Wie alles begann: optische Datenträger und ihre Geschichte

Optische CDs wurden 1982 öffentlich verfügbar, der Prototyp wurde noch früher veröffentlicht – 1979. Ursprünglich wurden CDs als Ersatz für Vinyl-Discs entwickelt, als qualitativ hochwertigere und zuverlässigere Medien. Es wird angenommen, dass Laserdiscs das Ergebnis der gemeinsamen Arbeit von Teams zweier Technologiekonzerne sind – dem japanischen Sony und dem niederländischen Philips.

Gleichzeitig wurde von sowjetischen Wissenschaftlern die Grundtechnologie der „kalten Laser“ entwickelt, die das Erscheinen von Laserscheiben ermöglichte Alexander Prochorow и Nikolay Basov. Für ihre Erfindung wurden sie mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die Technologie entwickelte sich weiter und in den 70er Jahren entwickelte Philips ein Verfahren zur Aufnahme von CDs, was den Beginn der CD markierte. Zunächst entwickelten die Ingenieure des Unternehmens ALP (Audio Long Play) als Alternative zu Schallplatten.

Der Durchmesser der ALP-Scheiben betrug etwa 30 Zentimeter. Wenig später reduzierten die Ingenieure den Durchmesser der Scheiben und die Spielzeit wurde auf 1 Stunde verkürzt. Den Anfang machten Laserdiscs und ein Abspielgerät dafür gezeigt Philips im Jahr 1979. Danach begann das Unternehmen, nach einem Partner für die weitere Arbeit an dem Projekt zu suchen – die Entwickler sahen die Technologie als international an und es war schwierig, sie auf das erforderliche Niveau zu entwickeln und alleine bekannt zu machen.

Der Anfang von allem

Das Management beschloss, Kontakte zu Technologieunternehmen aus Japan zu knüpfen, da dieses Land zu dieser Zeit an der Spitze der High-End-Technologien stand. Zu diesem Zweck reisten Philips-Delegierte in das Land und trafen sich mit dem Präsidenten von Sony, der sich für die Technologie interessierte.

Fast sofort war da gebildet Ein Team von Philips-Sony-Ingenieuren entwickelte die ersten Spezifikationen der Technologie. Der Vizepräsident von Sony bestand darauf, die Lautstärke der CD zu erhöhen; er wollte, dass die Kompaktanlage Beethovens Neunte Symphonie aufnehmen kann, wofür die CD-Lautstärke von 1 Stunde auf 74 Minuten erweitert wurde (es gibt auch die Meinung, dass dies gerechtfertigt ist). eine schöne Marketinggeschichte). Die Datenmenge, die auf eine solche Festplatte passt, beträgt 640 MB. Ingenieure haben auch Klangqualitätsparameter entwickelt. Beispielsweise wurde die Abtastfrequenz von Stereosignalen auf 44,1 kHz (für einen Kanal 22,05 kHz) bei einer Bitbreite von jeweils 16 Bit geregelt. So entstand der Red-Book-Standard.

Der Name der neuen Technologie tauchte nicht plötzlich auf – sie wurde aus mehreren Optionen ausgewählt, darunter Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Daher kombinierten die Entwickler die beiden Titel, wodurch eine Hybrid-Compact Disc entstand. Nicht zuletzt wurde dieser Name aufgrund der wachsenden Beliebtheit von Audiokassetten (Technologie) gewählt Kompakte Kassette).

Philips und Sony spielten auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Spezifikation für die ersten digitalen CDs, das sogenannte Yellow Book oder CD-ROM. Die neue Spezifikation ermöglichte es, nicht nur Audio-, sondern auch Text- und Grafikdaten auf Datenträgern zu speichern. Der Disc-Typ wurde beim Lesen des Headers automatisch ermittelt. Das Problem bestand darin, dass eine Yellow-Book-kompatible CD nur mit einem bestimmten Laufwerkstyp funktionieren konnte, der nicht universell war.

