копий была иногда выше, чем цена копируемого оригинала. Сегодня, по прошествии более чем 20 лет, положение вещей значительно изменилось: теперь запись компакт-дисков является недорогим и довольно простым процессом. Образ­но говоря, козла пустили в огород и для индустрии звукозаписи наступили черные дни, поскольку проводимые мероприятия по защите от копирования желаемых результатов не принесли. Поэтому диски DVD с самого начала создавались со встроенной защитой от копирования, что являлось одним из требований индустрии развлечений, выполнение которого позволяло выпускать звуковые и видеоматериалы в этом формате. Тем не менее, практически любые системы защиты от копирования компакт-дисков и дисков DVD успешно "взламывались", что позволяло пользователям создавать резервные копии тех или иных дисков. Появившаяся возможность общедоступного копирования программных и музыкаль­ных компакт-дисков привела к необходимости разработки надежных методов защиты. Методы защиты от копирования, используемые при записи программных и музыкаль­ных компакт-дисков, различны, но конечный результат практически один и тот же: копии либо имеют более низкое качество воспроизводимого звука, либо работают некоррект­но. Например, защита от копирования музыкальных компакт-дисков зачастую приводит к появлению различных помех при воспроизведении звуковых файлов, а в критических случаях скопированные диски могут попросту не читаться в дисководе ПК. Существует несколько простых и более сложных схем защиты от копирования, исполь­зуемых при записи дисков CD-DA. Одной из наиболее распространенных схем защиты цифровых музыкальных дисков является SafeAudio, разработанная компаний Macrovision. Специалисты Macrovision не рассказывают о том, как работает схема SafeAudio. Известно только, что эта технология была куплена у компании TTR Technologies, причем приобретенные патенты содержат также подробное описание этой схемы. В соответствии с этими патентами при записи компакт-диска преднамеренно записываются также оши­бочные данные определенного рода (пакеты помех), включаемые как в звуковые данные, так и в коды, обычно используемые для коррекции подобных ошибок. При чтении диска использование стандартных схем коррекции ошибок не приносит желаемого результата, поскольку во время воспроизведения звука образуются небольшие паузы.
При использовании стандартного проигрывателя звуковых компакт-дисков в подобной ситуации происходит автоматическое заполнение возникающих пауз с помощью аппарат­ных средств или соответствующего кода проигрывателя, который обрабатывает звуковые данные с обеих сторон паузы и интерполирует (предполагает) пропущенные значения. В персональных компьютерах накопители на компакт-дисках могут выполнять те же опе­рации, за исключением того, что интерполяция данных происходит только при воспроиз­ведении компакт-дисков в режиме аудиопроигрывателя. Несмотря на это, при "разрыве" данных интерполяция не выполняется, что происходит также при считывании звуковых данных, скопированных непосредственно на жесткий диск, компакт-диск или носители других типов. В этом случае незаполненные паузы будут воспроизводиться в виде довольно громких щелчков, хлопков или других неприятных звуков. Специалисты компаний TTR и Macrovision утверждают, что интерполяция данных, которая выполняется при вос­произведении дисков SafeAudio, совершенно не различается человеческим ухом. С этим утверждением согласны далеко не все. По отношению к любителям хорошей музыки намеренное искажение звука или появление дополнительных помех является признаком недобросовестности.
