Hardware

Записываемые компакт-диски

Компакт-диск всем хорош. Есть у него только один недостаток, на него нельзя записывать информацию. Собственно говоря, именно это и обозначает название CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory. То есть только для чтения. Но если очень хочется, то приходится придумывать различные технологии. Так было и в случае с компакт-дисками, причем технологий было придумано не одна, и не две. Вот их-то я и попытаюсь вкратце описать в этой статье.

Помимо обычного процесса создания мастер-диска (это, между прочим, тоже запись CD), существует еще несколько экзотических способов записи компактов (они, впрочем, тоже применяются только при создании мастер-дисков). Первая из них называется Direct metal mastering (DMM). Сперва стеклянный диск покрывается тонким (несколько нанометров) слоем никеля. Затем на него наносится слой меди потолще (несколько сотен нанометров). По этому слою производится запись пьезоэлектрической головкой с алмазной иглой. Таким образом можно получить аналог обычного мастер-диска. Вторая технология носит название DRAW (Direct Read After Write - чтение после записи). В этом случае стеклянный диск покрывается тонким слоем пластика, по которому затем производится запись достаточно мощным (порядка 50 милливатт) лазером. При этом пластик в местах попадания луча испаряется. Качество записи сразу же проверяется другим лазером (менее мощным). Полученные при этом данные используются для корректировки работы пишущего луча. Обе вышеописанные технологии работают со стеклянными дисками, которые могут считываться только на специальном оборудовании. Так что к широкому кругу пользователей они отношения не имеют и приведены здесь только в общеобразовательных целях.

Намного больший интерес вызывают диски CD-R (то бишь CD-Recordable). Собственно говоря, они в первую очередь и ассоциируются с записью компакт-диска. Действительно, эта технология сейчас наиболее распространена, да и необходимое оборудование становится все доступнее. К тому же CD-R диски можно считывать (по крайней мере, в принципе) на любом существующем накопителе CD-ROM, так что массовость обеспечена. Что же лежит в основе данной технологии? Попробуем подойти к вопросу логически.

Идея достаточно проста. С одной стороны, нам надо, чтобы диск считывался в обычном CD-ROM drive'е. С другой стороны, надо, чтобы его можно было записать на достаточно простом оборудовании. Из первого условия вытекает существование отражающего свет слоя (причем хорошо отражающего) и абсолютно схожий с обычным CD способ кодирования информации. Из второго следует, что для записи нужен относительно маломощный прибор (а значит - достаточно чувствительный слой на диске). Однако этот слой не должен поддаваться влиянию окружающей среды (в первую очередь света и тепла). Итак, все дело в этом таинственном слое. Теперь посмотрим, как же диск устроен на самом деле.

В отличие от обычного компакт-диска (рис. 1а), записываемый диск состоит не из трех, а из четырех (рис. 1б) слоев.

Рис. 1а Рис. 1б

Рассмотрим их поподробнее. Первый слой в обоих случаях одинаков - это защитное покрытие (слой лака толщиной 10-30 микрон). Он защищает от повреждений отражающий слой металла (2). Вот тут уже начинаются различия. В обычных компактах, как правило, используется алюминий. В записываемых же - золото или серебро (честное слово, во всех виденных мной материалах утверждалось, что это самое настоящее золото, хоть его там и мало). Отражающий слой имеет толщину около 100 нанометров. В обычных CD дальше идет подложка, сделанная из прозрачного пластика - поликарбоната. На нее при прессовании дисков наносится рельефный рисунок ("ямки" и "горки"), который, собственно, и хранит информацию. В случае записываемых дисков такого рисунка нет. Вместо него на подложку наносится спиральная дорожка, по своим размерам соответствующая, той, которая получается из горок и ямок на обычном CD. Эта дорожка (скорее, просто слегка вогнутая канавка) служит путеводителем для пишущего лазера. Если он правильно позиционирован, то на считывающий фотоприемник (он воспринимает отраженный свет лазера) поступает сигнал с частотой 22.05 KHz. Но главное отличие - в промежуточном, четвертом, слое.

Этот слой (его толщина порядка 200 нм) состоит из органического красителя. В настоящее время используется три типа красителей cyanine (цианин), phthalocyanine (фталоцианин) и metallized azo (не знаю, что это за вещество). Диски на основе первого из них появились раньше всего (разработка компании Taiyo-Yuden). Отличить их можно по зеленовато-желтому цвету. Затем был разработан модифицированый краситель фталоцианин (эта заслуга, похоже, принадлежит Mitsui Toatsu). Диски на его основе имеют золотисто-желтый цвет. Кстати, золотистый он потому, что в качестве отражающего слоя используется золото (как и в первом случае) Последнее пополнение в семействе красителей появилось стараниями Mitsubishi Chemical и Verbatim. Диски на основе azo имеют голубовато-серебряный цвет (здесь в роли отражателя выступает серебро). Итак, с пустышкой (или матрицей для записи) мы разобрались. А как происходит сама запись?