Am 17. August 1982 erschien die erste CD im Philips-Werk in Langenhagen, Deutschland. Darauf wurde das Album aufgenommen Die Besucher ABBA-Gruppe. Bemerkenswert ist, dass die Lackbeschichtung der ersten Scheiben nicht von sehr hoher Qualität war, so dass Käufer von Kompaktscheiben diese häufig beschädigten. Mit der Zeit hat sich die Qualität der Discs verbessert. In den ersten Jahren wurden sie ausschließlich in Hi-Fi-Geräten verwendet, sie dienten als Ersatz für Schallplatten und Kassetten.

Seit dem Jahr 2000 sind 700-MB-Discs im Handel erhältlich, die die Aufnahme von Audio mit einer Gesamtdauer von bis zu 80 Minuten ermöglichten. Sie haben 650-MB-Laufwerke komplett vom Markt verdrängt. Es gibt auch 800-MB-Medien, die jedoch nicht für alle Laufwerke geeignet waren und daher keine sonderliche Verbreitung fanden. Durch die Reduzierung des Gleisabstandes konnte der zur Datenspeicherung zur Verfügung stehende Platz vergrößert werden. So beträgt beispielsweise bei Festplatten mit einer Kapazität von 650 MB der Abstand zwischen den Spuren 1,7 Mikrometer, bei 800-MB-Festplatten reduziert sich dieser Wert auf 1,5 Mikrometer. Außerdem beträgt die Geschwindigkeit für Ersteres 1,41 m/s und für Letzteres 1,39 m/s.

Wie funktioniert das

Die Scheibe besteht aus mehreren Schichten. Das Substrat besteht aus Polycarbonat, seine Dicke beträgt 1,2 mm, der Durchmesser beträgt 120 mm. Auf das Substrat wird eine weitere Schicht aufgebracht – Metall (es kann Gold, Silber oder am häufigsten Aluminium sein). Anschließend wird die Metallschicht mit Lack geschützt, auf den Grafiken aufgebracht werden. Der Untergrund schützt die Metallschicht zuverlässig, sodass sehr tiefe Kratzer das Ablesen beeinträchtigen. Der Durchmesser des Lochs in der Scheibe beträgt 15 mm.

Datenspeicherformat für Festplatten - Rotes Buch (oben diskutiert). Lesefehler werden mithilfe des Reed-Solomon-Codes korrigiert, sodass leichte Kratzer die Lesbarkeit der Disc nicht beeinträchtigen.

Die Daten werden in Form einer spiralförmigen Spur sogenannter Pits (Aussparungen) auf die Festplatte geschrieben, die in die Polycarbonatbasis extrudiert werden. Die Tiefe jedes Pits beträgt etwa 100 nm und die Breite 500 nm. Pitlänge von 850 nm bis 3,5 µm. Die Vertiefungen streuen oder absorbieren Licht, das Substrat reflektiert. Somit ist die bespielte Platte ein hervorragendes Beispiel für ein reflektierendes Beugungsgitter.

Das Auslesen der Scheibe erfolgt mithilfe eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 780 nm, der von einem Halbleiterlaser ausgesendet wird. Das Prinzip des Lesens besteht darin, Änderungen in der Intensität des reflektierten Lichts zu registrieren. Damit der Laserstrahl auf der Informationsschicht konvergiert, beträgt der Durchmesser des Lichtflecks in diesem Fall 1,2 Mikrometer. Das maximale Signal wird zwischen den Pits aufgezeichnet. Trifft es auf die Grube, wird eine geringere Lichtintensität registriert. Intensitätsänderungen werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, mit dem das Gerät arbeitet.

