Viskas apie CD ir DVD (I dalis)

I dalis

1. Įvadas.
2. Diskų struktūros.

II dalis

3. CD įtaisai.
4. DVD įtaisai.

III dalis

5. Kompaktinių diskų standartai.
6. DVD diskų standartai.
7. Apsauga nuo „piratų“.
8. Naujovės.

Įvadas

Optiniai informacijos kaupikliai buvo sukurti prieš dvidešimt tris metus. 1981 m. firma „Sony“ šią technologiją panaudojo stereofoniniams įrašams, buvo sukurtas pirmasis kompaktinių diskų audio grotuvas. Greitai jos pėdomis pasekė analogiška „Philips“ firmos produkcija. „Philips“, kaip ir „Sony“, buvo viena iš pagrindinių šios technologijos kūrėjų. Pagrindine varomąją jėga kuriant kompaktinius diskus buvo garso įrašų industrija. CD (Compact disc, lietuviškai „kompaktinis diskas“ arba „kompaktinė plokštelė“) technologija dar ir dabar neturi sau lygių konkurentų muzikos pramonėje.

Kompiuterių pramonėje kompaktiniai diskai pradėti naudoti žymiai vėliau. Tiek kompiuterių, tiek kompaktinių diskų naudojimas labai plečiasi, taip kaip plečiasi ir informacijos kiekis, kurį reikia išsaugoti. Numatydami tokią situaciją, elektronikos gamintojai iš anksto pradėjo kurti sekančios kartos optinius informacijos kaupiklius. Čia, kaip ir kompaktinių diskų kūrimo procese pagrindinis variklis buvo laisvalaikio organizavimo industrija. Konstruktoriams buvo duotas tikslas – padidinti diskų talpą iki tokio lygio, kad vienoje jo pusėje tilptų aukštos kokybės skaitmeninis filmas.

Pradžioje, pagrindinės firmos-konstruktorės nesutarė dėl bendro formato. Galutiniam standarto priėmimui 1995 metais dešimt elektronikos gigantų („Hitachi“, „Matsushita“, „Electronic Industrial“, „Mitsubishi Electric“, „Philips Electronics“, „Pioneer Electronics“, „Sony“, „Thomson Multimedia“, „Time Warner“, „Toshiba“ ir „JVC“) įkūrė organizaciją DVD Consortium. Naujieji diskai gavo DVD pavadinimą. Iš pradžių tai reiškė skaitmeninis video diskas (Digital video disc), vėliau tai pradėjo šifruoti kaip universalus arba įvairiapusis skaitmeninis diskas (Digital versatile disc).

Dauguma žmonių jau žino, kad DVD telpa daug daugiau informacijos nei CD, tad atrodo, bet ar DVD geresnis už CD? Šiame darbe pabandysime išsiaiškinti DVD ir CD panašumus ir skirtumus, trumpai apžvelgsime kompaktinių diskų ir DVD technologijas.

Optinė informacijos saugojimo technologija ir diskų struktūros

CD („kompaktinis diskas“) – tai yra mažas plastikinis diskas su atspindinčiu metaliniu paviršiumi. Milijonai mažyčių taškelių yra išdeginama šiame paviršiuje. Šie išdeginimai saugo muziką bitų pavidalu. Kiekvienas išdeginimas saugo vieną muzikos bitą. Išdeginti danteliai atspindi mažiau šviesos nei sidabrinis disko paviršius. Silpnas lazerinis spindulys yra siunčiamas į diską per dvipusį veidrodį, ir sensoriai registruoja skirtumus tarp šviesos atspindžių kaip nuliukus ir vienetukus. Kompaktinių diskų privalumas – tai puiki muzikos kokybė. Skaitymo metu programinė įranga netgi gali koreguoti klaidas, kurias sukelia pirštų žymės ant disko.

Augant šio formato populiarumui ir universalizuojant jo pritaikymą, 1985 metais muzikinis kompaktinis diskas buvo pritaikytas kompiuterinės informacijos saugojimui ir pavadintas CD-ROM, kas reikštų „tik skaitoma atmintis“ (Compact Disc – Read Only Memory). CD-ROM duomenys yra saugomi sektoriais, kurie skaitomi nepriklausomai, kaip ir iš kieto disko. Ilgus metus duomenų perkėlimui naudojama buvo disketė, tačiau greitai ji neatitiko grafinės medžiagos naudojimo ir „Windows“ aplinkos poreikių, ypač diegiant didelės apimties programas. CD-ROM programų gamintojams ir platintojams buvo daug pigesnis, programas diegti tapo daug greičiau ir pigiau, be to klaidų koregavimo mechanizmu aprūpinta CD-ROM plokštelė tapo visuotinai priimtina ir tapo dominuojančia priemone duomenų perkėlimui, perdavimui, pernešimui.

