光盘存储器

光盘存储器(Optical Disc Memory)

　　光盘存储器是指利用光学原理存取信息的存储器，其基本工作原理是利用激光改变一个存储单元的性质，而性质状态的变化可以表示存储的数据，识别性质状态的变化就可以读出存储的数据。

　　随着计算机动画与数字视频技术的发展，多媒体信息容量越来越大，这对数据的存储带来了严峻的考验。

　　20世纪70年代初期，荷兰飞利浦(Philips)公司的研究人员开始研究利用激光来记录和重放信息，并于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Laser．Vision，而该系统于六年后正式投放市场。从此，激光记录技术开始迅速发展起来。它的诞生为数字媒体技术与艺术的发展起到重要的作用，正如纸张的发明对文字记载的作用一样重要。

　　继激光视盘之后，又出现了一系列的激光记录产品，如CD—G、CD—V、Video CD、CD—DA、CD.I、CD—ROM等。

　　(1)存储密度高

　　存储密度是指记录介质单位长度或单位面积内所能存储的二进制位数，单位长度存储的二进制位数称为位密度，单位面积存储的二进制位数称为面密度。光盘上存储一位二进制数只需要1tzmz，其位密度一般可达到1000b/mm，面密度可达到107～108b/mm2。

　　(2)非接触读写方式

　　软盘存储器的磁头与盘面需要接触才能完成读写工作，因而盘面容易被磁头划伤，硬盘存储器的浮动磁头虽与盘面不接触，但其距离小于亚微米数量级，盘面也存在划伤的危险。在光盘存储器中，信息的写入与读出是通过聚焦激光束完成的，透镜与介质表面的距离在1～2 mm，根本没有接触的可能性，所以光盘和激光头的使用寿命都比较长。

　　(3)信息保存时间长

　　光盘的记录介质一般采用特殊材料，如CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)盘的盘基采用防水、耐热聚碳酸酯塑料，WORM(Write Once Read Many)盘采用低熔点碲系抗氧化合金薄膜，用激光束在记录介质上烧蚀出凹坑来记录信息。光盘不像磁盘或磁带因环境影响可能导致退磁，硬盘驱动器的使用寿命多数在5～10年左右，而光盘信息的保存时间至少在30年以上，CD-ROM盘的寿命预计在100年以上。

　　(4)盘面抗污染能力强

　　激光束可以穿过lmm厚的透明层聚焦，所以各种光盘的盘面都加有透明保护层，使记录介质处于密封状态，由于记录介质不与外界相接触，因而可以免受外界灰尘或其他有害物质的污染。

　　(5)价格低廉、使用方便

　　由于光盘可以大量复制，其价格相对较低，一张CD-ROM盘片可以存放650MB信息，相当于400张3.5英寸高密度软磁盘的存储容量，而且能像软磁盘那样随意在驱动器中装卸。随着光盘技术的发展，其价格还在大幅度下降。

　　按照光盘性能的不同，光盘存储器主要分为以下几类。

　　(1)只读型光盘CDROM

　　只读型光盘的主要技术来源于激光唱盘，可以存储650MB信息。CD-ROM盘片上的信息是由生产厂家预先写入的，用户只能读取盘片上的信息，而不能往盘片上写入信息。它主要用于存放固定不变的数据、计算机软件或多媒体演示节目，如计算机辅助教学课件等。CDROM光盘可以大量复制，而且成本非常低廉。

　　(2)一次写入型光盘WORM

　　一次写入型光盘类似于半导体PROM的读写功能，用户可以一次性写入信息。写入的信息将永久保存在光盘上，以后可以任意多次读出，但写入后不能再修改，所以记录信息时一定要慎重。WORM光盘在使用前首先要进行格式化，形成格式化信息区和逻辑目录区，并引入了DOS文件分配表的概念。在光盘的根目录下面是用户定义的逻辑目录，逻辑目录对应文件管理区，在逻辑目录建立的同时，用户可以对其中重要文件进行加密，特别适用于数字图像等文档信息的存储和检索。

　　(3)可擦除重写光盘(Rewrite、Erasable或E-R/W)

　　可擦除重写光盘像磁盘一样可以任意读写数据，不仅可以读出信息，而且可以擦除原存信息后进行重写。根据可擦除重写光盘记录介质的读、写、擦原理来分类，主要有相变型光盘PCD(Phase-Changed Disk)和磁光型光盘MOD(Magnetic Optical Disk)两种类型。

