القرص الضوئي هو اسم جماعي لوسائط التخزين المصنوعة على شكل أقراص، والتي تتم القراءة منها باستخدام الإشعاع البصري.

التاريخ تم تطوير الأقراص الضوئية الأولى في مطلع السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي بفضل الجهود المشتركة التي بذلتها شركة Sony وشركة Phillips. &

تاريخ القرص المضغوط (القرص المضغوط) المصغر. قرص (MD) DVD (قرص رقمي متعدد الاستخدامات) HD DVD وBlu-ray (BD) HVD (قرص ثلاثي الأبعاد متعدد الاستخدامات)

هيكل القرص المضغوط - القرص عادة ما يكون مسطحا، وقاعدته مصنوعة من مادة البولي كربونات، والتي يتم تطبيق طبقة خاصة عليها، والتي تعمل على تخزين المعلومات. - قطر القرص 120 ملم. - سمك القرص 1.2 ملم.

أقراص الكتابة مرة واحدة (CD-R). يتكون قرص الكتابة مرة واحدة من طبقات نشطة وعاكسة وواقية، والتي يتم تطبيقها بشكل تسلسلي على قاعدة من البولي كربونات.

مبدأ تسجيل CD-R أثناء التسجيل، يقوم شعاع ليزر قوي بتسخين مناطق صغيرة من الطبقة النشطة. تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة، تتغير خصائص مادة طبقة التسجيل في مكان التسخين، ونتيجة لذلك، تتوقف عن نقل الضوء.

مبدأ التسجيل على أقراص CD-R من المستحيل استعادة شفافية المواد المستخدمة كطبقة نشطة في أقراص CD-R. هناك طريقة واحدة فقط لإتلاف التسجيل المطبق على الطبقة النشطة - لجعل المناطق الشفافة معتمة.

الأقراص القابلة لإعادة الاستخدام (CD-RW) يكمن الاختلاف بين هذه الأقراص والأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الاستخدام في تصميم طبقة التسجيل. يمكن أن تكون الطبقة المتوسطة من المواد العضوية الخاصة إما غير متبلورة أو بلورية. تسجيل شعاع الليزر

تميل المواد غير المتبلورة CD-RW إلى التبلور بمرور الوقت. بغض النظر عن كيفية تخزين قرص CD-RW، فبعد بضع سنوات سيتم فقدان التسجيل بشكل لا رجعة فيه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن مسح هذه الأقراص بسهولة عن طريق التسخين البسيط. !

هيكل أقراص DVD لا يختلف مبدأ تسجيل قرص DVD كثيرًا عن مبدأ تسجيل قرص مضغوط. أساس تسجيل وتخزين البيانات على أقراص DVD-RAM وDVD-RW هو تقنية تغيير حالة الطور للمادة. يظهر في الشكل بنية طبقة تلو الأخرى لنصف القرص.

مبدأ تسجيل DVD يظهر تسجيل المناطق غير المتبلورة في هذا الرسم البياني. تعمل نبضة ليزر قصيرة وعالية الطاقة على إذابة مادة التسجيل. ويلي ذلك التبريد تحت درجة حرارة التبلور. نتيجة التبريد هي منع تكوين مراكز التبلور. وبالتالي، لا يحدث نمو الطور البلوري، وتبقى المادة في حالة غير متبلورة.

المسح من قرص DVD للمسح، تحتاج إلى إعادة المادة إلى حالتها البلورية. مرة أخرى، باستخدام الليزر، يتم تسخين المادة غير المتبلورة إلى درجة حرارة T. ويستمر التسخين (أو بالأحرى التلدين) لفترة كافية لاستعادة الحالة البلورية للمادة. ويجب أن تكون هذه المرة أطول من ما يسمى بزمن التبلور.

كتابة أقراص DVD عند كتابة الأقراص، يتم استخدام إستراتيجية التسجيل متعدد النبضات. يتم تشكيل كل علامة قابلة للتسجيل باستخدام نبضات ليزر قوية. . بعد كل نبضة، تبرد المادة المنصهرة، وتشكل منطقة ذات مرحلة غير متبلورة.

نسخ الأقراص في المنزل لنسخ الأقراص في المنزل، لا تحتاج إلى ناسخ أقراص مضغوطة فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى برنامج خاص.

تسجيل قرص في المنزل تعتبر عملية تسجيل جلسة واحدة بمثابة عملية واحدة لا يمكن مقاطعتها، وإلا فسيتعرض القرص للتلف.

تسجيل قرص في المنزل قبل أن تبدأ التسجيل، تحتاج إلى إنشاء قائمة كاملة بالملفات المضمنة في الجلسة؛ لا يمكن إضافة الملفات اللاحقة إلى القرص إلا في شكل جلسات إضافية.

تسجيل قرص في محركات الأقراص المضغوطة المنزلية التي لا تدعم التسجيل متعدد الجلسات، يقرأ فقط جدول المحتويات الأول من القرص - وبالتالي، لا يمكن استخدامه إلا لقراءة الملفات من الجلسة الأولى.

تكنولوجيا التسمية. Flash Labelflash هي تقنية تسمح لك بتطبيق رسوماتك على أقراص DVD القابلة للتسجيل. تم تقديمه بواسطة NEC في ديسمبر 2005.

كيف يعمل الملصق. فلاش لإنشاء صورة، يتم استخدام نوع مختلف من الصبغة، مما يوفر تباينًا أكبر للصورة.

مبادئ تسجيل المعلومات على قرص DVD

تشبه الطرق المستخدمة لنسخ المعلومات على أقراص DVD تلك المستخدمة لنسخ الأقراص المضغوطة التقليدية. حاليًا، يتم إنتاج أقراص مضغوطة للتشغيل فقط، وأقراص مضغوطة قابلة للكتابة مرة واحدة، وأقراص مضغوطة قابلة لإعادة الكتابة.

مبادئ تسجيل المعلومات على الأقراص المضغوطة والأقراص المضغوطة وأقراص DVD.

كما هو مبين في الشكل 1 - يتكون القرص المضغوط التقليدي (CD) من ركيزة بوليمر شفافة ( 1 ) ، طبقة عاكسة معدنية ( 2 ) مع الثقوب" ( ب)، والتي يتم من خلالها تسجيل المعلومات الرقمية، وطبقة واقية ( 3 )، ضروري لإضفاء الصلابة على القرص. طبقة عاكسة ( 2 ) في قرص مضغوط عادي وهي طبقة تقوم بتخزين المعلومات. يتم تصنيعه بطريقة المصنع وهو عبارة عن نوع من المصفوفة ذات "ثقوب" "مختومة" في أماكن معينة، والتي تشير إلى وحدة منطقية. غياب "الثقب" يعني وجود صفر منطقي.
تتم قراءة المعلومات باستخدام شعاع الليزر المنعكس منها
سطح القرص. عندما ينعكس شعاع الليزر من "الثقب"، فإنه يضرب بدقة كاشفًا خاصًا، والذي يخرج "1". عندما ينعكس الشعاع من السطح، يمر عبر الكاشف، والذي في هذه الحالة يتعرف على "0". تمامًا نفس مبادئ تسجيل المعلومات تكمن وراء الجيل الأول من أقراص DVD؛ فهي مخصصة فقط لقراءة المعلومات المسجلة عليها بطريقة المصنع (ما يسمى DVD-ROM)، CD-R، DVD-R.
في تصميم القرص المضغوط الذي يمكن تسجيله مرة واحدة (CD-R)، بين الركيزة ( 1 ) وطبقة عاكسة ( 2 ) هناك طبقة الصباغ ( 4 ) من السيانيد المعدني المستقر (مادة عضوية). في هذه الحالة، هي الطبقة الصبغية التي يتم "بثق" المسارات عليها في المصنع ( أ) ، حيث يتحرك شعاع الليزر، ويخزن المعلومات. عند تسجيل مثل هذا القرص في مسجلات خاصة، يقوم شعاع ليزر عالي الطاقة "بحرق" "ثقوب" في الأماكن المطلوبة في الطبقة الصبغية ( ب). عند قراءة المعلومات، يمر شعاع ليزر ذو قوة عادية بحرية عبر "ثقب" في الطبقة الصبغية ( 4 ) ، تنعكس من الطبقة المعدنية ( 2 ) ويضرب الكاشف الذي يتعرف على الكاشف المنطقي. في حالة عدم وجود "ثقب"، يتم امتصاص شعاع الليزر بواسطة الطبقة الصبغية، ولا ينعكس شعاع الليزر، ويخرج الكاشف صفرًا منطقيًا. وتجدر الإشارة إلى أن هناك طبقة خشنة إضافية للطباعة الفوقية (5)، يمكن للمستخدم، بعد تسجيل المعلومات، أن يرسم عليها الملصق الخاص به باستخدام قلم حبر جاف، أو قلم فلوماستر، أو حتى طابعة نافثة للحبر خاصة.