CD-ROM pavadinimas kilęs sutrumpinant žodžius „Compact Disk Read Only Memory“ tai yra „tik skaitomos atminties kompaktiškas diskas.“ Šie diskai buvo kuriami nenumatant, kad juos reikės naudoti kompiuterių informacijai saugoti, todėl jie buvo optimizuoti skaitmeninio garso įrašams saugoti. Juos kuriant buvo iškeltas uždavinys – diske sutalpinti valandos trukmės „HiFi“ kokybės garso įrašą. Pradėjus taikyti šiuos diskus kompiuterijoje iškilo begalės trūkumų.

Pradėti kurti nauji diskų standartai, didinamas duomenų perdavimo greitis. Buvo sukurta daug CD modifikacijų tai CD-ROM/XA, VIDEO CD, CD-Extra, CD-I, CD-R, CD-RW, Photo CD. Tai laikinai patenkino vartotojų poreikius ir dabar CD įrenginiai faktiškai yra neatsiejama PC periferijos dalis.

CD-ROM technologija

CD-ROM diskai yra skirti tik skaitomos (read only) informacijos saugojimui. Rašymo į CD-ROM pagrindai yra paimti iš muzikinių plokštelių rašymo metodo -naudojamas besisukantis diskas su spiralės formos takeliu. Optiniame rašyme lazerio spindulys panaudojamas ne tik informacijos įrašymui, bet ir jos nuskaitymui.

Pradinis įrašas į diską padaromas ant poliruoto stiklinio disko, padengto 0,12–0,15 um lako, jautraus šviesai, sluoksniu. Rašymas vyksta lazerio spinduliu. Spindulio paveiktos sluoksnio vietos panaikinamos tirpikliu ir lako paviršiuje kas 1,6 mm susidaro 0,12 mm aukščio ir 0,6 mm pločio kauburėliai. Šie kauburėliai vadinami pitais. Jų ilgis atsižvelgiant į įrašomus duomenis būna nuo 1 iki 3 mm. Išsidėstę paeiliui pitai sudaro spiralinį takelį, kuris prasideda disko centre.

Diskų kopijų gaminimas taip pat panašus į patefono plokštelių tiražavimą. Nuo stiklinio disko, padengto laku, gaunamos metalinės kopijos, kurios ir naudojamos kaip matricos presuojant karšto (skysto) polikarbonato diskus. Ant šių diskų užgarinamas metalo sluoksnis atlieka reflektoriaus funkciją. Gauti diskai padengiami skaidriu apsauginiu polikarbonato sluoksniu, atspariu mechaniniam poveikiui, drėgmei ir temperatūrai.

Žemiau pateikiamas kompaktinio disko pjūvis.

CD-ROM diskų fiziniai parametrai yra pateikiami 1 lentelėje.

CD-ROM palyginimas su lanksčiu disku

CD-ROM gali būti lyginamas su lanksčiu diskeliu, kadangi abu diskai yra keičiami. Abu jie turi kišenes priekinėje kompiuterio dėžutės dalyje. CD-ROM diametras yra 4,6 colio. Kai CD-ROM įdedamas į kišenę, jis pradeda suktis ir pasiekia savo darbinį greitį po 1–2 sekundžių. Tuomet tvarkyklė yra pasiruošusi disko skaitymui. Duomenų skaitymas iš CD-ROM vyksta tiesiogiai. Todėl skaitymo galvutė turi šokinėti į skirtingas disko dalis. Jūs tai galite jausti. Tai sukelia pauzes skaitymo funkcijoje. Tai yra CD-ROM trūkumas. Greitesnės tvarkyklės gali kelti triukšmą.

