光碟存儲器

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光碟存儲器(Optical Disc Memory)

　　光碟存儲器是指利用光學原理存取信息的存儲器，其基本工作原理是利用激光改變一個存儲單元的性質，而性質狀態的變化可以表示存儲的數據，識別性質狀態的變化就可以讀出存儲的數據。

　　隨著電腦動畫與數字視頻技術的發展，多媒體信息容量越來越大，這對數據的存儲帶來了嚴峻的考驗。

　　20世紀70年代初期，荷蘭飛利浦(Philips)公司的研究人員開始研究利用激光來記錄和重放信息，並於1972年9月向全世界展示了長時間播放電視節目的光碟系統Laser．Vision，而該系統於六年後正式投放市場。從此，激光記錄技術開始迅速發展起來。它的誕生為數字媒體技術與藝術的發展起到重要的作用，正如紙張的發明對文字記載的作用一樣重要。

　　繼激光視盤之後，又出現了一系列的激光記錄產品，如CD—G、CD—V、Video CD、CD—DA、CD.I、CD—ROM等。

　　(1)存儲密度高

　　存儲密度是指記錄介質單位長度或單位面積內所能存儲的二進位位數，單位長度存儲的二進位位數稱為位密度，單位面積存儲的二進位位數稱為面密度。光碟上存儲一位二進位數只需要1tzmz，其位密度一般可達到1000b/mm，面密度可達到107～108b/mm2。

　　(2)非接觸讀寫方式

　　軟盤存儲器的磁頭與盤面需要接觸才能完成讀寫工作，因而盤面容易被磁頭劃傷，硬碟存儲器的浮動磁頭雖與盤面不接觸，但其距離小於亞微米數量級，盤面也存在劃傷的危險。在光碟存儲器中，信息的寫入與讀出是通過聚焦激光束完成的，透鏡與介質錶面的距離在1～2 mm，根本沒有接觸的可能性，所以光碟和激光頭的使用壽命都比較長。

　　(3)信息保存時間長

　　光碟的記錄介質一般採用特殊材料，如CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)盤的盤基採用防水、耐熱聚碳酸酯塑料，WORM(Write Once Read Many)盤採用低熔點碲系抗氧化合金薄膜，用激光束在記錄介質上燒蝕出凹坑來記錄信息。光碟不像磁碟或磁帶因環境影響可能導致退磁，硬碟驅動器的使用壽命多數在5～10年左右，而光碟信息的保存時間至少在30年以上，CD-ROM盤的壽命預計在100年以上。

　　(4)盤面抗污染能力強

　　激光束可以穿過lmm厚的透明層聚焦，所以各種光碟的盤面都加有透明保護層，使記錄介質處於密封狀態，由於記錄介質不與外界相接觸，因而可以免受外界灰塵或其他有害物質的污染。

　　(5)價格低廉、使用方便

　　由於光碟可以大量複製，其價格相對較低，一張CD-ROM碟片可以存放650MB信息，相當於400張3.5英寸高密度軟磁碟的存儲容量，而且能像軟磁碟那樣隨意在驅動器中裝卸。隨著光碟技術的發展，其價格還在大幅度下降。

　　按照光碟性能的不同，光碟存儲器主要分為以下幾類。

　　(1)只讀型光碟CDROM

　　只讀型光碟的主要技術來源於激光唱盤，可以存儲650MB信息。CD-ROM碟片上的信息是由生產廠家預先寫入的，用戶只能讀取碟片上的信息，而不能往碟片上寫入信息。它主要用於存放固定不變的數據、電腦軟體或多媒體演示節目，如電腦輔助教學課件等。CDROM光碟可以大量複製，而且成本非常低廉。

　　(2)一次寫入型光碟WORM

　　一次寫入型光碟類似於半導體PROM的讀寫功能，用戶可以一次性寫入信息。寫入的信息將永久保存在光碟上，以後可以任意多次讀出，但寫入後不能再修改，所以記錄信息時一定要慎重。WORM光碟在使用前首先要進行格式化，形成格式化信息區和邏輯目錄區，並引入了DOS文件分配表的概念。在光碟的根目錄下麵是用戶定義的邏輯目錄，邏輯目錄對應文件管理區，在邏輯目錄建立的同時，用戶可以對其中重要文件進行加密，特別適用於數字圖像等文檔信息的存儲和檢索。

　　(3)可擦除重寫光碟(Rewrite、Erasable或E-R/W)

　　可擦除重寫光碟像磁碟一樣可以任意讀寫數據，不僅可以讀出信息，而且可以擦除原存信息後進行重寫。根據可擦除重寫光碟記錄介質的讀、寫、擦原理來分類，主要有相變型光碟PCD(Phase-Changed Disk)和磁光型光碟MOD(Magnetic Optical Disk)兩種類型。

