Фізичні основи роботи комп’ютера (стр. 11 из 21)

Рисунок 2.20— ФонографЕдісона: барабан з восковим покриттям – предок компакт-диска. Замість лазера використовується голка

2.5.3 Історія невидимки

Методи зчитування і запису інформації за допомогою лазера розробили відразу декілька дослідницьких груп, але світ підкорився Sony і Philips на початку 1980-х. Історія не завжди буває справедливою: щорічно продається оптичних приводів і дисків на суму в декілька мільярдів доларів, але винахідники не отримують ні копійки. Так, фізик Джим Рассел на десяток років випередив обидві компанії. Вчений розробив фундамент оптичної цифрової технології зберігання інформації і навіть створив прототипи. У 1953 році були зроблені перші кроки – Джим в рамках роботи на General Electric ввів в експлуатацію комп'ютерну систему контролю ядерного реактора і електронно-променевий зварювальний апарат. У 1965 році він використав попередні досягнення і оголосив про початок робіт над оптичним накопичувачем. Вже через рік на рахунку Джима було 25 патентів в галузі цифрового оптичного запису. Перший зразок оптичного привода представили науковій громадськості в 1973 році. Потім відбулася демонстрація технології потенційним покупцям. Джим записав на 78- і 127-міліметрові диски з скляною основою декілька трансляцій телешоу. За словами фізика, представники Sony і Philips активно зацікавилися розробкою, проте відмовилися від подальших переговорів. У 1977 році Sony і Philips об'єдналися для створення єдиного цифрового оптичного формату. Через два роки почалося створення цифрового аудіодиска. Продажі компакт-дисків почалися в 1982 році з подачі Sony [6].

Потенціал інновації відмітили відразу. За просування нового стандарту узялися гіганти, такі як Microsoft і Apple Computer. Результат виправдав найсміливіші прогнози – в 1985 році з прилавків було зметено не 10 млн. носіїв, як передбачалося, а всі 59 млн. У 2002 ж році пішло більше 8 млрд. болванок. Але повернемося до Джима Рассела. Його дослідження спонсорував підприємець Єлі Якобс. У 1980 році бізнесмен створив компанію Digital Recording і запросив Джима на роботу. Вчений вважав, що Sony і Philips використали його запатентовані розробки для створення лазерних дисків. Проте юрист компанії не бачив шансів виграти справу, і судова тяжба так і не почалася. Вік Digital Recording був коротким, в 1985 році підприємство розорилося. Компанію придбала фірма Optical Recording з Торонто. Джим залишився в штаті, а нові юристи охоче почали терзати Sony і Philips. У 1988 році Optical. Recording стала отримувати непогані «відступні» від лідерів ринку, але зоряна година Джима так і не пробила – його контракт закінчився роком раніше, і винахідник подався на вільні хліби. Інший відомий учений – Девід Пол Грегг – запатентував в 1961 році оптичний диск для запису відео. Як і винаходи Джима, розробки Девіда випередили час. Компанія МСА мала намір використати патенти Девіда для створення нового стандарту. Але, як і у вище згаданого Digital Recording, доля у МСА сумна. Компанія почала співпрацю з Philips в 1975 році. Через три роки публіці представили довгоочікуваний Laserdisc. МСА виробляла носії, Philips (рис. 2.21) – плеєри. Ринок холодно відреагував на оптичну технологію, і вигадка швидко провалилася.

Рисунок 2.21 –Новітні приводи Philips ; вони здатні пропалювати і записувати три види дисків – CD, DVD та Blu-ray

А що ж Радянський Союз? Невже найбільша країна в світі могла опинитися не попереду всієї планети? Створення оптичних дисків почалося в 1975 році у ВНІІРПА ім. С.О. Попова. Перед групою дослідників поставили завдання створити оптичні технології запису і відтворення звукової інформації студійної якості. У країні було скрутно з «тонкою» технікою, зокрема, з напівпровідниковими лазерами. Співвітчизникам довелося використовувати 200-мм газовий лазер ЛГ-75. Переміщати махину було важко, тому застосували мотори, які переміщали картридж з самим лазерним диском. Прототип оптичного програвача Промінь-002 представили на ВДНГ в 1980 році – раніше, ніж Sony і Philips почали серійне виробництво. На диску радянські учені записали музику з кінофільму «Мій ласкавий і ніжний звір». Виробляти приводи в СРСР так і не почали. У жодного з підприємств не знайшлося бази для випуску напівпровідникових лазерів і необхідних механічних компонентів. Фінансування проекту припинилося [6].

2.5.4 Компакт-диск

Сьогодні компакт-диски виглядають так само, як і двадцять років тому. Виготовляються носії з прозорого полікарбонату, який покривають тонким напиленням алюмінію, срібла або золота, що відбиває. Потім наносять захисний шар лаку, щоб повністю захистити від контактів із зовнішнім середовищем і випадкових пошкоджень.

