Informatika | Tanulmányok, esszék » Lackner Gábor - Optikai háttértárolók

Optikai háttértárolók Bevezetés az optikai adattárolásba Az optikai adattárolásnak két alaptípusa van. Magnetooptikai (MO) és a Compact Disc (CD) Az MO meghajtók a hard disk-ek minden elônyét nyújtják a hátrányok nélkül. Az MO meghajtók írható optikai lemezeket használnak. A nagy sebesség és a gyakorlatilag végtelen kapacitás miatt az MO meghajtók ideális gyors, on-line adattárolók. Az MO technológia népszerûsödésével az árak csökkeni fognak és a nagyteljesítményû MO meghajtók bárki számára elérhetôk lesznek. Kétségtelen tény, hogy napjaink legdinamikusabban növekedô számítástechnikai ágazata a multimédia. Természetesen itt is a legideálisabb adathordozó a CD A hang CD készítéséhez hasonlóan itt is igen fontos, hogy a fejlesztés egyes fázisaiban ellenôrizni lehessen az eredényt. A minta CD-k elkészítése a hagyományos módszerrel lassú és drága A CD-R segítségével folyamatosan lehet az egyes munkafázisok

eredményét ellenôrizni. A CD-R érzéketlen a külsô mágneses és elektromos hatásokra nem igényel különleges klímát és a lemezek élettartamét a gyártók több évtizedre garantálják. A Compact Disc története A nagyközönség a szórakoztató elektronikában figyelhetett fel elôször a CD technológiára. A nyolcvanas évek elején a CD (pontosabban CD-DA, Compact DiscDigital Audio) megjelenése a Hi-Fi technikában hatalmas áttörést hozott. Ne volt többé kattogás a karcos lemeztôl, nem volt többé sistergés, recsegés, barázda áthallás csak tiszta, plasztikus hangzás. A hang CD diadalútja közben a mérnökök lázasan dolgoztak azon, miképpen lehetne a CD-t számítógépes adatok tárolására is alkalassá tenni. Egyetlen darab CD-re 74 perc kiváló inôségû zenei anyag vehetô fel, és a zenerajongókat elbûvölte a tökéletes minôség. A mérnökök azonban azt is tudták, hogy a binárisan kódolt, 16 bites információ a lemezen 650 MB

helyet foglal. Ez a kapacitás a száítógépek világában hatalmasnak számított, mivel akkoriban egy 40 MB-os hard disk is a legtitkoltabb álmok beteljesülésének számított. CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory). Ez volt az elsô Cd technológiából kifejlesztett adathordozó, ami megjelent a számítógépes piacon, és azonnal kitûnô alternatívát nyújtott a floppy meghajtókkal szemben. Programok és információs állományok (pl enciklopédiák, szótárak) egyetlen CD-n történô terjesztése sokkal gazdaságosabb és kényelmesebb, mint tucatnyi floppy lemezen. Annál is inkább, mert a CD-ROM meghajtók rohamosan kezdtek terjedni. A CD technológiát eredetileg a két jól ismert elektronikai óriás a Sony és a Philips fejlesztette ki. Természetesen a technológiát szabadalmaztatták, így a CD és CD lejátszó gyártásához mindenkor a Sony és Philips licence lehetséges. A licence-nek mindig meg kell felelni a Philips és a Sony által meghatározott

ajánlásoknak, az úgynevezett színes könyvnek (Color Book). Elôször a hang CD szabványt rögzítették a vörös könyvben (Red Book) 1985-ben jelent meg a sárga könyv (Yellow Book), ami a számítógépes adatok rögzítési és lejátszási szabványát adta meg. Szabványok A CD-ROM állomány felépítését (file formátum) a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO, International Standards Organization) határozta meg 1987-ben. Az ISO 9660 szabvány olyan általános ipari szabvány, ami lehetôvé teszi, hogy a CD-ROM lemezek gyakorlatilag minden CD meghajtón olvashatók, a számítógép típustól és operációs rendszertôl függetlenül. A Red Book kiegészítéseként van Yellow, Green, Orange és White Book is. Többek között a szabványok azt is meghatározzák, hogy fizikailag hogyan helyezkedjen el az információ a lemezen. A "fizikai formátum" megadja a lemez méreteit, de azt a módszert is, miként legyen szervezve az információ a

lemezen. Ez utóbbi hasonlít ey térképre, ami meghatározza a sávokat és szektorokat ahová adatokat lehet írni. A digitálisan kódolt adatokat bitek és byteok formájában tárolják, amik állományokat alkotnak Nyilvánvalóan ezeket az adatokat elôre meghatározott helyre kell tenni az adathordozón, hogya számítógép a késôbbiekben könnyen könyen megtalálhassa ôket. Ha egy meghatározott állományra van szükség, a számítógép operációs rendszere az állomány neve alapján tudja az adathordozón megtalálni. Az allományok elhelyezkedését a lemezen a logikai file formátum határozza meg. Ez írja le, hogyan szervezôdnek az állományoka lemezen, hasonlóan ahhoz ahogy a könyvek elrendezését határozzák meg a könyvtári polcokon. A logikai file formátumok különböznek a különbözô operációs rendszerekben. Ezért kell például különbözôképpen formázni a lemezeket PC-s és MAC rendszereken. A Color Book szabványok nem határozzák

meg a CD-ROM lemez logikai file formátumát. Ezt rábízza gyártókra. Mivel minden operációs rendszer különbözô logikai állományformátumot használ, a platformfüggetlenség nem adódik közvetlenül. Emiatt a számítógépes mérnökök egy csoportja (High Sierra Group) megalkotott egy szabványt a Yellow Book alapján. A High Sierra szabvány CD-k olvasásának követelményeit adja meg különbözô platformokon: Macintosh, MS-DOS, UNIX, VMS. Rögtön azután, hogy a gyártók elfogadták a High Sierra szabványt, a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet az ISO is elfogadta azt némi módosítással. A Color Book szabványokkal ellentétben az ISO 9660 szabvány nem határozza meg az adat fizikai formátumát a CD-n. Az ISO 9660 csak azt adja meg, miként helyezkedjen el az adat a CD sávjain és szektorain. Mivel az ISO 9660 nemzetközi szabvány, a szabvány szerinti CD-ROM és CD-R lemezek használhatók a legtöbb számítógépen és operációs rendszeren. Ne

felejtsük el azonban, hogy az operációs rendszerek eredetileg mágneses lemezek kezelésérelettek felkészítve. Ahhoz, hogy különbözô operációs rendszerek olvasni tudják az ISO 9660 szabvány szerinti CD-ket, ezeket el kell látni a megfelelô meghajtó programokkal. így a Microsoft kifejlesztette az MSCDEX programot az MS-DOS-hoz, az Apple kibocsátotta az Apple Extensions programot a MAC felhasználóknak. Ennek megfelelôen mindgyeik gépen használhatók a szabványos lemezek. A Red Book a hang CD szabványa. A hangállományok egy vagy több track (sáv) formájában helyezkednek el a lemezen. Egy track általában egy szám A track-ek 1-75 sec hosszúságú szektorokból állnak és mindegyik szektor 2353 byte mennyiségû hanginformációt tartalmaz. Ebbôl egyszerûen adódik, hogy másodpercenként 176400 byte információt kell kiolvasni. A CD-DA (Compact Disc-Digital Audio) lemez legfeljebb 99 track-et tartalmazhat és a maximális elméleti játszási idô 72

perc körül van. A tartalomjegyzék minden Cd elején megadja minden track helyét percben, másodpercben és szektorban. A Red Book meghatározza a hiba detektáló kódot és hiba javító kódót (error detection code EDC, error correction code ECC). A kódók segítségével a kissé sérült lemezrôl is hibátlan, vagy jó minôséggel interpolált zenei anyag kapható. A hang CD-n a néhány bites hiba nem tud olyan nagy mértékû torzítást okozni a hangon ,hogy azt bárki észrevegye. Ugyanakkor egyetlen bit hiba is teljes mûködésképtelenséget eredményezhet egy számítógép programnál. Az ilyen rendszereknél alapkövetelmény a hibamentes adatrögzítés és visszaolvasás. A Red Book után a Philips és a Sony kibocsátotta a CD-rom szabványt, ami Yellow Book néven is ismert. Ez a szabvány azt adja meg, hogyal kell a számítógépes adatokat tárolni CD-n. A Yellow Book két rögzítési módót ír le A Mode 1 ajánlás sokkal hatékonyabb hibajavítást

