Transcript 6.Echipamente periferice optice. CD, DVD, Blue Ray

Unităţi optice
Petre OGUŢAN, noiembrie 2010
Istoric
Unitatea optică citeşte sau scrie date codificate binar pe un suport circular, numit disc optic.
În 1961 David Paul Gregg a înregistrat în SUA patentul unităţii optice. Music Corporation of
America (MCA) a cumpărat patentul lui Gregg împreună cu toată compania lui. Acest reper
istoric constituie începutul primei etape, etapa CD. În această etapă un CD poate
înmagazina 700MB pe o faţă.
În 1989 Pioneer a înregistrat un patent pentru unităţi optice care a adus beneficii financiare.
După acest an a fost dezvoltată a doua etapă istorică a unităţilor optice, etapa DVD. Un
DVD poate înmagazina circa 4,7GB sau 8GB (dual layer) pe o singură faţă.
După anul 2000 un grup de firme (Apple, Dell, Hitachi, HP, JVC, LG, Mitsubishi, Panasonic,
Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony, TDK şi Thomson, grupate în asociaţia BDA Bluray Disc Association) au dezvoltat tehnologia Blu-ray care constituie etapa a treia în
dezvoltarea unităţilor optice. Capacitatea este de 25GB sau 50GB (dual layer) pe o singură
faţă.
În etapa a patra se prevede atingerea unor capacităţi de ordinul a un terabyte în tehnologii
holografice sau cu discuri din materiale speciale.
Principiul citirii optice
Suportul este format dintr-un
substrat transparent care
protejează stratul care conţine
informaţia. Informaţia este
codificată prin adâncituri
(ridicături) aranjate sub forma
unei piste spirale. Ridicăturile
au dimensiunea de /4 şi o
rază laser incidentă pe o
ridicătură este reflectată 30%
iar incidentă pe o adâncitură
este reflectată 100%. Un strat
reflectorizant asigură reflexia
razei laser şi este protejat de
un strat protector pe care se
poate aplica eticheta
comercială. Există suporturi
de informaţie care pot fi scrise
pe ambele părţi, acestea având
o structură simetrică.
1,6m
Strat protector
şi etichetă
comercială
1,2mm
Strat
reflectorizant
(policarbonat)
Strat care
conţine
informaţia
/4
0,12m
Substrat
transparent
Raza laser
Incident / Incident /
Reflectat Reflectat
100%
30%
Dimensiunile sunt
cele de la CD
CD, DVD, Blu-ray
Diferenţele constructive între CD,
DVD şi Blu-ray constau în:
1.Lungimea de undă a luminii emise
de dioda Laser care dă
dimensiunea punctului luminos:
780nm la CD, 650nm la DVD şi
405nm la Blu-ray.
2.Dimensiunea punctului are ca şi
rezultat dimensiunea diferită a
pistei: 1,6m la CD, 0,74 m la
DVD şi 0,32 m la Blue-ray.
La Blue-ray focalizarea este mai
apropiată de suprafaţa discului
aşa încât discul este mai
susceptibil la zgârieturi.
Numele Blue-ray vine de la
culoarea albastră a diodei
Laser de emisie.
Dual Layer
O schemă a citirii dual layer în 2D este dată în
imaginea de sus şi în 3D în imaginea din
dreapta. Raza Laser este focalizată pe unul sau
celălalt dintre nivele, separarea dintre nivele
fiind realizată cu un strat semitransparent.
Schimbarea focalizării de la un nivel la altul
durează un timp de ordinul secundelor, ceea ce
face ca unităţile dual layer să fie mai lente.
Perspective
De la dual layer stocarea se extinde la
multilayer. Câteva iniţiative sunt
stocarea 5D de la universitatea din
Melbourne sau iniţiativa Mempile.
Aceste realizări tind să asigure o capacitate
de stocare de 5TB.
Schema iniţiativei Mempile este dată în
imaginea din dreapta. Sunt prevăzute
200 de nivele de stocare (layer)
nediferenţiate fizic. Nivelele sunt citite
cu o diodă Laser care focalizează pe
fiecare nivel. Cercetările implică găsirea
unor materiale care pot fi scrise şi citite
optic.
Perspective – înregistrarea holografică
Înregistrarea holografică se bazează pe interferenţa a 2
surse coerente de lumină care dă naştere unei figuri
(model) de puncte negre pe un fond alb.