CD-ROM palyginimas su kietu disku

CD-ROM gali būti lyginamas su kietu disku, kadangi panašios duomenų saugojimo apimtys. Iš tiesų, CD-ROM gali saugoti iki 680 MB duomenų. Tai atitinka 470 lanksčių diskelių. Lanksčių ir kietų diskų plokštelės yra suskirstytos į koncentruotus takelius. Tokių takelių, einant nuo centro link plokštelės išorės, gali būti šimtai. CD-ROM suprojektuotas skirtingai. Jis turi tik vieną takelį, kuris vyniojasi nuo centro link išorės. Taip gaunasi 5 kilometrų ilgio spiralė su 5,5 bilijono taškelių po 1 bitą. Taip pat CD-ROM turi nuosavą failų sistemą, vadinamą ISO9660. Jis nenaudoja failų išdėstymo lentelės (FAT), kas būdinga tiek lanksčiam, tiek kietam diskui.

Kompiuterio CD-ROM tvarkyklė gali groti ir muzikinius CD. Tai yra didelė dovana kompiuterio vartotojams, bet reikalauja dar 3 dalykų:

• reikia turėti garso kortą personaliniame kompiuteryje;
• CD-ROM tvarkyklė turi atitikti MPC-3 multimedia standartą (visos šiuolaikinės CD-ROM tvarkyklės atitinka);
• reikia sujungti CD-ROM kišenę su garso korta specialiu kabeliu (galima groti ir be šio kabelio, bet muzika nebus kokybiška).

1990 metais CD-ROM technika buvo patobulinta, ir dabar galima pačiam įrašinėti kompaktinius diskus. Norint įrašinėti nuosavus CD-ROM, reikia naudoti tvarkyklę, kuri gali rašyti į specialius CD-R diskus. Šie diskai turi temperatūrai jautrų sluoksnį, kuris gali būti pakeistas įrašymo metu. Į CD-R tipo diską galima įrašyti tik kartą. Yra dar vienas kompaktinių diskų tipas CD-RW. Toliau plačiau apie kitas technologijas.

CD-R technologija

Kalbant apie visus kompaktinius diskus pridedama dalis „tik skaitomi diskai“ (read only discs) Tai primena, kad juos galima skaityti su kompaktinių diskų grotuvais ir CD-ROM įrenginiais, bet informacijos juose šiais įrenginiais pakeisti negalima. Tai yra naudinga, kai reikia pagaminti daug disko kopijų už žemą savikainą, bet nenaudinga, kai kopijų skaičius yra mažas.

Tobulėjant optinių kaupimo įtaisų technologijoms, buvo sukurti keli optiniai informacijos įrašymo būdai. Vienas iš jų WORM (Write Once-Read Many, rašyti vieną kartą – skaityti daug kartų). Gaila, bet šis procesas yra negrįžtamas. Informaciją į diską galima įrašyti tik vieną kartą, jos ištrinti neįmanoma.

WORM technologija buvo sukurta Japonijos kompanijoje „Taiyo Yuden“. Šį standartą „Philips“ ir „Sony“ korporacijos priėmė 1990 metais. CD-R diskus galima skaityti su standartiniais CD-ROM įrenginiais. Taip pat buvo įvesti papildomi patobulinimai. Rašant informaciją, dalį WORM disko galima palikti tuščia. Šią vietą galima užpildyti kitos rašymo sesijos metu. Tai vadinamasis daugkartinio rašymo („multisession“) režimas. Šių CD-R diskų struktūra ir gamyba yra panaši į paprastų CD-ROM.

Diskas yra pagamintas iš polikarbonato, kurio vidinis paviršius yra padengtas specialių dažų sluoksniu. Lazerio spindulys gali pakeisti dažų sluoksnio šviesos absorbcijos laipsnį. Sekantis sluoksnis yra pagamintas iš aukso ar paauksuoto metalo (naujausios technologijos jau leidžia naudoti sidabrą). Šis metalo sluoksnis padengtas apsauginiu lako paviršiumi.

Padidintas CD-R disko fragmento pjūvis pavaizduotas paveiksle.

Šie diskai gamybos metu yra suformatuojami. Tai yra jų neskaidriame dažų sluoksnyje yra suformuotas 0,6–0,7um spiralinis takelis (griovelis), kuris ir „rodo kelią“. Šiame takelyje informacija įrašoma galingu lazerio spinduliu, kuris išdegina skylutes iki atsispindinčiojo sluoksnio. Informacija skaitoma mažos galios spinduliu, matuojant atsispindėjusios šviesos intensyvumą. Šviesos srauto pokytis atsiranda lazerio spinduliui einant per duobutės kraštą, yra koduojamas vienetu, o nekintantis šviesos srautas – nuliu. Informacijos įrašymo patikimumui padidinti tarp dviejų vienetų daromas mažiausiai dviejų nulių tarpelis.

