Оптические запоминающие устройства
Общие сведения
Особенности оптических ЗУ. Оптическими запоминающими устройствами (ЗУ), или оптическими накопителями, называются устройства, в которых запись данных на носитель и считывание с него осуществляются с помощью лазера, генерирующего монохроматические электромагнитные колебания оптического диапазона в виде узконаправленного пучка света. Название «лазер» является аббревиатурой LASER английского сочетания слов Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света с помощью индуцированного излучения.
Носителями данных ЗУ служат оптические компакт-диски (Compact Disks — CD), пришедшие на смену музыкальным компакт- дискам, которые были разработаны для хранения звуковой информации и использовались в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, обеспечивая 74 минуты звучания. Позднее музыкальные компакт-диски были модифицированы для записи/чтения цифровой информации. Название «компакт-диск» обусловлено тем, что диск при достаточно малых размерах способен хранить большой объем информации. Например, на компакт-диск диаметром 120 мм можно записать 640 Мбайт двоичной информации. Для хранения такого объема информации потребовалось бы 444 дискеты высокой плотности записи.
Оптическое ЗУ помимо компакт-диска содержит блок оптико-механического привода, выполняющий функции, подобные функциям дисковода в накопителях на гибких магнитных дисках. Дисководы для считывания цифровых данных отличаются от подобных дисководов для музыкальных компакт-дисков наличием электронной схемы, наделенной дополнительными функциями выявления и коррекции ошибок. Это связано с недопустимостью ошибок при считывании цифровой (в отличие от звуковой) информации.
Накопители на магнитных и оптических дисках имеют общие принципы построения и функционирования. Их основными узлами являются дисковый носитель информации (данных), головка для за- писи/считывания и блок электропривода для вращения носителя и позиционирования головки. С помощью головки осуществляется запись данных на дисковый носитель и считывание с него. Однако использование оптического способа записи/считывания придает ряд характерных особенностей рассматриваемым запоминающим устройствам. Эти особенности отражаются на конструкции, характеристиках и параметрах оптических ЗУ, определяющих их достоинства и недостатки. Прежде всего оптические ЗУ относятся к накопителям со съемным диском. Многодисковые накопители, подобные винчестерам, не выпускаются, что объясняется сравнительно сложной конструкцией оптико-механического блока привода.
Запоминающие устройства на компакт-дисках стали неотъемлемой частью всех современных компьютеров. Если первые модели оптических ЗУ создавались как самостоятельные внешние устройства, то сегодня все модели выполняются как внутренние компоненты системного блока компьютера.
Конструкция компакт-дисков. Компакт-диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм для установки в дисковод. На диске размещена спиральная дорожка, которая начинается на внутренней и заканчивается на внешней части диска.
Вдоль дорожки нанесена информация в виде впадин (Pit) и площадок (Land). Для CD-ROM длина дорожки составляет 5772 м, ширина — 0,5 мкм, расстояние между витками — 1,6 мкм. Диск имеет многослойную структуру (рис. 12.1). Число слоев и сторон, используемых для записи/считывания, зависит от типа диска. Основными слоями цифрового оптического диска являются:
=> основа, в качестве которой обычно используется поликарбонат — синтетический полимер:
- • представляющий собой твердое бесцветное или желтое прозрачное вещество с температурой плавления от 150 до 270 °С;
- •устойчивый к действию воды, солей, минеральных и органических кислот и слабых растворов щелочей;
- • обладающий высокими физико-механическими характеристиками и электроизоляционными свойствами;
- •являющийся оптически прозрачным;
=> регистрирующий слой, предназначенный для фиксации данных при записи. Его материал зависит от типа компакт-диска;
=> отражающий (зеркальный) слой, выполненный из золотой или серебряной пленки либо из алюминия и его сплавов;
=> защитный слой из прозрачного лака.
Рис. 12.1. Физическая структура компакт-диска
Устройство и принцип работы накопителя. На рис. 12.2 приведена упрощенная структура накопителя на компакт-дисках. В его состав входят следующие основные компоненты:
=» полупроводниковый лазер, генерирующий световой поток с требуемыми длиной волны и интенсивностью для записи и считывания данных;
=> фотоприемник, предназначенный для преобразования светового потока в электрический сигнал, декодирования и передачи его в центральную часть компьютера;
=> подвижная каретка, перемещаемая с помощью серводвигателя к нужной дорожке на компакт-диске. Серводвигатель управляется командами, поступающими от встроенного процессора. На каретке установлены отражающее зеркало и фокусирующая линза',
=> разделительная призма и фокусирующая линза, предназначенные для направления отраженного луча на фотоприемник в режиме считывания.
Рис. 12.2. Упрощенная структура накопителя на компакт-дисках
При записи данных лазерный луч повышенной интенсивности, достигая поверхности диска, оставляет на регистрирующем слое впадину. Если лазерный луч выключен, в регистрирующем слое формируется площадка.
При считывании на диск воздействуют лазерным лучом пониженной интенсивности. Используются два механизма считывания: => так как высота впадины составляет четверть длины волны светового потока, то отраженный от впадины световой поток проходит путь, на половину длины волны больший, чем поток, отраженный от площадки. Волны на границе впадины и площадки находятся в противофазе и, складываясь, гасят друг друга. Разность световых потоков фиксируется в фотоприемнике;
=> при использовании в качестве впадины выжженного красителя (CD-R) впадины не отражают свет, а площадки отражают.