До уваги: діаметр дисків – 120 мм, товщина – 1,2 мм. Випускають також невеликі «болванки» (80 мм). Будь-який сучасний привод читає обидва типи дисків.

Існує декілька версій, чому діаметр компакт-диска зазвичай рівний саме 120 мм. За однією з них, директор Sony Акіо Моріта вирішив, що лазерні диски чудово підійдуть цінителям класичної музики. У Японії провели опитування і з'ясували, що найбільш популярний твір – дев'ята симфонія Бетховена, яка триває рівно 74 хвилини. Цікавий варіант, відповідно до якого діаметр лазерного диска дорівнює діагоналі аудіокасети, символізуючи спадкоємність. Але право на життя є і у більш життєвої версії – компакт-диск повинен був поміщатися в кишеню сорочки. Стандартний компакт-диск вміщає 650 Мбайт (ті самі 74 хвилини) цифрової інформації. Зараз широко поширені 700-мегабайтні (80 хвилин аудіо) диски, випускаються моделі і по 800 Мбайт (90 хвилин аудіо). Формат зберігання даних на аудіодиска називається Red Book (Червона книга). Його запропонували фахівці з Philips. У цьому форматі можна записати двоканальний звук з 16-бітовою імпульсно-кодовою модуляцією і частотою дискретизації стереоканалів 44,1 кГц. Всього розробили два режими зчитування. Перший застосовувався для програмних носіїв і вимагав запис надмірних бітів коду Ріда-Соломона. Вони дозволяють відтворити дані навіть з пошкодженого диска. Другий режим використовувався з аудіодисками і справлявся без захисного коду. Швидкість зчитування інформації в першому режимі – 150 Кбайт/с; для позначення швидкості запису ввели параметр 1х. Привод із швидкістю 36х прочитує дані на 36x150 Кбайт/с (5400 Кбайт/с). Для порівняння – одношвидкісний DVD-диск прочитується на швидкості 1,32x Мбайт/с. Поступово компакт-диски стали використовувати для відеофільмів, закодованих в MPEG, графічних зображень і аудіодисків з текстовою інформацією про композиції. З'явилися специфікації, які описують перезаписувані і один раз записувані диски. Зміну CD почали вже готувати на початку 1990-х. Розвернулася боротьба серед двох форматів – Multimedia Compact Disc від Sony і Philips, а також Super Disc, творіння восьми учасників, в числі яких були Toshiba і Time Warner. На допомогу ворогуючим форматам прийшла компанія IВМ. Повторення війни відеокасет VHS і Betacam не повторилось [6]. Про абсолютно новий формат лазерних дисків стало відомо у вересні 1995 року. У листопаді наступного року в Японії почалися продажі DVD, через рік диски прийшли і на ринок США. Виробники наполегливо розробляли власні формати, і у результаті з'явилися «плюсові» і «мінусові» диски – DVD+R і DVD-R, DVD-RAM і DVD-ROM. На щастя, проблеми сумісності були вирішені відносно швидко.

2.5.5 Усередині оптичного привода

Інформація на диску записана у вигляді спіральної доріжки на металевому шарі, що відбиває світло, який несе інформацію в двійковому коді у вигляді ямок (pits) і ділянок рівної поверхні (flats). Дані прочитуються лазерним променем.

Лазер може потрапляти на ділянки «flat» або «pit». У першому випадку фотодетектор реєструє відбитий від поверхні металу промінь, в другому – нічого. Для диска глибина ямки повинна бути не більше однієї шостої довжини хвилі лазера (вимірюється в сотнях нанометрів). Співвідносяться «pit» з компакт-диском – приблизно як піщинка і стадіон.

Анатомія оптичного привода нагадує нутрощі жорсткого диска. На борту та ж буферна пам'ять, шпіндель, електронні схеми і ділянка, де записана прошивка – програма управління приводом. Підключення до системної плати відбувається за допомогою тих же інтерфейсних кабелів (IDE, SATA) і стандартних шлейфів живлення.

На лицьовій панелі будь-якого привода (рис. 2.22) в обов'язковому порядку знаходяться лоток механізму завантаження диска і непримітна дірочка. Призначений отвір для вивільнення диска, у випадку якщо відключилася електрика або привод заклинило. Досить вставити голку і натиснути – лоток відкриється.

Основні механічні елементи: сервопривод відповідає за завантаження диска; повзун служить для переміщення лазерної оптичної системи, ну а шпіндель розкручує компакт-диск. Лоток з диском заходить всередину привода так, що шпіндель може встати в отвір в середині компакт-диска. Оптична система з лазером знаходиться під диском.