Роспись лазером

Несмотря на популяризацию флэш-накопителей и облачных хранилищ, лазерные диски все еще востребованы, а устройства для их чтения и записи до сих пор остаются важной частью ПК. Мы расскажем, как устроены, какими бывают и на что способны современные оптические накопители.

Текст: Юрий Пятковский

Лет десять тому назад пишущий DVD-накопитель устанавливался лишь в компьютеры премиум-класса и считался чуть ли не предметом роскоши. Стоил он немало, но быстро окупался благодаря возможности записывать данные на болванки формата DVD, которые почти в семь раз превосходят CD по объему. Сейчас же оптический привод с поддержкой не только обычных, но и двухслойных дисков DVD встречается повсеместно, за исключением самых компактных компьютеров (неттопов и нет­буков), в которых он просто не умещается. Не стоит забывать и о формате Blu-ray, который, благо­даря невиданной доселе емкости, шаг за шагом вытесняет DVD с рынка цифровых носителей информации. Число устройств (компьютеры, игровые консоли и бытовые медиапроигрыватели), поддерживающих формат BD, тоже с каждым годом увеличивается.

А что внутри

Современные оптические накопители, независимо от того, диски каких форматов они поддерживают, в обязательном порядке включают в себя ряд конструкционных элементов: шпиндельный электродвигатель, плату с электронными компонентами, оптическую считывающую головку и лоток для загрузки диска. Последний элемент, к слову, у некоторых моделей может отсутствовать – в этом случае диск вставляется в загрузочную щель. Накопители такого форм-фактора можно встретить, например, в игровой консоли Nintendo Wii и ноутбуках MacBook Pro.

Шпиндельный электродвигатель. Электродвигатель, вращающий диск, постоянно меняет скорость вращения, чтобы информация на диске, в зависимости от радиуса дорожки, считывалась или записывалась одинаковой с линейной скоростью. Учитывая, что при переходе с дорожки на окраине диска на дорожку в его центральной части скорость вращения увеличивается примерно вдвое, в оптических приводах используются электродвигатели, сделанные из устойчивых к нагрузкам материалов. На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка из мягкого пластика или резины, которая прижимает диск во избежание проскальзывания при вращении. С противоположной стороны диск прижимается шайбой или пружинами. Электронная плата. На электронной плате оптического накопителя размещены управляющая микросхема, модуль питания и интерфейс передачи данных. Современные приводы подключаются к материнской плате по­средством интерфейса SATA, тем не менее в продаже все еще можно найти модели с устаревшим, но до сих пор использующимся разъемом IDE. Оптическая головка. Система считывания данных состоит из оптической головки и механизма ее перемещения. Оптическая головка, в свою очередь, включает целый ряд конструктивных элементов: лазерный излучатель, систему фокусировки, фотоприемник и усилитель сигнала. Си­стема фокусировки представляет собой не что иное, как линзу, приводимую в движение электромагнитной катушкой. Мгновенная перефокусировка позволяет нивелировать вертикальные биения диска, которые неизбежны при его вращении на высокой скорости. Механизм перемещения оптической головки имеет собственный электродвигатель и систему зубчатых передач. Система загрузки. Последний обязательный элемент оптиче­ского накопителя – система загрузки диска – содержит еще один электродвигатель, который служит для движения лотка либо для захвата диска в случае щелевой конструкции. В оптических приводах, которые используются исключительно в горизонтальном положении, диск свободно лежит на лотке, в то время как для вертикальной загрузки и работы в «полевых условиях» в обязательном порядке предусмотрены фик­саторы диска. На передней панели накопителя размещен ряд управляющих элементов: кнопка выгрузки диска, световой индикатор активности и глубоко спрятанная в крохотное отверстие кнопка для аварийной выгрузки диска при выключенном питании.

Ключевые отличия

В основу DVD-привода положена оптическая головка с красным лазером с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки DVD составляет 0,74 мкм, что вдвое меньше, чем у CD, что и позволяет уместить на таком же по площади диске почти в семь раз больше информации. Но при этом DVD-приводы не утратили возможность считывать и записывать CD. Сам же носитель представляет собой пластиковую подложку тол­щиной 1,2 мм и диаметром 12 см, покрытую тончайшим слоем металла. Подложка позволяет защитить данные на диске от физического воздействия: от царапин и отпечатков пальцев. Бытует мнение, что оптические носители бOльшего объема чувствительнее к царапинам из-за высокой плотности дорожек. На самом же деле диски обоих типов – CD и DVD – одинаково реагируют на возникновение царапин на их поверхности.