Înregistrarea clasică optică şi magnetică realizează o
ridicătură sau o zonă magnetizată pentru un bit iar
înregistrarea holografică generează o imagine în
volumul suportului.
În figura dreapta sus se poate vedea procesul de scriere. O
rază Laser este reflectată pentru a obţine a doua sursă
de lumină. Una dintre raze este modulată cu informaţia
de stocat şi prin interferenţă se stochează imaginea
(pattern-ul).
La citire, figura dreapta jos este nevoie de o singură rază
laser orientată la acelaşi unghi ca şi raza de scriere
reflectată. Un sistem de citire CCD preia modelul stocat
şi îl interpretează.
Se poate ajunge la cantităţi stocate (teoretice) de zeci de TB
pe inch pătrat. Încercările actuale au ajuns la 4TB pe un
disc (InPhase Technologies, USA). Durata de viaţă a
suportului este de 50-100 ani, mai mare decât la
discurile clasice. InPhase a dat faliment în 2010.
Zone
Pentru a permite industriei de filme şi
muzică să vândă în condiţii diferite
de preţ cititoarele optice pot fi
codate cu un cod de zonă care
permite citirea discurilor pentru
acea zonă. Sunt admisibile un
număr limitat de schimbări de
zonă, adică citirea discurilor din
alte zone.
Doar circa 30% din playere sunt astfel
codate şi există metode software
ilegale postate pe net pentru a
elimina această restricţie.
La noi nu se cumpără filme ci se
descarcă aşa că nu se pune această
problemă. Acest lucru se vede însă
diferit de cel care a muncit să facă
un soft şi acesta este luat gratis în
loc să fie cumpărat.
Motorul de rotire a discului optic
Există două metode de rotire:
CAV (constant angular velocity) în care discul se roteşte cu viteză unghiulară constantă,
datele fiind aranjate în piste şi sectoare ca şi la HDD. Este uşor de realizat accesul
aleator la date, deci regăsirea datelor este simplă. Dezavantajul este densitatea variabilă
a datelor pe pistă, mai mare pe pistele cu lungime mică din interiorul CD-ului. Acest
mod de rotire se foloseşte la puţine tipuri de CD.
CLV (constant linear velocity) în care discul se roteşte cu viteze ungiulare diferite pentru a
asigura o viteză liniară constantă. Înregistrarea se face pe o pistă spirală. Accesul aleator
este mai dificil, căutarea unui bloc de date constă în deplasarea în zona probabilă, apoi
ajustarea vitezei de rotaţie, apoi citirea adresei blocului şi a blocului de date.
De exemplu la un CD audio viteza poate varia între 196 rot/min şi 568 rot/min.
Viteza de transfer
CD
Viteza de transfer este dată ca multiplu de 153,6kBps (viteza unui CD audio). Viteze mai mari de
transfer se pot obţine mărind viteza de rotaţie a discului. În 1997 viteza a ajuns la 12x dar au
început să apară probleme legate de vibraţiile discului în unitate. Unităţile cu antrenarea
discului CAV puteau atinge viteze de 30x. În ultimii ani de evoluţie a unităţilor CD viteza de
transfer la citire a ajuns la 48x şi 52x (aceasta însemnând 10000 rpm CAV), cu probleme însă de
spargere de discuri, zgomot mare la citire sau citiri eronate. La aceste unităţi viteza este automat
scăzută de firmware-ul unitîţii dacă apar erori de citire.
DVD
Viteza este dată ca multiplu de 1350kBps. Viteza de transfer este diferită la citire, la scriere şi la
rescriere. Viteze uzuale sunt în prezent 24x, adică 32,4MBps.
Blue-ray
Viteza este dată ca multiplu de 4,5MBps. În prezent viteza cea mai mare este de 12x, adică 54MBps.
La această viteză timpul de scriere teoretic al unui disc single layer este de 7,5 minute.
Observaţie: pentru eliminarea zgomotelor generate de rotaţia discului unităţile optice au o carcasă
metalică în care mecanismele sunt montate pe garnituri elastice de cauciuc. S-au căutat soluţii
pentru prinderea discului pe rotorul motorului care să asigure o centrare cât mai bună.