Pagrindinis trūkumas dėl ko WORM technologija nepaplito – buvo tas, kad CD-R diskelyje įrašytos informacijos negalima pakeisti. Privalumas – gana žema vieno disko savikaina.

CD-MO technologija

Kadangi WORM technologija turi savo trūkumų, buvo pradėta ieškoti naujų optinių informacijos saugojimo būdų. Kitas, jau ne WORM, informacijos saugojimo būdas – magneto optinis. Šiuo būdu išsaugotą informaciją galima keisti kiek norima kartų, išsaugojant panašią įtaisų struktūrą.

Klasikinį CD-MO diskelį sudaro pagrindas, šviesą atspindintis aliuminio sluoksnis, informacinis ir apsauginis sluoksnis. Magneto optinis metodas pagrįstas Kero efektu. Šis efektas pasireiškia tuo, kad įmagnetintas paviršius keičia atsispindėjusio poliarizuoto šviesos srauto poliarizaciją priklausomai nuo magnetinio lauko poliškumo. Informacija įrašoma naudojant lazerio spindulio ir magnetinio lauko derinį, o skaitoma matuojant grįžtančio lazerio spindulio poliarizaciją.

Informacinį sluoksnį sudaro tik kelių atomų storio įmagnetintas, temperatūrai jautrus, šviesą poliarizuojančio oksido sluoksnis. Informacijos vienetas įrašomas lazerio spinduliu įkaitinus šio sluoksnio mikrosritį iki Kiuri taško (Kiuri taškas – temperatūra prie kurios medžiagos diamagnetinės savybės susilpnėja, tai yra apie 145 laipsniai Celsijaus) ir tuo pat metu rašymo galvutės sukurtu stipriu magnetiniu lauku mikrosrityje pakeičiant sluoksnio dalelių įmagnetinimo poliškumą, kuris užsifiksuoja mikrosričiai auštant. Įmagnetinimo kryptis ir poliarizacinės mikrosrities savybės priklauso nuo to, kas buvo įrašyta – vienetas ar nulis. Skaitant informaciją, jau mažos galios lazerio spindulys pereina permagnetintą mikrosritį, atsispindi nuo aliuminio sluoksnio ir jau poliarizuotas grįžta į analizatorių, kuris ir nustato, kas toje mikrosrityje buvo įrašyta. Pabaigai galima pastebėti, kad šie diskai nėra labai paplitę, iš dalies dėl to, kad buvo sukurta paprastesnė su fazės detekcija PD (Phase Detected, ) technologija.

CD-RW technologija

Ateityje, matyt, labiausiai pasiteisins ir paplis CD-RW diskai. Tai „Compact Disc ReWritable“ (perrašomi kompaktiniai diskai). Nors ir CD-MO diskai yra perrašomi, jie turi daug trūkumų, vienas iš pagrindinių - rašymo proceso sudėtingumas ir nesuderinamumas su ankstesniais CD. CD-RW diskai dar vadinami CD-PD (compact disc phase detected). Taip yra todėl, kad informacija saugoma keičiant medžiagos fizinę būseną (fazę).

Tokį diską sudaro: pagrindas, šviesą atspindintis sluoksnis, informacinis sluoksnis ir apsauginis sluoksnis. Pagrindinė šios struktūros dalis – informacinis sluoksnis. Jį sudaro: sidabras, indis, antimonis, telūras (Ag-In-Sb-Te). Tai keičiantis savo fazę sluoksnis. Trumpam lazerio spinduliu įkaitinus mikro sritį, ji pakeičia savo būseną – iš amorfinės į kristalinę, įkaitinus dar kartą sritis grįžta į pradinę būseną iš kristalinės į amorfinę. Informacijos nuskaitymo metodas yra labai paprastas ir pagrįstas tuo, kad amorfinė medžiagos būsena yra neskaidri, o kristalinė atvirkščiai – skaidri, grįžtančiojo lazerio spindulio intensyvumas priklauso nuo informacinio paviršiaus fazės. Informacija skaitoma, kaip ir CD-ROM arba CD-R kaupikliuose, matuojant atsispindėjusios mažos galios lazerio šviesos intensyvumą.

CD-RW disko struktūra pavaizduota paveiksle.

