В вычислительной технике привод оптических дисков ( ODD ) — это дисковод, который использует лазерный свет или электромагнитные волны ближнего светового спектра как часть процесса чтения или записи данных на оптические диски или с них. Некоторые приводы могут только считывать данные с дисков, но современные приводы обычно одновременно выполняют функции чтения и записи . Регистраторы иногда называют записывающими устройствами или записывающими устройствами . Компакт-диски, DVD-диски и диски Blu-ray — это распространенные типы оптических носителей, которые можно читать и записывать с помощью таких приводов.
A typical generic CDROM Drive.
Приводы оптических дисков являются неотъемлемой частью автономных бытовых приборов, таких как проигрыватели компакт-дисков, проигрыватели DVD и устройства записи DVD. Они также очень часто используются в компьютерах для чтения программного обеспечения и потребительских носителей, распространяемых в виде дисков, а также для записи дисков для архивирования и обмена данными. Оптические приводы — наряду с флэш-памятью — в основном вытеснили для этой цели дисководы для гибких дисков и магнитных лент из-за низкой стоимости оптических носителей и почти повсеместного распространения оптических приводов в компьютерах и потребительском развлекательном оборудовании.
Запись дисков обычно ограничивается мелкомасштабным резервным копированием и распространением, поскольку она медленнее и дороже в расчете на единицу, чем процесс формования, используемый для массового производства прессованных дисков.
Важнейшей частью привода оптических дисков является оптический тракт , размещенный в головке звукоснимателя ( ПУГ ), обычно состоящей из полупроводникового лазера, линзы для направления лазерного луча и фотодиодов, обнаруживающих отражение света от поверхности диска.
Первоначально использовались КД-лазеры с длиной волны 780 нм, находящиеся в инфракрасном диапазоне. Для DVD-дисков длина волны была уменьшена до 650 нм (красный цвет), а для дисков Blu-ray — до 405 нм (фиолетовый цвет).
Используются два основных сервомеханизма, первый из которых поддерживает правильное расстояние между линзой и диском и обеспечивает фокусировку лазерного луча на небольшом лазерном пятне на диске. Второй сервопривод перемещает головку по радиусу диска, удерживая луч на канавке — непрерывном спиральном пути передачи данных.
На носителе только для чтения (ПЗУ) в процессе производства канавка, выполненная из ямок , прижимается к плоской поверхности, называемой площадкой . Поскольку глубина ямок составляет примерно от четверти до одной шестой длины волны лазера, фаза отраженного луча смещается по отношению к входящему считывающему лучу, вызывая взаимную деструктивную интерференцию и уменьшая интенсивность отраженного луча. Это обнаруживается фотодиодами, которые выдают электрические сигналы.
Устройство записи кодирует (или записывает ) данные на записываемый диск CD-R, DVD-R, DVD+R или BD-R (называемый заготовкой ) путем избирательного нагревания частей слоя органического красителя лазером. Это изменяет отражательную способность красителя, тем самым создавая следы, которые можно прочитать, как ямки и приземления на прессованных дисках. Для записываемых дисков этот процесс является постоянным, и запись на носитель можно выполнить только один раз. Хотя мощность считывающего лазера обычно не превышает 5 мВт, пишущий лазер значительно мощнее. Чем выше скорость записи, тем меньше времени требуется лазеру на нагрев точки носителя, поэтому его мощность должна пропорционально увеличиваться. Лазеры устройств записи DVD часто имеют пиковую мощность около 200 мВт, как в непрерывном, так и в импульсном режиме, хотя некоторые из них доводят мощность до 400 мВт, прежде чем диод выходит из строя.
Для перезаписываемых носителей CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM или BD-RE лазер используется для плавления кристаллического металлического сплава в записывающем слое диска. В зависимости от количества приложенной энергии веществу можно позволить снова расплавиться (обратно изменить фазу) в кристаллическую форму или оставить в аморфной форме, что позволяет создавать следы с различной отражательной способностью.
Можно использовать двусторонние носители, но доступ к ним с помощью стандартного накопителя затруднен, поскольку их необходимо физически перевернуть для доступа к данным на другой стороне.