سي دي آر دبليو، دي في دي رام.
تم اقتراح مبدأ التسجيل على أقراص DVD القابلة لإعادة الكتابة (الذي تم تطويره في الأصل للأقراص المضغوطة التي تحمل عنوان العمل CD-Erasable) بواسطة Philips وRicoh وHewlett-Packard ودعمته شركات مثل IBM وSony و3M وOlympus وMatsushita وMitsumi. . يشبه تصميم القرص المضغوط القابل لإعادة الكتابة (CD-RW) القرص المضغوط، ولكن بدلاً من الطبقة العاكسة، فإنه يستخدم مادة خاصة ( 6 ) ، قادرة على تغيير هيكلها بشكل متكرر. تم تطوير هذه المادة بواسطة TDK وأطلق عليها اسم AVIST؛ لها خصائص مثالية تقريبًا.
تعتبر انعكاسيتها العالية (25-35%) كافية لتوافق أقراص DVD أثناء التشغيل. تتميز خصائص مادة AVIST بالثبات عند سرعات التسجيل العالية والمنخفضة، وهو أمر مهم بشكل خاص عند العمل مع التطبيقات المختلفة. في حالة الأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الكتابة (مثل الأقراص المضغوطة القابلة للمسح)، يتم التسجيل بسرعات أقل من 3 م/ث. يتطلب العمل مع البيانات بتنسيق DVD-RAM القابل لإعادة الكتابة أن تكون لطبقة العمل سرعة كتابة تتراوح من 3 إلى 6 م/ث. عند العمل مع معلومات فيديو مضغوطة، يجب أن تكون سرعة التسجيل بالفعل أعلى من 6 م/ث.
سمحت نسبة الإشارة إلى الضوضاء الممتازة وخصائص تغيير الطور لشركة TDK بتحقيق أحجام علامات صغيرة جدًا (أقل من 0.66 مم).
يمكن لمادة AVIST الجديدة أن تتحمل ما لا يقل عن 1000 دورة إعادة كتابة بسرعات أقل من 3 م/ث. عند سرعات الكتابة الأعلى، يجب أن يزيد هذا العدد من دورات إعادة الكتابة.
تمامًا كما هو الحال في الطبقة الصبغية للقرص القابل للتسجيل، يتم "بثق" المسارات على طبقة عمل AVIST ( أ)، توجيه شعاع الليزر. عند تسجيل مثل هذا القرص، فإن المادة، تحت تأثير شعاع ليزر قوي، تغير هيكلها عند النقطة المطلوبة على السطح، وتنتقل من الحالة البلورية إلى الحالة غير المتبلورة. نظرًا لأن مثل هذا الانتقال قابل للعكس (أي أنه يمكن إعادة المادة إلى الحالة البلورية)، فمن الممكن نظريًا إعادة كتابة القرص لعدد لا نهائي تقريبًا من المرات. كل هذا يتوقف على خصائص المادة المستخدمة في طبقة المعلومات ( 6 )، ومع استمرار تحسينه، سيزداد عدد الدورات التي يمكن تحقيقها فعليًا وسيبلغ ما لا يقل عن خمسة ملايين عملية إعادة كتابة. تتم القراءة باستخدام شعاع ليزر ذو قوة عادية. عندما ينعكس شعاع الليزر من سطح القرص، يتغير طوره اعتمادًا على ما إذا كان الانعكاس قد حدث من مساحة سطحية ذات بنية غير متبلورة أو بلورية. يتم التعرف على التغييرات في مرحلة الشعاع المنعكس بواسطة الكاشف، والذي يحولها إلى دفق رقمي. تسمى هذه الطريقة بتقنية تغيير الطور.
أقراص DVD ذات طبقة واحدة. كما لاحظنا بالفعل، فإن DVD يشبه إلى حد كبير القرص المضغوط، ولكنه يختلف عنه بشكل كبير في كثافة التسجيل. كما هو واضح من مبادئ التسجيل الموصوفة أعلاه، فإن الحد الأقصى لعدد "الثقوب" التي يمكن وضعها على سطح القرص هو الذي يحدد سعة المعلومات الخاصة به.
يمكن اعتبار الخطوة الأولى نحو إنشاء معيار جديد زيادة بمقدار سبعة أضعاف في سعة القرص المضغوط بسبب زيادة كثافة التسجيل، والتي أصبحت ممكنة بفضل استخدام مصادر شعاع الليزر الأكثر تقدمًا. الاختلافات في حجم وكثافة "الثقوب"

الطبقة الأولى من قرص DVD المكون من طبقتين مختومة من مادة بلاستيكية عادية ذات أساس من البولي كربونات وتحمل التسجيل على جانب واحد. يتم بعد ذلك ملء هذا الجانب بطبقة رقيقة من مادة شفافة، والتي بدورها يتم تغطيتها بفيلم من مادة فوتوبوليمر، لتشكل طبقة العمل الخارجية. يتم تقوية مادة البوليمر الضوئي بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، ويتم تعبئة قرص DVD بالبلاستيك الشفاف، الذي يعمل كطبقة واقية للقرص. تكمن الصعوبة الرئيسية في إنشاء مادة شفافة تفصل بين طبقات التسجيل، حيث أن متطلباتها متناقضة تمامًا: يجب أن تعكس شعاع الليزر جيدًا (الانعكاس المطلوب حوالي 40٪) أثناء عملية قراءة الطبقة الخارجية وعند في نفس الوقت تكون شفافة قدر الإمكان عند قراءة الطبقة الداخلية. تعود الأولوية في تطوير هذه المواد إلى شركة 3M، التي عملت نيابة عن شركة Philips-Sony.

أقراص DVD مزدوجة الجوانب.
يبلغ إجمالي سمك جميع طبقات قرص DVD (سواء طبقة واحدة أو طبقة مزدوجة) 0.6 مم فقط، وهو نصف سمك قرص CD. لكي يكون متوافقًا ماديًا مع الأقراص المضغوطة التقليدية، يجب أن يكون سمك قرص DVD مساويًا لسمك القرص المضغوط، أي سماكة القرص المضغوط. 1.2 ملم. في القرص أحادي الطبقة أحادي الجانب (معيار DVD-5)، يتم لصق طبقة أساسية إضافية بسمك 0.6 مم على الجانب الخلفي (الجانب الذي يوجد به ملصق القرص المضغوط).

الخصائص التقنية مع مواصفات قرص DVD

القرص المضغوط هو نوع خاص من وسائط نقل المعلومات الصوتية والرقمية، ويستخدم إنتاجه أحدث إنجازات العلوم والتكنولوجيا. وهو عبارة عن صحن مستدير يبلغ قطره 12 أو 8 سم، ويتكون من عدة طبقات. الطبقة الرئيسية هي طبقة عاكسة معدنية رقيقة جدًا (عادةً من الألومنيوم)، حيث يتم تسجيل جميع المعلومات. للحماية من التأثيرات الخارجية، يتم تغطيتها من كلا الجانبين بطبقات سميكة إلى حد ما (تصل إلى 1 مم) من البلاستيك الشفاف. على الجانب الخلفي من القرص قد تكون هناك ملصقات ملونة لا تؤثر على معلماته.

بادئ ذي بدء، يتم تصنيع هذه الأقراص باستخدام علامات مساعدة (Pregroove)، ويتم تشفير شبكة زمنية فيها (Actual Time In Pregroove، ATIP)، والتي تعمل في نفس الوقت على تقسيم القرص إلى إطارات (كتل)، ومعلومات إضافية حول القرص - الرموز والقيم الموصى بها لسرعة الدوران وقوة ليزر التسجيل. يتم استخدام وضع العلامات لتحديد مناطق الخدمة والمستخدم على القرص ولتسهيل تتبع مسار المعلومات أثناء عملية التسجيل. عند القراءة، يتم التتبع، كالعادة، على طول مسار المعلومات المسجلة.

بالإضافة إلى ذلك، يحتوي القرص على منطقتين للخدمة: منطقة معايرة الطاقة (PCA) ومنطقة ذاكرة البرنامج (PMA)، الموجودة داخل نصف قطر بدء التسجيل "الرسمي". الأول يستخدم لاختيار قوة الليزر المثلى قبل كل تسجيل، والثاني للتخزين المؤقت للمعلمات وعناوين المسار في حالة تسجيل جلسة واحدة على عدة مراحل.

PCA وPMA عبارة عن جداول ذات طول ثابت بسعة 100 عنصر لكل منهما، مما يحد من العدد الإجمالي لحالات التسجيل ومراحل تشكيل الجلسات المفتوحة.

