Объем cd диска равен. CD - информационная емкость

1. Общее наименование оптических (лазерных) носителей информации.
2. Наименование оптических дисков, предназначенных для записи в цифровой форме и воспроизведения через специальное проигрывающее устройство (CD player) музыкальных произведений (CD-DA).

Все форматы компакт-дисков восходят к аудио-дискам CD-DA (Compact Disc – Digital Audio), появившимся в середине 1970-х в качестве замены виниловых пластинок. Начало промышленного производства компакт дисков относят к 1983. В настоящее время оптические диски являются одним из наиболее надежных и экономичных средств для долговременного (десятки лет) хранения данных в цифровом виде.

Устройство компакт-диска

Диаметр компакт-диска обычно составляет 4, 5 дюйма (120 мм), но существуют диски меньшего диаметра - 3, 25 дюйма. Толщина диска 1, 2 мм, диаметр центрального отверстия - 15 мм.

Оптический компакт-диск состоит из прочной, прозрачной основы (поликарбонатной или полихлорвиниловой), отражающего и защитных слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется слой напыленного алюминия (реже золота). Цифровая информация представляется на отражающей поверхности чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет участков.

Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от центра к краю. На 1 см помещается 6000 витков дорожки. В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три основных области: входную директорию (Lead in), где содержится оглавление (Table Of Contents, TOC), адреса записей, число заголовков, объем (время) записи, название диска; область данных; выходную директорию (Lead out), которая содержит метку конца диска. Все форматы компакт-дисков используют физические секторы размером 3234 байта, из которых 882 байта предназначены для вспомогательных данных, служащих для контроля и коррекции ошибок. Секторы группируются в логические дорожки , сведения о которых помещаются в TOC.

Запись цифровых данных на компакт диск производится либо штамповкой с матрицы (фабричные CD-ROM), либо в специальных дисководах CD-RW лучом лазера. Считывание данных производится также лучом лазера с последующим их преобразованием из цифровой в аналоговую форму и воспроизведением. Емкость дисков стандартов CD-ROM/R/RW обычных размеров составляет 650-700 Мб (74-80 мин для аудиозаписей CD-DA). Время доступа к данным для различных моделей колеблется от 80 до 400 мс.

Файловые системы компакт-дисков

Основным стандартом, определяющим логический и файловый формат записи компакт-дисков, является международная спецификация ISO 9660 (ранее называлась High Sierra). В целях совместимости с различными считывающими устройствами и операционными системами этот стандарт содержит значительные ограничения (например, на длину имен файлов до 8 символов). Позднее стандарт был расширен за счет включения трех уровней обмена (Level 1, 2, 3), что позволило в ISO 9660 Level 2 и Level 3 снять многие ограничения по именованию файлов и структуре каталогов. В операционных системах, начиная с Microsoft Windows 95 и NT, поддерживается также формат Joliet, допускает использование длинных имен файлов. Существует также файловая система UDF (Universal Disk Format; ISO 13346), позволяющая работать с записываемыми компакт-дисками как с обычными дисковыми накопителями.

Стандарты CD

Стандарты CD, отражающие историю развития этой технологии, описаны в спецификациях, которые по традиции называются «цветными книгами».

Red Book («Красная книга») - изначальный стандарт, разработан Philips и Sony для музыкальных компакт дисков CD-DA (Compact Disc-Digital Audio). Стандарт позволяет записывать до 99 музыкальных дорожек общей длительностью 74 минуты. Существует расширение этого стандарта CD-Text, позволяющее дописывать дополнительную текстовую информацию о произведениях и исполнителях. «Красная книга» определяла физическую структуру сектора компакт-диска. Каждый сектор CD-DA содержит 2352 байта звуковых данных, а также корректирующие (коды обнаружения и исправления ошибок - Error Detection Codes (EDC) & Error Correction Codes (ECC)) и управляющие данные, содержащие сведения о номере дорожки, ее длительности, и позволяют переходить на начало любой дорожки. Кроме того, «Красная книга» определяет устройство компакт-диска и лазерной головки, стандарты модуляции и исправления ошибок, формат записи данных и др.

Yellow Book («Желтая книга») содержит расширения «Красной книги», описывающие стандарт CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory), разработанный Philips и Sony для записи на компакт-диски различных данных в цифровом виде (для использования в ПК). Стандартный формат CD-ROM получил название Mode 1. Внутри каждого сектора диска помимо пользовательских данных хранится информация для обнаружения и исправления ошибок - EDC/ECC, данные для синхронизации. Расширением стандарта CD-ROM стал набор стандартов CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture), разработанный фирмами Philips, Sony и Microsoft для хранения и воспроизведения данных мультимедиа на CD-ROM. В соответствии с расширенной архитектурой блоки записи аудиоданных располагаются между блоками текстовых, графических или видеозаписей. Этим предоставляется возможность при воспроизведении записей видеть их и слышать одновременно. Форматы CD-ROM XA используются для компакт-дисков Kodak PhotoCD и VideoCD (формата CD-I Bridge), Karaoke CD и Sony PlayStation CD.

Green Book («Зеленая книга») - формат CD-I (CD-Interactive), разработанный Philips для интерактивных мультимедийных приложений. Производство дисков CD-I открыто в Великобритании в мае 1992 фирмами Philips, Sony, Matsushita. Стандарт допускает запись смешенных данных (звука, видео, рисунков, др. типов данных) и предусматривает возможность интерактивного взаимодействия с пользователем. Применяется для записи VideoCD в формате MPEG. Гибридный формат CD Bridge определяет метод записи данных CD-I на диски CD-ROM XA, что позволяет его читать в любом накопителе, совместимом с CD-ROM XA.

Orange Book («Оранжевая книга») определяет стандарты записываемых компакт-дисков. Часть I книги определяет магнитооптический компакт-диск (Compact Disc – Magneto-Optical, CD-MO). Часть II - компакт диск для однократной записи (Compact Disc – Write Once, CD-WO; Compact Disc Write Once, Read Many times, CD-WORM), который чаще называют CD-R (Recordable). В процессе записи на такие диски лазерный луч необратимо модифицирует поверхность диска, позволяя в последующем лишь считывать имеющиеся на нем данные. В диске этого формата между отражающим и защитным слоем расположен слой из органического красителя, который и прожигает лазер в процессе записи. Часть III определяет стираемый (перезаписываемый) диск (Compact Disc – Erasable, CD-E), который называют CD-RW (ReWritable). В первом полугодии 1997 фирмы Ricoh, Philips Electronics, Sony Electronics и Hewlett-Packard объявили о планах выпуска CD-RW и первых дисководов для них. Первые версии накопителей CD-RW фирмы Ricoh имеют интерфейс SCSI-2 и обеспечивают условные скорости: при записи - 2х, при считывании - 6х. Один из способов реализации перезаписываемых дисков основан на использовании изменения структуры пластиковых материалов покрытия дисков в миниатюрной области нагрева, а вместе с этим и характеристик отражения луча в соответствующей точке. Запись и считывание данных производится лучом лазера разной интенсивности. Восстановление исходной структуры поверхности диска для стирания сделанной записи производится также путем нагрева, но уже до другой температуры, которая соответствует точке плавления материала покрытия диска. Другой способ основан на использовании свойств соединения кобальта с гадолинием изменять поляризацию отраженного сигнала при условиях аналогичных выше описанным. При считывании отраженного лазерного излучения через поляризационные фильтры эти изменения преобразуются в электрические сигналы. Современные CD-RW выдерживают десятки тысяч циклов стирания и записи, тем не менее, надежность хранения данных на CD-RW (в особенности, при неоднократной перезаписи диска) несколько меньше, чем на дисках стандарта CD-R. Кроме того, максимальная скорость записи дисков CD-R, как правило, выше скорости записи CD-RW. «Оранжевая книга» различает односеансовую запись (Disc-at-Once, DAO) и последовательную многосеансовую запись (Track-at-Once, TAO) диска. В первом случае данные записываются на диск целиком за один раз, во втором случае данные могут дописываться в несколько сеансов, в каждом из которых создается обновленная таблица содержания диска (Table of Content, TOC). Некоторые устаревшие дисководы CD-ROM и проигрыватели не умеют читать многосеансовые диски. Для записи данных на компакт-диски требуется располагать соответствующим приводом, чистыми «болванками» соответствующего формата и программным обеспечением для записи.

White Book («Белая книга») определяет формат видеодисков Video CD, который также называют Digital Video (DV). Формат разработан Matsushita, JVC, Sony и Philips. Видеодиски являются разновидностью дисков CD-ROM XA. На них можно записать около 70 минут видео в стандарте MPEG-1 со звуковой дорожкой CD-качества. В настоящее время вместо стандарта Video CD все чаще используется DVD.

Blue Book («Голубая книга») определяет формат усовершенствованного музыкального компакт-диска (Enhanced Music CD, CD-Extra, CD-Plus), который может содержать звуковые дорожки и компьютерные файлы, записанные последовательно в 2 сеанса. Такие диски можно прослушать на любом проигрывателе аудиодисков.

