Тема: Оптические диски – общие принципы оптической записи. Конструктивные особенности. Принципы работы устройств записи и воспроизведения.
Цели урока: по окончанию урока учащиеся должны знать
1. основные принципы хранения, и считывания информации.
2. назначение внешней памяти.
Тип урока – демонстрационно-иллюстративный.
Проверка домашнего задания:
Магнитный принцип записи и считывания информации.
Гибкие магнитные диски.
Жесткие магнитные диски.
Новая тема:
Компакт-диски – это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел).
Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.
Физические характеристики компакт-диска
Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.
Конструкция компакт-диска
Конструктивно диск представляет собой многослойный «пирог»:
Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на з
ащитный лак наносится лейбл.
Способ считывания информации
Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.
Особенности оптического способа считывания информации
1) Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.
2) Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.
Принципы записи КД. Форматы записи КД
Общими для устройств записи компакт-дисков является следующие принципы:
изменения оптических свойств носителя информации под воздействием лазерного излучения;
наличие на «чистом» диске специальной направляющей дорожки (groove).
В настоящее время в системе «компакт-диск» существует два вида дисков, позволяющих запись информации. Это CD-Recordable и CD-Rewritable.
Структура записываемого компакт-диска
| Этикетка |
| Защитный лак |
|
| Отражающий слой (серебро, золото) |
|
|
| Светочувствительный слой ( DYE ) |
|
| Подложка |
В системе CD-Recordable между подложкой и отражающим слоем находится светочувствительное вещество (органический краситель). Изначально это вещество прозрачно. Под воздействием луча лазера определенной мощности вещество теряет прозрачность. Так формируется последовательность псевдо-«питов» и псевдо-«лэндов». Считывание производится с помощью луча лазера меньшей мощности.
Для того чтобы сформировать в процессе записи диска спиральную информационную дорожку, соответствующую всем требования стандарта, на чистом диске изначально присутствует специальная направляющая дорожка – Pregroove. В процессе записи следящая система рекордера ведет записывающую головку точно по этой направляющей дорожке, создавая спиральную информационную дорожку.
Кроме областей, предназначенных для записи сессий, на диске CD - R присутствуют специальные служебные зоны: PCA ( Program Calibration Area ) – зона, используемая для подбора оптимальной мощности лазера перед началом записи, и PMA ( Program Memory Area ) – зона, используемая для временного хранения информации о структуре создаваемого диска (требуется при использовании некоторых режимов записи).
В системе CD-Rewritable светочувствительный слой может находиться в одном из двух устойчивых состояний - кристаллическом или аморфном, соответственно пропуская луч лазера до отражающего слоя и обратно, или же рассеивая свет.
Если вещество находится в первом (кристаллическом состоянии), то считывающий луч лазера беспрепятственно проходит сквозь рабочий слой, отражается от отражающего слоя и в итоге попадает на фотоприемник, что соответствует логической "1". Если же вещество находится в аморфном состоянии, луч рассеивается, не попадая в итоге на фотоприемник, что соответствует логическому "0".
Для перевода вещества из одного состояния в другое используются специальные режимы нагрева и охлаждения лазерным лучом. Вначале вещество нагревается до высшей температуры T1, при этом оно теряет свою структуру, локально в точке фокусировки луча лазера становясь аморфным; если затем полностью выключить лазер, т.е. произвести резкое охлаждение T1 T комн., то вещество, остывая, так и останется в аморфном состоянии. Если же лазер не выключить, а только уменьшить его мощность и полностью выключить только через какое-то время, то за счет двухступенчатого охлаждения T1 T2 T комн., вещество рабочего слоя успевает кристаллизоваться.
Принцип работы
Л
уч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).
Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).
Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.
С
ледующий график объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист
Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.
На лазерных CD-ROM (CD — Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory — только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.
Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).
DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.
Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.
Существуют CD-R и DVD-R-диски (R — record able, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW — Rewritable, перезаписываемый), которые имеют «платиновый» оттенок, информация может быть записана многократно.
Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода «40x12x48» означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков — на 12-кратной, а чтение — на 48-кратной скорости.
3
Оптические диски – общие принципы оптической записи. Конструктивные особенности. 10класс
