光盘存储技术现状及发展

[摘 要] 随着信息社会的发展, 社会的信息量不断膨胀,海量数据的出现,不仅对存储媒介的储存容量提出了挑战, 而且对其读写速率也提出了更高的要求。

[关键词] 光盘存储技术 现状 发展

0、引言

随着知识经济的加速,互联网以及信息网络技术在更广的范围内得到应用,光存储技术以其廉价、灵活、通用、高容量、高可靠性等特点,最近几年获得迅猛发展。不管是传统的CD、流行的DVD,还是新一代的蓝光光盘,它们集中了许多尖端技术领域所取得的成就,是高新技术的产物。

1、光盘存储技术简介

光盘存储技术是通过光学的方法读出、写入数据的一门存储技术, 使用的光源是激光光源。按读写类型来分,目前光盘一般可分为只读型、一次写入型和可抹型三种。只读型光盘由生产厂家预先用激光写入视频、音频、数字信息而成。用户只能读取光盘上的信息,不能再修改。如激光视盘、数码唱盘、计算机用的CD-ROM均属此类。一次写入型光盘由用户一次写入、可多次读出但不能擦除。要修改的数据只能追记在光盘的空白处,适用于不需修改的大型数据库系统。可抹型光盘是读/写型光盘,第一代是改写型、第二代是重写型。是光存储技术的最新成果,主要有磁光型和相变型两种。其中磁光型记录技术集当今外存两大记录技术为一体,既有光记录信息的高密度,又有磁记录介质的可擦除重写特点,在可抹型光盘中占据重要地位。读/写型光盘将成为光盘存储系统的主流。

只读光盘/CD-ROM作为信息的存储载体,要方便地携带与流通,其最大的特点是海量存储,另一特点是可同时有效地存储文字、声音、图象、动画等多种信息,还有造价低廉,便于保存的特点。CDROM光盘机主要有两个关键技术:一是CDROM光盘的信号处理,另一个是它的信号读出。信号处理技术包括对录入CD-ROM光盘的数字信号进行编码调制和从CD-ROM光盘读出的数字信号进行解调译码处理两部分。只读光盘信号读出与CD唱片放音原理相同。

2、光盘的信息存储原理与发展历程

2.1基本原理

光盘是近年来出现的一种密度最高的信息存储设备,其基本原理是利用聚焦激光束在存储介质上进行光学读写。光盘片实际上是一张由复合材料制成的圆型薄片,市场上供应的CD唱片与VCD、DVD影碟片也属于光盘片的范畴,碟片所刻录的信号,是将调频后的视频信号与音频信号混合后,进行限幅整形而成的二进制信息,即“0”、“l”信号,用这个信号的激光束去刻蚀主盘,生成凹坑与非凹坑两种状态的孔穴,当碟片播放时,激光器可根据凹坑与非凹坑的不同反射信号读出二进制数据,然后再还原成视频信号与音频信号。

2.2CD-ROM光盘

市场常用的为120mmCD盘,其容量为650M字节,足可存储1套《中国大百科全书》。

目前市场售价为五元至几十元不等,视盘中文件内容的价值及产销量而定。由于现在的微机应用向多媒体方向发展,光盘的大容量、易检索的优越性就显得尤为明显。多媒体融声图文于一体,它的信息量较一般的软件为大。尤其是图像,在1帧320又240的中分辨率画面中,设每个象素8位,若采用YUV编码(4:1:1),其1幅画的信息大约是115KB,采用运动图像压缩编码标准MPEG,按压缩比26:1计,每小时的数据量约为479M,这样大的数据量对磁存储来说,由1.4M的软盘装约需340张,几乎无法进入实用。如用硬盘,虽然容量可以满足,但又不便于销售、携带与安装。这样看来,多媒体技术的发展,几乎是以CD-ROM的开发生产为其物质前提。另外还有许多大的资料文献、系统软件也都以光盘存储为宜。

2.3WORM光盘

与CD-ROM只能由厂家在生产中将数据写入光盘不同,W0RM盘可由用户在相应驱动器中将所需存储的信息联机一次性写入。在写入的过程中,写信号(激光)已使光盘结构特性作了永久性的改变,因此,数据可以长期保存,反复读出。这种特性最适合存储具有永久保留价值且不需更改的数据,如科研中的地质、地理、天文、海洋、环境等资料性数据及政府管理部门的档案性数据,这些只对特殊部门有用的数据不值得用CD-ROM方式批量生产。WORM可以和其他一些外存联合使用,以发挥各自的特长。如与温盘联合,可在容量和速度上相互弥补。也可和可重擦光盘联合使用,分别存储1个应用系统的临时和永久性数据。