CD diskų kodavimas

Audio kompaktiniuose diskuose analoginiai stereo signalai keičiami į skaitmeninę formą. Skaitmeninio 16 bitų signalo diskretizacijos dažnis Fd=44,1 kHz (aukščiausias perduodamo analoginio signalo dažnis 20 kHz). Diskretizacijos periodas lygus:

Td = 1 / Fd = 22,676 ms

Bendras skaitmeninio signalo srautas:

C = 2 * Fd * m = 2 * 44,1 * 1000 * 16 = 1,4112 Mbit/s.

Kas 6 kairio ir dešinio kanalų signalų taktus duomenys grupuojami į kadrus, jų talpa:

Rk = 2 * 6 * 16 = 192 signalo bitai.

Šie bitai grupuojami į 24 blokus po 8 bitus į bloką. Kadro ilgis lygus

Tk = 6 * Td = 6 * 22,676 = 136,05 ms,

o dažnis:

Fk = 1 / Tk = 1 / 136,05 = 7,350 kHz.

Skaitmeninio signalo srauto greitis:

C = Rk / Tk = Rk * Fk.

Skaitant gautą skaitmeninį signalą gali įsivelti klaidų, todėl reikia naudoti klaidų detekciją ir korekciją. Tam naudojamas „Rido Saliamono“ kodavimas. Rezultate į signalo kadrą įvedami aštuoni kontroliniai blokai (po 8 bitus į bloką) t. y. koreguojantys 64 bitų talpos duomenys. Kadro talpa su koreguojančiais duomenimis lygi:

Rk = 24 + 8 = 32 blokai = 256 bitai,

o srauto greitis :

C = Rk * Fk = 256 * 7,350 * 1000 = 1,8816 Mbit/s

Toliau prie kiekvieno kadro informacinių ir koreguojančių duomenų pridedamos 8 papildomos skiltys, sudarančios vieną bloką reikalingą valdymui ir indikacijai. Šie duomenys naudojami kaupiklyje reguliuoti ant disko sukimosi greitį, lazerio spindulio fokusavimą, takelio sekimui ir norimo tako radimui. Šiuo atveju kadro talpa gaunasi

Rk = 24 + 8 + 1 = 33 blokai = 264 bitai,

o skaitmeninio signalo srautas:

C = 1,9404 Mbit/s.

Vėliau vykdoma kanalinė moduliacija pagal kodą 8 / 14. Iš kiekvieno 8 skilčių bloko suformuojamas 14 skilčių žodis (naujas blokas) ir 3 papildomi skiriamieji bitai žodžių kraštuose. Kiekvieno kadro pradžia pažymima 24 skilčių sinchrožodžiu. Šis kodas supaprastina taktinio dažnio išskyrimą iš atkuriamo skaitmeninio srauto.

Gaunama tokia rašomo skaitmeninio signalo struktūra kadro tėkmėje :

• Informacijos valdymo ir indikacijos žodis,
• 12 informacinių žodžių,
• 4 koreguojantys duomenų žodžiai,
• 12 informacinių žodžių,
• 4 koreguojantys žodžiai,
• 24 skilčių sinchrožodis,
• 3 skiriamieji bitai.

Gaunama tokia rašomo kadro talpa:

Rk = 33 * ( 14 + 3 ) + ( 24 + 3 ) = 558 bitai

Srauto greitis :

C = 588 * 7,350 * 1000 = 4,3218 Mbit/s.

Duomenų išdėstymas kompaktiniuose diskuose

Kompaktinio disko duomenų takelis prasideda disko centre ir baigiasi jo pakraštyje. Tai išilginė spiralinė juosta. Takelio diagrama pavaizduota paveiksle.

Disko takelio ilgis siekia 10 km., o takelių tankumas yra apie 16 000 viename colyje (TPI Track Per Inch – takeliai į colį). Palyginimui galima paimti lankstų diskelį (floppy disc), kuris turi 69 takelius colyje.

Informacijos išdėstymą galima aprašyti dviem terminais: takeliais ir sesijomis. Kompaktinis diskas padalintas į individualius takelius (track). Šis padalinimas buvo reikalingas atskirti dainas viena nuo kitos audio kompakte. Audi o kompakte vienai dainai yra skirtas vienas takelis, na o CD-ROM turi vieną ilgą kompiuterio duomenų takelį. Kompaktai (Mixed Mode CD – maišyto tipo CD) kompiuterio duomenims naudoja pirmą takelį ir po vieną takelį kiekvienai dainai.

