В вычислительной технике привод оптических дисков — это дисковод , который использует лазерный свет или электромагнитные волны в пределах или около спектра видимого света как часть процесса чтения или записи данных на оптические диски или с них . Некоторые приводы могут читать только определенные диски, но последние приводы могут как читать, так и записывать, их также называют устройствами записи или записи (поскольку они физически сжигают органический краситель на дисках CD-R, DVD-R и BD-R LTH с однократной записью). Компакт-диски , DVD-диски и диски Blu-ray — это распространенные типы оптических носителей, которые можно читать и записывать с помощью таких приводов.
Хотя большинство производителей ноутбуков больше не поставляют оптические приводы в комплект поставки своих продуктов, внешние накопители по-прежнему можно приобрести отдельно.
По состоянию на 2021 год [update]большинство приводов оптических дисков на рынке представляют собой приводы DVD-ROM и BD-ROM , которые считывают и записывают данные форматы, а также имеют обратную совместимость с дисками CD, CD-R и CD-ROM ; Приводы компакт-дисков больше не производятся отдельно от аудиоустройств. Также производятся приводы DVD и Blu-ray только для чтения, но они реже встречаются на потребительском рынке и в основном ограничиваются мультимедийными устройствами, такими как игровые консоли и проигрыватели дисков. За последние десять лет портативные компьютеры больше не оснащались дисководами для оптических дисков, чтобы снизить затраты и сделать устройства легче, что вынудило потребителей приобретать внешние оптические приводы.
Приводы оптических дисков являются неотъемлемой частью автономных устройств, таких как проигрыватели компакт-дисков , проигрыватели DVD , проигрыватели дисков Blu-ray, устройства записи DVD и игровые приставки. По состоянию на 2017 год консоли PlayStation и Xbox являются единственными домашними игровыми консолями, которые в настоящее время используют оптические диски в качестве основного формата хранения данных, поскольку преемник Wii U , Nintendo Switch , начал использовать игровые картриджи , [1] в то время как PlayStation Portable на сегодняшний день является единственной портативной консолью, в которой используются оптические диски с использованием UMD ). Они также очень часто используются в компьютерах для чтения программного обеспечения и носителей, распространяемых на дисках, а также для записи дисков в целях архивирования и обмена данными. Дисководы для гибких дисков емкостью 1,44 МБ устарели: оптические носители дешевы и имеют гораздо большую емкость для обработки больших файлов, используемых со времен дискет, а подавляющее большинство компьютеров и многих потребительских развлекательных устройств имеют оптические диски. писатели. USB-накопители большой емкости, небольшие и недорогие подходят там, где требуется возможность чтения/записи.
Запись дисков ограничивается хранением файлов, воспроизводимых на бытовых устройствах ( фильмы , музыка и т. д.), относительно небольших объемов данных (например, стандартный DVD имеет объем 4,7 гигабайта , однако существуют форматы более высокой емкости, такие как многослойные диски Blu-ray) . ) для местного использования и данные для распространения, но только в небольших масштабах; массовое производство большого количества одинаковых дисков методом прессования (тиражирование) обходится дешевле и быстрее, чем индивидуальная запись (дублирование).
Для поддержки дисков диаметром 8 см приводы с механической загрузкой в лоток (приводы для настольных компьютеров) имеют в лотке углубление. Однако его можно использовать только в горизонтальном режиме. Приводы с щелевой загрузкой, часто используемые в игровых консолях и автомобильных радиоприемниках, могут принимать 8-сантиметровые диски и автоматически центрировать диск.
Оптические диски используются для резервного копирования относительно небольших объемов данных, но резервное копирование целых жестких дисков, которые по состоянию на 2015 год [update]обычно содержат многие сотни гигабайт или даже несколько терабайт, менее практично. Вместо этого большие резервные копии часто создаются на внешних жестких дисках, поскольку их цена упала до уровня, делающего это возможным; в профессиональной среде также используются магнитные ленточные накопители .
Некоторые оптические приводы также позволяют прогнозировать сканирование поверхности дисков на наличие ошибок и выявлять плохое качество записи. [2] [3]
Благодаря опции в программном обеспечении для создания оптических дисков устройства записи оптических дисков могут моделировать процесс записи на CD-R , CD-RW , DVD-R и DVD-RW , что позволяет проводить тестирование, например, наблюдать за скоростью и шаблонами записи ( например, постоянная угловая скорость , постоянная линейная скорость и варианты P-CAV и Z-CLV ) с различными настройками скорости записи и тестированием максимальной емкости отдельного диска, которая была бы достижима при использовании перезаписи без записи каких-либо данных на диск. [4]
Немногие оптические приводы позволяют имитировать флэш-накопитель FAT32 с оптических дисков, содержащих файловые системы ISO9660 / Joliet и UDF или звуковые дорожки (имитированные как файлы ), [5] для совместимости с большинством мультимедийных USB - устройств. [6] .wav
Оптические приводы для компьютеров бывают двух основных форм-факторов: половинной высоты (также известный как дисковод для настольных компьютеров ) и тонкий тип (используется в портативных компьютерах и компактных настольных компьютерах ). Они существуют как внутренние, так и внешние варианты.
Оптические приводы половинной высоты имеют высоту около 4 см, а оптические приводы тонкого типа — около 1 см.
Оптические приводы половинной высоты работают в два раза быстрее, чем оптические приводы тонкого типа , поскольку скорость оптических приводов тонкого типа ограничена физическими ограничениями скорости вращения приводного двигателя (около 5000 об/мин [7] ), а не производительностью оптического привода. оптическая система приема.
Поскольку приводы половинной высоты требуют гораздо больше электроэнергии и напряжения 12 В постоянного тока, в то время как тонкие оптические приводы работают от напряжения 5 В, внешние оптические приводы половинной высоты требуют отдельного внешнего источника питания, в то время как внешние тонкие оптические приводы обычно могут работать полностью от подаваемой энергии. через USB-порт компьютера . (В некоторых тонких накопителях требуются два разъема USB, каждый из которых подает питание, но только один для данных.) Из-за этого накопители половинной высоты также быстрее, чем тонкие накопители, поскольку для вращения диска на более высоких скоростях требуется больше энергии.
