Ewolucja Nośników Odczytu i Zapisu Danych

Ewolucja NośnikówEwolucja NośnikówOdczytu i Zapisu Odczytu i Zapisu

Danych Danych

Optyczne nośniki pamięci

Światło jest falą elektromagnetyczną o takich istotnych parametrach jak częstotliwość drgań f oraz długość λ

Źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fc/Spectre.svg/350px-Spectre.svg.png

n

cv

nf

c

Elementy optyki

n – współczynnik załamania światła

Źródło: http://bi.gazeta.pl/im/1/2991/z2991021G.jpg

Laser

W optycznych nośnikach danych stosuje się wiązki światła laserowego – wiązki promieniowania monochromatycznego o

niewielkiej średnicy i niewielkiej rozbieżności.

Zasada działania lasera

http://technologialaserowa.republika.pl/zdiecia/schemat.jpg

Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący. Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.

W systemach pamięci istotna jest możliwość zogniskowania wiązki fal do plamki o jak najmniejszej średnicy.

NA

CD

Gdzie:C – współczynnik rozkładu energii wiązki

laserowej (typowa wartość tego współczynnika to 1,18)

NA - apertury liczbowej soczewki ogniskującej

Od średnicy plamki zależy gęstość zapisu informacji na nośniku optycznym. Zwiększenie tej gęstości można osiągnąć dwoma sposobami:

1.Zwiększając aperturę soczewki (CD/DVD/Blu-ray)

2.Zmniejszając długość fali (Blu-ray, HD-DVD)

Zmiany głębi ostrości

Zjawisko dwójłomności

Napotykane problemy:

2)(

8,0

NAz

h

A

55

Niedoskonałość materiałów oraz soczewek

Zmniejszenie amplitudy sygnału

Zapis

Istnieją 4 podstawowe metody zapisu nośnikach optycznych:

Zmiana fizycznego ukształtowania warstwy pamiętającej nośnika;

Nieodwracalna zmiana stanu (wypalenie barwnika polimerowego);

Zapis magnetooptyczny;Odwracalna zmiana stanu;

Odczyt

Źródło: http://pcu.republika.pl/CD/CDROM_pliki/image003.jpg

Odczyt nośnika optycznego polega na oddziaływaniu na zapisaną ścieżkę laserem o odpowiednio dobranej mocy. Na drodze odbitej od nośnika wiązki laserowej znajduje się fotoelement, który pozwala zmierzyć natężenie wiązki odbitej.

CD

Budowa i technologia płyt CD

http://articles.directorym.com/Images/Image.aspx?ParagraphId=844

Technologia wytwarzania płyt.

1. Premastering• tworzenie prototypu, układ danych

na matrycy

2. Proces tworzenia matrycy• Glasmastering – tworzenie matki.

laser naświetla obraz spirali, wzdłuż której będą pity i landy.

• Proces galwaniczny – z płytki matki wykonujemy niklową replikę (stempel), dzięki któremu tłoczymy płyty CD. Z jednego stempla można wytworzyć do kilkunastu tysięcy płyt.

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytyspirala.gif

http://img.chip.pl/i/5/4/0/8/482758_1a302d774a.jpg

Technologia wytwarzania płyt.

3. Schemat tłoczenia płyt CD.• Do produkcji CD używamy poliwęglanu• Powstaje przezroczysty kulisty dysk, który jest studzony.• Nanoszenie warstwy aluminiowej metodą metalizacji• Cały proces odbywa się w próżni z użyciem argonu• Specjalny lakier ochronny pokrywa powierzchnię metalizowaną przy użyciu

szybkoobrotowej maszyny, która równomiernie rozkłada lakier na powierzchni

• Lampa ultrafioletowa doprowadza do utwardzenia rozłożonej warstwy lakieru

• Cały proces trwa od 3 do 4 sekund.4. Drukowanie etykiet.• Warstwa odbijająca jest dodatkowo chroniona przez nadruk etykiety

producenta. Tworzy to dodatkowe zabezpieczenie płyty przed uszkodzeniem.

