В вычислительной технике оптический привод (ODD) — это дисковод , который использует лазерный свет или электромагнитные волны в пределах или около видимого спектра света как часть процесса чтения или записи данных на оптические диски или с них . Некоторые приводы могут считывать только с определенных дисков, в то время как другие могут как считывать, так и записывать. Такие приводы называются пишущими или записывающими устройствами, поскольку они физически записывают данные на диски. Компакт-диски , DVD и диски Blu-ray являются распространенными типами оптических носителей, которые могут считываться и записываться такими приводами.
Хотя большинство производителей ноутбуков больше не включают оптические приводы в комплект своей продукции, внешние приводы по-прежнему можно приобрести отдельно.
Некоторые приводы могут только считывать данные, тогда как другие могут и считывать данные, и записывать данные на записываемые диски. Приводы, которые могут считывать, но не записывать данные, являются приводами "-ROM" (постоянная память), даже если они могут считывать данные из записываемых форматов, таких как "-R" и "-RW". Некоторые приводы имеют смешанные возможности чтения и записи, например TSST TS -LB23, который может только считывать диски Blu-ray, но считывать и записывать CD и DVD.
По состоянию на 2021 год [update]большинство оптических приводов на рынке представляют собой приводы DVD и Blu-ray, которые считывают и записывают данные в этих форматах, а также имеют обратную совместимость с аудиодисками CD , CD-R / -RW и CD-ROM .
Компакт-дисковые приводы больше не производятся отдельно от аудиоустройств. Также производятся DVD- и Blu-ray-приводы только для чтения, но они реже встречаются на потребительском рынке и в основном ограничиваются такими медиаустройствами, как игровые консоли и проигрыватели дисков. Раньше ноутбуки поставлялись со встроенными оптическими приводами. Некоторые ноутбуки использовали модульные системы (см. Lenovo UltraBay). В течение 2010-х годов они перестали поставляться со встроенными оптическими приводами, чтобы снизить стоимость и сделать их легче, что потребовало от потребителей приобретения внешних оптических приводов.
Оптические дисководы являются неотъемлемой частью автономных устройств, таких как проигрыватели компакт-дисков , DVD-плееры , проигрыватели Blu-ray Disc, DVD-рекордеры 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, поскольку преемник Wii U , Nintendo Switch , начал использовать игровые картриджи , [1] в то время как PlayStation Portable является единственной портативной консолью, использующей оптические диски, используя фирменный формат UMD от Sony . Они также очень часто используются в компьютерах для чтения программного обеспечения и носителей, распространяемых на дисках, и для записи дисков в целях архивирования и обмена данными. Дисководы для гибких дисков емкостью 1,44 МБ устарели: оптические носители дешевы и имеют значительно большую емкость для обработки больших файлов, используемых со времен дискет, и подавляющее большинство компьютеров и многих потребительских развлекательных устройств имеют оптические записывающие устройства. USB-флеш-накопители большой емкости, небольшие и недорогие, подходят там, где требуется возможность чтения/записи.
Запись на диск ограничивается хранением файлов, воспроизводимых на бытовых устройствах ( фильмы , музыка и т. д.), относительно небольших объемов данных (например, стандартный DVD вмещает 4,7 гигабайта , однако существуют форматы с большей емкостью, такие как многослойные диски Blu-ray ) для локального использования, а также данных для распространения, но только в небольших масштабах; массовое производство большого количества идентичных дисков методом штамповки (тиражирование) дешевле и быстрее, чем индивидуальная запись (дублирование).
Для поддержки дисков диаметром 8 см приводы с механической загрузкой в лоток (приводы настольных компьютеров) имеют углубление в лотке. Однако его можно использовать только в горизонтальном положении. Приводы со щелевой загрузкой, часто используемые в игровых консолях и автомобильных радиоприемниках, могут принимать диски диаметром 8 см 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 сотни гигабайт или даже несколько терабайт, менее практично. Большие резервные копии часто делаются на внешних жестких дисках, поскольку их цена упала до уровня, делающего это жизнеспособным; в профессиональных средах также используются магнитные ленточные накопители .
Некоторые оптические приводы также позволяют прогнозировать сканирование поверхности дисков на наличие ошибок и определять плохое качество записи. [2] [3]
Привод снижает скорость вращения дисков при обнаружении повреждений, поскольку более низкая скорость чтения улучшает читаемость поврежденных носителей. [4]
Благодаря опции в программном обеспечении для создания оптических дисков , записывающие устройства оптических дисков могут моделировать процесс записи на CD-R , CD-RW , DVD-R и DVD-RW , что позволяет проводить тестирование, например, наблюдение за скоростью и шаблонами записи (например, постоянная угловая скорость , постоянная линейная скорость и варианты P-CAV и Z-CLV ) с различными настройками скорости записи, а также тестирование максимальной емкости отдельного диска, которая может быть достигнута с помощью перезаписи , без записи каких-либо данных на диск. [5]
Немногие оптические приводы позволяют имитировать флэш-накопитель FAT32 с оптических дисков, содержащих файловые системы ISO9660 / Joliet и UDF или аудиодорожки (имитируемые как файлы ) [6] для совместимости с большинством мультимедийных устройств USB . [7] .wav
Оптические приводы для компьютеров выпускаются в двух основных форм-факторах: половинной высоты (также известный как привод для настольных компьютеров ) и тонкого типа (используется в ноутбуках и компактных настольных компьютерах ). Они существуют как во внутреннем, так и во внешнем исполнении.