Двухслойные носители (DL) имеют два независимых слоя данных, разделенных полуотражающим слоем. Оба слоя доступны с одной и той же стороны, но требуют оптики для изменения фокуса лазера. Традиционные однослойные (SL) носители записи производятся со спиральной канавкой, отформованной в защитном поликарбонатном слое (не в слое записи данных), чтобы управлять и синхронизировать скорость записывающей головки. Двухслойные носители для записи имеют: первый слой поликарбоната с (неглубокой) канавкой, первый слой данных, полуотражающий слой, второй (разделительный) слой поликарбоната с другой (глубокой) канавкой и второй слой данных. Первая спиральная канавка обычно начинается на внутреннем крае и проходит наружу, тогда как вторая канавка начинается на внешнем крае и проходит внутрь.
Некоторые приводы поддерживают технологию фототермической печати Hewlett-Packard LightScribe для маркировки дисков со специальным покрытием.
Механизм вращения оптических приводов значительно отличается от механизмов вращения жестких дисков тем, что последние сохраняют постоянную угловую скорость (CAV), другими словами, постоянное количество оборотов в минуту (об/мин). При использовании CAV более высокая пропускная способность обычно достигается во внешней области диска по сравнению с внутренней областью.
С другой стороны, оптические приводы были разработаны с предположением о достижении постоянной пропускной способности в приводах компакт-дисков, изначально равной 150 КиБ/с. Это была функция, важная для потоковой передачи аудиоданных, которые всегда требуют постоянной скорости передачи данных. Но чтобы гарантировать, что емкость диска не будет потрачена зря, головка должна была постоянно передавать данные с максимальной линейной скоростью, без замедления на внешнем крае диска. Это привело к тому, что оптические приводы (до недавнего времени) работали с постоянной линейной скоростью (CLV). Спиральная канавка диска проходила под его головкой с постоянной скоростью. Конечно, значение CLV, в отличие от CAV, заключается в том, что угловая скорость диска больше не является постоянной, и двигатель шпинделя должен быть спроектирован так, чтобы скорость варьировалась от 200 об/мин на внешнем ободе до 500 об/мин на внутреннем ободе.
Более поздние приводы компакт-дисков сохранили парадигму CLV, но развивались для достижения более высоких скоростей вращения, которые обычно описываются как кратные базовой скорости . В результате, например, диск 4X будет вращаться со скоростью 800–2000 об/мин, при этом стабильно передавая данные со скоростью 600 КиБ/с, что равно 4 x 150 КиБ/с.
Базовая скорость DVD, или «скорость 1x», составляет 1,385 МБ/с, что соответствует 1,32 МБ/с, что примерно в 9 раз выше базовой скорости компакт-диска. Для привода Blu-ray базовая скорость составляет 6,74 МБ/с, что соответствует 6,43 МБ/с.
Существуют механические ограничения на скорость вращения диска. За пределами определенной скорости вращения, около 10 000 об/мин, центробежное напряжение может привести к расползанию пластика диска и, возможно, к его разрушению. На внешнем крае компакт-диска ограничение в 10 000 об/мин примерно соответствует скорости 52x, а на внутреннем крае только 20x. Некоторые приводы еще больше снижают максимальную скорость чтения примерно до 40 раз, мотивируя это тем, что на чистых дисках не будет структурных повреждений, а на дисках, вставленных для чтения, их может не быть. Без более высоких скоростей вращения можно добиться повышения производительности чтения за счет одновременного чтения более чем одной точки канавки данных, но приводы с такими механизмами более дороги, менее совместимы и очень редки.
В современных оптических приводах используется либо механизм лотковой загрузки , при котором диск загружается в лоток с электроприводом или ручным управлением, либо механизм щелевой загрузки , при котором диск вставляется в слот и втягивается с помощью моторизованных роликов. Приводы со щелевой загрузкой имеют тот недостаток, что они обычно не могут принимать диски диаметром 80 мм или диски любых нестандартных размеров; однако игровые консоли Wii и PlayStation 3, похоже, решили эту проблему, поскольку они могут загружать DVD стандартного размера и 80-миллиметровые диски в один и тот же привод с щелевой загрузкой.
