Опти́ческий диск () — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического (лазерного) излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками — «питами» (от — «ямка», «углубление») на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.
Ранняя история
Первое задокументированное историческое использование оптического диска произошло в 1884 году, когда Александр Грэм Белл, Чичестер Белл и Чарльз Самнер Тейнтер записали звук на стеклянный диск с помощью луча света.
— очень ранний (1931) пример записывающего устройства, использующего свет как для записи, так и для воспроизведения звуковых сигналов на прозрачной фотографии .
Ранний аналоговый оптический диск, использовавшийся для видеозаписи, был изобретен Дэвидом Полом Греггом в 1958 году и запатентован в США в 1961 и 1969 годах.
Первым способ воспроизводить данные с оптических дисков изобрёл в 1958 году американский электроинженер Дэйвид Грегг, запатентовавший его в 1961 году и, с улучшениями, в 1969-м. По его словам, идея использовать луч для получения картинки пришла к нему, когда он увидел в магазине фотографию, полученную с помощью новейшего электронного микроскопа. Способ записи и воспроизведения, описанный в патенте Грегга, является, по сути, самой ранней формой DVD-дисков, и был использован в 1990 году корпорацией «Pioneer» для разработки собственного патента на оптический диск.
Другой американский изобретатель, Джеймс Рассел, считается первооткрывателем способа записи на оптическом носителе цифрового сигнала, который наносился на тонкую металлическую плёнку прожиганием с помощью мощной галогенной лампы. Рассел подал заявку на патент в 1966, патент был выдан ему в 1970. После судебного разбирательства крупнейшие производители оптических дисков, начавшие их массовое производство в начале 1980-х, компании «Sony» и «Philips», были вынуждены заплатить Расселу за соответствующие лицензии, а затем права на патент у него выкупила канадская компания «Optical Recording Corporation».
Диски, получаемые по технологиям и Грегга, и Рассела, были гибкими и использовали транспарентный (прозрачный) метод чтения, который имел массу недостатков. В 1969 году, в Голландии, физик-естествоиспытатель из исследовательской лаборатории компании «Philips» Питер Крамер (Pieter Kramer) изобрёл оптический видеодиск с рефлексивным методом чтения, — с подложкой, отражающей сфокусированный лазерный луч. Заявка на патент была собрана в 1972 году, но выдан патент был лишь в 1991-м. По существу, именно изобретение Крамера стало стандартом для оптических дисков. В 1975 году компании «Philips» и «MCA» приступили к совместной разработке промышленного образца оптического видеодиска. Через три года долгожданный образец был представлен в Атланте под названием «Laserdisc». «MCA» занялось производством дисков, а «Philips» — проигрывающих устройств. Однако, на высококонкурентном рынке товар оказался слишком дорогим и коммерчески неуспешное партнёрство было прекращено.
В Японии и США, до появления DVD-носителей, лидером по производству оптических видеодисков оставалась компания «Pioneer». Распростившись с «MCA», компания «Philips» организовала партнёрство с японской компанией «Sony», совместно с которой в 1979 году приступила к разработке уже не видео, а аудиодиска. Существовавшим на тот момент магнитным носителям заметно не хватало объёма и надёжности хранения аудиозаписей, потенциально они на порядок уступали носителям, произведённым с использованием оптических технологий. Результатом сотрудничества стало изобретение и промышленный выпуск в начале 1980-х аудио-дисков, ставших своеобразным техническим прорывом в области хранения информации, — постепенное развитие этой технологии, с переходом с аналогового на цифровой способ кодировки, вскоре совершенно вытеснили магнитные носители.
Развитие технологии
В происшедшем развитии технологии производства оптических дисков различают так называемые генерации или поколения, основным признаком которых служит объём информации, доступный для хранения на одном диске, от поколения к поколению увеличивавшийся во много раз. Увеличить объём и улучшить прочие существенные характеристики позволяли новые способы лазерной записи, использующие всё более тонкие материалы.
Компании Sony и Philips в середине 1980-х годов разработали первое поколение компакт-дисков, включая полные спецификации для этих устройств. Эта технология позволила в значительной степени преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Для этого аналоговый сигнал преобразовывался в 16-битный двоичный с частотой Гц. Такая частота дискретизации была основана на частоте Найквиста, составляющей 40 000 отсчетов в секунду, которая необходима для захвата слышимого диапазона частот до 20 кГц без искажений (алиасинга), с учетом дополнительного запаса для использования несовершенных аналоговых аудиопрефильтров для удаления более высоких частот. Первая версия стандарта позволяла хранить до 74 минут музыки или 650 МБ данных.