Оптические приводы половинной высоты имеют высоту около 4 сантиметров, а оптические приводы тонкого типа — около 1 см.
Оптические приводы половинной высоты работают на скоростях, превышающих в два раза скорости оптических приводов тонкого типа , поскольку скорости оптических приводов тонкого типа ограничены физическими ограничениями скорости вращения двигателя привода (около 5000 об/мин [8] ), а не производительностью оптической системы считывания.
Поскольку половинные приводы требуют гораздо больше электроэнергии и напряжения 12 В постоянного тока, в то время как тонкие оптические приводы работают от 5 вольт, внешние оптические приводы половинной высоты требуют отдельного внешнего источника питания, в то время как внешние тонкие приводы обычно могут работать полностью от питания, подаваемого через USB-порт компьютера . (В некоторых тонких приводах требуются два разъема USB, каждый из которых подает питание, но только один — данные.) Из-за этого приводы половинной высоты также быстрее, чем тонкие приводы, поскольку для вращения диска на более высоких скоростях требуется больше мощности.
Оптические приводы половинной высоты удерживают диски с обеих сторон, в то время как оптические приводы тонкого типа фиксируют диск снизу.
Приводы половинной высоты крепят диск с помощью 2 шпинделей, содержащих магнит каждый, один под и один над лотком для диска. Шпиндели могут быть покрыты флокированием или текстурированным силиконовым материалом для создания трения на диске, чтобы он не скользил. Верхний шпиндель остается слегка свободным и притягивается к нижнему шпинделю из-за имеющихся у него магнитов. Когда лоток открывается, механизм, приводимый в действие движением лотка, оттягивает нижний шпиндель от верхнего шпинделя и наоборот, когда лоток закрывается. Когда лоток закрывается, нижний шпиндель касается внутренней окружности диска и слегка поднимает диск от лотка к верхнему шпинделю, который притягивается к магниту на нижнем диске, зажимая диск на месте. Только нижний шпиндель моторизован. Лотки в приводах половинной высоты часто полностью открываются и закрываются с помощью моторизованного механизма, который можно толкать для закрытия, управлять им с помощью компьютера или управлять с помощью кнопки на приводе. Лотки на дисках половинной высоты и тонких дисках также могут быть заблокированы любой программой, которая их использует, однако их все равно можно извлечь, вставив конец скрепки в отверстие аварийного извлечения на передней панели дисковода. Ранние проигрыватели компакт-дисков, такие как Sony CDP-101, использовали отдельный моторизованный механизм для зажима диска на моторизованном шпинделе.
В тонких дисках используется специальный шпиндель с подпружиненными штифтами особой формы, которые расходятся наружу, прижимаясь к внутреннему краю диска. Пользователь должен равномерно надавить на внутреннюю окружность диска, чтобы закрепить его на шпинделе, и потянуть за внешнюю окружность, одновременно помещая большой палец на шпиндель, чтобы снять диск, слегка сгибая его в процессе и возвращая к своей нормальной форме после снятия. Внешний обод шпинделя может иметь текстурированную силиконовую поверхность для создания трения, удерживающего диск от скольжения. В тонких дисках большинство, если не все компоненты, находятся на лотке для диска, который выдвигается с помощью пружинного механизма, которым можно управлять с помощью компьютера. Эти лотки не могут закрываться сами по себе; их нужно толкать, пока лоток не остановится. [9]
Самая важная часть оптического дисковода — оптический путь , который находится внутри головки захвата ( PUH ). PUH также известен как лазерный захват, оптический захват, захват, узел захвата, лазерный узел, лазерный оптический узел, головка/блок оптического захвата или оптический узел. [10] Обычно он состоит из полупроводникового лазерного диода , линзы для фокусировки лазерного луча и фотодиодов для обнаружения света, отраженного от поверхности диска. [11]
Первоначально использовались лазеры типа CD с длиной волны 780 нм (в инфракрасном диапазоне). Для DVD длина волны была уменьшена до 650 нм (красный цвет), а для Blu-ray Disc она была уменьшена еще больше до 405 нм (фиолетовый цвет).
Используются два основных сервомеханизма , первый из которых поддерживает правильное расстояние между линзой и диском, чтобы гарантировать фокусировку лазерного луча в виде небольшого пятна на диске. Второй сервопривод перемещает головку захвата по радиусу диска, удерживая луч на дорожке , непрерывном спиральном пути данных. Оптические дисковые носители «считываются», начиная с внутреннего радиуса и до внешнего края.
Рядом с линзой лазера оптические приводы обычно оснащены одним-тремя крошечными потенциометрами (обычно отдельными для CD , DVD и обычно третьим для Blu-ray Discs , если поддерживается приводом [12] ), которые можно поворачивать с помощью тонкой отвертки. Потенциометр находится в последовательной цепи с линзой лазера.
Мощность лазерного диода, используемого в DVD-рекордерах, может достигать 100 милливатт , такие высокие мощности используются во время записи. [13] Некоторые проигрыватели компакт-дисков имеют автоматическую регулировку усиления (АРУ) для изменения мощности лазера с целью обеспечения надежного воспроизведения дисков CD-RW. [14] [15]
Читаемость (способность читать физически поврежденные или загрязненные диски) может различаться в зависимости от оптического привода из-за различий в системах оптического считывания, прошивках и характере повреждений. [16]
На заводских прессованных носителях только для чтения (ROM) в процессе производства дорожки формируются путем прессования термопластичной смолы в никелевый штамп, который был изготовлен путем нанесения стеклянного «мастера» с приподнятыми «шишками» на плоскую поверхность, таким образом создавая углубления и площадки на пластиковом диске. Поскольку глубина углублений составляет приблизительно от одной четверти до одной шестой длины волны лазера, фаза отраженного луча смещена относительно входящего луча, вызывая взаимную деструктивную интерференцию и уменьшая интенсивность отраженного луча. Это обнаруживается фотодиодами, которые создают соответствующие электрические сигналы.
