Popularność dysków optycznych wynika nie tylko ze stosunkowo niskiej ceny nośników, ale także z coraz większego zapotrzebowania na gigabajtowe pojemności zarówno stałych, jak i wymiennych pamięci - wymaganych przy usługach muitimedialnych. Już teraz komputer wyposażony w pamięć dyskową mniejszą od 3 GB staje się przestarzały, a przed rokiem 2000 średnia pojemność dysku sztywnego będzie wynosić niewiele poniżej 20 GB danych.

Zapotrzebowanie na pojemność pamięci dyskowych w komputerach narasta lawinowo od czasu, gdy moc procesorów zaczęła podwajać się co półtora roku. Jeżeli jeszcze przed dwoma laty średnia pojemność dysku sztywnego w komputerach osobistych nie przekraczała 1,2 GB danych, to w ubiegłym roku wynosiła już 2,4 GB. Jeśli ta tendencja utrzyma się do roku 2000, to pamięć dyskowa o pojemności 12 GB będzie powszechnie spotykana na każdym nowoczesnym stanowisku pracy. Trudno niekiedy zrozumieć, w jaki sposób przeciętny użytkownik komputera potrafi rozsądnie zapełnić tak ogromną pojemność dysku, jednak fakty mówią, że jest to możliwe i zdarza się stosunkowo często.

Obecnie istnieją trzy główne czynniki powodujące gwałtowny wzrost zainteresowania zwiększaniem pojemności dyskowych w komputerach osobistych:

• Trójwymiarowe aplikacje 3D, wymagane przy różnego rodzaju projektach i grach komputerowych. Producenci oprogramowania tworzą coraz bardziej wyrafinowane aplikacje graficzne 3D, o znacznie większych niż do tej pory możliwościach, i nic nie wskazuje na to, aby w przyszłości nastąpiły tu jakieś istotne zmiany. Trójwymiarowe efekty obrazowe, dźwięk stereofoniczny rejestrowany w standardzie Dolby Digital, a także pełnoklatkowe obrazy wideo angażują olbrzymie obszary pamięci dyskowej - nawet z wykorzystaniem kompresji MPEG-2 (Mo-tion Picture Experłs Group).

• Usługa Internetu, za pomocą której użytkownicy masowo instalują oprogramowanie shareware zwykle o dużej pojemności, ściągane ze stron i ośrodków WWW. Dotyczy to również uaktualniania (upgrade) istniejących programów i systemów operacyjnych, aktualizowanych bezpośrednio przez producentów oprogramowania.

• Aplikacje multimedialne dla komputerów osobistych wyposażonych w technologie MMX, wymagające olbrzymich pojemności pamięci masowych. Pliki multimedialne są bowiem wielokrotnie większe od tekstowych, a wymagania systemowe technologii MMX w tym zakresie ogromne.

Firma Quantum prognozuje, że do końca 1999 r. przeciętny użytkownik będzie przeznaczał ok. 2 GB tylko na rejestrację i przechowywanie grafiki, zdjęć cyfrowych i innych informacji muitimedialnych. Oznacza to, że ja-potrzebowanie na średnią pojemność pamięci dyskowych w nowo instalowanych komputerach w 2000 r. może być bliska 20 GB (pod warunkiem, że cena tych nośników dyskowych będzie do zaakceptowania przez użytkownika). Jest to zgodne z ogólnym wymaganiem, że przy instalacji nowego systemu komputerowego dysk nie powinien być zapełniony więcej niż w 10 proc. (2 GB) swojej pojemności, co pozwoli na jego użyteczną eksploatację przez co najmniej trzy następne lata - bez zasadniczej modernizacji systemu.

Klasyfikacja dysków optycznych

Zwiększone zapotrzebowanie na pojemność pamięci dyskowych stało się główną przyczyną intensywnych badań nad technologią pamięci optycznych i magnetooptycznych z zastosowaniem światła laserowego - niezależnie od prac prowadzonych głównie przez IBM nad nośnikami magnetycznymi, dla których już uzyskano eksperymentalnie (1997 r.) imponującą gęstość upakowania informacji: ponad 10 Gb/cal2.

Wśród pamięci z optyczną rejestracją danych na płytach typu CD (Compact Disc) wyróżnia się dwie główne grupy nośników: płyty przeznaczone wyłącznie do odczytu (CD-DA, CD-ROM) oraz płyty zapisywalne (CD-R, CD-WR, CD-E). Pierwsze pamięci dyskowe oparte na odczycie optycznym za pomocą promienia laserowego zostały wprowadzone (w 1982 r.) przez Philips Consu-mer Electronics w postaci płyt CD Audio (także oznaczanych jako płyty CD-DA - Compact Disc Digital Audio) z pierwotnym przeznaczeniem wyłącznie do cyfrowej rejestracji i odczytu dźwięku. Definicje rejestracji na płytach w standardzie CD-DA stały się punktem wyjściowym wszystkich pozostałych mutacji zapisów optycznych na płytach CD.