В настоящее время большое распространение получают компакт-диски типа DVD , которые превосходят обычные CD по емкости, скорости чтения/записи и другим показателям. Для чтения DVD требуются особые приводы (Дисководы DVD в ПК), которые, как правило, способны считывать и данные с CD-ROM и CD-R/RW. Существуют форматы записываемых (DVD-R, DVD+R) и перезаписываемых (DVD-RW, DVD+RW) DVD. Первоначально предназначавшиеся для распространения видеофильмов, DVD сегодня широко используются для хранения и обмена различными данными. Емкость DVD составляет от 4, 7 (односторонний однослойный диск) до 17 (двухсторонний двухслойный диск) Гбайт.

Все большее распространение приобретает цифровая дисковая запись, при которой в качестве носителя информации используются различные типы компакт-дисков.

Компакт-диск CD

Название носителя дало коммерческое название системы цифровой звукозаписи на диск лазерным лучом - КД.

Разработчикам системы компакт-диск (КД) голландской фирме PHILIPS и японской SONY удалось достичь согласия о параметрах системы и ее международном стандарте, что ускорило широкое внедрение этой системы.

Компакт-диск представлен на рис... Он состоит из трех слоев - пластмассовой (поликарбонат) прозрачной подложки (1), несущей информацию; алюминиевой отражающей пленки (2), нанесенной на подложку; лакового акриле-вого непрозрачного защитного слоя (3); цифрой 4 обозначены питы.

Компакт-диск имеет диаметр 12 см, толщину 1,2 мм, массу 10 г. Внутренний диаметр зоны записи - 50 мм, наружный - 116 мм. Вне ее находится зона, содержащая вспомогательную информацию, которая позволяет автоматизировать процесс воспроизведения. Сигнал записывается на дорожке, расположенной на КД в виде спирали (от центра к краю). Шаг витков спирали 1,6 мкм, т.е. поперечная плотность записи - 625 дорожек/мм.

рис... Компакт-диск CD (участок поверхности и разрез):

1 - пластмассовая прозрачная подложка; 2 - алюминиевая

отражающая пленка; 3 - защитный слой; 4 - питы

Дорожка записи представляет собой цепочку впадин, называемых питами, и интервалов между ними. Глубина и ширина питов неизменны и равны соответственно 0,1 и 0,8 мкм, а длина питов изменяется в соответствии с записанным сигналом.

На диске имеются три области записи: область записи сигналов вводной дорожки, область программной записи и область записи сигналов выводной дорожки. В области вводной дорожки записываются управляющие сигналы, сигналы коррекции ошибок и другая служебная информация. При считывании "оглавления" диска выдаются номер и время начала записанного на диск музыкального произведения и обеспечивается непосредственный доступ к выбранному треку.

В программной области, помимо основной стереопрограм-мы, в промежутках записываются справочные данные, касающиеся номера музыкальных произведений, времени звучания. В области выводной дорожки записываются управляющие сигналы на окончание цикла воспроизведения.

Сегодня компакт-диски CD представлены семейством дисков - кроме нестираемых дисков CD с записью, полученной на предприятии-изготовителе, в семейство CD входят и другие разновидности - диски CD-R (однократно записывае-

мые пользователем), CD-RW (многократно перезаписываемые пользователем), компьютерные компакт-диски CD-ROM (накопители информации) и др. Отличие этих дисков от CD - материал рабочего слоя. Так, в компакт-дисках CD-R используется органический материал, в котором под действием лазерного излучения большой мощности происходят необратимые изменения фазового состояния (переход из кристаллической формы в аморфную), допускающие только однократную запись; в CD-RW вместо органического материала применяется рабочий слой из неорганического материала, в котором физические процессы записи являются обратимыми, что позволяет делать многократную запись.

Мини-диск (MD) - первый стираемый лазерный диск для бытовой звукозаписывающей аппаратуры - представляет собой магнитооптический дисковый накопитель диаметром 64 мм, заключенный в пыленепроницаемую пластмассовую кассету прямоугольной формы размером (68x72x5) мм, имеет толщину 1,2 мм и центральное отверстие диаметром 11 мм; кассета снабжена окном с подвижной шторкой для доступа к носителю лазерного луча (см. рис.).

рис... Мини-диск MD

MD позволяет пользователю не только воспроизводить записанный на нем звук, но и самому записывать его, повторяя не менее 1 млн раз циклы запись-воспроизведение-стирание. При этом стирание информации как самостоятельная операция выполняется, только если надо оставить на MD чистое место. Если же требуется записать новую информацию на месте старой, запись стирается под воздействием новой.

Запись начинается на внутренней дорожке диаметром 32 мм и происходит по спирали с постоянной линейной скоростью. Шаг дорожки записи 1,6 мкм.

Благодаря использованию специально созданной для стандарта MD системы сжатия (компрессии) данных ATRAC (Adaptive Transform Audio Coding) мини-диск позволяет иметь до 74 мин цифровой записи.

Диски DVD представляют собой новое (они появились в 1997 г.) сравнительно большое семейство носителей информации. Ближайшие прототипы DVD - компакт-диски CD; они имеют такие же размеры, близки по строению, так же записываются, изготавливаются и воспроизводятся. Основное различие их в том, что посредством DVD можно записать значительно больше информации и воспроизводить ее с более высоким качеством.

DVD - это сокращение от Digital Versatile Disk, что в переводе с английского означает "цифровой многофункциональный (многопрофильный) диск". Многопрофильными дисками их называют потому, что они могут использоваться в различных сферах: быть носителями высококачественной записи кинофильмов со стереофоническим сэрроунд-звуком 1 или быть носителями только звуковых записей больших концертов, содержать компьютерные программы, базы и библиотеки данных, а также различные мультимедийные комбинации изображений, звуков и текстов.

Все диски для этих различных целей внешне очень похожи, имеют одни и те же диаметр, толщину, посадочное

отверстие. Чтобы подчеркнуть их конкретное назначение, диски с записью кинофильмов называют DVD-Video, с записью только звука - DVD-Audio, с записью компьютерных программ DVD-ROM. Сокращение ROM происходит от англ. Read Only Memory и означает, что записанную на диске программу можно только считывать, но нельзя стереть или записать новую. Компакт-диски DVD-Video и DVD-Audio - также нестираемые носители с уже имеющейся на них записью, сделанной на предприятии-изготовителе, которую можно только воспроизводить.

Но кроме нестираемых дисков в семейство DVD входят и другие разновидности: диски DVD-R и DVD-RW. На дисках DVD-R (аналогично CD-R) пользователь может записать информацию только один раз и многократно ее воспроизводить. На дисках DVD-RW (аналогично CD-RW) пользователь может многократно записывать, воспроизводить и стирать информацию.

Основная группа дисков DVD - нестираемые с записью, полученной на заводе-изготовителе. Эта группа включает четыре типа дисков, отличающихся строением и информационной емкостью.

Простейший тип - односторонний диск с одним рабочим слоем. Он отличается от CD меньшими размерами питов и меньшим шагом витков спиральной дорожки записи - шаг 0,74 мкм вместо 1,6 мкм у CD (см. рис.) и обусловленной этим большей информационной емкостью. Имеются непринципиальные различия и в строении дисков. Толщина прозрачной подложки из поликарбоната простейшего DVD равна 0,6 мм, а у диска CD - 1,2 мм. Для уравнивания с толщиной CD предназначен непрозрачный "холостой" (от англ. - dummy) слой также из пластмассы толщиной 0,6 мм, так что общая толщина диска - около 1,2 мм.

Информационная емкость этого базового диска - 4,7 Гбайт.

Следующий тип рассматриваемой группы дисков DVD - односторонний днск с двумя рабочими слоями. Первый (или нижний) - полупрозрачный металлонапыленный слой изготовлен из золота; второй, полностью отражающий металлонапыленный слой, покрывающий "верхние" питы, - из алюминия.

Расположение рабочих слоев одного над другим позволяет увеличить информационную емкость диска и вместе с тем удобно для воспроизведения: диск можно не переворачивать и иметь в плейере только одну лазерную головку с небольшой перенастройкой фокусировки.

Еще один тип - двухсторонний диск с двумя рабочими слоями, по одному на каждой стороне. Он представляет собой два односторонних диска, склеенных тыльными сторонами по специальной технологии. Чтобы не переворачивать такой диск в плейере, требуется 2 лазерные головки, направляющие излучение снизу и сверху.

Четвертый тип - двухсторонний диск с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Он представляет собой два односторонних диска с двумя рабочими слоями, склеенных тыльными сторонами.

В табл. приведена информационная емкость дисков DVD.

Оптические диски — популярный носитель информации. Большинству пользователей знакомы только CD и DVD диски, на самом деле видов дисков намного больше. Страна Советов расскажет вам, какие бывают виды дисков , и поможет вам разобраться в их многообразии.

