光碟

光碟

光碟,即高密度光碟(Compact Disc)是近代發展起來不同於磁性載體的光學存儲介質,用聚焦的氫離子雷射束處理記錄介質的方法存儲和再生信息,又稱雷射光碟。由於軟碟的容量太小,光碟憑藉大容量得以廣泛使用。我們聽的CD是一種光碟,看的VCD、DVD也是一種光碟。

基本信息

概述

光碟光碟

一種利用雷射將信息寫入和讀出的高密度存儲媒體。能獨立地在光碟上進行信息讀出或讀、寫的裝置,稱為光碟存儲器或光碟驅動器

由於軟碟的容量小,光碟憑藉大容量得以廣泛使用。我們聽的CD是一種光碟,看的VCD也是一種光碟。

現在一般的硬碟容量在3GB到20多GB之間,軟碟的容量為1.44MB多,光碟的最大容量大約是650MB,(DVD糟片單面4.7GB)。

光碟的存儲原理比較特殊,裡面存儲的信息不能被輕易地改變。也就是說我們常見的光碟生產出來的時候是什麼樣,就一直是那樣了那我們有沒有辦法把自己寫的文章存在光碟上呢?

有一種特殊的光碟CD-R是可以寫的,但需要使用"光碟刻錄機"才能把文章寫到CD-R光碟上。

說到這裡,我們來想一下,光碟是屬於記憶體儲器還是外存儲器呢?要記住,我們所說的內部存儲器就是記憶體,而外部存儲器都是可以電腦中拆卸下來的。常見的外部存儲器有硬碟、光碟、軟碟。

發展歷史

第一張視頻光碟——LD光碟。圖中大的是LD糟,小的是普通5寸光碟第一張視頻光碟——LD光碟。圖中大的是LD糟,小的是普通5寸光碟

1958年就發明光碟技術了,可是直到1972年,第一張視頻光碟才問世,6年後的1978年它開始在市場上賣。那個時候的光碟是唯讀的,雖然不能寫,但是能夠保存達到VHS錄像機水準的視頻,使得它很有吸引力。
CD—全稱:COMPACT DISC(雷射唱片,光碟)
CD代表小型鐳射盤,是一個用於所有CD媒體格式的一般術語,最大容量700MB。1982年8月31日傍晚,日本各大媒體都爭相報導“引發音頻之夢的數字Player終於上市”、“數字音頻時代開幕”等訊息。 原來,當天SONY.CBS/SONY.荷蘭飛利浦與POLYGRAM四家公司共同舉辦了CD這個數字錄音格式的發布會,並決定從秋季起開始在日本發售。直徑僅僅12cm,利用數位訊號錄音,只要一個按鈕就可執行選曲,能夠半永久的使用,CD實現了許多樂迷的夢想。是年10月1日,SONY推出了第一台CD機CDP-101。16萬8,000日圓的價格,對一般消費者而言是很難接受的。不過只要想到裡面的技術與開發時間,能做成商品的確是一個奇蹟。進入1983年後,其它公司的CD機也相繼上市,銷售形勢一片大好。但是,大家看到了,由於網路下載、mp3的出現,現在的CD也已經沒落。

採用紅外雷射——DVD光碟採用紅外雷射——DVD光碟

磁光碟—又叫MO光碟
MO全稱Magneto-Optical Disk,即磁光碟的意思。1991年第一張mo盤就已經開始發行,它具有體積小,不用安裝驅動程式,容量大等優點。但最終受到價格因素制約,沒能在個人用戶中普及開來。可是憑著超高的安全性和穩定性,目前仍有不少科研、政府機構或是蘋果機使用比較多的廣告公司仍在使用。最大容量可達9.1GB,普遍套用於電子郵件存儲,醫療圖像傳送與保存,聲音記錄,金融記錄存儲。
DVD是使用了不同雷射技術的CD,它採用了780納米的紅外雷射(標準CD則採用625-650納米的紅色雷射),這種雷射技術使得DVD可以在同樣的面積中保存更多的數據。一張雙層DVD容量可達8.5GB。
現在最引人矚目的,是藍光DVD和HD-DVD這兩種競爭的光碟技術。藍色雷射使得存儲的容量進一步增長,目前看起來,好像藍光DVD更流行一些。不過如果我們目光放更長遠一些,也許一種被稱為“Holographic Versatile Disc”的光碟,可以提供比藍光DVD大160倍的容量--高達3.9TB,相當於保存4600到11900小時的MPEG4格式的電影,最大容量大約50GB。