Устройство записи оптических дисков кодирует (также известное как прожиг, поскольку слой красителя прожигается навсегда) данные на записываемый диск CD-R , DVD-R , DVD+R или BD-R (называемый болванкой ) путем выборочного нагрева (прожигания) частей слоя органического красителя с помощью лазера. [ необходима ссылка ]
Это изменяет отражательную способность красителя, тем самым создавая метки, которые можно прочитать, как ямки и площадки на штампованных дисках. Для записываемых дисков этот процесс является постоянным, и носитель может быть записан только один раз. В то время как считывающий лазер обычно не сильнее 5 мВт , записывающий лазер значительно мощнее. [17] DVD-лазеры работают при напряжении около 2,5 вольт. [18]
Чем выше скорость записи, тем меньше времени у лазера есть для нагрева точки на носителе, поэтому его мощность должна пропорционально увеличиваться. Пиковая мощность лазеров DVD-рекордеров часто составляет около 200 мВт, как в непрерывном режиме, так и в импульсном, хотя некоторые из них достигают мощности 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 расплавления кристаллического металлического сплава в записывающем слое диска. В зависимости от величины приложенной мощности, вещество может расплавиться обратно (изменить фазу) в кристаллическую форму или остаться в аморфной форме, что позволяет создавать отметки с различной отражательной способностью.
Можно использовать двусторонние носители, но к ним нелегко получить доступ с помощью стандартного привода, поскольку для доступа к данным на другой стороне их необходимо физически переворачивать.
Двухслойные или двухслойные (DL) носители имеют два независимых слоя данных, разделенных полуотражающим слоем. Оба слоя доступны с одной и той же стороны, но требуют, чтобы оптика изменяла фокусировку лазера. Традиционные однослойные (SL) записываемые носители производятся со спиральной канавкой, отформованной в защитном слое поликарбоната (не в слое записи данных), чтобы направлять и синхронизировать скорость записывающей головки. Двухслойные записываемые носители 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 простирается наружу, в то время как вторая канавка начинается на внешнем крае и простирается внутрь. [19] [20]
Некоторые приводы поддерживают технологию LightScribe компании Hewlett-Packard 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 с одним лазерным лучом. Ограничение с одним лазерным лучом возникает из-за колебания диска, которое может возникнуть при высоких скоростях вращения; при 25 000 об/мин компакт-диски становятся нечитаемыми [14], в то время как Blu-ray не могут быть записаны со скоростью более 5 000 об/мин. [21] С одним лазерным лучом единственный способ увеличить скорость чтения и записи без уменьшения длины питов диска (что позволило бы иметь больше питов и, следовательно, битов данных за оборот, но может потребовать меньшей длины волны света) — это увеличить скорость вращения диска, который считывает больше питов за меньшее время, увеличивая скорость передачи данных; поэтому более быстрые приводы вращают диск на более высоких скоростях. Кроме того, компакт-диски на скорости 27 500 об/мин (например, для чтения внутренней части компакт-диска на скорости 52x) могут взорваться, вызвав значительный ущерб окружающей среде диска, а некачественные или поврежденные диски могут взорваться на более низких скоростях. [22] [14]
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 равномерно распределены для параллельного считывания 6 отдельных участков канавки диска, эффективно увеличивая скорость считывания при более низких оборотах в минуту, снижая шум привода и нагрузку на диск. Затем лучи отражаются от диска, коллимируются и проецируются на специальную фотодиодную матрицу для считывания. Первые приводы, использующие эту технологию, могли считывать со скоростью 40x, позже увеличивая до 52x и, наконец, до 72x. Он использует один оптический датчик. [23] [24] [25] [26] [27] [28]
В системе Sony (используемой в их фирменной 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 две линзы, всего 8 линз и лазерных лучей. Это позволяет считывать и записывать обе стороны диска одновременно, а также проверять содержимое диска во время записи. [29]
Механизм вращения в оптическом приводе существенно отличается от механизма вращения жесткого диска, поскольку последний поддерживает постоянную угловую скорость (CAV), другими словами, постоянное число оборотов в минуту (RPM). При использовании CAV на внешнем диске обычно достигается более высокая пропускная способность по сравнению с внутренним.
С другой стороны, оптические приводы были разработаны с предположением о достижении постоянной пропускной способности, в CD-приводах изначально равной 150 КБ /с. Это была важная функция для потоковой передачи аудиоданных, которые всегда, как правило, требуют постоянной скорости передачи данных . Но чтобы гарантировать, что емкость диска не будет потрачена впустую, головка должна была передавать данные с максимальной линейной скоростью все время, не замедляясь на внешнем ободе 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. Значение CLV, в отличие от CAV, заключается в том, что угловая скорость диска больше не является постоянной, и двигатель шпинделя должен был быть спроектирован так, чтобы изменять свою скорость от 200 об/мин на внешнем ободе до 500 об/мин на внутреннем, сохраняя постоянную скорость передачи данных.