Виды CD дисков

CD диски, или компакт-диски , изначально были предназначены для записи и воспроизведения музыки, но теперь используются для хранения практически любой компьютерной информации. Запись и чтение информации дисков осуществляются при помощи лазера. Толщина компакт-диска — 1,2 мм, диаметр — 120 мм, емкость — 650 или 700 MB (соответствует 74 или 80 минутам звучания). Существуют мини CD диаметром 80 мм, но их емкость меньше — 190-200 MB (21 минута звучания). Мини CD можно прочитать на любом носителе, кроме автомагнитолы. Бывают фигурные компакт-диски разнообразной формы, их выпускают в основном в коммерческих целях. Такие диски не рекомендуют применять в компьютерных приводах, потому что на высокой скорости вращения они могут лопнуть.

CD диски можно разделить на CD-ROM, CD-R и CD-RW. Это деление обусловлено возможностью записать на диск информацию и предназначением диска. Информация на диске CD-ROM записана производителем, изменить или удалить ее нельзя, можно только прочитать данные. На диски CD-R (их иногда еще называют «болванками») можно записать свою информацию, но стереть или изменить ее будет невозможно. Если на диске осталось свободное место, и при записи вы разрешили опцию добавления информации, можно будет дописать на диск файлы. Диски CD-RW поддерживают удаление и перезапись информации, но такие диски будут читаться не всеми приводами.

Виды DVD дисков

DVD диски позволяют хранить больший объем информации, чем компакт-диски, благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны. Емкость DVD диска стандартного размера (120 мм) может колебаться от 4,7 GB до 17 GB, а емкость мини DVD (80 мм) — 1,6 GB.

В зависимости от емкости DVD выделяют такие виды дисков:

• DVD-5 — однослойный односторонний диск, емкость — 4,7 GB
• DVD-9 — двухслойный односторонний диск, емкость — 8,5 GB
• DVD-10 — однослойный двухсторонний диск, емкость — 9,4 GB
• DVD-14 — двухсторонний диск, двухслойный с одной стороны и однослойный — с другой, емкость — 13,24 GB
• DVD-18 — двухслойный двухсторонний диск, емкость — 17,1 GB

Двухслойные диски содержат два информационных слоя на одной стороне, они помечаются аббревиатурой DL. Двухсторонний диск — это фактически два диска, склеенные нерабочими поверхностями. Естественно, толщина такого диска контролируется, чтобы соответствовать толщине обычного однослойного DVD.

По возможности записи, перезаписи и удаления информации DVD диски, как и CD, делятся на ROM, R и RW. Но дополнительно различают такие виды дисков:

• DVD-R for general, DVD-R(G) — единожды записываемый диск, предназначенный для домашнего использования.
• DVD-R for authoring, DVD-R(A) — единожды записываемый диск для профессиональных целей.
• DVD-RW — перезаписываемый диск. Перезаписывать или стирать информацию можно до 1000 раз. Но нельзя стирать часть информации, можно только стереть диск полностью и полностью перезаписать.
• DVD-RAM используют технологию смены фазы. Их можно перезаписывать до 100000 раз, теоретический срок службы — до 30 лет. Но они дороги, выпускаются в основном в специальных картриджах и не поддерживаются большинством приводов и проигрывателей.
• DVD+RW основаны на технологии CD-RW и поддерживают перезапись информации до 1000 раз. Этот формат появился позже, чем DVD-RW.
• DVD+R — единожды записываемый диск, подобный DVD-R.

Понятно, что ни один привод или проигрыватель не поддерживает полностью все DVD-форматы. Большинство современных приводов поддерживают как формат DVD-R(W), так и формат DVD+R(W). Но старые приводы и бытовые плееры, выпущенные до появления формата DVD+R(W), будут читать только диски DVD-R(W). Существуют «супермульти» приводы, которые поддерживают все виды дисков, включая DVD-RAM.

Другие виды дисков

Особняком стоят так называемые Dual Discs . В этих дисках совмещены форматы CD и DVD. На одной поверхности такого диска записана музыка в CD формате, а на другой — пятиканальный звук, видео, меню, субтитры, изображения и пр. в формате DVD.

Диски HD DVD (DVD высокой плотности) могут иметь емкость до 15 GB, а двухслойные — до 30 GB. Основной их конкурент — BD, Blu-ray Disc вмещает от 23 до 66 GB в зависимости от количества слоев. Анонсирован прототип четырехслойного диска объемом 100 GB, планируется также выпуск десятислойных дисков объемом до 320 GB.

Противостояние BD и HD DVD получило название «борьбы форматов». Но ведущие киностудии отказались от использования HD DVD в пользу BD дисков, поэтому выпуск и поддержка формата HD DVD официально прекращены.

Итак, существует множество видов оптических дисков. Выбирать диск для записи информации стоит исходя из его емкости, возможности перезаписи информации и модели вашего привода или бытового плеера. Зная основные виды дисков, вы никогда не запутаетесь в их богатом ассортименте.

В обычных накопителях CD-ROM информация на диск записывается в технологическом производственном процессе и изменить ее, например записать новую информацию, невозможно. Однако технологические достижения со временем позволили разработать компакт-диски со специальным носителем, которые допускают однократную запись информации пользователем (записываемые диски, CD-Recordable - CD-R ) и многократную запись (перезаписываемые диски, CD-ReWritable - CD-RW ) в специальных накопителях.

Компакт-диски с возможностью записи с точки зрения пользователей имеют значительное преимущество по сравнению с другими технологиями сменной памяти, например магнито-оптическими накопителями. Оно заключается в совместимости носителей CD: накопители CD-R и CD-RW могут считывать практически все виды CD-ROM, а диски, записанные в накопителях CD-R и CD-RW, могут считывать обычные накопители CD-ROM и новые накопители DVD-ROM. Еще одно достоинство состоит в дешевизне носителя. Основной недостаток дисков состоит в ограничениях на "перезаписываемость" (rewriteability); конечно, диски CD-R вообще не допускают перезаписи и до недавнего времени диски CD-RW было необходимо реформатировать для восстановления пространства, занятого "удаленными" файлами, когда диск заполняется. В то же время конкурирующие технологии обеспечивают простую функциональность "тащи и бросай" (drag-and-drop) без такого ограничения. Даже сейчас перезаписываемость дисков CD-RW далека от совершенства, что приводит к снижению емкости дисков.

Форматы

В 1984 г. Международная Организация по Стандартизации (International Standards Organisation - ISO) разработала формат данных ISO 9660. Он был принят как кросс-платформенный протокол для имен файлов и структуры каталогов. Имена файлов ограничены прописными буквами, цифрами и символом подчеркивания "_". Имена каталогов могли иметь максимум восемь символов без расширения, а глубина подкаталогов составляла только восемь. Под Windows 95 стандарт можно игнорировать, но старые накопители CD-ROM не могут работать с такими "нестандартными дисками.

Каждый компакт-диск имеет оглавление (Table Of Contents - TOC), которая содержит информацию о дорожках. Оранжевая Книга решает проблемы записываемых CD, в которых последующие сессии записи на один и тот же диск требуют обновления TOC. Формат дисков Photo-CD компании Kodak не требует заполнять диск изображениями на первом этапе: позже можно добавлять изображения до заполнения диска. Информация на Photo-CD представлена в формате CD-ROM Желтой Книги и впоследствии может считываться любым многосессионным накопителем.

Однако формат файлов ISO 9660, используемый дисками CD и CD-R, а также оригинальным диском или стандартами однократной сессии, не рассчитан на добавление данных небольшими инкрементами. Запись нескольких сессий на диск приводит к тому, что примерно 13 Мб дискового пространства в каждой сессии пропадает, а оригинальный стандарт ограничивает число дорожек, которое можно поместить на диск, до 99. Эти ограничения в последующем были преодолены универсальным дисковым форматом (Universal Disc Format - UDF) ISO 13346, разработанным Ассоциацией технологии оптической памяти (Optical Storage Technology Association - OSTA). Этот независимый от операционной системы стандарт для хранения данных на оптическом носителе, включая устройства CD-R, CD-RW и DVD, использует переработанную структуру каталогов, которая обеспечивает эффективную запись отдельного файла (или пакета - packet).

Компакт-диски имеют диаметр 12 см и центральное отверстие диаметром 15 мм. Звуковые или компьютерные данные хранятся от радиуса 25 мм (после начальной области сессии - lead-in) до радиуса 58 мм, где начинается конечная область сессии (lead-out). Стандарт Оранжевой Книги на CD-R фактически разделяет CD на две области: область системного использования (System Use Area - SUA) и информационную область (Information Area). Если информационная область действует как общее пространство хранения, то SUA действует во многом аналогично загрузочному сектору жесткого диска, занимая первые 4 мм поверхности CD. Она сообщает считывающему устройству, какую информацию ожидать, и сама разделена на две части: область калибровки мощности (Power Calibration Area - PCA) и область программной памяти (Program Memory Area - PMA):

• На каждом диске область PCA действует как тестовая площадка для лазера CD-рекордера. Каждый раз, когда диск вставляется в накопитель CD-R, на поверхность PCA направляется лазер для установки оптимальной мощности при "выжигании" (burn) CD. На оптимальное значение мощности влияют несколько факторов - скорость записи, влажность, окружающая температура и тип используемого диска. Каждый раз при калибровке диска в области счета бит устанавливается в "1" и для диска разрешается максимум 99 калибровок.
• В области PMA сохраняются данные для записи до 99 номеров дорожек и их времени начала и останова (для музыки) или адреса секторов для начала файлов данных на информационном диске.