Оптические приводы половинной высоты удерживают диски на месте с обеих сторон, а оптические приводы тонкого типа фиксируют диск снизу.
Приводы половинной высоты закрепляют диск с помощью двух шпинделей, каждый из которых содержит магнит: один под лотком для диска, другой над ним. Шпиндели могут быть покрыты флокированием или текстурированным силиконовым материалом, чтобы обеспечить трение диска и предотвратить его скольжение. Верхний шпиндель остается слегка свободным и притягивается к нижнему шпинделю из-за имеющихся у них магнитов. Когда лоток открыт, механизм, приводимый в движение движением лотка, оттягивает нижний шпиндель от верхнего и наоборот, когда лоток закрыт. Когда лоток закрыт, нижний шпиндель касается внутренней окружности диска и слегка приподнимает диск из лотка к верхнему шпинделю, который притягивается к магниту на нижнем диске, фиксируя диск на месте. Моторизован только нижний шпиндель. Лотки с приводами половинной высоты часто полностью открываются и закрываются с помощью моторизованного механизма, который можно закрыть, управляя компьютером или кнопкой на приводе. Лотки на дисках половинной высоты и тонких дисках также могут быть заблокированы любой программой, которая их использует, однако их все равно можно выдвинуть, вставив конец скрепки в отверстие для аварийного извлечения на передней панели диска. Ранние проигрыватели компакт-дисков, такие как Sony CDP-101, использовали отдельный моторизованный механизм для крепления диска к моторизованному шпинделю.
В дисках Slim используется специальный шпиндель с подпружиненными шпильками особой формы, которые выходят наружу и прижимаются к внутреннему краю диска. Пользователь должен оказать равномерное давление на внутреннюю окружность диска, чтобы прижать его к шпинделю, и потянуть за внешнюю окружность, одновременно положив большой палец на шпиндель, чтобы снять диск, слегка сгибая его при этом и возвращая его нормальную форму. после удаления. Внешний обод шпинделя может иметь текстурированную силиконовую поверхность, обеспечивающую трение, предотвращающее проскальзывание диска. В тонких дисководах большинство, если не все, компонентов находятся в лотке для диска, который выдвигается с помощью пружинного механизма, которым можно управлять с помощью компьютера. Эти лотки не могут закрыться самостоятельно; их нужно толкать до тех пор, пока лоток не остановится. [8]
Наиболее важной частью привода оптических дисков является оптический путь , который находится внутри головки звукоснимателя ( PUH ). PUH также известен как лазерный датчик, оптический датчик, датчик, узел датчика, лазерный узел, лазерный оптический узел, головка/блок оптического датчика или оптический узел. [9] Обычно он состоит из полупроводникового лазерного диода , линзы для фокусировки лазерного луча и фотодиодов для обнаружения света, отраженного от поверхности диска. [10]
Первоначально использовались лазеры типа CD с длиной волны 780 нм (в пределах инфракрасного диапазона). Для DVD длина волны была уменьшена до 650 нм (красный цвет), а для дисков Blu-ray — еще больше до 405 нм (фиолетовый цвет).
Используются два основных сервомеханизма , первый из которых поддерживает правильное расстояние между линзой и диском и обеспечивает фокусировку лазерного луча в виде небольшого лазерного пятна на диске. Второй сервопривод перемещает головку звукоснимателя по радиусу диска, удерживая луч на дорожке — непрерывном спиральном пути передачи данных. Оптические диски «читаются», начиная с внутреннего радиуса и заканчивая внешним краем.
Рядом с линзой лазера оптические приводы обычно оснащены от одного до трех крошечных потенциометров (обычно отдельные для компакт-дисков , DVD-дисков и обычно третий для дисков Blu-ray , если он поддерживается приводом [11] ), которые можно поворачивать с помощью тонкая отвертка. Потенциометр включен последовательно с линзой лазера.
Лазерный диод, используемый в записывающих устройствах DVD, может иметь мощность до 100 милливатт , именно такие высокие мощности используются во время записи. [12] Некоторые проигрыватели компакт-дисков имеют автоматическую регулировку усиления (AGC), позволяющую изменять мощность лазера для обеспечения надежного воспроизведения дисков CD-RW. [13] [14]
Читабельность (способность читать физически поврежденные или загрязненные диски) может различаться в зависимости от оптических приводов из-за различий в системах оптического считывания, прошивках и характере повреждений. [15]
На изготовленных на заводе носителях только для чтения (ПЗУ) во время производственного процесса дорожки формируются путем прессования термопластичной смолы в никелевый штамп, который был изготовлен путем нанесения стеклянного «мастера» с выступающими «выступами» на плоскую поверхность, создавая таким образом ямы и земли в пластиковом диске. Поскольку глубина ямок составляет примерно от четверти до одной шестой длины волны лазера, фаза отраженного луча смещается по отношению к входящему лучу, вызывая взаимную деструктивную интерференцию и уменьшая интенсивность отраженного луча. Это фиксируется фотодиодами, которые создают соответствующие электрические сигналы.
Устройство записи оптических дисков кодирует (также называемое прожигом, поскольку красящий слой сгорает навсегда) данные на записываемый диск CD-R , DVD-R , DVD+R или BD-R (называемый чистым диском ) путем избирательного нагревания (прожигания диска). ) части слоя органического красителя с помощью лазера. [ нужна цитата ]
Это изменяет отражательную способность красителя, тем самым создавая следы, которые можно прочитать, как ямки и приземления на прессованных дисках. Для записываемых дисков этот процесс является постоянным, и запись на носитель можно выполнить только один раз. Хотя мощность считывающего лазера обычно не превышает 5 мВт , пишущий лазер значительно мощнее. [16] DVD-лазеры работают при напряжении около 2,5 вольт. [17]
Чем выше скорость записи, тем меньше времени требуется лазеру для нагрева точки носителя, поэтому его мощность должна пропорционально увеличиваться. Лазеры устройств записи DVD часто имеют пиковую мощность около 200 мВт, как в непрерывном, так и в импульсном режиме, хотя некоторые из них доводят мощность до 400 мВт, прежде чем диод выходит из строя.