ír le, mint a Red Book a hanginformációkhoz. A CD-ROM Mode 1 ajanlás a számítógépes adatok rögzítését definiálja, a CD-ROM Mode 2 pedig tömörített hang- és videoinformációkét. Mode 1: A Yellow Book ugyanolyan hibakódokat definiál, mint a Red Book, de szektoronként elhelyez egy 276 byte hosszúságú hibakorrekciós kódot. A maradék 2048 byte szolgál az adatok fogadására szektoronként. Bár ez lecsökkenti a felírható adatok mennyiségét, igen komoly adatbiztonságot jelent. Mode 2: A Mode 2 ajánlás a Red Book-nál kevésbé szigorúbb hibakorrekciót kínál és hang valamint kép tárolására szolgál a CD-I és a CD-ROM-XA (Extended Architecture) szabványoknál. A CD-I (Compact Disc-Interactive) szabvány Green Book néven ismert. A CD-I szabványt multimédia alkalmazások létrehozására alkották. Segítségével a különbözô hang és adatsávok szinkronizálhatók. A CD-I olyan multimédia alkalmazásokat tesz lehetôvé, amelyek eyszerre

kezelnek hangot, grafikát, animációt és mozgó videót. Az Orange Book a CD-MO (Compact Disc MagnetoOptical) és a CD-WO (Compact DiscWrite Once) ajánlást írja le. Az Orange Book két részre oszlik Az elsô rész a CD-MO technológiával foglalkozik, olyan magneto-optikai adattárolási lehetôséggel, ami többször írható leezt használ, de teljesen különbözik a CD-R-tôl. A második rész a CD-WO ajánlást adja meg. A lemezek itt teljesen különböznek a megszokott CD-ktôl, mivel speciális mûanyag kazettában vannak és hagyományos CD-ROM meghajtókkal nem használhatók. A legfontosabb azonban, hogy az Orange Book megadja a multisession írás mikéntjét. A multisession írás lehetôvé teszi a felhasználó számára, hogy egy lemezt el kezdjen írni, majd késôbb tetszés szerint folytassa az írást egészen addig, amíg a lemez meg nem telik. Ez nagyon sok alkalmazásnál fontos lehet. Sajnos két session között elég sok hasznos terület vész el. A

Sony, a Philips, a JVC és a Matsushita közösen dolgozta ki a White Book-ot, ami a CD video szabványt adja meg. Az ajánlás az ISO MPEG-1 szabványt használja a hang és video jelek mintegy 50:1 arányú tömörítésére. A White Book a mozgó video és hang rögzítését CDROM-XA formátumban javasolja A Yellow Book határozza meg az írható CD (CD-R) szabványt is. Nagyon fontos látnunk azt, hogy az egységes szabvány léte biztosítja, hogy a CD lemezek minden rendszeren ugyanúgy olvashatók. Ugyanakkor ezzel a Sony és a Philips hatalmas potenciális végfelhasználói piacot is meghatározott. A CD technika alapjai A szabványos CD-rom lemez 4 3/4" (120 mm) átmérôjû és 1,2 mm vastag. Egy átlátszó polikarbonát mûanyag hordozóra alumínium (vagy arany) réteget, majd egy lakkréteget visznek fel. A polikarbonát hordozót öntési eljárással készítik, melynek során az egyik oldalán apró bemélyedéseket hoznak létre. Erre az oldalra viszik fel

a jól tükrözô alumínium réteget, majd a lakkréteget, ami véd az oxidációtól és a mechanikus sérülésektôl. A tükrözô réteg felületét land-nek a bemélyedéseket pedig pit-nek hívják. A pitek spirál alakban sorakoznak a lemezen, belülrôl kifelé. A lemez olvasásakor a CD játszó vagy meghajtó lézersugarat bocsát a polikarbonát hordozón keresztül az alumínium felületre. A sugár a pit-ekrôl és land-ekrôl különbözô ódon verôdik vissza, ami gyakorlatilag megfelel az "egyeseknek" és "nulláknak". Sokak elképzelésével ellentétben a pit nem "egyest" és a land nem "nullát" jelent. Valójában a pit és a land is "nullát" jelent, íg a pit és a land közötti átmenet jelent "egyest". Amikor a letapogató lézersugár pit és land közötti átmenetre és, a visszaverôdött sugár állapotában bekövetkezett változás jelenti az "egyest". A különbözô hosszúságú

pit-ek és land-ek különbözô számú "nullát" jelentenek. Mûszaki okok miatt a pit-ek és a land-ek nem hordozhatnak 3 bitnél rövidebb és 11 bitnél hosszabb információt, beleértve a pit és land közötti átmenetet, ami "egyest jelent". Például az "100" a legrövidebb lehetséges bitsorozat a CD-n. Ennek értelmében a "00000100" szám megengedett, de a "00000110" már nem Ez egyszerûen azt jelenti, hogy a 8 bites bináris számábrázolást a CD technika nem teszi lehetôvé. Emiatt itt egy 14 bites kódolást alkalmaznak, és a kiolvasáskor a 14 bites szavakat visszakódolják a megszokott 8 bitesekké. A mágneslemezek állandó szögsebességgel (Constant Angular Velocity - CAV) forognak. Azaz a lemez fordulatszáma állandó, aminek következtében a belsô sávok sebessége kisebb, mint a külsôké. Következésképp a belsô sávokban nagyobb az adatsûrûség, mint a külsô sávokban. A CD ezzel ellentétben

Allandó lineáris sebességgel (Constant Linear Velocity CLV) forog. Ez azt jelenti, hogy amikor a lézersugár a belsô sávokat olvassa le, a szögsebesség nagyobb, mint amikor a külsôket. így az adatsûrûség állandó és a tárolható információ mennyisége is nagyobb, mint a mágneslemezeknél. Ugyanakkor a hozzáférési idô valamelyest csökken, mivel a lemez szögsebességét a lézersugár helyzetének függvényében állandóan változtatni kell. Míg a tömegben gyártott CD-ken a pit-eket a gyártás során hozzák létre, a CD-R lemezek üresek. A CD-R lemezek polikarbonát hordozója hasonló a CD-ékhez, de a gyártás során felvisznek a lemezre egy spirális sávot, ami az íráskor a lézersugár pozícionálását segíti. Az alumíniumréteg helyett egy szerves festékréteget használnak, majd erre egy vékony aranyréteg kerül. Az aranyréteg jó visszaverô képességû és nem korrodeál a festékréteggel érintkezve. Ezután védô lakkréteget

visznek fel A CD író a lézersugarat a festékrétegre fókuszálja és az írás során beégeti azt. Ilyen módon a pit-hez hasonló elváltozás lép fel a rétegen. Ennek megfelelôen gyakorlatilag az összes szabványos CD meghajtó képes az ilyen módon elkészített lemezeket olvasni. A pit-ek sûrûn sorakoznak a sávokon, amelyek 1,6 mikron távolságra vannak egymástól. A CD-n intey tízszer annyi adatsáv van, mint a mágneslemezeken, ezért az adatsûrûség is sokkal nagyobb. Magneto-optikai adattárolás A CD technika fejlôdésével párhuzamosan vetôdött fel az igény nagykapacitású, tetszôlegesen újraírható, cserélhetô adathordozót alkalmazó megoldások iránt. Ennek jelenleg legsikeresebb képviselôi a megneto-optikai meghajtók, amelyek középtávon komoly vetélytársai lesznek a mágneses hard disk-eknek. Az optikai meghajtók a mágneslemezes meghajtókhoz hasonlóan gyors, tetszôleges hozzáférést tesznek lehetôvé, nagy az

adatátviteli sebességük, ugyanakkor az MO lemezek olcsók, könnyen szállíthatók és érzéketlenek a környezeti hatásokra. Az adat felírása során a megneto-optikai lemez felületére lézersugarat fókuszálnak, ami az anyagot a Curie pont fölé (mintegy 200 °C) melegíti. Ebben az esetben az anyag mágneses doménjeinek polarizációs iránya külsô mágneses tér hatására elforgatható. Ennek megfelelôen az információt a domének polarizációja reprezentálja, amit egy külsô mágnessel állítanak be. A lehûlés után a domének "befagy"-nak és tartósan megôrzik mágneses állapotukat. Az ilyen módon rögzített adatokat szintén lézerrel lehet kiolvasni a Kerr effektust felhasználva. A lejátszáskor a Kerr effektusnak megfelelôen a lineárisan polarizált lézersugár polarizációs síkja, mintegy 0,5 fokot elfordul, amikor a felmágnesezett résszel találkozik. Megfelelô hibajavító kódolást alkalmazvaolyan jó jel/zaj viszony