Небольшое количество моделей приводов, в основном компактные портативные устройства, имеют механизм верхней загрузки , при котором крышка привода открывается вверх и диск помещается непосредственно на шпиндель. (Например, все консоли PlayStation 1, портативные проигрыватели компакт-дисков и некоторые автономные устройства записи компакт-дисков оснащены приводами с верхней загрузкой).
Иногда они имеют то преимущество, что используют подпружиненные шарикоподшипники для удержания диска на месте, сводя к минимуму повреждение диска, если привод перемещается во время его вращения.
Некоторые ранние приводы CD-ROM использовали механизм, при котором компакт-диски нужно было вставлять в специальные картриджи или контейнеры, внешне чем-то похожие на 3,5-дюймовую дискету. Это было предназначено для защиты диска от случайного повреждения путем помещения его в более прочный пластиковый корпус. , но не получил широкого признания из-за дополнительной стоимости и проблем совместимости - такие приводы также неудобно требовали бы ручной установки «голых» дисков в открываемый контейнер перед использованием.
Большинство внутренних накопителей для персональных компьютеров, серверов и рабочих станций предназначены для установки в стандартный отсек для накопителей 5,25 дюйма и подключения к хосту через интерфейс ATA или SATA. Кроме того, могут быть цифровые и аналоговые выходы для аудио Red Book. Выходы могут иметь цифровые и аналоговые выходы для аудио Red Book. быть подключен через соединительный кабель к звуковой карте или материнской плате. Когда-то компьютерное программное обеспечение, похожее на проигрыватели компакт-дисков, управляло воспроизведением компакт-диска. Сегодня информация извлекается с диска в виде данных для воспроизведения или преобразования в другие форматы файлов. .
Внешние накопители обычно имеют интерфейсы USB или FireWire. Некоторые портативные версии для ноутбуков работают от батарей или от интерфейсной шины.
Существуют накопители с интерфейсом SCSI, но они менее распространены и, как правило, более дороги из-за стоимости их чипсетов интерфейса и более сложных разъемов SCSI.
Когда привод оптических дисков был впервые разработан, его было нелегко добавить в компьютерные системы. Некоторые компьютеры, такие как IBM PS / 2, стандартизировали 3,5-дюймовую дискету и 3,5-дюймовый жесткий диск и не имели места для большого внутреннего устройства. Кроме того, компьютеры IBM и их клоны сначала включали только один интерфейс диска ATA, который к моменту появления CDROM уже использовался для поддержки двух жестких дисков. Ранние ноутбуки просто не имели встроенного высокоскоростного интерфейса для поддержки внешнего накопителя.
Проблема была решена с помощью нескольких методов:
- Ранние звуковые карты могли включать второй интерфейс ATA, хотя он часто ограничивался поддержкой одного оптического привода и отсутствием жестких дисков. Это превратилось в современный второй интерфейс ATA, входящий в стандартное оборудование.
- Был разработан внешний диск с параллельным портом, который подключался между принтером и компьютером. Это было медленно, но вариант для ноутбуков
- Для ноутбуков также был разработан интерфейс оптического привода PCMCIA.
- Карту SCSI можно было установить в настольные ПК для внешнего корпуса диска SCSI, хотя SCSI обычно был намного дороже, чем другие варианты.
Стратегию записи Z-CLV легко увидеть после записи DVD-R.
Поскольку поддержание постоянной скорости передачи для всего диска не так важно в большинстве современных применений компакт-дисков, чтобы поддерживать безопасно низкую скорость вращения диска при максимальной скорости передачи данных, необходимо было отказаться от чистого подхода CLV. Некоторые приводы работают по схеме частичного CLV (PCLV), переключаясь с CLV на CAV только при достижении предела вращения. Но переход на CAV требует значительных изменений в конструкции оборудования, поэтому вместо этого большинство приводов используют схему зональной постоянной линейной скорости (Z-CLV). Это делит диск на несколько зон, каждая из которых имеет свою постоянную линейную скорость. Например, записывающее устройство Z-CLV с рейтингом «52X» будет писать со скоростью 52X в самой внутренней зоне, а затем постепенно уменьшать скорость в несколько дискретных шагов до 20X на внешнем крае.
