中程在线信息产业培训网(www.miiceic.org.cn)
由于软盘的容量小,光盘凭借大容量得以广泛使用。我们听的CD是一种光盘,看的VCD也是一种光盘。
现在一般的硬盘容量在3GB到20多GB之间,软盘的容量为1.44MB多,光盘的最大容量大约是650MB,(DVD盘片单面4.7GB)。
光盘的存储原理比较特殊,里面存储的信息不能被轻易地改变。也就是说我们常见的光盘生产出来的时候是什么样,就一直是那样了那我们有没有办法把自己写的文章存在光盘上呢?
有一种特殊的光盘CD-R是可以写的,但需要使用"光盘刻录机"才能把文章写到CD-R光盘上。
说到这里,我们来想一下,光盘是属于内存储器还是外存储器呢?要记住,我们所说的内部存储器就是内存,而外部存储器都是可以电脑中拆卸下来的。常见的外部存储器有硬盘、光盘、软盘。
光盘原理
光盘是如何造出来的?面对这个问题,可能很多人都没有办法回答出来。我们的台式电脑,可以通过组装的形式来制造,例如把处理器、内存、硬盘、主板等配件,安装在机箱里,就形成了一台电脑。而一块主板则是通过电路板布线、贴片、焊接、插件、再焊接等步骤完成的。然而,一张薄薄的光盘,它又如何才能制造出来呢?
要了解光盘的制造原理,首先就要了解光盘的结构,其结构同制造过程密切相关。大家都知道,光盘只是一个统称,它分成两类,一类是只读型光盘,其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等;另一类是可记录型光盘,它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各种类型。
根据光盘结构,光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型,这几种类型的光盘,在结构上有所区别,但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别,它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同,DVD方面也是同样的道理。现在,我们就以CD光盘为例进行讲解。
我们常见的CD光盘非常薄,它只有1.2mm厚,但却包括了很多内容。从图1中可以看出,CD光盘主要分为五层,其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。现在,我们分别进行说明。
1.基板
它是各功能性结构(如沟槽等)的载体,其使用的材料是聚碳酸酯(PC),冲击韧性极好、使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候性、无毒性。一般来说,基板是无色透明的聚碳酸酯板,在整个光盘中,它不仅是沟槽等的载体,更是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm,中间有孔,呈圆形,它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放,主要取决于基板的硬度。
在读者的眼里,基板可能就是放在最底部的部分。不过,对于光盘而言,却并不相同。如果你把光盘比较光滑的一面(激光头面向的一面)面向你自己,那最表面的一面就是基板。需要说明的是,在基板方面,CD、CD-R、CD-RW之间是没有区别的。
2.记录层(染料层)
这是烧录时刻录信号的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料,以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同,经由激光读取不同长度的信号时,通过反射率的变化形成0与1信号,借以读取信息。目前市场上存在三大类有机染料:花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO) 。
目前,一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料,当此光盘在进行烧录时,激光就会对在基板上涂的有机染料,进行烧录,直接烧录成一个接一个的"坑",这样有"坑"和没有"坑"的状态就形成了‘0'和‘1'的信号,这一个接一个的"坑"是不能回复的,也就是当烧成"坑"之后,将永久性地保持现状,这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的"0"、"1"信息,就组成了二进制代码,从而表示特定的数据。
在这里,需要特别说明的是,对于可重复擦写的CD-RW而言,所涂抹的就不是有机染料,而是某种碳性物质,当激光在烧录时,就不是烧成一个接一个的"坑",而是改变碳性物质的极性,通过改变碳性物质的极性,来形成特定的"0"、"1"代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的,这也就表示此光盘可以重复擦写。
3.反射层
这是光盘的第三层,它是反射光驱激光光束的区域,借反射的激光光束读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。
这个比较容易理解,它就如同我们经常用到的镜子一样,此层就代表镜子的银反射层,光线到达此层,就会反射回去。一般来说,我们的光盘可以当作镜子用,就是因为有这一层的缘故。
4.保护层
它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部分。
5.印刷层
印刷盘片的客户标识、容量等相关资讯的地方,这就是光盘的背面。其实,它不仅可以标明信息,还可以起到一定的保护光盘的作用。
光盘为何如此薄?