　　(4)照片光碟Photo CD

　　照片光碟或圖片光碟在平面設計、印刷和多媒體製作等領域有廣泛的應用，照片光碟不僅可以在光碟機上使用，也可以在家用VCD(Video Compact Disk)機上使用。Photo CD又分為印刷照片光碟(Print CD)和顯示照片光碟(Portfolio CD)。印刷照片光碟專用於平面設計和印刷行業，顯示照片光碟主要用於多媒體製作。照片光碟除存放數字照片以外，也可以存放文本、圖像或音頻信息，因而在視聽娛樂領域中也得到廣泛應用。照片光碟Photo CD中的每幅圖像都可以採用五種不同圖像解析度表示，標準圖像解析度為768×512,最人圖像解析度可以達到3072×2048，其最大容量大約在650MB左右。Photo CD的仔儲恪式可以足TIFF、EPS或PCD格式。TIFF與EPS主要供印刷排版使用；PCD格式則多用於圖像處理，如Photoshop可直接讀取PCD格式，而不必進行格式轉換。

　　光碟存儲器的技術指標主要包括存儲容量、平均存取時間、數據傳輸速率、誤碼率和平均無故障時間等。

　　(1)存儲容量

　　光碟存儲器的存儲容量有格式化容量與用戶容量之分，格式化容量是指按一定的光碟標準格式化以後的容量，對於不同的光碟標準，每扇區存放的位元組數不同，採用不同的驅動程式也會使格式化容量不同；用戶容量是指碟片格式化以後容許用戶對碟片讀寫的容量，因為校驗、控制、檢索等信息需要占用存儲空間，因而用戶容量小於格式化容量。

　　(2)平均存取時間

　　光碟存儲器的平均存取時間是指電腦向光碟驅動器發出命令，到光碟驅動器在光碟上找到讀寫信息的位置所花費的時問。將光頭沿徑向移動全程1/長度所需要的時問稱為平均尋道時間，碟片旋轉一周所需時間的一半稱為平均等待時間，平均尋道時間、平均等待時間再加上讀寫光頭的穩定時間就是光碟的平均存取時間。

　　(3)數據傳輸速率

　　數據傳輸速率通常是指光頭定位以後，單位時間內從光碟的光道上讀出的數據位數，與光碟的轉速、位密度和道密度密切相關。

　　(4)誤碼率和平均無故障時間

　　由於光碟製作材料及技術水平的限制，從光碟上讀出的數據不可能保證絕對正確。根據測定，一張從未使用過的CD—ROM光碟的原始誤碼率為3×10 ^{− 4}，有指紋污跡的光碟的原始誤碼率為6×10 ^{− 4}，而被輕微劃傷的光碟的原始率為5×10 ^{− 3}。通過在光道中插入錯誤檢測碼EDC、錯誤校正碼ECC和交叉里德·所羅門碼CIRC可將誤碼率降低到10 ^{− 16}～10 ^{− 12}。此外，CD—ROM光碟的平均無故障時間MTBF(mean time between failures)一般都可以達到25000小時以上。

　　為了使不同廠家生產的光碟能夠在遵循對應規範的光碟驅動器中通用，國際標準化組織ISO對光碟的物理尺寸、轉速、存儲容量、數據傳輸速率、誤碼率、編碼方法和數據格式等多項技術參數作了詳細的規定。這些技術規範為軟體、硬體設計人員提供了詳細的技術說明，也是軟體、硬體開發人員進行技術開發的依據。由於國際標準化組織在制定和採納光碟標準規範文件時，使用了不同顏色的封面，人們也就習慣以標準規範文件的封面顏色來區分不同的光碟標準。例如：

　　1)紅皮書規範。這是CD標準的第一個文件，即CD—DA(CD—Digital Audio)激光數字音頻光碟規範，發表於1981年。

　　2)黃皮書規範。這是1985年提出的CD—ROM基本標準，1988年正式被國際標準化組織制定為ISO 9660規範。

　　3)綠皮書規範。這是1987年為互動式光碟CD—I(CD.Interactive)制定的技術標準。

　　4)藍皮書與橙皮書規範。藍皮書規範是1985年為CD—woRM光碟制定的標準。由於藍皮書規範與光碟的基本標準紅皮書規範在邏輯格式上完全不兼容，因而沒有得到推廣應用。藍皮書規範目前已被橙皮書規範完全取代，橙皮書規範成為CD．WORM光碟的正式標準。

　　5)CD—ROM XA(Extellded ArchitectIlre)規範。1988年由Phmps、Sony和Microsoft公司共同制定的一種CD—ROM擴展結構。隨後於1992年又制定了CD.ROM XAⅡ規範，對應於ISO 9660 II規範。

　　6)白皮書規範。由綠皮書規範演化而來，是1992年針對VCD(Video Compact Disk)光碟制定的標準，採用MPEG壓縮演算法壓縮音頻與動態圖像。