يشكل مسار واحد أو أكثر منطقة البرنامج؛ ويمكن تشكيلها في عدة خطوات، يتم من خلالها تخزين عناوين ومعلمات المسارات في PMA. في هذه المرحلة، تتمتع محركات الأقراص المضغوطة فقط بإمكانية الوصول إلى المسارات المسجلة، نظرًا لأن محركات الأقراص المضغوطة التقليدية "لا تعرف" عن PMA وتتطلب تأطير منطقة البرنامج بواسطة مناطق الإدخال (4500 كتلة - 9 ميجابايت، التسجيل الوقت 1 دقيقة) والبدء (2250 قطعة - 4.5 ميجابايت، وقت التسجيل 30 ثانية)، بالإضافة إلى وجود جدول المحتويات في المقدمة. يُطلق على الهيكل الذي يتكون من مناطق المقدمة ومنطقة البرنامج والمقدمة للخارج اسم الجلسة، وتسمى عملية كتابة المقدمة والمقدمة للخارج حول منطقة البيانات بإغلاق الجلسة.

الحد الأدنى لوحدة المعلومات المكتوبة على قرص CD-R في وقت واحد هو مسار بتنسيق CD-DA (قرص مضغوط صوتي رقمي) أو قرص مضغوط (ذاكرة قراءة قرص مضغوط فقط). الحد الأدنى لطول المسار هو 300 قطعة (سعة البيانات 600 كيلو بايت، وقت التسجيل 4 ثواني). في بداية كل مسار، يتم تشكيل فجوة خدمة (pregap)، تحتوي على معلماتها، بحجم 150 كتلة (300 كيلو بايت، زمن التسجيل 2 ثانية) لمسارات من نفس النوع و225 كتلة (450 كيلو بايت، زمن التسجيل) 3 ق) للمسارات من أنواع مختلفة.

علامات القرص: تشير تسميات CD-R وCD-RW إلى الأقراص ذات الاستخدام الواحد والأقراص القابلة لإعادة الكتابة. يمكن استخدام أقراص CD-R للتسجيل في محركات أقراص CD-RW، ولكن ليس العكس.

تتمتع كافة الأقراص بأقصى وقت تسجيل مضمون (عادة 74 دقيقة، 333000 كتلة). في حالة إجراء العلامة الأولية لفترة أطول، فمن الممكن تسجيل برنامج أطول على القرص، ومع ذلك، إذا لم يكن المسار المحدد طويلًا بما يكفي، فسيتعرض القرص للتلف. يعتمد العدد الدقيق للكتل القابلة للكتابة على طراز محرك الأقراص؛ ويمكن الحصول عليه عن طريق الاستعلام عن خصائص القرص في برنامج النسخ. تحتوي بعض الأقراص على أقل من 333000 كتلة متوفرة.

تتمتع معظم الأقراص بسعة قصوى محددة (عادةً 650 ميجابايت لحجم كتلة يبلغ 2048 بايت). على الأقراص من بعض الشركات المصنعة (على سبيل المثال، Maxell)، تتم الإشارة إلى القدرة لأغراض الإعلان بملايين البايت (680)، مما يعني نفس 650 ميغابايت. يتم تمييز الأقراص الفردية بالرقم 780، الذي يشير إلى سعة القرص في القطاعات الصوتية (74 دقيقة × 176 كيلو بايت). عند التسجيل بتنسيق الوضع 2، نظرًا للحجم الأكبر لكتلة البيانات، فمن الممكن كتابة أكثر من 650 ميجابايت على حساب تقليل قدرة التصحيح للكود.

يتم أيضًا الإشارة إلى الحد الأقصى لسرعة التسجيل المسموح بها (1x...6x) على القرص أو الصندوق. للتسجيل بسرعات أعلى، يلزم وجود طبقة تسجيل مصممة لهذه السرعات. يمكن أن يؤدي تجاوز سرعة التسجيل المسموح بها إلى تلطيخ علامات المعلومات وبالتالي ضعف إمكانية قراءة القرص أو عدم قابليته للاستخدام تمامًا. يشير غياب علامات السرعة أو ذكر السرعة في النص المصاحب إلى أن التسجيل بسرعات أعلى غير مضمون.

موثوقية أقراص CD-R/RW مقارنة بالأقراص المختومة. نظرًا لأن الطبقة العاكسة لأقراص CD-R/RW مصنوعة عادةً من الذهب والفضة، وهما أقل عرضة للأكسدة من الألومنيوم، فإن معظم الأقراص المضغوطة تميل إلى التلاشي بشكل أبطأ من الأقراص العادية. ومع ذلك، فإن مادة طبقة التسجيل CD-R/RW أكثر حساسية للضوء وتكون أيضًا عرضة للأكسدة والتحلل. بالإضافة إلى ذلك، يكون فيلم التسجيل في حالة شبه سائلة وبالتالي فهو حساس لتأثيرات القرص وتشوهاته، على سبيل المثال، لانحناءه عند إخراجه من الصندوق. التقدير الأكثر تفاؤلاً لعمر الأقراص المعتمدة على الفثالوسيانين هو حوالي 100 عام، لكن الأرقام الفعلية لمعظم الأقراص الحديثة (السيانين والمواد الأخرى) أقل بكثير. التقدير التقريبي لمتانة قرص CD-R المتوسط ​​استنادًا إلى إحصائيات الكتلة هو حوالي سنتين إلى ثلاث سنوات أو أكثر مع التعامل الدقيق وحوالي عام مع الاستخدام المكثف المقترن بالتعامل مع الإهمال (الصدمات والانحناءات والتعرض للحرارة والرطوبة والإضاءة الساطعة). الضوء، الخ.). بالنسبة للأقراص جيدة الصنع والمسجلة، بشرط مراعاة ظروف التخزين والتشغيل بشكل كامل، يقدر العمر الافتراضي لها بما لا يقل عن 10 سنوات.

إنتاج ونسخ الأقراص المدمجة. الطريقة الرئيسية لإنتاج الأقراص هي الضغط من المصفوفة. يتكون الأصل من الشريط الرقمي الرئيسي الأصلي، الذي يحتوي على إشارة رقمية معدة ومشفرة بالفعل، بواسطة آلة خاصة عالية الدقة على قرص زجاجي مطلي بطبقة من مقاومة الضوء - وهي مادة تغير قابلية ذوبانها تحت تأثير الليزر الحزم. عندما تتم معالجة النسخة الأصلية المسجلة باستخدام مذيب، يظهر النقش المطلوب على الزجاج، والذي يتم نقله عن طريق الطلاء الكهربائي إلى النسخة الأصلية من النيكل (السالب)، والتي يمكن أن تكون بمثابة مصفوفة للإنتاج على نطاق صغير أو كأساس لعمل نسخ إيجابية ، والتي بدورها تؤخذ السلبيات للنسخ المتماثل الشامل.

يتم إجراء الختم باستخدام طريقة القولبة بالحقن: يتم ضغط ركيزة من البولي كربونات مع نقش من مصفوفة سلبية، ويتم رش طبقة عاكسة في الأعلى، وهي مطلية بالورنيش. عادةً ما يتم تطبيق النقوش والصور المعلوماتية أعلى الطبقة الواقية.

يتم تصنيع الأقراص القابلة للتسجيل (CD-R) بنفس الطريقة، ولكن بين القاعدة والطبقة العاكسة توجد طبقة من المادة العضوية تصبح داكنة عند تسخينها. في الحالة الأولية، تكون الطبقة شفافة عند تعرضها لشعاع الليزر، وتتشكل مناطق معتمة، أي ما يعادل الحفر (الاستراحات). لتسهيل تتبع المسار عند التسجيل على القرص، يتم تشكيل الإغاثة الأولية (الوسم) أثناء عملية التصنيع، والتي يحتوي مسارها على علامات الإطار وإشارات المزامنة المسجلة بسعة منخفضة ثم تتداخل مع الإشارة المسجلة.

تتمتع الأقراص المسجلة، نظرًا لوجود طبقة تثبيت عضوية، بمعامل انعكاس أقل من تلك المختومة، ولهذا السبب يمكن لبعض المشغلات (Compact Disk Player، CDP)، المصممة لأقراص الألومنيوم القياسية والتي لا تتمتع بهامش من موثوقية القراءة، تشغيل أقراص CD-R بشكل أقل موثوقية من المعتاد.