Для перезаписываемых носителей CD-RW , DVD-RW , DVD+RW , DVD-RAM или BD-RE лазер используется для плавления кристаллического металлического сплава в записывающем слое диска. В зависимости от количества приложенной энергии веществу можно позволить снова расплавиться (обратно изменить фазу) в кристаллическую форму или оставить в аморфной форме, что позволяет создавать следы с различной отражательной способностью.
Можно использовать двусторонние носители, но доступ к ним с помощью стандартного накопителя затруднен, поскольку их необходимо физически перевернуть для доступа к данным на другой стороне.
Двухслойные или двухслойные (DL) носители имеют два независимых слоя данных, разделенных полуотражающим слоем. Оба слоя доступны с одной и той же стороны, но требуют оптики для изменения фокуса лазера. Традиционные однослойные (SL) носители записи производятся со спиральной канавкой, отформованной в защитном поликарбонатном слое (не в слое записи данных), чтобы управлять и синхронизировать скорость записывающей головки. Двухслойные носители для записи имеют: первый слой поликарбоната с (неглубокой) канавкой, первый слой данных, полуотражающий слой, второй (разделительный) слой поликарбоната с другой (глубокой) канавкой и второй слой данных. Первая спиральная канавка обычно начинается на внутреннем крае и проходит наружу, а вторая канавка начинается на внешнем крае и проходит внутрь. [18] [19]
Некоторые накопители поддерживают технологию Hewlett-Packard LightScribe или альтернативную технологию фототермической печати LabelFlash для маркировки дисков со специальным покрытием.
Zen Technology и Sony разработали приводы, которые используют несколько лазерных лучей одновременно для чтения дисков и записи на них на более высоких скоростях, чем это было бы возможно при использовании одного лазерного луча. Ограничение использования одного лазерного луча связано с колебанием диска, которое может возникнуть при высоких скоростях вращения; при скорости 25 000 об/мин компакт-диски становятся нечитаемыми [13] , а диски Blu-ray не могут быть записаны при скорости выше 5 000 об/мин. [20] При использовании одного лазерного луча единственный способ увеличить скорость чтения и записи без уменьшения длины ямок диска (что позволило бы иметь больше ямок и, следовательно, количество битов данных на оборот, но может потребовать света с меньшей длиной волны) — это увеличение скорости вращения диска, который считывает больше ячеек за меньшее время, увеличивая скорость передачи данных; поэтому более быстрые приводы вращают диск с более высокой скоростью. Кроме того, компакт-диски со скоростью 27 500 об/мин (например, при чтении внутренней части компакт-диска со скоростью 52x) могут взорваться, нанеся серьезный ущерб окружающей среде диска, а диски плохого качества или поврежденные диски могут взорваться на более низких скоростях. [21] [13]
В системе Zen (разработанной совместно с Sanyo и лицензированной Kenwood) дифракционная решетка используется для разделения лазерного луча на 7 лучей, которые затем фокусируются на диске; центральный луч используется для фокусировки и отслеживания канавки диска, оставляя 6 оставшихся лучей (по 3 с каждой стороны), которые расположены равномерно для параллельного считывания 6 отдельных частей канавки диска, что эффективно увеличивает скорость чтения на более низких оборотах, снижение шума привода и нагрузки на диск. Затем лучи отражаются от диска, коллимируются и проецируются на специальную матрицу фотодиодов для считывания. Первые накопители, использующие эту технологию, могли читать со скоростью 40x, позже увеличившись до 52x и, наконец, до 72x. Он использует один оптический датчик. [22] [23] [24] [25] [26] [27]
В системе Sony (используемой в их собственной системе Optical Disc Archive, которая основана на Archival Disc , которая сама основана на Blu-ray) привод имеет 4 оптических датчика, по два с каждой стороны диска, причем каждый датчик имеет в общей сложности две линзы. из 8 линз и лазерных лучей. Это позволяет одновременно читать и записывать обе стороны диска, а также проверять содержимое диска во время записи. [28]
Механизм вращения оптического привода значительно отличается от механизма вращения жесткого диска тем, что последний сохраняет постоянную угловую скорость (CAV), другими словами, постоянное количество оборотов в минуту (об/мин). При использовании CAV обычно достигается более высокая пропускная способность на внешнем диске по сравнению с внутренним.
С другой стороны, оптические приводы разрабатывались с предположением достижения постоянной пропускной способности, в приводах компакт-дисков изначально равной 150 КиБ /с. Это была функция, важная для потоковой передачи аудиоданных, которые всегда требуют постоянной скорости передачи данных . Но чтобы гарантировать, что емкость диска не будет потрачена зря, головка должна была постоянно передавать данные с максимальной линейной скоростью, не замедляясь на внешнем крае диска. Это привело к тому, что оптические приводы (до недавнего времени) работали с постоянной линейной скоростью (CLV). Спиральная канавка диска проходила под его головкой с постоянной скоростью. Смысл CLV, в отличие от CAV, заключается в том, что угловая скорость диска больше не является постоянной, и двигатель шпинделя необходимо спроектировать так, чтобы его скорость изменялась от 200 об/мин на внешнем ободе до 500 об/мин на внутреннем, сохраняя при этом данные. константа скорости.
Более поздние приводы компакт-дисков сохранили парадигму CLV, но эволюционировали для достижения более высоких скоростей вращения, которые обычно описываются как кратные базовой скорости. В результате, например, накопитель 4× CLV будет вращаться со скоростью 800–2000 об/мин, при этом стабильно передавая данные со скоростью 600 КиБ/с, что соответствует 4 × 150 КиБ/с.
Для DVD базовая скорость или скорость 1× составляет 1,385 МБ/с, что соответствует 1,32 МБ/с, что примерно в девять раз выше базовой скорости компакт-диска. Для приводов Blu-ray базовая скорость составляет 6,74 МБ/с, что соответствует 6,43 МБ/с.
