КОМПАКТ ДИСКИ С УВЕЛИЧЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ЗАПИСИ

Введение

В конце 70-х годов прошедшего века две компании, Philips и Sony, серьезно заня¬лись вопросом цифрового звуковоспроиз¬ведения. Они приступили к разработке но¬вого типа носителей, базирующихся на оп¬тической технологии записи и считывания данных, который был призван прийти на смену виниловым грампластинкам. В ре¬зультате в 1982 г. появились привычные нам сегодня музыкальные компакт-диски CD Digital Audio (CD-DA), спустя два года вышли и компьютерные CD-ROM. Их ха¬рактеристики были определены исходя из поставленной первоначально задачи — за¬писи музыки. С этим связан выбор концен¬трической дорожки (собственно, как и на грампластинках), более пригодной для по¬следовательного, а не для произвольного доступа к данным, характерного для ком¬пьютерных систем. Емкость дисков, первоначально составлявшая 650 Мбайт, была выбрана с точки зрения возможности запи¬си 74 мин. музыки.

Похоже, неожиданно для самих создате¬лей новинка пришлась ко двору в ПК. Именно благодаря приводам CD-ROM воз¬никло понятие «мультимедиа», в компьюте¬рах платформы PC появились аудиофункции, пришли большие деньги в игровую индустрию. Технология развивалась, вслед за «штампованными» заводскими CD-ROM были созданы диски с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью.

Дальнейшая эволюция технологий записи информации на оптические носители информации привели к созданию DVD приводов и дисков с возможностью записи еще большего количества информации (до 17 Гбайт на двухслойный двусторонний диск). Предпосылкой для разработки такого типа оптических носителей, сначала называвшихся Digital Video Disc и потом пере¬именованных в Digital Versatile Disc, что подчеркивает их универсальность, послу¬жило желание вслед за музыкой «перело¬жить на цифру» и фильмы.

Следующим этапом развития технологий оптических дисков, стал этап применения новых стандартов последнего поколения DVD с еще более высокой плотностью записи : HD DVD или Blu-Ray.

В настоящее время наиболее интересной разработкой является новейший тип носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск с уже сегодня достигнутой вместимостью 140 Гбайт, что не является теоретическим пределом. К сожалению из-за высокой стоимости оборудования, реализующего технологии FMD, говорить об их практическом применении еще преждевременно.

1. Лазерные накопители CD-R и CD-RW

Диски CD-R

Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптичес¬кой записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. На CD-R, в частности, основана система Photo CD фирмы Kodak.

Назначение устройства CD-R - запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM и CD-RW. До недавнего времени они использо¬вались в основном для создания и тиражирования аудио-, видеодисков и дистрибутивов программного обеспечения. Однако, если посмотреть на эти устройства с иной точки зре¬ния, то оказывается, что накопители CD-R - идеальный выбор в качестве устройства для архивирования данных.

Если говорить о скорости чтения/записи, то накопители CD-R сильно проигрывают тра¬диционным накопителям на жестких магнитных дисках, имеют примерно одинаковые воз¬можности с JomegaZip с интерфейсом SCSIn значительно превосходят JomegaZip с интер¬фейсом LPT.
Скорость записи для недорогих моделей составляет 32Х, скорость чтения - 42-50Х. Не слишком высокие скорости записи связаны с определенными техническими трудностями. В моделях более высокого класса скорость записи доведена до 40 -50Х. Получение более высоких скоростей сопряжено со значительными трудностями, так как резко возрастают требования к стабильности механического тракта.

Скорость чтения/записи, безусловно, важный, но не единственный показатель, который определяет выбор накопителя для архивации данных. Не менее важна удельная стоимость одного мегабайта хранимых данных. И носители CD-R здесь вне конкуренции - при объеме в 650 Мбайт эти диски стоят в розницу около 0,4$ за штуку, что дает рекордно низкую удельную стоимость одного мегабайта хранимых данных. Следует также отметить, что ком¬пакт-диски более надежны при длительном хранении информации, чем магнитные носите¬ли: последние весьма чувствительны к электромагнитным полям и ударным нагрузкам.
В любом компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. При записи CD-R сфокусированным мощным ла¬зерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отра¬жается от него и через подложку попадает на светочувствительный датчик.

Хотя способы записи информации на обычные компакт-диски и на диски CD-R различны, результат мы имеем один и тот же - последовательность отражающих и не отражающих участков, которую может прочесть любой дисковод CD-ROM. При чтении диска на него направляется маломощный лазерный луч, и светочувствительный датчик воспринимает после¬довательность отраженных сигналов.

