تطور وسائط التخزين ، الجزء 2: التخزين البصري

تحية للجميع! هذا هو الجزء الثاني من المادة المتعلقة بتطور ناقلات المعلومات. دعني أذكرك أننا في المقالة الأولى تحدثنا عن أجهزة التخزين الأولى - البطاقات المثقبة ، كما اهتمنا بالأفلام المغناطيسية والأقراص المرنة. سنتحدث اليوم عن الأجهزة المألوفة بالنسبة لنا ، وهي محركات الأقراص الضوئية.

عندما كان في عام 1969 ، كانت شركة IBM لا تزال تعمل بجد لإنشاء أول قرص مرن ، وكان المهندسون من شركة تصنيع الإلكترونيات الهولندية Philips قد أكملوا بالفعل العمل على وسائط بصرية تسمى LaserDisc. يعتقد الكثير من الناس عن طريق الخطأ أن LaserDisc كانت أول تقنية تسجيل بصري في العالم ، ولكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. قبل 10 سنوات من هذا الحدث ، في عام 1958 ، كان الأخوان بول وجامي جريج يبتكران بالفعل تقنية مماثلة. كان الفرق بين هذه الوسائط البصرية هو أن تصميم الأخوين جريج عمل في وضع نقل الضوء ، في حين استخدمت تقنية Philips الضوء المنعكس.

في عام 1961 ، حصل غريغجي على براءة اختراع لتقنيته ، لكنه لم يستطع تحويلها إلى منتج تجاري ، وبالتالي بيع الحقوق إلى الوسائط البصرية لـ MCA في عام 1968. شعرت كل من Philips و MCA أنهم لا يحتاجون إلى المنافسة ، وقرروا توحيد القوى. كانت ثمرة عملهم الإطلاق التجاري لـ LaserDisc في عام 1972.



بحلول الوقت الذي وصل فيه Laserdisc ، كانت تنسيقات أشرطة VHS و Betamax ناجحة بالفعل. على الرغم من حقيقة أن Laserdisc كان له العديد من المزايا على الأشرطة ، إلا أنه لا يزال غير مطلوب. في أوروبا ، قوبل ببرود شديد ، والأسواق الرئيسية لهذه التكنولوجيا كانت الولايات المتحدة واليابان. أول فيلم صدر على Laserdisc كان Jaws. حدث ذلك في عام 1978. وآخرها لوحة "إحياء الموتى" عام 2000. ومن المثير للاهتمام ، استمر إنتاج مشغلات Laserdisc حتى عام 2009 ، عندما أصدرت بايونير الدفعة الأخيرة من هذه الأجهزة.

بديل أكثر نجاحًا لـ Laserdisc كان معيار القرص المضغوط (CD) ، الذي صدر في عام 1982. كان تحالف من Sony و Philips يعمل على تطوير هذا التنسيق. في البداية ، كان من المفترض أن الأقراص المدمجة ستستخدم فقط لتخزين التسجيلات الصوتية في شكل رقمي ، ولكن مع مرور الوقت بدأت تستخدم لتخزين الملفات من أي نوع. من نواح عديدة ، أصبح هذا ممكنًا بفضل جهود Apple و Microsoft ، التي بدأت في تثبيت محركات الأقراص المضغوطة في أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم منذ عام 1987.

أما جهاز CD فهو بسيط للغاية. القرص المضغوط نفسه عبارة عن ركيزة من البولي كربونات المغلفة بطبقة رقيقة من المعدن. هذه الطبقة محمية بالورنيش ، حيث يتم تطبيق الصور والنقوش وعلامات التعريف الخارجية الأخرى للقرص.