Поскольку поддержание постоянной скорости передачи данных для всего диска не так важно для большинства современных применений компакт-дисков, пришлось отказаться от чистого подхода CLV, чтобы поддерживать безопасно низкую скорость вращения диска при максимальной скорости передачи данных. Некоторые приводы работают по схеме частичного CLV (PCLV), переключаясь с CLV на CAV только при достижении предела вращения. Но переход на CAV требует значительных изменений в конструкции оборудования, поэтому вместо этого большинство приводов используют схему зональной постоянной линейной скорости (Z-CLV). Это делит диск на несколько зон, каждая из которых имеет свою постоянную линейную скорость. Например, записывающее устройство Z-CLV с рейтингом «52×» будет писать со скоростью 20× в самой внутренней зоне, а затем постепенно увеличивать скорость в несколько дискретных шагов до 52× на внешнем ободе. Без более высоких скоростей вращения повышение производительности чтения может быть достигнуто за счет одновременного чтения более чем одной точки канавки данных, также известной как многолучевая технология [29] , но приводы с такими механизмами более дороги, менее совместимы и очень редки .
Известно, что как DVD, так и компакт-диски взрываются [30] при повреждении или вращении на слишком высокой скорости . Это накладывает ограничение на максимальные безопасные скорости (56× CAV для компакт-дисков или около 18×CAV в случае DVD), на которых могут работать приводы.
Скорость чтения большинства приводов оптических дисков половинной высоты , выпущенных начиная с c. 2007 ограничены ×48 для компакт-дисков, ×16 для DVD и ×12 ( угловые скорости ) для дисков Blu-ray. [a] Скорость записи на выбранных носителях с однократной записью выше. [8] [31] [32]
Некоторые оптические приводы дополнительно регулируют скорость чтения в зависимости от содержимого оптических дисков, например макс. 40× CAV (постоянная угловая скорость) для извлечения цифрового звука ( «DAE» ) из дорожек Audio CD , [31] 16× CAV для содержимого Video CD [32] и ещё более низкие ограничения для более ранних моделей, таких как 4× CLV ( постоянная угловая скорость) линейная скорость ) для видео компакт-дисков . [33] [34]
Современные оптические приводы используют либо механизм загрузки лотка , при котором диск загружается в лоток с электроприводом (как используется в «настольных» приводах половинной высоты ) , либо лоток с ручным управлением (как используется в портативных компьютерах, также называемый тонким типом ). , или механизм щелевой загрузки , при котором диск вставляется в слот и втягивается роликами с электроприводом. Оптические приводы со щелевой загрузкой существуют как в форм-факторе половинной высоты (настольный компьютер), так и в тонком форм-факторе (ноутбук). [8]
При использовании обоих типов механизмов, если компакт-диск или DVD-диск остался в приводе после выключения компьютера, диск невозможно извлечь с помощью обычного механизма извлечения привода. Однако приводы с загрузкой в лоток учитывают эту ситуацию, предоставляя небольшое отверстие, в которое можно вставить скрепку, чтобы вручную открыть лоток привода и извлечь диск. [35]
Оптические приводы со щелевой загрузкой широко используются в игровых консолях и автомобильных аудиосистемах . Несмотря на то, что они обеспечивают более удобную вставку, они имеют недостатки, заключающиеся в том, что они обычно не подходят для дисков меньшего диаметра 80 мм (если не используется адаптер для оптических дисков 80 мм) или любых нестандартных размеров, обычно не имеют отверстия для аварийного извлечения или кнопки извлечения и, следовательно, не имеют отверстия для аварийного извлечения или кнопки извлечения. необходимо разобрать, если оптический диск не может быть извлечен обычным способом. Однако некоторые оптические приводы со щелевой загрузкой поддерживают миниатюрные диски. Nintendo Wii , благодаря обратной совместимости с играми GameCube , [36] [37] и игровыми консолями PlayStation 3 [38] могут загружать как DVD стандартного размера, так и 80-миллиметровые диски в один и тот же привод с щелевой загрузкой. Однако слот-привод его преемника, Wii U , не поддерживает миниатюрные диски. [39]
Были также некоторые ранние приводы CD-ROM для настольных ПК, в которых механизм загрузки лотка слегка выдвигался, и пользователю приходилось выдвигать лоток вручную, чтобы загрузить компакт-диск [ нужна ссылка ] , аналогично методу выдвижения лотка, используемому во внутренних оптических устройствах. дисководы современных ноутбуков и современные внешние тонкие портативные оптические приводы. Как и механизм с верхней загрузкой, они имеют на шпинделе подпружиненные шарикоподшипники.
Небольшое количество моделей приводов, в основном компактные портативные устройства, имеют механизм верхней загрузки , при котором крышка привода открывается вручную вверх и диск помещается непосредственно на шпиндель [40] [41] (например, все консоли PlayStation One, PlayStation 2 Slim, PlayStation 3 Super Slim, консоли GameCube, Nintendo Wii Mini, большинство портативных проигрывателей компакт-дисков и некоторые автономные устройства записи компакт-дисков оснащены приводами с верхней загрузкой). Иногда они имеют то преимущество, что используют подпружиненные шарикоподшипники для удержания диска на месте, сводя к минимуму повреждение диска, если привод перемещается во время его вращения.
В отличие от механизмов загрузки лотков и слотов по умолчанию, оптические приводы с верхней загрузкой можно открывать без подключения к источнику питания.
Некоторые ранние приводы CD-ROM использовали механизм, при котором компакт-диски нужно было вставлять в специальные картриджи или контейнеры , внешне несколько похожие на 3,5-дюймовую микродискету . Это было предназначено для защиты диска от случайного повреждения путем заключения его в более прочный пластиковый корпус, но не получило широкого распространения из-за дополнительной стоимости и проблем совместимости - такие приводы также неудобно требовали бы, чтобы «голые» диски вручную вставлялись в дисковод. открываемый контейнер перед использованием. Оптические приводы сверхплотности ( UDO ), магнитооптические приводы , Universal Media Disc ( UMD ), DataPlay , Professional Disc , MiniDisc , Optical Disc Archive , а также ранние диски DVD-RAM и Blu-ray используют картриджи для оптических дисков.