Kiekvieną kartą rašant į kompaktinį diską sukuriama nauja sesija. Sesija yra fizikinis disko padalinimo būdas, taip pat kaip ir takelis. Kiekvienos sesijos pradžioje į diską įrašomas lead-in (įvadas), o pabaigoje lead-out (išvadas) . Kompaktai kuriuose yra tik viena sesija vadinami vienasesijiniais (singlesession). Kiekviena sesija gali turėti keletą takelių, o kiekvienas kompaktinis diskas keletą sesijų. Tokie kompaktai vadinami daugiasesijiniai (multisession). Norint įrašyti daugiasesijinį diską reikia, kad CD kaupiklis palaikytų tokį režimą. Bet atsiranda tokia problema, kad dauguma senesnės laidos CD kaupiklių ir kompaktinių diskų grotuvai gali skaityti tik vienasesijinius diskus. Todėl specialistai rekomenduoja be būtino reikalo nekurti daugiasesijinių diskų.

Priklausomybes tarp takelių ir sesijų pavaizduotos paveiksle. Čia matomas „Mixed Mode CD“ diskas, kuris turi dvi sesijas. Vienas duomenų takelis ir dvi dainos yra pirmoje sesijoje ir dar dvi dainos antroje sesijoje. Toks diskas yra išplanuotas taip:

Kaip matome sesijų įvadai visad būna 120 s. ilgio. Pirmosios sesijos išvadas visada būna 90 s. ilgio, na, o antrosios ir kitų sesijų tik 30 s. Skirtukų tarp takelių ilgis priklauso nuo takelių tipo. Jei jis skiria vienodos rūšies takelius jo ilgis – 2 s. jei ne – skirtuko ilgis būna 3 s.

DVD diskai

Susidūrus su CD talpumo problemomis 1995 metais buvo nuspręsta priimti vieningą naujos kartos, didelio tankumo optinių diskų formatą – DVD. Pradžioje tai buvo skaitoma kaip skaitmeninis video diskas (Digital Video Disk), vėliau tai pradėjo šifruoti kaip universalus arba įvairiapusis skaitmeninis diskas (Digital Versatile Disk), nes DVD kaip ir CD gali būti saugoma įvairiarūšė informacija. Šis formatas buvo pasirinktas atmetus kitus du variantus:

1. Multimedia CD (pristatė „Philips“ ir „Sony“).
2. Super aukšto tankumo diskai SDD („Toshiba“, „Matsushita“, „Time Warner“).

Daugelis diskų yra 4,7 GB talpos, bet yra ir DVD diskų kuriuose talpinama 8,5 GB, 9,4 GB ir 17 GB informacijos.

DVD diskų forma identiška CD kaupiklių formai. Jo diametras 4,7 colio (12 cm) ir storis 0,05 colio (1,2 mm). Duomenys yra saugomi mažyčiuose išdegintuose taškeliuose spiraliniame takelyje, kaip ir CD, tik takelis yra siauresnis. Tai leidžia daryti mažesnius taškelius ir padidinti saugojimo erdvę. Todėl duomenys rašomi 2 sluoksniais: išorinis auksinis sluoksnis yra pusiau laidus, kad leistų skaityti sidabrinį, giliau esantį sluoksnį (numatyti ir vienpusiai diskai). Abiejose pusėse galima saugoti po 4,7 GB informacijos, o tai viršija 7 kompaktinių diskų talpą. Be to galima naudoti diskus su dviem darbiniais sluoksniais kiekvienam paviršiui. Šiuo atveju kiekviena disko pusė talpina 8,5 GB informacijos (4,7 pirmame sluoksnyje, 3,8 antrame). Naudojant abi disko puses bendras talpumas siekia 17 GB, t.y. lygus 26 paprastiems kompaktiniams diskams. Paveiksle pateikiamas DVD disko vaizdas.

Pateikiame lentelę su DVD-ROM diskų pagrindiniais parametrais.