Более поздние CD-приводы сохранили парадигму CLV, но эволюционировали для достижения более высоких скоростей вращения, обычно описываемых как кратные базовой скорости. В результате, например, привод 4× CLV вращался бы со скоростью 800-2000 об/мин, при этом передавая данные стабильно со скоростью 600 КиБ/с, что равно 4 × 150 КиБ/с.
Для DVD базовая или 1× скорость составляет 1,385 МБ/с, что эквивалентно 1,32 МБ/с, что примерно в девять раз быстрее базовой скорости CD. Для Blu-ray-приводов базовая скорость составляет 6,74 МБ/с, что эквивалентно 6,43 МБ/с.
Поскольку поддержание постоянной скорости передачи данных для всего диска не так важно в большинстве современных применений CD, от чистого подхода CLV пришлось отказаться, чтобы сохранить скорость вращения диска безопасно низкой, одновременно максимизируя скорость передачи данных. Некоторые приводы работают по схеме частичного CLV (PCLV), переключаясь с CLV на CAV только при достижении предела вращения. Но переключение 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 собственную постоянную линейную скорость. Например, рекордер Z-CLV с рейтингом «52×» будет записывать со скоростью 20× на самой внутренней зоне, а затем постепенно увеличивать скорость несколькими дискретными шагами до 52× на внешнем ободе. Без более высоких скоростей вращения повышенная производительность чтения может быть достигнута путем одновременного чтения более чем одной точки канавки данных, также известной как многолучевая [30], но приводы с такими механизмами более дороги, менее совместимы и очень редки.
Известно, что DVD и CD взрываются [31] при повреждении или вращении на чрезмерной скорости . Это накладывает ограничение на максимально безопасную скорость (56× CAV для CD или около 18× CAV в случае DVD), на которой могут работать приводы.
Скорость чтения большинства оптических приводов половинной высоты , выпущенных с 2007 года, ограничена ×48 для CD, ×16 для DVD и ×12 ( угловых скоростей ) для Blu-ray Discs. [a] Скорость записи на некоторых носителях с однократной записью выше. [9] [32] [33]
Некоторые оптические приводы дополнительно ограничивают скорость чтения в зависимости от содержимого оптических дисков, например, макс. 40× CAV (постоянная угловая скорость) для цифрового извлечения звука ( «DAE» ) из дорожек аудио-CD , [32] 16× CAV для содержимого видео-CD [33] и даже более низкие ограничения на более ранних моделях, например, 4× CLV ( постоянная линейная скорость ) для видео-CD . [34] [35]
Современные оптические приводы используют либо механизм загрузки с лотка , где диск загружается в моторизованный лоток (как используется в половинных , «настольных» приводах), либо лоток с ручным управлением (как используется в ноутбуках , также называемых тонким типом ), либо механизм щелевой загрузки , где диск вставляется в слот и втягивается моторизованными роликами. Оптические приводы со щелевой загрузкой существуют как в половинной высоте (настольные), так и в тонком типе (ноутбуки) форм-факторах. [9]
В обоих типах механизмов, если CD или DVD остаются в приводе после выключения компьютера, диск не может быть извлечен с помощью обычного механизма извлечения привода. Однако приводы с лотковой загрузкой учитывают эту ситуацию, предоставляя небольшое отверстие, куда можно вставить скрепку, чтобы вручную открыть лоток привода и извлечь диск. [36]
Оптические приводы со слотовой загрузкой широко используются в игровых консолях и автомобильных аудиоустройствах . Хотя они обеспечивают более удобную вставку, у них есть недостатки, заключающиеся в том, что они обычно не могут принимать диски меньшего диаметра 80 мм (если только не используется адаптер для оптических дисков 80 мм) или любые нестандартные размеры, обычно не имеют аварийного отверстия или кнопки извлечения, и поэтому их приходится разбирать, если оптический диск не может быть извлечен обычным способом. Однако некоторые оптические приводы со слотовой загрузкой были спроектированы для поддержки миниатюрных дисков. Игровые консоли Nintendo Wii , благодаря обратной совместимости с играми GameCube , [37] [38] и PlayStation 3 [39], способны загружать как стандартные DVD-диски, так и 80-миллиметровые диски в один и тот же привод со слотовой загрузкой. Однако привод его преемника, Wii U , не поддерживает миниатюрные диски. [40]
Также существовали некоторые ранние приводы CD-ROM для настольных ПК, в которых механизм загрузки лотка слегка выдвигался, и пользователю приходилось вручную выдвигать лоток, чтобы загрузить компакт-диск [ требуется ссылка ] , что похоже на метод извлечения лотка, используемый во внутренних оптических дисководах современных ноутбуков и современных внешних тонких портативных оптических дисководах. Как и в случае с механизмом верхней загрузки, они имеют подпружиненные шарикоподшипники на шпинделе.
Небольшое количество моделей приводов, в основном компактные портативные устройства, имеют механизм верхней загрузки , при котором крышка привода вручную открывается вверх, а диск помещается непосредственно на шпиндель [41] [42] (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 преимущество использования подпружиненных шарикоподшипников для удержания диска на месте, сводя к минимуму повреждение диска, если привод перемещается во время его вращения.
В отличие от стандартных механизмов загрузки с лотком и щелью, оптические приводы с верхней загрузкой можно открывать без подключения к электропитанию.