藍光光碟不算什麼——300G全息光碟
InPhase Technologies公司日前宣布已經開始量產並銷售全息存儲驅動器和300GB容量的全息光碟(HVD),其中驅動器“Tapestry HDS-300R”要價18000美元,300GB容量的全息光碟也高達180美元。目前主要的客戶是政府機構和大型企業。
InPhase在2005年4月就實現了200Gbit/平方英寸的存儲密度,06年初它們則宣布了,存儲密度達到了515Gbit/平方英寸,容量可達360GB全息光碟。這一存儲密度已經遠遠超過了包含硬碟在內的現所有存儲媒體(目前實驗室里硬碟單碟最高為345Gbit/平方英寸)。
根據InPhase給出的構想圖,全息光碟的容量將在2010年將提高到1.6TB,同時將寫入速度提升至120MB/s,也就是說在容量提升的同時存儲時間並不會變長;而在2008年,它們還將推出可擦寫的全息光碟,當然這一切只是計畫。
InPhase在2005年4月就實現了200Gbit/平方英寸的存儲密度,06年初它們則宣布了,存儲密度達到了515Gbit/平方英寸,容量可達360GB全息光碟。這一存儲密度已經遠遠超過了包含硬碟在內的現所有存儲媒體(目前實驗室里硬碟單碟最高為345Gbit/平方英寸)。
根據InPhase給出的構想圖,全息光碟的容量將在2010年將提高到1.6TB,同時將寫入速度提升至120MB/s,也就是說在容量提升的同時存儲時間並不會變長;而在2008年,它們還將推出可擦寫的全息光碟,當然這一切只是計畫。
全息光碟在存儲數據時,從不同角度在包含數據的信號光上層疊參照光,使之產生干涉,然後將干涉波記錄在介質上。通過稍稍改變參照光的角度來記錄,就可以在同一位置層疊記錄多個信號光。
目前300GB容量的全息光碟,採用雷射波長為407nm的藍紫色雷射,所使用介質的記錄層厚度為1.5mm,寫入時的數據傳輸速度為20MB/秒,使用壽命為50年。
● 雙光子3D技術——12cm光碟存儲1TB
美國Call/Recall公司日前宣布,它們已經成功開發並測試了TB級光碟,並且已經加入產品設計以及生產範圍的討論。早今年早期該公司開發的253GB光碟一樣,TB級光碟仍然採用雙光子吸收3D技術,利用雙光子吸收現象進行記錄時,由於能夠抑制上下記錄層之間的干涉(串擾),因此在多層記錄時便於通過縮小層間隔來提高記錄密度。
相對於早期的光碟技術,本次雙光子3D技術使用一特別“near-field” 透鏡和“three-dimensionally”螢光媒介技術。能夠在1.2mm厚的光碟片上記錄上百層,讓 DVD光碟大小的媒體達到全息一樣的存儲密度。
目前,雙光子吸收技術能夠實現50倍於藍光、400倍於DVD的容量,但是在未來Call/Recall的光學技術不光能夠實現1TB、5TB甚至15TB。Call/Recall公司總裁Wayne Yamamoto稱,“商業和企業必須存放和處理相當大的數據,並且需要定時維護和管理這些數據,Call/Recall光碟比磁帶機更具有管理和維護的優勢。”

特點

①信息存儲密度很高,達10位/ 毫米,約比磁碟高50倍,與黑白雙色調縮微品相當。一張 300毫米光碟單面的存儲容量達10~10位。用它可以存儲約50萬頁由文字數字編碼信息組成的A4資料,或5萬幀靜止的電視彩色圖像,或0.5~1小時電視節目,或2~3萬頁解析度為8線毫米的A4影像資料。②媒體的成本低廉,用唯讀光碟存儲圖像,以複製1000片作成本核算,低於縮微品、幻燈片。一次寫入光碟的每位存儲成本為磁帶的十五分之一。③光碟是一種電子存儲器,具有隨機存取特性。一次寫入光碟的平均存儲時間為62~300毫秒,可用作計算機大容量外存儲器。④存檔性能優良。因採用雷射讀寫信息,讀寫頭與碟片表面不接觸,無機械磨損,抗污染能力強,數據可靠,保存期超過10年。⑤適於存儲聲音、活動和靜止圖像、高解析度影像資料、數字編碼數據等多種信息。

原理

光碟是如何造出來的?面對這個問題,可能很多人都沒有辦法回答出來。我們的桌上型電腦,可以通過組裝的形式來製造,例如把處理器、記憶體、硬碟、主機板等配件,安裝在機箱裡,就形成了一台電腦。而一塊主機板則是通過電路板布線、貼片、焊接、外掛程式、再焊接等步驟完成的。然而,一張薄薄的光碟,它又如何才能製造出來呢?

要了解光碟的製造原理,首先就要了解光碟的結構,其結構同製造過程密切相關。大家都知道,光碟只是一個統稱,它分成兩類,一類是唯讀型光碟,其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等;另一類是可記錄型光碟,它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各種類型。

光碟分類

光碟電腦讀取光碟
CD:(Compact-Disc)光碟。CD是由liad-in(資料開始記錄的位置);而後是Table-of-Contents區域,由內及外記錄資料;在記錄之後加上一個lead-out的資料軌結束記錄的標記。在CD光碟,模擬數據通過大型刻錄機在CD上面刻出許多連肉眼都看不見的小坑。

CD-DA:(CD-Audio)用來儲存數位音效的光碟片。1982年SONY、Philips所共同制定紅皮書標準,以音軌方式儲存聲音資料。CD-ROM都兼容此規格音樂片的能力。

CD-G:(Compact-Disc-Graphics)CD-DA基礎上加入圖形成為另一格式,但未能推廣。是對多媒體電腦的一次嘗試。

CD-ROM:(Compact-Disc-Read-Only-Memory)唯讀光碟機。1986年, SONY、Philips一起制定的黃皮書標準,定義檔案資料格式。定義了用於電腦數據存儲的MODE1和用於壓縮視頻圖象存儲的MODE2兩類型,使CD成為通用的儲存介質。並加上偵錯碼及更正碼等位元,以確保電腦資料能夠完整讀取無誤。

CD-PLUS:1994年,Microsoft公布了新的增強的CD的標準,又稱為CD-Elure。它是將CD-Audio音效放在CD的第一軌,而後放資料檔案,如此一來CD只會讀到前面的音軌,不會讀到資料軌,達到電腦與音響兩用的好處。

CD-ROM XA:(CD-ROM-eXtended-Architecture)1989年,SONY、Philips、Micuosoft對CD-ROM標準擴充形成的白皮書標準。又分為FORM1、FORM2兩種和一種增強型CD標準CD+。

VCD:(Video-CD)雷射視盤。SONY、Philips、JVC、Matsu**a等共同制定,屬白皮書標準。是指全動態、全螢幕播放的雷射影視光碟。

CD-I:(Compact-Disc-Interactive),是Philips、SONY共同制定的綠皮書標準。是互動式光碟系統。1992年實現全動態視頻圖像播放

