DVD (Digital Versatile Disc)

Лабораторная работа 7

Исследование оптических накопителей

Цельработы

Цель работы состоит:

- в изучении свойств оптических накопителей (ОН);

- в изучении свойств оптических носителей;

- в ознакомлении с программами диагностики и тестирования ОН;

- в тестировании качественных показателей ОН и носителей.

Основные сведения

Оптический накопитель, или привод оптических дисков – это устройство, которое позволяет хранить информацию на плоских многослойных дисках диаметром 8 или 12 мм (носителей), используя оптический принцип считывания и записи.

Какими бывают оптические приводы

По назначению и своим возможностям оптические приводы делятся на несколько групп:

- CD-ROM предназначены для чтения компакт-дисков и только. Эти приводы не могут читать DVD, а также производить запись на оптические носители.

- Приводы DVD-ROM способны производить чтение CD и DVD. Эти приво­ды также не могут осуществлять запись на оптические носители.

- Приводы CD-RW предназначены для чтения и записи компакт-дисков. Чтение и запись DVD этими приводами не производится.

- DVD-CDRW или Combo-приводы могут осуществлять чтение компакт-дисков и DVD, а также производить запись на компакт-диски.

- DVD-RW осуществляют чтение и запись как компакт-дисков, так и DVD.

На внешней части привода можно встретить скоростнуюформу­лу.Данная формула сообщает о максимальных скоростях, при которых может про­изводиться чтение и запись носителей. Например, формула 52x24x16 означает, что привод способен читать компакт-диски со скоростью 52х, записывать CD-R со скоростью до 24х и записывать CD-RW-носители со скоростью до 16х. В качестве базовой скорости (1Х) для дисков CD принята скорость чтения данных при воспроизведении аудио – 150 Кб/с. Скорость чтения, указанная на приводе, не гарантирует, что диск будет читаться именно с этой ско­ростью. Реальная скорость чтения будет зависеть от качества диска. В процессе чтения и записи привод может изменять скорость самостоятельно. Скорость же за­писи обычно устанавливается в программах, осуществляющих запись диска. Ско­рость записи при этом может быть ограничена типом дисков, на которые осуще­ствляется запись.

Современные модели пишущих приводов способны считывать данные с дисков CD со скоростью до 7,2 Мб/с (48х); поддержка скорости 7,8 Мб/с (52х) и выше имеется только у простых по конструкции CD-ROM и CD-рекордеров.

Приводы в основном подключаются к материнской плате посредством интерфей­са IDE, однако в настоящее время появляется все больше приводов с SATA-интерфейсом. Об этих интерфейсах рассказывалось в гл. 8, посвященной жестким дис­кам. Существуют и внешние приводы, которые подключаются к компьютеру посредством интерфейса USB или IEEE-1394 (FireWire). Внешние приводы в ос­новном используются владельцами мобильных компьютеров.

Какими бывают оптические накопители

В настоящее время доступны оптические диски трех поколений – CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), BD (Blu-Ray Disc). Для каждого поколения характерны своя плотность записи (и объем диска соответственно), скорость обмена данными и принципы кодирования и организации информации на диске.

Распространены следующие типы дисков - CD-ROM, CD-DA, DVD-ROM, DVD-Video, CD-R, CD-RW, DVD+R, DVD-R, DVD+RW, DVD-RW, DVD+R DL и др.

CD (Compact Disc)

CD-DA. Первые оптические диски появились в 1979 году. Они были разработаны с целью замены виниловым пластинкам для распространения различной аудио информации. Они вмещали 74 минуты звучания, чего было достаточно для записи альбома. Максимальной вместимостью таких дисков было 650 Мбайт. Они содержат только музыкальные записи, предназначенные для воспроизведения специальным проигрывателем. Формат записи музыкальных компакт-дисков проще, чем у дисков CD-ROM, хотя способ чтения и записи цифровых данных одинаков. Компакт-диск содержит не набор концен­трических круговых дорожек (как магнитный диск), а единственную спираль­ную дорожку, которая «ведет» читающую головку. Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (углублений). Глубина каждого пита составляет примерно 100 нм, ширина 500 нм, а длина варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом.