érhetô el a kiolvasásnál, hogy a hibaarány jobb, mint 1/1E+12. Az adatbiztonság meglehetôsen nagy, a gyártók 30 év garanciát adnak a felírt adat élettartamára. Fontos megemlíteni az optikai meghajtókon alapuló jukeboxokat is. Ezeknél a berendezéseknél egy robotechanizmus cserélgeti és forgatja az MO lemezeket egy vagy több optikai meghajtóban. Segítségükkel hatalmas on-line adatbázisok hozhatók létre A jukeboxok kapacitása sok száz GB is lehet A megneto-optikai adattárolás legnagyobb elônye ma a gyakorlatilag végtelen kapacitás és a különleges adatbiztonság. Ugyanakkor szem elôtt kell tartanunk, hogy ez a technológia még komoly tartalékokkal rendelkezik és az egyik legígéretesebb high-tech irányzat a mai számítástechnikában. A jövôbeni fejlôdés iránya egyrészt a meglévô eszközök árának csökkenése, másrészt a tároló kapacitás jelentôs növekedése. Az optikai tárolókapacitás növekedését eredményezhetik az

alábbi módszerek: * Rövidebb hullámhosszúságú lézerforrás alkalmazása. A mai meghajtók vörös lézerekkel dolgaznak (670-690 nm). A kzeljövôben várható a kék lézerforrások alkalmazása (430 nm) A lencserendszer numerikus apertúrájának növelésével még tovább növelhetô az adatsûrûség. Ezzel a két eljárással mintegy 4-szeresére növelhetô az adatsûrûség. * Többrétegû lemez alkalmazásával akár 10-szeres adatsûrûség is elérhetô. * Több egyéb finomítást alkalmazva (jobb felületkihasználás, a lézer modulációjának finomítása stb.) további, akár 4-szeres sûrûségnövekedés is elérhetô CD-ROM egységek A CD hanglemezek sikerének köszönhetõ, hogy ezt a hordozót széles körben, olcsón lehet gyártani, felhasználni. Mivel a hangot is digitális formában rögzítik a CD lemezeken, az adatbázisok, programok, képek, hangok, filmek, stb. tárolására való áttérés egyszerû volt, nem érintette az adathordozó

fizikai formátumát. A 8, 12cm-es CD lemez kapacitása lemezenként 150Mbájt, 540Mbájt tömörítettlen információ tárolását tette lehetõvé. Néhány olyan kérdést kellett megoldani, ami a hangfelvételek lejátszásánál nem okoz problémát. Ilyenek például az adatok kezelésénél az adatrekordok azonosítása, hibák felismerése, javítása, az adatok típusának tárolása. Ezeket a módosításokat a felírt adatok szervezésével egyszerûen meg lehet oldani. Az egyszerûbb meghajtók csak CD-ROM lemezeket tudnak olvasni. A hang lejátszás parancsok beépítésével késõbb megjelentek a multimédia meghajtók. A Photo- CD elterjedésével a meghajtókat több lépcsõben (Multi-session), kiterjesztett architectúra módban rögzített (XA) lemezek olvasására is felkészítették, így a lemezeken különbözõ idõben rögzíthettek felvételeket. Önálló adatbázis-kezelõ gépek, játékautomaták részére fejlesztették ki az interaktív CD (CD-I)

formátumú CD-ket, melyeken a felhasznált adatokon, hangfelvételeken, képeken kívül a berendezés programját is tárolhatják. A CD-ROM meghajtókat az általuk kezelhetõ CD lemeztípusokkal jellemzik. Egyes formátumok közötti különbség olyan csekély, hogy azok kezelése nem a meghajtó, hanem a hozzá tartozó eszközvezérlõ feladata is lehet (pl.: többszekciós lemez kezelése ) A meghajtó közötti különbségek inkább a megvalósított funkciók halmazában van. Egyes meghajtók olvasni tudják az audio CD-ket, a P, az R-W csatornákon rögzített adatokat, képesek a hangcsatornák átirányítására, programozható hangerõszabályzással rendelkeznek, és más kényelmi szolgáltatásokat is nyújtanak. Információ tárolása CD lemezeken A CD-ROM nemcsak az adatrögzítés elvében, az adatformátumban különbözik a mágneslemezes tárolóktól, hanem az adatok logikai tárolásában is. Az adattárolás mellett ezek a meghajtók audio CD

lejátszására is képesek. A különbségek miatt a logikai lemezkezelés és a meghajtók programozása eltér a szokásos lemezekétõl. Fizikai tárolás A CD lemezeken az adatokat a felületen kialakított csigavonalon elhelyezkedõ kiemelkedések és mélyedések tárolják. A lemezt állandó kerületi sebességgel forgatják Az információ leolvasásához a lemezt a kívánt helyen lézerrel világítják meg. A visszavert fény intenzitása követi a lemez felületén kialakított mintázatot. Stereo hang lejátszásához 1764 Kbájt/s adatátviteli sebesség szükséges. Ezt a sebességértéket tekintik egységnek A szimpla illetve dupla sebességû meghajtók, CD-ROM lemezek olvasásánál 150 illetve 300Kbájt átvitelére képesek másodpercenként. Egyes típusok négyszeres sebességûek (600Kbájt/s) Logikai tárolás A CD lemez egy vagy több (multi-session) szabványos formátumban felírt szekcióból áll. A CD adatformátumokat tartalmazó szabványokat az elsõ

kiadásuk borítójának színérõl nevezték el. CD-ROM MEGHAJTÓK Manapság a CD-ROM meghajtók a számítógépek szinte nélkülözhetetlen elemei, minden gépnek ugyanolyan tartozékai, mint a merevlemez. A CD-ROM számos területen használható fel, így például a szórakoztatásban, az oktatásban, az üzleti életben, az iparban, stb. Néhány éve a CD-ROM lemezek még szinte elérhetetlen árúak voltak, ma már nem drágábbak a többi számítógép-alkatrésznél. Az ISO 9660-CD-ROM szabvány: Az audio (zenei) CD-k technológiáját 1982-ben fejlesztették ki a Philips és a Sony cégnél. Felismerve a technológiának a számítástechnikában nyújtott lehetõségeit, hamarosan elterjedt ebben a szférában is. A CD nagyon gyorsan fejlõdõ technológia volt, de a fejlesztések még nem voltak szabványosítva. Avállalatok eltérõ formában kívánták elõállítani termékeiket, ezért számos különbözõ technológia alakult ki. Ezért az iparág vezetõi

1985-ben létrehozták a szükséges szabványokat. Az elfogadott szabványok meghatározták a tartalomjegyzék és a címtárak szerkezetét, valamint a logikai, az adatszerkezeti és az adatrögzítési rendszereket. A szabvány megalkotásában résztvett a Microsoft is, amely elkészítette azt a szoftvert, amely lehetõvé tette a CD-ROM elérését a hagyományos DOS parancsokkal. A szoftver neve MSCDEX, amely a Microsoft Compact Disc Extensions rövidítése. Ezt az új szabványt High Sierra Specification-nek nevezték el. Ezt a specifikációt fogadta el az ISO nemzetközi szabvány is ISO 9660 néven. Számos egyéb szabványt is kifejlesztettek, pl : - a zenére, ill. a CD-ROM lemez digitális zenéjére vonatkozó szabványokat - az adatállományok ( DOS, APPLE vagy AMIGA ) tárolásának szabályozását - az interaktív CD és a kiterjesztett architektúrájú CD definícióit - az egyszer írható - többször olvasható típusú meghajtókra és a magnetooptikai

meghajtókra vonatkozó szabványokat. A CD-ROM mûködési elve, a lézeres technológia: A LASER a Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kifejezésbõl képzett mozaikszó, jelentése: fényerõsítés a sugárzásnak gerjesztett emissziója révén. - a lézer jellemzõi: - A lézert két párhuzamos tükör közötti optikai olyan közeg alkotja, amelyben elektro-, vagy fotolumineszcencia idézhetõ elõ. Az elektro-, ill fotolumineszcencia alatt azt a jelenséget értjük, melynek során az elektromos tér változásai, vagy fény hatására egyes atomok, molekulák gerjesztõdnek, s a gerjesztés hatására a részecskék ( spontán emisszió révén ) fényt bocsátanak ki. - Az alkalmazott optikai közeg anyagi minõségétõl függõen beszélhetünk folyadék, gáz vagy szilárd-kristályos lézerrõl. - A lézerbeli kvantumszerû energia-átalakulások statisztikai átlagokban értve a következõ hullámfolyamatok egymásutánjából állnak. A

feltöltés (pumpálás) nyomán egy molekula (atom) spontán emisszióval egy rövid haladó, gömbi fényhullámvonulatot bocsát ki, amelynek azonban általában hosszú utat kell megtennie ahhoz, hogy a közegben egy másik feltöltött molekulát idõ elõtti fénykibocsátásra indukáljon. Ezért ennek a gömbi nyalábnak egy része a párhuzamos tükrök között oda-vissza verõdik, miközben sorozatos leszûkülése következtében fokozatosan gyengül, de iránya a tükrökre mindinkább merõlegessé válik. Eközben ott szükségszerûen álló fényhullámteret tölti fel fényenergiával, a nyalábnak leszabdalt részei azonban a tükrök közötti térbõl kiszóródnak. Indukált emissziók tehát általában már álló fényhullámtérben kezdõdnek, éspedig szükségképpen a térrel azonos fázisban. Ezért az ekkor koherensen kibocsátott gömbi fényhullámoknak a burkoló felülete a csomósíkkal párhuzamos, a hullámok eredõjének terjedési iránya tehát