Информационная область (Information Area), которая содержит данные, разделяется на три области:

• Начальная область сессии (lead-in) содержит цифровое молчание в основном канале плюс оглавление (TOC) Q-канале субкода (subcode). Она позволяет считывающей головке лазера следить за питами и синхронизировать звуковые или компьютерные данные до начала программной области. Длина начальной области сессии определяется необходимостью хранения оглавления (TOC) для максимум 99 дорожек.
• Программная область (Program Area) содержит до 76 минут данных, разделенных максимум на 99 дорожек. Фактические биты и байты хранятся на CD не так, как можно было бы ожидать. На традиционном носителе восемь битов образуют байт, который является стандартной единицей данных. На CD процесс, называемый "модуляцией 8 в 14" (Eight To Fourteen Modulation - EFM), кодирует каждый 8-битовый символ как 14 битов плюс 3 соединяющих бита (merging bits). Данные EFM затем используются для определения питов на диске. Соединяющие биты обеспечивают, что длины пита и лэнда не менее 3 и не более 11 канальных битов, уменьшая эффект дрожания (jitter) и других искажений. Это только первый этап сложной процедуры, которая включает в себя исправление ошибок, соединяющие биты, фреймы, секторы и логические сегменты, которые преобразуют пики и провалы на CD в машинно-читаемые данные.
• Конечная область сессии (lead-out) содержит цифровое молчание или нулевые данные. Она определяет конец программной области CD.

В дополнение к основному каналу данных компакт-диск имеет восемь субкодовых каналов (subcode channels), обозначаемых от "P" до "W", чередующихся с основным каналом и доступными для использования плейерами звуковых CD или CD-ROM. Когда разрабатывался первый CD, субкод был включен как средство размещения управляющих данных на диске, а использование основного канала ограничивалось звуковыми данными или данными CD-ROM. P-канал показывает начало и конец каждой дорожки, Q-канал содержит временные коды (минуты, секунды и фреймы), оглавление TOC (в начальной области сессии), тип дорожки и каталожный номер. Каналы от R до W обычно применяются для графики. По мере совершенствования технологии основной канал стал фактически использоваться для нескольких других типов данных и в новой спецификации DVD субкодовые каналы CD полностью отсутствуют.

Диски CD-R

Диски с однократной записью и многократным считыванием (Write Once/Read Many - WORM) разработаны в конце 80-х годов прошлого века. При записи данных в WORM-накопителе маломощный лазер наносит на поверхность носителя физические отметки, которые невозможно стереть, т.е. запись производится однократно (write once). На рисунке слева показан общий вид накопителя CD-R. Фактически внешне он не отличается от обычного накопителя CD-ROM.

Характеристики записываемых (recordable) CD были определены стандартом Оранжевой Книги II в 1990 г. и компания Philips первой выпустила CD-R в середине 1993 г. Он использует такую же технологию, как и WORM, изменяя отражательную способность слоя органического красителя, который заменяет отражающую алюминиевую пленку обычного компакт-диска. Вначале стандартом de facto для носителя CD-R был цианиновый краситель и его стабилизированные металлом производные. Через некоторое время его заменил фталоцианиновый краситель, который оказался менее чувствительным к ухудшению свойств из-за обычного света, включая ультрафиолетовый, флюоресцентный и солнечный свет. Эти красители представляют собой фоточувствительные органические соединения, аналогичные используемым для получения фотографий. Производители носителей используют различные красители в комбинации с толщиной красителя, отражательной способностью и структурой бороздок для точной настройки параметров записи для широкого диапазона скоростей записи, мощности записывающего лазера и долговечности носителя. Для воссоздания некоторых свойств алюминиевой пленки стандартных CD и защиты красителя он покрывается микроскопическим отражательным слоем (из фирменного серебряного сплава или золота). Использование устойчивых металлических отражателей устраняет риск коррозии и окисления. Производители носителей выполнили исследования долговечности носителя с использованием промышленных тестов и приемов математического моделирования. Эти исследования показали, что долговечность дисков составляет от 70 до 200 лет. Однако на практике надежный срок хранения данных составляет от 5 до 10 лет.

Цвет диска CD-R связан с цветом конкретного красителя, который используется в записывающем слое. Этот базовый цвет красителя изменяется при добавлении отражающего покрытия (серебряного или золотого). Некоторые комбинации красителя и отражающего покрытия выглядят зелеными, другие синими, а третьи желтыми. Например, зелено-золотые диски объединяют золотой отражающий слой с голубым красителем, что вызывает появление золотого цвета на стороне с этикеткой и зеленого цвета на записывающей стороне. Компания Taiyo Yuden выпустила оригинальные зелено-золотые CD с цианиновым красителем, которые использовались при подготовке стандарта Оранжевой Книги. Компания Mitsui Toatsu Chemicals изобрела процесс для получения золото-золотых CD. Серебряно-синие CD-R, выпускаемые по технологическому процессу, который запатентовала компания Verbatim, впервые появились в 1996 г. В середине 1998 г. компанией Ricoh выпущены серебряно-серебряные диски "Platinum", в которых применяется улучшенный фталоцианиновый краситель.

Диск имеет спиральную дорожку, которая формируется в производственном процессе, на которую записываются данные. Это обеспечивает движение рекордера по тому же спиральному шаблону, как и в обычном компакт-диске. Запись производится с внутренней части диска к внешней. Спиральная дорожка делает 22 188 оборотов на поверхности CD, что соответствует примерно 600 оборотам дорожки на миллиметр.

Вместо механической прессовки компакт-диска накопитель CD-R записывает данные на диск, используя свой лазер для физического "выжигания" (burn) питов в органическом красителе. При нагреве выше критической температуры "выжигаемая" благодаря химической реакции область становится непрозрачной (или абсорбирующей) и в последующем отражает меньше света, чем области, которые не нагревались лазером. Система имитирует хорошее отражение света от лэнда на обычном CD и рассеяние от пита, поэтому данные на диске CD-R представлены "выжженными" и "невыжженными" областями аналогично представлению данных питами и лэндами на обычном CD. Следовательно, диск CD-R можно использовать в обычном CD-плейере так же, как обычный компакт-диск.

Однако диск CD-R не является строго диском WORM. В обоих типах дисков невозможно стереть данные (после записи на CD-R изменение цвета участка оказывается постоянным), но диск CD-R допускает выполнить несколько сессий записи в различные области на диске. Единственное ограничение состоит в том, что последующие сессии могут считывать только многосессионные накопители CD-ROM; все, записанное после первой сессии, старые накопители не "увидят".

Стоимость CD-рекордеров по сравнению с серединой 90-годов прошлого века значительно снизилась, а параметры улучшились. В середине 1998 г. выпущены накопители, способные записывать с 4-кратной скоростью и считывать с 12-кратной скоростью (что обозначается как С4X/12XТ); для них придаются усовершенствованные программы формирования диска (CD mastering). К концу 1999 г. производительность накопителя CD-R возросла до 8X/24X, и в это же время наметился переход к более универсальным дискам CD-RW. Чем выше скорость записи, тем больше накопитель должен буферировать недогрузки (underruns) - самые опасные из всех ошибок записи на компакт-диск. Для уменьшения вероятности недогрузки в накопитель встраивается кэш емкостью от 256 КБ до 2 МБ. Быстрые устройства позволяют замедлить процесс записи до 2-кратной скорости и даже до 1-кратной скорости. Это особенно полезно для того, чтобы избежать ошибок недогрузки при копировании низкокачественных CD-ROM.

Когда стоимость накопителей CD-R приблизилась к стоимости скоростного накопителя CD-ROM, диски CD-R стали широко применяться как запоминающее устройство и как устройство для резервирования. Однако эти диски имеют несколько преимуществ по сравнению с альтернативными технологиями.

Диски CD-R обычно рассчитаны на формат 63 или 74 минуты, что соответствует емкости 550 МБ и 650 МБ и являются очень дешевы носителем. Широкое распространение накопителей CD-ROM означает, что диски можно считывать во множестве РС, что делает диски CD-R удобным средством переноса больших файлов. В отличие от ленты диски CD-R являются устройством с произвольным обращением, что позволяет быстрее получить архивные материалы; диски долговечнее ленточных картриджей и на них не влияют магнитные поля. Наконец, на одном диске можно хранить разнообразные данные, например видео, изображения Photo-CD, графику звук и обычные данные.

Однако формат CD-R не свободен от проблем совместимости. В отличие от обычных CD отражающая поверхность диска CD-R точно соответствует длине лазера 780 нм обычного накопителя CD-ROM. Если вставить диск CD-R в накопитель DVD-ROM первого поколения, он не будет отражать достаточно света для длины 650 нм, чтобы надежно считывать данные. В последующем эта проблема была решена в накопителях с головками, рассчитанными на две длины волны.

