《信息记录与存储技术》第七章 光盘记录与存储技术

第七章光盘记录与存储技术【本章要点】●光盘记录与存储信息的原理●光盘结构与材料●有关光盘数据标准●光盘的种类●光盘结构与信息读取原理●磁光盘和相变光盘的工作原理及特点●刻录机刻录数据的方式●光盘记录技术的发展一、光盘的发展光盘的研究始于1961年。在1960年HeNe激光连续震荡获得成功之后，由美国斯坦福大学和3M公司率先投入光盘开发。第一节光记录基础知识二、光盘的特点（一）数据存储密度高、容量大、盘片可更换、携带方便（二）存储寿命长、功能多样化（三）生产成本低廉，数据复制工艺简单、效率高三、光盘信息记录与存储原理（一）非磁性介质存储原理（二）磁性介质存储原理（三）光盘信息记录过程（四）光盘的信息记录方式一、光盘结构通常光盘由盘基、反射层、记录层和保护层组成。第二节光盘结构与材料二、对光盘各层材料的要求(一)盘基材料的一般要求(二)反射层材料的一般要求(三)记录层材料的一般要求(四)保护层材料的一般要求一、光盘数据标准目前的光盘可存放文字、影像、音乐、计算机程序和数据，都可以用数字信号记录并在计算机系统中读取。在光盘技术的发展过程中，产生了不同的技术标准并规定了不同的记录格式。第三节光盘数据标准与格式（一）数字音频光盘(CDDA)标准——红皮书（二）只读数据光盘(CDROM)标准——黄皮书（三）交互式小型光盘(CDI)标准——绿皮书（四）可录及可擦写光盘(CDR、CDRW和MO)标准——橙皮书（五）视频光盘(VCD)标准——白皮书（六）蓝皮书(BlueBook)标准（七）数字通用光盘(DVD)标准二、光盘数据格式CD的光道分为许多“扇区”(Sector)，或称为“块”(Block)，标准速度(单倍速)下，光盘驱动器的激光头每秒读取75个扇区。三、光盘文件格式（一）ISO9660（二）Joliet（三）MSDOS（四）Romeo（五）RockRidge（六）HFS(HierarchicalFileStructure)（七）UDF(UniversalDiscFormat)（八）CDRFS(CDRecordableFileSystem)（九）国际标准记录码(ISRC)经过30多年的发展，光盘已由早期的激光唱盘发展到现在的CD、DVD、磁光盘、相变光盘等品种。第四节光盘分类一、按光盘的读写功能（一）只读式光盘(ReadOnlyMemoryCD)（二）一次写入式光盘(WriteOnceReadManyCD)（三）可重写式光盘(Rewritable或ErasableCD)二、按光盘的刻录方式（一）预录光盘(RecordedCD)（二）可录光盘(RecorableCD)（三）可擦写光盘(Rewritable或ErasableCD)三、按光盘的种类（一）激光视盘(LD)（二）激光数字音频光盘(CD)（三）只读光盘(CDROM)（四）CDROM/XA光盘（五）卡拉OK光盘(CDG)（六）交互式光盘(CDI)（七）可录光盘(CDR)（八）相片光盘(PhotoCD)（九）视频小型光盘(VCD)（十）高密度数字光盘(DVD)（十一）可擦写式光盘（十二）蓝光盘一、CD类光盘的发展史（一）激光视盘(LD)（二）激光唱盘(CD-DA)（三）只读光盘(CD-ROM)第五节CD-ROM光盘二、CD-ROM光盘物理结构与读取原理CD-ROM光盘与CD-DA和VCD视盘的物理结构完全一样，其直径为120mm，厚度为1、2mm，重量约14g～18g。CD-ROM光盘由三部分组成，底层为聚碳酸酯透明塑料注塑成形的盘基，中间层为很薄的铝反射层，顶层为腊克保护层，可在保护层上印刷商标、图案或文字说明。三、数据结构由于CD-ROM产生的技术背景是CD-DA，加上其螺旋形线型光道结构、以恒定线速度(CLV)转动、容量大等诸多因素，导致CDROM的数据结构比硬磁盘和软磁盘的数据结构复杂得多。四、错误检测与纠正光盘同磁盘、磁带一类的数据记录媒体一样，受到盘的制作材料的性能、生产技术水平、驱动器以及使用人员水平等的限制，从盘上读出的数据很难完全正确。五、CD-ROM的复制（一）预制主片这个过程包括以下几个步骤：1、预制2、优化、测试3、刻录（二）制主片这一过程实际上是我们将经过处理后的写在CD-R盘上的数据，记录在玻璃盘上的过程。（三）电铸电铸的最终目的是产生用于复制CD的金属模子。（四）复制生产CD-ROM成品的第一步，是将数据从印模上转移到塑料基片上。（五）印刷和包装通过高速丝网印制或是胶版印刷，可以将图片印在光盘的腊克保护层上。丝网印刷是最常使用的方法，它是将图片转换为一张有孔的网，墨通过网附着在盘上，这一过程与蜡纸印刷相似。一、CD-R光盘的物理结构与特点CD-R光盘为一个圆盘形的结构，其厚度为1、2mm，直径为120mm，中心孔内径为15mm，光盘的夹持区直径为26mm～33mm。第六节CD-R与CD-RW光盘二、CD-R光盘的数据结构与特点（一）导入区(LeadinArea)（二）节目区(ProgramArea)（三）导出区(LeadoutArea)三、CD-R光盘生产工艺流程