Wie die Disc erstellt wird

• Der erste Schritt besteht darin, die Daten für den Start in die Serie vorzubereiten;
• Die Fotolithographie ist die zweite Stufe und ist der Prozess der Erstellung eines Scheibenstempels. Zunächst wird eine Glasscheibe erstellt, auf die eine Schicht aus Fotolackmaterial aufgetragen wird und auf der Informationen aufgezeichnet werden. Unter Lichteinfluss verändert das Material seine physikalischen und chemischen Eigenschaften;
• Die Daten werden mit einem Laserstrahl erfasst. Wenn die Laserleistung zunimmt (wenn eine Grube erzeugt werden muss), werden die chemischen Bindungen der Moleküle des Fotolackmaterials zerstört und es gefriert;
• Der Fotolack wird geätzt (auf unterschiedliche Weise, vom Plasma bis zur Säure), vom Laser nicht betroffene Bereiche werden aus der Matrix entfernt;
• Die Scheibe wird in ein galvanisches Bad gelegt, wo sich auf ihrer Oberfläche eine Nickelschicht abscheidet;
• Die Scheiben werden im Spritzgussverfahren gestanzt, wobei die ursprüngliche Glasscheibe als Ausgangsmaterial dient;
• Anschließend wird Metall auf die Informationsschicht aufgesprüht;
• Auf der Außenseite wird ein Schutzlack aufgetragen, auf dem bereits ein grafisches Bild aufgebracht ist.

Was ist mit CD-RW?

CD-RW ist eine Art CD, die 1997 eingeführt wurde. Der Standard hieß ursprünglich CD-löschbar (CD-E, löschbare Compact Disc).

Dies war ein echter Durchbruch auf dem Gebiet der Aufzeichnung und Speicherung von Informationen. Schließlich war es der Traum tausender Ingenieure und Anwender, ein kostengünstiges und geräumiges Speichermedium zu bekommen. Eine CD-RW ähnelt in Struktur und Funktionsprinzip einer normalen CD, die Aufnahmeschicht ist jedoch anders – es handelt sich um eine spezielle Legierung aus Chalkogeniden. Am häufigsten wird Silber-Indium-Antimon-Tellur verwendet. Beim Erhitzen über den Schmelzpunkt geht eine solche Legierung von einem kristallinen in einen amorphen Zustand über.

Der Phasenübergang ist in diesem Fall reversibel, was die Grundlage für den Umschreibprozess ist. Die Dicke der aktiven Schicht der Scheibe beträgt nur 0,1 Mikrometer, sodass die Substanz leicht mit einem Laser beeinflusst werden kann. Der Aufnahmevorgang erfolgt bei Einwirkung eines Laserstrahls; in diesem Fall verwandelt sich die aktive Schicht in eine Schmelze (die Bereiche davon, die vom Laser beeinflusst wurden). Anschließend diffundiert die Wärme in das Substrat und die Schmelze geht in einen amorphen Zustand über. Bei amorphen Segmenten ändern sich Eigenschaften wie Dielektrizitätskonstante, Reflexionsgrad und damit die Intensität des reflektierten Lichts. Es enthält Informationen über die Aufnahme auf der Festplatte. Das Auslesen erfolgt mit einem Laser geringerer Leistung, der die aktive Schicht nicht beeinträchtigen kann. Während der Aufnahme wird die aktive Schicht auf 200 Grad Celsius erhitzt, wodurch sie erneut einen Phasenübergang in einen kristallinen Zustand durchläuft.

Wiederholter Gebrauch von CD-RW führt zu mechanischer Ermüdung der Arbeitsschicht. Daher verwendeten die Ingenieure, die die Technologie entwickelten, Stoffe mit einem niedrigen Ermüdungskoeffizienten. Eine CD-RW übersteht etwa tausend Wiederbeschreibzyklen.

DVD – noch mehr Kapazität!