Все приводы оптических дисков используют протокол SCSI на уровне командной шины, а первоначальные системы использовали либо полнофункциональную шину SCSI , либо, поскольку их продажа потребительским приложениям была несколько дорогостоящей, проприетарную удешевленную версию шины. Это связано с тем, что традиционные стандарты ATA в то время не поддерживали и не предусматривали каких-либо условий для съемных носителей или горячего подключения дисков. Большинство современных внутренних накопителей для персональных компьютеров , серверов и рабочих станций рассчитаны на стандартный размер 5-дюймового накопителя.+Отсек для накопителей размером 1 ⁄ 4 дюйма (также обозначается как 5,25 дюйма)и подключаются к своему хосту через интерфейс шины ATA или SATA , но обмениваются данными с использованием команд протокола SCSI на программном уровне в соответствии со стандартом интерфейса пакета ATA , разработанным для создания параллельного ATA/ Интерфейсы IDE, совместимые со съемными носителями. Некоторые устройства могут поддерживать команды, специфичные для конкретного поставщика, такие как плотность записи (« GigaRec »), настройка мощности лазера («VariRec»), возможность вручную жестко ограничивать скорость вращения таким образом, чтобы она переопределяла универсальную настройку скорости (отдельно для чтения и записи). ), а также регулировку скорости движения объектива и лотка, где более низкая настройка снижает шум , как это реализовано на некоторых приводах Plextor , а также возможность принудительного превышения скорости записи, то есть скорости, превышающей скорость, рекомендованную для данного типа носителя, в целях тестирования, как реализовано на некоторыедиски Lite-On . [42] [43] [44] [45] Дополнительно могут быть цифровые и аналоговые выходы для аудио. Выходы можно подключить через соединительный кабель к звуковой карте или материнской плате, к наушникам или внешнему динамику с помощью кабеля с разъемом AUX 3,5 мм , которым оснащались многие ранние оптические приводы. [46] [47] Одно время воспроизведение компакт-дисков контролировалось компьютерным программным обеспечением, напоминающим проигрыватели компакт-дисков. [48] [49] Сегодня информация извлекается с диска в виде цифровых данных для воспроизведения или преобразования в другие форматы файлов.
Некоторые ранние оптические приводы имели на передней панели специальные кнопки для управления воспроизведением компакт-дисков, что позволяло им работать как автономный проигрыватель компакт-дисков . [46]
Вначале внешние накопители были популярны, поскольку для их создания часто требовалась сложная электроника, конкурирующая по сложности с самой компьютерной системой. Существуют внешние накопители, использующие интерфейсы SCSI , параллельный порт , USB и FireWire , причем большинство современных накопителей являются USB . Некоторые портативные версии для ноутбуков питаются от батареек или напрямую от интерфейсной шины.
Диски с интерфейсом SCSI изначально были единственным доступным системным интерфейсом, но они так и не стали популярными на чувствительном к цене потребительском рынке нижнего уровня, который составлял большую часть спроса. Они были менее распространены и имели тенденцию быть более дорогими из-за стоимости их интерфейсных чипсетов, более сложных разъемов SCSI и небольшого объема продаж по сравнению с проприетарными недорогими приложениями, но, что наиболее важно, потому что большинство компьютерных систем потребительского рынка не Если у них есть какой-либо интерфейс SCSI, рынок для них был мал. Однако поддержка множества различных недорогих собственных стандартов шины оптических приводов обычно была встроена в звуковые карты, которые в первые годы часто были в комплекте с самими оптическими приводами. Некоторые комплекты звуковых карт и оптических приводов даже имели полноценную шину SCSI. Современные чипсеты управления дисками Parallel ATA и Serial ATA, совместимые с IDE/ATAPI, и технология их интерфейса более сложна в производстве, чем традиционный 8-битный интерфейс диска SCSI 50 МГц, поскольку они обладают свойствами как шины SCSI, так и шины ATA, но в целом дешевле в изготовлении из-за к экономии за счет масштаба.
Когда привод оптических дисков был впервые разработан, его было нелегко добавить в компьютерные системы. Некоторые компьютеры, такие как IBM PS/2, стандартизировались на 3-м уровне.+1 ⁄ 2 -дюймовая дискета и 3+Жесткий диск размером 1 ⁄ 2 дюйма не предусматривал места для большого внутреннего устройства. Кроме того, компьютеры IBM и их клоны поначалу имели только один (параллельный) интерфейс привода ATA , который к моменту появления CD-ROM уже использовался для поддержки двух жестких дисков и был совершенно неспособен поддерживать съемные носители, привод падал. отключение или удаление из шины во время работы системы может вызвать неисправимую ошибку и привести к сбою всей системы. Ранние ноутбуки потребительского класса просто не имели встроенного высокоскоростного интерфейса для поддержки внешнего устройства хранения данных. Высокопроизводительные рабочие станции и ноутбуки оснащены интерфейсом SCSI, который является стандартом для внешних подключенных устройств.
Проблема была решена с помощью нескольких методов:
Из-за отсутствия асинхронности в существующих реализациях оптический привод, обнаруживающий поврежденные сектора , может привести к блокировке компьютерных программ, пытающихся получить доступ к дискам, таких как Windows Explorer .
Модели накопителей могут поддерживать настройку поведенческих параметров для оптимизации производительности и целей тестирования, таких как количество повторных попыток чтения ( RRC), количество повторных попыток записи ( WRC) и возможность отключения исправления ошибок ( DCR). Например, количество повторов чтения указывает, как часто диск должен пытаться прочитать поврежденный сектор. Более высокое значение может увеличить вероятность успешного чтения отдельных поврежденных секторов, но в ущерб быстродействию, поскольку добавляет задержки, во время которых устройство кажется не отвечающим компьютеру.
Утилита sdparmкомандной строки позволяет вручную управлять такими параметрами. Например, sdparm --set RRC=10 /dev/sr0устанавливает счетчик повторов чтения равным 10 для файла устройства оптического привода «sr0» и sdparm --all /dev/sr0выводит список всех кодовых страниц. Значения могут интерпретироваться по-разному в зависимости от модели привода или производителя. [50] [51]
Оптические приводы на фотографиях показаны лицевой стороной вверх; диск будет лежать поверх них. Лазерная и оптическая система сканирует нижнюю часть диска.