Существует более жесткая система защиты, использование которой не только не позво­ляет копировать музыкальные диски на персональном компьютере, но приводит к опре­деленным проблемам при воспроизведении копий на аудиопроигрывателях. Основным недостатком этой системы является то, что пользователи лишены возможности законно создавать резервные копии музыкальных дисков. При записи дисков с программным обеспечением используется несколько довольно похожих схем защиты от копирования. К числу наиболее распространенных относится схема SafeDisc, также разработанная компанией Macrovision. Технология SafeDisc, как и SafeAudio, была приобретена у другой компании, которой в данном случае является C-Dilla. При использовании схемы SafeDisc вначале происходит кодирование записываемо­го программного обеспечения, после чего в программный код вводится дополнительная подпрограмма, используемая для поиска уникальной идентификационной сигнатуры (так называемого водяного знака). Водяные знаки вводятся в компакт-диск во время изго­товления мастер-диска. При чтении компакт-диска программа идентификации считывает записанный водяной знак. При обнаружении соответствующего водяного знака происхо­дит декодирование и последующее выполнение программы. В том случае, если водяной знак отсутствует, программа не загружается. Водяной знак не соответствует нормаль­ным структурным данным, записанным на компакт-диске, поэтому CD-программаторы не могут его скопировать. Основным требованием процесса идентификации является наличие оригинального компакт-диска в накопителе при каждом запуске программы. Обычно оригинальный диск требуется только при инсталляции программы, но иногда проверка диска осуществляется при каждой загрузке инсталлированной программы, несмотря на то, что программа уста­новлена на жестком диске. Подобное требование крайне неудобно, так как приходится использовать оригинальный диск при каждом запуске уже установленной программы. Неугомонные пользователи разработали специальное программное обеспечение, кото­рое позволяет "обмануть" подобную защиту. Основная задача программы состоит в том, чтобы убедить идентификационный код в существовании водяного знака. В некоторых случаях происходит считывание нужного кода из программного обеспечения. В других программах используется тот или иной способ, позволяющий скопировать водяной знак, имеющийся на оригинальном компакт-диске. Как оказалось, существующие формы защи­ты от копирования довольно непрактичны и приносят больше неприятностей законному пользователю, чем вору. Обратите внимание на то, что были "взломаны" практически все использовавшие­ся схемы защиты от копирования. Следовательно, на компьютерном рынке существует целый ряд программ (многие из которых могут быть получены совершенно бесплатно), позволяющих довольно легко скопировать так называемые защищенные диски. При поис­ке по ключевому выражению "защита от копирования" вы найдете множество ссылок на Web-узлы, которые содержат информацию, относящуюся к созданию резервных копий за­щищенных компакт-дисков, а также перечень программного обеспечения, необходимого для выполнения подобной операции. В США в соответствии с доктриной "О законном использовании", принятой в 1976 го­ду, владельцу произведения, охраняемого авторским правом, разрешается сделать его ко­пию для личного пользования. Эта доктрина воспринимается как официальное разреше­ние резервного копирования музыкальных дисков и программного обеспечения, поэтому использование специализированных программ для созданий копий так называемых некопируемых дисков кажется вполне допустимым. Известен, по крайней мере, один прецедент, результатом которого стало принятие решения о незаконности защиты от копирования, поскольку это нарушает неотъемлемое право пользователя делать резервные копии. DVD-RAM Накопители DVD-RAM используют технологию изменения фазы, схожую с техноло­гией CD-RW. Диски DVD-RAM не считываются большинством стандартных накопителей DVD-ROM, поскольку диски для этих накопителей по-разному отражают свет и хра­нят данные в различных форматах. (Следует отметить, что DVD-R обратно совместим с DVD-ROM.) Накопители DVD-ROM, которые могут считывать диски DVD-RAM, появи­лись на рынке в начале 1999 года и соответствуют спецификации MultiRead2. Накопите­ли DVD-ROM и