Photo-CD: 1989年,KODAK公司推出相片光碟的橘皮書標準,可存100張具有五種格式的高解析度照片。可加上相應的解說詞和背景音樂或插曲,成為有聲電子圖片集。

CD-R:(Compact-Disc-Recordable)1990年,Philips發表多段式一次性寫入光碟數據格式。屬於橘皮書標準。在光碟上加一層可一次性記錄的染色層,可通進行刻錄。

CD-RW:在光碟上加一層可改寫的染色層,通過雷射可在光碟上反覆多次寫入數據。

SDCD:(Super-Density-CD)是東芝(TOSHIBA)、日立(Hitachi)、先鋒、松下(Panasonic)、JVC、湯姆森(Thomson)、三菱、Timewamer等制訂一種超密度光碟規範。雙面提供5GB的儲存量,數據壓縮比不高

MMCD:(Multi-Mdeia-CD)是由SONYPhilips等制定的多媒體光碟,單面提供3.7GB儲存量,數據壓縮比較高。

HD-CD:(High-Density-CD)高密度光碟。容量大。單面容量4.7GB,雙面容量高達9.4GB,有的達到7GB。HD-CD光碟採用MPEG-2標準。
MPEG-2: 1994年,ISO/IEC組織制定的運動圖像及其聲音編碼標準。針對廣播級的圖像和立體聲信號的壓縮和解壓縮。

DVD:(Digital-Versatile-Disk)數字多用光碟,以MPEG-2為標準,擁有4.7G的大容量,可儲存133分鐘的高解析度全動態影視節目,包括個杜比數字環繞聲音軌道,圖像和聲音質量是VCD所不及的。

DVD+RW:可反覆寫入的DVD光碟,又叫DVD-E。由HP、SONY、Phioips共同發布的一個標準。容量為3.0GB,採用CAV技術來獲得較高的數據傳輸率

PD光碟機:(PowerDisk2)是Panasonic公司將可寫光碟機CD-ROM合二為一,有LF-1000(外置式)和LF-1004(內置式)兩種類型。容量為65OMB,數據傳輸率達5.0MB/s,採用微型雷射頭和精密機電伺服系統。

DVD-RAM:DVD論壇協會確立和公布的一項商務可讀寫DVD標準。它容量大而價格低、速度不慢且兼容性高。

套用

最先進存儲——藍光DVD、HD-DVD最先進存儲——藍光DVD、HD-DVD

在國外,光碟除已較廣泛地用於文娛、教學、職業訓練等領域外,在情報圖書領域已實現商品化的有下列幾個主要方面:①情報圖書資料檢索。美國圖書館公司的書目文檔小型光碟唯讀存儲器,每張存儲100萬條機讀目錄 (MARC)記錄。信息存取公司的Info-trac電視唱片題錄系統,每張存儲50萬條報刊題錄。伯格曼公司PATSEARCH電視唱片,每張存儲約 8萬幅圖像,用以配合專利資料庫向用戶提供美國專利的插圖。②百科全書手冊、指南等的存儲。如美國阿塔里公司已將格勞里厄美國學術百科全書製成CD-ROM版本發行。③全文影像資料的在線上提供。採用一次寫入光碟存儲影像資料,構成光碟檔案存檔系統,能實現全文資料的在線上提供。大型系統可做到存儲2500萬頁資料全文,從中取出任何一頁資料平均只需14秒鐘。當前美國、日本、西歐專利局已進入試用階段。美國國會圖書館正試驗利用光碟永久性保存紙質資料。一張光碟的信息可靠保存期雖不夠長,但運用數字糾錯技術,可保持原樣地一代接一代翻錄下去。採用光碟存儲還使原始紙質資料的存儲空間縮減200~1000倍。

類型及結構

光碟光碟

根據光碟結構,光碟主要分為CD、DVD、藍光光碟等幾種類型,這幾種類型的光碟,在結構上有所區別,但主要結構原理是一致的。而唯讀的CD光碟和可記錄的CD光碟在結構上沒有區別,它們主要區別在材料的套用和某些製造工序的不同,DVD方面也是同樣的道理。現在,我們就以CD光碟為例進行講解。

我們常見的CD光碟非常薄,它只有1.2mm厚,但卻包括了很多內容。CD光碟主要分為五層。其中包括基板、記錄層、反射層、保護層、印刷層等。現在,我們分別進行說明。

1.基板

它是各功能性結構(如溝槽等)的載體,其使用的材料是聚碳酸酯(PC),衝擊韌性極好、使用溫度範圍大、尺寸穩定性好、耐候性、無毒性。一般來說,基板是無色透明的聚碳酸酯板,在整個光碟中,它不僅是溝槽等的載體,更是整體個光碟的物理外殼。CD光碟的基板厚度為1.2mm、直徑為120mm,中間有孔,呈圓形,它是光碟的外形體現。光碟之所以能夠隨意取放,主要取決於基板的硬度。

在讀者的眼裡,基板可能就是放在最底部的部分。不過,對於光碟而言,卻並不相同。如果你把光碟比較光滑的一面(雷射頭面向的一面)面向你自己,那最表面的一面就是基板。需要說明的是,在基板方面,CD、CD-R、CD-RW之間是沒有區別的。

2.記錄層(染料層)

這是燒錄時刻錄信號的地方,其主要的工作原理是在基板上塗抹上專用的有機染料,以供雷射記錄信息。由於燒錄前後的反射率不同,經由雷射讀取不同長度的信號時,通過反射率的變化形成0與1信號,藉以讀取信息。目前市場上存在三大類有機染料:花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO) 。

