存储介质演进，第2部分：光学存储

大家好！这是关于信息载体发展的材料的第二部分。让我提醒您，在第一篇文章中，我们讨论了第一个存储设备-打孔卡，并且还关注了磁性膜和软盘。今天，我们将为我们讨论更熟悉的设备，即光盘驱动器。

1969年时，IBM仍在努力创建第一张软盘，而荷兰电子产品制造商飞利浦的工程师已经在完成名为LaserDisc的光学介质上的工作。许多人错误地认为LaserDisc是世界上第一个光学记录技术，但这并非完全正确。在此事件之前的10年，1958年，Paul和Jame Gregg兄弟已经在创造类似的技术。这些光学介质之间的区别在于Gregg兄弟的设计在光传输模式下工作，而Philips技术则使用反射光。

1961年，格雷格（Greggi）为他的技术申请了专利，但未能使其成为商业产品，随后于1968年将其版权出售给了MCA的光学介质。飞利浦和MCA认为他们不需要竞争，因此决定联合起来。他们的工作成果是1972年LaserDisc的商业发布。



当Laserdisc到达时，VHS和Betamax盒式磁带格式已经成功。尽管Laserdisc具有比磁带盒更多的优势，但仍然没有需求。在欧洲，他的见面相当冷淡，这项技术的主要市场是美国和日本。在Laserdisc上发行的第一部电影是Jaws。它发生在1978年。最后一幅是2000年的画作《死者复活》。有趣的是，Laserdisc播放器的生产一直持续到2009年，当时先锋发布了最后一批此类设备。

1982年发布的光盘（CD）标准是一种比Laserdisc更成功的替代方法。索尼和飞利浦的联盟正在开发这种格式。最初，人们假定CD仅用于存储数字形式的音频记录，但是随着时间的流逝，它们开始被用于存储任何类型的文件。在许多方面，这归功于苹果和微软的努力，苹果和微软从1987年开始在其计算机上安装CD驱动器。

至于CD设备，这很简单。 CD本身是涂有金属薄层的聚碳酸酯基材。该层受清漆保护，在其上施加了光盘的图像，铭文和其他外部识别标记。



CD上记录的信息具有沉积在光盘背面的凹槽或“凹坑”的螺旋形式。一个凹坑的大小通常宽度约为500 nm，长度约为850至3500 nm。同时，凹坑的深度达到100nm。每个凹坑到其相邻凹坑的距离通常约为1.6微米。该距离称为陆地。使用激光束从CD读取信息，该激光束形成直径约为1.2微米的光斑，该光斑比相邻凹坑之间的距离小0.4微米。如果光束“停留”在地面上，则接收光电二极管捕获最大强度的信号并将其识别为逻辑单元。当激光撞击凹坑时，光被散射并吸收，然后从聚碳酸酯基板反射回来。在这种情况下，光电二极管捕获较低强度的光，并将其识别为逻辑零。

CD出现后的许多年里，其最大容量一直保持在650 MB左右。在这种容量的磁盘上，可以存储约74分钟的高质量音频。仅在2000年代，CD的容量就增加到700 MB。同样在销售中，您可以找到800 MB的光盘。

当CD技术首次出现时，光盘仅用于读取：即使在生产阶段，也可以通过在基板上施加凹坑来将信息记录在光盘上。然后将反射层和保护性清漆施加到基板上。但是，在CD出现后不久，用户希望自己将信息写入光盘。这促使飞利浦和索尼开发CD-R（可刻录光盘）标准。因此，第一批用于单记录的光盘出现在1988年。

通过设计，CD-R光盘仅在基材和反射镜之间存在另一层的情况下才与其前辈有所不同。该层由有机透明染料制成。该染料具有有趣的性质：在热的影响下，它会塌陷并变黑。实际上，有机层的这些物理特性使得有可能实现将信息写入磁盘的能力。在记录过程中，特殊写入驱动器的激光改变了功率，燃烧了染料层中的各个点。在随后的读取中，这些变暗的区域被光电二极管视为凹坑或逻辑零。

如上所述，将信息写入CD-R仅一次。这是这种格式的主要缺点。随着CD-RW（可擦写光盘）标准的发布，信息的多次记录成为可能。

CD-RW的设计与CD-R器件完全吻合，只是基底和反射镜之间的层不同。有机染料被无机活性材料-硫族化物合金替代。像有机物一样，合金在强大的激光束的作用下变黑。由于物质从聚集的结晶状态转变为无定形的状态而导致变黑。与有机物不同，硫族化物合金可以恢复到其原始晶体状态，这提供了多次记录到磁盘的可能性。