Еще один фактор, который необходимо учитывать, - режим записи. Существуют два ре¬жима: односеансный и многосеансный. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. В многосеансном режиме данные записы-ваются за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде нескольких отдельных томов. Не все накопители CD-ROM способны читать диски, запи¬санные подобным способом. Режим многосеансной записи позволяет записать часть дан¬ных, остановиться, а затем продолжить запись.

Одно из достижений технологии записи CD-дисков — способ "записи пакетами" (Packet Writing). При использовании пакетной записи у пользователя создается полная иллюзия работы с обычным жестким диском: вы можете скопировать файл на диск, отредактировать или удалить его, создать еще несколько файлов на диске и т. д.

Для записи данных в пакетном режиме необходимо установить дополнительное про¬граммное обеспечение — например, один из программных пакетов - Adaptec DirectCD или CeQuadrat PacketCD. При этом форматы пакетной записи Adaptec DirectCD и CeQuadrat PacketCD совместимы друг с другом — то есть диски, записанные с помощью одного пакета, могут быть прочитаны и дописа-ны с помощью другого.
При использовании этого режима, часть объёма лазерного диска становится недоступ¬ной (остаётся около 550 Мб).

Данные, записанные в режиме Packet Writing на одном дисководе, не всегда будут читать¬ся на другом. Так что об универсальности этого способа записи пока говорить не приходит¬ся.

Одной из наиболее острых проблем, стоявших до недавнего времени перед разработчи¬ками накопителей CD-R и CD-RW, была проблема возможной нехватки данных в буфере, приводящей к ошибке, именуемой Buffer Underrun. Причиной этой ошибки могут быть недо¬статочная мощность компьютера или одновременное выполнение нескольких задач, из-за чего он не успевает доставлять в буфер такое количество данных, которое необходимо для обеспечения гладкой непрерывной записи. Ну а результат хорошо известен тем, кто с Buffer Underrun сталкивался не понаслышке, — диск становится непригодным для записи.

Указанная ошибка по определению не может возникать, если объем записываемых дан¬ных не превышает емкости буфера. Однако вряд ли разумно увеличивать объем буфера до 650 Мбайт. Другое решение проблемы — технология BURN-Proof, которая становится все более популярной у производителей устройств CD-R и CD-RW. Суть ее заключается в том, что, постоянно контролируя содержимое буфера, CD-рекордер может останавливать про¬цесс записи, если объем данных в буфере резко падает (в типичном случае — до отметки 10% от максимальной емкости буфера). При этом устройство продолжает запрашивать данные от компьютера и буфер может заполняться. Тем временем контроллер BURN-Proof определяет, где находится последний записанный сектор. Оптическая головка перемещает¬ся в нужное место, и после заполнения буфера запись информации на диск возобновляется. Естественно, учитывается в технологии BURN-Proof и ограничение на расстояние между последним записанным и новым секторами. В соответствии со спецификациями "Оранжевой книги" оно не должно превышать 100 мкм.

Торговая марка BURN-Proof принадлежит японской компании Sanyo Electric. Она же зап¬равляет и процессом авторизации накопителей других фирм, в которых реализована эта технология. Кроме того, Sanyo предпринимает усилия, чтобы BURN-Proof была включена в качестве стандарта в «Оранжевую книгу». Сегодня, уже все пишущие дисководы выпускают¬ся по этой технологии.

Помимо уже перечисленных способов использования дисководов CD R/RW, последние позволяют также копировать CD носители, записывать аудио диски в формате CD-DA, а так¬же CD-диски в других форматах: Hybrid CD, CD Extra, CD Text, Video CD и т. д. Естественно, все устройства CD-R/CD-RW могут работать и как обычные дисководы CD-ROM — то есть читать CD диски.

Вообще, накопители CD-RW отличаются от накопителей CD-R лишь дополнительной воз¬можностью (кроме записи на диски CD-R) записывать многократно перезаписываемые дис¬ки CD-RW. Подробнее о них мы поговорим далее. Причем необходимо отметить, что сегодня накопители только CD-R уже практически не выпускаются.

1.1 Диски CD-RW

«На компьютерном рынке появились накопители, которые дают возмож¬ность работать с перезаписываемыми CD-RW (CD-ReWritable), известными также как CDE . Такие устройства позволяют заносить информацию на существующие недорогие компакт-диски с возможностью дозаписи, а при использовании перезапи¬сываемых CD-RW-дисков могут стирать старые данные и записывать вместо них новые. Емкость носителя CD-RW составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.