2.4ERASABLE光盘

ERASABLE光盘像普通的磁性软件一样可以随机存取方式反复擦写, 重写次数可达数万至数百万次。又由于它保有光盘固有的大容量的优点, 从而使得普通用户在制作多媒体软件方面几乎彻底解决了信息存储上的后顾之优。随着网络技术的日益普及,尤其Internet的扩展,ERASABLE盘还可在接收由网络传过来的大量的声图文信息及其它数据软件方面大显身手。尤其是一旦ERASABLE盘的商品化产品价位低到了普通用户可以接受的程度(光盘的总趋势是单位存储价格较磁盘低),则会使计算机的信息存储技术进入一个更广阔的领域。

3、光盘存储技术发展趋势

目前,CD-ROM占据大部分市场,它可以用作存储声、像、文本等信息。例如,百科全书手册、年度报告等大型的数据库。一次性写入(WORM)存储技术用于需要经常跟踪检查的数据,如文件存档,图文处理等。可擦重写盘是新一代的存储技术,也是未来的发展趋势。它主要在以下两种不同的技术上获得突破和应用。

3.1磁光型可擦除技术

磁光型可擦重写盘的读、写和擦的过程为:在信息写入前,磁光介质吸收激光能量后,当温度升至一定温度时,净磁化强度为零(退磁),此时通过光头中绕有线圈的磁场的反向磁化,在写入激光束很快离开聚焦点后产生磁化方向与周围相反的记录微区磁畴,这就是写入过程。一般磁光存储操作需要两次:一次擦除、一次写入。磁光盘具有存储容量大、密度高、可靠性好等特点。目前,一张á130mm的磁光盘容量达1GB,由于它可随意卸换,因此容量可进一步发挥。现主要的磁光材料有:非晶TbFeCo合金镀膜、BiMnAl氧化物晶体、Pt/Co多层膜;

3.2相变性可擦除技术

相变为纯光学技术,不需要像磁光那样的额外磁场。利用晶态和非晶态时材料表面的不同反射率来写入信息。例如,“0”和“1”是通过单束激光在结晶膜上形成微小非晶体凹坑而写入的,激光束使存储薄膜层的微小区域熔化,然后进行淬火(快速冷却),使晶态变成非晶态。另外在适当功率下,使非晶区可以转变成结晶态(退化),从而进行数据的重写。读出过程与CD 相似。由于此项技术的快速晶化材料非晶态是不稳定的, 因此发展激光相变材料的稳定性是此项技术突破的关键。

3.3蓝光DVD技术

当前流行的DVD技术采用波长为650nm的红色激光和数字光圈为0.6的聚焦镜头,盘片厚度为0.6mm。而蓝光DVD技术采用波长为450nm的蓝紫色激光,通过广角镜头上比率为0.85的数字光圈,成功地将聚焦的光点尺寸缩得极小程度。此外,蓝光DVD的盘片结构中采用了0.1mm厚的光学透明保护层,以减少盘片在转动过程中由于倾斜而造成的读写失常, 这使得盘片数据的读取更加容易,为极大地提高存储密度提供了可能。

被提议的蓝光DVD格式具有的数据传输速率,且采用MPEG2作为流媒体的压缩方式,以与全球的数字广播标准保持兼容。然而,蓝光DVD格式本身与现存的红光DVD格式并不兼容,因此一些发起者还在积极倡议蓝光DVD系统应该在某些方面与传统的DVD保持兼容,以更加顺利地得以普及。

4、结语

作为一种新兴的信息存储手段,光盘存储技术在计算机外部存储设备应用上也很快成长和发展,它已向磁盘存储技术提出挑战,在许多新的应用领域展示了强大的生命力。其发展动态越来越引起人们的注意。

参 考 文 献

[1]戎霭伦.光盘存储技术领域又一新著——《高密度光盘数据存储》[J].计算机教育,2005,(05).

[2]王正非.光盘存储技术及其发展[J].港口科技动态,2004,(06).

[3]季长亮,王玥,魏杰.高密度光存储的研究进展[J].信息记录材料, 2005,(04).■