a csomósíkra merõleges lesz. Az eredõ fényhullámok pedig az állóhullámteret interferenciásan mindinkább erõsítve fényenergiával töltik tovább (öngerjesztés). Ha azonban az egyik tükör félig áteresztõ, ezen az állóhullámtér energiája kiszivárog, éspedig szükségképpen haladó fényhullámok alakjában, megtartva nagy energiasûrûségét és szigorú párhuzamosságát. - monokromatikus a keletkezõ fény-nyaláb (egyszínû) - térben és idõben koherens - nagy intenzítású - párhuzamos sugarakból álló nyalábnak tekinhetõ. A jelenlegi CD-ROM-ok többsége olyan fényt használ, amely a színspektrum kisebb frekvenciájához tartozik, mint például a vörös és a sárga. A magasabb frekvenciájú lézerrel dolgozó CD-ROM-ok esetében még több adatot lehet ugyanakkora helyen tárolni. A CD-ROM mûködése: - sûrûségi határ: A mágneses felvételnek és lejátszásnak van egy sûrûségi határa. Ennek egyik oka az anyag mágneses

tulajdonsága (minden sáv között egy meghatározott távolságnak kell lennie, hogy az egyik sávon lévõ jel ne zavarja a másikat ). Ezenkívül az író/olvasó fejek érzékenysége is határt szab a sûrûségnek. Az optikai technológiával készült lemezeknél ez a határ sokkal kedvezõbb, mivel az egyes jelek nem zavarják egymást, és a lézersugarat jól lehet fókuszálni. - adattárolás: - A hajlékonylemezek és merevlemezek koncentrikus sávokat használnak, ezzel szemben a CD-ROM lemezek a hagyományos hanglemezekhez hasonlóan egy spirálban tárolják az adatokat. A spirál azonban nem kívülrõl, hanem belülrõl indul Két szomszédos csíkja a spirálnak 1.6 mikron távolságra van egymástól, így egy 25 mm-es sávban 16000-szer fordul meg a sprirál, ami kinyújtva kb. 48 Km hosszú lenne. - A mágneslemezeknél egyes területek mágnesezve vannak, jelezve az 1-es állapotot, mások nincsenek mágnesezve, jelezve a 0-ás állapotot. A CD-ROM lemezre

felvételkor a lézer vagy barázdákat éget ( 1-es állapot ), vagy ép felületet hagy (0-ás állapot ). A lemez lejátszásakor a sávra lézersugár fókuszálódik, s a lemez hátoldalán lévõ rétegrõl visszaverõdik. Az épen hagyott felületrõl sokkal több fény verõdik vissza, mint a barázdált felületrõl, így a visszavert fényt érzékelve lehet az 1-es és 0-ás állapotokat meghatározni. - A CD-ROM lemezek esetén a szektorok 2048 byte-osak. Minden szektor eleje egy 12 byte-os szinkronmezõt és egy 4 byte-os fejlécmezõt tartalmaz. Mivel csak egy spirál van, a fejlécmezõ a szektor címét perc:másodperc:századmásodperc formában tartalmazza. - A kódolásra két különbözõ módszer van. Az elsõ ( mode 1 ) 288 byte-ot ad minden szektorhoz hibadetektáló ( EDC, Error Detection Codes ) és hibajavító kódok ( ECC, Error Correction Codes ) számára. így egy szektor a szinkronmezõvel, a fejlécmezõvel, az EDC/ECC-vel, és az adattal összesen

2352 byte hosszú.Ezt a kódolási módot akkor használják, ha fontos az adatok biztonsága. A spirális sávon kb.270000 szektor van, így 270000 szektor * 2048 byte/szektor, 552 960 000 byte, azaz 552 Mbyte hely van az adattárolásra. A másik módszer, a kettes mód ( mode 2 ) nem használ hibadetektáló és javító kódokat, így a tárolható adatmennyiség 630 Mbyte. - sebesség: - A mágneses lemezek esetén problémát okozott az, hogy minden sávban ugyanannyi szektor van, ezzel a lemez belsõ részén nagyobb lesz az adatsûrûség. Ennek kiküszöbölésére szolgált a Zone Bit Recording eljárás. A CD-ROM lemezeknél ilyen probléma nincs, mivel a szektorok fizikai hossza állandó. Ha a forgási sebesség ( szögsebesség ) állandó, akkor a spirálnak az olvasófejhez viszonyított sebessége a lemez külsõ részén sokkal nagyobb lenne, mint a belsõ részeken. Ezért a CD-ROM olyan rendszert használ, amely képes változtatni a meghajtó sebességét attól

függõen, hogy a lemez melyik részét olvassa. Ezzel biztosítják, hogy a fej és a lemez egymáshoz viszonyított sebessége állandó. Ezt állandó lineáris sebességnek ( CLV, Constant Linear Velocity ) nevezik. Például a külsõ részen a meghajtó kb 200 ford./perc fordulatszámmal, míg a belsõ részen kb 530 ford/perc fordulatszámmal forog. - A CD-ROM-ok fejlõdésével egyre gyorsabb CD-ROM olvasókat készítettek. Elõször az említett sebességeket kb. megkétszerezték, ezeket a meghajtókat nevezték 2X -es sebességû CD-ROM-oknak. Természetesen a fejlesztés tovább folytatódott, így ma már a 52X-es sebességû CD-ROM olvasók kaphatók. Sõt, megjelentek elérhetõ áron a CD-ROM írók is. - Sokáig az átviteli sebesség egyáltalán nem változott, maradt a kezdeti 75 szektor/másodperc, azaz kb. 150 Kb/s érték Majd a CLV növelésével az átviteli sebesség is elkezdett nõni. így a 2X-es sebességû CD-ROM-ok már 300 Kb/s, a 4Xesek már 900

Kb/s átviteli sebességgel rendelkeznek A 6X-os sebességû CD-ROM-ok már lehetõvé teszik a videofilmek finom, életszerû lejátszását. A hagyományos zenei lemezeket továbbra is az eredeti 150 Kb/s -os átviteli sebességgel kell lejátszani. - pufferelés: A lemezrõl beolvasott adatok elõszõr egy puffertárba, vagy gyorstárba kerülnek, s csak ezután dolgozza fel õket a PC. Az eredeti MPC specifikáció 64 Kbyte-os puffert ír elõ, de sok új rendszernek már 256 Kbyte-os, sõt akár 2 Mbyte-os puffere van. Általánosságban azt mondhatjuk, hogy minél nagyobb az átmeneti tár, annál finomabban lehet animációkat, filmszerû videókat futtatni ( ne felejtkezzünk el a szoftveres gyorsítótáraktól sem ). -elérési idõ: A CD-ROM meghajtók elérési ideje az MPC specifikáció szerint legalább 1000 ms. Ez meglehetõsen lassúnak mondható, de ez csak elméleti érték, a valóságban a régebbi meghajtóknak is kb. 300-400 ms, az újabbaknak pedig 200 ms

körül alakul az elérési idejük. Ez várhatóan a jövõben csökkenni fog. - interface: A CD-ROM-oknak is kell egy csatoló, vagy egy kártya, amelyik meghajtja, a mûködését vezérli, mint a merevlemeznek egy vezérlõ,vagy interface. Szinte minden cég által gyártott CD-ROM csak a saját vezérlõjével mûködik. A telepítés során ügyelni kell arra, hogy az új kártya perifériacíme és megszakításcsatornája ne zavarja a már meglévõ eszközökét. A CD-ROM-ok típusai is különbözõek Vannak belsõ, külsõ meghajtók, SCSI vagy pl. IDE, EIDE csatolós ill saját interface-vel rendelkezõ meghajtók. A CD-ROM telepítése Minden CD-ROM-hoz be kell állítani a megfelelõ portcímet és megszakítást. De hogy ez hogyan történik, az típusonként változó. Általában a meghajtókhoz mindig kapunk egy lemezt, amelyen a meghajtószoftverek és azok telepítésének módja megtalálható. Miután az összes vezetéket bekötöttük és konfliktus sincs, már

csak az eszközmeghajtó szoftvereket kell telepíteni. A lemezen kapott eszközmeghajtó szoftvert - amely gyártmányfüggõ - kell a CONFIG:SYS állományban betölteni pl. a DEVICE parancs felhasználásával Példa: Device = c:cdromcdromdrv.sys / d: vezérlõnév ahol a /d kapcsoló megadott vezérlõnév és a cdromdrv.sys-vel jelölt eszközmeghajtóprogram típus és gyártófüggö. A vezérlõnév a vezérlõ azonosítására szolgáló név. A vezérlõ installálása után használhatjuk az MSCDEX programot, amelynek segítségével DOS meghajtónevet rendelhetünk a CD-ROM olvasóhoz. Az elõzõ vezérlõvel való kapcsolatot az MSCDEX /d paramétere biztosítja, mely után ugyanazt a vezérlõnevet kell megadnunk, mint amit a CONFIG.SYS állományban használtunk. Ettõl kezdve a CD-ROM olvasót ugyanúgy használhatjuk, mint bármilyen más meghajtót. Az MSCDEX programot célszerû az AUTOEXECBAT file-ból indítanunk. A CD-R (CD recordable = írható CD) logikai