على الرغم من أن ما يسمى بالقرص الرئيسي تتم كتابته باستخدام الليزر، إلا أن هذه الطريقة غير مناسبة لإنتاج مئات أو آلاف النسخ. يستمر تسجيل قرص رئيسي واحد أكثر من ساعة ونصف. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام المواد التي ليست قوية وموثوقة بدرجة كافية كأساس للأقراص الرئيسية. إذا كان من الضروري طباعة نسخة صغيرة من الأقراص المضغوطة، يتم عمل نسخة معدنية (مصفوفة) من الأصل (القرص الرئيسي) باستخدام الترسيب الكيميائي وطرق الطلاء الكهربائي اللاحقة. إنها بالفعل

يمكن استخدامه لطباعة النسخ (يتم ختم سجلات الفينيل بهذه الطريقة). ومع ذلك، يمكن الحصول على عدد قليل فقط من النسخ بهذه الطريقة، حيث أن المصفوفة تتآكل تدريجياً. تتكون عملية الإنتاج الضخم للأقراص من ثلاث مراحل:

تتم إزالة المصفوفة الأساسية من القرص الرئيسي بالطريقة الموضحة أعلاه؛

باستخدام المصفوفة الأولية، يتم عمل نسخة من القرص الرئيسي، هذه المرة من معدن قوي إلى حد ما؛

يمكن إعادة استخدام هذه النسخة من القرص الرئيسي للحصول على مصفوفات ثانوية (عاملة).

باستخدام هذه الطريقة، من الممكن الحصول على العديد من مصفوفات العمل من نسخة واحدة من القرص الرئيسي، ويظل أصلها سليمًا عمليًا، ويتم استخدام مواد غير مكلفة نسبيًا في العملية التكنولوجية. يتم ختم تلك الأقراص المضغوطة التي يتم شراؤها من المتاجر على قاعدة من البولي كربونات مطلية بالألمنيوم وطبقة واقية من البلاستيك. تتبع طبقة رقيقة من الألومنيوم شكل سطح القاعدة، مما يجعل من الممكن تحديد ما إذا كان هناك انخفاض أم لا من خلال انعكاس شعاع الليزر من السطح. تُستخدم التقنية الموصوفة في إنتاج الأقراص الصوتية والأقراص المضغوطة.

تتم قراءة المعلومات من القرص عن طريق تسجيل التغيرات في شدة إشعاع الليزر منخفض الطاقة المنعكس من طبقة الألومنيوم. يتم إرسالها إلى جهاز استشعار ضوئي، ويعتمد حجم الإشارة الكهربائية منه على ما إذا كان الشعاع منعكسًا من سطح أملس أو متناثرًا بسبب عدم التجانس. تمثل المسافات البادئة (التمزقات) التي تتم على قرص مضغوط أثناء عملية التسجيل مخالفات. تشير الإشارة الأقوى من المستشعر إلى سطح مستو ("الهضبة")، والإشارة الأضعف تشير إلى انخفاض. عندما يمر الشعاع على طول مسار التسجيل (بشكل أكثر دقة، عندما يتحرك مسار التسجيل تحت الشعاع، حيث يتحرك جهاز القراءة على طول نصف قطر القرص ويدور القرص نفسه)، يتم إنشاء سلسلة من الإشارات الكهربائية النبضية، والتي ثم يتم تحويلها بواسطة معالج متخصص إما إلى شكل بيانات ثنائية أو إلى صوت.

يبلغ عمق كل ضربة على القرص 0.12 ميكرون، والعرض 0.6 ميكرون. وهي تقع على طول مسار حلزوني، والمسافة بين المنعطفات المتجاورة منها

1.6 ميكرومتر. وهذا يعني أن كثافة المسارات (أو بالأحرى المنعطفات لمسار واحد) تصل إلى 16000 مسار في البوصة (Tracks Per’Inch، TPI، وحدة قياس كثافة ترتيبها). يمكن أن يختلف طول الشرائط ومناطق الهضبة على طول مسار التسجيل من 0.9 إلى 3.3 ميكرومتر. يبدأ المسار على مسافة ما من الفتحة المركزية للقرص وينتهي على بعد حوالي 5 ملم من حافته الخارجية (أي العكس مقارنة بالسجلات والأقراص المرنة وغيرها). يبلغ الطول الإجمالي للدوامة حوالي 5 كم.

إذا كان من الضروري العثور على مكان يتم فيه تسجيل بيانات معينة على قرص مضغوط (صوت أو معلومات)، فتتم قراءة إحداثياتها أولاً من جدول محتويات القرص، وبعد ذلك يتحرك جهاز القراءة إلى الدوران المطلوب للدوامة وينتظر ظهور تسلسل معين من البتات.

يتم تسجيل البيانات وتشغيلها من قرص مضغوط بسرعة خطية ثابتة لحركة المسار بالنسبة لجهاز القراءة. هذا يعني أنه عند قراءة المعلومات من المنعطفات الداخلية للدوامة، يجب أن يدور القرص بشكل أسرع، ومن المنعطفات الخارجية أبطأ. تم توريث طريقة التشغيل هذه من محركات الأقراص المضغوطة من مشغلات الصوت، حيث يجب أن تكون سرعة قراءة البيانات ثابتة تمامًا. لنفس السبب، يتم تقسيم جميع الأقراص المضغوطة إلى كتل (قطاعات)، معدل التكرار أثناء التسجيل والتشغيل هو 75 قطاعًا في الثانية، مما يعني أنه مع إجمالي "وقت التشغيل" البالغ 74 دقيقة، يوجد 333000 قطعة على القرص. القرص .

على الأقراص المكتوبة بتنسيق CD-AD، تحتوي كل كتلة على 2352 بايت من البيانات. على القرص المضغوط، يتم استخدام 304 بايت منها للمزامنة وتحديد وتسجيل رموز تصحيح الأخطاء (رمز تصحيح الخطأ، ECC)، وتمثل الـ 2048 بايت المتبقية معلومات مفيدة. نظرًا لقراءة 75 كتلة في ثانية واحدة، فإن معدل نقل البيانات القياسي لمحركات الأقراص المضغوطة هو 153600 بايت/ثانية، أي ما يعادل 150 كيلو بايت/ثانية بالضبط. من السهل حساب أنه مع إجمالي وقت التشغيل البالغ 74 دقيقة، ستكون سعة القرص المضغوط القصوى 650 ميجابايت.

تتوفر الأقراص المضغوطة القابلة للتسجيل في نسختين - 74 و63 دقيقة.

تصميم قرص CD-DA (قرص مضغوط - صوت رقمي) وطريقة تسجيل الصوت عليه موصوف بمعايير الشركتين التي اقترحته، Sony وPhilips، والتي نُشرت عام 1980 تحت اسم Red Book.

يتكون القرص المضغوط القياسي من ثلاث طبقات: القاعدة والعاكسة والواقية. القاعدة مصنوعة من مادة البولي كربونات الشفافة، والتي يتم تشكيل نقش المعلومات عليها بالضغط. يتم رش طبقة معدنية عاكسة (الألومنيوم والذهب والفضة والمعادن الأخرى والسبائك) فوق النقش. الطبقة العاكسة مغطاة بطبقة واقية من البولي كربونات أو الورنيش المحايد بحيث يكون السطح المعدني بالكامل محميًا من ملامسة البيئة الخارجية. يبلغ سمك القرص الإجمالي 1.2 ملم.

إن نقش المعلومات الخاص بالقرص عبارة عن مسار حلزوني مستمر يبدأ من المركز ويتكون من سلسلة من المنخفضات - الحفر. تسمى الفراغات بين الحفر بالأراضي. من خلال تناوب الحفر والفجوات ذات الأطوال المختلفة، يتم تسجيل إشارة رقمية مشفرة على القرص: الانتقال من فجوة إلى حفرة وبالعكس يعني واحد، وطول الحفرة أو الفجوة هو طول سلسلة من الأصفار. يتم تحديد المسافة بين المنعطفات للمسار من 1.4 إلى 2 ميكرون، ويحدد المعيار مسافة 1.6 ميكرون.

يتكون قارئ الأقراص المضغوطة وأقراص DVD من محرك يقوم بتدوير القرص المضغوط، ونظام تحميل القرص، ونظام القراءة الضوئية، وجهاز التحكم. يتم وضع كل هذه المكونات في مبيت واحد، يتم إدخاله في حاوية بحجم 5 بوصات من علبة الكمبيوتر. تم تصميم محركات الأقراص المضغوطة الخارجية، بالإضافة إلى محركات أقراص DVD-ROM، كجهاز منفصل.

وفي الأجهزة المنزلية يجب أن يقوم المحرك بتدوير القرص المضغوط بسرعة خطية ثابتة حتى لا تتغير سرعة قراءة المعلومات. تغير أجهزة الكمبيوتر الحديثة سرعة القراءة حسب جودة القرص المستخدم. يوجد على محور المحرك منصة يتم الضغط على القرص عليها. تدور الأقراص بسرعات كبيرة، مما يسبب ضوضاء عالية وغير سارة إلى حد ما. في الآونة الأخيرة، تم تنفيذ العمل على تقليل ضجيج محركات الأقراص المضغوطة عالية السرعة.

هناك عدة خيارات لتحميل الأقراص. الأكثر استخدامًا هو الدرج القابل للسحب والذي يسمى الدرج. باستخدام محرك خاص، يتحرك الدرج للخارج ويتراجع إلى الداخل بعد وضع القرص المضغوط المطلوب عليه (الشكل 1.2).