Didelis vieno sluoksnio DVD ir CD talpumų skirtumas susidaro DVD technologijoje naudojant ne 780 nm (CD technologija), o 640 nm ilgio bangos lazerį. Trumpesnės bangos lazeris geriau tinka mažesnių ir labiau sutankintų pitų skaitymui, todėl, gana nežymiai sutrumpinus lazerio spindulio bangos ilgį, gautas net 7 kartus didesnis talpumas. Optinė galvutė buvo patobulinta panaudojus linzes su aukštesniu apertūros laipsniu, kas leido tiksliau sufokusuoti lazerio spindulį. Vizualiniam palyginimui toliau pateiktas CD ir DVD fragmentų padidinti vaizdai.

Detalus DVD ir CD-ROM padidintų fragmentų vaizdas pateikiamas 10 paveiksle.

DVD diskų struktūriniai tipai

Single Side/ Single Layer (vienpusis/vienasluoksnis): Tai pati paprasčiausia DVD disko struktūra. Šiame DVD diske galima talpinti iki 4,7 GB informacijos. Tai 7 kartus didesnė talpa nei paprastų CD-ROM diskų.

Single Side/ Dual Layer (vienpusis/dvisluoksnis): Tokio tipo diskas informaciją talpina 2 sluoksniuose, vienoje pusėje, tokiame diske galima talpinti iki 8,5 GB duomenų, tai 3,5 GB daugiau negu vienasluoksniame DVD diske.

Double side/ Single Layer (dvipusis/vienasluoksnis): Tokiame diske telpa 9,4 GB duomenų, po 4,7 GB kiekvienoje pusėje. Nesunku pastebėti, kad tokio disko talpa yra dvigubai didesnė nei vienasluoksnio/vienpusio DVD disko, tokiame diske duomenys įrašomi į abi puses, todėl reikia apversti diską į kitą pusę norint skaityti duomenis kitoje pusėje, arba įsigyti įrenginį kuris gali nuskaityti DVD diską iš abiejų pusių.

Double Side/ Double Layer (dvipusis/dvisluoksnis): Tokios struktūros diske galima sutalpinti net 17 GB duomenų (po 8,5 GB kiekvienoje pusėje). Priminsime, jog šie dydžiai yra suapvalinti, nes 1 KB=1024 baitams, todėl tikslūs duomenys gali būti šiek tiek mažesni.

SS – single side (vienpusis diskas)
SL – single layer (vienas sluoksnis)
DS – double side (dvipusis diskas)
DL – double layer (dvigubas sluoksnis)

Gali būti keturi DVD diskų variantai. Panagrinėsime jų struktūras privalumus bei trūkumus.

Vienpusis diskas su vienu informaciniu sluoksniu

Šis diskas labiausiai primena įprastą CD-ROM. Informacija saugoma disko vienos pusės viename sluoksnyje. Šio disko ir struktūra yra gana panaši į CD-ROM disko struktūrą. Informacija saugoma atspindinčiame sluoksnyje padarant įdubas (pitus). Informacijos kiekis padidėja tik dėl lazerio spindulio bangos ilgio sutrumpinimo (trumpesnė lazerio banga daro tai įmanomu). Pateikiame tokio disko fragmentą.

Kaip matome, tokio disko struktūra praktiškai nesiskiria nuo CD-ROM disko struktūros. Čia yra tokie pat sluoksniai, kaip ir kompaktiniame diske.

Dvipusis diskas su vienu informaciniu sluoksniu

Dvipusis DVD diskas primena du CD-ROM diskus suglaustus nugarėlėmis. Čia panaudotas lanksčių magnetinių diskelių (Floppy discs) dvipusio rašymo principas. Šiuo atveju darbiniai sluoksniai yra abiejose disko pusėse. Atitinkamai padidėja ir disko talpumas. Nuskaityti informacijai iš tokių diskų, įrenginiai turi turėti nuskaitymo galvutes iš abiejų pusių. Pateikiame tokio disko struktūrą:

Šių diskų darbinio sluoksnio storis yra 0,6 mm, viso disko kaip ir paprasto vienpusio DVD disko – 1,2 mm.

Vienpusis diskas su dviem informaciniais sluoksniais

Tokių diskų talpa yra 8,5 GB (4,7 pirmame sluoksnyje, 3,8 antrame). Čia informacija yra saugoma dviejuose sluoksniuose ir svarbiausias elementas skiriantis šiuos diskus nuo viensluoksnių – pusiau skaidrus reflektorius. Šis reflektorius ir skiria abu informacinius sluoksnius. Tai kritinis disko elementas. Jo gamybos technologija yra pati sudėtingiausia disko gamybos eigoje. Pusiau skaidrus reflektorius gaminamas iš aliuminio, nors yra įvairių realizavimo būdų. Visi kiti elementai išlieka tie patys.