目前,一次性記錄的CD-R光碟主要採用(酞菁)有機染料,當此光碟在進行燒錄時,雷射就會對在基板上塗的有機染料,進行燒錄,直接燒錄成一個接一個的"坑",這樣有"坑"和沒有"坑"的狀態就形成了‘0'和‘1'的信號,這一個接一個的"坑"是不能回復的,也就是當燒成"坑"之後,將永久性地保持現狀,這也就意味著此光碟不能重複擦寫。這一連串的"0"、"1"信息,就組成了二進制代碼,從而表示特定的數據

在這裡,需要特別說明的是,對於可重複擦寫的CD-RW而言,所塗抹的就不是有機染料,而是某種碳性物質,當雷射在燒錄時,就不是燒成一個接一個的"坑",而是改變碳性物質的極性,通過改變碳性物質的極性,來形成特定的"0"、"1"代碼序列。這種碳性物質的極性是可以重複改變的,這也就表示此光碟可以重複擦寫。

3.反射層

這是光碟的第三層,它是反射光碟機雷射光束的區域,借反射的雷射光束讀取光碟片中的資料。其材料為純度為99.99%的純銀金屬。

這個比較容易理解,它就如同我們經常用到的鏡子一樣,此層就代表鏡子的銀反射層,光線到達此層,就會反射回去。一般來說,我們的光碟可以當作鏡子用,就是因為有這一層的緣故。

4.保護層

它是用來保護光碟中的反射層及染料層防止信號被破壞。材料為光固化丙烯酸類物質。另外現在市場使用的DVD+/-R系列還需在以上的工藝上加入膠合部分。

5.印刷層

印刷碟片的客戶標識、容量等相關資訊的地方,這就是光碟的背面。其實,它不僅可以標明信息,還可以起到一定的保護光碟的作用。

製造材料

從主要結構來講,CD、DVD光碟的結構是一致的,只不過,它們的厚度和用料有所不同。在上面的介紹中,我們提到CD光碟的厚度為1.2mm,這個厚度是否可以改變?回答是否定的。

在實際套用中,讀取和燒錄CD、DVD、藍光光碟的雷射是不同的。大家都知道,CD的容量只有700MB左右,而DVD則可以達到4.7GB,而藍光光碟更是可以達到25GB。它們之間的容量差別,同其相關的雷射光束的波長密切相關。

一般而言,光碟片的記錄密度受限於讀出的光點大小,即光學的繞射極限(Diffraction Limit) ,其中包括雷射波長λ,物鏡的數值孔徑NA。所以傳統光碟技術要提高記錄密度,一般可使用短波長雷射或提高物鏡的數值孔徑使光點縮小,例如CD(780nm,NA:0.45)提升至DVD(650nm,NA:0.6),再到Blu-ray Disc碟片(405nm,NA:0.85)。

對於CD光碟,其雷射波長為780nm,物鏡的數值孔徑NA為0.45,雷射束會集到一點的距離需要1.2mm,這就決定了CD光碟基板的厚度為1.2mm。不管是CD光碟的基板過厚,還是過薄,雷射束都不能會集到一點,從而嚴重影響數據的燒錄和讀取。

我們可以看到,DVD光碟的雷射波長為650nm,物鏡的數值孔徑NA為0.6,而雷射束會集到一點的距離只需要0.6mm,這決定DVD光碟基板的厚度為0.6mm。不過,0.6mm的厚度太薄,其製造出來的光碟也會因為太薄而容易折斷。因此,在DVD的實際製造過程中,會把兩片0.6mm厚的基板迭合在一起,共同組成1.2mm的厚度。當然,在這種情況下,只有一片基板在記錄數據,而另一片基板則完全起保護的作用。

光碟尺寸

光碟光碟

普通標準 120 型光碟
尺寸:外徑 120mm、內徑 15mm
厚度:1.2mm
容量:DVD 4.7GB;CD 650MB/700MB/800MB/890MB

小團圓盤 80 型光碟
尺寸:外徑 80mm,內徑 21mm
厚度:1.2 mm
容量:39--54MB 不等

名片光碟
尺寸:外徑 56mmX86mm,60mmX86mm 內徑 22mm
厚度:1.2 mm
容量:39--54MB 不等

雙弧形光碟
尺寸:外徑 56mmX86mm,60mmX86mm 內徑 22mm
厚度:1.2 mm
容量:30MB/50MB

異型光碟
尺寸: 可定製
厚度: 1.2mm
容量: 50MB/87MB/140MB/200MB

光碟讀取技術

1)CLV技術:(Constant-Linear-Velocity)恆定線速度讀取方式。在低於12倍速的光碟機中使用的技術。它是為了保持數據傳輸率不變,而隨時改變鏇轉光碟的速度。讀取內沿數據的鏇轉速度比外部要快許多。
2) CAV技術:(Constant-Angular-Velocity)恆定角速度讀取方式。它是用同樣的速度來讀取光碟上的數據。但光碟上的內沿數據比外沿數據傳輸速度要低,越往外越能體現光碟機的速度,倍速指的是最高數據傳輸率。
3) PCAV技術:(Partial-CAV)區域恆定角速度讀取方式。是融合了CLV和CAV的一種新技術,它是在讀取外沿數據採用CAV技術,在讀取內沿數據採用CAV技術,提高整體數據傳輸的速度。

發展趨勢

光碟的發展趨勢是向高容量存儲(如去年開始面世的DVD+R DL產品),業界的技術研發也以此為導向。

現在,已經出現了單面雙層的DVD糟片。單面雙層碟片(DVD+R Double Layer)是利用雷射(Laser beam)聚焦的位置不同,在同一面上製作兩層記錄層,單面雙層碟片在第一層及第二層的雷射功率(Writing Power)相同(雷射功率為<30mW),反射率(Reflectivity)也相同(反射率為18%~30%),刻錄時,可從第一層連續刻錄到第二層,實現資料刻錄不間斷。