Стандарт записи музыкальных компакт-дисков выбирался таким образом, чтобы согласовать скорость чтения и необходимое качество звука. Одному сек­торусоответствует продолжительность записи в 1/75 секунды. Каждый сектор содержит 2352 байта данных. Стандарт объема компакт-диска определен со времен появления музыкальных компакт-дисков, для которых он первоначально составлял 74 минуты звукоза­писи, что было достаточно для записи альбома В этом случае диск гарантированно содержит 74*60*75=333000 секторов. Для компакт-дисков с данными (объем сектора в 2048 байт) это эквивалентно 650 Мбайт. Сегодня существуют также диски, рассчитанные на 80 минут звуко­записи, что соответствует примерно 700 Мбайт данных.

Формально вычисленный обьем музыкальных данных на аудио компакт-диске почти на 100 Мбайт больше. Компакт-диске с данными этот дополнительный объем отводится под служебную Информацию, обеспечивающую точное пози­ционирование головки и надежное чтение данных.

Каждый восьмибитовый байт кодируется четырнадцатьюбитами. Шесть служебных битов обеспечивают избыточную кодировку с возможностью исправления ошибок.Для используемой технологии чтения данных такая мера предосторожности необходима. Если при чтении данных некоторые биты при­нять неверно, то правильное значение можно восстановить, при условии, что ошибок было не очень много.

Несмотря на автоматическую коррекцию ошибок, отдельные погрешности чтения все же возможны. Но если несколько байтов и неверны, в этом нет ничего страшного. Случайное изменение малого числа отдельных байтов в музыкаль­ной записи не воспринимается на слух, так что качество звучания не меняется.

CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) - это компактный оптический диск, разработанный компаниями Philips и Sony, не предназначенный для пользовательской записи и изготовляемый на заводах методом штамповки ёмкостью от 650 Мб до 879 Мб.

Способ чтения данных с этого диска отличается от способа с CD-DA. Во-первых, требу­ется не последовательный, а прямой доступ к диску (к любому из записанных файлов). Во-вторых, ошибки при чтении файлов недопустимы. Поэтому на диске CD-ROM объем данных в секторе составляет только 2048 байт (рис.1). Осталь­ная часть сектора отведена на служебные области, самая большая из которых содержит 276 байтов и позволяет выполнять дополнительную коррекцию оши­бок чтения на уровне сектора в целом. Такая избыточность обеспечивает надеж­ность чтения компакт-дисков CD-ROM даже в присутствии мелких поверхно­стных, царапин.

Область синхронизации Область данных для коррекции ошибок

Рис.1Особенности формата диска CD-ROM обеспечивают повышенную надежность чтения данных

Компьютерные дисководы CD-ROM способны читать и музыкальные диски, и диски с данными. Основная операция — это, конечно же, чтение данных с использованием стандартных средств операционной системы.

CD-R (Compact Disc-Recordable) – компакт-диск, предназначенный для однократной записи информации.
CD-RW (Compact Disc-Rewritable) — компакт-диск, разработанный в 1997 году для многократной записи информации. CD-RW являются усовершенствованными CD-R. При обычной записи на эти диски, с них нужно периодически стирать всю информацию. Различают 2 вида стирания – «полное» и «быстрое». При «полном» стирании диск полностью переводится в кристаллическое состояние и информация с него уничтожается физически. А при «быстром» стирании очищается только зона, где хранится информация о содержании диска. Существуют различные технологии, позволяющие восстановить утраченную информацию при быстром стирании. Поэтому при необходимости уничтожения конфиденциальных данных, используйте «полное» стирание.