Płyty dyskowe używane tylko do odczytu, o dowolnym przeznaczeniu informacji cyfrowych, współpracujące z komputerami - CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) - pojawiły się dopiero w 1985 r. Kolejnym etapem w rozwoju technologii optycznych z wykorzystaniem efektu magnetooptycznego było wprowadzenie dysków do jednorazowego zapisu CD-R (Compact Disc Recordable) za pomocą urządzeń zapisujących, a wkrótce potem dysków kompaktowych z zapisem wielokrotnym CD-RW (Compact Disc Rewritable).

Niejako ubocznym efektem opanowania technologii optycznych jest opracowanie przez OR Technology (Matsushita, Imation) napędu dyskietek 3,5" o pojemności 120 MB, wykonanych w standardzie LS-120. Uzyskanie tak dużej pojemności było możliwe przez ulepszenie powłok magnetycznych nośnika i zastosowanie laserowego naprowadzania LS (Laser Seruo) głowicy magneto-optycznej, śledzącej specjalną ścieżkę optyczną naniesioną w tym celu podczas produkcji. Istotną zaletą tego urządzenia jest jednak możliwość współpracy zarówno z tradycyjnymi dyskietkami magnetycznymi 3,5" (720 kB, 1,44 MB), jak i z dyskietkami 120 MB o ulepszonej warstwie nośnika magnetycznego.

Standardy zapisu

Standardy określające sposoby formatowania i zapisu na płytach optycznych CD są określone w wielu specyfikacjach - ulegały one ciągłej modernizacji głównie przez wiodące w tej dziedzinie firmy Philips i Sony, są także rozszerzane na bieżąco przez Microsoft, JVC, Kodak. Obecnie standardy te znajdują się w następujących dokumentach (rys. 1): Red Book - dla płyt CD Audio (1982 r.); Yellow Book - dla płyt odczytu CD-ROM (1984 r.), z rozszerzeniem (1989 r.), przy udziale Microsoftu dla formatów multimedialnych CD-ROM/XA; Green Book - do rejestracji interaktywnych CD-I (1987 r.); White Book do cyfrowego zapisu sekwencji wideo (1993 r.); Blue Book - do multimedialnych zastosowań domowych (1996 r.) oraz w księdze Orange Book - dla płyt zapisywalnych CD-R, CD-RW i CD-E (1990 r., z późniejszymi uzupełnieniami w 1995 r.).

Pierwsza specyfikacja Red Book, normalizująca cyfrowy zapis dźwięku, jednoznacznie precyzuje sposób zapisu i format rejestracji danych dźwiękowych na płytach CD pod postacią sektorów zawierających 2352 bajty informacji dźwiękowej. W standardzie tym został też określony równoczesny zapis dźwięku i danych, przy czym około 33 proc. pojemności jest przeznaczone na potrzeby systemu rozpoznawania i korekcji błędów (Mixed Mode CD). W specyfikacji Yellow Book zdefiniowano współpracę napędów CD-ROM z komputerami (głowica optyczna, wymiary dysku, technika zapisu, korekcja błędów), w opracowaniu Green Book natomiast rozszerzono dotychczasowe standardy o możliwość rejestracji filmów z zastosowaniem kompresji typu MPEG, które to filmy, zapisane w technologii CD-I (CD-lnteractwc), mogą być odtwarzane za pomocą odbiornika telewizyjnego.

Kolejny dokument Orange Book precyzuje sposób rejestracji na płytach zapisywalnych: zapis w technologii Photo CD, stosowanej przez Kodaka do utrwalania zdjęć, zapis jednokrotny CD-WO (WORM - Write-Once, Rcad-Many) z wielokrotnym odczytem, a także zapis wielokrotny wykonany w technologii magnetooptycznej CD-MO (Magneto-Optical). Uzgodnienia zawarte w księdze White Book obejmują rejestrację obrazu i dźwięku na płytach Video CD dla zastosowań multimedialnych, co umożliwia późniejszą domową emisję filmową (ok. 74 min) informacji kompresowanych metodą MPEG-1.