проигрыватели DVD-Video, соответствующие спецификации MultiRead2, могут считывать диски DVD-RAM. Первые носители DVD-RAM, представленные весной 1998 года, имели емкость 2,6 Гбайт (односторонний) или 5,2 Гбайт (двухсторонний). В конце 1999 года появи­лись диски DVD-RAM версии 2, емкостью 4,7 Гбайт, а в 2000 году были представлены двухсторонние диски емкостью 9,4 Гбайт. Накопители DVD-RAM позволяют считывать данные с носителей DVD-Video, DVD-ROM и компакт-дисков. В свою очередь, нако­пители DVD-ROM и проигрыватели DVD-Video, существующие в настоящее время, не позволяют читать диски DVD-RAM. Технология DVD-RAM использует так называемую методику записи на волнообраз­ные выступы и желобки. В соответствии с этой методикой сигнал записывается и на выступ (площадь между желобками), и в сами желобки, которые формируются при созда­нии диска. Частота колебания дорожек служит информацией для синхронизации. Кроме того, диск содержит специальные заголовки секторов, которые наносятся на него при создании. Для записи на диск применяется метод изменения фазы, в соответствии с которым данные записываются на участок, выборочно нагретый с помощью лазера высокой мощ­ности. Записывающий лазер накопителя DVD-RAM переводит участок поверхности диска из кристаллического в аморфное состояние за счет нагревания поверхности. Кристалли­ческая и аморфная поверхности имеют разные коэффициенты отражения. Сигнал считывается благодаря разнице в отражении лазерного луча от кристаллической и аморфной поверхностей. Модуляция и коды коррекции ошибок такие же, как и для DVD-Video и DVD-ROM, что обеспечивает совместимость с остальными форматами DVD. Во время перезаписи лазер с более низкой энергией нагревает поверхность, в результате чего она вновь кристаллизируется.
Как односторонние, так и двухсторонние диски должны упаковываться в картриджи. Двухсторонние диски должны все время оставаться внутри картриджа, а односторонние при необходимости можно вынимать из него. DVD-R Это носитель, на который можно записывать один раз, как и на CD-R. Подобно CD-R, он является идеальным решением для архивирования данных и создания дистрибутивов.
Односторонний диск DVD-R может хранить до 3,95 Гбайт данных, т. е. почти в 6 раз больше, чем CD-R. Двухсторонний диск DVD-R может содержать вдвое больше информа­ции. Технология DVD-R использует органическое покрытие. Как и в CD-R, органическое покрытие DVD-R стоит недорого. Для обеспечения точности позиционирования в DVD-R используется метод волнооб­разных желобковых дорожек, в соответствии с которым специальные желобковые дорожки в заводских условиях гравируются на диске. Данные записываются только в желобки. Частота отклонений желобков является синхронизирующей при считывании информа­ции с диска. Желобки расположены более плотно, чем в DVD-RAM, однако данные записываются только в желобки — площадки не используются DVD-RW Стандарт DVD-RW был представлен организацией DVD Forum в ноябре 1999 года. Этот стандарт, созданием и утверждением которого занималась главным образом ком­пания Pioneer, представляет собой расширение стандарта DVD-R (так же, как CD-RW является расширением CD-R). Накопитель DVD-RW, в котором используется технология записи с изменением фазы состояния, более совместим со стандартными накопителя- ми DVD-ROM, чем с DVD-RAM. Накопители, созданные по этой технологии, начали выпускаться в конце 1999 года, но они не нашли широкого применения, поскольку их производством занимается только одна компания (Pioneer). DVD+RW Носители DVD+RW, называемые также DVD Phase Change ReWritable (перезаписы­ваемые DVD с изменяющейся фазой), наименее дорогие, самые простые в использова­нии и наиболее совместимые с существующими форматами, по всей вероятности, могут стать первым универсальным стандартом DVD-дисков. Этот стандарт был разработан компаниями Philips, Sony, Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Ricoh, Yamaha, Verba­tim и Thompson, входящими в группу промышленного стандарта, которая называется DVD+RW Alliance (http: //www. dvdrw. com). Накопители DVD+RW предназначены для работы с носителями DVD+R (записывае­мыми) и DVD+RW (перезаписываемыми). Диски +R, которые могут быть записаны только один раз, имеют более низкую стоимость, чем диски +RW Сегодня DVD+RW является единственным перезаписываемым