struktúrája és az ISO 9660 file-rendszer Felhasználói szempontból, az adatokat úgy kell szervezni, hogy könnyen elérhetõek legyenek mind ember mind gép számára. A felhasználásoknak rengeteg variációjával találkozhatunk, de mindegyikük az média speciális karakterisztikájára épít. Mindegyiket ugyanaz a rendszer kell hogy lefedje Néhány ilyen alkalmazás: Szoftver megosztás: a kompakt lemeznek a cél file-rendszert kell utánoznia. A szalaggal szembeni elõnye az alacsony elõállítási költség. (nyomott lemezek) Adat tárolás: Ugyanúgy mint a fent a kompakt lemeznek a célfile-rendszert kell megjelenítenie, de ezen kívül még lehetõvé kell tennie az "adat hozzáfûzést" is értsd: új adatok hozzáfûzését külön-bözõ idõpontokban, az elõzõ adatok elvesztése nélkül. Az ilyen alkalmazások CD-R lemezeket használnak hiszen a tárolandó adatot magának a rendszernek kell írnia. Ennek elõnye más tároló médiákkal szemben a

szabványosság, a könnyû elérhetõség (a szalaghoz képest), a 600 Mbyte adatkapacitás, és a lemez várt élettartama. Ezen az alkalmazások miatt a CDROM meghajtón felmountolt kompakt lemeznek merevlemezként kell viselkednie bizonyos operációs rendszerek számára. A probléma az, hogy sok operációs rendszer van és mindegyik saját file-rendszerrel rendelkezik (MS-DOS, OS/9, Unix, VAX/VMS és még sok más). Szükségtelen mondanunk, hogy az említett filerendszerek nem kompatibilisek egymással Sõt a CD-t ezen rendszerek közti közvetítés szabványaként (interchange standard) is használják. A CDROM az audio cd-k egy kiterjesztése; az adat CD-k fizikai struktúrája ugyanaz mint az audio CD-ké (CD-DA a Digital Audio-miatt). Nagyon hamar a CDROM-okat is kibõvítették a valósidõ adat (realtime-data) -ok minden formájával éppúgy mint a CD-DA-knál ( Real time: az audiókat megjelenésük óta úgy kell használni ahogy elõállították õket : semmit nem

lehet változtatni rajtuk). A CD-DA-n található Red book (vörös könyv)-ben szabványosított "Red Audio"-n kívül még más valós-idejû file-k mint pl. a adpcm (audio with selectable compression factor and quality level (audio állítható tömörítési tényezõvel és minõségi szinttel)) és az MPEG full motion video (tökéletes mozgású video) jelentõsek. Ezek a valós idejû file-k vagy a file-rendszeren keresztül normál file-okként érhetõk el vagy lejátszhatóak; azaz a valós idejû meghajtó egységgel végrehajtathatóak. Ezeknek a valós idejû file-ok szabványa a CDROM XA( eXtended Architecture (bõvített felépítés)) -ben találhatóak. Ez az evulúció a felhasználások egy új területével végzõdött: a multi-médiával. CD-I (Compact Disk Interactive) egy ezek közül. Ez alapvetõen egy olyan egység amely képes különbözõ beillesztett valós idejû file-ok lejátszására. Ez összegzi a "Zöld könyvben" leírt

szabványt követõ program file-okat. Más multi média felhasználások Mpc-t tartalmaznak az MS-DOS felületre fókuszálva. Azzal, hogy a CDROM közvetítési szabványnak tûnik a központi kérdéssé a Logikai Játszhatóság válik, magyarul szükséglet bármely felhasználásra bármely felületen, a fizikai lehetõségei határáig. Ebbõl következõen a logikai struktúra tehát egy bizonyos fokig lehetséges átvitel platformról platformra. ISO 9660 FILE RENDSZER Minden számítógépes felület file-rendszerként címezi be a kompakt lemezt. A file-rendszert úgy tervezték hogy általános legyen a Unix , a VAX/VMS és az MS DOS ,és ezek változatai számára. Mint ilyen az "ISO 9660" néven szabványosították Az Iso-javaslat egy konferenciáról származik amit a High Sierra Hotelban tartottak Nevadában, ezért a filerendszer High Sierra file-rendszer néven is ismert. Hogy a számítógéprendszeren elérhetõ legyen, szükség van egy

felületspecifikus újracímzõre (redirector).Az MSDEX a legismertebb :ez a CD-rom felületét MS-DOS -ra vetíti le Fontos a meghajtó specifikus egység driver: két különbözõ CDROM lejátszó kapcsolható a újracímzõhöz : a CD-író használatakor elképzelhetõ egy (multi-session) CDROM lejátszó és egy CD-Író használata azonos idõben. Az ISO 9660-t arra találták ki hogy összehasonlíthatóvá tegyen különbözõ operációs rendszereket. Ezt az összes rendszer általános lehetõseginek felhasználásával érték el Pár a legmeghatározóbb törvényekbõl: nem lehet könyvtárfa 8-nál nagyobb mélységben nincsenek hosszú filenevek. A filenévnek és kiterjesztésének összesen kevesebbnek kell lennie 30 karakternél. Bár az MS-DOS használatánál ez még inkább meghatározott, 8 karakternyi file-névvel és max három kiterjesztéssel - Könyvtáraknak nem lehet kiterjesztésük. - Csak nagybetûk megengedettek - Metakarakterek nem megengedettek (mint

pl. % vagy ) A következõ táblázatban néhány ISO 9660 számára érvénytelen filenévet adunk meg, az érvénytelenség okával együtt: File név Érvénytelenség oka Mi lenne helyes MYDATA.EXTENSION A kiterjesztés meghaladja a három MYDATA.EXT karaktert MYDATA.EXTEXT A kiterjesztés meghaladja a három MYDATA.EXT karaktert mydata.ext csak nagybetûk MYDATA.EXT AVERYLONGFILENAME.DAT túl hosszú filenév SHORTNAM.DAT !.DAT Metakarakterek használata MYDATA.DAT CD-R.DIR (könyvtárnévnek) Kiterjesztés könyvtárnak CD-R A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/DATA.DAT A könyvtárfa mélyebb mint 8 /A/B/C/D/F/G/H/D ATA.DAT Az ISO 9660 arra tervezték hogy adatokat tegyenek vele közzé préselt lemezeken. Ehhez az alkalmazáshoz maximális átvihetõségre van szükség különbözõ felületek között, akár az adatstruktúra gondos meghatározásának árán is. Jóllehet a kisterjedelmû anyagok d-n való kiadása vitatott témakör, néhány CD-író használó

"liberálisabbnak" szeretné a CDROM file-rendszerét: a CDROM-nak teljesen utánoznia kéne a host file-rendszert. világos, hogy ez redukálná a felületek közti átvitel lehetõségét (még akkor is néhány ilyen problémát megoldana a felület-specifikus redirector). Ezt figyelembe véve az ECMA 168 "franfukti-javaslat" file-rendszert arra fejlesztették ki, hogy írható CD-vel használható legyen és liberális file-elnevezéseket tegyen lehetõvé (az adatok hozzáfûzésének lehetõségén kívül). Minthogy a frankfurti-javaslat még mindig szabványosítási lejárás alatt van, a file-rendszer utánzására az egyetlen mód az eredeti file-nevek használata az ISO 9660 törvényeinek észbenntartásával. Újraírható optikai adattárolók Az adattárolókról. Már az elsõ generációs számítógépek megjelenésénél felmerült az igény a meglévõ adatok könnyen kezelhetõ tárolására. Kezdetben kifejlesztették a mechanikus elven

mûködõ lyukkártya és lyukszallag olvasót, majd a mágneses adattárolás elméletének megismerése után rohamosan fejlõdött a mágneses úton “emlékezõ” egységek gyártása. Ide sorolhatók a mágnesszallagos tárolók, a mágnesdobos tárolók, a mágneslemezes egység, ami - igaz már jóval kisebb méretek melletti, nagyobb tárkapacitás elérésével - egészen a mai napig uralja a háttértárolók piacát. Idõközben fejlõdésnek indult az optikai elven mûködõ tárolók gyártása is. Az optikai adattárolóhoz vezetõ út. Az optikai adattárolók elnevezésüket onnan kapták hogy olvasásukhoz, esetleg írásukhoz a fény fizikai tulajdonságait használják fel. Az optikai adattároló rendszerek fejlesztése a hatvanas évekre nyúlik vissza. A kutatók - célként - képek optikai úton történõ leolvashatóságának megvalósítását tûzték ki. A kutatások kiterjedtek a fény - mint elektromágneses rezgés - hullámtermészetének

vizsgálatára. A figyelmet elsõ sorban a modulálhatóságra, mérhetõségére és detektélásra fordították. A kutatások menetét nagymértékben elõre lendítette a lézer(mint koherens fényforrás) felfedezése. A célok között az is szerepelt, hogy az információsûrûség legalább akkora legyen mint az akkor ismert mágneses adattárolókon alkalmazható legnagyobb sûrûség. Az alapkutatásokat - mint az ipar számos területén - itt is a katonai alkalmazások érdekében kezték, s ebben olyan multinacionális cégek vettek részt (egymástól függetlenûl dolgozva a kitûzött feladatokon ), mint a francia Thomson, a DVA(DiscoVision Associates), az amerikai ODC (Optical Disc Corporation), a holland Philips, és a japán SONY. Az elsõ jelentõs eredmények közel egy évtizedes kutatómunkát igényeltek. A cégek számos szabadalommal védték a dollármilliárdokba kerülõ részeredményeket. Az elért eredmények, publikációk, szabadalmi leírások

