光存储器

工作原理

　　CD、DVD、HD DVD和BD等光盘（Optical disc），都采用了类似的盘片与光道结构，以及数据表示与读写方法。

　　l     盘片结构与读取

　　（只读）光盘主要由保护层、反射激光的（铝、银、金等）金属反射层、刻槽层和（聚碳酸脂）塑料基衬垫组成。

　　光盘的外径一般为120毫米（4.75英寸）（也有80 毫米即3.15英寸外径的小型盘片）、内径15毫米、厚1.2毫米，重量为14克～18克。CD-DA（激光唱盘）分3个区：导入区、导出区和声音数据记录区，如

　　光盘在驱动马达的带动下高速旋转，光头发射的激光束经透明的塑料基后被金属反射层反射，反射的光经棱镜分光后被光头所接收。存储的数据用光盘刻槽层上的凹坑（pit）和岸台（land）表示，光驱利用坑台交界处反射光强的突变来读取数据。

　　l     光道结构

　　光盘光道的结构与磁盘磁道的结构不同：磁盘存放数据的磁道是多个同心环，而光盘的光道则是一条螺旋线（CD盘的光道长度大约为5公里。

　　磁盘片转动的角速度是恒定的，通常用CAV (Constant Angular Velocity，恒定角速度)表示。但在不同的磁道上，磁头相对于磁道的速度(称为线速度)是不同的。采用同心环磁道的好处之一是控制简单，便于随机存取。但由于内外磁道的记录密度(比特/每英寸)不相同，外磁道的记录密度低，内磁道的记录密度高，外磁道的存储空间就没有得到充分利用，因而存储器没有达到应有的存储容量。

　　光盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光头相对于盘片运动的线速度是恒定的，通常用CLV(Constant Linear Velocity，恒定线速度)表示。由于采用了恒定线速度，所以内外光道的记录密度(比特数/每英寸)可以做到一样，这样盘片就得到充分利用，可以达到它应有的数据存储容量。但随机存储特性变得较差，控制也比较复杂（从CAV到CLV，业界花了30多年的时间才得以实现）。

　　l     数据的表示和读写

　　1．数据表示

　　磁盘利用磁铁的两个极性(南极和北极)来记录“1”和“0”这种二进制数据，使用磁头来读取数据。光盘则是利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录“1”、而用凹坑和岸台的平坦部分记录“0”，使用激光来读出。

　　附注：除了普通的光盘外，还有磁光盘(Magneto Optical Disc，MOD)和相变光盘(Phase Change Disc，PCD)，它们记录和读写数据的方式与普通光盘不同。MOD利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据；PCD则是利用一些特殊的材料，这些材料在激光加热前后的反射率不同，利用它们的反射率不同来记忆“1”和“0”。

　　使用磁盘驱动器时，既可以把数据写入到盘上，又可以从盘上读出数据；磁光盘和相变光盘也同样具有写入和读出两个功能，而且可以在同一台驱动器上完成。可是只读光盘，则只能读光盘上的数据，而不能自己把数据写到光盘上。当然，我们也可以利用光盘刻录机和-R/RW型光盘来一次性写入/反复擦写数据。

　　2．数据写入

　　只读型光盘（如CD-DA、CD-ROM、DVD-Video、DVD-ROM等）上的数据是用压模(stamper)冲压而成的，而压模是用原版的主盘(master disc)制成的。

　　在制作原版盘时，是用编码后的二进制数据去调制聚焦激光束，如果写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反。在制作原版盘的玻璃盘上涂有感光胶，曝了光的地方经化学处理后就形成凹坑，没有曝光的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上。在经过化学处理后的玻璃盘表面上镀一层金属，用这种盘去制作母盘(mother disc)，然后用母盘制作压模，再用压模去大批量复制。成千上万的CD盘就是用压模压出来的，所以价格才这样便宜（一般一张盘的生产成本才几角钱，当然版权费除外）。

　　3．数据读出

　　光盘上的数据要用光驱来阅读。光驱由光学读出头、光学读出头驱动机构、光盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成。

　　光学读出头是光盘系统的核心部件之一，它由光电检测器、透镜、激光束分离器、激光器等元件组成，它的结构如图18-15所示。激光器（一般采用激光二极管）发出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电二极管检测器，由其把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据。

　　光盘上压制了许多凹坑，激光束在跨越凹坑的边缘时，反射的光的强度有突变，光盘就是利用这个极其简单的原理来区分“1”和“0”的。凹坑的边缘代表“1”，凹坑和岸台的平坦部分代表“0”，一定长度的凹坑和岸台都代表着若干个“0”。