أرز. 1.2. محرك الأقراص المضغوطة

تحتوي بعض الأجهزة على مشابك إضافية تسمح لك بتثبيت محرك الأقراص عموديًا في علبة الكمبيوتر. تعمل هذه المشابك على تثبيت القرص في مكانه أثناء التحميل والتفريغ.

الطريقة الأقل شيوعًا لتحميل الأقراص هي الفتحة الداخلية، والتي يمكن ترجمتها تقريبًا باسم "فتحة الإدخال". عند استخدام هذه الطريقة، يتم إدخال القرص مباشرة في فتحة محرك الأقراص. لا يتم استخدام أي صواني أو صناديق. يشبه العمل باستخدام قرص مضغوط العمل باستخدام قرص مرن عادي. والأقل استخدامًا هو صندوق خاص يسمى مساعد العلبة. يتم إدخال القرص في هذا المربع، ويتم إدخاله بدوره في جهاز استقبال محرك الأقراص. تعتبر طريقة التحميل هذه أكثر موثوقية ولكنها أقل ملاءمة.

تتيح التقنيات الحديثة تحقيق موثوقية مقبولة ودقة تحديد المواقع عند استخدام صينية قابلة للسحب.

يتكون النظام البصري من رأس بصري ونظام حركته. يحتوي الرأس البصري على ليزر ونظام عدسة وجهاز استقبال الإشارة المنعكسة. أساس نظام حركة الرأس هو محرك عالي الدقة يسمح للرأس البصري بالتحرك بدقة على طول مسار معلومات القرص. يضمن جهاز التحكم التشغيل المشترك لجميع الأجهزة، ويتعرف على أوامر الكمبيوتر وينقل المعلومات الواردة من القرص.

يوجد على اللوحة الأمامية لمحرك الأقراص زر لفتح وإغلاق الدرج، بالإضافة إلى مصابيح LED تشير إلى وضع التشغيل الحالي للجهاز. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي اللوحة الأمامية على مقبس سماعة رأس وتحكم في مستوى الصوت. تجدر الإشارة إلى أن جودة الصوت التي يتم الحصول عليها من هذا الموصل متواضعة تمامًا. تحتوي بعض الطرز على عناصر تحكم إضافية على اللوحة الأمامية.

تحتوي العديد من محركات الأقراص على فتحة صغيرة في اللوحة الأمامية لإزالة القرص في حالات الطوارئ. من خلال ثني مشبك الورق وإدخال نهايته في الفتحة، ستفتح محرك الأقراص قليلاً، وبعد ذلك يمكنك إزالة القرص يدويًا. يجب أن تكون النهاية المنحنية لمشبك الورق طويلة بما يكفي للوصول إلى الآلية. يجب استخدام هذه الطريقة فقط في حالة تلف محرك الأقراص ومن المستحيل إزالة القرص بالطريقة المعتادة. في العمل العادي، يعد استخدام هذه الطريقة لإزالة القرص أمرًا غير مقبول.

يمكن أن تكون أجهزة العمل مع الأقراص المضغوطة داخلية أو خارجية. الأجهزة الداخلية الأكثر شيوعًا هي أجهزة IDE، ولكن يتم استخدام أجهزة SCSI في بعض الأحيان. يتم توصيل الأجهزة الخارجية عبر USB أو USB 2.0 أو FireWire. في السابق، تم استخدام منفذ متوازي أيضًا، ولكن حاليًا لا يتم استخدامه بسبب السرعة المنخفضة. يتم توصيل بعض الطرز الخارجية عبر واجهة SCSI.

تحتوي جميع محركات الأقراص المضغوطة الداخلية على مخرج صوت يتصل ببطاقة الصوت بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. عند تشغيل الأقراص الصوتية المضغوطة، يتم نقل الأصوات عبر هذه الواجهة. تحتوي الأجهزة الحديثة بالإضافة إلى ذلك على مخرج رقمي بمعيار SPDLF. إذا كانت بطاقة الصوت الخاصة بك تحتوي على مدخل بهذا المعيار، فمن الأفضل توصيل محرك الأقراص عبر هذه الواجهة. في هذه الحالة، قد تتحسن جودة إعادة إنتاج الصوت قليلاً.

لا تبدو أجهزة تسجيل الأقراص المضغوطة مختلفة تقريبًا عن أجهزة القراءة. ومع ذلك، فإن الليزر المستخدم في النظام البصري يمكنه تسخين مناطق من قطعة العمل بحيث تصبح طبقة التسجيل داكنة في تلك المنطقة. قوة الليزر عند الكتابة أكبر بعشر مرات تقريبًا من القراءة.

أصبحت محركات الأقراص المضغوطة القابلة للتسجيل (CD-R) قديمة الآن وتم استبدالها بمحركات الأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الكتابة (CD-RW). من الناحية الفنية، فهي تختلف قليلاً، ولكن باستخدام محرك الأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الكتابة (CD-RW)، لا يمكنك نسخ الأقراص المضغوطة فحسب، بل يمكنك أيضًا إعادة كتابتها باستخدام فراغات خاصة. تتم الكتابة على أقراص CD-RW باستخدام تأثير انتقال الطبقة العاملة للقرص تحت تأثير شعاع الليزر إلى حالة بلورية أو غير متبلورة ذات انعكاسات مختلفة.

عند حرق قرص مضغوط، يتم تشغيل الليزر بقوة متزايدة. يتحرك الليزر على طول المسار، ويسجل المعلومات الضرورية. من المستحيل مقاطعة هذه العملية. إذا لم يكن لدى الكمبيوتر الوقت الكافي لنقل المعلومات التالية للتسجيل، فسيتم مقاطعة العملية وستتلف قطعة العمل المستخدمة. للحماية من الانقطاعات في تدفق المعلومات، تحتوي الأجهزة الحديثة على مخزن مؤقت يبلغ حجمه عدة ميغابايت. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم العديد من طرز CD-RW الحديثة تقنية خاصة تسمح لك بمقاطعة التسجيل مؤقتًا واستئنافه بعد وصول الجزء التالي من البيانات.

يتم وضع علامات مسبقة على الفراغات المخصصة لتسجيل الأقراص المضغوطة. أنه يحتوي على علامات خاصة وإشارات التزامن. تساعد العلامات الأولية الليزر على التحرك على طول المسار المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، قبل التسجيل، يمكنك قراءة بعض معلمات قطعة العمل المستخدمة. سيساعدك هذا على ضبط برنامج التسجيل الخاص بك. يتم تسجيل الإشارات بسعة منخفضة ويتم تداخلها لاحقًا مع الإشارة المسجلة.

تقوم محركات الأقراص المضغوطة الأولى، بالإضافة إلى قارئات الأقراص المضغوطة في مراكز الموسيقى، بقراءة المعلومات بسرعة تبلغ حوالي 150 كيلو بايت في الثانية. تعتبر هذه السرعة وحدة. يتم ضبط سرعة القراءة والكتابة وإعادة الكتابة بوحدات مضاعفة للسرعة المحددة. على سبيل المثال، إذا قالوا أن التسجيل يتم بسرعة ثمانية أضعاف، فهذا يعني أن السرعة الفعلية هي 150×8 = 1200 كيلو بايت في الثانية. يقرأ القرص المضغوط ذو 40 سرعة المعلومات بسرعة 150 × 40 = 6000 كيلو بايت في الثانية. قد تختلف سرعة القراءة للأجهزة الحديثة عالية السرعة باختلاف أجزاء القرص المضغوط. تشير المواصفات عادةً إلى السرعة القصوى. متوسط ​​سرعة القراءة في هذه الحالة أقل من مرتين.

تستخدم محركات أقراص DVD-ROM وحدة سرعة قراءة مختلفة. وهي تساوي ثماني سرعات قراءة للأقراص المضغوطة. وبالتالي، إذا كانت وثائق الجهاز تشير إلى سرعة قراءة DVD الرابعة، فهذا يتوافق مع سرعة نقل تبلغ 4800 كيلو بايت/ثانية.