Его лицевая сторона покрыта слоем краски или лака с нанесенным изображением содержимого диска либо технических характеристик (объем и скорость записи). Исключение составляют лишь двухсторонние DVD, которые, в отличие от двухслойных, представляют собой не носитель удвоенного объема (8,5 Гб), а лишь два обычных диска (4,7 Гб) на одной пластине. Существуют и настоящие «монстры» – двухсторонние двухслойные диски, но в розничной продаже они встречаются нечасто. Зато пользуются спросом оптические носители меньшего диаметра – 8 см, которые применяются в цифровых видеокамерах.

 Однослойные Mini-DVD имеют объем 1,4 Гб, тогда как двухслойные рассчитаны на 2,6 Гб. В лишенных фиксатора лотках оптических приводов предусмотрено углубление меньшего диаметра специально для мини-дисков. Технология Blu-ray подразумевает использование для чтения и записи дисков сине-фиолетового лазера с длиной волны 405 нм, то есть более короткой, чем у DVD. Такое решение позволило уменьшить шаг дорожки до 0,32 нм, что привело к существенному увеличению плотности записи. Чтобы повысить скорость считывания данных с BD до 432 Мбит/с (класс привода – 12х), инженерам пришлось пойти на уступки – уменьшить толщину защитного слоя.

К счастью, прочное полимерное покрытие дисков Blu-ray позволяет не беспокоиться о надежно­сти хранения данных на них. Для сравнения: скорость чтения данных с DVD не превышает 168 Мбит/с (для привода класса 16х). Объем однослойного BD диаметром 12 см составляет 25 Гб, что сопоставимо с пятью DVD такого же размера. Этот подвид дисков Blu-ray является самым распространенным. Кроме него существуют двухслойные накопители на 50 Гб, трехслойные на 100 Гб и даже четырехслойные на 128 Гб. В данный момент идут работы над созданием еще более емких модификаций Blu-ray – двадцатислойных дисков на 500 Гб. Но когда они поступят в розничную продажу и найдут массовое применение – сказать трудно.

Разнообразие форм-факторов

Современные оптические накопители по способу подключения к компьютеру можно условно разделить на две большие группы: внутренние и внешние. Внутренние оптические приводы представлены десктопными и мобильными моделями. Первые являются более крупными и рассчитаны на установку в 5,25-дюймовом отсеке корпуса настольных компьютеров, а вторые, благодаря небольшим размерам, применяются в ноутбуках и неттопах.
Именно мобильные модели положены в основу внешних оптических накопителей, которые подключаются к компьютеру посредствам интерфейса USB. Для преобразования данных между интерфейсами USB и SATA используется специальный контроллер. При желании подобный адаптер можно купить отдельно и с его помощью подключать к порту USB еще и внутренние оптические накопители.

Технология передачи данных USB 3.0 с более высокой пропускной способностью, чем у предыдущего поколения, позволила создавать не только внешние DVD-приводы, но и Blu-ray. Это стало очередным серьезным толчком к популяризации нового формата цифровых носителей информации, ведь далеко не все владельцы компьютеров готовы «копаться под капотом своей машины», чтобы заменить привод DVD на Blu-ray. К слову, официальные спецификации оптиче­ских накопителей Blu-ray не подразумевают поддержку формата DVD в обязательном порядке, хотя большинство производителей все же реализовывают его в своих устройствах. Поэтому будьте внимательны при выборе модели накопителя Blu-ray, которые покупаются на замену DVD, а не в качестве второго привода.

Что на диске

Четверть сотни гигабайт места на BD окончательно развязали руки создателям цифрового контента – теперь-то на носитель можно уместить все, что только душа пожелает. Можно выделить два основных направления использования формата Blu-ray: кинематограф и компьютерные игры. Если даже фильмы с разрешением 1080р зачастую не помещаются на обычные DVD (выручают лишь двухслойные диски), то что уж говорить о последнем писке моды – видео с разрешением 3840х2160 пикселов, что вчетверо больше Full HD. Не стоит забывать и о новейших телевизорах с соотношением сторон 21:9, как в кинотеатрах, и с разрешением экрана 2560×1080 пикселов. В данном случае без носителей Blu-ray также не обойтись.

Но это мелочи в сравнении с объемом, который занимает на диске стереоскопическое видео, ведь фактически оно состоит из удвоенного числа кадров, что необходимо для создания эффекта объемной картинки. К тому же 2012 год должен стать переломным в киноиндустрии, ведь в декабре в прокат выйдет лента «Хоббит: Неожиданное путеше­ствие», которая снимается с частотой 48 кадр./с вместо обычных 25 кадр./с. Возросшая частота обновления кадров, по замыслу режиссера, должна вплотную приблизить картинку на экране к реальности. Фильм «Хоббит: Неожиданное путешествие» снимается еще и в 3D, поэтому трудно заранее предугадать, уместится ли он на распространенный 25 Гб диск Blu-ray или же потребует использования более вместительного носителя BDXL.

