Pamięci optyczne i magnetooptyczne Karol Lichota Maciej Różański
Krótka historia nośników optycznych 1982 - wprowadzenie dysków audio CD-DA (Compact Disc Digital Audio). Płyta CD pozwala na zapis dwóch kanałów (stereo). Muzyka jest podzielona na ścieżki, po których można przeskakiwać bez konieczności przewijania. 1985 - wprowadzenie dysków CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) do komputerów umożliwiających przechowywanie danych. 1991 pojawienie się na rynku dysków CD-R (Compact Disc Recordable) 1994 - wprowadzenie Video CD- format ten umożliwia nagranie płyty zawierającej film zakodowany w formacie MPEG lub MPEG2.
Historii cd. 1995 Toshiba i konsorcjum Philips/Sony rozpoczynają prace nad formatem DVD. 1995 rozpoczęcie prac nad niebieskim laserem. 1996 - wprowadzenie CD-RW (Compact Disc ReWritable). 1998 DVD trafia do sprzedaży. 2001 - opracowanie standardu Blu-ray. 2008 Ostateczny triumf Blu-ray nad konkurencyjnym HDDVD
Płyty CD zasada działania Dioda laserowa emituje w kierunku lustra promień podczerwieni o niewielkiej mocy. Silnik sterujący wykonuje instrukcje mikroprocesora, ustawiając promień lasera na właściwej ścieżce dysku dzięki odpowiedniemu ustawieniu luster. Gdy promień trafi w dysk, odbite światło jest odbierane i skupiane przez pierwszą soczewkę, a następnie kierowane w kierunku pryzmatu. Zwierciadło półprzezroczyste kieruje powrotny strumień światła laserowego do kolejnej soczewki skupiającej. Ostatnia soczewka kieruje promień światła na fotodetektor, który konwertuje światło na impulsy elektryczne. Impulsy te są dekodowane przez mikroprocesor i wysyłane do komputera jako dane.
Płyty CD zasada działania
Płyty CD zasada działania Dane w postaci binarnej. Logiczne 0 i 1 mają swoje fizyczne odwzorowanie w postaci dziur (pit) i powierzchni płaskich (land). Wiązka laserowa zostaje odbita na landach bądź rozproszona na pitach. Wartości 0 i 1 generowane są na podstawie zmiany pit na land lub odwrotnie. Kiedy jest zmiana generowana jest wartość 1 a kiedy jej nie ma 0. Poszczególne dziury na CD mają głębokość 0,125 mikrometra i 0,6 mikrometra szerokości. Zarówno dziury, jak i obszary płaskie mają długość od 0,9 mikrometra (najkrótsze) do 3,3 mikrometra (najdłuższe). Ścieżka ma postać spirali, której kolejne zwoje są od siebie oddalone o 1,6 mikrometra.
Płyty CD zasada działania Nagrania są oddzielone od siebie przerwą szerokości 1,6 µm. Wgłębienia są mechanicznie wytłaczane w płycie.
Płyty CD - Budowa Na rysunku widzimy poszczególne warstwy typowej płyty CD. Patrząc od strony lasera mamy: 1.Główna przejrzysta warstwa poliwęglanowa (grubość ok. 1mm) chroniąca zapis danych. 2.Warstwa refleksyjna (60-100 nm) aluminium, złota lub srebra (odbijająca promień lasera). 3.Warstwa poliwęglanowa (10 30 μm) chroniąca folię. 4. Etykieta (nadrukowana lub naklejana).
Produkcja płyt CD Szklany dysk o średnicy 240 mm i grubości 6 mm jest spiralnie powlekany warstwą światłoczułą o grubości około 150 mikronów, a następnie warstwa jest utwardzana przez wygrzewanie w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez 30 minut.
Produkcja płyt CD Materiał na płytę jest od razu przygotowywany w technice cyfrowej lub pochodzi z tak zwanej taśmy matki, która służyła do produkcji płyt winylowych. Wypalany jest w warstwie fotorezystancyjnej jak w zwykłej nagrywarce.