بالنسبة لأجهزة CD-RW، يتم تحديد ثلاث سرعات مختلفة. من المعتاد الإشارة إلى السرعة القصوى لتسجيل الأقراص المضغوطة أولاً. بالنسبة لأقراص CD-RW الحديثة، تتراوح هذه السرعة من 24 إلى 52. وتأتي سرعة إعادة الكتابة في المرتبة الثانية. عادةً ما تكون هذه السرعة أقل قليلاً من سرعة الكتابة وتتراوح من 10 إلى 24. والأخيرة هي سرعة قراءة القرص المضغوط. بالنسبة لمعظم النماذج، يتراوح هذا الرقم من 32 إلى 52. وبالتالي، يمكن للجهاز الذي يحمل التصنيف 52/24/52 كتابة الأقراص بسرعة 52x150=7800 كيلو بايت/ثانية، وإعادة الكتابة بسرعة 24x150=3600 كيلو بايت/ثانية، وقراءة الأقراص المضغوطة بسرعة 52 × 150 = 7800 كيلو بايت / ثانية. تتم الإشارة إلى سرعة القراءة كحد أقصى، ولا يمكن تحقيقها إلا على الجانب الخارجي من القرص. إذا كانت سرعة الكتابة على القرص أقل من 24 فهي ثابتة ولا تتغير عند كتابة القرص بأكمله. عند السرعات الأعلى، يتم استخدام تقنية حيث تختلف سرعة التسجيل من المركز إلى حافة القرص.

عادة ما يتم دمج أجهزة تسجيل أقراص DVD، أي أنها تسمح لك بتسجيل كل من أقراص DVD وCD-R وCD-RW. تتم الإشارة إلى سرعة كتابة DVD في مثل هذه الأجهزة في أوقات قراءة DVD، أي أن سرعة الكتابة على DVD 2.4 هي 3312 كيلو بايت/ثانية. الصيغة النموذجية لمسجلات DVD الحديثة هي 16/10/2.4، على التوالي لـ CD-R وCD-RW وDVD-RW أو DVD+RW. بالنسبة لمسجلات تنسيق DVD-RAM، تكون السرعة أقل قليلاً - من 1 إلى 1.5. تسمح ناسخات DVD-R الحديثة بسرعات كتابة تبلغ 4. تتراوح سرعات القراءة عادةً بين 34 - 48 لأقراص CD-R وCD-RW و6 - 16 لأقراص DVD.

بالإضافة إلى سرعات التسجيل القصوى، يمكن لمسجلات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD أيضًا تسجيل المعلومات بسرعات أقل.

يمكن نسخ قرص مضغوط قياسي بسعة 650 ميجابايت بسرعة ثمانية في حوالي عشر دقائق. إذا كنت تستخدم السرعة الرابعة والعشرين، فسيستغرق التسجيل ما يزيد قليلاً عن ثلاث دقائق. في هذه الحالة، يجب أن يوفر جهاز الكمبيوتر الخاص بك معدل تغذية البيانات المطلوب للتسجيل. سيستغرق نسخ قرص DVD فارغ بسرعة 2.4 حوالي 20 دقيقة.

لا تعتمد سرعة التسجيل على الجهاز المستخدم فحسب، بل أيضًا على قطع العمل. إذا كان لديك قطعة عمل تدعم السرعات 2 و4 و8، فلن تتمكن من التسجيل بسرعة 10، حتى لو كان لديك جهاز CD-RW مناسب. يجب الإشارة إلى سرعة التسجيل على عبوة الأقراص المضغوطة الفارغة.

تتوفر العديد من السرعات المختلفة على الأجهزة الحديثة. إذا تم كتابة التعيين CLV (السرعة الخطية الثابتة) مع الرقم، فإن الجهاز لا يغير السرعة الخطية، والتي يتعين عليك تغيير سرعة الدوران من أجلها. تشير تسمية CAV (السرعة الزاوية الثابتة) إلى أن سرعة الدوران ثابتة، لكن السرعة الخطية تتغير. تصف تسمية ZCLV (السرعة الخطية الثابتة للمنطقة) سرعة خطية ثابتة في بعض مناطق القرص. بفضل السرعة الخطية الثابتة، يتم تحقيق تسجيل وتشغيل عالي الجودة، وبفضل السرعة الزاوية الثابتة، يتم تحقيق الوصول السريع إلى الجزء المطلوب. قد تقول خصائص الجهاز، على سبيل المثال، 16x CLV و18x - 24x CAV، مما يعني أنه يتم دعم سرعات مختلفة في أوضاع مختلفة.

هناك عدة طرق لكتابة المعلومات على القرص. اعتمادا على التنسيق المستخدم، يمكنك نسخ القرص بالكامل أو في أجزاء. وبناءً على ذلك، هناك ثلاث طرق للتسجيل: التتبع مرة واحدة، والقرص مرة واحدة، وكتابة الحزم.

في وضع تسجيل مسار واحد، ينطفئ ليزر التسجيل بعد تسجيل كل مسار. لتسجيل مسار آخر، يتم تشغيل الليزر مرة أخرى. يتم دائمًا إيقاف التشغيل والتشغيل، حتى إذا كنت بحاجة إلى تسجيل عدة مسارات على التوالي. يتم فصل المسارات المسجلة بهذه الطريقة بفواصل زمنية تدوم من ثانيتين إلى ثلاث ثوانٍ. هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية لحرق معظم الأقراص. في كثير من الأحيان يتم تسجيل مسار واحد فقط.

إذا قمت بنسخ قرص مضغوط أو قرص DVD بالكامل، فلن يتم إيقاف تشغيل الليزر حتى يتم تسجيل جميع المسارات الضرورية. ومع ذلك، لا يمكن استخدام الأقراص متعددة الجلسات. يجب كتابة القرص بأكمله في وقت واحد. يستخدم هذا الوضع أحيانًا لتسجيل الأقراص الصوتية المضغوطة دون وجود فجوات بين المسارات. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تتطلب المعدات الصناعية الخاصة بشركة تصنيع الأقراص المختومة أقراصًا مسجلة باستخدام هذه الطريقة كعينة.

يتضمن التسجيل الدفعي كتابة المعلومات على قرص مضغوط في أجزاء صغيرة. لا توجد قيود كثيرة. يمكن استخدام هذه الطريقة، جنبًا إلى جنب مع نظام ملفات UDF، للتعامل مع محرك الأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الكتابة مثل محرك الأقراص الثابتة العادي، وكتابة الملفات والدلائل الموجودة على القرص المضغوط وتحريرها وحذفها.

في الآونة الأخيرة، بدأت تظهر أجهزة تدعم أحدث معايير Mount Rainier، التي طورتها شركات Philips وCompaq وSony وMicrosoft. بمساعدتها، يمكنك العمل مع الأقراص المضغوطة كما هو الحال مع القرص المرن العادي، أي كتابة المعلومات وقراءتها دون استخدام أي برامج خاصة. عند استخدام أجهزة CD-MRW (Mount Rainier RW)، يتم تنفيذ إدارة الأجهزة للمناطق المعيبة في الوسائط، ويتم تحسين المعالجة بشكل كبير، ويتم استخدام تنسيق قرص الخلفية، وهو أمر غير ملحوظ للمستخدم. يُستخدم معيار Mount Rainier أيضًا في أجهزة DVD+RW الجديدة - تنسيق DVD+MRW، الذي يسمح لك بالعمل مع أقراص DVD ذات السعة الكبيرة، كما هو الحال مع وسائط التخزين التقليدية القابلة للإزالة. وعلى الرغم من أن هذا المعيار لم ينتشر بعد على نطاق واسع، إلا أنه بالتأكيد واعد للغاية.

على الرغم من التنوع الكبير في نماذج محركات الأقراص الثابتة، إلا أن مبادئ التشغيل والعناصر الهيكلية الأساسية الخاصة بها هي نفسها. يوضح الشكل 5 عناصر التصميم الرئيسية لمحرك الأقراص الثابتة:

· أقراص مغناطيسية؛

· رؤوس القراءة/الكتابة؛

· آلية محرك الرأس

· محرك محرك القرص.

· لوحة الدوائر المطبوعة مع دائرة التحكم الإلكترونية.

يتكون محرك الأقراص النموذجي من مبيت مغلق (hermoblock) ولوحة وحدة إلكترونية. يحتوي HDA على جميع الأجزاء الميكانيكية، كما تحتوي اللوحة على جميع إلكترونيات التحكم. يتم تركيب مغزل يحتوي على قرص مغناطيسي واحد أو أكثر داخل HDA. يقع المحرك تحتها. بالقرب من الموصلات، على الجانب الأيسر أو الأيمن من المغزل، يوجد موضع رأس مغناطيسي دوار. يتم توصيل جهاز تحديد الموضع بلوحة الدائرة المطبوعة بواسطة كابل شريطي مرن (أحيانًا أسلاك صلبة).

تمتلئ الكتلة المحكمه بالهواء تحت ضغط جوي واحد. يوجد في أغطية الكتل المحكمية لبعض محركات الأقراص الصلبة ثقب خاص، محكم الغلق بفيلم مرشح، يعمل على معادلة الضغط داخل وخارج الكتلة، وكذلك لامتصاص الغبار.

