OPTICKÁ MÉDIA A MECHANIKY
Petr Luzar I/IT3 2006/2007
Základní princip činnosti mechaniky Jak funguje optická mechanika se dá popsat v několika málo krocích. První krok je, že laser (laserová dioda) vyzařuje paprsek na odrážecí zrcadlo, které je pomocí servomotoru pohybuje pod stopou, která se bude snímat. Poté je světlo odraženo od povrchu disku přes čočku a soustavu hranolů na fotodetektor, převádějící světlo na elektrický impuls. Ty jsou pomocí mikroprocesoru převedeny na data a předány počítači.
1. 2. 3. 4. 5.
Kryt
Mikroprocesor Laser Soustava hranolů Čočka Zrcadlo
Informační štítek
Vysouvací šuplík pro médium
Konektor pro sluchátka Ovládaní hlasitosti
Montážní otvory Signalizační dioda pro čtení, zápis
Tlačítko pro otevření/zavření šuplíku
Kabel k přenosu dat
Motor k pohonu hlavy
Řídící obvody
Hlava s optikou
Čočka laseru Vodící tyče hlavy
Hlava roztáčející disk (pod ní se nachází motor)
Co to je CD-ROM Médium CD-ROM vzniklo v roce 1978 firmami Philips a Sony určený původně jako audio nosič. Jedná se o médium, které je určeno pouze ke čtení dat. Lze na něj uložit až 700MB informací, která jsou ukládána do jedné spirály jako na gramofonové desce. Spirála začíná u středu média a postupně se rozvíjí k okraji. Délka takovéto spirály je zhruba 5km a je pouze na jedné straně disku. Data v ní jsou uložena konstantně. Podle rychlosti, kterou je CD-ROM mechanika schopna číst tato data, je můžeme rozdělit na: • • • • •
Single speed – rychlost čtení dat je 150 kB/s (odpovídá hudebním přehrávačům). Double speed – dvojnásobná rychlost než single speed, tedy 300 kB/s. Triple speed – trojnásobná rychlost 450 kB/s. Quad speed – mechanika může číst rychlostí až 600 kB/s. Při větších rychlostech jsou mechaniky označeny číslem. V dnešní době dosahuje rychlost 52. Je to 52 násobek rychlosti 150 kB/s, tedy 7800 kB/s.
Rychlost čtení spirály je asi 1,3 m/s v single speed. Rychlost otáčení není konstantní, ale je přizpůsobena podle, zda se čtení provádí na okraji nebo blíže ke středu disku, kde je rychlost vyšší (asi 500 otáček za minutu). Na okraji je rychlost nižší (asi 200 otáček za minutu). Je tak učiněno z důvodu, aby byla data čtena konstantní rychlostí. CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory) je kompaktní disk se vylisuje a pity (místo kde dochází k rozptylu vysílaného laserového paprsku) jsou mechanicky vylisovány do umělohmotné podložky. CD-R (Compact Disk Recordable), toto médium lze vypálit pomocí speciálního zařízení pro vypalováni (mění se chemické složení vrstvy nanešené na plastovém kotouči), nemusí se lisovat. Na médium můžeme informace zapsat pouze jednou a nelze je smazat nebo znovu zaznamenat.
CD-RW (Compact Disk Rewritable), je médium, které umožňuje uživateli přehrávat a mazat data na stejném disku. Materiál použitý na CD-RW má tu vlastnost, že po zahřátí na teplotu přibližně 200 °C a po zchladnutí zkrystalizuje. Když se ohřeje na teplotu 500 °C až 700 °C a ochladí se, bude mít amorfní strukturu. Tím je CD prázdné nebo zaplněno daty. Používá se však různý výkon laseru (780 nm) pro zápis, mazání a čtení.
Formáty mechanik a médií CD-ROM Formáty nazýváme podle složek, ve kterých se data ukládají. Jsou to vlastně standardy pro ukládaní dat, které se stále vyvíjí. •
Red Book – pro záznam digitálního zvuku. Zapisování a čtení je dána rychlostí 150KB/s. Můžeme ji vidět i pod názvem CD-DA (Compact Disk Digital Audio).
•
Yellow Book – základem tohoto standardu je Red Book, slouží však pro záznam počítačových dat. Rychlost je také stejná, tedy 150KB/s. Ovšem s časem se zvyšovala i rychlost mechanik, proto výrobci museli zajistit zpětnou kompatibilitu, aby bylo možné audio disky v mechanikách přehrávat.
•
Green Book – byl přizpůsoben standardům Red Book a Yellow Book. Využívá se především pro multimediální aplikace tzn.,že můžeme míchat na CD programová, zvuková i obrazová data a číst je zároveň, do této doby to nebylo možné, protože záznamy na CD byly nahrány za sebe. Standart byl vyvinut firmou Philips.
•
Orange Book – popisuje způsob záznamu na média. Zápis může probíhat v několika záznamech (multisession) nebo najednou (singlesession).
•
White Book – tento standard definuje VideoCD. Je určen především k přehrávání filmů na CD pomocí kódování MPEG 1 a 2.