elegendõek voltak ahhoz, hogy ha nem is a lézer képlemez, de a lézer hanglemez, a CD-A (Compact Disc Audio) 1982- ben szabványosított rendszerré váljon a Philips és a Sony jóvoltából. A CD-A szabvány megjelenését követõ években az optikai adattároló rendszerek soha nem látott fejlõdésnek indultak, és a referenciát a Red Bookban megfogalmazott rendszerelvek jelentették. Az optikai adattárak: A CD-A rendszer alapjait használták fel a számítógépes optikai adattároló (CD-ROM) kialakításához is. A ROM típusú optikai adattárolóknál az információolvasás mechanizmusa mint alapelv mindegyik CD-típusra érvényes, “csupán” a CD-n tárolt információ kódolási algoritmusában, illetve az olvasás után annak dekódolásában különböznek. A különbözõ CD-típusok megjelenésekor a szabványalkotók - talán tudatosan - nem fordítottak elég nagy figyelmet a kompatibilitás elõnyeire. Mára a professzionális és a

szórakoztatóipari alkalmazások ( Photo-CD, Video-CD, a tévére alapozott CD-I, CD-I/DV) közeledése miatt egyre nagyobb hangsújt kap a kompatibilitás kérdése. /A jelenleg használatos CD-rendszerek kompatibilitását tartalmazza az 1. táblázat/ Meghajtó tipusa CD-A CD-ROM Photo CD Video CD CD-I/DV CD-I CD-A       CD-ROM       Photo CD       CD-tipus Karaoké       Video-CD       CD-I       CD-I/DV       1.táblázat A HDCD (High Density Compact Disc) szabványtervezetét a Philips és a Sony 1994 decemberében hozta nyilvánosságra. Ezt a CD tipust nagy adatsûrûségû multimédiaként jellemezték. Az optikai tárolás, a letapogatás alapelve megmaradt, a szabványalkotók csupán a pitstruktúra méreteit módosították. A nagyobb információsûrûség eléréséhez meg kellet változtatni a trackosztást, a pitméreteket, a kiolvasó

lézer hullámhosszát, és biztosítani kellet a meghajtónak a többi CD-vel való kompatibilítást is. A HDCD-vel csaknem egy idõben jelent meg az SDCD (Super Density CD) a Thosiba fejlesztésében , amely a Philips/Sony eljárástól eltérõ megoldású. Mind egyik adattároló hátrányai közé tartozik az, hogy csak egyszer (gyárilag,sajtolással) írhatók. Igaz, kifejlesztették a házilag (csak egyszer) írható tipust is a WO-t. Kézenfekvõ volt az igény a többször írható tipusok kifejlesztésére. Az újra írható optikai adattároló Tipusai: Napjaink újraírható optikai adattárolói az alkalmazási területtõl függõen alapvetõen két csoportra oszthatók. A professzionális célra kifejlesztett MO-k (Magneto Optical) , és a félprofesszionális, vagy a szórakoztatóipar területén alkalmazott MD-k (Mini Disc) képviselik e tipusokat. Létezik az MD-k egy speciális verziója is az úgynevezett “preplayed” tipusú lemezek melyekre az adat

felvitele (hasonlóan mint a CD-A lemezeknél) már a gyártás során megtörténik. A fény szélesebbkörû felhasználása. Az optikai adattárolók közül a fény tulajdonságait leg változatosabban az újraírható tipusok használják ki. A ROM típusú optikai adattárolóknál a fénynyaláb reflexiós (a lemez felületérõl való visszaverõdés) és interferencia (a visszaverõdõ nyaláb - a megfelelõ fázisbann - kioltódik) tulajdonságát, a WO tipusoknál ezeken kívül a hõhatást (írásnál) is. Az MO típusoknál mindezeken túlmenõen a fénynyaláb mágneses tulajdonságait (polarizációs sík elfordulása) is felhasználják. A tárolás elmélete: Egy hordozóra felvitt speciális anyag doménjei (mágneses térrészei) meghatározott irányba rendezhetõk úgy, hogy felmelegítés hatására elvesztik mágneses tulajdonságukat. Az információ kiolvasása az újraírható adattárolók mûködési mechanizmusának egyik legfontosabb eleme, - a

fénynyaláb mágneses tulajdonságainak kihasználása - az úgynevezett Kerr- és Faraday-effektus révén történik. A fény X-Y-Z összetevõkre bontható elektromágneses hullám. Az összetevõk egyes komponensei egy-egy hullámsíkot határoznak meg, amik a felületrõl visszaverõdve “eltorzulnak” ami mérhetõ. A Kerr-effektus: Ha mágnesesen polarizált tükrözõ felületet helyezünk a fénynyaláb útjába - és a mágneses polarizáció nem merõleges a beesõ fény irányára -, akkor a felületrõl visszavert (reflexió) fény polarizációs síkjai elfordulnak, azaz a fénynyaláb jobbra vagy balra “csavarodik” annak megfelelõen, hogy a beesõ fény milyen polaritású (É/D) mégneses felületrõl verõdik vissza. A Faraday-effektus: A mágneses anyagon történõ áthaladáskor a fény polarizációs síkja a mágneses tér irányától függõen elfordul. Az elfor-dulás iránya megegyezik a Kerreffektus okozta elfordulás irányával. A Farraday-effektus

hatását az információt letapogató, a mágneses tárolórétegrõl visszavert nyaláb intenzitásának fokozásánál használják. A detektálás. Ha biztosítjuk, hogy a beesõ fény lineárisan polarizált, azaz egykomponensû, úgy a tükrözõ mágneses felületrõl visszavert nyaláb síkja elfordul, és az elfordulás irányának megfelelõen megjelenik a beesõ nyalábból hiányzó két komponens valamelyike. A visszavert fény polarizációs síkjait detektálva következtethetünk a reflexiót okozó mágneses tér polaritásának irányára. A polarizációs sík elfordulását szintén visszavezethetjük fényintenzitás mérésére. A visszavert nyaláb síkjának elfordulása 0.7 fok körüli - ez látszólag nem sok, de jól mérhetõ. Ebben segítenek a “polarizátorok”, amelyek a visszavert fénynyalábot komponenseire bontják, és e komponensek intenzitásának mérése már nem okoz gondot. A komponensek intenzitása egy nyalábosztó

közbeiktatásával mérhetõ. Hogyan állítható elõ lineárisan polarizált fénnyaláb? A lézerdióda majdnem tökéletesen (80%-osnál jobb) linerárisan polarizált sugárnyalábot bocsát ki, ezért felhasználható az író/olvasó/törlõ funkciókat ellátó “pick up” fényforrásaként. Míg a ROM típusú optikai adattárolóknál az olvasási mechanizmus a fényinterferencia miatti fényintenzitás-csökkenés mérésén alapul, addig az MO típusú tárolóknál az olvasó fény polarizációs síkja elfordulási irányának mérésén. A megfelelõ anyag. Az újraírható optikai adattárolótól sokkal nagyobb adatsûrûséget vártak a kutatók mint a létezõ mágneses tárolók legnagyobb adatsûrûsége. Az író az olvasó és a törlõ lézernyalábnak egy adott felületre leképezhetõ foltátmérõje, valamint az optikai tárolórétegen kialakítható legkisebb stabil domén mérete határozza meg a megvalósítható adatsûrûséget. Az optikai

tárolónak alkalmas mágneses rétegekkel szembeni követelmények rendkívül szerteágazók és ellentmondók, azért nem találtak minden szempontból legjobb “ideális” anyagot vagy ötvözetet. A nagy írássûrûség (kis doménméret, kis foltfelület), a könnyû kiolvashatóság (erõteljes Kerr-effektus) a stabil információtartás (nagy koercitív erõ), a kis nyalábenergiájú írás és a hosszú élettartam együttes megvalósítása jóformán lehetetlen. Az író nyalábenergia adta korlát olyan fémötvözetet követelt, amely alacsony hõmérsékleten (120-200 Celsius) eléri a Curie-pontot. A megoldást a ferrimágneses anyagokkal végzett kisérletek hozták. A ferrimágneses anyagok ritka földfémek terbium(Tb), gadolínium(Ga) - s az úgynevezett átmeneti fémek - vas(Fe), kobalt(Co) ötvözetei Speciális technológiával e fémekbõl olyan kristályszerkezetû ötvözet készíthetõ, amelybõl katódporlasztással (vagy vákuumpárologtatással)