Сперва напомню, как считывается CD-ROM. Луч маломощного (0.5mw) инфракрасного (780 нм) лазера отражается от слоя металла. При отражении от дна ямки или от горки он возвращается в приемник, практически не ослабившись (это обозначает логический "0"). При прохождении луча через границу между ямкой и горкой он интерферирует (глубина ямки подобрана специальным образом) и гасится. Света в приемник попадает намного меньше (логическая "1"). Естественно, с записываемым диском такой номер не пройдет (там нет ямок). Значит, надо его имитировать. Достаточно мощный лазер (от 4 до 14 mw, в зависимости от скорости записи) засвечивает участки красителя (который достаточно хорошо поглощает свет). При этом температура в точке засветки резко поднимается (до 250-400 градусов) и свойства красителя меняются. В результате мы создаем непрозрачные пятна, которые закрывают металлический отражающий слой и имитируют те самые переходы между ямкой и горкой. Все достаточно просто и элегантно.

Однако есть одно "но" - краситель чувствителен к свету, особенно к ультрафиолетовой составляющей, и со временем разрушается. Поэтому очень не рекомендуется держать записанные диски под прямым солнечным светом. В общем же предполагаемое время жизни дисков при хранении в темном, прохладном и не пыльном углу составляет для цианина примерно 70 лет, для фталоцианина - более 100 лет, для azo - около 100 лет. Впрочем, эти результаты не проверены, поскольку сами диски были изобретены от силы 10 лет назад.

Логический фомат и спецификации CD-R дисков описываются в Orange Book Part II (оранжевая книга, часть 2). Почему именно 2? Потому что в первой части описаны CD-MO (магнито-оптические перезаписываемые диски), а в третьей - CD-RW (перезаписываемые диски). Что касается магнитооптики, то тут разговор особый. Если же описать технологию вкратце, то информация записывается магнитным полем (как на дискетах или винчестере), но это можно сделать только при нагреве записываемого участка лазером. Остывший диск не реагирует на воздействие магнитных полей, так что можно спокойно класть его на трансформатор. Однако более важно то, что перемагничивание происходит только в точке, определяемой диаметром лазерного луча, поэтому не обязательно сильно приближать магнитную головку к поверхности диска. Значит, можно получить достаточно большую плотность упаковки данных на диске и в то же время сохранить достаточно большие допуски по точности, характерные для CD-ROM. Ну а преимущества магнитной записи очевидны.

С CD-RW дело обстоит сложнее. По сути своей они ближе к классическим CD-ROM, поскольку и запись, и считывание производятся чисто оптическими методами. Но читаться на всех CD-ROM drive'ах они не будут. Принцип записи, опять же вкратце, следующий. Диск имеет шесть слоев: подложку (с такой же канавкой, как у CD-R), слой диэлектрика, слой специального сплава серебра, индия, сурьмы и теллура, еще один слой диэлектрика, металлический отражающий слой и защитный слой лака. Слой сплава может пребывать в двух состояниях: аморфном и кристаллическом (в первом он отражает свет хуже, а во втором - лучше). Для записи используются два лазера (или два разных режима работы одного лазера): один, более мощный (8-14mw), нагревает сплав до температуры порядка 600 градусов, после чего тот остывает и переходит в аморфное состояние. Второй лазер (4-8mw) может нагреть аморфный участок до температуры 200 градусов, после чего произойдет фазовый переход в кристаллическое состояние. Поскольку диск поставляется полностью в кристаллической фазе, то первый лазер используется непосредственно для записи, а второй - для стирания перед следующим циклом записи. Считывание производится лучом обычной (0.5-1 mw) мощности. Однако существует проблема: на CD-ROM и CD-R дисках разница между "0" и "1" составляет порядка 40-50% от интенсивности падающего луча, а для CD-RW эта величина всего 15-25%. В результате обычный CD-ROM drive просто "не увидит", что на нем записано. Чтобы избежать подобных проблем, необходима схема автоматического регулирования усиления (насколько я понимаю, сейчас она встраивается в накопители). Так что если вы собираетесь работать с CD-RW, убедитесь, что ваш drive его читает.

Под конец один совет: если вы собираетесь записывать CD-R диск в несколько сессий, то учтите, что на закрытие каждой из них уходит дополнительно 15-20 мегабайт. Так что эффективная емкость диска будет меньше стандартных 650 мегабайт. Да, и еще, перед записью проследите, чтобы на поверхность диска была чистой. Если под луч лазера что-нибудь попадет, то информация в этом месте просто не запишется. Конечно, для коррекции таких ошибок существуют специальные алгоритмы, но если пятно слишком большое, то потеря данных неизбежна.

Константин АФАНАСЬЕВ,
AKG_Monster@usa.net