光盘数据存储

1.光盘存储器的发展过程2.光盘存储器的基本原理3.光盘存储器的发展趋势CD-ROMDVD光驱Blu-rayDisc蓝光光盘LD激光视盘光盘存储器1.光盘存储器的发展过程（1）LD激光视盘1970年代初，飞利浦研究利用激光来记录和重放信息；1972年9月向全世界展示了长时间播放电视节目的光盘系统；1978年正式投放市场，并命名为LD-激光视盘。利用激光来记录信息的革命，从此便拉开了序幕。LD-激光视盘，是LaservisionDisc的缩写。LD的直径一般为20cm或30cm，两面都可以记录信息。其图像清晰、音质优良。

LD记录的信号是模拟信号，图像信号和声音信号都要经过频率调制、线性叠加，然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。LDCD1.光盘存储器的发展过程自激光唱盘上市以后，紧接着又开发了一系列CD产品，包括:CD-DA(CompactDisc-DigitalAudio)CD-G(Graphics)CD-V(Video)CD-ROMCD-I(Interactive)CD-IFMV(FullMotionVideo)KaraokeCDVideoCD1.光盘存储器的发展过程（2）CD-DA

激光唱盘LD虽然赢得了成功，但没有制定统一的标准，开发和制作成本很高。1982年，由飞利浦和索尼制定了CD-DA激光唱盘的红皮书（RedBook）标准。由此，一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA与LD不同，CD-DA首先把模拟的音响信号进行PCM（脉冲编码调制）数字化处理，再经过EFM（8-14位调制）编码之后记录到盘上。飞利浦最早研发的CDM0驱动器整机外观激光头1.光盘存储器的发展过程（3）CD-ROMCD-ROM的诞生使光盘作为存储数据的设备计算机中应用。从CD-DA过渡到CD-ROM需要解决两个重要问题：

（1）存取地址问题：计算机如何寻找盘上的数据。（2）误码率：要求错误率(10-12)，远小于声音数据的错误率(10-9)。此外，还需要解决标准化问题。1984年发布了CD-ROM物理格式标准，称为黄皮书(YellowBook)标准。50倍速CD-ROM驱动器1.光盘存储器的发展过程ISO9660标准的诞生解决了光盘文件的标准化问题。黄皮书标准只解决了硬件生产厂家的制造标准问题，即存放计算机数据的物理格式，而没有涉及逻辑格式，也就是计算机文件如何存放在CD-ROM上，文件如何在不同的系统之间进行交换等问题。在多方努力下又制定了一个文件交换标准，后来国际标准化组织(ISO)把它命名为ISO9660标准。1.光盘存储器的发展过程CD盘的光道结构与磁盘磁道的结构不同，CD为螺旋形，磁盘为同心圆。

CD盘磁盘记录道螺旋形同心环光/磁道数目只有一条，长约5km很多盘片转动速度CLV(恒定线速度)CAV(恒定角速度)记录密度里外记录区的密度相同里外记录区的密度不同光/磁道形状

