光存储器

  光存储器简称光盘,广义的来说是是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统,是近年来颇受重视的一种外存设备,更是多媒体计算机不可缺少的设备。在光存储技术中,利用光盘上的凹坑或变性来保存数据,用带激光头的光驱来读写数据。光盘用带金属反射层的塑料聚合物制成,轻便又结实,而且防磁、防水和防摔。

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

几种光盘的参数比较

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