光碟的發展

光碟光碟製造

光碟的發展歷程 紙的發明極大地促進了人類文明的進步,它記載了人類文明的發展史,造就了一批新興的工業。 從信息存儲的角度看,CD-ROM完全可以看成一種新型的紙。一張小小的塑膠圓盤,其直徑不過12厘米(5英寸),重量不過20克,而存儲容量卻高達600多兆位元組。如果單純存放文字,一張CD-ROM相當於15萬張16開的紙,足以容納數百部大部頭的著作。但是,CD-ROM在記錄信息原理上卻與紙大相逕庭,CD-ROM盤上信息的寫入和讀出都是通過雷射來實現的。雷射通過聚焦後,可獲得直徑約為1微米(μm)的光束。據此,荷蘭飛利浦(Philips)公司的研究人員開始使用雷射光束來進行記錄和重放信息的研究。1972年,他們的研究獲得了成功,1978年投放市場。最初的產品就是大家所熟知的雷射視盤(LD,Laser Vision Disc)系統。從LD的誕生至今,光碟有了很大的發展,它經歷了三個階段:①LD-雷射視盤;②CD-DA雷射唱盤;③CD-ROM。下面簡單介紹這三個階段性的產品特點。LD-雷射視盤 它就是通常所說的LCD,直徑較大,為12英寸,兩面都可以記錄信息,但是它記錄的信號是模擬信號。模擬信號的處理機制是指模擬的電視圖像信號和模擬的聲音信號都要經過FM(Frequency Modulation)頻率調製、線性疊加,然後進行限幅放大。限幅後的信號以0.5微米寬的凹坑長短來表示。 CD-DA雷射唱盤 LD雖然贏得了成功,但由於事先沒有制定統一的標準,使它的開發和製作一開始就陷入昂貴的資金投入中。1982年,由飛利浦公司和索尼(Sony)公司制定了CD-DA雷射唱盤的紅皮書(Red Book)標準。由此,一種新型的雷射唱盤誕生了。CD-DA雷射唱盤記錄音響的方法與LD系統不同,CD-DA雷射唱盤系統首先把模擬的音響信號進行PCM(脈衝編碼調製)數位化處理,再經過EFM(8~14位調製)編碼之後記錄到盤上。數字記錄代替模擬記錄的好處是:對干擾和噪聲不敏感;由於盤本身的缺陷、劃傷或沾污而引起的錯誤可以校正。CD-ROM CD-DA系統取得成功以後,這就使飛利浦公司和索尼公司很自然地想到,利用CD-DA作為計算機大容量唯讀存儲器。但要把CD-DA作為計算機的存儲器,還必須解決兩個重要問題:①建立適合於計算機讀寫的盤的數據結構;②CD-DA誤碼率必須從現有的10-9 降低到10-12 以下。由此就產生了CD-ROM的黃皮書(Yellow Book)標準。這個標準的核心思想是:盤上的數據以數據塊的形式來組織,每塊都要有地址。這樣做後,盤上的數據就能從幾百兆位元組的存儲空間上迅速找到。為了降低誤碼率,採用增加一種錯誤檢測和錯誤校正的方案。錯誤檢測採用了循環冗餘檢測碼,即所謂CRC;錯誤校正採用里德-索洛蒙(Reed Solomon)碼。 黃皮書確立了CD-ROM的物理結構,而為了使其能在計算機上完全兼容,後來又制定了CD-ROM的檔案系統標準,即ISO9660。有了這兩個標準,CD-ROM在全世界範圍內得到了迅速推廣和愈來愈廣泛的套用。在80年代中期,光碟的發展非常快,先後推出了WORM光碟、CD-ROM光碟、磁光碟(MOD)、相變光碟(PCD,Phase Change Disk)等新的品種。這些光碟的出現,給信息革命帶來了很大的推動。CD-ROM的複製 CD-ROM的複製並不神秘,可以簡單地分為五個環節:(1)預製主片;(2)制主片;(3)電鑄;(4)複製;(5)印刷; (6)包裝預製主片由於CD-R系統的出現,這一過程實際上可以簡化為將CD-ROM節目的程式和數據刻錄成CD-R盤的過程。 這個過程包括如下幾個步驟: (1)預製:將CD-ROM節目的程式和數據,利用預製作軟體,在硬碟上按CD-ROM ISO9660格式模擬生成映像檔案。該映像檔案模擬真實的CD-R盤的檔案和目錄結構。(2)最佳化、測試:通過CD-R製作系統軟體,存取CD-ROM映像檔案,就像存取已經放在CD-ROM碟片上一樣。這時對CD-ROM節目的程式和數據進行測試和最佳化,儘量使最頻繁存取的檔案放在CD-ROM"碟片"的最前端。 (3)刻錄:將已經生成好的CD-ROM映像檔案,利用刻錄軟體刻錄到CD-R碟片上去。 值得注意的是,CD-R的刻錄過程中不允許中斷,一量發生中斷,碟片就有可能報廢。 一般CD-R軟體支持多種CD格式。在刻錄時,可以選擇你所需要的格式,這也包括CD-I和CD-XA,及允許多個檔案系統共處於一個CD-ROM的混合格式(例如ISO和HFS)。 在預製主片的過程中,通常要進行逐位元組的核查,以確保數據毫無差錯地轉換到新的格式。 制主片 這一過程實際上是我們將經過處理後的寫在CD-R盤上的數據,記錄在玻璃盤上的過程。因為任何CD-ROM盤的質量最高只能達到生產該盤所用的主片的質量,所以制主片這一過程被認為是在整個生產過程中最關鍵的一步。在制主片過程中所制出的CD凹點,是所有製造形成物中最小的――每一個只有煙霧的顆粒大小,這就意味著最微小的雜質也會損壞大量數據。所以製造主片及CD-ROM的生產過程中,一個關鍵條件就是空氣中微粒數量要得到嚴格控制,以保證潔淨的工作環境。儘管現在有多種製作CD主片的方法,但最常用的是感光性樹脂系統。這種方法是將感光性樹脂(一種光敏化學物質,與沖洗黑白照片用的感光乳劑相似)用於一個經特殊處理的玻璃基片上,以制出一個玻璃主片。感光性樹脂通常都是由一個鏇轉塗膜系統以大約1/8微米――比人的頭髮細640倍的厚度塗上去的。計算機將格式化後的輸入媒體上的信息,轉化為雷射束記錄儀上一系列"開"和"關"的脈衝,通過這一雷射編碼過程將數據記錄到感光樹脂塗層上。在一個螺鏇形軌道上,雷射束記錄儀使部位感光性樹脂在藍光下曝光,這樣就生成了光碟的具體內容。玻璃母盤也要用化學顯像藥水來進行顯影。感光性樹脂上曝光的部分被腐蝕掉以後,就在抗蝕性的表面上形成了上億個微小的凹點。經過顯影之後,要在感光性樹脂表面蒸敷上一層金屬膜(通常是銀),以便其後玻璃主片電鑄時有一個導電的表面。 電鑄 電鑄的最終目的是產生用於複製CD的金屬模子。在製作玻璃主片的這一過程中,由於有一層銀膜而導電的主片,浸浴在含有鎳離子的電解質溶液里。通過一個電路使其通電後,帶有光碟映像的玻璃主片上的曝光區域不斷吸引鎳離子。鎳層不斷加厚,並與曝光後的感光樹脂表面上腐蝕出的凹點和台面(凹點之間的部分)的輪廓一致。最終結果是形成一個厚且堅固的鎳片,其金屬表面上留下了與光碟完全相反的印膜。這一片原始的金屬片被稱為金屬主片或是"父片"(Father)。之所以稱其為"父片",是因為它將被用於生成另外兩個金屬片,分別稱為"母片"(Mother)和"模片"(Stamper)。