Płyty zapisywalne CD (typu CD-R, CD-WR, CD-E), a w szczególności płyty z zapisem jednokrotnym CD-R są dobrym sposobem składowania dużej liczby danych, zwłaszcza że ich zawartość na potrzeby archiwizacji nigdy nie powinna ulegać zmianie. Użytkowa wielkość danych cyfrowych zgromadzonych na jednej płycie CD -wynosząca standardowo dla wszystkich typów około 650 MB (ok. 150 tys. stron maszynopisu) - stanowi ponad 60 proc. całej zarejestrowanej na płycie informacji cyfrowej (z 1075 MB). Pozostała część danych ujmuje synchronizację, różnorodne sposoby formatowania, nagłówki, kodowanie danych, kody odczytu błędów, kodowanie korekcyjne, synchronizację obrotów silnika, pozycjonowanie głowicy i inne cechy zapewniające wysoką niezawodność odczytu .

Konstrukcja płyty CD

Dysk kompaktowy CD jest krążkiem poliwęglanowym, zwykle o średnicy 12 cm i grubości 1,2 mm, zaopatrzonym w wewnętrzny otwór prowadzący (15 mm). Na jednej z powierzchni krążka znajduje się spiralnie wytłoczona pojedyncza ścieżka o długości około 7 km, składająca się z mikroskopijnych wgłębień z nagranymi informacjami cyfrowymi. Odmiennie niż w starych winylowych płytach analogowych początek ścieżki na płytach CD znajduje się blisko osi dysku (23 mm od osi obrotu), dzięki czemu początkowe położenie głowicy jest zawsze stałe, niezależnie od średnicy krążka (12 lub 8 cm). Srebrzysty połysk płyty spowodowany jest cienką warstwą aluminium, napyloną na powierzchni półprzeźroczystego podłoża w celu lepszego odbijania się promieni świetlnych lasera odczytującego od informacji umieszczonej na ścieżce informacyjnej (rys. 3).

Standardowa szerokość ścieżki na dysku CD wynosi 0,66 um, co umożliwia uzyskanie dużej gęstości wzajemnego ułożenia ścieżek - sięgającej 16 000 tpi (łrack per inch) i znacznie przekraczającej dotychczas osiągane gęstości upakowania. Dla porównania: gęstość zapisu na zwykłych dyskietkach osiąga 96 tpi, a na dyskach sztywnych nie przekracza kilkuset tpi. Zaczernienie plamek na ścieżkach informacyjnych, wynikające z przyjętego schematu kodowania, ma zmienną długość. Warstwę aluminiowego nośnika informacji chroni przed uszkodzeniem twarda warstwa lakieru, na którym umieszczane są opis płyty, etykieta lub obraz tytułowy.

Druga powierzchnia dysku - poliwęglanowa - jest przezroczysta, co umożliwia przejście i odbicie promienia świetlnego lasera odczytu, którego źródłem najczęściej jest stosowany we wcześniejszych rozwiązaniach arsenek galu. Dzięki temu powierzchnia, na której ogniskuje się światło lasera, jest oddalona od zanieczyszczeń powierzchniowych krążka o grubość warstwy poliwęglanowej i wszelkie przeszkody zewnętrzne (zadrapania, zabrudzenia lub uszkodzenia powierzchni) pozostają poza głębią ostrości światła laserowego, podobnie jak to się dzieje w zwykłych aparatach fotograficznych.

Prędkość obrotowa dysku optycznego zmienia się tak, aby utrzymać stałą szybkość liniową czytanej ścieżki. Najstarsze dyski CD-Audio do zapisu dźwięku wymagały stałej prędkości liniowej 1,25 m/s (oznaczonej krotnością lx) przy standardowej szybkości spływu informacji binarnej (przepływności) 150 kB/s. W nowszych i współczesnych konstrukcjach, przeznaczonych wyłącznie do rejestracji, składowania i archiwowania danych komputerowych, prędkość liniowa jest krotnością szybkości podstawowej (zapisu audio - lx) i osiąga wielkości 4x, 8x, 10x, 12x, 16x, 20x, 24x, a ostatnio 36x (spotyka się pierwsze napędy o krotności 100x), co oznacza średnią przepływność około 5,4 MB/s. Utrzymanie stałej szybkości liniowej nośnika pod głowicą odczytu laserowego umożliwia równomierne upakowanie informacji na całym dysku i lepsze wykorzystanie zewnętrznych powierzchni dysku, a więc wtedy gdy dysk wiruje wolniej. W napędach nowszej generacji dokładność ustalania prędkości obrotowej talerza nie jest parametrem krytycznym - odczyt danych z płyty CD następuje również przy prędkości liniowej daleko odbiegającej od nominalnej. Standardowa (z niewielkimi wyjątkami) pojemność płyty CD wynosi 650-680 MB.