DVDs erschienen erstmals 1996 in Japan als Reaktion auf die Nachfrage von Verbrauchern und Unternehmen nach immer größeren Speichermedien. Ursprünglich wurden Festplatten mit hoher Kapazität von mehreren Unternehmen gleichzeitig entwickelt. Es haben sich zwei unabhängige Entwicklungsrichtungen herausgebildet: Multimedia Compact Disc (Philips und Sony), - Super Disc (8 große Konzerne, darunter Toshiba und Time Warner). Wenig später verschmolzen beide Richtungen unter dem Einfluss von IBM zu einer. Sie überzeugte die Partner davon, die Ereignisse des „Formatkriegs“ nicht zu wiederholen, als es einen Kampf um die Priorität zwischen dem Video Home System und den Betamax-Videokassettenstandards gab.

Die Technologie wurde im September 1995 angekündigt und die Entwickler veröffentlichten im selben Jahr Spezifikationen. Der erste DVD-Brenner kam 1997 auf den Markt.

Durch den Einsatz eines roten Lasers mit einer Wellenlänge von 650 nm konnte die Aufnahmekapazität bei gleichen Abmessungen erhöht werden. Der Spurabstand ist halb so groß wie der einer CD und beträgt 0,74 Mikrometer.

Blu-Ray ist das fortschrittlichste optische Medium

Eine andere Art optischer Medien mit einer viel höheren Datendichte als CD oder DVD. Der Standard wurde vom internationalen Konsortium BDA entwickelt. Der erste Prototyp erschien im Oktober 2000.

Bei der Technologie kommt ein kurzwelliger Laser (Wellenlänge 405 nm) zum Einsatz, daher der Name. Das „e“ wurde entfernt, da der Ausdruck „blue ray“ im Englischen gebräuchlich ist und nicht patentiert werden kann. Durch den Einsatz eines blauen (blauvioletten) Lasers konnte die Spur auf 0,32 Mikrometer verkleinert und so die Datenaufzeichnungsdichte erhöht werden. Die Medienlesegeschwindigkeit wurde auf 432 Mbit/s erhöht.

UDF – Universelles Festplattenformat

UDF ist eine Dateisystemformatspezifikation, die vom Betriebssystem unabhängig ist. Es ist für die Speicherung von Dateien auf optischen Medien konzipiert – sowohl CD, DVD als auch Blu-Ray. Für beschreibbare Dateien gibt es bei UDF keine Beschränkung auf 2 GB oder 4 GB, daher ist es ideal für DVDs und Blu-Rays mit hoher Kapazität.

Optische Datenträger und das Internet

Technologieunternehmen verbessern weiterhin optische Datenträger. So konnten Sony und Panasonic bereits 2016 die Kapazität optischer Medien auf 3,3 TB erhöhen. Gleichzeitig bleibt die Leistung der Festplatten laut Sony-Vertretern bis zu 100 Jahre erhalten.

Allerdings verlieren alle Arten von optischen Datenträgern allmählich an Popularität – mit der Entwicklung des Internets verschwindet für Benutzer die Notwendigkeit, Daten auf Datenträgern zu sammeln. Informationen können in der Cloud gespeichert werden, was viel bequemer ist (wie sicher sie ist, ist eine andere Frage). CDs erfreuen sich nicht mehr annähernd der Beliebtheit wie noch vor ein paar Jahren, werden aber höchstwahrscheinlich nicht völlig in Vergessenheit geraten (wie im Fall von Audiokassetten) – sie werden zur Archivierung wichtiger Geschäftsinformationen verwendet.

Wenn Terabyte-optische Datenträger in Produktion gehen, wird ihre Verwendung begrenzt sein – vielleicht werden sie für den Vertrieb von 4K-Filmen und modernen Spielen mit einer Vielzahl von Boni verwendet. Vor allem aber werden sie zum Erstellen von Backups verwendet. Und wenn Sony die Wahrheit über die jahrhundertealte Sicherheit aufgezeichneter Daten sagt, werden Unternehmen die neue Technologie sehr aktiv nutzen.

Source: habr.com