الشكل 5 - عناصر التصميم الأساسية لمحرك الأقراص الثابتة

يتم توحيد الأبعاد الإجمالية لمحركات الأقراص الثابتة وفقًا لمعلمة تسمى عامل الشكل (Form-Factor). على سبيل المثال، تتمتع جميع محركات الأقراص الثابتة ذات عامل الشكل مقاس 3.5 بوصة بأبعاد قياسية للعلبة تبلغ 41.6 × 101 × 146 ملم.

ركائز القرص المغناطيسيكانت محركات الأقراص الصلبة الأولى مصنوعة من سبائك الألومنيوم مع إضافة المغنيسيوم. تستخدم النماذج الحديثة مادة مركبة من الزجاج والسيراميك ذات معامل تمدد حراري منخفض باعتبارها المادة الرئيسية لألواح الأقراص، مما يجعلها أقل عرضة للتغيرات في درجات الحرارة وأكثر متانة. الأقراص المغناطيسية متوفرة بالأحجام التالية: 3.5 بوصة؛ 5.25 بوصة؛ 2.5 بوصة؛ 1.8 بوصة

الأقراص مغطاة بمادة مغناطيسية - طبقة العمل. يمكن أن يكون إما على أساس أكسيد أو طبقة رقيقة.

قراءة/كتابة الرؤوسالمقدمة لكل جانب من القرص. عند إيقاف تشغيل محرك الأقراص، تلمس الرؤوس القرص. عندما تسترخي الأقراص، يزداد ضغط الهواء الديناميكي الهوائي على الرؤوس، مما يؤدي إلى انفصالها عن أسطح عمل الأقراص. كلما اقترب الرأس من سطح القرص، زادت سعة الإشارة المستنسخة.

آلية قيادة الرأسيضمن حركة الرؤوس من مركز الأقراص إلى الحواف ويحدد فعليًا موثوقية محرك الأقراص واستقرار درجة حرارته ومقاومته للاهتزاز. تنقسم جميع آليات محرك الرأس الموجودة إلى نوعين رئيسيين: بمحرك متدرج وملف متحرك.

محرك القيادةيؤدي إلى دوران حزمة القرص، والتي تتراوح سرعتها، حسب الطراز، بين 3600 - 7200 دورة في الدقيقة (أي تتحرك الرؤوس بسرعة نسبية تبلغ 60 - 80 كم / ساعة). تصل سرعة دوران بعض محركات الأقراص الصلبة إلى 15000 دورة في الدقيقة. يدور القرص الصلب بشكل مستمر حتى في حالة عدم إمكانية الوصول إليه، لذلك يجب تثبيت القرص الصلب رأسيًا أو أفقيًا فقط.

لوحة الدوائر المطبوعة مع الدوائر الإلكترونيةيمكن إزالة عناصر التحكم ومكونات محرك الأقراص الأخرى (اللوحة الأمامية وعناصر التكوين وأجزاء التثبيت). يتم تركيب الدوائر الإلكترونية للتحكم في المحرك ومحرك الرأس ودائرة تبادل البيانات مع وحدة التحكم على لوحة الدوائر المطبوعة. في بعض الأحيان يتم تثبيت وحدة التحكم مباشرة على هذه اللوحة.

أسئلة لضبط النفس:

1. محركات الأقراص المرنة. التصميم ومبدأ التشغيل والمكونات الرئيسية والخصائص التقنية لـ FDD؛

2. البنية المنطقية للأقراص المرنة.

3. محركات الأقراص الصلبة. مبدأ تصميم وتشغيل محركات الأقراص الصلبة وعوامل الشكل والأنواع ؛

4. الخصائص الرئيسية وأوضاع التشغيل لمحركات الأقراص الثابتة. وحدات التحكم واتصال الأقراص الصلبة؛

5. نماذج التخزين الحديثة.

6. الهيكل المنطقي للقرص الصلب.

7. تنسيق محركات الأقراص الصلبة.

8. أدوات صيانة القرص الصلب.

الموضوع 4.2 محركات الأقراص المضغوطة (RW). دي في دي-آر (رو)

يجب على الطالب:

تملك فكرة، يملك فكرة، أملك فكرة:

· حول الغرض من محركات الأقراص المضغوطة (RW). دي في دي-آر (رو)

يعرف:

· مبدأ التشغيل والمكونات الرئيسية لمحرك الأقراص المضغوطة؛

· خصائص أداء محرك الأقراص المضغوطة؛

· مبدأ التشغيل والمكونات الرئيسية لمحرك أقراص DVD؛

يكون قادرا على:

· توصيل محركات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD؛

محركات أقراص CD-R و(RW) وDVD-R (RW): مبدأ التشغيل والتصميم والمكونات الرئيسية والخصائص التقنية.

القواعد الارشادية

محركات الأقراص المضغوطة

القرص المضغوط هو قرص مضغوط (CD) مصمم لتخزين المعلومات المسجلة مسبقًا عليه رقميًا وقراءتها باستخدام جهاز خاص يسمى برنامج تشغيل القرص المضغوط - محرك أقراص لقراءة الأقراص المضغوطة.

تتضمن عملية تصنيع القرص المضغوط عدة مراحل.

في المرحلة الأولى، يتم إنشاء ملف معلومات للتسجيل اللاحق على الوسط. في المرحلة الثانية، وباستخدام شعاع الليزر، يتم تسجيل المعلومات على وسط، وهو عبارة عن قرص من الألياف الزجاجية مغطى بمادة مقاومة للضوء. يتم تسجيل المعلومات على شكل سلسلة من المسافات البادئة (الضربات) المرتبة حلزونيًا، كما هو موضح في الشكل 6. عمق كل ضربة حفرة (حفرة) هو 0.12 ميكرومتر، والعرض (في الاتجاه العمودي على مستوى الرسم) هو 0.8 - 3.0 ميكرومتر. تم ترتيبها على طول مسار حلزوني بمسافة 1.6 ميكرومتر بين المنعطفات المتجاورة، مما يتوافق مع كثافة تبلغ 16000 TPI (625 TPI). يتراوح طول الشرائط على طول مسار التسجيل من 0.83 إلى 3.1 ميكرومتر.

الشكل 6 - الخصائص الهندسية للقرص المضغوط (أ) ومقطعه العرضي (ب)

في المرحلة التالية، يتم تطوير الطبقة المقاومة للضوء ويتم تعدين القرص. يُطلق على القرص الذي يتم إنتاجه باستخدام هذه التقنية اسم القرص الرئيسي. لنسخ الأقراص المضغوطة، يتم عمل عدة نسخ عمل من القرص الرئيسي باستخدام الطلاء الكهربائي. تُغطى النسخ العاملة بطبقة معدنية أكثر متانة (النيكل على سبيل المثال) من القرص الرئيسي، ويمكن استخدامها كمصفوفات لنسخ الأقراص المضغوطة حتى 10 آلاف قطعة. من كل مصفوفة. يتم إجراء النسخ عن طريق الختم الساخن، وبعد ذلك يتم تعدين جانب المعلومات من قاعدة القرص، المصنوع من البولي كربونات، بطبقة من الألومنيوم ويتم طلاء القرص بطبقة من الورنيش. توفر الأقراص المصنوعة بالختم الساخن، وفقًا لبيانات جواز السفر، ما يصل إلى 10000 دورة من قراءة البيانات الخالية من الأخطاء. سمك القرص المضغوط 1.2 ملم وقطره 120 ملم.

يحتوي محرك الأقراص المضغوطة على الوحدات الوظيفية الرئيسية التالية:

· جهاز التمهيد؛

· وحدة ميكانيكية بصرية

· التحكم في القيادة وأنظمة التحكم الآلي؛

· وحدة فك التشفير والواجهة العالمية.

ويبين الشكل 7 تصميم الوحدة الميكانيكية البصرية لمحرك الأقراص المضغوطة، والتي تعمل على النحو التالي. يقوم محرك كهروميكانيكي بتدوير القرص الموجود في جهاز التحميل. تضمن الوحدة الميكانيكية البصرية أن رأس القراءة الميكانيكية البصرية يتحرك على طول نصف قطر القرص ويقرأ المعلومات. يولد ليزر أشباه الموصلات شعاعًا منخفض الطاقة من الأشعة تحت الحمراء (الطول الموجي النموذجي 780 نانومتر، قوة الإشعاع 0.2 - 5.0 ميجاوات)، والذي يضرب منشور الفصل، وينعكس من المرآة ويتم تركيزه بواسطة عدسة على سطح القرص. يقوم المحرك المؤازر، باتباع أوامر المعالج الدقيق المدمج، بتحريك عربة متحركة بمرآة عاكسة إلى المسار المطلوب على القرص المضغوط. يتم تركيز الشعاع المنعكس من القرص بواسطة عدسة موجودة أسفل القرص، وينعكس من المرآة ويضرب منشور الفصل، الذي يوجه الشعاع إلى عدسة تركيز ثانية. بعد ذلك، يضرب الشعاع جهاز استشعار ضوئي، والذي يحول الطاقة الضوئية إلى نبضات كهربائية. يتم إرسال الإشارات من جهاز الاستشعار الضوئي إلى وحدة فك ترميز عالمية.