Что касается верхней фотографии, то справа от центра изображения находится дисковый двигатель, металлический цилиндр с серой центрирующей ступицей и черным резиновым приводным кольцом сверху. Внутри крышки свободно удерживается дискообразный круглый зажим, свободно вращающийся; этого нет на фото. После того, как лоток для диска перестает двигаться внутрь, когда двигатель и прикрепленные к нему детали поднимаются, магнит в верхней части вращающегося узла соприкасается и сильно притягивает зажим, удерживая и центрируя диск. Этот двигатель представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока типа «аутраннер» с внешним ротором, каждая видимая часть которого вращается.
Два параллельных направляющих стержня, которые проходят между верхним левым и нижним правым на фотографии, несут « салазки » — движущуюся оптическую головку чтения-записи. Как показано, эти «салазки» находятся близко к краю диска или в том месте, где он читает или записывает. Чтобы переместить «салазки» во время непрерывных операций чтения или записи, шаговый двигатель вращает ходовой винт, перемещая «салазки» по всему диапазону перемещения. Сам мотор представляет собой короткий серый цилиндр слева от самой дальней опоры амортизатора; его вал параллелен опорным стержням. Ходовой винт представляет собой стержень с равномерно расположенными более темными деталями; это винтовые канавки, в которые входит штифт на «салазках».
Напротив, механизм, показанный на второй фотографии, который взят из дешевого DVD-плеера, использует менее точные и менее эффективные коллекторные двигатели постоянного тока как для перемещения салазок, так и для вращения диска. Некоторые старые приводы используют двигатель постоянного тока для перемещения салазок, но также имеют магнитный поворотный энкодер для отслеживания положения. В большинстве приводов компьютеров используются шаговые двигатели.
Серое металлическое шасси оснащено амортизаторами по четырем углам, чтобы снизить чувствительность к внешним ударам и уменьшить шум привода, возникающий из-за остаточного дисбаланса при быстрой работе. Втулки для крепления мягкого амортизатора находятся чуть ниже латунных винтов в четырех углах (левый скрыт).
На третьем фото видны детали под крышкой механизма объектива. Видны два постоянных магнита по обе стороны держателя линзы, а также катушки, которые перемещают линзу. Это позволяет линзе перемещаться вверх, вниз, вперед и назад для стабилизации фокуса луча.
На четвертом фото видно внутреннюю часть пакета оптики. Обратите внимание: поскольку это привод CD-ROM, в нем имеется только один лазер — черный компонент, установленный в левом нижнем углу узла. Прямо над лазером расположены первая фокусирующая линза и призма, направляющие луч на диск. Высокий тонкий объект в центре представляет собой полупосеребренное зеркало , которое разделяет лазерный луч в нескольких направлениях. В правом нижнем углу зеркала находится основной фотодиод , воспринимающий луч, отраженный от диска. Над основным фотодиодом находится второй фотодиод, который используется для измерения и регулирования мощности лазера.
Неровный оранжевый материал представляет собой гибкую травленую медную фольгу, поддерживаемую тонким листом пластика; это « гибкие цепи », которые соединяют все с электроникой (которая не показана).
Первым лазерным диском, продемонстрированным в 1972 году, стал 12-дюймовый видеодиск Laservision . Видеосигнал сохранялся в аналоговом формате, например, на видеокассете. Первым оптическим диском с цифровой записью был 5-дюймовый аудиокомпакт- диск (CD) в формате только для чтения, созданный Sony и Philips в 1975 году. [52]
Первые стираемые оптические приводы были анонсированы в 1983 году компаниями Matsushita (Panasonic), [53] Sony и Kokusai Denshin Denwa (KDDI). [54] Sony в конечном итоге выпустила первую коммерческую стираемую и перезаписываемую 5+1 ⁄ 4 -дюймовый привод оптических дисков 1987 года [52] с двусторонними дисками емкостью 325 МБ на каждой стороне. [53]
Формат CD-ROM был разработан Sony и Denon , представлен в 1984 году как расширение Compact Disc Digital Audio и адаптирован для хранения любых форм цифровых данных. Формат CD-ROM имеет емкость 650 МБ. Также в 1984 году Sony представила формат хранения данных LaserDisc с большей емкостью данных — 3,28 ГБ . [55]
В сентябре 1992 года Sony анонсировала формат MiniDisc , который должен был сочетать в себе четкость звука компакт-дисков и удобство кассетного размера. [56] Стандартная емкость — 80 минут аудио. В январе 2004 года Sony представила обновленный формат Hi-MD , в котором емкость была увеличена до 1 ГБ (48 часов звука).