CD-RW-привод автоматически распознает тип загружаемого носителя. CD-R-диски со¬вместимы с более чем 600 млн. различных CD-ROM-носителей и плейеров звуковых ком¬пакт-дисков, существующих сегодня в мире; они могут работать и в некоторых DVD-ROM-приводах.

Диски CD-RW считываются только на современных универсальных CD-ROM-устройствах и DVD-ROM, рассчитанных на работу с различными носителями (удовлетворяющих специ¬фикации MultiRead).
CD-RW выпускаются и для IDE/ATAPI-интерфейса, и для SCSI. Все устройства обеспечи¬вают режимы записи Track at Once и Disc at Once, многосеансовую запись (MultiSession), фиксированный и переменный пакетные режимы записи, а также все стандартные форматы записи компакт-дисков (в том числе и музыкальных).

Запись CD-R основана на "выжигании" лазером каждого бита информации на записыва¬ющем слое. Соответственно изменяются отражающая способность диска, которую лазер¬ный луч фиксирует при считывании.

Уровень записи (отражающая способность) в CD-RW определяется специальным комби¬нированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись произво¬дится при изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагре¬вом переходит из кристаллического состояния в аморфное. Такой процесс называется фа¬зовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW определяется изменением отражающей способности по¬верхности. В связи с этим CD-RW-диски более "капризны", при чтении, так как изменение отражательных свойств у них намного меньше, чем у CD-R.

Причинами популярности данных носителей информации можно считать единый стан¬дарт, совместимость с CD-ROM, доступность дисководов и соответствующего ПО, доступ¬ность компакт-дисков, длительный срок (до 10 лет) и низкая себестоимость хранения ин-формации.

В приводах CD-RW указывается три числа, как правило, в следующем порядке: первое - скорость записи, второе - перезаписи, третье - чтения. Но встречается и другой порядок. В этом случае руководствуйтесь следующим: самое маленькое значение соответствует скоро¬сти перезаписи, среднее - скорости первоначальной записи, а самое большое - скорости чтения.

Серьезными конкурентами записываемых и перезаписываемых компакт-дис¬ков могут стать пишущие устройства DVD, однако их широкое применение сдер¬живается пока более высокими ценами.

Пока же, как вариант, пользователям предлагаются пишущие CD-R/RW приводы, с возможностью чтения ка CD так и DVD дисков. Стоят они лишь немного дороже, так что есть смысл, по крайней мере, если вы планируете просматривать на мони¬торе или телевизоре DVD-фильмы (а все современные видеокарты имеют выход и на TV), именно такой привод.»1

2. DVD-оптические диски

«В конце 1997-го - начале 1998 года, после долгого периода времени, потраченного на планирование и разработки, увидел свет новый формат, которого все так ждали. Появление формата DVD ознаменовало собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео.

DVD-оптические диски, подобные CD. Как и CD-ROM, диски DVD хранят данные, за счет расположенных насечек вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой пластиком. Используемый в устройствах чтения DVD дисков лазер, скользит вдоль треков по насечкам, а отраженный луч интерпретируется приемным устройством в виде единиц или нулей.

Основное требование, при разработке DVD, было простым: увеличить емкость хранимых данных, за счет расположения как можно большего числа насечек вдоль треков на диске, при этом технология изготовления должна быть дешевой.

Результатом исследований стала разработка более высокочастотного полупроводникового лазера с меньшей длиной волны, в следствии чего стало возможным использовать насечки более маленького размера.

Подобно CD диску, DVD-диск также имеет размер 120 мм в диаметре. Подобно CD диску, толщина DVD-диска составляет 1,2 мм (состоящий из двух подложек толщиной 0.6 мм, соединенных вместе). Новые DVD-плейеры поддерживают также стандарт существующих в настоящее время аудио компакт-дисков.»2

Главное отличие CD от DVD, конечно, в повышенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива до 0,6 (против 0,45 в CD). Достигается это всё более чем двух кратным уплотнением дорожек и укорочением длины питов (отражающих выступов/впадин). Модифицированная архитектура ПК направляет данные с накопителя DVD на декодер, минуя системную шину. Изменилась не только физическая плотность размещения информации на диске, но и способы ее представления.

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). Кроме того, без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках!) и титры (также многоязычные).

Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то суммарная емкость составляет 8,5 ГБ (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании дальнего слоя).

Также существуют двухсторонние двухслойные диски. В этом случае их емкость составит 17 ГБ.