Produkcja płyt CD Dysk master jest powlekany warstwą stopu niklowego w procesie zwanym galwanizacją. W wyniku tego procesu otrzymujemy metalowy odcisk zwany father (ojciec).
Produkcja płyt CD Następnie proces elektroformowania powtarzany jest na "ojcu". Przeciętnie udaje zrobić się 3-6 odbić, dopóki jakość "ojca" nie pogorszy się nadmiernie. Te odbicia te nazywane są matkami".
Produkcja płyt CD Proces powtarzany jest jeszcze raz, owocując tym razem tak zwanymi "synami" lub matrycami - nimi będzie się odbijać płyty. ich również można odbić 3-6 z każdej "matki".
Produkcja płyt CD Ostatnim etapem jest wyciskanie matrycą w poliwęglanie już gotowej płyty. Uformowany poliwęglan pokrywany jest odblaskowym metalem - z punktu widzenia właściwości optycznych akceptowane są aluminium, miedź złoto i srebro. Złoto jest zbyt drogie, a miedź nadaje specyficzny wygląd. Dlatego najczęściej stosowane są srebro oraz aluminium.
Produkcja płyt CD Na metal nakładana jest cienka warstwa plastiku (1-30 µm). Może to być nitroceluloza lub akryl utwardzany ultrafioletem. Na tej warstwie nadrukowywana jest etykieta.
Płyty DVD - Budowa DVD (ang. Digital Versatile Disc cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia) Nośnik optyczny podobny do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej gęstości zapisu. Wiązka lasera o krótszej długości światła. Możliwość nakładania dwóch warstw na siebie. Możliwość zastosowania krążków z obustronnym zapisem. Płyta DVD musi zawierać system plików UDF Istnieje bardzo wiele rodzajów płyt DVD.
Płyty DVD - Budowa
Rodzaje płyt DVD
Rodzaje płyt DVD DVD-ROM - jest podstawowym formatem i jako płyta przeznaczona jest do przechowywania danych. DVD-Video (często nazywane po prostu DVD) określa format zapisu danych wideo na dysku i sposób ich odgrywania przez odtwarzacze stacjonarne lub komputer z napędem DVD. DVD-R - jest to format jednorazowego zapisu, oferujący zapis do 7,9 GB danych. DVD-RW - oferuje nam możliwość wielokrotnego zapisu i pojemność 4,7 GB na stronę. Główną i niepodważalną zaletą tego formatu jest możliwość odczytu nagranej płytki przez większość dostępnych na rynku stacjonarnych odtwarzaczy i napędów komputerowych DVD. DVD+RW - teoretycznie najszybszy w zapisie, oferujący pojemność 4,7 GB (wczesne wersje tylko 3 GB), kompatybilny z DVD, nie unikający także zapisu CD-R i RW (poszczególne modele).
DVD-R Dodatkowa warstwa zapisywalna organiczny polimer Powierzchnia płyty odbijająca - pity rozpraszające Powierzchnia płyty rozpraszająca pity odbijające
DVD-RW materiały o zmiennej fazie Kodowanie danych oparte na zamianie obszarów o strukturze krystalicznej na amorficzną i procesie odwrotnym.