Однако действительный недостаток дисков CD-R состоит в том, что процесс записи необратим. Носитель невозможно стереть для повторной записи. Только оставив сессию "открытой", т.е. не записывая на весь диск, можно постепенно добавлять данные. Конечно, это не подходит для резервирования данных. Через некоторое время после интенсивных исследований компании Philips и Sony объявили в 1997 г. еще один стандарт на CD - перезаписываемые диски (CD-Rewritable - CD-RW).

Диски CD-RW

В результате совместных усилий компаний Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical Corporation, Philips, Ricoh и Sony созданные накопители CD-RW предоставляют пользователю возможность записывать на ненужные данные или удалять отдельные файлы. Стандарт Оранжевой Книги III обеспечивает совместимость дисков CD-RW с общим семейством компакт-дисков, а также совместимость с новыми накопителями DVD-ROM.

Технология дисков CD-RW опирается на оптическую смену фазы (phase change), но в отличие от технологии магнито-оптических дисков здесь не привлекаются магнитные поля. Сами носители неотличимы от дисков CD-R их металлическим серым цветом и имеют такую же базовую структуру, как и диски CD-R, но со значительными отличиями. Носитель диска CD-RW со сменой фазы состоит из поликарбонатовой подложки со спиральной бороздкой для серво-наведения, информации об абсолютном времени и других данных, на которую осаждаются обычно пять слоев. Записывающий слой находится между диэлектрическими слоями, которые в процессе записи отводят излишнее тепло от слоя со сменой фазы. Вместо записывающего слоя с красителем на диске CD-R на диске CD-RW обычно используется кристаллическое соединение, состоящее из смеси серебра, индия, сурьмы и теллура. Эта довольно экзотическая смесь обладает необычным свойством: при нагревании до одной температуры и охлаждения она становится кристаллической, но при нагревании до большей температуры и последующего охлаждения она становится аморфной. Кристаллические участки позволяют металлизированному слою отражать луч лазера лучше, в некристаллический участок поглощает луч лазера и отражения не происходит.

Чтобы достичь этих эффектов в записывающем слое, рекордер CD-RW использует три разных мощности лазера:

• Максимальная мощность лазера, называемая "Write Power", создает некристаллическое (абсорбирующее) состояние записывающего слоя.
• Средняя мощность, называемая "Erase Power", расплавляет записывающий слой и переводит его в отражающее кристаллическое состояние.
• Минимальная мощность, которая называется "Read Power", не изменяет состояния записывающего слоя, поэтому ее можно использовать для считывания данных.

При записи сфокусированный лазерный луч с мощностью "Write Power" селективно нагревает участки материала со сменой фазы выше температуры плавления (500-700 градусов Цельсия), поэтому все атомы этого участка быстро переходят в жидкое состояние. Затем при достаточно быстром охлаждении случайное жидкое состояние "замораживается" и получается так называемое аморфное состояние. Аморфный участок материала сжимается, образуя пит в точке падения лазерного луча и приводя к распознаваемой поверхности компакт-диска. Когда лазерный луч с мощностью "Erase Power" нагревает слой со сменой фазы до температуры ниже температуры плавления, но выше температуры кристаллизации (200 градусов Цельсия) достаточное время (больше минимального времени кристаллизации), атомы возвращаются в упорядоченное состояние, т.е. кристаллическое состояние. Запись производится за один проход сфокусированного лазерного луча; иногда этот режим называется прямой перезаписью (direct overwriting) и процесс записи для диска можно повторять несколько тысяч раз.

Когда данные записаны и аморфные участки отражают меньше света, лазерный луч с мощностью "Read Power" обнаруживает различие между лэндами и питами на диске. Приходится учитывать, что диск отражает меньше света, чем диски CD-ROM и CD-R, поэтому диски CD-RW можно считывать только в плейерах, которые поддерживают новую спецификацию MultiRead. Даже накопители DVD-ROM, которые используют формат файлов UDF, требуют для считывания CD-RW головку с двумя длинами волн.

Накопители CD-RW обеспечивают запись дисков CD-R и CD-RW, поэтому пользователь может выбрать наиболее подходящий носитель. В середине 1998 г. накопители могли считывать с 6-кратной скоростью и записывать диски CD-R и CD-RW с 4-кратной скоростью. К концу этого же года достигнута 16-кратная скорость считывания. К концу 2000 г. лучшие накопители могли записывать с 10/12-кратной скоростью и считывать CD-ROM с 32-кратной скоростью.

Несмотря на то, что формат UDF предоставляет пользователям возможность передавать файлы по принципу "тащи и бросай" (drag and drop), работать с дисками CD-RW не так просто, как с жестким диском. Во-первых, из-за ограничений стандарта UDF и ассоциированного драйвера при удалении данных с диска CD-RW соответствующие области диска просто отмечаются для удаления и немедленно недоступны. Диск можно использовать до исчерпания всей его емкости, а затем для освобождения запоминающего пространства необходимо стирать весь диск с помощью функции последовательного стирания. В аппаратном смысле стирание диска реализуется нагревом поверхности до меньшей температуры, но более длительное время, что возвращает диск в кристаллическое состояние.

Эволюция стандарта UDF и совершенствование драйвера значительно улучшили положение, сделав диски CD-RW похожими, но все же не идентичными, гибким или жестким дискам.

Универсальный дисковый формат

Стандарт ISO 9660 на диски CD-ROM имеет определенные ограничения, которые делают его непригодным для DVD, CD-RW и других новых дисковых форматов. Стандарт UDF ISO 13346 призван снять эти ограничения. В частности, пакетная запись не полностью совместима с логической файловой системой ISO 9660, так как она требует точно знать, какие файлы записаны во время сессии для генерирования Path Tables и Primary Volume Descriptors, которые показывают на физическое местонахождение файлов на диске. UDF позволяет добавлять файлы на диск CD-R или CD-RW постепенно, по одному файлу, без значительных служебных потерь, применяя пакетную запись (packet writing). В UDF даже когда файл перезаписывается, его виртуальный адрес остается тем же самым. В конце каждой сессии пакетной записи UDF записывает на диск виртуальную таблицу размещения (Virtual Allocation Table - VAT), которая описывает физическое местонахождение каждого файла. Каждая вновь создаваемая таблица VAT включает в себя данные из предыдущей таблицы VAT, позволяя локализовать все файлы, которые когда-либо записывались на диск.

К середине 1998 г. разработаны две версии UDF и планируется создание будущих версий. Версия UDF 1.02 - это версия для дисков DVD-ROM и DVD-Video; версия UDF 1.5 является надмножеством, которое добавляет поддержку дисков CD-R и CD-RW. Система Windows 98 поддерживает версию UDF 1.02. Однако при отсутствии поддержки операционной системой UDF 1.5 требуется специальный драйвер UDF, чтобы обеспечить пакетную запись на перезаписываемые CD. Драйвер DirectCD V2.0 компании Adaptec был первым драйвером, который поддерживал пакетную запись и произвольное стирание отдельных файлов на носителе CD-RW. Драйвер DirectCD V2.0 позволяет записывать пакеты двух видов: фиксированной длины и переменной длины. Пакеты фиксированной длины более пригодны для CD-RW, чтобы поддерживать произвольное стирание, поскольку сложно (и медленно) следить за большой и постоянно изменяющейся файловой системой, если пакеты не были записаны в фиксированные места.

Однако версия UDF 1.5 далека от совершенства. Помимо трудностей, связанных с отсутствием поддержки операционной системой, имеются и другие проблемы. Основной недостаток связан с тем, что пакеты фиксированной длины (32 КБ в стандарте UDF) занимают на диске большое служебное пространство. Доступная емкость диска CD-RW, форматированного для записи пакетами фиксированной длины, уменьшается примерно до 550 МБ. Однако на практике емкость UDF-форматированного диска уменьшается еще больше как следствие встроенных в драйвер DirectCD средств повышения долговечности носителя CD-RW.

Любой конкретный участок на диске CD-RW можно стирать и перезаписывать примерно 1000 раз (вскоре это число было повышено до 10 000). После этого участок использовать нельзя. Однако драйвер DirectCD спроектирован так, чтобы избегать повторных записей и стираний одного и того же физического участка с помощью метода, называемого (резервирования) sparing. Это значительно продлевает срок службы диска, но за счет служебной информации, которая снижает эффективную емкость диска. Даже если конкретный участок на диске CD-RW не "выжигался", драйвер DirectCD может отметить его как "неиспользуемый" (unusable) и не привлекать его (этот способ похож на обработку дефектных секторов на жестком диске).

В дополнение к проблеме снижения емкости не все накопители CD-R и CD-RW поддерживают пакетную запись, а считывать диски, на которые производилась пакетная запись, могут только накопители MultiRead CD-ROM и из них только сертифицированные Ассоциацией OSTA накопители. Для этого требуется бесплатная программа UDF Reader компании Adaptec, которая позволяет многим накопителям MultiRead CD-ROM считывать диски, записанные в формате UDF 1.5. Важно отметить, что эта программа требуется в дополнение к драйверу DirectCD, которая необходима только для рекордеров CD.