Существует диск в формате DVD-R. Идейно они подобны CD-R - это диски с однократной возможностью записи, в которых вместо углеродной пленки используется слой органического красителя. Запись производится путем выжигания отверстий в этом слое. Правда, из-за некоторых ограничений, связанных с применением красителя, емкость односторонних дисков DVD-R меньше, чем DVD-ROM (около 4 GB по сравнению с 4,7 GB). Кроме того, подобная технология не подходит для создания двухслойных дисков. В DVD-RAM для обеспечения возможности многократной перезаписи используется материал, в котором одновременно могут сосуществовать две фазы (rewritable phase-change material).

2.1 Множество поверхностей DVD

Большинство дисков DVD имеют емкость 4.7GB. Применение схем удвоения плотности и их комбинирования, позволяет иметь диски большей емкости: от 8.5Gb и 9.4Gb до 17Gb.

Существуют следующие структурные типы DVD:
«Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный): это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4.7 Гб данных. Кстати, эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM диска.

Single Side/Dual Layer (односторонний/двухслойный): этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске.

Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный): на таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

Double Side/Double Layer (двусторонний/двухслойный): структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).»3

Заметим, что все приведенные цифры соответствуют емкости, указанной в миллионах байтов; если округлять по другой методике, принимая за основу, что 1Кб=1024 байта, а не 1000 байт, то получатся другие числа: 4.38GB, 7.95GB, 8.75GB, и 15.9GB соответственно.

Нетрудно заметить, что простейшим способом удвоения емкости является использование двухсторонних дисков. Производители могут изготавливать диски DVD толщиной 0.6мм, что в половину меньше толщины стандартного диска CD. Это дает возможность соединить
два диска обратными сторонами и получить емкость в 9.4Gb.

По другой технологии, создается второй слой для размещения данных, это позволяет увеличить емкость одной стороны диска. Первый слой делается полупрозрачным, таким образом лазерный луч может проходить через него и отражаться уже от второго слоя. По этой схеме на каждой стороне дика можно разместить по 8.5GB данных.

Если сложить двухслойные диски обратными сторонами вместе, получится очень приличная емкость в 17GB.

Разновидности:
• DVD-5, 12cм, 4.7 Gb данных или свыше 2 часов видео, один слой на одной стороне.
• DVD-9,
12cм, 8.5 Gb данных или около 4 часов видео, два слоя на одной стороне.
• DVD-10, 12cм, 9.4 Gb данных или около 4.5 часов видео, на обоих сторонах по одному слою.
• DVD-14, 12cм, 13.24 Gb данных или около 6.5 часов видео, два слоя на одной стороне, один слой на другой.
• DVD-18, 12cм, 17 Gb данных или более 8 часов видео, на обоих сторонах по два слоя. Пока что слишком дороги в производстве, поэтому их очень мало.

2.2 Наследник DVD – Blue-ray Disk

На официальном собрании в Токио представителей гигантов индустрии хранения данных на компьютере был оглашен наследник технологии DVD – Blue-ray Disk.

Blu-ray Disk при всей неожиданности своего появления не представляет из себя ничего совершенно фантастического, ведь эти самые крупнейшие производители давно сосредоточили свои усилия в этом направлении и кой какую информацию мы уже имели. Blu-ray Disk это новое поколения оптических дисков такого же диаметра как и DVD (и как CD тоже) – 12 см. Главное отличие от предшественника, который надо сказать в нашей стране только набирает популярность, заключается в использовании не традиционного красного лазера длинной волны для записи, а синего. Так как длина волны синего спектра света гораздо меньше, то плотность записи можно увеличить просто фантастически при этом, не прикладывая особенных усилий.

шменно поэтому в принятых на форуме спецификациях можно видеть заявленные 27 ГБ диски 12 см с односторонней записью! Для сравнения: у обычного DVD на одну сторону можно записать только 4.7 ГБ информации, т.е. плотность записи возросла в 5.7 раза

Появление и распространение нового формата должно дать возможность крупнейшим производителям видео продукции таким как голливудские студии записывать фильмы в цифровом виде как и на DVD, но со сверх высоким разрешением 1080x768 и даже больше! Естественно для этого потребуются и другие скорости считывания приводов, да и вообще всю аппаратуру придется все же переделывать (это касается только модуля считывания лазера, так как некоторые уже существующие устройства поддерживают телевидение сверх высокой четкости и могут работать с ним). Опять же, можно не только записать фильм в высоком разрешении, но и записать традиционным способом в формате MPEG II (DVD). Это даст продолжительность воспроизведения в 5.7 раз большую, или 13 часов видео на одном диске. В то время как односторонний DVD диск способен вместить только 133 минуты фильма, если фильм больше, то делается двухсторонний диск.