Не обошли стороной формат Blu-ray и разработчики игр, а все потому, что на емкий носитель может уместиться не только сама игра, но и дополнительный цифровой контент. Именно так и по­ступают разработчики игр для консоли Sony PlayStation 3, которая оснащена оптическим приводом Blu-ray, в то время как для приставки Microsoft Xbox 360 контент приходится разделять на два, а то и три диска DVD, что не очень удобно. Ожидается, что новая консоль Nintendo Wii U также получит встроенный накопитель Blu-ray, что должно поспособ­ствовать дальнейшей популяризации данного формата.

Как это работает

Основой любого оптического диска, будь то DVD или Blu-ray, является прозрачная пластиковая подложка, на которую нанесен металлический отражающий слой. Во время считывания информации с диска лазерный луч свободно проходит сквозь прозрачную подложку и отражается от металла. Между подложкой и отражающим слоем расположен рабочий слой, содержащий дорожку, состоящую из чередующихся участков с высокой и низкой отражательной способностью, – каждый переход между такими участками воспринимается оптическим накопителем как логическая единица. В отличие от магнитных накопителей оптические диски содержат не кольцевые дорожки, а единственную спиральную, идущую от центра к периферии диска. Это связано с тем, что изначально оптиче­ские диски предназначались для хранения музыки, которая обычно проигрывается последовательно – от начала до конца.

Записываемые (CD-R, DVD-R, BD-R) и перезаписываемые (CD-RW, DVD-RW, BD-RE) отличаются по составу рабочего слоя. В CD-R и DVD-R он состоит из органического красителя, темнеющего при нагреве лазером, а в перезаписываемых дисках, где требуется не только прожигать данные, но и стирать, применяется специальный сплав, изменяющий при нагреве кри­сталлическую структуру и способный, в отличие от краски, не только темнеть, но и светлеть. Двухслойные диски (DL DVD или же DVD9) устроены сложнее. Они имеют два комплекта слоев, в них есть еще один рабочий слой и еще один отражающий, причем дополнительные слои полупрозрачные. Лазер привода, поддерживающего двухслойные диски, способен фокусироваться как на внешнем полупрозрачном слое, так и на непрозрачном внутреннем, прямо сквозь внешний слой. Благодаря этому на один диск можно записать вдвое больше информации.

По стопам грампластинок

Несмотря на то что музыка, фильмы и игры на оптических носителях до сих пор неплохо продаются, а чистые диски (болванки) сметают с витрин магазинов целыми пачками, уже сейчас понятно, что рано или поздно придет их время уходить на покой. С каждым годом растет число компьютеров, лишенных оптического привода, – нетбуки, планшеты, а теперь еще и многие ультрабуки не имеют ни DVD, ни Blu-ray, а покупать внешний накопитель хотят далеко не все. Да и нужно ли, если даже операционную систему Windows, Mac OS X или Linux сейчас можно установить с USB-флэшки, а Android и iOS и вовсе вшита в компьютер?

Музыку и фильмы можно приобрести, например, в онлайновых магазинах iTunes и Google Play, а игры – в сервисах цифровой дис­трибуции Steam и Origin. Получается, что сейчас не только можно обходиться без оптического накопителя в компьютере, но это даже удобнее – цифровой контент стоит дешевле, да и идти за ним в магазин или ждать визита курьера не придется. Но не стоит раньше времени хоронить оптические приводы, ведь DVD и Blu-ray-диски постепенно превращаются в предметы коллекционирования, как это в свое время случилось с виниловыми пластинками. А истинные коллекционеры не привыкли, чтобы их любимые экземпляры пылились на полке: если на диске записана музыка, так пусть звучит в медиапроигрывателе, если видео – то пусть воспроизводится на экране телевизора.

Новая жизнь старого «железа»

Если вы идете в ногу со временем и уже решились заменить DVD-привод в своем ноутбуке на более современный Blu-ray, не спешите выбрасывать его на помойку или продавать скупщикам подержанного компьютерного «железа» на ра­диорынке. Из мобильного оптического накопителя можно с минимальными финансовыми затратами смастерить внешний USB-привод, который сможет не раз выручить в сложных ситуациях, например при установке операционной системы на нетбук. Для этого необходимо приобрести лишь специальный бокс, который содержит преобразователь интерфейса SATA в USB. Обойдется такая вещица при покупке на интернет-аукционе eBay в сущие копейки – всего $6. Все необходимые элементы поста­в­ляются в комплекте: два кабеля USB (по одному для обмена данными с компьютером и для питания), заглушка на перед­нюю панель и несколько винтов для крепления привода внутри бокса. Полученное устройство внешне практически не будет отличаться от заводских моделей.