Спецификация MultiRead

Записанные дорожки на диске CD-RW считываются аналогично дорожкам обычных компакт-дисков путем обнаружения переходов между высокой и низкой отражательной способностью и измерением промежутков между переходами. Единственное отличие заключается в том, что отражение слабее, чем в обычных CD. Это означает, что диски CD-RW не могут считывать многие старые накопители CD-ROM или плейеры CD.

Для решения этой проблемы полезно рассмотреть оригинальные спецификации отражающей способности CD: минимум 70% для лэндов и максимум 28% для питов. Эти спецификации были введены в начале 80-х годов прошлого века, чтобы обеспечить надежное считывание малочувствительными фотодиодами. Однако современные фотодиоды могут обнаружить намного меньшие различия в отражательной способности и такие жесткие спецификации больше не нужны.

Диск CD-RW имеет отражательную способность 15-25% для лэндов. Поэтому накопитель CD-RW работает с отражательной способностью примерно в одну треть от исходной спецификации CD. Однако для современных фотодиодов это обстоятельство проблемы не составляет. Для надежного считывания записанных данных требуется только дополнительное усиление. Спецификация MultiRead, разработанная компаниями Philips и Hewlett-Packard и утвержденная Ассоциацией OSTA, содержит все необходимые коррекции и снимает все проблемы совместимости.

Более того, максимальная и минимальная отражательные способности диска CD-RW удовлетворяют требованиям спецификации CD для минимальной модуляции 60%. Заглядывая в будущее, можно утверждать, что технология смены фазы CD-RW значительно не зависит от длин волн записывающего и считывающего лазера. Диски CD-RW можно считывать лазерами с длиной волны 650 нм, которые используются в системах DVD, а также современными лазерами с длиной волны 780 нм, которые применяются в других накопителях на компакт-дисках.

Технология BURN-Proof

Недогрузка буфера (buffer underrun) является наиболее сложной проблемой при записи на компакт-диски. Она может возникнуть при попытке "выжигать" CD в ходе выполнения других задач или при записи из "медленного" источника в быстром "получателе". Когда начинается процесс выжигания, важно, чтобы записываемые данные были доступны для записи на CD все время до конца процесса. Недогрузка буфера возникает, когда компьютерная система не может поддерживать постоянный поток данных в записывающий накопитель в течение всего процесса записи. Чтобы уменьшить вероятность недогрузки буфера, все современные записывающие накопители имеют встроенный буфер данных, который сохраняет поступающие данные, чтобы буферировать быстрый накопитель от потенциально слишком медленного источника данных.

В конце 2000 г. появились накопители CD-RW, использующие такую комбинацию аппаратно-программных средств в составе накопителя, которые полностью решили проблему недогрузки буфера. Разработанная и запатентованная компанией Sanyo технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof technology) производит постоянный контроль состояния буфера данных накопителя, чтобы запись можно было остановить в конкретном месте, когда обнаруживается угроза недогрузки буфера. Обычно фиксируется, когда буфер заполнен ниже определенного порога его максимальной емкости. Запись возобновляется после достаточного заполнения буфера, но вначале оптическая головка накопителя перемещается в нужный сектор.

Одно из главных достижений DVD - это то, что удалось все применения компакт-диска для данных, видео, аудио (или их комбинации) совместить в пределах единственной физической файловой структуры по имени UDF, или универсальный дисковый формат. Разработанный OSTA (Optical Storage Technology Association), формат UDF гарантирует, что к любому файлу можно обратиться на любом диске, установленном на компьютере или видеопроигрывателе потребителя. Кроме того, формат обладает совместимостью со стандартными операционными системами, поскольку учитывает стандарт CD ISO 9660. UDF преодолевает проблемы несовместимости, от которых страдал компакт-диск, когда стандарт должен был переписываться каждый раз при появлении новых приложений, подобно мультимедиа, интерактивных систем или видео.

Версия UDF, которой удовлетворяют как перезаписываемые Диски, так и версии «только для чтения», является подмножеством спецификации UDF версии 2.02, которая известна как MicroUDF (M-UDF).

Поскольку UDF не поддерживался Windows, пока Microsoft не выпустила Windows 98, производители DVD были вынуждены использовать промежуточный формат по имени UDF Bridge (Мост), который представлял собой гибрид UDF и ISO 9660. Windows 95 OSR2 поддерживала UDF Bridge, но более ранние версии этого не могли. Спецификация UDF Bridge явно не включает Joliet-расширения для ISO 9660, которые необходимы для длинных имен файлов. Windows 98 распознает UDF, так что эти системы не имеют проблем ни с UDF, ни с длинными именами файлов.

DVD видео использует только UDF со всеми данными, требуемыми UDF и ISO 23346, чтобы иметь совместимость с компьютерными системами, и не использует ISO 9660 вообще. Файлы на DVD видео не могут иметь размер больший, чем 2 Гбайт, и должны быть записаны как отдельный экстент (то есть, в непрерывной последовательности). Первым каталогом на диске должен быть каталог VIDEO_TS, содержащий все файлы, и все имена файла должны быть в формате 8+3 (8 байт - имя, 3 - расширение).

DVD аудиодиски используют UDF для того, чтобы сохранять данные в отдельной «зоне аудио DVD» на диске, указанном как каталог AUDIO_TS.

Формат Мамонт (Mammouth)

Exabyte был лидером в промышленности НМЛ в течение более 20 лет. Фирмой было впервые предложено использовать 8-мм ленты для хранения данных на базе механизма, подобного видеокамерам Сони, причем было выпущено более 2.5 млн таких накопителей. Такие механизмы достаточны для приложений невысокой надежности, но менее пригодны для сегодняшних серверных приложений. Введенный в 1996 году стандарт «Мамонт» (Mammouth) является более передовой и надежной технологией и представляет ответ Exabyte на требования этого диапазона рынка серверов.

Привод МЛ не использует кабестан, что устраняет часть накопителя ленты, которая создает непредсказуемый износ носителя. Используется технология АМЕ (Advanced Metal Evaporated) или нанесения металла путем испарения. Это обеспечивает антикоррозийную стойкость и износоустойчивость ленты, срок хранения повышается до 30 лет. Гладкая поверхность МЛ увеличивает время износа головок до 35 тысяч.

Данные на МЛ организованы в сегменты (разделы), каждый из которых может быть записан, стерт или прочитан как одно целое. Эта организация позволяет увеличивать объем носителя для поддержки таких приложений, как мультимедиа и видеосерверы. Для коррекции ошибок используется двухуровневый метод Reed-Solomon ЕСС. При этом ошибки корректируются «на лету» перезаписью блоков в пределах той же дорожки.

В 2000 году был выпущен накопитель Exabyte Mammoth-2, в котором устанавливались новые стандарты высокой скорости и возможностей. Накопитель имеет скорость передачи 22 Мбайт/с, 8-мм лента АМЕ может загрузить максимум 60 Гбайт. НМЛ использует интерфейс Ultra2/LVD SCSI, буфер объема 32 Мбайт - многоканальную головку, новейший алгоритм коррекции ошибок ЕССЗ и обеспечивает коэффициент сжатия 2.5:2 на основе ALDC (адаптивное сжатие данных без потерь), что дает емкость 250 Гбайт на ленту. Последующая оптоволоконная версия предлагала повышение исходной скорости передачи до 30 Мбайт/с.

Расширенная технология цифровой записи

Разработана корпорацией Philips. Первые устройства ADR были запущены весной 1999 года, в форме НМЛ с интерфейсом IDE, способного к записи 25 Гбайт исходной или 30 Гбайт сжатой информации на картридж.

Привод ленты способен непрерывно контролировать ее смещение вверх или вниз даже на малейшую величину, в результате этого достигается высокая плотность - до 292 дорожек на 8-мм пленке. Способность ADR читать или записывать все восемь дорожек данных одновременно дает возможность получить внушительные скорости передачи при относительно низких скоростях. Износ ленты минимален, а также появляется и возможность контроля и исправления ошибок как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Применяемый здесь код исправления ошибок (ЕСС) значительно более эффективен, чем в обычных системах, когда код исправления ошибки действует только в одном измерении (по дорожке данных). Фактически, ЕСС для ADR позволяет обеспечить 200 %-ное восстановление данных, даже если до 24 из 292 дорожек разрушены по полной длине ленты.

CD-R и ёмкость дисков

CD-R содержит предварительно нанесенную спиральную дорожку, разбитую на блоки, причем адрес каждого блока закодирован непосредственно на носителе. Вместимость наиболее широко распространенного формата компакт-диска может быть выражена либо как 74 мин, либо 650 Мбайт. Каждая секунда времени воспроизведения занимает 75 блоков, следовательно полный компакт-диск имеет вместимость 74 х 60 х 75=333 ООО блоков.

Фактическая вместимость этих 333 тыс. блоков зависит от того, что именно записано на диске - аудио или данные. Это связано с тем, что аудио предъявляет меньше требований к безошибочности записи и поэтому в этом случае в каждый блок записывается меньшее количество контрольной, избыточной информации. В результате вместимость блока для аудио составляет 2353 байт (2048 для данных). Следовательно, 74-минутный диск имеет вместимость 783 226 000 байт (746 Мбайт) для аудио, но только 682 984 000 байт (650 Мбайт) для данных.