Co to je DVD-ROM Původní název DVD byl Digital Video Disk, kdy ho firma Pioneer v roce 1997 uvedla na trh. Později byl však název změněn na Digital Versatile Disk. Výhodou těchto disků „druhé generace“ je, že data můžeme zaznamenávat do dvou vrstev na obě strany. Při jednovrstvém jednostranném záznamu je kapacita disku až 4,7 GB. Kapacity DVD-ROM: Počet stran jedna jedna dvě dvě
Počet datových vrstev jedna dvě jedna dvě
Kapacita [GB] 4,7 8,5 9,4 17
Vlnová délka laseru 650 nm představuje viditelné červené světlo. Protože má světlo jinou vlnovou délku než CD-ROM mechanika a aby bylo možné číst v mechanikách DVD-ROM i CD-ROM, tak někteří výrobci používají v mechanikách dva lasery. Přenosová rychlost mechaniky činí 1,3 MB/s. Formáty DVD, na která lze zaznamenávat: • DVD-R – původní datová velikost byla 3,95 GB, později byla zvýšena na 4,7 GB. • DVD+R – kapacita 4,7 GB. Podpora MultiSession. Uvedení na trh se podílelo několik firem jako např. Philips, Sony nebo Hewlett-Packard. • DVD-RW – přepisovatelné médium o kapacitě 4,7 GB. • DVD+RW – přepisovatelné médium o kapacitě 4,7 GB. Podpora MultiSession. • DVD-RAM – médium, které se „chová jako pevný disk“. Data můžeme volně nahrávat a mazat z jakéhokoli kolik místa na disku, tzn. nemusí se celé mazat. Původní verze disku měla kapacitu 2,6 GB, nyní už 4,7 GB.
Struktura DVD-ROM
Odrazová vrstva
Lepidlo
Lak
Polykarbonát
Rozdíly mezi CD-ROM a DVD-ROM Délka pitu Vzdálenost mezi závity stopy Plocha pro data Vlnová délka laseru Kapacita
CD
CD 0,8 nm 1,6 nm 86 cm2 780 nm 650 – 700 MB
DVD
DVD 0,4 nm 0,74 nm 87,6 cm2 650 nm 4,7 – 17 GB
Laser
Co to je HD-DVD Je to jeden z druhů disků třetí generace. Jedná se vlastně o modifikaci formátu DVD-R/-RW a podle toho jsou definovány jednovrstvé a dvouvrstvé formáty pro HD-DVD. Hustota dat se výrazně zvýšila, protože vzdálenost drah klesla na 400 nm, nejmenší délka pitu je 204 nm a jeho šířka se zmenšila na 250 nm. To vše je dáno použitím laseru o vlnové délce 405 nm. U lisovaných HD-DVD bude možné uložit na disk nejvíce 15 GB dat, v případě dvou vrstev pak 30 GB. U přepisovatelných disků lze zaznamenat až 20 GB, resp. 32 GB, což už jsou velmi slušné hodnoty. V případě použití oboustranného disku, pojme médium se přes 60 GB.
Co to je BD-ROM nebo-li Blu-ray Druhý formát třetí generace se nazývá Blu-ray, který byl představen v roce 2001 firmami Matsushita a Sony. Tyto dvě firmy již na začátku roku 2002 zformovaly konsorcium, které bylo nazváno Blu-ray Disk Association a do kterého dnes patří přes 70 společností z oblasti spotřební elektroniky. Hlavními členy, kteří určují směr, jakým se bude Blu-ray ubírat, jsou Dell, HP, Hitachi, LG, Mitsubishi, Panasonic, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony, TDK, Thomson, 20th Century Fox a Walt Disney.
Blu-ray používá stejnou vlnovou délku záznamového laseru jako HD-DVD, tedy 405 nm. Blu-ray Disk Association přišla s tímto způsobem zápisu dříve, a proto je formát pojmenovaný podle barvy laseru. Zajímavostí je proč se disk nazývá "Blu-ray" a ne "Blueray". Je to z důvodu, že běžně používané názvy (Blue) nelze registrovat jako ochrannou známku. Specifikace Blu-ray: • Kapacita: 23,3, 25 nebo 27 GB (jednovrstvý disk) • Vlnová délka: 405 nm (modro-fialový laser) • Hloubka záznamové vrstvy: 0,1mm • Přenosová rychlost: 36 Mbps • Vzdálenost drah: 320 nm • Délka pitu: 138, 149 nebo 160 nm • Průměr disku: 120mm • Tloušťka disku: 1,2mm
Formáty Blu-ray jsou podobné jako u předchozích druhů disků Je to BD-RE (Blu-ray REwritable), BD-R (Blu-ray Recordable) a BD-ROM (Blu-ray Read Only Memory). Samozřejmě je jiná intenzita laseru, ale tak to bylo již u CD-R a CD-RW. Jelikož se záznamová vrstva nachází pouze 0,1mm pod povrchem média, je disk mnohem náchylnější na poškrábání a nečistoty. Stačí trochu prašnější prostředí nebo otisk prstu a data by se mohla stát nečitelná. U původní specifikace BD-RE v1.0 se počítalo s nutností použít pro všechna média cartridge, která ochrání média před okolními vlivy. Díky snahám Blu-ray Disk Association byla ale vyvinuta technologie hard-coating, která přidává na povrch tenkou a odolnou vrstvu, díky které nebude potřeba od BD-RE v1.1, BD-R v1.0 a BD-ROM v1.0 cartridge používat.
Hard-Coat vrstva 2μm
Ochranná vrstva 98μm Nahrávací vrstva
Podložka
Jelikož optická média, na která lze zaznamenávat pomocí Blu-ray mechaniky (CD, DVD, BD) nejsou sjednocena, mají tyto mechaniky dvě čočky.
Co říci závěrem? Asi jen to, že zaznamenávaní na optická media se dále rozvijí a těšme se tedy co nám technologové významných firem připraví do budoucna a jak překonají Blu-ray. Možná si někdy v budoucnu budeme říkat jak jsme si s tak „málo“ místa mohli vystačit.
Použitá literatura • • • •
Sysel, M.: Technické vybavení PC. Skripta UTB, 2001. http://www.cdr.cz http://www.svethardware.cz Flash-animace studenta UTB