форматом, который обеспечивает полную совместимость с существующими проигрывателями DVD-Video и накопителями DVD-ROM при выполнении видеозаписей или записи каких-либо дан­ных. DVD+RW может использоваться не только для хранения данных, но и для непосред­ственной записи видеофрагментов в формате DVD-Video. Это существенное техническое достижение в области перезаписываемых DVD, благодаря которому накопители DVD+RW могут полностью заменить потребительские видеомагнитофоны. Для стандарта DVD+RW характерны следующие особенности: ■ односторонние диски (4,7 Гбайт); ■ двухсторонние диски (9,4 Гбайт); ■ до 4 часов видеозаписи (односторонние диски); ■ до 8 часов видеозаписи (двухсторонние диски); ■ бесконтейнерные диски; ■ лазер с длиной волны 650 нм (такой же, как и в DVD-Video); ■ постоянная линейная плотность записи данных; ■ запись с постоянными линейной (CLV) и угловой (CAV) скоростями; ■ скорость записи 1х, 2х и более; ■ скорости передачи данных формата DVD-Video; ■ файловая система UDF (Universal Disc Format — универсальный дисковый формат); ■ интегрированная система выявления дефектов; ■ быстрое форматирование; ■ использование EFM-модуляции (модуляции 8/16) и кодов коррекции ошибок, при­ меняемых в DVD-ROM; ■ технологии последовательной и произвольной записи; ■ связывание без потерь (при многосессионной записи используется все пространство диска); ■ спиральная канавка с радиальным колебанием; ■ после завершения записи все физические параметры соответствуют требованиям спецификации DVD-ROM. Потребительские и компьютерные приложения для цифровых универсальных дис­ков постоянно разрабатываются и совершенствуются, поэтому сегодня DVD+RW являет­ся единственным форматом перезаписываемых DVD, который полностью удовлетворяет требованиям потребительского рынка DVD-Video и компьютерного рынка DVD-ROM. Технология DVD+RW очень похожа на CD-RW, и накопители DVD+RW могут читать как диски DVD-ROM, так и все форматы компакт-дисков, включая CD-R и CD-RW. При использовании DVD+RW процесс записи может быть приостановлен и возобнов­лен без потери областей, связывающих сеансы записи. Это дает возможность повысить эффективность произвольной записи и видеоприложений. Технология "связывания без потерь" позволяет выполнить выборочную замену любого отдельного блока данных объ­емом 32 Кбайт новым блоком с точностью позиционирования 1 микрон. Для достижения высокой точности размещения данных на дорожке в DVD+RW используются высокоча­стотные колебания предварительной канавки диска. Благодаря этому достигается очень высокая точность синхронизации и адресации данных, считываемых с этой канавки. Функция быстрого форматирования означает, что можно вставить чистый диск DVD+RW в накопитель и сразу же начать запись. Форматирование диска происходит в фоновом режиме, непосредственно перед записью данных. Из трех форматов перезаписываемых дисков DVD, существующих в настоящее время, именно DVD+RW, скорее всего, станет тем форматом, который будет массово использо­ваться как в домашних потребительских устройствах, так и в наиболее современных компьютерах. Форматы будущего: HD-DVD, Blu-Rayи другие Как всё начиналось DVD-R и DVD+R ещё только завоёвывали массовый рынок, а производители уже занимались разработкой новых, более ёмких форматов. Уже в 1996 году Phillips, Toshiba и Sony демонстрировали миру первые прототипы устройств, использующих сине-фиолетовый лазер для записи информации на диск. Но перед разработчиками стояло множество проблем, связанных с излишним нагревом привода, поиском подходящего записывающего слоя и т.д. 19 февраля 2002 года девять компаний (Hitachi, LG Electronics, Matsushita Electric, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson Multimedia) объявили о разработке спецификации на формат оптических дисков нового поколения, получивший название «Blu-ray Disc». Название указывает на основную особенность нового формата – использование сине-фиолетового лазера. Первоначально была заявлена ёмкость 27 Гигабайт на стандартной 12-см болванке. Уже в августе информация о формате Blu-ray стала достоянием общественности. В сентябре конкуренты в лице компаний Toshiba и NEC представили достойный ответ – формат Advanced Optical Disc (AOD). В октябре тайваньский консорциум AOSRC предложил собственный стандарт HD-DVD.