　　(4)照片光盘Photo CD

　　照片光盘或图片光盘在平面设计、印刷和多媒体制作等领域有广泛的应用，照片光盘不仅可以在光驱上使用，也可以在家用VCD(Video Compact Disk)机上使用。Photo CD又分为印刷照片光盘(Print CD)和显示照片光盘(Portfolio CD)。印刷照片光盘专用于平面设计和印刷行业，显示照片光盘主要用于多媒体制作。照片光盘除存放数字照片以外，也可以存放文本、图像或音频信息，因而在视听娱乐领域中也得到广泛应用。照片光盘Photo CD中的每幅图像都可以采用五种不同图像分辨率表示，标准图像分辨率为768×512,最人图像分辨率可以达到3072×2048，其最大容量大约在650MB左右。Photo CD的仔储恪式可以足TIFF、EPS或PCD格式。TIFF与EPS主要供印刷排版使用；PCD格式则多用于图像处理，如Photoshop可直接读取PCD格式，而不必进行格式转换。

　　光盘存储器的技术指标主要包括存储容量、平均存取时间、数据传输速率、误码率和平均无故障时间等。

　　(1)存储容量

　　光盘存储器的存储容量有格式化容量与用户容量之分，格式化容量是指按一定的光盘标准格式化以后的容量，对于不同的光盘标准，每扇区存放的字节数不同，采用不同的驱动程序也会使格式化容量不同；用户容量是指盘片格式化以后容许用户对盘片读写的容量，因为校验、控制、检索等信息需要占用存储空间，因而用户容量小于格式化容量。

　　(2)平均存取时间

　　光盘存储器的平均存取时间是指计算机向光盘驱动器发出命令，到光盘驱动器在光盘上找到读写信息的位置所花费的时问。将光头沿径向移动全程1/长度所需要的时问称为平均寻道时间，盘片旋转一周所需时间的一半称为平均等待时间，平均寻道时间、平均等待时间再加上读写光头的稳定时间就是光盘的平均存取时间。

　　(3)数据传输速率

　　数据传输速率通常是指光头定位以后，单位时间内从光盘的光道上读出的数据位数，与光盘的转速、位密度和道密度密切相关。

　　(4)误码率和平均无故障时间

　　由于光盘制作材料及技术水平的限制，从光盘上读出的数据不可能保证绝对正确。根据测定，一张从未使用过的CD—ROM光盘的原始误码率为3×10 ^{− 4}，有指纹污迹的光盘的原始误码率为6×10 ^{− 4}，而被轻微划伤的光盘的原始率为5×10 ^{− 3}。通过在光道中插入错误检测码EDC、错误校正码ECC和交叉里德·所罗门码CIRC可将误码率降低到10 ^{− 16}～10 ^{− 12}。此外，CD—ROM光盘的平均无故障时间MTBF(mean time between failures)一般都可以达到25000小时以上。

　　为了使不同厂家生产的光盘能够在遵循对应规范的光盘驱动器中通用，国际标准化组织ISO对光盘的物理尺寸、转速、存储容量、数据传输速率、误码率、编码方法和数据格式等多项技术参数作了详细的规定。这些技术规范为软件、硬件设计人员提供了详细的技术说明，也是软件、硬件开发人员进行技术开发的依据。由于国际标准化组织在制定和采纳光盘标准规范文件时，使用了不同颜色的封面，人们也就习惯以标准规范文件的封面颜色来区分不同的光盘标准。例如：

　　1)红皮书规范。这是CD标准的第一个文件，即CD—DA(CD—Digital Audio)激光数字音频光盘规范，发表于1981年。

　　2)黄皮书规范。这是1985年提出的CD—ROM基本标准，1988年正式被国际标准化组织制定为ISO 9660规范。

　　3)绿皮书规范。这是1987年为交互式光盘CD—I(CD.Interactive)制定的技术标准。

　　4)蓝皮书与橙皮书规范。蓝皮书规范是1985年为CD—woRM光盘制定的标准。由于蓝皮书规范与光盘的基本标准红皮书规范在逻辑格式上完全不兼容，因而没有得到推广应用。蓝皮书规范目前已被橙皮书规范完全取代，橙皮书规范成为CD．WORM光盘的正式标准。

　　5)CD—ROM XA(Extellded ArchitectIlre)规范。1988年由Phmps、Sony和Microsoft公司共同制定的一种CD—ROM扩展结构。随后于1992年又制定了CD.ROM XAⅡ规范，对应于ISO 9660 II规范。

　　6)白皮书规范。由绿皮书规范演化而来，是1992年针对VCD(Video Compact Disk)光盘制定的标准，采用MPEG压缩算法压缩音频与动态图像。