DVD-RW Zapis, odczyt, kasowanie
Optyczne charakterystyki materiałów
Przegląd materiałów - wymagania Wymagania dla nośników Zapisywalność Trwałość zapisu Łatwy odczyt Możliwość kasowania Powtarzalność Wymagania materiałowe Szklana forma Stabilny stan amorficzny (10 lat) Duży stosunek s/n Szybka rekrystalizacja Stabilna warstwa stosu Właściwości materiałowe Niski poziom topienia (500 o C) Wysoka energia aktywacji Duże różnice optyczne Faza krystalizacji Niskie naprężenia
Przegląd materiałów
Parametry płyty DVD Głębokość zagłębienia (pitu) równa jest jednej czwartej długości fali światła odczytującego i wynosi dla płyty DVD ok. 0,16 µm Droga optyczna odbitego promienia w porównaniu z tą, gdy światło natrafi na land (wypukły obszar), jest przesunięta w fazie w stosunku do wiązki padającej o 1/2 długości fali i zgodnie z prawami optyki falowej promień lasera ulegnie wygaszeniu Na czujniku w napędzie DVD obserwujemy wówczas rozbłyskujące (odbite od landów) gasnące (odbite od pitów) światło pitów i landów (0,4-1,87 µm dla krążka DVD
CD a DVD
Blu - Ray Oparty na niebieskim laserze Oparty na arsenku galu Długość fali: λ= 405 nm
Blu Ray - parametry Pojemność: 25 GB dla płyty jednowarstwowej 50 GB dla płyty dwuwarstwowej Prędkość odczytu: 1x36Mb/s & 2x72Mb/s Kodowanie: MPEG-2 H.264 (MPEG-4 Part 10) VC-1 Obsługa Javy: Interaktywnemenu Funkcje sieciowe odtwarzaczy Blu-ray
Porównanie nośników optycznych CD DVD Blu-Ray
DVD a Blu-Ray
CD a DVD a Blu-Ray CD DVD Blu-Ray Długość fali lasera Najmniejsze zagłębienia Odl. między ścieżakmi 780 nm 635-650 nm 405 nm 0,83 um 0,4 um 0,15 µm 1,6 um 0,74 um 0,32 µm Długość spirali 5-6 km 11 km -
Pamięci Magnetooptyczne
Co to są dyski magnetooptyczne? z ang. magneto-optical disk, skrót M.O. Dysk wymienny w postaci krążka pokrytego warstwą materiału magnetycznego Pole magnetyczne wytwarzane przez cewkę dysku magnetooptycznego jest za słabe więc obszar bitu na dysku podgrzewa się promieniem lasera, co czyni go podatnym na magnesowanie. Przy odczytywaniu dysku magnetooptycznego wykorzystuje się właściwość światła laserowego nazywaną efektem Kerra.
Podział dysków magnetooptycznych Parametry dysków: 3,5 cala mają pojemności od 128 MB do 2,3 GB 5,25 cala - maja pojemność od 650 MB do 9,1 GB Możliwości zapisu: write-once" - jednokrotny zapis danych na dysku. "rewritable - wielokrotny zapis danych na dysku
Zapis Danych Dysk przesuwa się (obracając) w polu magnetycznym powodującym jego magnesowanie. Miejsca, które mają zostać rozmagnesowane, oświetlane są wiązką światła laserowego o dużej energii, powodującą punktowe nagrzewanie nośnika magnetycznego powyżej temperatury punktu Curie. Powoduje to rozmagnesowanie tego obszaru.
Magnetooptyczne zjawisko Kerra Światło spolaryzowane odbite od próbki wykazującej magnetyzację doznaje małego obrotu płaszczyzny polaryzacji. Efekt Kerra jest podobny do zjawiska Faradaya w którym podobny obrót zachodzi po przejściu wiązki światła przez materiał wykazujący efekt Faradaya.
Odczyt danych Do odczytywania dysku magnetooptycznego wykorzystuje się właściwość światła laserowego nazywaną efektem Kerra. Gdy promień lasera odbija się od namagnesowanego miejsca, wówczas jego polaryzacja ulega skręceniu w kierunku zależnym od kierunku pola magnetycznego. To skręcenie jest rozpoznawane przez głowicę jako przeczytany bit
Technologia MSR Magnetically Super Resolution - nowy optyczny system wykrywania został opracowany przez Sony i Fujitsu. Technologia umożliwia podwojenie gęstości zapisu, podczas gdy jest w stanie zachować pełną zgodność w odniesieniu do oryginalnego nagrania magneto-optycznego.
Zalety MO Wymienność i wielokrotny zapis nośników Niezawodność Odporność na zanieczyszczenia Odporność na zewnętrzne pola magnetyczne Łatwa instalacja i użytkowanie Zgodność ze światowymi standardami
Wady Wysoka cena Mała szybkość zapisu/odczytu danych