在CD-RW格式出现的前一年，DVD（数字多功能光盘）问世了。 DVD背后的故事非常有趣。它起源于90年代初，当时飞利浦和索尼从事MMCD（多媒体光盘）技术的开发，而包括东芝，时代华纳，日立，先锋等公司在内的联盟致力于制定SD标准。 （超密度）。两个联盟都积极宣传他们的技术，但是在IBM的压力下，他们担心VHS和Betamax之间的“格式之战”会重演，因此他们妥协了。 DVD技术就是这样产生的。

DVD格式的一个特点是，它最初是作为老化的录像带的替代品而开发的。因此，缩写DVD首次决定解密为数字视频光盘。但是，后来发现DVD是存储任何类型数据的理想选择，并且先前的名称很快被更改为Digital Versatile Disc。

DVD-ROM的设计与以前的标准CD没什么不同。在DVD技术中，凹坑的尺寸减小了，因此，为了读取此类光盘，可以使用波长为635或650 nm的红色激光。为了进行比较：用波长为780 nm的激光读取CD。此外，坑道开始彼此靠近。这使得显着提高记录密度成为可能，结果，单层DVD包含4.7 GB的数据，是CD的6.5倍。还应该注意的是，DVD的设计允许使用两个板，每个板的厚度为0.6毫米，而不是CD中的一个1.2毫米。因此，可以在DVD的两层中记录信息-在通常的下层和上半透明的层中。


为了从两层磁盘读取信息，激光器需要通过改变波长来改变焦点。这种“光盘”的主要优点是体积增加了一倍-8.5 GB。另外，一段时间后，出现了双面DVD，包括双层DVD。这种设备的容量已达到令人印象深刻的17 GB。

1997年，第一批设计用于一次性记录信息的光盘开始发售。他们获得了DVD-R标签。早在1999年，人们就可以在销售中看到DVD-RW设备，在该设备上可以多次记录信息。创建这两种格式时，使用了相同的原理，这些原理是CD-R和CD-RW光盘的基础：在基材和反射器之间是一层有机或无机物质，在激光的作用下，该有机或无机物质可以模拟凹坑。

这两个标准DVD-R（W）由DVD论坛联盟提出。除它们之外，该组织还开发了DVD-RAM格式，该格式可与DVD-RW相比，具有较高的读取速度和大量的重写周期（最多10万张，而DVD-RW光盘只能重写1万次）。但是，DVD-RAM格式与DVD-RW不兼容，因此常规的DVD驱动器无法读取此类光盘。因此，该技术没有得到太多的推广。



2002年，不属于DVD论坛的Sony和Philips引入了DVD + R（W）向后兼容DVD-R（W）技术。新格式通过标记区别于“减号”版本，从而大大简化了读取头和反射层其他材料的放置。此外，在DVD + R（W）上，信息被记录在旧录像带的顶部，例如在录像带上，而在DVD-R（W）上记录时，必须首先擦除光盘上的所有数据。这也对DVD + R（W）设备的写入速度产生了积极影响。

这样一来，DVD技术的潜力就被耗尽了，该行业的下一步就是发布了新一代的光驱：蓝光和HD DVD。他们在2006年看到了曙光。蓝光格式是由蓝光光盘协会的联盟开发的，该协会包括索尼，松下，三星，LG等许多大公司。 HD DVD技术的创建涉及日本制造商：NEC，东芝和三洋。两种格式都使用波长为405 nm的蓝紫色激光，这再次使磁盘容量显着增加。因此，单层蓝光光盘包含25 GB的数据和HD DVD-15 GB。

通常，蓝光和HD DVD的特性非常相似。但是美国电影制片厂明确表示，它们不会同时支持两种技术。 “格式之战”历时两年。在此期间，绝大多数电影制片厂都倾向于使用蓝光标准，并且在2008年2月，东芝宣布停止对HD DVD的开发和进一步支持。

从那时起，蓝光仍然是光驱市场上唯一的参与者。在此期间，出现了BD-R和BD-RE光盘，用于单次和多次刻录。此外，2009年，蓝光3D技术被引入，旨在存储和播放三维视频内容。明年年初，将在Ultra HD Blu-ray光盘上发布首批4K电影。新标准提供了对3840x2160像素，杜比全景声（Dolby Atmos）和DTS的分辨率的支持：X音频格式，HDR技术和高频扫描（每秒高达60帧）。此类磁盘的容量为50、66或100 GB。

（未完待续…）

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN387287/