Прототипы BD- и AOD- приводов стали появляться на различных шоу, например, на Ceatec show в Японии в октябре 2002 года и на выставке Consumer Electronics Show (CES 2003) в январе 2003. Наконец, 13 февраля 2003 года Ассоциация BDA (Blu-ray Disc Association) начала лицензирование нового формата, что практически означало официальное появление BDA на рынке оптических накопителей и отмашку на начало выпуска коммерческих продуктов на основе Blu-ray.
Оставался всего лишь один вопрос: какой формат выберет DVD Forum – консорциум компаний, взявший на себя обязанности по стандартизации и сертификации оптических носителей. В ноябре 2003 года совершенно неожиданно для многих рабочим форматом DVD-ROM дисков следующего поколения была выбрана спецификация HD-DVD, вобравшая в себя AOD от Toshiba и Nec (заметьте, корейский HD-DVD здесь ни при чём). Перевес голосов у HD-DVD был небольшой – 8 против 6. Появление спецификации HD-DVD было очень тяжёлым. В то время как сторонников Blu-ray становилось всё больше, а компании анонсировали всё новые прототипы приводов и носителей, DVD Forum пытался добиться единогласия в своих рядах. Спецификация HD-DVD 1.0 была утверждена только 10 июня 2004 года. Технические особенности конкурентов Оптические носители нового поколения объединяет только стандартный размер диска и сине-фиолетовый (а вовсе не голубой, как считает абсолютное большинство русскоязычных пользователей) лазер с длиной волны 405 нм. Переход на более коротковолновый лазер позволяет значительно плотнее размещать информацию на диске, уместив на один слой до 27 Гбайт данных. HD-DVD Пожалуй, решающим аргументом в принятии этого стандарта DVD-форумом стала его преемственность с существующими DVD-дисками. Для перехода на выпуск новой продукции требуется минимальная модернизация уже существующих линий. Даже микросхемы в приводах можно оставить прежние: используются те же самые алгоритмы чтения и коррекции данных, требуется лишь сменить оптическую головку. Оптические болванки имеют прежний размер и количество слоёв. Записывающий слой находится посередине под защитой 0,6 мм пластика. По сравнению с DVD, расстояние между дорожками и размер питов уменьшились почти в два раза, что позволило увеличить объём диска с 4,7 Гбайт до 15 Гбайт. На данный момент уже принята спецификация двухслойного диска ёмкостью 30 Гбайт. Кроме того, компании Memory Tech и Toshiba планируют создать трёхслойные диски ёмкостью 45 Гбайт. Blu-ray Этот формат коренным образом отличается от DVD. В нём используются совершенно новые алгоритмы считывания и обработки информации, что позволяет добиться большей гибкости физической структуры накопителей. Например, длина пита может быть 0,138, 0,149 или 0,160 мкм. Записывающий слой на диске располагается всего лишь на расстоянии 0,1 мм от поверхности. В результате уменьшаются искажения лазерного луча и время отклика. Всё это позволяет значительно снизить размеры питов и расстояния между дорожками по сравнению с обычным DVD. Итог: на BD-диск помещается 23,3, 25 или 27 Гбайт