تحتوي المعلومات المسجلة على القرص المضغوط على شكل لولب من التجاويف ، أو "حفر" ، يتم إيداعها على السطح العكسي للقرص. يبلغ حجم الحفرة الواحدة عادة حوالي 500 نانومتر وعرضها من 850 إلى 3500 نانومتر في الطول. في نفس الوقت ، يصل عمق الحفرة إلى 100 نانومتر. عادة ما تكون المسافة من كل حفرة إلى جيرانها حوالي 1.6 ميكرون. تسمى هذه المسافة الأرض. تتم قراءة المعلومات من القرص المضغوط باستخدام شعاع الليزر الذي يشكل بقعة ضوئية يبلغ قطرها حوالي 1.2 ميكرون ، وهو 0.4 ميكرون أقل من المسافة بين الحفر المجاورة. في حال "استقرت" الحزمة على الأرض ، يلتقط الصمام الثنائي الضوئي المستقبِل إشارة أقصى شدة ويتعرف عليها كوحدة منطقية. عندما يضرب الليزر الحفرة ، يتشتت الضوء ويمتصه ، ثم ينعكس من ركيزة البولي.في هذه الحالة ، يلتقط الصمام الضوئي ضوءًا منخفض الكثافة ، ويتم التعرف عليه على أنه صفر منطقي.

لسنوات عديدة بعد ظهور القرص المضغوط ، ظل حجمه الأقصى عند حوالي 650 ميغابايت. على قرص بهذه السعة ، كان من الممكن تخزين حوالي 74 دقيقة من الصوت عالي الجودة. فقط في 2000s ، زاد حجم الأقراص المدمجة إلى 700 MB. أيضا للبيع ، يمكنك العثور على أقراص 800 ميغا بايت.

عندما ظهرت تقنية الأقراص المضغوطة لأول مرة ، كانت الأقراص المضغوطة مخصصة للقراءة فقط: حتى في مرحلة الإنتاج ، تم تسجيل المعلومات على القرص عن طريق تطبيق الحفر على الركيزة. ثم تم تطبيق طبقة عاكسة ورنيش وقائي فوق الركيزة. ومع ذلك ، بعد وقت قصير من ظهور القرص المضغوط ، أراد المستخدمون كتابة المعلومات إلى الأقراص بأنفسهم. دفع هذا شركة Philips وسوني إلى تطوير معيار CD-R (قرص مضغوط قابل للتسجيل). لذلك ، ظهرت أول أقراص مضغوطة مخصصة للتسجيل الفردي في عام 1988.

من خلال تصميمها ، اختلفت أقراص CD-R عن سابقاتها فقط في وجود طبقة أخرى بين الركيزة والعاكس. هذه الطبقة مصنوعة من صبغة شفافة عضوية. كان للصبغة خاصية مثيرة للاهتمام: تحت تأثير الحرارة ، انهارت وظلمت. في الواقع ، جعلت هذه الخصائص الفيزيائية للطبقة العضوية من الممكن تحقيق القدرة على كتابة المعلومات إلى القرص. أثناء التسجيل ، قام ليزر محرك الكتابة الخاص بتغيير قوته ، وحرق نقاط فردية في طبقة الصبغة. في القراءة اللاحقة ، كان الثنائي الضوئي ينظر إلى هذه المناطق المظلمة على أنها حفر ، أو منطق صفر.

كما ذكر أعلاه ، كانت كتابة المعلومات على قرص مضغوط قابل للتسجيل مرة واحدة فقط. وكان هذا العيب الرئيسي لهذا التنسيق. أصبح التسجيل المتعدد للمعلومات ممكنًا في عام 1997 مع إصدار معيار CD-RW (قرص مضغوط قابل لإعادة الكتابة).

تزامن تصميم CD-RW تمامًا مع جهاز CD-R ، باستثناء الطبقة بين الركيزة والعاكس. تم استبدال الصبغة العضوية بمواد نشطة غير عضوية - سبيكة من chalcogenides. مثل المواد العضوية ، تكون سبيكة مظلمة تحت تأثير شعاع ليزر قوي. حدث سواد نتيجة لانتقال مادة من حالة بلورية للتجمع إلى غير متبلور. على عكس المواد العضوية ، يمكن أن تعود سبيكة chalcogenide إلى حالتها البلورية الأصلية ، مما وفر إمكانية التسجيل المتعدد على القرص.