В конце 1990 годов. начали появляться носители CD-R с большей вместимостью, чем тот 74-минутный максимум, который разрешали стандарты аудиокомпакт дисков («Красная Книга») или стандарты CD-ROM («Желтая Книга»). Эти технологии получили общее название CD overburning.

Дополнительная вместимость была достигнута путем сокращения шага дорожки, уменьшения допусков на скорость сканирования, уменьшения вероятности ошибки при записи-чтении (при этом возникают проблемы совместимости с более ранними устройствами или старыми записями на CD).

Первый из этих форматов повышенной вместимости обеспечивал время считывания 80 минут и вмещал 360 тыс. блоков вместо обычных 333 тыс. В терминах количества данных это означало 703 Мбайт по сравнению с 650 Мбайт стандартного компакт-диска. В начале нового тысячелетия появляются еще более высокие вместимости в форме 90- и 99-минутных форматов (приблизительно 792 и 870 Мбайт соответственно). Следует отметить, что, так как временные отметки на компакт-диске кодируются парой десятичных цифр, невозможно, чтобы вместимость диска превышала 99 мин.

Overburning требует поддержки режима Disc-At-Once при записи и чтобы пишущий CD-плеер игнорировал информацию о свободном месте, находящуюся на диске без записи (ATIP), а вместо этого использовал данные, передаваемые из пишущей программы.

Преодоление буферной недостаточности

К концу 1999 года характеристики удвоились до «8х/24х», однако возникла проблема, известная как буферная недостаточность (или опустошение буфера записи), когда быстродействие машины и накопителя на МД стали отставать от скорости устройств CD-R (устройство готово к записи на диск, но информация в буфере записи уже исчерпана и «нечего писать» - в результате диск оказывается испорченным). Для избежания подобных эффектов, во-первых, стали использовать кэш память, размещенную на пишущем CD-плеере (размера от 256 Кбайт до 2 Мбайт), во-вторых, устройства стали адаптироваться к скорости подачи информации, снижая или повышая скорость записи.

Технология BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof technology), предложенная Sanyo, заключается в постоянном контроле состояния буфера данных компакт-диска так, чтобы запись была остановлена в определенном месте, если появляется опасность буферной недостаточности (например, когда заполнение буфера снижается ниже заданного порога), а затем возобновлена путем позиционирования лазерной головки на соответствующий сектор.

Plextor использует технологию Sanyo в комбинации с собственным методом «PoweRec» (Plextor Optimised Writing Error Reduction Control). Процесс записи здесь периодически приостанавливается (с использованием технологии BURN-Proof) для проверки качества записи и принятия решения о необходимости повысить или понизить скорость записи.

UDF стандарт

Стандарт ISO 9660, используемый CD-ROM и дисками CD-R, создает неудобства при добавлении данных на диски небольшими порциями. Запись многократных сеансов на диск приводит к потерям приблизительно 23 Мбайт дискового пространства на каждом сеансе, и первоначальный стандарт ограничивает числом 99 количество треков (фонограмм), которые могут быть записаны на диск. Эти ограничения были сняты в стандарте ISO 23346 «Универсальный Дисковый Формат» (Universal Disc Format - UDF), разработанном Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA). Этот стандарт не зависит от типа операционных систем, предназначен для записи данных на оптических носителях, включая CD-R, CD-RW и устройства DVD, и использует переработанную структуру каталога, которая позволяет устройству эффективно записывать файл (или «пакет») за один раз.

Режим пакетной записи не полностью совместим с логической файловой системой ISO 9660, так как при этом следует точно знать, какие файлы будут записаны в течение сеанса, чтобы заполнить служебные таблицы ФС (Path Tables и Primary Volume Descriptors), которые указывают на физическое размещение файлов на диске.

UDF позволяет добавлять файлы на диски CD-R или CD-RW порциями по одному файлу, без существенного переполнения служебной информацией, используя методику, названную «пакетной записью» (packet writing). В UDF, даже если файл перезаписан, его виртуальная адресация остается без изменений.

В конце каждого сеанса записи пакета UDF заносит на диск «Виртуальную таблицу размещения» (Virtual Allocation Table - VAT), которая описывает физическое местоположение каждого файла. Каждая вновь созданная VAT, включает данные из предыдущей VAT, позволяя таким образом UDF определить местонахождения всех файлов, которые когда-либо были записаны на диск.

К середине 2998 г. были выпущены две версии UDF - UDF 2.02 (версия, используемая на DVD ROM и видео DVD) и UDF 2.5 (добавляет поддержку CD-R и CD-RW). Windows 98 обеспечивала поддержку UDF 2.02. Однако в отсутствии поддержки операционной системы UDF 2.5 требовалось специальное UDF-программное обеспечение для дисковода, поддерживающее пакетную запись на CD-R и CD-RW.

Первым образцом такого программного обеспечения являлся DirectCD V2.0 (разработка Adaptec), который поддерживал как пакетную запись, так и произвольное удаление файлов с носителя CD-RW. DirectCD V2.0 обеспечивал запись двух видов пакетов - фиксированной и переменной длин. Пакеты фиксированной длины являются более подходящими для CD-RW, чтобы обеспечивать произвольное удаление файлов.

Спецификация «Мультичтение» (MultiRead)

Записанные на диске CD-RW дорожки (фонограммы) считываются тем же самым способом, как и дорожки обычного компакт-диска - путем обнаружения переходов между низким и высоким коэффициентами отражения и измерения промежутков между переходами. Единственное существенное отличие состоит в том, что коэффициент отражения здесь ниже, чем для «правильных» CD, в результате этого носители CD-RW могут не читаться многими устаревшими дисководами CD-ROM или CD плеерами.

Отметим, что первоначальные спецификации для CD требовали, чтобы коэффициенты отражения для поверхности диска и углублений составляли минимум 70 и максимум 28 %, соответственно. Эти требования были введены, чтобы гарантировать надежное считывание данных фотодиодами 1980-х гг.

В настоящее время, в связи с усовершенствованием электроники эти требования оказываются чрезмерно завышенными.

Диск CD-RW имеет поверхностный коэффициент отражения 25-25 %. Поэтому система CD-RW работает в диапазоне коэффициентов отражения, равных ⅓ таковых из первоначальной спецификации компакт-диска. Однако для современных фотодиодов это не представляет никакой проблемы, достаточно организовать усиление электросигнала.

Спецификация «Мультичтения» («MultiRead»), составленная Philips и Hewlett Packard, а затем одобренная Ассоциацией технологий оптических ЗУ (Optical Storage Technology Association - OSTA), предусматривает необходимые корректировки, решая таким образом любые проблемы совместимости.

Кроме того, максимальные и минимальные уровни коэффициентов отражения диска CD-RW соответствуют требованиям спецификации CD для минимальной модуляции 60 %. Технология изменения фазы для CD-RW практически не зависит от длины волны лазера записи-чтения.

Диски CD-RW могут быть считаны как лазерами, используемыми в системах DVD (длина волны 650 нм), так и лазерами, применяемыми в приводах обычных CD (780 нм).

Mount Rainier

Спецификация, предложенная группой Mount Rainier (во главе с лидерами промышленности Compaq, Microsoft, Philips Electronics и Sony), имела своей целью сделать методы использования носителей CD-RW аналогичными НГМД или НЖМД - в частности, осуществлять при поддержке операционной системы операции в манере буксировки данных («drag and drop»). Спецификация Mount Rainier содержит следующие ключевые элементы:

• аппаратный контроль дефектных участков на диске. Хотя большинство программ, осуществляющих пакетную запись на CD-RW, использует возможности контроля дефектов, заложенных в UDF 2.5, проблема состоит в том, что программное обеспечение должно иметь полную информацию о дефектных участках диска. Подход, предложенный Mount Rainier, состоит в контроле на аппаратном уровне, так что если приложение будет пытаться произвести запись на «плохой» сектор, этот сектор будет «скрыт», а альтернативный предложен;
• логическая адресация записи в 2 Кбайта. В то время как CD-RW использует размер блока в 64 Кбайт, Mount Rainier требует поддержку логической адресации 2 Кбайт, таким образом обеспечивая «выстраивание» дисков CD-RW в одну линию с другими системами хранения данных, которые базируются на адресуемости 4 или 2 Кбайт;
• фоновое форматирование. Mount Rainier устраняет как временные задержки, так и необходимость использование программного обеспечения, не входящего в состав операционной системы или ПО записи на диск (это обычно связано с форматированием носителей CD-RW). Форматирование теперь осуществляется в режиме фоновой задачи, не заметной для пользователя.

OSD-технология

Целью технологии сверхвысокой оптической плотности (Optical Super Density - OSD) была разработка сменного магнитооптического носителя большой емкости (40 Гбайт или более), который имел бы надежность, соответствующую сегодняшним требованиям ISO для МО, достигал норм передачи данных, конкурентоспособных с жестким диском (30 Мбайт/с) и обеспечивал бы более низкую стоимость мегабайта памяти, чем другие оптические и магнитные технологии. Весной 1999 года Maxoptix Corporation - ведущий изготовитель МО-накопителей - объявил о создании OSD-тех-нологии.