CD盘的光道结构与磁盘磁道的结构比较1.光盘存储器的发展过程（4）DVD-ROM在1990年代早期，有两种高容量光盘标准正在研究：一个是多媒体光盘（MMCD），另一个是超高密度光盘（SuperHighDensityDisc）。经过多方努力，两大阵营将标准合并成为DVD，并于1995年推出。DVD于一开始已被设计为多用途的光盘。原始的DVD规范里共有五种规格：DVD-Video：用作储存图像DVD-Audio：用作储存音乐DVD-ROM：用作储存计算机数据DVD-R：只可写入一次的刻录光盘DVD-RAM：可重复写入的刻录光盘但到目前为止，可写入DVD的标准仍未统一。DVD标准的大家庭DVD光驱1.光盘存储器的发展过程（5）Blu-rayDisc蓝光光碟是DVD之后的下一代光盘格式之一，用以存储高品质的影音以及高容量的数据存储。蓝光光盘的出现，是光盘存储的容量提高到了一个新的水平。单盘单层已经达到25GB，双层50GB。100GB或更大容量的光盘也将陆续出现。2.光盘存储器的工作原理光盘的工作原理因记录材料的不同而有所区别：磁光盘(magnetoopticaldisc，MOD)：利用磁的记忆特性存储数据，借助激光来写入和读出数据。写入数据时，激光束照射到MOD盘片的垂直磁化记录层上，在800纳秒内使照射部分温度升到150℃，同时磁头使加热部分磁场发生变化，从而实现数据的写入(热磁写入)。读出数据时，激光头发出弱激光束，得到的反射光经分光棱镜后被光探测器接收，根据反射光极化方向的不同，来判断数据为0还是1。数据擦除时，激光头发出高能量的激光束，照射垂直磁性膜使之迅速加热，同时磁头将该磁性膜的磁场恢复到初始的状态。MOD写入数据MOD读出数据2.光盘存储器的工作原理相变光盘(phasechangedisc，PCD)：特殊材料在加热前后形成晶态和非晶态，对激光的反射率不同，可记忆“1”和“0”。晶态非晶态2.光盘存储器的工作原理只读CD光盘：在盘上压制凹坑的机械办法记录数据。凹坑的边缘记录的是“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分记录的是“0”。使用激光束照射，根据反射率的不同而读出数据。只读CD光盘读出示意图2.光盘存储器的工作原理对于可写入一次的光盘：利用激光能聚焦成能量高度集中的极小光点的特性，例如，在1μm直径的记录点上能集中达到数兆瓦/平方厘米的能量峰值强度，将这种高能量的光点照射到记录介质上，使介质的微小区域发生物理、化学变化以产生一个标记，通常为一个凹坑。读出时，当聚焦成微米大小的激光光束照射到存储介质上时，根据有无物化标志，其光束的反射率会产生变化，由光检测元件将反射光的强度转变为电信号，从而判断介质上有无存储标志。可写入一次的光盘读写过程2.光盘存储器的工作原理DVD的读写过程与CD类似。DVD存储容量的提高，在于若干新技术的采用，如表所示。从表中可以看出，使用波长较短的激光是提高容量的关键。名称DVDCD容量增益盘片直径120mm120mm

盘片厚度0.6mm/面1.2mm/面

减小激光波长635/650nm780nm4.486=(1.6*0.83)/(0.74*0.40)加大N.A.(数值孔径)0.60.45减小光道间距0.74μm1.6μm减小最小凹凸坑长度0.4μm0.83μm减小纠错码的长度RSPCCIRC

修改信号调制方式8-168-14加31.0625=17/16加大盘片表面的利用率86.6861.019=86.6/86减小每个扇区字节数2048/2060字节/扇区2048/2352字节/扇区1.142=2352/2060DVD所采用的技术2.光盘存储器的工作原理CD采用波长为780nm的红外光。DVD采用波长为635/650nm的激光源,光道间距和凹凸坑的长度和宽度做得更小。CD的道间距为1.6微米，最小凹坑长度0.83微米，存储密度0.41Gb/平方英寸。DVD的道间距为0.74微米，最小凹坑长度0.4微米，存储密度2.77Gb/平方英寸。DVD盘和CD盘之间凹坑尺寸的的差别2.光盘存储器的工作原理比DVD容量更高的是BD(Blu-rayDisc)和HDDVD(HighDefinitionDVD)。BD的读写过程与CD、DVD类似。蓝光光盘BD已成为新一代光存储的主流技术。

CD，DVD，HDDVD和BD盘的主要异同点比较如图所示。CD，DVD，HDDVD和BD盘的主要异同点单面单层：

700MB4.7GB15GB25GB单面双层：8.5GB30GB

50GB3.光盘存储器的发展趋势技术方面：材料科学、物理学、化学等领域的研究进展将不断推动光存储技术的发展。蓝光光盘的单盘容量仍将增加；光-磁混合存储技术将有极大发展；相变光盘存储技术研究有望取得新的进展；新概念光盘存储技术，如量子光盘存储技术正在出现在研究对象的行列中。3.光盘存储器的发展趋势应用方面：通过光盘库可对大量光盘数据资源进行高效率、高可靠性的管理和操作。通过高智能的光电一体化设备和现代化的管理软件