قبل عام من ظهور تنسيق CD-RW ، ظهرت أقراص DVD (قرص رقمي متعدد الاستخدامات). القصة وراء DVD مسلية جدا. نشأ في أوائل التسعينيات ، عندما انخرطت Philips و Sony في تطوير تكنولوجيا MMCD (القرص المضغوط للوسائط المتعددة) ، وعمل التحالف ، الذي تضمن Toshiba و Time Warner و Hitachi و Pioneer وبعض الآخرين ، على إنشاء معيار SD (كثافة فائقة). كلا الائتلافين يروجان لتقنيتهما بنشاط ، ولكن تحت ضغط من شركة IBM ، التي كانت تخشى تكرار "حرب التنسيق" بين VHS و Betamax ، تم التنازل عنها. هكذا نشأت تقنية DVD.

كانت إحدى ميزات تنسيق DVD أنه تم تطويره في الأصل كبديل لأشرطة الفيديو القديمة. لذلك ، في المرة الأولى التي تقرر فيها قرص DVD المختصر للاختصار على شكل قرص فيديو رقمي. ومع ذلك ، اتضح فيما بعد أن أقراص DVD مثالية لتخزين أي نوع من البيانات ، وتم تغيير الاسم السابق بسرعة إلى قرص رقمي متعدد الاستخدامات.

لا يختلف تصميم قرص DVD-ROM عن القرص المضغوط القياسي السابق. في تقنية DVD ، تم تقليل حجم الحفر ، لذلك لقراءة مثل هذه الأقراص أصبح من الممكن استخدام ليزر أحمر بطول موجة 635 أو 650 نانومتر. للمقارنة: تم قراءة الأقراص المدمجة بالليزر بطول موجة 780 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك ، بدأت مسارات الحفرة تقع بالقرب من بعضها البعض. هذا جعل من الممكن زيادة كثافة التسجيل بشكل ملحوظ ، ونتيجة لذلك ، يحتوي قرص DVD أحادي الطبقة على 4.7 جيجا بايت من البيانات - 6.5 مرة أكثر من قرص مضغوط. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن تصميم قرص DVD يوفر استخدام لوحين بسمك 0.6 مم لكل منهما بدلاً من 1.2 مم في القرص المضغوط. بفضل هذا ، أصبح من الممكن تسجيل المعلومات على DVD في طبقتين - في الطبقة السفلية المعتادة وفي الطبقة العلوية الشفافة.


لقراءة المعلومات من قرص من طبقتين ، احتاج الليزر إلى تغيير التركيز عن طريق تغيير الطول الموجي. كانت الميزة الرئيسية لمثل هذه "الأقراص" هي حجم مضاعف - 8.5 غيغابايت. بالإضافة إلى ذلك ، بعد مرور بعض الوقت ، ظهرت أقراص DVD على الوجهين ، بما في ذلك أقراص مزدوجة الطبقة. وصلت سعة هذه الأجهزة إلى 17 غيغابايت رائعة.

في عام 1997 ، ظهرت أول أقراص مصممة لتسجيل معلومات لمرة واحدة للبيع. لقد حصلوا على ملصق DVD-R. وفي عام 1999 ، يمكن للمرء أن يرى على بيع أجهزة DVD-RW ، والتي يمكن تسجيل المعلومات فيها عدة مرات. عند إنشاء هذين التنسيقين ، تم استخدام نفس المبادئ التي كانت أساس أقراص CD-R و CD-RW: بين الركيزة والعاكس كانت طبقة من المواد العضوية أو غير العضوية ، والتي تحت تأثير الليزر كانت قادرة على محاكاة الحفر.