Krążki CD-Audio do cyfrowego zapisu dźwięku

Najstarsza wersja kompaktowych płyt dźwiękowych CD-Audio (określana również CD-AD) jest przeznaczona wyłącznie do odtwarzania dźwięku zarejestrowanego fabrycznie w postaci cyfrowej. Cyfrowy zapis dźwięku dokonuje się za pomocą stałej wielkości sektorów, z których każdy zawiera 2352 bajty efektywnej informacji, a każdy bajt przechowuje próbkę dźwiękową rejestrowanego zapisu. Zawartość sektorów dysku dźwiękowego składa się w 100 proc. z 16-bitowych par próbek dźwiękowych (oddzielnie dla kanałów lewego i prawego) rejestrowanych w zapisie stereofonicznym. Do rejestracji danych komputerowych taki sam format sektorów informacyjnych ma odmienny sposób organizacji, uszczegółowiany za pomocą dwóch trybów pracy: Mode 1 - z korekcją błędów i Mode

2 - bez korekcji .

W celu zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania błędu przy odczycie z płyty CD informacja zapisywana na dysku jest kodowana nadmiarowym kodem EFM (Eight to Yourifen Modulation). Polega on na tym, iż każda sekwencja bitów tworząca jedną z 256 możliwych wartości bajtu (kodowana na 8 bitach) ma jednoznacznie przypisany ciąg 14 bitów, dobrany tak, aby łatwo było go odróżnić od jakiegokolwiek ciągu odpowiadającego innej wartości bajtu. Informacja binarna jest kodowana na ścieżce za pomocą metody zmiennej fazy: zmiana stanu z wgłębienia (pit) na płaszczyznę (land) lub odwrotnie oznacza logiczną jedynkę, brak zmiany - zero logiczne. Standardowa pojemność 650 MB umożliwia zapis ścieżki dźwiękowej o czasie trwania 74 min przy szybkości odczytu z krotnością lx (150 kB/s).

Pamięć CD-ROM tylko do odczytu

Pierwsze napędy CD-ROM, przeznaczone wyłącznie do odczytu informacji cyfrowej, korzystały z pojedynczej prędkości przesyłania danych - 150 kB/s - z jaką pracują standardowe odtwarzacze płyt audio. Najnowsze, powszechnie dostępne napędy CD-ROM osiągają 36-krotną (36x) szybkość odczytu przy maksymalnej pojemności od 650 MB do 680 MB, a pierwsze dyski ze 100-krotnie podniesioną szybkością transmisji (100x) pojawiły się w ubiegłym roku (Elitegroup Computer System). Ciągłe zwiększanie szybkości napędów CD jest związane z wprowadzaniem na rynek nowej konkurencyjnej technologii zapisu informacji cyfrowej określonej standardem DVD, o znacznie większych gęstości zapisu i pojemności niż osiągane w płytach CD-ROM.

Wzrost przepływności osiąga się przez zwielokrotnienie prędkości obrotowej dysku CD-ROM, która zwykle jest ustalana w zależności od rodzaju odczytywanej informacji: duża szybkość podczas odtwarzania obrazów, grafiki lub danych, mała szybkość obrotowa - do odtwarzania muzyki. Prędkość obrotowa dysku nie jest jednak jedynym wyznacznikiem wydajności konkretnego napędu z nośnikiem optycznym. Przy podnoszeniu szybkości spływ informacji nie rośnie liniowo zgodnie ze wzrostem obrotów, gdyż dodatkowo należy uwzględniać inne elementy, takie jak: średni czas dostępu, wielkość pamięci buforowej cache i rodzaj (a także wersje) zastosowanego interfejsu (IDE lub SCSI). Większa szybkość obrotów wpływa znacząco jedynie na czas kopiowania dużych plików danych, lepszą wydajność podczas pracy z małymi plikami (aplikacje bazodanowe) uzyskuje się natomiast przez zmniejszenie czasu dostępu i stosowanie bufora pamięci półprzewodnikowej o pojemności przynajmniej 256 kB.

Współcześnie stosowane napędy CD-ROM są zaopatrzone w funkcję zmiennej szybkości odczytu VSPS (Va-riable Speed Playback System), skracającą czas dostępu do danych i szybsze działanie aplikacji. W takim systemie pracy głowica zaczyna odczyt danych, zanim zostanie ustalona nominalna prędkość obrotowa, dzięki czemu napędy te dorównują parametrami czytnikom o większych obrotach nośnika, lecz nie stosującym VSPS.

Czas dostępu do informacji umieszczonych na dyskach CD-ROM waha się od 40 do 400 ms, w zależności od krotności szybkości obrotowej napędu - pod tym względem czytniki CD wyraźnie ustępują dyskom sztywnym (ok. 10 ms). Jednak największą zaletą napędów CD-ROM jest niski koszt wytwarzania nośnika (krążek CD), którego cena w seryjnej produkcji spadła już poniżej 1 USD. Jest to możliwe dzięki masowej produkcji płyt CD, tłoczonych jednym uderzeniem sztancy - podobnie jak winylowe płyty analogowe.