Достижение целей проекта сложилось на основе ряда инновационных технологий:

• при технологии OverCoat Incident Recording (OCIR) записывающий слой размещается сверху подложки (подобно жесткому диску), а также используется толстый прозрачный акриловый слой, подобный защитному покрытию обратной стороны CD или DVD. Покрытие OSD более чем в 2000 раз толще, чем у жесткого диска и лент, но намного более тонко, чем подложка, используемая на обычных носителях МО. Поскольку это позволяет расположить линзу намного ближе к записывающему слою диска, OSD способна использовать более высокую числовую апертуру линзы, приводя к намного более высоким плотностям записи данных;
• массовая поверхностная запись - Surface Array Recording (SAR), здесь используются независимые головки для чтения/записи с обеих сторон носителя, чтобы позволить доступ к обеим сторонам диска одновременно. Это отличается от традиционных МО, где пользователи вынуждены переставлять носитель, чтобы прочитать данные, сохраненные на противоположной стороне диска;
• модуляция магнитного поля (Magnetic Field Modulation - MFM) обходит ограничения, свойственные традиционному использованию подмагничивания при записи данных на диси МО. Посредством использования небольшой магнитной головки в непосредственной близости от диска полярность магнитного поля может переключаться с самой высокой частотой; магнитное сверхразрешение - Magnetic Super Resolution (MSR): использование MFM меняет фактор ограничения плотности записи с длины волны лазера к способности выделить индивидуальные отметки при чтении, используя пятно луча, которое может охватить несколько отметок.

Форматы записываемых дисков DVD

Существуют пять версий записываемых DVD:

• DVD R обычный;
• DVD R авторизованный;
• DVD RAM (перезаписываемый);
• DVD RW;
• DVD+RW.

Все записываемые форматы DVD включают набор спецификаций, которые определяют физические характеристики среды записи. Этот уровень функционирования является «физическим уровнем среды», и возможность прочитать диск на специфическом проигрывателе или дисководе зависит от его способности поддержать соответствующий физический уровень независимо от того, какие данные записаны. Спецификация самого содержания подчинена множеству «прикладных уровней», которые определены Форумом DVD. Например, типичные кинофильмы выпускаются на тиражируемых дисках ROM (физический уровень), и при этом применяется формат DVD видео (прикладной уровень).

Все пишущие плееры могут читать диски DVD ROM, но каждый использует различные типы дисков для записи. DVD R, который появился в 1997 г., разрешает сделать только однократную запись (только последовательным образом), в то время как диски форматов DVD RAM, DVD RW и DVD+RW могут быть перезаписаны тысячи раз.

DVD RAM был первым перезаписываемым форматом, который появился на рынках летом 1998 года. Этот формат наиболее удобен для записи компьютерных данных из перезаписываемых форматов DVD для использования в компьютерах, поскольку он поддерживает обход дефектных участков и зонный формат CLV (постоянная линейная скорость), однако он несовместим с большинством проигрывателей (из-за различий в отражательной способности диска и незначительных отличий формата).

Форматы DVD RW и DVD+RW представляют собой эволюционное развитие существующих технологий CD-RW и DVD R, а потому обеспечивают лучшую совместимость с остальными представителями семейства изделий CD/DVD. DVD RW впервые появился в Японии в конце 1999 года и более нигде не использовался вплоть до 2002 г. DVD+RW перенес множество «фальстартов» и появился в конце 2002 года.

Проект Многоножка (Millipede)

В конце 1999 года Цюрихская научно-исследовательская лаборатория IBM обнародовала концепцию, согласно которой микро- и наномеханические системы могут конкурировать с электронными и магнитными устройствами в области запоминающих устройств большой емкости. Вместо того чтобы записывать биты, намагничивая точки на поверхности диска, новое устройство «Millipede» (многоножка, тысяченожка - по прозвищу разработчиков) выплавляет крошечные углубления в поверхности носителя.

Технология основана на использовании «ножек» (кончиков), установленных на концах крошечных консолей, чтобы сканировать мельчайшие детали поверхности. Кончики «многоножки» (числом 2024=32 х 32) нагреваются электрическим импульсом до 750 F (400 °С), что достаточно, чтобы выплавить отверстие в поверхностной пленке полимера диска. Кончики оставляют отверстия размером 30-50 нм, каждое из которых представляет один бит. Чтобы считать данные, «многоножка» определяет, находится ли «ножка» в отверстии, фиксируя температуру консоли.

Технологически элемент записи-чтения состоит из массива 64 х 64=4096 микрорычагов, занимающих 6.4 х 6.4 мм 2 и помещенных на кремниевый чип (20 х 20 мм2), изготовленный по новой технологии, позволяющей осуществлять непосредственную связь микрорычагов с CMOS-электроникой. Микрорычаги имеют раздельные нагреватели для записи и чтения и электростатический привод для движения в направлении оси z.

Высокие скорости работы с данными могут быть достигнуты совместной работой большого количества крошечных «ножек». Специалисты IBM полагают, что этот метод в конечном счете позволит достигнуть плотности хранения 500 Гбит/дюйм 2 .

Технология HD-burn

Компания Sanyo Electric Co., Ltd. (Япония) объявила о выходе новой технологии BURN-Proof, которая решала главную проблему записи на CD-R/DVD R-диски и коренным образом улучшала характеристики CD/DVD рекордеров. На этой основе Sanyo разработала технологию высокой плотности записи информации: отныне становится возможным поместить 2.4 Гбайт данных на обычном CD-R-диске емкостью 700 Мбайт.

Новая технология получила название «HD-burn» (High Density Burn) - запись высокой плотности. Для реализации нового метода создан новый комбинированный привод Sanyo SuperCombiDrive CRD-DV2. Перечислим особенности данной технологии.

На обычные CD-R-диски можно записывать стандартный объем информации - до 0.7 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с CD и DVD приводами.

На обычные CD-R-диски можно записывать удвоенный объем информации - до 2.4 Гбайт. При этом диски имеют полную совместимость с DVD приводами с учетом введения изменения в микропрограммы (firmware).

В режиме HD-burn достигается 36х скорость записи и 80х скорость чтения.

Технология записи BURN-Proof поддерживается без ограничения. Режим HD-burn также поддерживает CD-RW-диски. При этом достигается 24х скорость записи. Работа с HD-burn рекордером поддерживается несколькими популярными пакетами ПО, включая Nero Burning ROM (производство Ahead Software). В режиме HD-burn не могут записываться диски в формате CD-DA (Audio CD).

Диски, записанные по технологии высокой плотности, не будут читаться CD-приводами.

На диск, записанный с применением технологии HD-burn, будет помещаться 30 минут видео высокого качества (аналогичного DVD видео) с разрешением 720 х 576 точек.

Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе - CD-R-диске:

• длина пита (марки) на диске уменьшается до 0.62 мкм (для обычного CD - 0.83 мкм). Это означает, что HD-burn увеличивает емкость диска в 2.35 раза. Величина 0.62 мкм была выбрана для того, чтобы существующие DVD видеоплееры и приводы DVD ROM могли считывать диски HD-burn после незначительной модернизации;
• применяется иная система коррекции ошибок: вместо CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code - перекрывающийся код Рида-Соломона) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-26, что увеличивает емкость еще в 2.49 раза. Как сообщает Sanyo, новая система коррекции ошибок RS-PC не только более компактна, но и существенно более эффективна, чем CIRC. В итоге емкость одного CD-диска, записанного в режиме HD-burn, в 2 раза превышает емкость CD-диска, записанного в обычном режиме, - 2.49 х 2.35=2.0225.

Шаг спирали (подача дорожки) и область записи остались прежними, что позволяет использовать обычные CD-R-диски. Другие же технологии записи высокой плотности требуют изменения физических характеристик носителя. Например, технология DDCD (Double Density Compact Disc) от фирмы Sony не может работать с обычными дисками. На Рисунок 3.35, в показано сравнение длины пита HD-Burn диска с обыкновенными CD- и DVD дисками.

Форматы DVD дисков

Существует пять физических форматов (или книг) DVD, которые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

• DVD ROM - среда хранения данных большой емкости, только для чтения;
• DVD видео - цифровой носитель данных для кинофильмов;
• DVD аудио - только для хранения звука; формат, подобный аудиоСD;
• DVD R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;
• DVD RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD RW и DVD+RW.

Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 220 миллиметров, толщина 2.2 мм), диски DVD обеспечивают до 27 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии:

• DVD 5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4.7 Гбайт;
• DVD 9 - односторонний двухслойный диск на 8.5 Гбайт;
• DVD 20 - двусторонний однослойный диск 9.4 Гбайт;
• DVD 28 - вместимость до 27 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

Кроме того, есть проект формата DVD 24 - два слоя на одной стороне, один - на другой, который, будучи более простым в производстве, будет заменять DVD 28, пока потребность в последнем не проявится в полной мере.

Важно признать, что в дополнение к пяти физическим форматам DVD также имеет множество прикладных форматов типа DVD видео и DVD аудио.