Некоторые ранние приводы CD-ROM использовали механизм, в котором компакт-диски приходилось вставлять в специальные картриджи или кэдди , несколько похожие по внешнему виду на 3,5-дюймовую микродискету . Это было предназначено для защиты диска от случайного повреждения путем помещения его в более прочный пластиковый корпус, но не получило широкого распространения из-за дополнительных затрат и проблем совместимости — такие приводы также неудобно требовали вручную вставлять «голые» диски в открывающийся кэдди перед использованием. Оптические сверхплотные ( 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 оптические дисководы используют протокол SCSI на уровне командной шины, и первоначальные системы использовали либо полнофункциональную шину SCSI , либо, поскольку они были несколько дорогими для продажи потребительским приложениям, фирменную версию шины с пониженной стоимостью. Это связано с тем, что обычные стандарты ATA в то время не поддерживали и не имели никаких положений для любого вида сменных носителей или горячего подключения дисководов. Большинство современных внутренних дисков для персональных компьютеров , серверов и рабочих станций разработаны для установки в стандартный 5+1 ⁄ 4 -дюймовый (также пишется как 5,25-дюймовый) отсек для дисков и подключаются к своему хосту через интерфейс шины ATA или SATA , но взаимодействуют с помощью команд протокола SCSI на программном уровне в соответствии со стандартом ATA Package Interface , разработанным для обеспечения совместимости интерфейсов Parallel ATA/IDE со съемными носителями. Некоторые устройства могут поддерживать команды, специфичные для поставщика, такие как плотность записи (« GigaRec »), настройка мощности лазера («VariRec»), возможность вручную жестко ограничить скорость вращения таким образом, чтобы переопределить универсальную настройку скорости (отдельно для чтения и записи), а также регулировка скоростей движения линзы и лотка, где более низкая настройка снижает шум , как реализовано на некоторых приводах Plextor , а также возможность принудительной записи на сверхскоростной скорости, то есть сверх скорости, рекомендуемой для типа носителя, в целях тестирования, как реализовано на некоторыхприводах Lite-On . [43] [44] [45] [46] Кроме того, могут быть цифровые и аналоговые выходы для звука. Выходы могут быть подключены через соединительный кабель к звуковой карте или материнской плате, или к наушникам или внешнему динамику с 3,5-миллиметровым штекером AUX, которым оснащены многие ранние оптические приводы. [47] [48] Когда-то воспроизведением компакт-дисков управляло компьютерное программное обеспечение, напоминающее проигрыватели компакт-дисков . [49] [50] Сегодня информация извлекается с диска в виде цифровых данных для воспроизведения или преобразования в другие форматы файлов.
Некоторые ранние оптические приводы имели специальные кнопки для управления воспроизведением компакт-дисков на передней панели, что позволяло им работать как автономные проигрыватели компакт-дисков . [47]
Внешние накопители были популярны в начале, потому что накопители часто требовали сложной электроники для установки, соперничая по сложности с самой системой хост-компьютера. Существуют внешние накопители, использующие интерфейсы SCSI , Parallel port , USB и FireWire , большинство современных накопителей — USB . Некоторые портативные версии для ноутбуков питаются от батарей или напрямую от своей интерфейсной шины.
Диски с интерфейсом SCSI изначально были единственным доступным системным интерфейсом, но они так и не стали популярными на чувствительном к цене низкобюджетном потребительском рынке, который составлял большую часть спроса. Они были менее распространены и, как правило, были более дорогими из-за стоимости их интерфейсных чипсетов, более сложных разъемов SCSI и небольшого объема продаж по сравнению с фирменными приложениями с пониженной стоимостью, но, что наиболее важно, поскольку большинство компьютерных систем потребительского рынка не имели никакого интерфейса SCSI, рынок для них был небольшим. Однако поддержка множества различных фирменных стандартов шин оптических приводов с пониженной стоимостью обычно была встроена в звуковые карты, которые в первые годы часто поставлялись вместе с самими оптическими приводами. Некоторые комплекты звуковых карт и оптических приводов даже имели полную шину SCSI. Современные совместимые с IDE/ATAPI чипсеты управления приводами Parallel ATA и Serial ATA и их интерфейсная технология сложнее в производстве, чем традиционный 8-битный 50-мегагерцовый интерфейс привода SCSI, поскольку они обладают свойствами как шины SCSI, так и шины ATA, но в целом их производство дешевле за счет экономии масштаба.
Когда оптический дисковод был впервые разработан, его было нелегко добавить в компьютерные системы. Некоторые компьютеры, такие как IBM PS/2, были стандартизированы на 3+1 ⁄ 2 -дюймовая дискета и 3+1 ⁄ 2 -дюймовый жесткий диск и не включал место для большого внутреннего устройства. Также IBM PC и клоны поначалу включали 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, отсоединение или извлечение привода из шины во время работы системы приводило к неустранимой ошибке и сбою всей системы. Ранние потребительские ноутбуки просто не имели встроенного высокоскоростного интерфейса для поддержки внешнего устройства хранения данных. Высокопроизводительные рабочие станции и ноутбуки имели интерфейс SCSI, который имел стандарт для внешних подключенных устройств.
Эту проблему удалось решить несколькими способами:
Из-за отсутствия асинхронности в существующих реализациях обнаружение поврежденных секторов в оптическом приводе может привести к блокировке компьютерных программ, пытающихся получить доступ к дискам, например, проводника Windows .