Среди упомянутых как «крупнейшие производители» находятся такие действительные гиганты как Sony, Thomson, Matsushita, Sharp, Hitachi и др. Так что в серьезности намерений никто не сомневался.

2.3 HD DVD или Blu-Ray – война форматов

«Два новых и несовместимых друг с другом формата DVD повышенной плотности обязаны своим появлением телевидению высокой четкости, для записи программ которого недостаточно емкости обычных DVD (4,7 Гбайта - однослойный и 6,5 Гбайта - двуслойный диск). Тем не менее, пока трудно понять, какой же из двух форматов, HD DVD или Blu-Ray, станет доминирующим на рынке, ведь у обоих форматов есть сторонники из числа крупнейших мировых производителей оптических носителей, бытовой и компьютерной техники.

Оба новых формата используют сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, в то время как в совре-менных DVD-приводах для записи и чтения применяется красный лазер с длиной волны 650/635 нм. Более короткая волна обеспечивает меньший диаметр светового пятна от лазерного луча и, следовательно, более высокую плот-ность записи. Принципиальное отличие HD DVD от Blu-Ray заключается в том, что в HD DVD сохранена физи-ческая структура диска DVD, в то время как в Blu-Ray применяются диски с новой структурой и используется иная технология записи.

Диски формата HD DVD, продвигаемого на рынке, прежде всего, компаниями Toshiba и NEC, имеют стандартную для DVD толщину 1,2 мм и защитный слой толщиной 0,6 мм. Для считывания данных с таких дисков применяется линза с числовой апертурой 0,6, как и линза для чтения обычных DVD.

Hосители Blu-Ray, главными адептами которых являются Sony и Matsushita Electric Industrial, имеют иную структуру: толщина защитного слоя составляет всего 0,1 мм, а для чтения данных применяется линза с увеличенной до 0,85 числовой апертурой. Из-за увеличения апертуры система становится более чувствительной к отклонениям во взаимном расположении лазерного луча и диска, что повышает вероятность "перескакивания" луча на соседние дорожки.

Именно поэтому было решено уменьшить толщину защитного слоя, что привело как к отрицательным, так и к положительным результатам. Прежде всего, механика дисковода для считывания BD-DVD должна быть более прецизионной и, следовательно, более дорогой в производстве. Тонкий защитный слой делает диски более уязвимыми к механическим повреждениям, поэтому первые Blu-Ray выпускаются в защитных картриджах, хотя в будущем планируется отказаться от картриджей. К плюсам можно отнести повышенную емкость дисков и уменьшение перекрестных помех в поликарбонатном защитном слое, что позволяет снизить требования к точности механизма, порожденные увеличенной апертурой объектива.

В настоящее время предусмотрены несколько вариантов дисков для каждого конкурирующего формата. В спецификациях Blu-Ray предусмотрены три типа однослойных дисков, объемом 23,3; 25,3 и 27 Гбайт, и три типа двуслойных дисков, объемом 46,6; 50 и 54 Гбайта.
В настоящее время завершается работа над окончатель-ными спецификациями четырех разновидностей дисков Blu-Ray: перезаписываемых BD-RE (уже выпускаются серийно), BD-R с возможностью однократной записи, BD-ROM с заводской записью и компьютерных "штампованных" дисков BD-Data. При записи используется принцип постоянной линейной скорости (CLV), а максимальная скорость потока информации составляет 36 Мбайт/с.
Диски HD DVD имеют две разновидности - объемом 15 и 20 Гбайт, хотя разработчики намерены в обозримом будущем представить двуслойные диски с удвоенной емкостью. Предусмотрены три типа носителей HD DVD: HD DVD-ROM с заводской записью, перезаписываемые диски HD DVD-RW и диски HD DVD-R с возможностью однократной записи.
Как несложно заметить, главное преимущество формата Blu-Ray заключается в большей емкости, достигающей 54 Гбайт. Достоинство же HD DVD, как утверждают главные сторонники этого формата, компании Toshiba и NEC, в том, что их можно выпускать на существующем оборудовании для производства DVD. Благодаря этому снижается себестоимость дисков, ведь для их выпуска не нужно приобретать новое оборудование, поэтому HD DVD могут стоить почти столько же, сколько и обычные DVD.
Для чтения HD DVD и Blu-Ray требуются различные оптические системы, поэтому универсальный проигрыватель был бы слишком сложным и дорогим устройством. По всей видимости, мы скоро станем свидетелями того, возьмет ли здравый смысл верх над амбициями крупных корпораций.»4