данных. Утверждена спецификация двухслойных BD-дисков ёмкостью 46,6 и 50 Гбайт. Компания Toshiba выпустила четырёхслойный диск ёмкостью 100 Гбайт. Одно из слабых мест Blu-ray – очень маленькое расстояние между записывающим слоем и поверхностью – 0,1 мм по сравнению с 0,6 в DVD и HD-DVD. Первоначально единственным способом защиты от повреждений в BD-дисках был картридж. Но затем рядом компаний (например, TDK) были разработаны специальные защитные покрытия, противостоящие царапинам и накоплению грязи, что позволило избавиться от картриджей. CD DVD Blu-ray HD-DVD Ёмкость штампованного (ROM) однослойного диска, Гбайт 0,68 4,7 23,3/25 15 Ёмкость штампованного (ROM) двухслойного диска, Гбайт нет 8,5 46,6/50 30 Ёмкость перезаписываемого (RW) однослойного диска, Гбайт 0,68 4,7 23,3/25/27 20 Ёмкость перезаписываемого (RW) двухслойного диска, Гбайт нет нет 46,6/50/54 32 Ёмкость однослойного записываемого (R) диска, Гбайт 0,68 4,7 23,3/25/27 15 Ёмкость двухслойного записываемого (R) диска, Гбайт нет 8,5 46,6/50/54 нет Максимальная ёмкость существующих прототипов многослойных дисков, Гбайт 1,4 8,5 100 45 Длина волны лазера, нм 780 650 405 405 Апертура 0,45 0,60 0,85 0,65 Мощность луча при чтении, мВт - - 0,35 0,5 Защитный слой, мм 1,2 0,6 0,1 0,6 Размер пита, нм 830 410 160 (23,3 Гбайт) 149 (25 Гбайт) 138 (27 Гбайт) 204 (15 Гбайт) Расстояние между дорожками, нм 1600 740 320 400 Скорость передачи данных, Мбит/с - 11,1 36 (1x) 72 (2x) 54 (video BD-ROM) 36,5 (1x) Поддержка Java нет нет есть нет Поддерживаемые кодеки - MPEG2 MPEG2 MPEG4 AVC VC-1 MPEG2 MPEG4 AVC VC-1 Система защиты данных - CSS AES AACS Кому нужны HD-DVD и BD-ROM Новые форматы приходят на рынок только тогда, когда в них есть потребность. DVD-диски получили столь широкое распространение по двум причинам: 1) на них помещаются видеофильмы в более хорошем качестве, чем на CD; 2) размеры дистрибутивов программ, баз данных и игр стали в разы превышать вместимость CD-дисков. Ёмкости двухслойного DVD-ROM на данный момент с лихвой хватает на все возможные нужды обыкновенного пользователя. Но ведь есть и необыкновенные. Те, кто прикупил себе DLP-телевизор или плазменную панель, поддерживающую разрешение 1080i, и собирается записывать наиболее интересные телепередачи на оптические диски. Поток HDTV, в котором, будем надеяться, в далеком будущем будут вестись телетрансляции и в России, требует для хранения значительно больше места, чем могут себе позволить DVD. Например, на двухслойный BD-ROM ёмкостью 50 Гбайт поместится не более двух с половиной часов высококачественного видео (в стандартном качестве удастся записать 13 часов).
Для более плотной упаковки данных оба новых формата, кроме стандартного кодека MPEG2, поддерживают ещё несколько: MPEG4 AVC (так же известный как H.264) и Microsoft VC-1. Дело в том, что при кодировании видеоданных 1080i в формат MPEG2 становятся видны артефакты изображения, вызванные сжатием, да и скорость потока возрастает до 20-25 Мбит/с. Тот же MPEG 4 AVC может снизить поток в 3-4 раза без потери качества.