كلا من هذه المعايير ، DVD-R (W) ، تم اقتراحه من قبل تحالف منتدى DVD. بالإضافة إلى ذلك ، طورت هذه المؤسسة أيضًا تنسيق DVD-RAM ، والذي يقارن بشكل إيجابي مع DVD-RW بسرعة قراءة أعلى وعدد كبير من دورات إعادة الكتابة (حتى 100 ألف ، في حين يمكن إعادة كتابة قرص DVD-RW 10 آلاف مرة فقط). ومع ذلك ، لم يكن تنسيق DVD-RAM متوافقًا مع DVD-RW ، وبالتالي لم تتمكن محركات أقراص DVD التقليدية من قراءة مثل هذه الأقراص. لهذا السبب ، لم تحصل التكنولوجيا على الكثير من التوزيع.



في عام 2002 ، قدمت Sony و Philips ، اللتين لم تكنا جزءًا من منتدى DVD ، تقنية DVD-R (W) المتوافقة مع DVD-R (W) المتوافقة. تم تمييز التنسيق الجديد عن إصدار "ناقص" من خلال وضع العلامات ، الأمر الذي سهل إلى حد كبير وضع رأس القراءة والمواد الأخرى للطبقة العاكسة. بالإضافة إلى ذلك ، على DVD + R (W) ، تم تسجيل المعلومات أعلى القديمة ، مثل أشرطة الفيديو ، بينما للتسجيل على DVD-R (W) ، كان من الضروري محو جميع البيانات الموجودة على القرص أولاً. كان لهذا أيضًا تأثير إيجابي على سرعة الكتابة لأجهزة DVD + R (W).

مع ذلك ، تم استنفاد إمكانات تقنية DVD ، وكانت الخطوة التالية في الصناعة إصدار جيل جديد من محركات الأقراص الضوئية: Blu-ray و HD DVD. لقد رأوا الضوء في عام 2006. تم تطوير تنسيق Blu-ray من قبل اتحاد اتحاد أقراص Blu-ray ، والذي تضمن شركات كبيرة مثل Sony و Panasonic و Samsung و LG وغيرها الكثير. وشمل إنشاء تقنية HD DVD الشركات المصنعة اليابانية: NEC و Toshiba و Sanyo. استخدم كلا التنسيقين الليزر البنفسجي الأزرق بطول موجة 405 نانومتر ، مما سمح مرة أخرى بزيادة كبيرة في سعة القرص. لذا ، يحتوي قرص Blu-ray أحادي الطبقة على 25 جيجا بايت من البيانات ، و HD DVD - 15 جيجا بايت.

بشكل عام ، كانت خصائص Blu-ray و HD DVD متشابهة جدًا. لكن استوديوهات الأفلام الأمريكية أوضحت أنها لن تدعم كلتا التقنيتين في نفس الوقت. استمرت "حرب الأشكال" عامين. خلال هذا الوقت ، فضلت الغالبية العظمى من استوديوهات الأفلام معيار Blu-ray ، وفي فبراير 2008 ، أعلنت Toshiba عن توقف التطوير والمزيد من الدعم لـ HD DVD.

منذ ذلك الحين ، تظل Blu-ray اللاعب الوحيد في سوق محركات الأقراص الضوئية. خلال هذا الوقت ، ظهرت أقراص BD-R و BD-RE للتسجيل الفردي والمتعدد. بالإضافة إلى ذلك ، في عام 2009 ، تم تقديم تقنية Blu-ray ثلاثية الأبعاد ، مصممة لتخزين وتشغيل محتوى فيديو ثلاثي الأبعاد. وفي بداية العام المقبل ، سيتم إطلاق أول أفلام 4K على أقراص بصرية Blu-ray Ultra HD. يوفر المعيار الجديد دعمًا لدقة تبلغ 3840 × 2160 بكسل وتنسيقات الصوت Dolby Atmos و DTS: X وتقنية HDR والمسح الضوئي عالي التردد (حتى 60 إطارًا في الثانية). ستكون سعة هذه الأقراص 50 أو 66 أو 100 جيجابايت.

(يتبع…)

Source: https://habr.com/ru/post/ar387287/