通過其後的電鑄過程,母片和模片的數量不斷增加。母片是由父片而來的,而模片又是由母片而來的,每一片是另外一片的相反呈像。模片是金屬主片的完全複製品,也是這一生產階段的最終產品。通過金屬模片將進行塑膠CD複製品的大規模生產。 複製 生產CD-ROM成品的第一步,是將數據從模片上轉移到塑膠基片上。一個高精度的注塑模具將光學等級的塑膠所製成的融化樹脂注入模具空腔。模具的一面是模片。 這一過程只需要幾秒鐘,其產品是一個其中一面印有點的輪廓清晰的塑膠盤。其後塑膠盤載有數據的一面要鍍上一層極薄純鋁,這是為了形成一個讀出盤上數據所必須的反光表面。典型的給盤鍍金屬的方法是濺鍍(Sputtering)。在濺鍍過程中,每一張盤都被噴射上鋁原子,以產生均勻的鍍層。生產的最後一步是在鋁表面再加上一層堅固的漆膜。這一層漆保護鋁膜不會被劃傷,不會氧化,並可作為標籤印刷的工作表面。 印刷和包裝 通過高速絲網印製或是膠版印刷,可以將圖片印在盤的漆層上。圖片的翻印可以達到八種顏色,不過這還要看複製商的標籤印刷的能力。絲網印刷是最常使用的方法。它是將圖片轉換為一張有孔的網,墨通過網附著在盤上。這一過程與蠟紙印刷相似。膠版印刷使用墨滾及印刷台轉換圖片。這一方法在傳統商業印刷中使用廣泛,現在也用於光碟商標的印刷。膠版印刷進行圖片翻版時可以取得更高質量的解析度,它優於絲網印刷的地方是可以印刷增強的四色圖片及其他的複雜圖形。印刷之後,光碟或是自動或手工進行包裝。儘管現在有許多其他可行的並進入套用的包裝方法,但塑膠盒子仍然是CD-ROM使用最多、最普遍的包裝方法。這是由於塑膠盒堅固耐用,並且全自動化的生產線很普及。其他被普遍使用的包裝方法(其中一些方法可能需要手工操作)包括:(1)輕型包裝,如Tyvek和紙板套;(2)透明塑膠套,如Viewpaks;(3)有益環保的紙板質地的盒子,如Digipaks的Ecopaks。經過這五個環節,CD-ROM複製就完成了。但在生產過程中,生產的每一環節對質量都應有嚴格的控制,以確保符合工業生產規格。這樣才能保證所有光碟的誤差在可以接受的差異範圍之內,即被控制在所有CD-ROM驅動器允許的範圍之內。CD-ROM的結構 對CD唱盤(CD-DA)結構了解的人,從物理上也不難理解CD-ROM。CD-ROM使用了與CD-DA相同規格的盤和光學技術,以及相同的原版盤製作和壓制方法。這兩種盤的主要差別是盤上的數據結構,以及數據定址和糾錯能力。下面介紹CD-ROM盤及其物理數據結構。 CD-ROM碟片 標準的CD-ROM碟片直徑為120毫米(4.72英寸),中心裝卡孔為15毫米,厚度為1.2毫米,重量約為14~18克。CD-ROM碟片的徑向截面共有三層:(1)聚碳酸酯(Polycarbonate)做的透明襯底;(2)鋁反射層;(3)漆保護層;CD-ROM盤是單面盤,不做成雙面盤的原因,不是技術上做不到,而是做一片雙面盤的成本比做兩片單面盤的成本之和還要高。因此,CD-ROM盤有一面專門用來印製商標,而另一面用來存儲數據。雷射束必須穿過透明襯底才能到達凹坑,讀出數據,因此,碟片中存放數據的那一面,表面上的任何污損都會影響數據的讀出性能。 編碼 為了在物理介質上存儲數據,必須把數據轉換成適於在介質上存儲的物理表達形式。習慣上,把數據轉換後得到的各種代碼稱為通道碼。之所以叫通道碼,是因為這些代碼要經過通信通道。通道碼並不是什麼新概念,磁帶、磁碟、網路都使用通道碼。可以說,所有高密度數字存儲器都使用0和1表示的通道碼。如軟磁碟,它就使用了改進的調頻制(MFM , Modified Frequency Modulation)編碼,通過MFM編碼把數據變成通道碼。CD-ROM和CD-DA一樣,把一個8位數據轉換成14位的通道碼,稱為8-14調製編碼,記為EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)。根據通道碼可以確定光碟凹坑和非凹坑的長度。 數據結構由於CD-ROM產生的技術背景是CD-DA,加上其螺鏇形線型光道結構、以恆定線速度(CLV)轉動、容量大等諸多因素,導致CD-ROM的數據結構比硬磁碟和軟磁碟的數據結構複雜得多。CD-ROM盤區劃分為三個區,即導入區(Lead-in Area)、用戶數據區(User Data Area和導出區(Lead-out Area)。這三個區都含有物理光道。所謂物理光道是指360°一圈的連續螺鏇形光道。這三個區中的所有物理光道組成的區稱為信息區(Information Area)。在信息區,有些光道含有信息,有些光道不含信息。含有信息的光道稱為信息光道(Information Track)。每條信息光道可以是物理光道的一部分,或是一條完整的物理光道,也可以是由許多物理光道組成。信息光道可以存放數字數據、音響信息、圖像信息等。含有用戶數字數據的信息光道稱為數字光道,記為DDT(Digital Date Track);含有音響信息的光道稱為音響光道,記為ADT(Audio Track)。一片CD-ROM盤,既可以只有數字數據光道,也可以既有數字數據光道,又有音響光道。 在導入區、用戶數據區和導出區這三個區中,都有信息光道。不過導入區只有一條信息光道,稱為導入光道(Lead-in Track);導出區也只有一條信息光道,稱為導出光道(Lead-out Track)。 用戶數據記錄在用戶數據區中的信息光道上。所有含有數字數據的信息光道都要用扇區來構造,而一些物理光道則可以用來把信息區中的信息光道連線起來。 錯誤檢測與糾正 雷射盤同磁碟、磁帶一類的數據記錄媒體一樣,受到盤的製作材料的性能、生產技術水平、驅動器以及使用人員水平等的限制,從盤上讀出的數據很難完全正確。據有關研究機構測試和統計,一片未使用過的唯讀光碟,其原始誤碼率約為3×10-4;有傷痕的盤約為5×10-3。針對這種情況,雷射盤存儲採用了功能強大的錯誤碼檢測和糾正措施,採用的具體對策歸納起來有三種: (1) 錯誤檢測碼EDC(Error Detection Code)。採用CRC碼(cyclic Redundancy Code)檢測讀出數據是否有錯。CRC碼有很強的檢錯功能,但沒有開發它的糾錯功能,因此只用它來檢錯。(2) 錯誤校正碼或稱為糾錯碼ECC(Error Correction Code)。採用里德-索洛蒙碼,簡稱為RS碼,進行糾錯。RS碼被認為是性能很好的糾錯碼。(3) 交差里德-索洛蒙碼CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)。這個碼可以理解為在用RS編解碼前後,對數據進行插值和交叉處理。