Na polskim rynku komputerowym najczęściej spotykane napędy czytników CD-ROM pochodzą z kilku firm: Hitachi, HP, Maxoptix, Mitsumi, Nomai, Philips, Samsung, Toshiba, Teac, Verbatim. Cena kompletnego napędu CD-ROM kształtuje się w granicach od 200 do 400 PLN, głównie w z powodu różnych krotności obrotów nośnika.

Technologia wytwarzania płyt CD-ROM

Proces wielkoseryjnego wytwarzania krążków CD jest podzielony na etapy technologiczne oznaczane jako: ojciec -matka - syn - produkt końcowy. Dane cyfrowe, wstępnie sformatowane za pomocą nagrywarki (ścieżki, sektory, ramki danych) i zakodowane systemem EFM, służą do bezpośredniego modulowania promienia laserowego, naświetlającego światłoczułą emulsję naniesioną na szklany dysk wzorcowy. Po usunięciu resztek emulsji dysk jest pokrywany warstwą srebra, następnie utwardzany niklem w kąpieli galwanicznej, a po oddzieleniu zbędnej płyty szklanej staje się jedynym pierwowzorem płyty CD (ojciec).

Za pomocą ojca odciska się kilka matek, stanowiących lustrzane odbicie pierwowzoru i przeznaczonych do wykonania wielu matryc wzorcowych (synowie), będących wierną kopią ojca. Matryce te służą do masowego tłoczenia tysięcy poliwęglanowych krążków, które po napyleniu cienkiej aluminiowej warstwy odbijającej światło oraz naniesieniu warstwy zabezpieczającego lakieru stają się gotowymi płytami CD. Proces wytwarzania kończy napylenie dekoracyjnej etykiety od strony warstwy lakierowanej i zaopatrzenie dysku w sztywne etui (jewel box -„szkatułka na klejnoty").

Technologie zapisu optycznego

Spośród wielu istniejących sposobów zapisu optycznego na płytach CD popularność uzyskały trzy technologie rejestracji: technika zmiany fazy, barwionego polimeru i obecnie najczęściej stosowana - zapisu magnetooptycznego.

• Technika zmiany fazy. Jedną z pierwszych odmian optycznego sposobu zapisu z odczytem wielokrotnym i powtórnym zapisem nowych danych jest (od-"1995 r.) technologia PD (Phase-change Dual) - opracowana przea japońską firmę Matsushita (Panasonic). W tej technologii światło lasera wpływa na właściwości odblaskowe stopu nośnika wykonanego ze srebra indu, antymonu i telluru (Ag-In-Sb-Te). Jej nazwa jest związana ze strukturą stopu występującego w normalnej temperaturze otoczenia w dwóch stanach: bezpostaciową - słabo odbijającą światło i krystaliczną - o znacznie lepszym współczynniku odbicia.

W pierwotnej fazie amorficzna (bezpostaciowa) struktura stopowa ulega krystalizacji na skutek miejscowego przegrzania silnym promieniem laserowym w procesie zapisu, co umożliwia później modulację odbitego promienia świetlnego przy jej oświetleniu drugim, słabszym strumieniem laserowym. Jednak niezgodność napędów PD (szybkość 1,1 MB/s) ze standardowymi dyskami CD-ROM nie doprowadziła do finansowego sukcesu i powszechnej akceptacji tej metody rejestracji danych.

• Technika barwionego polimeru. Technologia zapisu jednorazowego WORM (Write Once, Read Many) z odczytem wielokrotnym była początkowo stosowana do wytwarzania niewielkiej liczby kopii dysków CD - zastosowanie typowego procesu produkcyjnego przy użyciu matryc byłoby kosztowne, a czas realizacji niepotrzebnie długi. Zamiast mikroskopijnych wgłębień, jakie są tworzone matrycą na płytach CD-ROM, płyta zapisywalna jest pokryta specjalną warstwą czułego na temperaturę barwnika zmieniającego kolor na skutek lokalnego podgrzewania struktury silnym promieniem laserowym podczas zapisu.

Znacznie większą popularność zdobyła dopiero technologia zapisu dysków CD-R, używana w nieco zmienionej postaci w początkowej fazie przygotowywania procesu produkcyjnego {premastering) - do masowego nagrywania wzorców na płytach CD-ROM w fabrycznych wytwórniach płytowych.

