光盘的读写工作原理
什么是光盘?
光盘即高密度光盘(Compact Disc)是近代发展起来不同于完全磁性载体的光学存储介质(例如:磁光盘也是光盘) 光盘,用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息,又称激光光盘。由于软盘的容量太小,光盘凭借大容量得以广泛使用。我们听的CD是一种光盘,看的VCD、DVD也是一种光盘。现在一般的硬盘容量在3GB到3TB之间,软盘已经基本被淘汰,CD光盘的最大容量大约是700MB,DVD盘片单面4.7GB,最多能刻录约4.59G的数据(因为DVD的1GB=1000MB,而硬盘的1GB=1024MB)(双面8.5GB,最多约能刻8.3GB的数据),蓝光(BD)的则比较大,其中HD DVD单面单层15GB、双层30GB;BD单面单层25GB、双面50GB、三层75GB、四层100GB。
光盘的存储原理比较特殊,里面存储的信息不能被轻易地改变。也就是说我们常见的光盘生产出来的时候是什么样,就一直是那样了。那我们有没有办法把自己写的文章存在光盘上呢?当然有!只要你有一个CD刻录机和空的CD-R光盘,就能将自己的“文章”写在光盘上。其它像DVD等介质的刻录也是一样的,要注意的是,绝大部分DVD刻录机都能刻录CD,即所谓的“向下兼容”。 说到这里,我们来想一下,光盘是属于内存储器还是外存储器呢?要记住,我们所说的内部存储器就是内存,而外部存储器都是可以电脑中拆卸下来的。常见的外部存储器有硬盘、光盘、U盘、SD(Security Data,数据安全)卡、TF(T-Flash)卡等。
光盘的分类
光盘可以分为两类:1只读型光盘,其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等;
2可记录型光盘,它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各种类型。
光盘的结构﹑组成及原理
光盘是利用激光束在记录表面存储信息,根据激光束和反射光的强弱不同,可以实现信息的读写。对于只读型或只写一次的光盘而言,写入时将能量高度集中,在记录介质上发生物理或化学变化,从而存储信息,主要是形成小凹坑,有坑的地方记录“1”,反之是“0”。可擦写光盘是利用激光在磁性薄膜上产生热磁效应。
根据光盘结构,光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型,这几种类型的光盘,在结构上有所区别,但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别,它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同,DVD方面也是同样的道理。现在,我们就以CD光盘为例进行讲解。
我们常见的CD光盘非常薄,它只有1.2mm厚,但却包括了很多内容。从图中可以看出,CD光盘主要分为五层,其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。现在,我们分别进行说明。
1.基板
它是各功能性结构(如沟槽等)的载体,其使用的材料是聚碳酸酯(PC),冲击韧性极好、
使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候性、无毒性。一般来说,基板是无透明的聚碳酸酯板,在整个光盘中,它不仅是沟槽等的载体,更是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm,中间有孔,呈圆形,它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放,主要取决于基板的硬度。
在读者的眼里,基板可能就是放在最底部的部分。不过,对于光盘而言,却并不相同。如果你把光盘比较光滑的一面(激光头面向的一面)面向你自己,那最表面的一面就是基板。需要说明的是,在基板方面,CD、CD-R、CD-RW之间是没有区别的。
2.记录层(染料层)
这是烧录时刻录信号的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料,以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同,经由激光读取不同长度的信号时,通过反射率的变化形成0与1信号,借以读取信息。目前市场上存在三大类有机染料:花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO)。
目前,一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料,当此光盘在进行烧录时,激光就会对在基板上涂的有机染料,进行烧录,直接烧录成一个接一个的"坑",这样有"坑"和没有"坑"的状态就形成了‘0'和‘1'的信号,这一个接一个的"坑"是不能恢复的,也就是当烧成"坑"之后,将永久性地保持现状,这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的"0"、"1"信息,就组成了二进制代码,从而表示特定的数据。 在这里,需要特别说明的是,对于可重复擦写的CD-RW而言,所涂抹的就不是有机染料,而是某种碳性物质,当激光在烧录时,就不是烧成一个接一个的"坑",而是改变碳性物质的极性,通过改变碳性物质的极性,来形成特定的"0"、"1"代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的,这也就表示此光盘可以重复擦写。
3.反射层
这是光盘的第三层,它是反射光驱激光光束的区域,借反射的激光光束读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。 这个比较容易理解,它就如同我们经常用到的镜子一样,此层就代表镜子的银反射层,光线到达此层,就会反射回去。一般来说,我们的光盘可以当作镜子用,就是因为有这一层的缘故。
4.保护层
它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部分。
5.印刷层
印刷盘片的客户标识、容量等相关资讯的地方,这就是光盘的背面。其实,光盘印刷
它不仅可以标明信息,还可以起到一定的保护光盘的作用。
光盘读取技术
1)CLV技术:(Constant-Linear-Velocity)恒定线速度读取方式。在低于12倍速的光驱中使用的技术。它是为了保持数据传输率不变,而随时改变旋转光盘的速度。读取内沿数据的旋转速度比外部要快许多。
2) CAV技术:(Constant-Angular-Velocity)恒定角速度读取方式。它是用同样的速度来读取光盘上的数据。但光盘上的内沿数据比外沿数据传输速度要低,越往外越能体现光驱的速
度,倍速指的是最高数据传输率。
电脑光驱不读盘
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