从主要结构来讲,CD、DVD光盘的结构是一致的,只不过,它们的厚度和用料有所不同。在上面的介绍中,我们提到CD光盘的厚度为1.2mm,这个厚度是否可以改变?回答是否定的。
在实际应用中,读取和烧录CD、DVD、蓝光光盘的激光是不同的。大家都知道,CD的容量只有700MB左右,而DVD则可以达到4.7GB,而蓝光光盘更是可以达到25GB。它们之间的容量差别,同其相关的激光光束的波长密切相关。
一般而言,光盘片的记录密度受限于读出的光点大小,即光学的绕射极限(Diffraction Limit) ,其中包括激光波长λ,物镜的数值孔径NA。所以传统光盘技术要提高记录密度,一般可使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光点缩小,例如CD(780nm,NA:0.45)提升至DVD(650nm,NA:0.6),再到Blu-ray Disc盘片(405nm,NA:0.85),如图2所示。
对于CD光盘,其激光波长为780nm,物镜的数值孔径NA为0.45,激光束会集到一点的距离需要1.2mm,这就决定了CD光盘基板的厚度为1.2mm。不管是CD光盘的基板过厚,还是过薄,激光束都不能会集到一点,从而严重影响数据的烧录和读取。
从图2中我们可以看到,DVD光盘的激光波长为650nm,物镜的数值孔径NA为0.6,而激光束会集到一点的距离只需要0.6mm,这决定DVD光盘基板的厚度为0.6mm。不过,0.6mm的厚度太薄,其制造出来的光盘也会因为太薄而容易折断。因此,在DVD的实际制造过程中,会把两片0.6mm厚的基板迭合在一起,共同组成1.2mm的厚度。当然,在这种情况下,只有一片基板在记录数据,而另一片基板则完全起保护的作用。
光盘的发展趋势是向高容量存储(如去年开始面世的DVD+R DL产品),业界的技术研发也以此为导向。
现在,已经出现了单面双层的DVD盘片。单面双层盘片(DVD+R Double Layer)是利用激光(Laser beam)聚焦的位置不同,在同一面上制作两层记录层,单面双层盘片在第一层及第二层的激光功率(Writing Power)相同(激光功率为<30mW),反射率(Reflectivity)也相同(反射率为18%~30%),刻录时,可从第一层连续刻录到第二层,实现资料刻录不间断。
光盘尺寸
普通标准 120 型光盘
尺寸:外径 120mm、内径 15mm
厚度:1.2mm
容量:DVD 4.7GB;CD 650MB/700MB/800MB/890MB
小团圆盘 80 型光盘
尺寸:外径 80mm,内径 21mm
厚度:1.2 mm
容量:39--54MB 不等
名片光盘
尺寸:外径 56mmX86mm,60mmX86mm 内径 22mm
厚度:1.2 mm
容量:39--54MB 不等
双弧形光盘
尺寸:外径 56mmX86mm,60mmX86mm 内径 22mm
厚度:1.2 mm
容量:30MB/50MB
异型光盘
尺寸: 可定制
厚度: 1.2mm
容量: 50MB/87MB/140MB/200MB
光盘读取技术
1)CLV技术:(Constant-Linear-Velocity)恒定线速度读取方式。在低于12倍速的光驱中使用的技术。它是为了保持数据传输率不变,而随时改变旋转光盘的速度。读取内沿数据的旋转速度比外部要快许多。
2) CAV技术:(Constant-Angular-Velocity)恒定角速度读取方式。它是用同样的速度来读取光盘上的数据。但光盘上的内沿数据比外沿数据传输速度要低,越往外越能体现光驱的速度,倍速指的是最高数据传输率。
3) PCAV技术:(Partial-CAV)区域恒定角速度读取方式。是融合了CLV和CAV的一种新技术,它是在读取外沿数据采用CAV技术,在读取内沿数据采用CAV技术,提高整体数据传输的速度。
光盘分类