(一)形成聚碳酸酯盘基

(二)旋涂染料记录层

(三)溅镀金属反射层

(四)洗边

(五)涂布腊克保护层

(六)印刷油墨标识层四、CD-R光盘记录原理与特点（一）CD-R光盘记录过程与写入策略（二）对CD-R光盘刻录后记录层变化的认识五、CD-R光盘分类（一）绿盘（二）蓝盘（三）金盘（四）白金盘六、CD-RW光盘CD-RW与CD-R一样也有预刻槽，记录原理也基本相似。只是记录层不是有机染料，而是一种相变材料，在“抹除”状态下，激光头能发出比刻录时还要强的激光束，使相变材料恢复到初始状态，所以，CD-RW能多次写入。一、DVD光盘的物理结构从外观上看，DVD光盘与CD/VCD光盘相似，但实质上两者之间有本质的差别。第七节DVD光盘二、DVD光盘数据结构（一）逻辑结构（二）数据结构三、DVD光盘的数据传输率与普通CD光盘150KB/s的传输率不同，DVD的数据传输率达到1350KB/s，大约是普通CD-ROM的9倍。四、DVD光盘的分类(一)按制作材料分类1、DVD-ROM2、DVD-RAM3、DVD-R(二)按存储容量分类(DVD-ROM)根据DVD光盘的容量可将DVD光盘划分为DVD5、DVD9、DVD10和DVD18。(三)按DVD的存储内容分类(DVDROM)1、DVD-Video(DVD影碟或DVD视盘)2、DVD-ROM(DVD只读光盘)3、DVD-Audio(DVD音乐盘、DVD音乐碟或DVD唱盘、DVD唱碟)(四)按光盘结构DVD-Audio与DVD-ROM直径有120mm和80mm两种尺寸规格，每一种规格按光盘结构都可以划分为单层单面、单层双面、双层单面和双层双面4种光盘类型。一、磁光盘磁光盘(MO)是20世纪80年代开始发展起来的一种光学与磁学结合而成的储存技术，它采用激光和磁场共同作用来存储信息。第八节磁光盘和相变光盘（一）基本结构（二）热磁写入（三）克尔效应读出二、相变光盘相变光盘是一种将原子规则排列的结晶相和不规则排列的非结晶相的相转移现象应用于可逆相变光存储的技术。（一）基本结构（二）相变光盘的存储原理（三）相变光盘记录层的构成材料（四）相变光盘的读写原理（五）相变光盘的记录特性及抹除特性（六）相变光盘的种类除了预录光盘外，可录光盘和可擦写光盘都需要用刻录机进行信息的写入，光盘刻录机目前主要有CD-R光盘刻录机、CD-RW刻录机和DVD刻录机等，光盘刻录机已经成为计算机的标准配置。第九节光盘刻录机一、CD-R光盘刻录机CD-R光盘刻录机和一般的CD-ROM光盘驱动器相类似，它有内置式和外置式两种类型，有SCSI、IDE和并口多种接口。CD-R光盘刻录机的激光波长范围一般在775nm～795nm之间。目前市场上销售的CD-R光盘刻录机的最高刻录速度已经达到了52×。二、CD-RW光盘刻录机CD-RW刻录机(CD-ReWritable)是允许用户在同一张可擦写光盘上反复进行数据擦写操作的光盘驱动器。三、DVD光盘刻录机虽说都是DVD刻录机但并不是可以使用所有的DVD刻录盘，所刻出来的DVD光盘也不是在所有的DVD驱动器上都能使用，因为DVD刻录机中也有规格、标准之分。四、光盘刻录技术用于刻写一次光盘的记录材料在20世纪70年代开始研制，80年代推出一次写光盘和驱动器。常见的有碲膜熔蚀记录技术、基于染料的光学记录技术、双合金记录技术、相变记录技术和热泡记录技术。五、数据刻录方式1、整盘刻录(DiskAtOnce，即DAO方式)2、轨道刻录(TrackAtOnce，即TAO方式)3、飞速刻录(OnTheFly，即OTF方式)4、区段刻录(SessionAtOnce，即SAO方式)5、包写入(PacketWriting，即PW方式)6、增量包刻录(IncrementalPacketWriting，IPW)7、开放(Session)8、卷刻录(VolumeAtOnce)六、刻录机的接口规格早期的刻录机有很多都是SCSI接口，SCSI接口的刻录机占用系统资源很少，刻录时相对稳定，不过必须安装SCSI卡，过程比较繁琐。七、刻录机的速度刻录机和普通光盘驱动器一样也有倍速之分，只不过刻录机有三个速度指标：刻录速度、复写速度和读取速度。八、刻录机的缓存为保证刻录质量，高速刻录时除了对光盘的要求比较高以外，缓存大小也十分重要。九、防欠载技术随着CD-R/RW的速度越来越快，一个使用的问题也逐渐突出。十、CLV、CAV、PCAV和ZCLVCLV(恒定线速度)是早期光盘驱动器使用的读盘方式，多用于8倍速以前的光盘驱动器，特点是读取光盘内圈和外圈时的数据流量相同，想要达到这个要求，主轴电机就必须不断地改变转速，读内圈数据时转速低，读外圈数据时转速高。一、刻录机的日常保养（1）尽量保持刻录机水平放置。（2）尽量保持刻录机清洁。（3）使用质量可靠的CD-R光盘（4）注意刻录机的散热。一、光盘记录技术的发展趋势（一）实现低价位DVD系列光盘及驱动器的规模生产（二）进一步提高DVD光盘质量、成品率及功能（三）在记录密度不变的条件下提高系统性能（四）综合利用其他新技