新型

日本東京大學的研究團隊已經發現一種材料,可以用來製造更便宜、容量更大得多的超級光碟,可以儲存的容量是一般DVD的5千倍。
這個研究團隊的主持人、東京大學化學教授大越慎一(Shin-ichiOhkoshi)24日表示,這種材料平常是能導電的黑色金屬狀態,在受到光的點擊後會轉變成棕色的半導體。這是一種透明的新型氧化鈦,在室溫下受到光的照射,能夠任意在金屬和半導體之間轉變,因而產生儲存數據的功能。
大越慎一表示,這種材料是新一代光學儲存裝置的明日之星,它所製成的新光碟,容量是藍光光碟的1千倍,而藍光光碟的容量則是一般DVD的5倍。一般來說,一張DVD容量為4.7G,一張藍光光碟容量為25G。最新的藍光協會表示,新藍光光碟容量可以達到128G。但是東京大學的最新光碟容量將達25000G,也就是所謂的25TG。
2012年11月,富士新技術單張碟片容量可達15TB。
富士膠片開發出了利用雙光子吸收熱量的新型光碟記錄方式,現已確認可實現每層25GB的記錄密度,與藍光光碟相同,並且該技術有可能實現多達20層的多層化。利用該技術可實現雙面、總容量為1TB的光碟。此次開發的新型記錄技術有兩大特點,分別是(1)未來有可能通過一張光碟實現15TB的容量(2)有望實現與磁帶同等的低成本,成本僅為HDD硬碟的1/3。
富士膠片此次的記錄方式利用了適於實現多層化的雙光子吸收現象。由於伴隨雙光子吸收產生的反應可以限定在雷射焦點的較小範圍內,因此可以增加記錄層的數量。通過改變照射雷射的照射時間,還可以控制凸形記錄標誌的高度,從而可實現多值化。根據果推測,富士膠片“將來有可能實現容量為25GB/層×3倍(8值)×100層×2倍(雙面)=15TB的光碟”。

妙用”