• Dysk CD-R (Compact Disc Recordable). Dyski CD-R, o identycznych wymiarach jak CD-ROM, pozwalają na jednorazowy zapis danych i wielokrotny odczyt. Informacja jest zapisywana przez wiązkę laserową po linii spiralnej od środka dysku w kierunku jego zewnętrznego brzegu. Po dokonaniu zapisu informacje nie mogą być zmienione ani wymazane, są dostępne jedynie do odczytu (wielokrotnego), co sprzyja stosowaniu dysków CD-R jako archiwalnych nośników kopii danych komputerowych lub do zapisu większych aplikacji prototypowych.

W odróżnieniu od konwencjonalnych dysków dźwiękowych CD i CD-ROM, w których dane są jednorazowo wytłaczane w tworzywie sztucznym matrycą podczas procesu wtryskowego, dysk CD-R jest pokryty warstwą organicznego barwnika ciemniejącego pod wpływem światła laserowego. Podczas zapisu strumień światła laserowego powoduje zmianę właściwości barwnika i zwiększone pochłanianie światła. Te mikrozaczernienia przysłaniają lustrzaną powierzchnię dysku, powodując modulację słabego promienia laserowego podczas odczytu, gdyż pod przezroczystą warstwą barwnika znajduje się lustrzana warstwa złota - dobrze odbijająca światło od nie zapisanych obszarów. Dzięki temu większość dysków jednorazowego zapisu ma złoty kolor (chociaż spotyka się płyty CD-R z odcieniem zielono-złocistym i błękitno-złocistym), co stanowi charakterystyczny wyróżnik płyt zapisywal-nych CD-R i CD-RW w porównaniu z płytami tłoczonymi CD-ROM o srebrzystym zabarwieniu.

Współczesne sposoby zapisu na dyskach CD korzystają z nowego standardu formatowania UDF (Unwersal Data Format), umożliwiającego rejestracje wielu małych zbiorów za pomocą metody IPW (Incremental Packet Writing) - bez czasochłonnego przygotowywania zbiorów danych przed ich nagrywaniem na jednej płycie w trybie DAO (Disc at Once) - ciągłym strumieniem laserowym.

Dostępna obecnie szybkość jednorazowego zapisu (nagrywanie) na płytach CD jest kilkakrotnie wolniejsza od odczytu tych samych danych (krotność 40x) i kształtuje się obecnie na poziomie 4x, 6x lub 8x, przy czym nagrywanie płyt CD-RW dokonuje się zwykle z niższą szybkością niż płyt CD-R. Z najwyższą obecnie dostępną szybkością zapisu 8x na dyskach CD-R nagrywanie całego krążka nie przekracza 10 minut, natomiast odczyt pełnej informacji z najmniejszą krotnością lx (150 kB/s) zajmuje niewiele ponad godzinę czasu.

Przy odczycie prędkość obrotowa płyty jest regulowana automatycznie tak, aby odczyt przebiegał poprawnie z najwyższą dopuszczalną szybkością. W przypadku błędów napęd krążka CD zwalnia obroty, a strumień lasera wspomagany układami korekcji i buforowania danych (od 128 kB do IMB) ponownie dokonuje próby poprawnego odczytu. We współcześnie produkowanych napędach prędkość liniowa dla ścieżek początkowych jest stała i daje przepływność 12x (1,8 MB/s). Po uzyskaniu odpowiedniej odległości głowicy od osi obrotów wirowanie osiąga stałą szybkość obrotową (nie liniową!), która dla skrajnie zewnętrznych ścieżek umożliwia przekaz informacji z maksymalną krotnością (32x, 40x lub 100x), charakterystyczną dla konkretnego napędu CD.

Napędy CD-R mają zdecydowanie krótsze czasy dostępu do informacji niż napędy taśmowe przy znacznie większej odporności na zewnętrzne pola magnetyczne, jednak pojemność pojedynczego dysku CD (650 MB) stanowi zaledwie kilka procent pojemności kasety współczesnego streamera taśmowego. Większość producentów dysków CD-R zapewnia, iż raz nagrany dysk CD-R przechowuje informację przez co najmniej 8 lat i można go odtworzyć na prawie każdym klasycznym napędzie CD-ROM.

Technologia zapisu magnetooptycznego mo

Istotą technologii zapisu magnetooptycznego MO (Magncto-Opticat) na płytach CD-RW jest połączenie dwóch do tej pory funkcjonujących oddzielnie technologii: trwałego zapisu na magnetycznych nośnikach dyskowych z precyzyjnym odczytem optycznym naprowadzanym za pomocą promienia laserowego, już stosowanym na płytach CD-ROM.