Формат DVD , разработанный Panasonic , Sony и Toshiba , был выпущен в 1995 году и вмещал 4,7 ГБ на слой; Первые DVD-плееры были отправлены 1 ноября 1996 года компаниями Panasonic и Toshiba в Японии, а первые компьютеры, совместимые с DVD-ROM, были отправлены 6 ноября того же года компанией Fujitsu . [57] Продажи приводов DVD-ROM для компьютеров в США начались 24 марта 1997 года, когда компания Creative Labs выпустила на рынок свой комплект PC-DVD. [58]
В 1999 году Kenwood выпустила многолучевой оптический привод, который достигал скорости записи 72×, что потребовало бы опасных скоростей вращения для достижения однолучевой записи. [22] [59] Однако у него были проблемы с надежностью. [24]
Первый прототип Blu-ray был представлен Sony в октябре 2000 года, [60] а первое коммерческое записывающее устройство было выпущено на рынок 10 апреля 2003 года. [61] В январе 2005 года TDK объявила, что разработала сверхжесткий диск. еще очень тонкое полимерное покрытие (« Durabis ») для дисков Blu-ray; это был значительный технический прогресс, поскольку на потребительском рынке требовалась лучшая защита голых дисков от царапин и повреждений по сравнению с DVD. Технически диск Blu-ray также требовал более тонкого слоя для более узкого луча и более короткой длины волны «синего» лазера. [62] Первые проигрыватели BD-ROM ( Samsung BD-P1000) были выпущены в середине июня 2006 года. [63] Первые диски Blu-ray были выпущены Sony и MGM 20 июня 2006 года. Массовым перезаписывающим приводом Blu-ray Disc для ПК стал BWU-100A, выпущенный Sony 18 июля 2006 года. [65]
Начиная с середины 2010-х годов производители компьютеров начали отказываться от использования встроенных приводов оптических дисков в свою продукцию с появлением дешевых, надежных (царапины не могут привести к повреждению данных, недоступности файлов или пропуску аудио/видео), быстрых и высокопроизводительных устройств. USB-накопители большой емкости и видео по запросу через Интернет. Исключение оптического привода позволяет сделать печатные платы в ноутбуках больше и менее плотными, требуя меньше слоев, снижая производственные затраты, а также уменьшая вес и толщину, или увеличивая размер батарей. Производители компьютерных корпусов также начали останавливаться, в том числе 5+1 / 4 -дюймовые отсеки для установки приводов оптических дисков. Однако новые приводы оптических дисков по-прежнему (по состоянию на 2020 год) доступны для покупки. Известные производители оптических дисков включают Hitachi , LG Electronics (объединена в Hitachi-LG Data Storage ), Toshiba , Samsung Electronics (объединена в Toshiba Samsung Storage Technology ), Sony , NEC (объединена в Optiarc ), Lite-On, Philips (объединена в Philips & Lite-On Digital Solutions ), Pioneer Corporation , Plextor , Panasonic , Yamaha Corporation и Kenwood . [66]
Большинство оптических приводов обратно совместимы со своими предками вплоть до CD, хотя стандарты этого не требуют.
По сравнению со слоем поликарбоната компакт-диска толщиной 1,2 мм, лазерный луч DVD должен проникнуть всего на 0,6 мм, чтобы достичь поверхности записи. Это позволяет DVD-приводу фокусировать луч на пятне меньшего размера и считывать меньшие ямы. Объектив DVD поддерживает разную фокусировку для носителей CD или DVD с одним и тем же лазером. В новых приводах Blu-ray лазеру достаточно проникнуть в материал толщиной всего 0,1 мм. Таким образом, оптический блок обычно должен иметь еще больший диапазон фокусировки. На практике оптическая система Blu-ray отделена от системы DVD/CD.
Во времена приводов для записи компакт-дисков они часто маркировались тремя различными рейтингами скорости. В этих случаях первая скорость предназначена для операций однократной записи (R), вторая скорость — для операций перезаписи (RW) и последняя скорость — для операций только чтения (ROM). Например, привод для записи компакт-дисков 40×/16×/48× способен записывать на носители CD-R со скоростью 40× (6000 кбит/с), записывать на носители CD-RW со скоростью 16× (2400 кбит/с). /с) и чтение с носителя CD-ROM на скорости 48× (7200 кбит/с).
Во времена комбинированных приводов (CD-RW/DVD-ROM) для операций чтения носителей DVD-ROM назначается дополнительный рейтинг скорости (например, 16× в 52×/32×/52×/16×).
Для приводов записи DVD, комбинированных приводов дисков Blu-ray и приводов записи дисков Blu-ray скорость записи и чтения соответствующих оптических носителей указана в розничной упаковке, в руководстве пользователя или в прилагаемых брошюрах или буклетах.
В конце 1990-х годов опустошение буфера стало очень распространенной проблемой, поскольку на домашних и офисных компьютерах начали появляться высокоскоростные устройства записи компакт-дисков, которые – по ряду причин – часто не могли обеспечить производительность ввода-вывода для поддержания потока данных в нужном объеме. магнитола стабильно питалась. Если записывающее устройство закончится, оно будет вынуждено остановить процесс записи, оставив обрезанную дорожку, что обычно делает диск бесполезным.
В ответ производители устройств для записи компакт-дисков начали поставлять приводы с «защитой от опустошения буфера» (под различными торговыми марками , такими как «BURN-Proof» от Sanyo , «JustLink» от Ricoh и «Lossless Link» от Yamaha ). Они могут приостанавливать и возобновлять процесс записи таким образом, что возникающий в результате остановки перерыв можно устранить с помощью логики исправления ошибок , встроенной в проигрыватели компакт-дисков и дисководы компакт-дисков. Первый из этих дисков [ какой? ] были оценены в 12× и 16×.
Первым оптическим приводом, поддерживающим запись DVD на скорости 16×, был Pioneer DVR-108, выпущенный во второй половине 2004 года. Однако в то время ни один записывающий носитель DVD еще не поддерживал такую высокую скорость записи. [68] [69] [70]
Хотя приводы записывают DVD+R, DVD+RW и все форматы Blu-ray, они не требуют такого восстановления с коррекцией ошибок, поскольку записывающее устройство может помещать новые данные точно в конец приостановленной записи, эффективно создавая непрерывную дорожку. (это то, чего добилась технология DVD+). Хотя более поздние интерфейсы могли передавать данные с необходимой скоростью, многие приводы теперь пишут с « зональной постоянной линейной скоростью » ( «Z-CLV» ). Это означает, что диску приходится временно приостанавливать операцию записи на время изменения скорости, а затем возобновить ее после достижения новой скорости. Это обрабатывается так же, как и опустошение буфера.
Внутренний буфер приводов записи оптических дисков составляет: 8 МБ или 4 МБ при записи на носители BD-R, BD-R DL, BD-RE или BD-RE DL; 2 МБ при записи носителей DVD-R, DVD-RW, DVD-R DL, DVD+R, DVD+RW, DVD+RW DL, DVD-RAM, CD-R или CD-RW.
Запись компакт-дисков на персональных компьютерах изначально была пакетной задачей, поскольку для нее требовалось специальное авторское программное обеспечение для создания « образа » данных для записи и записи его на диск за один сеанс. Это было приемлемо для архивных целей, но ограничивало общее удобство дисков CD-R и CD-RW в качестве съемных носителей информации .
