Rozdělení optických mechanik a médií

CD media

CD - Compact Disk

• disky s optickým záznamem informací. 3 druhy disků

• CD-ROM - pouze pro čtení

• WORM - (Write Once, Read Many) - 1x zapsat, vícekrát číst

• EO (Erasable Optical) disk - mazatelný optický disk, (WMRM - Write Many, Read Many) magnetooptický disk

Aktuálně nepříliš často využívaná mechanika pro média [28].

• velká hustota záznamu dat (optické vlastnosti lze zaznamenat na menší plochu než magnetické vlastnosti!)

• čtení využívá odrazu laserového paprsku od povrchu media

• velká trvanlivost záznamu a odolnost proti nechtěnému smazání (na rozdíl od magnetického záznamu)

• snadná výměna média (na rozdíl od pevného disku)

Rozebraná mechanika s vysvětlivkami a ukázkami co vše je v ní obsaženo [1].

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.

[28] ASIM18. Wikipedie [online]. 21.8.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/95/ASUS_CD-ROM_CD-S520-A4_20080821.jpg/1920px-ASUS_CD-ROM_CD-S520-A4_20080821.jpg

Licence - CC BY-SA 3.0

CD-ROM

• vlnová délka laseru je 780nm (infračervené světlo - mimo rozsah lidského zraku)

• velikosti jednotlivých pitů (záznamových bodů)

• nemá stopy jako soustředné kružnice, ale jedinou stopu zatočenou do spirály (jako u gramofonové desky) - obrázek 

• při záznamu se používá PCM (pulzně kódová modulace)

• disk nemá konstantní otáčky, otáčky se mění podle místa disku (u okraje asi 200ot/min, u středu 550ot/min) > zpomaluje přístupovou dobu (čeká se vždy na ustálení otáček), má však pozitivní vliv na hustotu záznamu

Princip čtení CD mechaniky [29].

•  střední vybavovací doba o řád vyšší než u pevného disku (100ms)

• záznam se provádí lisováním, podobně jako u gramofonové desky

• na vzor, kde jsou pity zaznamenány negovaně, se napaří tenká vrstva odrazového materiálu, která se poté sejme a zataví do ochranného plastu

• kapacity 680MB, tv 100ms

• použití: software (instalační, databáze, slovníky, encyklopedie, multimediální programy,…)

Zápis na disk, stejně jako čtení se provádí podobně jako u gramofonové desky od středu ke kraji.

[29] HOIKKA1. Wikipedie [online]. 23.11.2011 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Cd_optical_reading_technology.png

Licence - CC BY-SA 3.0

CD-R

• patří do skupiny WORM

• vše (kapacita, vlnová délka, velikost pitů...) je stejné jako u CD-ROM

• prodává se jako nenaprogramované

Princip zápisu

• laser ohřeje vrstvu organického barviva, která se v ohřátém místě zakalí a nepropouští světlo. Při čtení se čtecí paprsek rozptýlí, zatímco neohřátými místy pronikne k reflexní vrstvě, od které se paprsek odrazí.

• nejvyužívanější rychlost zápisu na CD-R je 48x

• vrstvy CD-R jsou znázorněny na obrázku 

Technologie

Reflexní vrstva

• zlato (drahé, vysoká odrazivost)

• stříbro (nízká odrazivost)

• „silvergold“ (kompromis)

Organické barvivo

• má rozhodující vliv na trvanlivost záznamu. Je typická pro každého výrobce

• Cyanin - světlezelená až zelená barva datové strany

• Ftalocyanin - bezbarvý, vyšší odolnost proti slunečnímu UV záření. Barva datové strany odpovídá barvě reflexní vrstvě (Au, Ag, silvergold)

• Azo - modrá barva. Používá silvergold nebo Ag reflexní vrstvu

• Kombinují se různé tloušťky i materiály s cílem zvýšit odolnosti proti UV záření, vyšší rychlostí zápistu a kompatibilitou s mechanikami CD-ROM

• Využití CD-R: zálohování dat (trvanlivost 70-200let), kopie audiodisků (pro vlastní potřebu :o)

[30] EIFERT, Klaus. Wikipedie [online]. 17.1.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/CD_Querschnitt.png?uselang=cs

Licence - CC BY-SA 3.0

CD-RW

• patří do skupiny WMRM

Princip zápisu

• aktivní vrstva se může nacházet ve dvou stavech:

• krystalická fáze - propustná pro laserový paprsek

• amorfní fáze - paprsek se rozptýlí a k reflexní fólii vůbec nepronikne

• výchozí je krystalická fáze (CD je prázdné)

• laserový paprsek zahřeje aktivní vrstvu na 500-700°C, při následném ochlazování dojde k fázové přeměně do amorfního stavu

• mazání se provádí zahřátím na 200°C, při chladnutí se zase vrátí do krystalické fáze

• mazání celého CD (desítky minut)

• mazání pouze TOC (Table Of Contens) - obdoba FAT, smaže se za několik minut, ale vlastní data jsou na CD dále (!)

• čtení principielně stejné jako u CD-R, mechanika musí být citlivější, neboť odrazivost je nižší

Technologie

Mnoha uživatelům známe dříve využívané přepisovatelné CD [31].

