Evolução da mídia de armazenamento, parte 2: armazenamento óptico

Olá a todos! Esta é a segunda parte do material sobre a evolução dos portadores de informações. Deixe-me lembrá-lo de que, no primeiro artigo , falamos sobre os primeiros dispositivos de armazenamento - cartões perfurados e também prestamos atenção a filmes magnéticos e disquetes. Hoje falaremos sobre dispositivos mais familiares para nós, a saber, drives ópticos.

Em 1969, a IBM ainda estava trabalhando duro para criar o primeiro disquete, e os engenheiros da fabricante holandesa de eletrônicos Philips já estavam concluindo o trabalho em mídia óptica chamada LaserDisc. Muitas pessoas acreditam erroneamente que o LaserDisc foi a primeira tecnologia de gravação óptica do mundo, mas isso não é inteiramente verdade. 10 anos antes deste evento, em 1958, os irmãos Paul e Jame Gregg já estavam criando uma tecnologia semelhante. A diferença entre essas mídias ópticas era que o design dos irmãos Gregg funcionava no modo de transmissão de luz, enquanto a tecnologia da Philips usava luz refletida.

Em 1961, Greggi patenteou sua tecnologia, mas não conseguiu transformá-la em um produto comercial, posteriormente vendendo os direitos à mídia óptica da MCA em 1968. A Philips e a MCA consideraram que não precisavam de concorrência e decidiram unir forças. O fruto de seu trabalho foi o lançamento comercial do LaserDisc em 1972.



Quando Laserdisc chegou, os formatos de cassete VHS e Betamax já eram bem-sucedidos. Apesar do fato de o Laserdisc ter muitas vantagens sobre os cassetes, ele ainda não podia estar em demanda. Na Europa, ele foi recebido com muita frieza, e os principais mercados dessa tecnologia foram os EUA e o Japão. O primeiro filme lançado em Laserdisc foi Jaws. Isso aconteceu em 1978. E o último é a pintura “Ressuscitando os Mortos” em 2000. Curiosamente, a produção de players Laserdisc continuou até 2009, quando a Pioneer lançou o último lote desses dispositivos.

Uma alternativa muito mais bem-sucedida ao Laserdisc foi o padrão Compact Disc (CD), lançado em 1982. Uma aliança da Sony e da Philips estava desenvolvendo esse formato. Inicialmente, supunha-se que os CDs seriam usados ​​apenas para armazenar gravações de áudio em formato digital, mas com o tempo começaram a ser usados ​​para armazenar arquivos de qualquer tipo. De várias maneiras, isso foi possível graças aos esforços da Apple e da Microsoft, que começaram a instalar unidades de CD em seus computadores desde 1987.

Quanto ao dispositivo de CD, é bastante simples. O CD em si é um substrato de policarbonato revestido com uma fina camada de metal. Esta camada é protegida por verniz, no qual são aplicadas imagens, inscrições e outras marcas de identificação externas do disco.



As informações gravadas no CD têm a forma de uma espiral de recessos, ou "poços", depositados na superfície reversa do disco. O tamanho de um poço é geralmente de cerca de 500 nm de largura e de 850 a 3500 nm de comprimento. Ao mesmo tempo, a profundidade do poço atinge 100 nm. A distância de cada poço a seus vizinhos é geralmente de cerca de 1,6 mícrons. Essa distância é chamada de terra. As informações são lidas no CD usando um feixe de laser que forma um ponto de luz com um diâmetro de cerca de 1,2 µm, que é 0,4 µm menor que a distância entre os poços adjacentes. No caso em que o feixe "repousa" na terra, o fotodiodo receptor captura o sinal de intensidade máxima e o reconhece como uma unidade lógica. Quando o laser atinge o poço, a luz é dispersa e absorvida e, em seguida, é refletida no substrato de policarbonato.Nesse caso, o fotodiodo captura a luz de menor intensidade e é reconhecido como um zero lógico.

Por muitos anos após o advento do CD, seu volume máximo permaneceu em torno de 650 MB. Em um disco com essa capacidade, foi possível armazenar cerca de 74 minutos de áudio de alta qualidade. Somente na década de 2000, o volume de CDs aumentou para 700 MB. Também à venda, você pode encontrar discos de 800 megabytes.