精緻的光碟檯燈,會發出夢幻般的燈光
光碟數據側的強反光性是我們用它當燈罩材料的原因
看這是什麼?一棵“光碟樹”!有時候我們只要多動動腦筋,不需要勞神費力,就能做出令人稱奇的藝術品
用了幾年電腦的人,都會有大把的報廢光碟。通常我們會把這些廢盤扔掉,無意中讓這些廢塑膠污染了環境。
用不能用,扔又沒地方扔,難道報廢的光碟真的這么難處理?有沒有什麼辦法把它們充分利用起來,為我們的生活增添一點光彩?
用CD製作耳環架
如果你開著一個飾品店,或者是一個時尚愛好者,那么耳環如何擺放一定經常困擾著你。如果把耳環放在盒子裡,戴的時候可有點麻煩——首先是難找,再者,如果纏到一塊,就更麻煩了。我可以教您一個辦法,用廢舊CD做個耳環架,既漂亮,又實用,要是在女朋友生日送她,那就太浪漫了。
首先,準備一個紙筒,尺寸比CD中心圓孔稍大,或者正好與CD中心孔大小一樣。測量CD中心孔的尺寸,如果比紙筒尺寸大,用木銼小心地把中心孔擴大一些(這個過程一定要小心,用勁稍大,CD就可能碎掉,那可就前功盡棄了)。然後把CD數據面向上套在準備好的紙筒上(儘量接近紙筒底端),再在紙筒上不同方向插3個大頭針,用於支撐CD,這樣,耳環架的底座就做好了。
同樣,再取3到4張CD,擴大中心孔,然後用鑽或木挫在CD邊緣打出幾個小孔,如果耳環多,不妨多打幾個。重複以上步驟,把CD套在紙筒上,用大頭針支撐,就可以了。
如果把耳環架放在展覽櫥窗里,燈光照射下,CD的光亮與耳環的寶石交相輝映,效果太棒了。
用CD做光反射器
說光反射器,可能大家有點糊塗,其實我們要做的就是把CD安裝到燈罩里,這樣,光的反射效果增強,看起來燈光就更亮了。
首先,測量燈罩的尺寸,看需要幾張CD,以CD能均勻地安裝在燈罩裡面側邊即可(一般4——5張就夠了)。
然後在CD邊緣對稱打4個孔(3點、6點、9點、12點)。同樣要注意的是,打孔的時候要小心,不要把CD弄碎了。
再次看一下燈罩尺寸,確定CD的安裝位置,把CD放在燈罩裡面,在燈罩相應位置上打孔,用彩帶穿過CD與燈罩對應位置的孔,把CD固定在燈罩上(3點連6點、9點連12點、或者3點連6點、6點連12點、看您更喜歡什麼樣的形狀了),要注意彩帶的接頭放在燈罩裡面,如果接頭在外面,那也沒關係,不妨打個蝴蝶結,同樣漂亮。
把所有CD在燈罩上固定好,光反射器就做好了,接上電源試一試,亮度明顯提高!
原來也有人在機車後面裝CD當反光鏡,也是利用了這個原理,不過用CD做燈罩顯然更時髦一些是吧。

用CD做檯燈

做CD檯燈的想法源於一次偶然的發現。我原來工作的公司有很多CD,這些CD堆在台上,幾乎把窗戶都全擋上了,當陽光透過CD照進來的時候,呈淡淡的藍色,讓人心曠神怡。從那時起,我就一直在想,如果能用CD做個檯燈就太好了。
但這個想法實現起來還是挺困難,首先要有大量的CD糟,其次,還要有合適的具,燈管尺寸不能太粗,瓦數又不能太大(否則,CD就要被烤焦了)。經過幾年的積攢,我終於備齊了所有的材料,製作了一盞獨一無二的夢幻水晶燈。
首先,準備一個應急燈,燈管尺寸要比CD中心孔略小。把應急燈拆開,保留螢光燈管、燈管接頭、電池盒、開關、電路元件備用。
然後製作檯燈的底座。取一塊三合板,鋸出3——4個比CD糟略大的圓形,用白乳膠粘起來並打磨光滑。在底座下方挖一個洞,尺寸以正好容納電池盒為好,並在電池盒位置鑽一個小孔用於走線。在底座上方錯開電池盒的位置也挖一個洞,把路板固定在這裡。在底座中心挖一個圓孔用於固定下方的燈管接頭,然後再把電源開關固定在底座側方,這樣底座就做好了。
接著製作檯燈的燈架。首先看CD中心孔尺寸是否比燈管稍大,如果CD中心孔尺寸偏小,用銼刀把中心孔擴大一些,然後在距離中心5CM的位置打一個小孔(用於走線)。所有CD都加工好以後,把底座線路以及燈管下部接頭接好,固定好燈管,把第一片CD光面向上套在管上,連線上部燈管接頭的電線從預先打好的小孔中穿過,在第一片CD面上塗少量白乳膠,再套另一片CD,用手掌輕輕壓緊。重複這一步驟,直到CD糟厚度達到理想的高度。
最後,連線好燈管上方接頭,裝上電池,開啟開關,夢幻水晶燈就做好了。最後,要再次提醒您,燈管功率不要太高,否則把CD烤焦可就煞風景了。

做風鈴

從廢舊光碟製作耳環架,我們可以得到一些啟發——是不是可以用廢光碟製作風鈴?
還是先給光碟邊緣打幾個孔,把幾張光碟用線串在一起,底下系一個小鈴鐺,吊在窗台上就變成了一個很好看的風鈴,既簡單又便宜。
做錶盤
把家裡的石英小鬧鐘拆開,留下機芯和時針分針,把這三者裝到光碟上,並在光碟上按照自己的喜好做上刻度,放上電池,一個既簡潔又個性的小時鐘就做好了。

新定義

在新的一輪的提倡節儉,避免浪費的行動中,光碟的意思是將盤中的食物吃光,不管是吃光還是打包帶走,這都是一個很好的習慣,保持了中華民族的優秀傳統,是一項非常有意義的行動,
光碟行動光碟行動
光碟行動現場光碟行動現場

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