关键技术

　　1.高密、高效、高速的母盘刻录技术

　　采用短波激光和大数值孔径的物镜，可使道间距减小，比特长度减小，从而可提高光盘的刻录密度；采用脉宽调制，可显着提高记录效率。

　　2.DVD单面盘的精密注塑及双盘的封装技术。

　　将DVD母盘、模板生产线挑选出的合格模板，用精密注塑机注塑成形，制得的DVD半成品经适当冷却，送入溅射室，根据不同要求，分别溅射金或铅，然后进行粘合剂旋涂、封装、紫外光固化、在线检测、商标印刷等，制成DVD只读光盘。

种类与发展历程

　　光驱虽然在1991年的时候就已经问世，但是发展显得非常缓慢。1993年，第二代MPC规格问世，光驱的速度已变成了双倍速，传输率达到了300KB/S，平均搜寻时间为400ms。1995年夏，Multimdeia PC Working Group公布第三代规格标准，光驱速度提高到四倍速，数据传输率为600KB/S，数据的平均时间不大于250ms。兼容光盘格式：CD-Audio、CD-Mode1/2、CD-ROM/XA、photo-CD、CD-R、Video-CD、CD-I等。　再以后，光驱提速也成为各家厂商技术发展的主要目标，速度从4倍速、8倍速，一直提高到48倍速、52倍速不等。随着技术的发展和成熟，光驱的价格已经下降了一个可以接受的水平，当时间进化到97年左右的时候，光驱已经开始普及开来了。

　　DVD的原理与光驱大同小异，在可以读取DVD光盘的时候也能读取DVD光盘。一张DVD光盘的最小储存能力达到了4.7GB。而随着DVD技术的发展，单面双层、双目双层技术等不断开发出来，DVD可以存储的数据容量也急速的增大。而DVD的格式初期有：DVD-ROM（用于数据记录，包括电脑应用的多媒体数据；）、DVD-Video（用于记录家庭影音设备或者DVD-ROM驱动器的视频信息。这种格式具有版权保护功能）、DVD-Audio（用户记录高品质的多音轨音频）。

　　随着光驱、DVD、刻录机的出现，使得用户开始面临一种选择，而厂商也在考虑，到底是否可以把这些设备统一到一个设备上面呢？在这样的情况下，Combo横空出世了。Combo可谓是光存储市场上的一匹“黑马”，但是早在1999年，IT巨头三星公司已提出了Combo的概念，并推出了业界的款Combo——SM-304，规格为4X CD-R、4X CD-RW、24X CD-ROM以及4X DVD-ROM。但是由于当时制造Combo的技术空前复杂，难度极高，使得有能力生产Combo的厂商寥寥无几。同时，由于技术上的不成熟，使得Combo的性能难以与单个产品媲美。

　　新一代DVD标准分裂成三种：一种以索尼、松下、日立、先锋、夏普、三星、LG、飞利浦以及法国的ThomsonMM为代表的Blu-ray标准(蓝光DVD)；一种以东芝和NEC为代表的DVD AOD(Advanced Optical Disk)标准，简称AOD；一种是我国台湾省的工研院光电所提出的HD-DVD标准，其目的在于躲避AOD和Blu-ray的高额专利费。目前HD-DVD的优势并不明显，所以全球整个光存储行业都在盯着Blu-ray与AOD的标准之争，综合种种因素来看，新一代统一标准还是遥遥无期。

　　蓝光（Blu－ray）或称蓝光盘（Blu－ray Disc，缩写为BD）利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据，并因此而得名。而传统DVD需要光头发出红色激光（波长为650nm）来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息。因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，对于光存储产品来说，蓝光提供了一个跳跃式发展的机会。目前为止，蓝光是的大容量光碟格式，BD激光技术的巨大进步，使你能够在一张单碟上存储25GB的文档文件。这是现有（单碟）DVDs的5倍。在速度上，蓝光允许1到2倍或者说每秒4.5至9兆的记录速度。蓝光光碟拥有一个异常坚固的层面，可以保护光碟里面重要的记录层。飞利浦的蓝光光盘采用真空连结技术，形成了厚度统一的100µm的安全层。飞利浦蓝光光碟可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证蓝光产品的存储质量数据安全 。

优点

　　1 存储密度高

　　一张130mm直径的光盘可存储1000Mb，为硬磁盘的几十倍，软盘的几百倍。

　　2 非接触式读写信息

　　光学读写头与光盘相距1~2 mm，不会磨损盘片。

　　3 存储寿命长

　　10年以上

　　4 信息的信噪比高

　　光盘CNR在50 dB以上，多次读出也不降低。

　　5 信息位价格低

　　光盘可容易大量复制。其信息位价格比磁记录价格低几十倍。

几种光盘的参数比较