3. Перспективные разработки AHD, HVD, AO-DVD, DMD

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.
Совсем 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 недавно запатентовала технологию Articulated Optical Digital Versatile Disc (AO-DVD), позволяющую увеличить емкость стандартного DVD диска в 40 — 100 раз, а скорость считывания данных — в 5–30 раз. При этом стоимость новых оптических дисков останется столь же невысокой, что и у привычных DVD. В патенте США № 6879556 описывается методика хранения данных на оптическом диске с беспрецедентно высокой плотностью и способ ее технической реализации. Iomega предполагает запатентовать целый ряд технологий в этой области.
Как сообщает New Scientist, в основе технологии — идея использования для хранения информации наноструктур — участков, имеющих размеры, меньшие, чем длина волны лазерного излучения. При этом на поверхности диска при записи данных формируются участки, угол наклона которых слегка отличается. Для его определения анализируется характер распределения отраженного света. Благодаря наличию ориентированных под различными углами «наплывов», размеры которых меньше длины волны используемого лазера, емкость носителя удалось повысить на два порядка.
Если современный DVD может вместить до 8,5 ГБ данных, то на диск AO-DVD теоретически можно записать до 800 ГБ. Более того — специалисты Iomega заверяют, что новая технология позволит в 30 раз повысить скорость считывания. В настоящее время,
по словам ведущего технолога Iomega Фреда Томаса (Fred Thomas), ведутся работы по созданию «массива механизмов, с помощью которых станет возможным прецизионно контролировать состояние фокусированного светового луча при его отражении». При этом, добавляет он, перспективы внедрения этой технологии в жизнь зависят от появления лазеров, работающих в более коротковолновой области спектра.
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.

3.1 Флуоресцентный многослойный диск FMD-ROM

«Относительно недавно, компанией C3D было объявлено о создании новейшего типа носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск. Эта перспек-тивная разработка, как ожидают ее создатели, должна после своего выхода заменить все существующие на сегодняшний момент устройства хранения информации, причем не только устаревающие диски CD-ROM, но и относительно новые DVD-ROM.
Магнитные диски просуществовали более тридцати лет, CD-ROM чуть меньше двадцати, на смену CD совсем недавно пришел стандарт DVD и вот не прошло и три года, как появился преемник DVD.
Да, DVD, который на сегодняшний день является самым емким сменным носителем цифровой информации, в скором будущем уступит по всем показателям новому стандарту носителей FMD ROM.

По каким же параметрам FMD ROM будет превосходить DVD?
Первый параметр - соотношение размер/емкость. Тут "fluorescent multilayer disk" вне конкуренции. Разработчики заявляют, что уже сейчас первые прототипы способны вмещать при размере диска 12 см в диаметре, то есть на стандартном 5 дюймовом носителе до 140Гб. Это при десяти слоях. А в ближайших планах компании C3D есть желание, как минимум удесятерить число слоев. При этом становится вполне реальной возможность создания сменных носителей информации емкостью в десятки терабайт. Та емкость, которую на сегодняшний день можно получить лишь при использовании громадных дисковых массивов, занимающих подчас целые шкафы и даже комнаты, будет обеспечиваться компактным диском, который с легкостью умещается в кармане!
Насчет скорости доступа еще очень мало данных. Разработчики обещают, что этот параметр будет намного выше, нежели у DVD. Хотелось бы верить, ведь иначе, с существующими скоростями, при работе с терабайтными массивами информации даже простые операции, например, перечитка диска, может затянуться на несколько часов. Новые гигантские объемы требуют и соответствующих скоростей доступа.
Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то и тут FMD ROM не имеет себе равных. Ведь он представляет собой практически кусок пластмассы, вернее полимерную матрицу с фотохромным веществом, но по стоимости, это просто пластиковый диск. И ни каких затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных слоев, как в DVD. Собственно и никаких слоев в привычном смысле этого слова нет. Диск совершенно прозрачный, хотя и имеет формат обычного CD или DVD диска. В отличие от обычного CD-ROM, в котором отражающий алюминиевый слой нанесен на выдавленную подложку из полимера, из-за чего он собственно и непрозрачен, диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на некоторые условные области названные разработчиками "слоями" (layer). Эти "слои" не являются слоями в привычном смысле, это скорее параметр форматирования диска, ближайший аналог - это сектора и дорожки для магнитных носителей. Толщина этих слоев строго фиксирована, и это не случайно. Чтобы понять, почему разработчики выбрали именно эту толщину каждого из слоев, надо рассмотреть принципы записи/считывания информации на FMD ROM.
В оптических носителях (CD, DVD, магнитооптика) во время чтения луч полупроводникового лазера отражается от слоя с записанной информацией.
Отраженный луч затем фиксируется детектором - приемником. Грубо говоря, считывание идет по принципу: попал или не попал луч в приемник. Максимальная удельная емкость диска определяется размером светового пятна от лазера, которое в свою очередь зависит от длины волны (у красных лазеров - 650нм). Можно использовать два слоя, причем сделать один из слоев прозрачным для излучения с определенной длиной волны, как это реализовано в DVD. Но два слоя - это предел, больше сделать очень сложно, так как нужны очень точные фокусирующие системы, которые будут работать только в лабораторных условиях. Разумеется, массовое производство таких систем является невероятно дорогим и нерентабельным. Да и вообще, технология отражающих слоев подошла к своему пределу развития.