CD:(Compact-Disc)光盘。CD是由liad-in(资料开始记录的位置);而后是Table-of-Contents区域,由内及外记录资料;在记录之后加上一个lead-out的资料轨结束记录的标记。在CD光盘,模拟数据通过大型刻录机在CD上面刻出许多连肉眼都看不见的小坑。
CD-DA:(CD-Audio)用来储存数位音效的光蝶片。1982年SONY、Philips所共同制定红皮书标准,以音轨方式储存声音资料。CD-ROM都兼容此规格音乐片的能力。
CD-G:(Compact-Disc-Graphics)CD-DA基础上加入图形成为另一格式,但未能推广。是对多媒体电脑的一次尝试。
CD-ROM:(Compact-Disc-Read-Only-Memory)只读光盘机。1986年, SONY、Philips一起制定的黄皮书标准,定义档案资料格式。定义了用于电脑数据存储的MODE1和用于压缩视频图象存储的MODE2两类型,使CD成为通用的储存介质。并加上侦错码及更正码等位元,以确保电脑资料能够完整读取无误。
CD-PLUS:1994年,Microsoft公布了新的增强的CD的标准,又称为CD-Elure。它是将CD-Audio音效放在CD的第一轨,而后放资料档案,如此一来CD只会读到前面的音轨,不会读到资料轨,达到电脑与音响两用的好处。
CD-ROM XA:(CD-ROM-eXtended-Architecture)1989年,SONY、Philips、Micuosoft对CD-ROM标准扩充形成的白皮书标准。又分为FORM1、FORM2两种和一种增强型CD标准CD+。
VCD:(Video-CD)激光视盘。SONY、Philips、JVC、Matsu**a等共同制定,属白皮书标准。是指全动态、全屏播放的激光影视光盘。
CD-I:(Compact-Disc-Interactive)年,是Philips、SONY共同制定的绿皮书标准。是互动式光盘系统。1992年实现全动态视频图像播放
Photo-CD: 1989年,KODAK公司推出相片光盘的橘皮书标准,可存100张具有五种格式的高分辨率照片。可加上相应的解说词和背景音乐或插曲,成为有声电子图片集。
CD-R:(Compact-Disc-Recordable)1990年,Philips发表多段式一次性写入光盘数据格式。属于橘皮书标准。在光盘上加一层可一次性记录的染色层,可通进行刻录。
CD-RW:在光盘上加一层可改写的染色层,通过激光可在光盘上反复多次写入数据。
SDCD:(Super-Density-CD)是东芝(TOSHIBA)、日立(Hitachi)、先锋、松下(Panasonic)、JVC、汤姆森(Thomson)、三菱、Timewamer等制订一种超密度光盘规范。双面提供5GB的储存量,数据压缩比不高
MMCD:(Multi-Mdeia-CD)是由SONY、Philips等制定的多媒体光盘,单面提供3.7GB储存量,数据压缩比较高。
HD-CD:(High-Density-CD)高密度光盘。容量大。单面容量4.7GB,双面容量高达9.4GB,有的达到7GB。HD-CD光盘采用MPEG-2标准。
MPEG-2: 1994年,ISO/IEC组织制定的运动图像及其声音编码标准。针对广播级的图像和立体声信号的压缩和解压缩。
DVD:(Digital-Versatile-Disk)数字多用光盘,以MPEG-2为标准,拥有4.7G的大容量,可储存133分钟的高分辨率全动态影视节目,包括个杜比数字环绕声音轨道,图像和声音质量是VCD所不及的。
DVD+RW:可反复写入的DVD光盘,又叫DVD-E。由HP、SONY、Phioips共同发布的一个标准。容量为3.0GB,采用CAV技术来获得较高的数据传输率
PD光驱:(PowerDisk2)是Panasonic公司将可写光驱和CD-ROM合二为一,有LF-1000(外置式)和LF-1004(内置式)两种类型。容量为65OMB,数据传输率达5.0MB/s,采用微型激光头和精密机电伺服系统。
DVD-RAM:DVD论坛协会确立和公布的一项商务可读写DVD标准。它容量大而价格低、速度不慢且兼容性高