Blu-ray и HD-DVD обеспечивают возможность одновременного чтения данных с диска и записи новой информации. Кроме того, Blu-ray будет поддерживать Java-приложения, что позволит повысить уровень интерактивности видеодисков. Например, при запуске такой видеодиск сможет самостоятельно зайти на сайт производителя и скачать титры на нужном языке. Важное место в разработке стандартов уделено вопросам защиты содержимого от копирования. Как известно, защита CSS, применяемая на DVD, была успешно сломана, что дало возможность беспрепятственно копировать видеофильмы. В оптических дисках нового поколения будут использоваться более продвинутые методы. Blu-ray использует 128-битное шифрование Advanced Encryption Standard (AES), при котором ключ меняется через каждые 6 кбайт данных. В итоге расшифровка одного ключа дает злоумышленнику доступ к 6 кбайт данных. Сами понимаете, сломать такую защиту невозможно (на данный момент). HD-DVD использует улучшенную версию метода CSS – Advanced Access Content System (AACS). Плюс к нему – вторая степень защиты Self Protecting Digital Content (SPDC). AACS генерирует для каждого привода собственный 128-битный ключ Device Key (DK). Каждый диск имеет собственный ключ Media Key Block (MKB), который может работать только с определенным набором DK. Если какой-либо набор ключей DK будет заподозрен в противоправных действиях, MKB обновляется, и соответствующий набор DK попадает в черный список – содержимое диска на таком приводе воспроизвести не удастся. В таком подходе можно найти изъяны, которые могут причинить кучу неудобств ни в чем не повинному пользователю, но, тем не менее, защита получается агрессивно-надежной. Возможно, это поможет кинокомпаниям защититься от пиратов и заработать сумасшедшую кучу денег. Хроники с поля боя Достаточно интересно следить за ходом схватки между двумя форматами, тем более что именно сейчас страсти накалились. Связано это с первыми попытками начать массовое производство дисков и приводов. А почему бы и нет? Голливудская киноиндустрия с форматами вроде бы определилась. Warner Brothers и New Line Cinema эксклюзивно подписались на HD-DVD, Walt Disney Co., Sony Pictures и MGM – на Blu-ray. Universal Studios и Paramount Pictures, хоть и неэксклюзивно, но относятся к сторонникам HD-DVD, а Disney и 20th Century Fox – к сторонникам Blu-ray. Фильмы на новых оптических носителях не заставят себя ждать: первые киноленты на HD-DVD дисках от Universal ожидаются уже к Рождеству-2005, а Paramount Home Entertainment выпустит каталог своих фильмов в этом формате в начале 2006. В принципе, война форматов проходит довольно миролюбиво. Приверженцы противоборствующих лагерей иногда встречаются и ратуют за единый стандарт оптических носителей, понимая, что это сможет сберечь кучу нервов пользователям и кучу денег производителям. Но компромисса найти, как уже ясно, не удастся, так как никто не хочет отказываться от собственных наработок. Появилась информация, что в дизайнерских лабораториях ряда микроэлектронных гигантов идет работа по созданию гибридных оптических головок и микросхем, поддерживающих оба формата. Естественно, такой гибрид получится сложным и дорогим, но мы знаем, что массовое производство способно делать чудеса, снижая итоговую стоимость продукции до вполне терпимых величин. Пока же ждём анонсов первых налаженных производственных линий Blu-ray и HD-DVD. HD-DVD диски должны появиться в продаже весной 2006 года одновременно с подходящими приводами. Blu-ray приводы и диски начнут массированное наступление на рынок примерно в то же время. Ожидается, что сначала Blu-ray приводы будут стоить значительно дороже HD-DVD, но со временем цены выровняются. Что будет после Blu-ray и HD-DVD? Уже сейчас, когда новые стандарты только собираются выйти на рынок, появляются сообщения о разработке новых форматов, обладающих фантастической ёмкостью. Чаще всего до появления