Scrierea pe suport optic
Se utilizează 2 metode de scriere pe suport optic în unităţile optice:
1.Stratul reflexiv se acoperă cu vopsea transparentă termosensibilă care, încălzită de raza Laser
devine întunecată, şi astfel nu mai reflectă la citire
2.Stratul reflexiv se acoperă cu substanţe care îşi pot schimba starea din amorfă în cristalină şi
invers la încălzire. Metoda este aplicată şi la mediile optice care pot fi rescrise. Se
consideră că citirea prin discurilor scrise cu această metodă este mai dificilă, diferenţa între
reflexii fiind mai mică.
Unităţile au o parte electronică numită OPC Optimum Power Calibration care determină puterea
optimă emisivă a diodei laser.
Scrierea se poate face:
–
Disc At Once - se scrie tot discul într-o singură sesiune şi nu se mai pot adăuga date
ulterior
–
Track At Once – folosit la CD-urile audio, în care se scriu melodiile cu pauze între ele
–
Packet Writing – datele se scriu în pachete.
Scriere - poziţionare
Pentru a putea scrie cu precizie trebuie
să fie îndeplinite:
• Raza să fie poziţionată pe pistă
• Viteza liniară să fie corectă
• Poziţia de scriere să fie corectă
Pista este delimitată cu margini
sinusoidale astfel că la citire
poziţia este corectă dacă
amplitudinea sinusoidei este
corectă.
Viteza este corectă dacă frecvenţa
sinusoidei este corectă (140,6kHz ).
Blocurile de date sunt marcate de
ridicături situate între piste.
Marginile sinusoidale şi ridicăturile
între piste sunt realizate la turnarea
discului de înregistrat.
Acest sistem este folosit la DVD-R
Scriere - poziţionare
La DVD+R s-a renunţat la
ridicăturile suplimentare,
datele pentru scriere fiind
incluse în semnalul
sinusoidal prin modularea lui
în fază. Acest lucru are efecte
benefice pentru că se citeşte
un semnal şi nu două şi are o
imunitate mai bună la
perturbaţii.
La CD-R semnalul sinusoidal este
modulat în frecvenţă şi
informaţia pentru scriere se
numeşte ATIP (Absolute
Time In Pregroove)
ADIP- ADdress In Pre-groove
ADIP are 1 bit de sincronizare, 31 biţi de
adresă şi 20 de biţi de paritate care verifică
fiecare bit important de adresă.
Why DVD+R(W) is superior to DVD-R(W)
Robin van Lieshaut http://club.myce.com/member.php?u=624
Durata de viaţă
Durata de viaţă a mediilor optice este foarte importantă pentru situaţiile în care informaţii
importante se stochează optic pentru un timp îndelungat, în firme unde există obligativitatea
păstrării unor informaţii pe perioadă nelimitată sau chiar fotografii şi documente de familie.
Datele de catalog are mediilor optice arată că durata de viaţă este de zeci de ani. Studii noi arată
că media de viaţă este de aproximativ 10 ani.
Modul de depozitare al discurilor este foarte important, praful care zgârie suprafaţa discurilor
fiind o cauză pentru erorile de citire. De asemenea mişcarea discurilor produce zgârierea,
aşa că discurile dintr-o maşină au o durată de viaţă medie de ordinul a 3 sau 4 ani.
Din păcate, dacă firma producătoare a discurilor este o firmă de prestigiu nu înseamnă că durata
de viaţă va fi mai mare, deoarece producţia acestor firme este de multe ori realizată de terţi.
O cauză des întâlnită de distrugere a discului este faptul că eticheta comercială nu este corect
lipită şi discul nu este perfect echilibrat. Vibraţia discului la citire poate produce zgârierea
lui sau chiar spargerea.
Vopseaua termosensibilă care acoperă stratul reflexiv este sensibilă la razele UV, de aceea
expunerea la soare micşorează durata de viaţă. Astfel un disc se distruge după câteva
săptămâni de expunere directă la soare.
Unitate DVD RW
În imagini este
prezentată o
unitate DVD
RW văzută
de sus şi de
jos şi un
detaliu
Motor platan
Motor antrenare CD
Motor antrenare
cap cu angrenare
prin şurub fără
sfârşit
Detaliu: capul
optic
Lentila de
focalizare
Colecţia Petre Ogruţan
Cap de scriere citire
optică
Motor antrenare cap
citire scriere