Модели накопителей могут поддерживать настройку поведенческих параметров для оптимизации производительности и тестирования, таких как количество повторных попыток чтения ( RRC), количество повторных попыток записи ( WRC) и возможность отключения коррекции ошибок ( DCR). Например, количество повторных попыток чтения указывает, как часто накопитель должен пытаться прочитать поврежденный сектор. Более высокое значение может увеличить вероятность успешного чтения отдельных поврежденных секторов, но за счет скорости реагирования, поскольку оно добавляет задержки, в течение которых устройство кажется неотзывчивым для компьютера.
Утилита sdparmкомандной строки позволяет вручную управлять такими параметрами. Например, sdparm --set RRC=10 /dev/sr0устанавливает количество повторных попыток чтения на 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 поставщика. [51] [52]
Оптические приводы на фотографиях показаны в правильном положении; диск будет располагаться сверху. Лазерная и оптическая система сканирует нижнюю сторону диска.
Что касается верхней фотографии, то справа от центра изображения находится двигатель диска, металлический цилиндр с серой центрирующей ступицей и черным резиновым приводным кольцом сверху. Внутри крышки свободно удерживается круглый зажим в форме диска, который может свободно вращаться; на фотографии его нет. После того, как лоток для диска перестает двигаться внутрь, когда двигатель и прикрепленные к нему части поднимаются, магнит около верхней части вращающегося узла контактирует и сильно притягивает зажим, чтобы удерживать и центрировать диск. Этот двигатель представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока типа «outrunner» , который имеет внешний ротор — каждая видимая его часть вращается.
Два параллельных направляющих стержня, которые проходят между верхним левым и нижним правым на фотографии, несут «салазки», подвижную оптическую головку чтения-записи. Как показано, эти «салазки» находятся близко или в том месте, где они считывают или записывают на краю диска. Чтобы перемещать «салазки» во время непрерывных операций чтения или записи, шаговый двигатель вращает ходовой винт, чтобы перемещать «салазки» по всему диапазону их перемещения. Сам двигатель представляет собой короткий серый цилиндр слева от самого дальнего крепления амортизатора; его вал параллелен опорным стержням. Ходовой винт представляет собой стержень с равномерно расположенными более темными деталями; это спиральные канавки, которые входят в зацепление со штифтом на «салазках».
Напротив, механизм, показанный на второй фотографии, взятый из дешевого DVD-плеера, использует менее точные и менее эффективные щеточные 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 вращающийся энкодер для отслеживания положения. Большинство приводов в компьютерах используют шаговые двигатели.
Серое металлическое шасси имеет амортизаторы на четырех углах, чтобы снизить чувствительность к внешним ударам и уменьшить шум привода от остаточного дисбаланса при быстрой работе. Мягкие амортизаторы крепления находятся прямо под винтами цвета латуни на четырех углах (левый скрыт).
На третьей фотографии видны компоненты под крышкой механизма линзы. Видны два постоянных магнита по обе стороны держателя линзы, а также катушки, которые перемещают линзу. Это позволяет перемещать линзу вверх, вниз, вперед и назад для стабилизации фокуса луча.
На четвертой фотографии можно увидеть внутреннюю часть оптического блока. Обратите внимание, что поскольку это привод CD-ROM, здесь только один лазер, который является черным компонентом, установленным в нижней левой части сборки. Чуть выше лазера находятся первая фокусирующая линза и призма, которые направляют луч на диск. Высокий тонкий объект в центре — это полупосеребренное зеркало , которое разделяет лазерный луч в нескольких направлениях. Справа внизу от зеркала находится главный фотодиод , который воспринимает луч, отраженный от диска. Над главным фотодиодом находится второй фотодиод, который используется для восприятия и регулирования мощности лазера.
Неровный оранжевый материал представляет собой гибкую протравленную медную фольгу, поддерживаемую тонким листовым пластиком; это « гибкие схемы », которые соединяют все с электроникой (которая не показана).
Первый лазерный диск, продемонстрированный в 1972 году, был Laservision 12-дюймовым видеодиском . Видеосигнал хранился в аналоговом формате, как на видеокассете. Первый цифровой оптический диск был 5-дюймовым аудиокомпактным диском (CD) в формате только для чтения, созданным Sony и Philips в 1975 году. [53]
Первые стираемые оптические дисководы были анонсированы в 1983 году компаниями Matsushita (Panasonic), [54] Sony и Kokusai Denshin Denwa (KDDI). [55] Sony в конечном итоге выпустила первый коммерческий стираемый и перезаписываемый 5+1 ⁄ 4 -дюймовый оптический дисковод в 1987 году [53] с двусторонними дисками, способными вмещать 325 МБ на сторону. [54]
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 хранения 650 МБ. Также в 1984 году Sony представила формат хранения данных LaserDisc с большей емкостью данных 3,28 ГБ . [56]
В сентябре 1992 года Sony анонсировала формат MiniDisc , который должен был объединить чистоту звука компакт-дисков и удобство размера кассеты. [57] Стандартная емкость вмещает 80 минут аудио. В январе 2004 года Sony представила обновленный формат Hi-MD , который увеличил емкость до 1 ГБ (48 часов аудио).