Dodatkowym wymaganiem stawianym tej technologii jest możliwość odczytu tak zarejestrowanej informacji w dostępnych na rynku ciągle powszechnie używanych czytnikach CD-ROM. Ze względu na różnice występujące w natężeniu światła promienia odbitego w czytnikach CD-ROM (65-75% natężenia światła padającego) i technologii magnetooptycznej MO (15-25%), stosowanej do rejestra-

cji na płytach CD-RW, uniwersalne napędy optyczne CD-ROM są wyposażane w tryb pracy MultiRead. Tryb ten, o zwiększonej czułości fotodiodowego zespołu odczytu, kompensuje zmniejszenie energii promienia odbijanego w technologii magnetooptycznej. Pierwsze odtwarzacze optyczne do multimedialnych zastosowań wykonane w technologii MultiRead CD-ROM pojawiły się na rynku w 1997 r., a najbardziej popularne napędy klasy CD-R i CD-RW pochodzą z takich firm jak: Hewlett Packard, JVC, Mitsumi, Nomai, Philips, Pioneer, Sony, Toshiba, Yamaha.

Informacje przechowywane na dyskach magnetoopty-cznych są odporne na działanie zarówno wysokiej temperatury, jak i pola magnetycznego, a utrata informacji może nastąpić dopiero wtedy, gdy te dwa czynniki zadziałają łącznie. Dzięki temu dysk magnetooptyczny stanowi bardzo dobre rozwiązanie do archiwizacji danych komputerowych (niestety, również najdroższe, chociaż nie uwzględniając kosztów napędu cena magazynowania jednego megabajtu danych jest niska i wynosi zaledwie kilka groszy).

Dysk CD-RW (Compact Disc Rewritable), określany wcześniej jako CD-E (Compact Disc Erasable), umożliwia wielokrotny zapis i odczyt informacji na krążkach o klasycznych wymiarach płyt CD, zapisywanych obecnie głównie za pomocą technologii magnetoopfycznej. Ze względu na stosunkowo wysoką cenę jest zwykle używany do wykonywania backupu bieżących danych systemu kompu terowego lub okresowego składowania informacji przenośnych, a po ich dezaktualizacji nośnik ze starą informacją może być powtórnie nagrywany i w ten sposób wielokrotnie wykorzystywany.

Podobnie jak na klasycznych dyskach magnetycznych dane na dysku magnetooptycznym są przechowywane w formie magnetycznej. Zasada wielokrotnego zapisu i odczytu jest jednak inna niż na zwykłych nośnikach magnetycznych. Do precyzyjnej kontroli położenia danych na dysku CD używa się wiązki laserowej o długości fali 680 nm i szerokości ścieżki 0,6 mm, a podczas zapisu ta sama wiązka - lecz o większej mocy - jest wykorzystywana do zapisu przez lokalne podgrzanie struktury magnetycznej na dysku do temperatury prawie 180°C (punkt Curie stopu nośnika). Jako nośnika magnetooptycznego używa się standardowo stopu ferrytu, terbu i kobaltu (Fe-Tb-Co), chociaż są już stosowane również inne materiały stopowe.

Podczas operacji zapisu - w celu zmiany właściwości magnetycznych podłoża - w czasie podgrzewania mikroskopijnej powierzchni silnym promieniem lasera jest przykładane do niej odpowiednie pole magnetyczne, powodujące utrwalenie zapisywanej informacji cyfrowej (zero lub jeden). Po schłodzeniu nośnika zapis magnetyczny staje się praktycznie nieusuwalny, nawet pod wpływem zewnętrznych pól magnetycznych. Jest to istotna cecha technologii magnetooptycznej, gdyż niewielka odporność na te zewnętrzne pola jest podstawową wadą klasycznych dysków magnetycznych, napędów przenośnych klasy JAZ i innych nośników taśmowych z ferromagnetykami.

Odczyt danych w technologii magnetooptycznej jest realizowany wyłącznie optycznie przez detekcję zmian kąta polaryzacji promienia laserowego odbijanego od warstwy magnetycznej (efekt Kerra). Ze względu na gorsze właściwości odbijania światła laserowego dyski CD-RW nie są odczytywane na zwykłych napędach CD-ROM. Ich odczyt jest jednak możliwy na nowszych napędach MultiRead CD-ROM o zwiększonej czułości odczytu. Niezwykła trwałość i stabilność koercji nośnika sprawia, że każdy punkt warstwy magnetycznej na dyskach MO można podgrzewać i przemagnesowywać ponad 1000 razy, a czas przechowywania tak utrwalonej informacji szacuje się na 30-50 lat.