Но вот создатели технологии многослойных дисков, компания C3D, нашли способ обошли проблему множественной интерференции между слоями и потери самого луча в многослойных дисках. И технологически это выглядит очень красиво и остроумно.
Разработчиками FMD было предложено следующее решение: материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как подложка в DVD или CD, а излучает! ИСпользовано явление флуоресценции, то есть, при освещении активирующим излучением (в данном случае полупроводниковым лазером с определенной длиной волны) вещество начинает излучать, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину. Причем величина сдвига зависит от толщины слоя. Таким образом, выбрав такую толщину слоя, что бы спектр отраженного света получается смещенным относительно длины волны излучающего лазера на строго определенную величину, например на 30 или 50 нм, можно с высокой достоверностью записывать информацию вглубь диска и впоследствии считывать ее без потери данных.
Для FMD ROM разработчиками так же предложено название "трехмерный диск", и в данном случае это вполне оправдано.
Таким образом, плотность записи будет зависеть и от чувствительности регистрирующего детектора. Чем меньше то дополнительное излучение флюоресцирующего вещества, добавляющееся к частоте рабочего лазера, который удастся зафиксировать, тем большее число слоев можно вместить в один диск.

Излученный свет от флуоресцентного слоя некогерентен и хорошо контрастирует с отраженным светом лазера, что является дополнительной гарантией надежности считывания, ведь без отражений все равно не обойтись, они будут происходить от поверхности диска и других записанных слоев. Качественное ухудшение сигнала в обычных (отражающих) многослойных дисках нарастает с увеличением числа слоев, но вот в случае с флуоресцентными дисками это ухудшение происходит гораздо медленнее. По заявлению разработчиков FMD ROM, даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения полезного сигнала. Используя синий лазер (480нм) можно увеличить плотность записи до десятков Терабайт на один FM диск. Вполне возможно создание диска с 1000 слоями - это уже субмолекулярные размеры. Теоретически возможно создание пятна размером в несколько молекул, проблема лишь в том, как зафиксировать столь малое флуоресцентное излучение.

Одна из главных особенностей этой разработки – возможность параллельного чтения слоев (т.е. последовательность бит будет записана не по "дорожкам", а по слоям) - скорость выборки данных в этом случае должна быть очень высокой. Вот уж действительно "3-х мерный диск".
Принцип записи на FMD ROM основан на явлении фотохромизма. Фотохромизм - это свойство некоторых веществ под действием активирующего излучения обратимо переходить из одного состояния в другое, при этом изменяя свои физические свойства (например, такие как цвет, появление/исчезновение флюоресценции и т.д.). Материал, из которого состоит FMD ROM содержит специальную фотохромную субстанцию, которая циклизуется под воздействием лазерного луча определенной длины волны, превращаясь в необходимый устойчивый флуоресцент. Обратная реакция рециклизации, приводящая к исчезновению флуоресцентных свойств (операция стирания), происходит под действием лазера с другой длиной волны. Стирающая частота лазера выбирается с таким расчетом, чтобы она не встречалась в повседневной жизни, во избежание потери данных. Ну, и естественно читающий лазер, ни в коем случае не должен вносить изменения в данные, хранящиеся на диске.