الشكل 9 - تصميم وحدة محرك الأقراص المضغوطة الميكانيكية والبصرية

تضمن أنظمة التتبع التلقائي لسطح القرص ومسارات تسجيل البيانات دقة عالية في قراءة المعلومات. تدخل الإشارة الصادرة من المستشعر الضوئي على شكل سلسلة من النبضات إلى مضخم نظام التحكم الآلي، حيث يتم عزل إشارات خطأ التتبع. وتدخل هذه الإشارات في أنظمة التحكم الآلي: التركيز، التغذية الشعاعية، قوة إشعاع الليزر، السرعة الخطية لدوران القرص.

وحدة فك التشفير العالمية عبارة عن معالج لمعالجة الإشارات المقروءة من القرص المضغوط. وهو يتألف من جهازي فك تشفير وجهاز ذاكرة وصول عشوائي ووحدة تحكم للتحكم في وحدة فك التشفير. يتيح استخدام فك التشفير المزدوج إمكانية استعادة المعلومات المفقودة حتى 500 بايت. تعمل ذاكرة الوصول العشوائي كذاكرة عازلة، ويتحكم جهاز التحكم في أوضاع تصحيح الأخطاء.

تتكون وحدة الواجهة من محول رقمي إلى تناظري، ومرشح تمرير منخفض، وواجهة للاتصال بالكمبيوتر. عند تشغيل معلومات صوتية، تقوم DAC بتحويل المعلومات المشفرة إلى إشارة تناظرية، يتم إرسالها إلى مكبر صوت مزود بمرشح تمرير منخفض نشط ثم إلى بطاقة صوت متصلة بسماعات الرأس أو مكبرات الصوت.

فيما يلي خصائص الأداء التي يجب عليك مراعاتها عند اختيار قرص مضغوط لتطبيق معين.

معدل نقل البيانات (DTK) - السرعة القصوى التي يتم بها نقل البيانات من وسيط التخزين إلى ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر. تعد سرعة نقل البيانات العالية لمحرك الأقراص المضغوطة ضرورية بشكل أساسي لمزامنة الصورة والصوت. إذا كانت سرعة الإرسال غير كافية، فقد يتم إسقاط إطارات الفيديو وقد يتم تشويه الصوت.

تتميز جودة القراءة بمعدل الخطأ (Eror Rate) وتمثل احتمالية استقبال بتة معلومات مشوهة عند قراءتها.

متوسط ​​وقت الوصول (AT) هو الوقت (بالملي ثانية) الذي يستغرقه محرك الأقراص للعثور على البيانات المطلوبة على الوسائط.

سعة المخزن المؤقت هي مقدار ذاكرة الوصول العشوائي الموجودة في محرك الأقراص المضغوطة المستخدم لزيادة سرعة الوصول إلى البيانات المسجلة على الوسائط. الذاكرة المؤقتة (ذاكرة التخزين المؤقت) عبارة عن شريحة ذاكرة مثبتة على لوحة محرك الأقراص لتخزين بيانات القراءة.

متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل هو متوسط ​​الوقت بالساعات الذي يميز التشغيل الخالي من الأخطاء لمحرك الأقراص المضغوطة.

في عملية تطوير محركات الأقراص الضوئية، تم تطوير عدد من التنسيقات الأساسية لتسجيل المعلومات على الأقراص المضغوطة.

تنسيق CD-DA (الصوت الرقمي) - قرص صوتي رقمي مضغوط مع وقت تشغيل يبلغ 74 دقيقة.

يعد تنسيق ISO 9660 هو المعيار الأكثر شيوعًا للتنظيم المنطقي للبيانات.

تم اقتراح تنسيق High Sierra (HSG) في عام 1995. ويسمح بقراءة البيانات المكتوبة على القرص بتنسيق ISO 9660 بواسطة جميع أنواع محركات الأقراص، مما أدى إلى تكرار البرامج على الأقراص المضغوطة على نطاق واسع وساهم في إنشاء أقراص مضغوطة تستهدف أنظمة التشغيل المختلفة.

تم تطوير تنسيق Photo-CD في الفترة 1990-1992. وهو مخصص للتسجيل على أقراص مضغوطة وتخزين وتشغيل معلومات الفيديو الثابتة في شكل صور فوتوغرافية عالية الجودة. يحتوي قرص تنسيق Photo-CD على ما بين 100 إلى 800 صورة فوتوغرافية بالدقة المقابلة - 2048 × 3072 و256 × 384، كما يقوم أيضًا بتخزين المعلومات الصوتية.

يتم تصنيف أي قرص مضغوط يحتوي على بيانات نصية ورسومية أو معلومات صوتية أو فيديو على أنه وسائط متعددة. توجد أقراص الوسائط المتعددة المضغوطة بتنسيقات مختلفة لأنظمة التشغيل المختلفة: DOS، Windows، OS/2، UNIX، Macintosh.

تم تطوير تنسيق CD-I (Jntractive) لمجموعة واسعة من المستخدمين كقرص وسائط متعددة قياسي يحتوي على معلومات نصية ورسومية وصوتية وفيديو متنوعة. يتيح لك قرص بتنسيق CD-I إمكانية تخزين صورة فيديو بصوت (ستيريو) ومدة تشغيل تصل إلى 20 دقيقة.

يوفر تنسيق CD-DV (الفيديو الرقمي) إمكانية تسجيل وتخزين فيديو عالي الجودة بصوت استريو لمدة 74 دقيقة. أثناء التخزين، يتم توفير الضغط باستخدام طريقة MPEG-1 (Motion Picture Expert Group).

يمكن قراءة القرص باستخدام جهاز فك ترميز MPEG أو برنامج.

تم تطوير تنسيق 3DO لوحدات تحكم الألعاب.

يمكن أن تعمل محركات الأقراص المضغوطة إما باستخدام واجهة IDE القياسية (E-IDE) أو واجهة SCSI عالية السرعة.

محركات الأقراص المضغوطة الأكثر شهرة في روسيا هي المنتجات التي تحمل العلامات التجارية Panasonic، وCraetive، وSamsung، وPioneer، وHitachi، وTeac، وLG.

محركات أقراص DVD

أدى حل مشكلة زيادة سعة وسائط التخزين الضوئية بناءً على تحسين تكنولوجيا إنتاج الأقراص المضغوطة ومحركات الأقراص، بالإضافة إلى الحلول العلمية والتقنية الموجودة في مجال الفيديو الرقمي عالي الجودة، إلى إنشاء أقراص مضغوطة ذات سعة متزايدة.

جودة الصورة المخزنة بتنسيق DVD قابلة للمقارنة بجودة تسجيلات فيديو الاستوديو الاحترافية، كما أن جودة الصوت ليست أقل جودة من جودة الاستوديو. تتم قراءة المعلومات الصوتية بتنسيق DVD بسرعة 384 كيلو بايت/ثانية، مما يجعل من الممكن تنظيم الصوت متعدد القنوات.

ترجع هذه الإمكانيات لأقراص تنسيق DVD إلى المعلمات المحسنة لسطح عمل الأقراص. مثل الأقراص المضغوطة، يبلغ قطر أقراص DVD 120 ملم. يستخدم محرك أقراص DVD ليزر أشباه الموصلات بطول موجي مرئي يتراوح بين 0.63 و0.65 ميكرون. هذا التخفيض في الطول الموجي (مقارنة بـ 0.78 ميكرون لمحرك الأقراص المضغوطة التقليدي) جعل من الممكن تقليل حجم خطوط التسجيل (الحفر) بمقدار النصف تقريبًا، والمسافة بين مسارات التسجيل - من 1.6 إلى 0.74 ميكرون. تم ترتيب الحفر بشكل حلزوني، كما هو الحال في أسطوانات الفينيل التي يتم تشغيلها لفترة طويلة.

تأتي محركات أقراص DVD-ROM مزودة بوحدة فك ترميز MPEG-2 للأجهزة على شكل بطاقة توسيع لناقل PCI ووحدة فك ترميز البرامج. إن محركات أقراص تسجيل DVD-R وإعادة كتابة DVD-RW قادرة على العمل مع أقراص أحادية الطبقة وأحادية الجانب بسعة تصل إلى 4.7 - 5.2 جيجابايت بسرعة كتابة معلومات تبلغ حوالي 1 ميجابايت/ثانية.

أسئلة لضبط النفس:

1. محركات الأقراص المضغوطة (RW) ومبدأ التشغيل والتصميم والمكونات الرئيسية والخصائص التقنية؛

2. DVD-R (RW): مبدأ التشغيل والتصميم والمكونات الرئيسية والخصائص التقنية.