JUKEBOXY- BIBLIOTEKI OPTYCZNE

Konkurentem bibliotek na nośnikach taśmowych są biblioteki na dyskach optycznych i magnetooptycznych -współpracujące z dyskami zapisu jednokrotnego WORM (Write-Once, Read-Many) lub wielokrotnego, zwykle mieszczące się w specjalnych urządzeniach określanych jako Jukebox. Urządzenia te, zaprojektowane specjalnie do archiwizacji danych, są wyposażone w mechanizm auto-zmieniacza, który wkłada i wyjmuje poszczególne płyty dyskowe (o maks. średnicy 12 cm) zgodnie z żądaniami dostępu do różnych plików.

W bibliotekach zautomatyzowanych dostęp do nośnika nie jest natychmiastowy, lecz gwarantowany przez automat dostarczający wybrany nośnik z puli magazynowej urządzenia. Całkowita pojemność współcześnie tworzonych i w pełni zautomatyzowanych bibliotek jest mierzona w TB - terabajtach (tysiącach gigabajtów) informacji, a czas dostępu do dowolnych danych liczy się w minutach (biblioteki taśmowe - Autoloadery) lub pojedynczych sekundach (biblioteki optyczne - Jukeboxy). Charakterystycznymi cechami takich bibliotek są: magazyn nośników (taśm lub dysków), rodzaj napędu nośnika i funkcje robota umożliwiającego identyfikację i pobieranie nośnika z magazynu, jego ładowanie do napędu oraz transport powrotny po wykorzystaniu nośnika.

Najprostszą formą biblioteki optycznej są zmieniacze, mające tylko jeden napęd i obsługujące w dowolnym momencie tylko jedną płytę CD ze zbioru kilku nośników (od 2 do 7 krążków). Bardziej nowoczesnym i droższym rozwiązaniem są wieże CD-ROM, zawierające po kilkadziesiąt napędów (od 4 do 128), nie dysponujące jednak urządzeniami nagrywającymi, a więc mające znamiona biblioteki - bez możliwości archiwizacji lub backupu danych komputerowych.

Pamięci masowe z zapisem optycznym są obecnie najbardziej popularnym sposobem tworzenia bibliotek typu ]ukebox, gdyż umożliwiając szybki dostęp do wielu kopii archiwalnych i kopii bezpieczeństwa (podobnie jak w dyskowych pamięciach magnetycznych), pozwalają na znacznie bezpieczniejsze przechowywanie danych. Złożona technologia magnetooptycznej rejestracji danych z wykorzystaniem promienia laserowego przy zapisie na płycie optycznej powoduje, że zapis taki jest niezwykle trwały i odporny na szkodliwe działanie zewnętrznych pól magnetycznych. Drugą istotną zaletą bibliotek optycznych typu ]ukebox jest ich niewielki rozmiar, co wynika z dużej gęstości upakowania informacji na talerzach dysków optycznych.

Powszechnie jeszcze stosowane biblioteki optyczne starszego typu mają pojemność do kilkudziesięciu gigabajtów (20-60 GB), z minimum dwoma napędami dyskowymi w celu zapewnienia efektywności i ciągłości transmisji danych. Dostępne na rynku biblioteki optyczne typu Jukebox mają zwykle dwa lub cztery napędy oraz kilkadziesiąt kieszeni na dyski optyczne. Specjalne konstrukcje zapewniają: czas wyszukiwania informacji na już wybranej płycie CD na poziomie około 20 milisekund oraz szybkość transmisji do 10 MB/s (wymagają stosowania szybkich interfejsów zewnętrznych 20-80 MB/s z właściwą wersją SCSI lub interfejsu Fiber Channel, działającego z szybkością 100 MB/s); czas zmiany nośnika nie przekracza kilku sekund. Zwykle są one wyposażone dodatkowo w napędy z możliwością zapisu i odczytu płyt (nagrywarki) klasy CD (CD-R, CD-RW), a ostatnio również płyt cyfrowych wykonanych w technologii DVD (Digital Versatile Disc).

Najnowsze rozwiązania bibliotek optycznych, klasyfikowane jako trzecia generacja ]ukeboxów, mogą pomieścić kilkaset dysków optycznych (Satelite firmy NSM - do 135 płyt, M500 firmy Plasmon Data - do 500 płyt) i działają z wszystkimi typami napędów CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW i DVD) z możliwością gromadzenia na nich informacji o terabitowych pojemnościach (kilka TB). Istotnym elementem takich bibliotek jest oprogramowanie dostarczane zwykle wraz ze sprzętem technicznym. Wśród wielu dostawców oprogramowania bibliotek optycznych, uwzględniającego zarówno odczyt, jak i nagrywanie płyt zapisywalnych, znaczącą rolę odgrywają dwie firmy: Adaptec i CeQuadrat.