Наиболее ценными фотохромными свойствами обладают соединения под названием фульгиды, поэтому можно предположить, что используемый в FMD ROM фотохром принадлежит именно к этому классу. Вообще идея использования фотохромов в качестве носителей информации не нова. Ей примерно тридцать лет. И лишь теперь эта идея была реализована на практике.»5

4. Технология записи-считывания компакт-дисков

В соответствии с старым стандартом DVD-диск - односторонний, однослойный и содержит 4,7 Гбайт информации. Применяя сжатие MPEG-2 на диске можно разместить 135 минут видео (полнометражный полноэкранный фильм с полным количеством кадров, с тремя каналами качественного звука и четырьмя каналами субтитров). Значение емкости диска не случайно: стандарт создавался под эгидой киноиндустрии, давно искавшей недорогую и надежную замену видеокассетам.

«Модели накопителей DVD поддерживали двухслойные DVD-диски емкостью 8,5 Гбайт, двухсторонние диски емкостью 9,4 Гбайт на одной
стороне, а также двухслойные диски емкостью до 17 Гбайт.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75 дюйма) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой (обычно каким-нибудь сплавом алюминия). Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. Этикетка обычно помещается на верхней стороне диска, а считывание выполняется с нижней стороны. Таким образом, компакт-диск является односторонним носителем информации.»6

«Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений.
Способ считывания информации:

Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.
Особенности оптического способа считывания информации:
1) Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.
2) Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.

Увеличение емкости DVD-диска достигнуто изменением ряда параметров:

- обеспечением более эффективной модуляции;
- повышена эффективность кода коррекции ошибок;
- снижены издержки избыточности кодов коррекции ошибок,
- уменьшены секторы (до 2 048/2 060 байт).
- уменьшена ширина трека (до 0,74 мкм)
- уменьшен размер хранящей ячейки ( до 0,4 мкм),
- увеличена область данных до 87,6 см2.

Накопители DVD позволяют считывать информацию и с обычных CD.»7
Технология оптических дисков на базе красного лазера постепенно приблизилась к своим физическим пределам. После казавшегося бесконечным потока форматов записи и скоростных рывков дальнейшее совершенствование записывающих накопителей DVD наконец стало почти невозможным. Новые поколения записывающих накопителей DVD появлялись несколько раз в год, в продаже появлялись новые, более совершенные накопители. В настоящее время DVD-технология достигла полной зрелости, естественное решение в такой ситуации - внедрить совершенно новую технологию, чтобы на порядок улучшить характеристики существующих продуктов. Проблема заключается в том, что даже на столь поздней стадии проектирования нет единого мнения о том, какой формат должен прийти на смену DVD.

Ведущие предприятия отрасли затратили огромные ресурсы на проектирование и рекламу соперничающих семейств оптических дисков на основе синего лазера - HD DVD и Blu-ray. Информационная емкость и пропускная способность этих дисков значительно выше, чем у DVD. Однако пока нельзя с уверенностью сказать, что какой-то из новых форматов будет господствовать на рынке или даже вытеснит современную технологию, хотя создание унифицированного формата планировалось еще в 2007 году.

Первые владельцы накопителей с синим лазером, скорее всего, будут использовать их в качестве периферийных устройств хранения данных. В скором времени за внимание потребителей будут соперничать многие другие форматы оптических дисков и служб доставки потокового контента, а диски DVD могут оставаться основным средством хранения и распространения видеоматериалов возможно до конца десятилетия.

Заключение

Современные технологии записи информации продолжают стремительно развиваться. Особенно в последние годы. Прогресс движется в сторону увеличения ёмкости, увеличения скорости и надёжности систем сохранения информации. Те решения, которые ещё вчера были приемлемы только для серверов, сегодня становятся нормальными для обычных домашних рабочих станций или даже с трудом удовлетворяющими их потребностям. Это вполне нормально, т.к. производительность процессоров стремительно растёт а программы наделяются всё большими и большими способностями. Всё это сопровождается постоянным снижением цен, что делает новейшую технику сравнительно доступной.
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.

Список литературы

1. Сайт http://nrd.pnpi.spb.ru/UseSoft/Journals/InternetRev/ irev5/pub6.htm
2. Сайт http://17dvd.info/01.html
3. Сайт http://www.ixbt.com/storage/dvdinfo.html
4. Сайт http://www.powerline.ru/cash/ib1/ib1079_00013.html
5. Сайт http://www.3dnews.ru/storage/fmd-rom/
6. Cайт http://www.pnto.ru/st/hdd4.htm
7. Сайт http://www.disc.ru/stat_prew.htm?id=1