Quando a tecnologia do CD apareceu pela primeira vez, os discos compactos eram apenas para leitura: mesmo no estágio de produção, as informações eram gravadas em um disco aplicando poços em um substrato. E então uma camada reflexiva e um verniz protetor foram aplicados sobre o substrato. No entanto, logo após o advento do CD, os usuários queriam gravar informações nos próprios discos. Isso levou a Philips e a Sony a desenvolver o padrão CD-R (Compact Disc-Recordable). Assim, os primeiros discos compactos destinados à gravação única apareceram em 1988.

Pelo seu design, os discos CD-R diferiam dos seus antecessores apenas na presença de outra camada entre o substrato e o refletor. Esta camada foi feita a partir de corante orgânico transparente. O corante tinha uma propriedade interessante: sob a influência do calor, desmoronou e escureceu. Na verdade, essas características físicas da camada orgânica permitiram perceber a capacidade de gravar informações no disco. Durante a gravação, o laser de uma unidade de gravação especial mudou sua potência, queimando pontos individuais na camada de tinta. Na leitura subsequente, essas áreas escuras foram percebidas pelo fotodiodo como poços ou zero lógico.

Como mencionado acima, a gravação de informações em um CD-R foi possível apenas uma vez. E essa foi a principal desvantagem desse formato. A gravação múltipla de informações tornou-se possível em 1997 com o lançamento do padrão CD-RW (Compact Disc-Rewritable).

O design do CD-RW coincidiu completamente com o dispositivo CD-R, com exceção da camada entre o substrato e o refletor. O corante orgânico foi substituído por um material ativo inorgânico - uma liga de calcogenetos. Como a matéria orgânica, a liga escureceu sob a influência de um poderoso raio laser. O escurecimento ocorreu como resultado da transição de uma substância de um estado cristalino de agregação para um estado amorfo. Ao contrário da matéria orgânica, a liga de calcogeneto poderia retornar ao seu estado cristalino original, o que proporcionava a possibilidade de várias gravações no disco.

Um ano antes do advento do formato CD-RW, surgiram os DVDs (Digital Versatile Disc). A história por trás do DVD é bem divertida. Ela se originou no início dos anos 90, quando a Philips e a Sony estavam envolvidas no desenvolvimento da tecnologia MMCD (Multimedia Compact Disc), e a aliança, que incluía Toshiba, Time Warner, Hitachi, Pioneer e algumas outras, trabalhou para criar o padrão SD (Super densidade). Ambas as coalizões divulgaram ativamente sua tecnologia, mas, sob pressão da IBM, que temia uma repetição da "guerra de formatos" entre VHS e Betamax, elas se comprometeram. Foi assim que surgiu a tecnologia de DVD.

Uma característica do formato DVD era que ele foi originalmente desenvolvido como um substituto para fitas de vídeo antigas. Portanto, a primeira vez que o DVD abreviado foi decidido decifrar como Digital Video Disc. No entanto, mais tarde descobriu-se que os DVDs são ideais para armazenar qualquer tipo de dados, e o nome anterior foi rapidamente alterado para Digital Versatile Disc.

O design do DVD-ROM não é tão diferente do CD padrão anterior. Na tecnologia de DVD, o tamanho das cavidades foi reduzido; portanto, para a leitura desses discos, foi possível usar um laser vermelho com comprimento de onda de 635 ou 650 nm. Para comparação: os CDs foram lidos com um laser com um comprimento de onda de 780 nm. Além disso, os trilhos dos boxes começaram a ficar mais próximos um do outro. Isso tornou possível aumentar significativamente a densidade de gravação e, como resultado, um DVD de camada única continha 4,7 GB de dados - 6,5 vezes mais que um CD. Note-se também que o design do DVD prevê o uso de duas placas com uma espessura de 0,6 mm cada, em vez de um 1,2 mm no CD. Graças a isso, tornou-se possível gravar informações em DVD em duas camadas - na camada inferior habitual e na translúcida superior.