DVD (Digital Versatile Disc)

Первые DVD появились в 1996 году в Японии и в 1997 в США. Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск), так как данный формат разрабатывался с целью замены VHS-видеокассет. Позже, когда DVD-болванки стали использовать для хранения любой информации, DVD стали расшифровывать, как Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск).
По структуре DVD делятся на типы:
DVD-Video – мультимедиа (видео и звук);
DVD-Audio – мультимедиа (звук высокого качества);

SACD - мультимедиа (звук высокого качества );
DVD-Data – данные;

Также допустимы вариации со смешанным содержанием.
DVD-диски бывают четырёх типов:
DVD-ROM – диски, изготовленные с помощью методов инжекторного литья, не используются для пользовательской записи.
DVD+R/RW и DVD-R/RW – диски для однократной (R) и для многократной (RW) пользовательской записи.
DVD-RAM – диски для многоразовой пользовательской записи с произвольным доступом (RAM — Random Access Memory).
DVD-диск может иметь одну или две рабочих стороны и 1 или 2 слоя на каждой стороне. От этого прямо пропорционально зависит общая ёмкость диска.

Стандарт DVD-R(W) был разработан в 1997 году как официальная спецификация записываемых/перезаписываемых дисков. Но так как лицензия на эту технологию стоила баснословную сумму, некоторые компании объединились в «DVD+RW Alliance», который разработал в 2002 году стандарт DVD+R(W). Все современные плееры воспроизводят оба этих формата и не делают разницы между ними. Однако, многие старые плееры могут не поддерживать формат DVD+R(W).

Формат DVD изначально предусматривал возможность хранения информации на двух слоях диска: нижний слой является отражающим, верхний – полупрозрачным, расстояние между ними составляет примерно 55 нм. За счет точной фокусировки лазера при считывании возможна работа с одним из двух слоев; при этом плотность данных у двухслойного диска немного уменьшена (10%), чтобы повысить стабильность чтения. Сегодня существуют записываемые (пока – однократно) диски с двумя слоями – DVD+R Double Layer (DVD+R9) и DVD-R Dual Layer (DVD-R9), которые существенно дороже (примерно в 5 раз) однослойных. Применение таких дисков оправданно для записи видеофильмов в высоком качестве.

Классификация DVD-дисков по объёму:
DVD-5 - 1-сторонние 1-слойные (ёмкость - 4,7 Гбайт);
DVD-9 - 1-сторонние 2-слойные (ёмкость - 8,5 Гбайт);
DVD-10 - 2-сторонние 1-слойные (ёмкость - 9,4 Гбайт);
DVD-18 - 2-сторонние 2-слойные (ёмкость - 17,1 Гбайт).
Указанные цифры не очень точны, так как зависят от конкретного производителя DVD-носителей.

Базовая скорость (1Х) для дисков DVD отличается от таковой у CD. За точку отсчета взята скорость воспроизведения потока видео в формате MPEG2 с аудиодорожкой в формате Dolby AC3 – 1,375 Мб/с. На сегодня максимальная скорость чтения, при которой возможна стабильная работа с диском DVD, составляет 22 Мб/с (16х). Для повышения скорости записи производители оптических приводов начали применять новые методики, ожидается появление устройств с поддержкой записи на скорости 24х и выше.

BD (Blu-ray)

Blu-ray Disc, BD – формат оптического носителя, используемый для записи и хранения данных с повышенной плотностью. «Голубой луч» получил своё название от использования для записи и чтения синего лазера короткой волны (405 нм).
BD с одним слоем может хранить 23,3/25/27 или 33 Гбайт, двухслойный - 46,6/50 или 54 Гбайт. Уже разрабатываются форматы вместимостью 100 Гбайт и 200 Гбайт с использованием 4-х и 6-ти слоёв.
Физические размеры Blu-ray-дисков также различаются на диски с диаметром 120 мм и 80 мм.
Типы дисков Blu-ray:
BD-R (Blu-ray Disk Recordable) – диск для одноразовой пользовательской записи. Однослойный диск объёмом 25 Гбайт, двухслойный – 50 Гбайт.
BD-RE (Blu-ray Disc Rewritable) – диск для многоразовой пользовательской записи. Однослойный диск объёмом 25 Гбайт, двухслойный – 50 Гбайт.