Формат DVD , разработанный Panasonic , Sony и Toshiba , был выпущен в 1995 году и мог вмещать 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 . [58] Продажи приводов DVD-ROM для компьютеров в США начались 24 марта 1997 года, когда Creative Labs выпустила на рынок свой комплект PC-DVD. [59]
В 1999 году компания Kenwood выпустила многолучевой оптический привод, который достигал скорости записи до 72×, что потребовало бы опасной скорости вращения при однолучевой записи. [23] [60] Однако он страдал от проблем с надежностью. [25]
Первый прототип Blu-ray был представлен Sony в октябре 2000 года, [61] а первое коммерческое записывающее устройство было выпущено на рынок 10 апреля 2003 года. [62] В январе 2005 года TDK объявила, что разработала сверхтвердое, но очень тонкое полимерное покрытие (« Durabis ») для дисков Blu-ray; это было значительным техническим достижением, поскольку для потребительского рынка требовалась лучшая защита для защиты голых дисков от царапин и повреждений по сравнению с DVD. Технически для дисков Blu-ray также требовался более тонкий слой для более узкого луча и более короткой длины волны «синего» лазера. [63] Первые плееры BD-ROM ( Samsung BD-P1000) были отправлены в середине июня 2006 года. [64] Первые диски Blu-ray Disc были выпущены Sony и MGM 20 июня 2006 года. [65] Первым массовым перезаписывающим приводом Blu-ray Disc для ПК стал BWU-100A, выпущенный Sony 18 июля 2006 года. [66]
Начиная с середины 2010-х годов производители компьютеров начали прекращать включать в свои продукты встроенные оптические приводы с появлением дешевых, прочных (царапины не могут привести к повреждению данных, недоступности файлов или пропуску аудио/видео), быстрых и емких USB-накопителей 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 сделать батареи больше. Производители компьютерных корпусов также начали прекращать включать 5+1 ⁄ 4 -дюймовые отсеки для установки оптических дисководов. Тем не менее, новые оптические дисководы все еще (по состоянию на 2020 год) доступны для покупки. Известные OEM-производители оптических дисководов 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 . [67]
Большинство оптических приводов обратно совместимы со своими предшественниками вплоть до CD, хотя это и не требуется стандартами.
По сравнению со слоем поликарбоната CD толщиной 1,2 мм лазерный луч DVD должен проникнуть только на 0,6 мм, чтобы достичь поверхности записи. Это позволяет DVD-приводу фокусировать луч на пятне меньшего размера и считывать меньшие углубления. Объектив DVD поддерживает разную фокусировку для носителей CD или DVD с тем же лазером. В более новых приводах Blu-ray Disc лазер должен проникнуть только на 0,1 мм материала. Таким образом, оптическая сборка обычно должна 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 скоростными рейтингами. В этих случаях первая скорость предназначена для операций однократной записи (R), вторая скорость — для операций перезаписи (RW), а последняя скорость — для операций только для 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) и считывать с носителей CD-ROM со скоростью 48× (7200 кбит/с).
Во времена комбинированных приводов (CD-RW/DVD-ROM) для операций чтения носителей DVD-ROM назначался дополнительный скоростной индекс (например, 16× в 52×/32×/52×/16×).
Для приводов для записи DVD, комбинированных приводов Blu-ray Disc и приводов для записи Blu-ray Disc скорость записи и чтения соответствующих оптических носителей указана в розничной коробке, руководстве пользователя или в прилагаемых брошюрах или проспектах.
В конце 1990-х годов опустошение буфера стало очень распространенной проблемой, поскольку в домашних и офисных компьютерах начали появляться высокоскоростные CD-рекордеры, которые по разным причинам часто не могли обеспечить производительность ввода-вывода для поддержания постоянного потока данных на рекордере. Рекордер, если бы он исчерпал свой ресурс, был бы вынужден остановить процесс записи, оставляя обрезанную дорожку, которая обычно делает диск бесполезным.
В ответ на это производители CD-рекордеров начали поставлять приводы с «защитой от опустошения буфера» (под различными торговыми наименованиями, такими как «BURN-Proof» от Sanyo , «JustLink» от Ricoh и «Lossless Link» от Yamaha ). Они могут приостанавливать и возобновлять процесс записи таким образом, что разрыв, возникающий из-за остановки, может быть устранен встроенной в CD -плееры и CD-ROM-приводы логикой исправления ошибок . Первые из этих приводов [ какие? ] были рассчитаны на 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 записываемый DVD-носитель еще не поддерживал такую высокую скорость записи. [69] [70] [71]
Хотя приводы записывают DVD+R, DVD+RW и все форматы Blu-ray, им не требуется никакого исправления ошибок, поскольку рекордер может поместить новые данные точно в конец приостановленной записи, фактически создавая непрерывную дорожку (именно этого достигла технология DVD+). Хотя более поздние интерфейсы могли передавать потоковые данные с требуемой скоростью, многие приводы теперь записывают с « зонированной постоянной линейной скоростью » ( «Z-CLV» ). Это означает, что привод должен временно приостановить операцию записи, пока он меняет скорость, а затем возобновить ее, как только будет достигнута новая скорость. Это обрабатывается так же, как и опустошение буфера.
Внутренний буфер приводов оптических дисков составляет: 8 МБ или 4 МБ при записи носителей 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 пакетно-ориентированной задачей, поскольку требовала специализированного авторского программного обеспечения для создания « образа » данных для записи и записи их на диск в течение одного сеанса. Это было приемлемо для архивных целей, но ограничивало общее удобство дисков CD-R и CD-RW как сменных носителей информации .
Пакетная запись — это схема, в которой рекордер записывает данные на диск пошагово короткими очередями или пакетами. Последовательная пакетная запись заполняет диск пакетами снизу вверх. Чтобы сделать его читаемым на приводах CD-ROM и DVD-ROM, диск можно закрыть в любое время, записав финальную таблицу содержания в начало диска; после этого диск не может быть далее записан пакетами. Пакетная запись вместе с поддержкой операционной системы и файловой системы , такой как UDF , может использоваться для имитации произвольного доступа к записи, как в таких носителях, как флэш-память и магнитные диски.