Para ler as informações de um disco de duas camadas, o laser precisava mudar o foco, alterando o comprimento de onda. A principal vantagem desses "discos" era um volume dobrado - 8,5 GB. Além disso, após algum tempo, os DVDs de dupla face apareceram, incluindo os de dupla camada. A capacidade desses dispositivos atingiu impressionantes 17 GB.

Em 1997, os primeiros discos projetados para gravação única de informações apareceram à venda. Eles receberam o rótulo de DVD-R. E já em 1999, era possível ver à venda dispositivos de DVD-RW, nos quais as informações podiam ser gravadas várias vezes. Ao criar esses dois formatos, foram utilizados os mesmos princípios que eram a base dos discos CD-R e CD-RW: entre o substrato e o refletor havia uma camada de matéria orgânica ou inorgânica que, sob a influência de um laser, era capaz de simular poços.

Ambos os padrões, DVD-R (W), foram propostos pela DVD Forum Alliance. Além disso, essa organização também desenvolveu o formato DVD-RAM, que se compara favoravelmente ao DVD-RW com uma velocidade de leitura mais alta e um grande número de ciclos de reescrita (até 100 mil, enquanto um disco DVD-RW só pode ser reescrito 10 mil vezes). No entanto, o formato DVD-RAM não era compatível com DVD-RW e, portanto, as unidades de DVD convencionais não conseguiam ler esses discos. Por esse motivo, a tecnologia não recebeu muita distribuição.



Em 2002, a Sony e a Philips, que não faziam parte do DVD Forum, introduziram a tecnologia DVD-R (W) compatível com versões anteriores do DVD-R (W). O novo formato foi distinguido da versão “menos” pela marcação, que simplificou bastante o posicionamento da cabeça de leitura e outros materiais da camada refletiva. Além disso, no DVD + R (W), as informações foram gravadas em cima da antiga, como nas fitas de vídeo, enquanto que para a gravação no DVD-R (W), foi necessário apagar todos os dados no disco. Isso também teve um efeito positivo na velocidade de gravação dos dispositivos DVD + R (W).

Com isso, o potencial da tecnologia de DVD foi esgotado e o próximo passo na indústria foi o lançamento de uma nova geração de unidades ópticas: Blu-ray e HD DVD. Eles viram a luz em 2006. O formato Blu-ray foi desenvolvido pelo consórcio da Blu-ray Disc Association, que incluía grandes empresas como Sony, Panasonic, Samsung, LG e muitas outras. E a criação da tecnologia HD DVD envolveu fabricantes japoneses: NEC, Toshiba e Sanyo. Ambos os formatos usaram um laser azul-violeta com comprimento de onda de 405 nm, o que mais uma vez permitiu um aumento significativo na capacidade do disco. Portanto, um disco Blu-ray de camada única contém 25 GB de dados e HD DVD - 15 GB.

Em geral, as características do Blu-ray e HD DVD eram muito semelhantes. Mas os estúdios de cinema americanos deixaram claro que não apoiariam as duas tecnologias ao mesmo tempo. A "Guerra dos Formatos" durou dois anos. Durante esse período, a grande maioria dos estúdios de cinema preferiu o padrão Blu-ray e, em fevereiro de 2008, a Toshiba anunciou a interrupção do desenvolvimento e o suporte adicional ao HD DVD.

Desde então, o Blu-ray continua sendo o único player no mercado de unidades ópticas. Durante esse período, os discos BD-R e BD-RE apareceram para gravação única e múltipla. Além disso, em 2009, foi lançada a tecnologia Blu-ray 3D, projetada para armazenar e reproduzir conteúdo de vídeo tridimensional. E no início do próximo ano, será realizado o lançamento dos primeiros filmes em 4K em discos ópticos Blu-ray Ultra HD. O novo padrão oferece suporte para resoluções de 3840x2160 pixels, formatos de áudio Dolby Atmos e DTS: X, tecnologia HDR e varredura de alta frequência (até 60 quadros por segundo). A capacidade desses discos será de 50, 66 ou 100 GB.

(Continua…)

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