Technologia wytwarzania płyt.

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytyszklo.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytynagrywanie.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytyojciec.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytytloczenie.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytypowlekanie.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytymatka.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytypieczenc.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytymetalizacja.gif

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytygotowe.gif

Struktura płyty

Płyta CD (compact disc) jest poliwęglanowym krążkiem o średnicy 120 mm. W środku znajduje się otwór o średnicy 15mm.

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytycd.gif

Struktura płyty

Powierzchnia czynna zawiera długi ciąg mikroskopijnych wgłębień, które odpowiadają binarnemu 0. Każde wgłębienie ma 0,5 µm szerokości i od 0,83 µm do 3,56 µm długości. Nagrania są oddzielone od siebie przerwą szerokości 1,6 µm. Wgłębienia są mechanicznie wytłaczane w płycie.

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytypit.gif

Struktura płyty

http://www.cdrinfo.pl/artykuly/plyty/pics/plytyskala.gif

Struktura płyty

Wgłębienia pokrywa cienka warstwa (60-100 nm) metalu (aluminium, złota lub srebra). Dodatkowa warstwa polimeru (10-30 µm) pokrywa metal. Etykieta jest pokrywana serigrafią. Warto zwrócić uwagę na fakt, że wgłębienia są dużo bliżej serigrafii (20 µm), niż strony odczytu (ponad 1 mm). Dlatego łatwiej jest o stałe uszkodzenie płyty przez zadrapanie górnej powierzchni niż dolnej.

http://www.dysan.ab.pl/pics/plytacd_tbn.jpg

Struktura płyty

• Pit – wiązka rozproszona• Land – wiązka odbita

http://content.answers.com/main/content/img/CDE/CDROM_RD.GIF

Barwy płyt1. CD-RAby można było zapisać informacje za pomocą komputerowych nagrywarek, na przezroczysty dysk wykonany z poliwęglanu nakłada się warstwę barwnika. Najczęściej jest to azocyjanina z domieszką miedzi (płyty niebieskie) bądź niklu (krążki zielone) lub ftalocyjanina (barwa żółta, półprzezroczysta). Na tę warstwę nanosi się następnie powłokę odbijającą światło, wykonaną niemal zawsze z czystego srebra, a później zabezpiecza się te wszystkie delikatne warstwy lakierem ochronnym. Podczas zapisu laser nagrywarki oświetla przez krótką chwilę wybrane punkty płyty, co powoduje ich ogrzanie i prowadzi do nieodwracalnej zmiany stanu barwnika - wypalenia. Pierwotnie przezroczysty dla światła używanego w napędach CD o długości fali 780 nm związek chemiczny ciemnieje, dzięki czemu na płycie powstaje seria obszarów jasnych i ciemnych. Podczas odtwarzania danych z nagranego nośnika znacznie słabszy promień lasera odczytującego rozprasza się na zaciemnionych obszarach, bez przeszkód natomiast pokonuje punkty, gdzie barwnik pozostaje w swej pierwotnej, jasnej postaci. Światło odbija się od warstwy srebra i powraca do fotodetektora, który interpretuje zmiany jego intensywności jako zera i jedynki.

Barwy płyt

2. CD-RWBarwniki organiczne zmieniające kolor pod wpływem temperatury doskonale sprawdzają się w przypadku płyt jednokrotnego zapisu. Wytworzenie nośnika typu RW, czyli krążka wielorazowego zapisu, wymaga użycia zupełnie innych materiałów. Warstwa barwnika musi być zastąpiona substancją, która może wielokrotnie zmieniać stopień przepuszczalności światła. Funkcję tę pełni mieszanina metali, w skład której wchodzą srebro, ind, antymon i tellur.

DVD

Trochę historii ...