Запись пакетов фиксированной длины (на носителях CD-RW и DVD-RW) делит диск на заполненные пакеты фиксированного размера. Заполнение уменьшает емкость диска, но позволяет рекордеру начинать и останавливать запись на отдельном пакете, не влияя на его соседей. Они достаточно похожи на доступ с возможностью записи блоков, предлагаемый магнитными носителями, поэтому многие обычные файловые системы будут работать как есть. Однако такие диски не читаются большинством приводов CD-ROM и DVD-ROM или большинством операционных систем без дополнительных сторонних драйверов. Разделение на пакеты не так надежно, как может показаться, поскольку приводы CD-R(W) и DVD-R(W) могут находить данные только в пределах блока данных. Хотя между блоками остаются большие промежутки (упомянутое выше заполнение), привод, тем не менее, иногда может пропускать и либо уничтожать некоторые существующие данные, либо даже делать диск нечитаемым.
Формат диска DVD+RW устраняет эту ненадежность, встраивая более точные временные подсказки в канавку данных диска и позволяя заменять отдельные блоки данных (или даже байты) без ущерба для обратной совместимости (функция, получившая название «связывание без потерь»). Сам формат был разработан для работы с прерывистой записью, поскольку ожидалось, что он будет широко использоваться в цифровых видеомагнитофонах . Многие такие DVR используют схемы сжатия видео с переменной скоростью, которые требуют от них записи короткими очередями; некоторые позволяют одновременно воспроизводить и записывать, быстро чередуя запись в конец диска при чтении из другого места. Система Blu-ray Disc также охватывает эту технологию.
Mount Rainier стремится сделать пакетно-записанные диски CD-RW и DVD+RW 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 (автоматически отображая части диска, изношенные циклами стирания, для резервирования места в другом месте на диске). 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.
Из-за давления со стороны музыкальной индустрии, представленной IFPI и RIAA , Philips разработала код идентификации записывающего устройства (RID), чтобы позволить носителям быть уникально связанными с записывающим устройством, которое их записало. Этот стандарт содержится в Rainbow Books . Код RID состоит из кода поставщика (например, «PHI» для Philips), номера модели и уникального идентификатора записывающего устройства. Цитируя Philips, RID «позволяет отслеживать каждый диск обратно к точной машине, на которой он был сделан, используя закодированную информацию в самой записи. Использование кода RID является обязательным». [72]
Хотя RID был введен для целей музыкальной и видеоиндустрии, RID включен в каждый диск, записанный каждым приводом, включая диски с данными и резервными копиями. Ценность RID сомнительна, поскольку (в настоящее время) невозможно найти ни одного отдельного рекордера из-за отсутствия базы данных.
Код идентификации источника (SID) — это восьмизначный код поставщика, который производитель размещает на оптических дисках. SID идентифицирует не только производителя, но и отдельную фабрику и машину, на которой был произведен диск.
По словам Филлипса, администратора кодов SID, код SID предоставляет производителю оптических дисков средства для идентификации всех дисков, изготовленных или скопированных на его заводе, включая конкретный процессор сигнала лазерного лучевого регистратора (LBR) или форму, с помощью которой был изготовлен конкретный штамп или диск. [72]
Стандартное использование RID и SID означает, что каждый записанный диск содержит запись о машине, которая произвела диск (SID), и о том, какой привод его записал (RID). Это объединенное знание может быть очень полезным для правоохранительных органов, следственных органов, а также для частных или корпоративных следователей. [73]
Значительной 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 требующего среды «чистой комнаты», включающей несколько процессов, что требовало существенных инвестиций и, вероятно, ограничивалось «ответственными» организациями, в деятельность, которую можно было осуществлять с помощью оборудования «монолайнер», которое было разработано в конце 1980-х годов и способно упаковать «весь процесс в одну коробку», которая могла бы занимать «не больше места, чем пара офисных столов». Следовательно, индустрия производства компакт-дисков выросла, включив в себя менее авторитетные организации, и к 1994 году могла производить объемы дисков, вдвое превышающие предполагаемый спрос на «законные компакт-диски», при этом организации музыкальной индустрии утверждали, что незаконные копии продаются намного лучше законных копий на некоторых рынках. Philips и IFPI предполагали, что комбинации кодов, каждый из которых идентифицирует учреждение по изготовлению дисков и завод-изготовитель, используемый для изготовления конкретного диска, помогут в выявлении лиц, ответственных за незаконное производство компакт-дисков. Однако схема опиралась на существующие заводы-изготовители, которые модернизируют свое оборудование для поддержки введения этой меры, и сопутствующая проблема убеждения таких предприятий была воспринята как «немного сложная» в случаях, когда эти предприятия уже были вовлечены в изготовление значительного количества незаконных дисков. [74]
badblocks /dev/sr0 на поврежденном диске. Имя устройства может отличаться в зависимости от системы и количества подключенных дисков.На этой ранней стадии предвосхищение чего-либо — всего лишь предположение, но можно сделать некоторые обоснованные прогнозы. С практической точки зрения вращение оптического диска со скоростью 10 000 об/мин давно доказало реалистичный предел для приводов половинной высоты и 5000 об/мин для тонких типов.
может разогнать некоторые носители DVD±R 16X до максимальной скорости 24X.