kialakítható optikai adathordozónak alkalmas réteg. Ha változtatjuk az ötvözet összetevõinek arányát akkor javulhatnak egyes magnetooptikai tulajdonságok, sajnos általában más fontos tulajdonságok rovására. Például a Tb összetevõ növelése javítja a domén szerkezet stabilitását, de fokozza az oxidációs hajlamot, ami a réteg korróziójához vezet, tehát csökken a réteg élettartama. A Co koncentráció növelése fokozza a Kerr-effektust, de növeli az íráshoz/törléshez szükséges hõmérséklethatárt. A magnetooptikai tárolóréteg egyes paraméterei úgy is javíthatók, ha olyan rétegstruktúrát alakítunk ki a hordozón, amely gyengíti a tárolás szempontjából hátrányos hatásokat, és/vagy felerõsíiti az elõnyöseket. A hordozó: Az optikai adattárolók kialakítása általában policarbonát (PC), ritkább esetben üveghordozón történik. A PC hordozó kitûnõ optikai tulajdnoságai mellett tömeggyártásra alkalmas

technológiával sokszorosítható. Hátránya viszont, hogy viszonylag alacsony hõmérsékleten (120-140 Celsius) képlékennyé válik, ezért a tároló réteg struktúrájának kialakítása csak “hideg” eljárással történhet. A rétegstruktúra: A legnehezebb technológiai feladat egy olyan mágneses tárolóréteg kialakítása, amelynek doménszerkezete a hordozó felületére merõleges, vagyis a domének “élükön” állnak. A hordozõ felületére merõleges doménszerkezetû mágneses tárolóréteg egy speciális kristályszerkezetû ferrimágneses ötvözet (Fe, Co, Te, Ga) katódporlasztásával alkítható ki. Az információt tároló mágneses réteg vastagsága 20-30 nanométer. Ez a rétegvastagság szinte “átlátszó”, nem biztosítja az olvasó nyaláb megfelelõ reflexióját. A reflexió növelésére szükség van egy “igazi” tükrözõ rétegre, amely egy 40-70 nanométer körüli vastag alumínium réteg.A PC- vagy üveghordozót, az

információt tároló mágneses réteget és az alumínium tükrözõ réteget optikailag illeszteni kell, e feladatokat az úgynevezett dielektrikumrétegek látják el. Az optikai illesztés igénye azért merült fel, mert az író/olvasó/törlõ nyaláb több rétegen halad át, és az átmeneteknél a kettõs törés hatását “kompenzálni” kell. A dielektrikum másik feladata a magnetooptikai réteg öregedési hajlamának (oxidáció) csökkentése. A dielektrikum- (szilíciumnitrid-SiN) rétegek vastagsága 25-120 nanométer közötti. Az így kialakított rétegstruktúrát egy kemény lakkréteggel kell védeni a környezet mechanikai és vegyi behatásaitól. Az írás és a törlés. Az alapkérdés: hogyan állítható be egy bitnyi információ, azaz egy domén vagy egy doméncsoport polaritása É/D avagy D/É irányba? Ez nyilvánvalóan csak egy külsõ mágneses tér segítségével lehetséges. A feladat az, hogy az információt hordozó, 1-2 mikrométer

átmérõjû domén kiválasztható legyen, és a tárolandó információnak megfeleõen É/D irányba beállítható legyen úgy, hogy a szomszédos domének polaritása ne változzon. Itt a mágneses anyagok azon tulajdonságát használjuk ki, amekly szerint a mágneses anyagot melegítve az anyag egy ponton “könnyen mágnesezhetõ” állapotba kerül, azaz lecsökken a mágneses koercitív ereje (HC). (E hõmérsékletet a jelenség felfedezõjérõl Curie-pontnak, vagy hõmérsékletnek nevezik) A mágneses anyag doménjei a könnyen mágnesezhetõ állapotban viszonylag gyenge külsõ mágneses tér hatására a mágneses tér irányába fordulnak. A mágneses tér kikapcsolása vagy a mágneses anyag lehûtése után megmarad az így beállított doménpolarizáció, s csak rendkívül erõs külsõ mágneses tér hatására módosulhat. A megfelelõ (címzett) domént egy körülbelül 3-10 mW teljesítményû fénynyalábbal fel kell melegíteni, majd a doménpolaritás

beállítható 100-300 Oe (Oersted) erõsségû külsõ mágneses térrel, mellyet az író/törlõ fejjel szinkronban mozgatott - a rögzítendõ információ szerint vezérelt- tekerccsel hozzák létre. Az MO-drive olvasó/író/törlõ feje úgynevezett kombinált fej, amely a nyalábenergiát mindig az adott funkciónak megfelelõen állítja be. Tájékozódás a lemezen. Az újraírható optikai adattárolók olvasásánál, írásánál, törlésénél ugyanolyan tájékozódási támogatást kap az optikai fej (preformattálás,ATIP), mint az egyszer írható tárolóknál. Ez a tároló teljes felületére vonatkozó geometriai határokban, az információ struktúra szerinti eloszlásában, az olvasó/író/törlõ fej pozícionálásában,szinkronizálásában és a sugárenergiák beállításában érvényesül. A CD-ROM / CD-WO típusú adattárolók írása és olvasása CLV(Constant Linear Velocity), azaz állandó kerületi sebességgel történik (zónás

adattárolás). Az MO típusú optikai adattárolóknál CAV(Const. Angular Velocity), azaz állandó szögsebességû írásra/olvasásra/törlésre is van lehetõség. Az állandó szögsebesség miatt kialakítható szabályos szektor struktúra, vagyis a programozható szegmensek és az azokat szétválasztó fejléc-információk még szabad szemmel is jól láthatók A gyártás. Az újraírható optikai tárolók gyártástechnológiája jelentõsen eltér mind a ROM, mind a CD-WO típusú adattárolókétól. A gyártástechnológia infrastruktúra igénye jóval nagyobb mint más optikai adattáraké A PC-hordozó gyártása ugyanolyan technológiai feladat mint bármely más CD-típusé, de a nyomólemez gyártása viszont szigorúbb követelményeket és magasabb technológiai felkészültséget kíván. A rétegstruktúra kialakítása egy többpozíciós katódporlasztóban történik. A tárolókat a védõlakk oldalán összeragasztják (két oldalú tároló

kialakítása) majd egy központosító gyûrû felragasztása után a cartridge-ben helyezik el. A “preplayed” tipusú lemezek legyárthatók a “hagyományos” CD gyártósoron, a megfelelõ adapterek felszerelésével. Szabványosítás. A professzionális terület újraírható optikai adattárolói az MO-k szabványosítását 1990-ben végezték. A 130 mm szubsztrátátmérõjû MO-ra az ISO/IEC 10089 számon, míg a 90 mm-esre ISO/IEC 10090 számon rögzítették. A dupla sûrûségû MOk specifikációját az ISO 13549 szabvány rögzíti Az MO-szabványok jellemzõi Szabvány Szubsztrátátmérõ Szubsztrátvastagság Szubsztrát anyaga Lemezoldalak száma Író / olvasó / törlõ lézer- nyaláb hullámhossza Reflexió ISO 10089 130 mm 1,2 mm PC 2 ISO 13549 130 mm 1,2 mm PC 2 ISO 10090 90 mm 1,2 mm PC 1 825 nm 825 nm 825 nm 15-30% 15-30% 15-30% Kapacitás Adatstruktúra Szektorszám Bit / szektor Trackosztás Élettartam 600-650 Mbyte Szektoros 31-17

512-1024 1,6 µm >30 év 1200-1300 Mbyte Zónás 512-1024 1,39 µm >30 év 128-230 Mbyte Szektoros 25 512 1,6 µm >30 év Az újraírható optikai adattárolók -döntõen- szórakoztatóipari felhasználására a Sony által kidolgozott MD rendszer alapjait a “Rainbow Book”-ban specifikálták 1990-ben. Míg az MO levezethetõ a CD alapszabványából, az MD a CD rendszerbe ilyen formán nem illeszthetõ. Mint tárolórendszer, az elvi fizikai mûködést tekintve teljesen megegyezik az MO rendszerekkel. Lényegi különbség az MO és az MD lemezek között, hogy az MD csak hanganyag tárolására alkalmas,míg az MO többcélú eszköz, vagyis a kódolási rendszerükben keresendõ az alapvetõ különbség. A felhasználásról: Az MO-k a várakozások ellenére nem vették át a számítógépek standard háttértárának a szerepét, sõt megjelenésük a merevlemezek robbanásszerû fejlõdéséhez vezetett. Vannak olyan feladatok amire az MO-k alkalmasabbak mint

a merevlemezek de még mindíg drágák és “lassúak”. Az MD-rendszerek elterjedését a nagyközönség számára, szintén gátolja a létezõ CD rendszerek széles igényeket kielégítõ alkalmazhatósága, de a professzionális zenei szolgáltatók közül egyre többen használnak MD-t, preferálják a könnyû kezelhetõséget, a jó hangminõséget, a kis geometriai méretet. A zenei mûsoranyag összeállítása (vágás) sokkal dinamikusabban történik mint bármely más adathordozónál (lásd.:melléklet) A magyar helyzet: Az optikai adattároló rendzerek fejlesztése területén 1986-ban a Videoton Elektronikai Vállalat (VEV) és a Budapesti Mûszaki Egyetem (BME) fizikai intézetének atomfizikai tanszéke - az OMFB támogatásával - közös programot indított. Az optikai adattárolók hazai gyártáskúltúrájának megteremtésére, Kelet-Európa elsõ CD-gyárának Magyarországon történõ felépítése is gyakorlatilag e programhoz kapcsolhatóan