Viensluoksnio ir dvisluoksnio diskų struktūros pavaizduotos paveiksle.

Informacijos saugojimo būdas išlieka tas pats - sukuriamos skirtingai šviesą atspindinčios vietos (pitai), tik jie kuriami ne viename, o dviejuose sluoksniuose. Informacija nuskaitoma fokusuojant lazerio spindulį į reikiamą informacinį sluoksnį. Tai pavaizduota 14 paveiksle. Kai linzė lazerio spindulį sufokusuoja į viršutinį sluoksnį, informacija ir skaitoma iš jo, o antro sluoksnio informacija nuskaitoma sufokusavus spindulį į antrą jį sluoksnį. Šiuo atveju spindulys turi praeiti per pirmo sluoksnio pusiau skaidrų reflektorių.

Dvipusis diskas su dviem informaciniais sluoksniais

Šiuose diskuose naudojama paprastų dvisluoksnių diskų technologija, tik šie dvigubi sluoksniai kuriami abiejose diskų pusėse. Gamyba šiuo atveju nežymiai pasudėtingėja, tačiau gaunamas du kartus didesnis talpumas (17 GB). Tokio disko struktūra pateikiama 15 paveiksle.

DVD-R diskai

„DVD Forum“ organizacija jau patvirtino specifikacijas dviejų įrenginių, kurie leidžia informaciją ne tik nuskaityti, bet ir įrašyti į DVD-R diskus. Tokie įtaisai DVD-R (DVD Recordable) gali informaciją įrašyti tik vieną kartą. Įtaisai, kurie leidžia rašyti daugelį kartų pavadinti DVD-RAM (Random Access Memory).

Šie DVD diskai yra dviejų tipų – vienpusiai ir dvipusiai. Kiekvienoje tokio disko pusėje turėtų tilpti apie 3,95 GB duomenų. Darbiniai tokių diskų paviršiai yra padengti specialiais temperatūrai jautriais dažais (kaip ir CD-R). DVD-R lazeris turi du nustatytus režimus. Rašant lazerio spindulys įkaitina atitinkamas temperatūrai jautraus sluoksnio vietas iki kelių šimtų laipsnių. Dėl to šios vietos pakeičia savo spalvą ir tuo pačiu atspindėjimo savybes. Šie pakitimai yra negrįžtami, todėl pakeisti šios informacijos neįmanoma. Skaitant lazeris dirba mažesniu galingumu todėl negali pakeisti optinių sluoksnio charakteristikų. Pakeitimai, kurie padaromi šiuo metodu yra gana maži, todėl ne visi šiuolaikiniai DVD-ROM įrenginiai gali skaityti šiuos diskus. Tarptautinė organizacija Optical Storage Technology Association užsiiminėjanti optinių įtaisų standartizavimu, pasiekė, kad naujausiose DVD įtaisų versijose šio trūkumo nebebūtų.

DVD-RAM diskai taip pat bus leidžiami dviejų tipų - vienpusiai ir dvipusiai. Kiekvienoje tokio disko pusėje bus galima patalpinti iki 2,6 GB duomenų. Informacijos išsaugojimo patikimumo padidinimui tokie diskai bus patalpinti į specialius įdėklus su paslankiu dangteliu. Bet kuriuo atveju įstačius diską į kaupiklį dangtelis atsidaro kaip ir įstatant paprastą disketę. Tačiau vienpusiai diskai galės būti gaminami ir be dėžutės su užsklanda.

Darbiniai DVD-RAM paviršiai yra padengti plona plėvele sudaryta iš kristalų, kurie paveikti lazerio spindulio įkaista ir pereina į amorfinę būseną. Taip atsitikus, pasikeičia jų atspindžio savybės. Lazeris naudojamas DVD-RAM kaupikliuose turi 3 galingumo režimus. Mažiausio galingumo režimas naudojamas duomenų nuskaitymui, o likę du kiti – kristalų pavertimui į amorfinę būseną ir atgal. Tokių pasikeitimų optinės charakteristikos irgi yra labai nežymios, todėl ne visi DVD-ROM įtaisai gali skaityti šiuos diskus. Artimiausiu laiku šio nesuderinamumo turėtų nebelikti.

Toliau skaitykite II dalį.