Магнитооптические диски представляют собой перезаписываемые носители, которые можно использовать для записи и чтения информации многократно. Впервые эти носители и соответствующие приводы были представлены в конце 1987 и начале 1988 года компаниями Sharp, MCI, Sony и другими, причём все они использовали интерфейс SCSI.Емкость носителей варьировалась от 512 МБ для 130-миллиметровых дисков до 160 МБ для 90-миллиметровых. К 1998 году более 12 производителей предлагали свыше 50 моделей с носителями диаметром 86 и 130 мм, емкость которых достигала 2600 МБ, причём почти все они также использовали интерфейс SCSI.
Оптические диски второго поколения предназначались для хранения больших объемов данных, включая цифровое видео вещательного качества. Такие диски обычно считываются лазером видимого света (чаще всего красным). Меньшая длина волны и большая числовая апертура позволяют получить более узкий луч света, что обеспечивает меньшие размеры углублений на диске. В формате DVD это позволяет хранить 4,7 ГБ на стандартном одностороннем однослойном диске диаметром 12 см. Меньшие носители, такие как , могут иметь емкость, сравнимую с емкостью более крупного стандартного 12-сантиметрового диска.
Оптические диски третьего поколения применяются для распространения видео высокой чёткости и видеоигр, а также обладают большей ёмкостью для хранения данных. Это достигается за счет использования лазеров с видимым светом короткой длины волны и оптики с большей числовой апертурой. Blu-ray диски и HD DVD используют и фокусирующую оптику с увеличенной апертурой, что позволяет работать с дисками, имеющими меньшие углубления, тем самым увеличивая объем хранимых данных на слой. На практике эффективная емкость мультимедийных презентаций повышается благодаря усовершенствованным сжатием данных кодеками, таким как H.264/MPEG-4 AVC и VC-1.
Форматы четвёртого поколения выходят за рамки текущих дисков третьего поколения и способны хранить более одного терабайта (1 ТБ) данных, причем по крайней мере некоторые из них предназначены для хранения архивных данных в центрах обработки данных.
Исследователи из австралийского университета RMIT и , Китай, разработали радикально новый тип высокопроизводительных оптических дисков большой ёмкости. Один новый диск способен сохранить до 10 ТБ (терабайт) данных и обеспечить сохранность этих данных на протяжении более шести сотен лет. Показатели нового оптического диска в четыре раза превышают информационную ёмкость существующих технологий и в 300 раз — по продолжительности хранения информации.
Привод оптических дисков
При́вод оптических дисков — электромеханическое устройство для считывания и (в большинстве современных моделей) записи, посредством лазера, информации с оптических дисков в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. п.). Разработанный компаниями Philips и Sony в конце 1970-х первоначально для чтения компакт-дисков, для абстрагирования от формата и типа диска, в обиходе называется обобщающим названием дисковод, по принципу чтения информации с носителя. Сам по себе оптический привод может быть в виде составляющей конструкции в составе более сложного оборудования (например, бытового DVD-проигрывателя) либо выпускаться в виде независимого устройства со стандартным интерфейсом подключения (PATA, SATA, USB), например, для установки в компьютер.
Диагностика ошибок поверхности
Оптические носители можно заранее проверять на наличие ошибок и ухудшения состояния задолго до того, как данные станут нечитаемыми. Оптические форматы содержат избыточность для коррекции ошибок, которая работает до тех пор, пока количество ошибок не превысит определенный порог. Повышенная частота ошибок может свидетельствовать об ухудшении качества носителя, его низком качестве, физических повреждениях, загрязненной поверхности или о записи данных с использованием неисправного оптического привода.
Точное сканирование ошибок требует доступа к необработанным, неисправленным данным с диска, что не всегда предоставляется приводом. Поэтому поддержка этой функции зависит от производителя и модели оптического привода. На обычных приводах без такой возможности можно косвенно, но гораздо менее надежно, искать неожиданное снижение скорости чтения.
Примечания
Ссылки Reference Guide for Optical Media by Terence O’Kelly (Memorex Inc.) Taylor, J., Zink, M., Crawford, C. & Armbrust, C. Blu-ray Disc Demystified. McGraw-Hill Education, 2008
Категория:Оптические диски