хотя бы прототипов далеко, пока что оформляются патенты. Возьмем, например, проект компании Colossal Storage Сorporation, связанный с созданием 3,5-дюймовых дисков Atomic Holografic Disk ёмкостью 10 Терабайт! Звучит как сказка, причём вполне может сказкой и остаться. Ещё один интересный проект предложен HVD Альянсом, в который вошли CMC Magnetics, Fuji Photo Film и ряд других компаний. Это разработка голографических дисков Holografic Versatile Disc (HVD). Ёмкость такого диска – от 100 до 1000 Гигабайт. Главный секрет – использование не одного луча лазера, а сразу миллиона! Скорость чтения при этом может достигать 1 Гбит в секунду. Весьма похожим на уже созданные форматы является разработка корпорации New Medium Enterprises, которая собирается предоставить оптический диск Versatile Multilayer Disc (VMD), способный вместить 20 Гбайт и использующий обычный красный лазер. Просто это четырёхслойный диск. Первые приводы и диски должны поступить в продажу уже в этом году, но, скорее всего, дальше Азиатского региона они не выйдут, так как являются чисто переходным явлением. Компания Iomega совсем недавно запатентовала технологию Articulated Optical-Digital Versatile Disc (AO-DVD), связанную с дальнейшим уменьшением размеров пита и появлением коротковолновых лазеров. В результате для хранения информации будут использоваться наноструктуры – участки, имеющие размеры меньше, чем длина волны лазера! Теоретически на такой диск можно будет записать до 800 Гбайт данных. Наконец, компания D Data разрабатывает Digital Multilayer Disc (DMD) – диск для красного лазера, поддерживающий до 6 слоев и имеющий ёмкость 15 Гбайт. Принцип его действия – активный слой под действием сфокусированного луча лазера начинает светиться (эффект флуоресценции), тогда как в обычном состоянии абсолютно прозрачен. Вот почему количество слоев можно довести до шести и даже больше – главное, точно сфокусировать лазер на нужном слое. Идея красивая, на сайте производителя роадмап расписан до 2007 года с голубым лазером и емкостью 400 Гбайт. Но пока про эти диски ничего не слышно, да и поддержки у крупных кинокомпаний они теперь уже точно не найдут. Какой же сделать прогноз? На данный момент силы конкурентов на поприще оптических накопителей сравнялись, и ближайшее будущее будет занято дальнейшим развитием и улучшением двух основных форматов – HD-DVD и Blu-ray. Появятся многослойные диски, вырастут скорости передачи данных, упадут цены. А потом придёт время новых технологий. Интересных проектов со временем только прибавится. Часть из них отомрет, но выделятся два-три, которые заменят Blu-ray и HD-DVD и продолжат битву форматов. Не ради денег или господства. Но ради дальнейшего прогресса.
Привод для примера LG GSA4167B Модель GSA-4167 B Прошивка (Firmware version)
DL10 Интерфейс ATAPI (E-IDE) Режимы передачи данных (пиковая скорость передачи) PIO Mode 4 (16,6 Mбит /с) MULTI-DMA Mode 2 (16,6 Mбит /с) Ultra-DMA Mode 2 (33,3 Mбит /с) Размер буфера, Мбайт 2 Скорость записи СD-R: 4x-48x CD-RW: 4x-32x DVD-R: 2x, 4x, 8x, 16x DVD-RW: 1x, 2x, 4x, 6x DVD+R: 2, 4x, 4x, 8x, 12x, 16x DVD+RW: 2, 4x, 4x, 8x DVD-RAM: 2x, 3x, 5x(Ver.2.2) DVD+R DL: 2, 4x, 4x, 6x DVD-R DL: 2x, 4x Скорость чтения CD-ROM/R: 48x max СD-RW: 40x max CD-DA[DAE]: 40x max 8cm CD: 16x max DVD-ROM(Single/Dual): 16x/12x max DVD+/-RW: 8x max DVD+/-R: 10x max DVD-VIDEO: 8x max DVD-RAM: 2x/3x/5x max (Ver.2.2) DVD+R DL: 8x max DVD-R DL: 8x max Среднее время доступа, мс (скачок на 1/3) CD-ROM: 125 DVD-ROM: 145 DVD-RAM: 175 Наработка на отказ, (с загрузкой 10%) 100000 ч. Технологии Defect Management S.M.A.R.T. Установка Горизонтальная/вертикальная Диаметр дисков, мм 120, 80 (диск 80 мм может использоваться только при горизонтальной установке) Аудиовыход 0,7 В при 10 кОм Рабочая температура, град от 5 до 45 Допустимая влажность, % от 15 до 85 (без конденсации) Ориентировочная цена 1500 руб