Пакетная запись — это схема, в которой рекордер записывает на диск пошагово короткими пакетами или пакетами. При последовательной записи пакетов диск заполняется пакетами снизу вверх. Чтобы сделать его доступным для чтения в приводах CD-ROM и DVD-ROM, диск можно закрыть в любой момент, записав окончательное оглавление в начало диска; после этого диск больше не может быть записан в пакетном режиме. Пакетная запись вместе с поддержкой операционной системы и файловой системы, такой как UDF , может использоваться для имитации произвольного доступа к записи, как на таких носителях, как флэш-память и магнитные диски.
Запись пакетов фиксированной длины (на носителях CD-RW и DVD-RW) делит диск на дополненные пакеты фиксированного размера. Заполнение уменьшает емкость диска, но позволяет записывающему устройству начинать и останавливать запись отдельного пакета, не затрагивая соседние пакеты. Они настолько похожи на доступ с возможностью блочной записи, предлагаемый магнитными носителями, что многие традиционные файловые системы будут работать как есть. Однако такие диски не читаются большинством приводов CD-ROM и DVD-ROM или большинством операционных систем без дополнительных драйверов сторонних производителей. Разделение на пакеты не так надежно, как может показаться, поскольку приводы CD-R(W) и DVD-R(W) могут находить данные только внутри блока данных. Хотя между блоками остаются большие промежутки (отступы, упомянутые выше), привод, тем не менее, иногда может промахнуться и либо уничтожить некоторые существующие данные, либо даже сделать диск нечитаемым.
Формат диска DVD+RW устраняет эту ненадежность за счет внедрения более точных подсказок по времени в канавку данных диска и позволяет заменять отдельные блоки данных (или даже байты) без ущерба для обратной совместимости (функция, получившая название «связывание без потерь»). Сам формат был разработан для прерывистой записи, поскольку предполагалось, что он будет широко использоваться в цифровых видеомагнитофонах . Многие такие видеорегистраторы используют схемы сжатия видео с переменной скоростью, которые требуют от них записи короткими пакетами; некоторые позволяют одновременное воспроизведение и запись, быстро переключаясь между записью в конец диска и чтением из другого места. Система Blu-ray Disc также использует эту технологию.
Компания Mount Rainier стремится сделать диски CD-RW и DVD+RW с пакетной записью такими же удобными в использовании, как и съемные магнитные носители, за счет того, что встроенное ПО форматирует новые диски в фоновом режиме и управляет дефектами носителя (путем автоматического сопоставления частей диска, которые были повреждены). были изношены в результате циклов стирания, чтобы освободить место в другом месте диска). По состоянию на февраль 2007 года поддержка Mount Rainier изначально поддерживается в Windows Vista . Все предыдущие версии Windows требуют стороннего решения, как и Mac OS X.
Под давлением музыкальной индустрии, представленной IFPI и RIAA , Philips разработала идентификационный код записывающего устройства (RID), позволяющий однозначно ассоциировать носитель с записывающим устройством, написавшим его. Этот стандарт содержится в Rainbow Books . RID-код состоит из кода поставщика (например, «PHI» для Philips), номера модели и уникального идентификатора рекордера. По словам Philips, RID «позволяет отследить каждый диск до точного компьютера, на котором он был изготовлен, используя закодированную информацию в самой записи. Использование кода RID является обязательным». [71]
Хотя RID был введен для целей музыкальной и видеоиндустрии, он включен в каждый диск, записанный на каждом приводе, включая диски с данными и резервные копии. Ценность RID сомнительна, поскольку (в настоящее время) невозможно найти какой-либо отдельный регистратор из-за отсутствия базы данных.
Идентификационный код источника (SID) — это восьмизначный код поставщика, который производитель размещает на оптических дисках. SID идентифицирует не только производителя, но также отдельную фабрику и машину, на которой был произведен диск.
По словам Филлипса, администратора кодов SID, код SID предоставляет предприятию по производству оптических дисков средства идентификации всех дисков, изготовленных или тиражируемых на его заводе, включая специальный процессор сигналов лазерного записывающего устройства (LBR) или форму, которая произвела конкретный штамп или диск. [71]
Стандартное использование RID и SID означает, что каждый записанный диск содержит запись о машине, создавшей диск (SID), и о том, какой привод его записал (RID). Эти объединенные знания могут быть очень полезны правоохранительным органам, следственным органам, а также частным или корпоративным следователям. [72]
Существенной мотивацией для введения кода SID было выявление заводов по производству дисков, производящих несанкционированные копии коммерческих компакт-дисков. К 1990-м годам процесс производства компакт-дисков превратился из «чистой комнаты», включающей множество процессов, что требовало значительных инвестиций и, вероятно, ограничивалось «ответственными» организациями, в деятельность, которую можно было осуществлять с помощью «моно». «лайнерное» оборудование, которое было разработано в конце 1980-х годов и способно упаковать «весь процесс в одну коробку», которая могла занимать «не больше места, чем пара офисных столов». Следовательно, индустрия производства компакт-дисков стала включать менее авторитетные организации и к 1994 году могла производить объем дисков, вдвое превышающий предполагаемый спрос на «законные компакт-диски», при этом организации музыкальной индустрии утверждали, что незаконные копии продавались значительно дороже законных копий. прибыли на некоторых рынках. Philips и IFPI предполагали, что комбинации кодов, каждый из которых идентифицирует предприятие по мастерингу дисков и завод-изготовитель, на котором был изготовлен конкретный диск, помогут выявить ответственных за незаконное производство компакт-дисков. Однако схема опиралась на существующие производственные предприятия, модернизирующие свое оборудование для поддержки введения этой меры, и сопутствующая проблема убеждения таких предприятий воспринималась как «немного трудная» в тех случаях, когда эти предприятия уже были вовлечены в производство значительного количества незаконных диски. [73]
На этой ранней стадии ожидание чего-либо является всего лишь предположением, но можно сделать некоторые обоснованные прогнозы. С практической точки зрения вращение оптического диска со скоростью 10 000 об/мин уже давно доказало реалистичный предел для приводов половинной высоты и 5 000 об/мин для тонких дисков.
SmartWrite может превысить скорость некоторых носителей DVD±R со скоростью 16X максимум до 24X.