• LaserDisc – Pioneer (lata 70. XX wieku)• Pierwsze dyski wielowarstwowe – IBM

(przełom lat 80. i 90. XX wieku)• SD (Super Density) – Panasonic, Toshiba

oraz Time Warner• MM CD (MultiMedia CD) – Sony i Philips• DVD (Digital Video Disc) – DVD Consortium

Co różni DVD od CD?

• Stosowanie lasera o krótszej długości fali• Udoskonalenie aparatu optycznego• Efektywniejsza metoda kodowania• Zwiększenie powierzchni zapisu• Optymalizacja detekcji i korekcji błędów

Co różni DVD od CD?

link do obrazka

Rodzaje płyt DVD

• DVD-5– jednostronne, jednowarstwowe

• DVD-9– jednostronne, dwuwarstwowe

• DVD-10– dwustronne, jednowarstwowe

• DVD-18– dwustronne, dwuwarstwowe

DVD-5

• zapis jednostronny, jednowarstwowy• pojemność 4,7 GB• analogia do CDLink do obrazka

DVD-9

• zapis jednostronny, dwuwarstwowy• pojemność 8,5 GB• wydłużenie o 10% wszystkich nagrywanych śladów dla

ułatwienia odczytu danych Link do obrazka

DVD-10

• zapis dwustronny, jednowarstwowy• pojemność 9,4 GB• zapis dwustronny wymaga odwrócenia nośnikaLink do obrazka

DVD-18

• zapis dwustronny, dwuwarstwowy• pojemność 17 GB• trudny do wyprodukowaniaLink do obrazka

Różne standardy DVD

• Dyski tylko do odczytu– DVD-Video– DVD-Audio– DVD-ROM

• Dyski zapisywalne– jednokrotnego zapisu (DVD-R, DVD+R)– wielokrotnego zapisu (DVD-RW, DVD+RW,

DVD-RAM)

Dyski jednokrotnego zapisuDVD-R i DVD+R

Link do obrazka 1Link do obrazka 2

Dyski wielokrotnego zapisu

• Różnice między DVD-RW i DVD+RW są takie jak między DVD-R i DVD+R

• Różnice między DVD-RAM i pozostałymi:– ponad 100 000 cykli zapisu danych– duża wytrzymałość (30 lat)– nieczytelny w większości napędów DVDRW – wysoka cena

HD-DVD vs. Blu-ray

Trochę historii ...

• 1996r. – wynalezienie niebieskiego lasera (Shuji Nakamura)

• 2002 r. – udostępnienie formatu Blu-ray (Blu-ray Disc Association)

• 2003 r. – wprowadzenie formatu HD-DVD (DVD Forum) i zatwierdzenie jako oficjalnego następcę DVD

Budowa HD-DVD

• laser o długości fali 405 nm• soczewka o aperturze 0,65• warstwa ochronna 0,6 mm• pojemność jednej warstwy 15 GBLink do obrazka

Budowa Blu-ray

• laser o długości fali 405 nm• soczewka o aperturze 0,8• warstwa ochronna 0,1 mm• pojemność jednej warstwy 27,4 GBLink do obrazka

Struktura płyty Blu-ray

1. Górna warstwa lakieru 2. Warstwa poliwęglanowa 3. Warstwa zapisywalna

(numer jeden) 4. Półprzepuszczalna warstwa

rozdzielająca5. Warstwa zapisywalna

(numer dwa) 6. Warstwa ochronna7. Utwardzająca warstwa

ochronna Link do obrazka

Wojna formatów

19 lutego 2008 prezes firmy Toshiba, pan Atsutoshi Nishida, ogłosił podczas konferencji prasowej w Tokio oficjalną decyzję swojej firmy o wycofaniu się z wszelkich prac związanych z technologią HD DVD.

To już koniec naszej podróży po fascynujących ścieżkach nośników zapisu i

odczytu danych optycznych.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!