• vrstvy disku jsou zobrazeny na obrázku 

• aktivní vrstva - slitina Ag-In-Sb-Te

• vlnová délka zápisového laseru 780nm

• Použití: zálohování dat (nižší trvanlivost - 300let) s požadavkem na častější aktualizaci

• Vyšší cena na 1MB uložených dat než u CD-R

[31] DONKEY2005. Wikipedie [online]. 21.1.2006 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/0/00/CDRW.jpg

Licence - volné dílo

DVD

• Kapacita 4,7GB

• používá stejnou technologii jako CD

• aby bylo možné zmenšit velikost pitu, je nutné zmenšit vlnovou délku laseru

• vlnová délka je 650nm (červené světlo)

• používané formáty jsou DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW

• vznikly kvůli neschopnosti velkých firem dohodnout se na jednom formátu

• řešením se naštěstí staly univerzální mechaniky schopné pálit na oba formáty

• používá se i formát DVD-RAM, se kterým je možno pracovat jako s RAM pamětí (pevným diskem)

• přidáním polopropustné vrstvy je možné na jednu stranu disku umístit další vrstvu pro zápis a zdvojnásobit tak jeho kapacitu

Vysvětlivky

Single sided - jednostranné

Double sided - dvoustranné

Single layer - jednovrstvé

Double layer - dvouvrstvé

Substrate - substrát

Adhesive - lepicí vrstva

Lacquer - lak

Reflective layer - odrazivá vrstva

• pokud se na každou stranu disku umístí dvojvrstvá záznamová vrstva, může se kapacita vyšplhat až na 17GB

• čtení poté probíhá buď otočením média, nebo speciální mechanikou, která má dva čtecí lasery (nutno podotknout, že oboustranná média ani mechaniky se zatím neprodávají)

• u lisovaných filmových médií byly pro horší kopírovatelnost filmů zavedeny tzv. regiony

• mají zamezit přehrání filmu v jiné části světa, než kde byly prodány

Porovnání laserového čtení CD a DVD [32], 

[32] 27556229. Wikipedie [online]. 20.3.2011 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/CD_DVD_Comparison.png

Licence - CC BY-SA 3.0

BRD a HD DVD

• nástupcem DVD se mohou stát obě tyto technologie, každá přináší další nárůst kapacity a některé výhody a nevýhody

Dva kapacitní konkurenti optických médií [1].

BRD

• Sony, Philips, JVC, Pioneer, Panasonic, HP, Dell, Hitachi, Samsung, TDK

• kapacita 23,3 GB, 25 GB a 27 GB na jednu vrstvu, případně 46,6 GB, 50 GB nebo 54 GB pro vrstvy dvě

• srovnání kapacity s DVD je na obrázku 

• Sony navíc uvádí, že připraví osmivrstvý disk s kapacitou 200GB

• používá technologii modrého laseru (další zmenšení vlnové délky a velikosti pitu)

• není zpětně kompatibilní, zato nárůst kapacity je zde větší než u HD DVD

• podpora ze strany filmových společností Columbia TriStar, Disney, MGM

• Toshiba, NEC, Sanyo, Memory-Tech, DVD Forum

• 15GB nebo 30GB dvouvrstvá

• používá technologii odvozenou od dnešních DVD > levnější přestavba výrobních linek

• z toho vyplývá velká výhoda a to zpětná kompatibilita (HD DVD přehrávačem půjde přehrát DVD)

• filmová studia podporující tento fomrát: New Line, Paramount, Universal, Warner Bros

• zatím je těžké předpovědět, který formát se prosadí na trhu (mohou to být oba současně jako v případě DVD-R a DVD+R)

• záviset bude také na tom, který formát bude podporován největšími filmovými studii (na kterých médiích budou vycházet filmy)

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.

HVD

Holografický záznam

• 200GB, 300GB výhledově i 1TB

• světlo z laseru se rozdělí na dva paprsky, referenční a datový

• využívá interferenční obrazce mezi referenčním a datovým paprskem

• na médium se nezaznamenává tok dat, ale datová stránka (matice pixelů) která se získá pomocí prostorového světelného modulátoru

• paprsek laseru se rozdělá na dva paprsky - referenční a signálový

• do signálového paprsku se pomocí prostorového světelného modulátoru vloží obraz stránky

• oba paprsky pak na záznamovém médiu interferují na fotocitlivé vrstvě

• změnou úhlu dopadu nebo frekvence referenčního paprsku je možno do jednoho místa uložit hned několik datových stránek (to přináší jeho velkou kapacitu)

• referenční svazek projde záznamovým médiem (holografické disky budou průhledné) a na detektoru je pak možno zrekonstruovat datovou stránku

Ukázka záznamu dat.

Ukázka čtení dat.

Porovnání optických médií

V současné době jsou tato média na ústupu, nahrazuje je možnost ukládat velké množství dat na internet, popřípadě flash disky. Samotný výskyt optických mechanik na nových noteboocích a miniaturních stolních PC je dnes spíše ojedinělý. Nové technologie jako Blu-ray disky se využívají jako nosiče filmů ve vysoké kvalitě.

Různé zaostřování laserového paprsku

Mechaniky zaostřují svůj laserový paprsek na různou vzdálenost podle toho, o jaké médium se jedná. 

Srovnání jednotlivých médií v rámci laseru a rozložení pitů [33].

Samoopravné kódy

Mechanickým poškozením, ale i působením času se na CD, DVD a BR diskách tvoří desítky až stovky tisíc špatných bitů. Pro přečtení a dekódování se používá cyklických kódů a Reed-Solomonových kódů.

• hledají se souvislé chyby, protože se soustřeďují do bloků (např.: škrábance na CD)

• blíže se samoopravným kódům věnuje učební text na adrese: http://home.zcu.cz/~kaisert/kody/kody.pdf

Nárůst kapacit - porovnání médií

Srovnání kapacit přenositelných médií optických mechanik [1].

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.

[33] CMGLEE. Wikipedie [online]. 8.10.2012 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Comparison_CD_DVD_HDDVD_BD.svg/768px-Comparison_CD_DVD_HDDVD_BD.svg.png

Licence - CC BY-SA 3.0