valósult meg, és döntõen a VEV-nek köszönhetõ. A kutatási/fejlesztési témák kiterjedtek a magnetooptikai rétegstruktúrák létrehozására és azok gyártástechnológiájának kidolgozására. Az elsõ kézzelfogható eredmények (funkcionálisan mûködõ MO-lemezek) már 1989-ben az úgynevezett Innovációs Laboratórium, reprodukálhatóan léteztek. A gyártástechnológia kidolgozása, a tömeggyártásra alkalmas gyártóberendezések specifikálása és megvásárlása is megtörtént. A VEV pénzügyi nehézségeinek egyik okát a szakértõk abban látták, hogy több száz millió forintot fordított például “olyan elhibázott programokra”, mint amilyen az optikai adattároló rendszerekre irányuló is. A VEV-et végül felszámolták DVD 1982-ben megszületett egy szabvány. Apró (12cm átmérõjû) csillogó ezüstkorongról egy órányi csodálatos minõségû hang csendült fel. A szórakoztató elektronika két óriása, a Sony és a Phillips

valóban maradandót alkotott. Ez alatt a 14 év alatt csak az USA-ban 120 millió lejátszóegységet és három milliárd CD lemezt adtak el. Az évek alatt erre a lemezre másfajta adatok lopakodtak fel. Elterjedt a személyi számítógép, és az ehhez való adatok tárolására elõször megszületett a CD-ROM szabvány, majd ennek rögzíthetô verziója, a CD-R. Képek is kerültek CD-re Photo CD formájában és egyedi formátumok is születtek, mint a Sony Playstation vagy a CDi. Ez utóbbinak egyik változata alkalmas videófilmek rögzítésére (Video CD, White book). Mindezek mellett a CD maga nem fejlôdött. A technika azonban soha nem látott csúcsokat hódított meg. A lézertechnika olyasmire képes, amit emberi ésszel elképzelni is nehéz. Például már képesek vagyunk olyan gyorsan pulzáló lézert készíteni, hogy 1 terabit adatot át lehet préselni egy optikai szálon egyetlen másodperc alatt! Ez 200 CD teljes tartalma - egy másodperc alatt. Ezt a

csodát 1996 február 29-én hozta létre közösen az AT&T, a Fujitsu és az NT&T. A lézerek mellett a tömörítôalgoritmusok is sokat fejlôdtek. A Mozgóképek Szakértôinek Csoportja létrehozott két szabványt Ezt a szabványt a csoport nevének angol rövidítésérôl MPEG-nek ismerjük. Természetesen jobb mechanikát is elô lehet állítani. Nyolc- és tízszeres sebességû CD meghajtókat gyártanak sorozatban, egy minôségibb vinyó lemezei 7200-at fordulnak percenként. Ez körülbelül annyit jelent, mintha egy kétszerese hangsebességû vadászgép a földtôl néhány centiméternyire repülne. Eközben a számítógép nemcsak elterjedt, hanem mondernizálódott is kissé. Az egyre újabb programok egyre hatalmasabb tárolókapacitást igényeltek. Manapság egy Linux disztribúció is már több CD, hogy ne a triviális példákkal dobálózzak. A fent vázolt két jelenség találkozott. Uj CD szabványt dolgoztak ki, ami nem a régi CD újabb

variációja, hanem valódi újdonság. Az új lemez célja eleve kettôs: Hatalmas adatmennyiséget vagy egy teljes, jó mínôségû filmet képes tárolni. Ismerôsen néz ki ez az új, Digitális Videó Lemeznek (Disc) azaz DVD-nek nevezett korong: 12 cm átmérôjû, 1.2 mm vastag. Azonban a tartalom már kevésbé ismerôs: 47 gigabyte adat fér el rétegenként, szemben a régi CD ma már csekély 650MB-jával. Ez elég kevés, ezért az új lemez kétrétegû is lehet, csekély 8.5 gigabyte adatot rögzítve A technika nem túl varázslatos e mögött. Ugyanígy, mint a régi CD-nél itt is kicsiny gödrök (pit) tárolják a bit-eket. Csak most még kisebbek, és sûrûbben is helyezkednek el A hagyományos CD játszó láthatlan, infravörös lézerrel dolgozik, 780 nanométeres hullámhosszon. Az új, DVD játszó látható, vörös fényt használ (650 és 635 nm) Az adatok biztonságát is új algoritmus biztosítja (Reed Solomon Product Code). Ezzel a DVD sokkal

ellenállóbb, mint a régi CD. A technikai részletekhez még egy apróságra van szükség: a kétrétegû CD magyarázatára. A lézerhez közelebb esô réteg félig átlátszó, így a lézer képes az alatta fekvô rétegre fókuszálni, majd szükség esetén elhanyagolható idô alatt a másik rétegre átlépni. Ez a kétrétegû felépítés valamivel bonyolultabb, mintha tradicionális módon kétoldalas lemezt specifikáltak volna. Ekkor azonban szükséges lett volna a floppy-k mintájára valamilyen védôtokra. Ez a meglevô gyárak sokkal nagyobb átalakítását, az ismerôs forma elvesztését jelentette volna. Ezzel a megoldással (mivel a fizikai forma ugyanaz) a DVD játszók képesek lesznek a régi pár milliárd CD lemez lejátszására, míg a kétoldalas esetben ez nem lett volna ennyire egyszerû. Emlegettem már a videófilmet, mint az új DVD egyik fontos alkalmazását. A CCIR-601 szabványnak megfelelô minôségben kerülhet fel a film mintegy két óra

hosszban. E mellett Dolby AC-3 szerint kerül fel a hang. Ez 5+1 csatornát igényel: Bal, közép, jobb, hátsó bal, hátsó jobb, és közös mélyhang. Ha ilyen mínôségre nincs szükség, akkor Dolby Pro Logic is rendelkezésre áll, ezzel gyakorlatilag a régi sztereó, 16 bites, CD mínôségûnek nevezett hangot rögzíthetünk. És hogy a filmek nemzetközi elterjedését is biztosítsák, nyolc nyelven rögzíthetünk szinkront és 32 sorozat feliratot. Ez utóbbi például kiváló lehetôséget biztosíthat nyelvtanulásra: például egy angol nyelvû filmhez több sorozat, különbözô részletességû felirat tartozik. Minél inkább érti már valaki az élô beszédet, annál kevesebb feliratra lesz szüksége. Egy kis probléma a kezdetekben adódhat: Két óra film 12 centis korongra rögzítéséhez igen jó tömörítô algoritmus szükséges. Ezt az MPEG-2 tömörítôalgoritmus biztosítja. Itt egy apró probléma merül fel: a világon 96 tavaszán nagyon

kevés MPEG-2 tömörítôeszköz létezett. Márpedig az elsô DVD eszközök már karácsony elôtt várhatóak. (Remélhetôen 100000 Ft alatt) Ezekhez rengeteg film is kéne Mindenesetre a filmanyag rendelkezésre áll, mivel a DVD mögé meglepô módon minden jelentôs szórakoztatóipari cég felsorakozott. Eleinte két csoport dolgozott a nagykapacitású CD korongon, de szerencsére 95 második felében sikerült megegyezniük. Kíváncsian várom, hogy sikerül-e elszúrniuk a DVD premierjét. Nemcsak film van a világon, szóljunk végül a DVD-ROM-ról is! A legfontosabbat már emlegettem: több, mint 12 hagyományos CD egyetlen korongon. A másik elôny a sebesség lesz. Bár konkrét adatokat még nem találtam, a Sony szerint a leglassabb DVD-ROM is állva hagyja a leggyorsabb CD ROM meghajtót. Azért ezt így kétlem, de az kétségtelen, hogy a DVD-ROM a hagyományos CD-nél nagyobb sebességre képes. A hagyományos CD maximális sebessége olyan 10-12-szeres lehet.

E mellett már készül a CD-R és a legújabb és (talán legutolsó) CD szabvány, a CD-E DVD verziója. A CD-R-t mindenki ismeri: egyszer, de házilag írható CD-ROM. A CD-E még nincs is igazán piacon, de nagyon várjuk: nem egyszer (a Phillips szerint úgy ezerszer) és házilag írható. Változatlanul nem lesz alkalmas vinyó pótlásra, mivel véletlenszerû írást nem támogat ez a szabvány sem, de azért a CD-R-nél sokkal jobb. Ez utóbbi a hagyományos fotó és videó rögzítô eszközök végét jelenti majd, várhatóan még ebben az évezredben. Lackner Gábor I. évf mûszaki informatika, azonosító: h255161 Felhasznált irodalom: CHIP-Magazin