第10章 光盘存储器
如何记录“0”和“1”，如何提高单位面积上的记录密度是计算机工业中的一个非常重要的技术研究和开发课题。在半个世纪中，科学家和工程技术人员开发了许多的记录技术，从电子管到半导体存储器，从磁记录到光记录都取得了辉煌的成就。光记录是20世纪70年代的重大发明，是80年代世界上的重大技术开发项目，是90年代得到广泛应用的技术。本章将从CD到DVD的发展过程中所采用的一些技术作一个介绍。
10.1 CD简历
常见英文名10.1.1 CD工业史上的几件大事
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，这就是1978年正式投放市场并命名为LV(Lar Vision)的光盘播放机。从此，利用激光来记录信息的革命便拉开了序幕。它的诞生对人类文明进步的影响，不亚于纸张的发明对人类的贡献。
大约从1978年开始，把声音信号变成用“1”和“0”表示的二进制数字，然后记录到以塑料为基
片的金属圆盘上，历时4年，Philips公司和Sony公司终于在1982年成功地把这种记录有数字声音的盘推向了市场。由于这种塑料金属圆盘很小巧，所以用了英文Compact Disc来命名，而且还为这种盘制定了标准，这就是世界闻名的“红皮书(Red Book)标准”。这种盘又称为数字激光唱盘(Compact Disc-Digital Audio，CD-DA)盘。
由于CD-DA能够记录数字信息，很自然就会想到把它用作计算机的存储设备。但从CD-DA过渡到CD-ROM有两个重要问题需要解决：① 计算机如何寻找盘上的数据，也就是如何划分盘上的地址问题。因为记录歌曲时是按一首歌作为单位的，一片盘也就记录20首左右的歌曲，平均每首歌占用30多兆字节的空间。而用来存储计算机数据时，许多文件不一定都需要那么大的存储空间，因此需要在CD盘上写入很多的地址编号。② 把CD盘作为计算机的存储器使用时，要求它的错误率(10-12)远远小于声音数据的错误率(10-9)，而用当时现成的CD-DA技术不能满足这一要求，因此还要采用错误校正技术。于是就开发了“黄皮书(Yellow)标准”。
遗憾的是，这个重要标准只解决了硬件生产厂家的制造标准问题，也就是存放计算机数据的物理格式问题，而没有涉及逻辑格式问题，也就是计算机文件如何存放在CD-ROM上，文件如何在不同的系统之间进行交换等问题。为此，在多方努力下又制定了一个文件交换
标准，后来国际标准化组织(International Standards Organization，ISO)把它命名为ISO 9660标准。
经过科学技术人员以及各行各业人员的共同努力，终于在1985年前后成功地把CD-ROM推向了市场，从此CD-ROM工业走上了康庄大道。
10.1.2 CD系列产品
自从1981年激光唱盘上市以来，开发了一系列CD产品，而且还在不断地开发新的产品，VCD仅仅是其中的一个产品，如图10-01所示。
图10-01 目前市场上的CD产品
CD原来是指激光唱盘，即CD-DA(Compact Disc-Digital Audio)，用于存放数字化的音乐节目，现在，通常把图10-01所列的CD-G(Graphics)、CD-V(Video)、CD-ROM、CD-I(Interactive)、CD-I FMV(Full Motion Video)、卡拉OK(Karaoke)CD、Video CD等通称为CD。尽管CD系列中的产品很多，但是它们的大小、重量、制造工艺、材料、制造设备等都相同，只是根据不同的应用目的存放不同类型的数据。它们之间的差别主要是：
(1) CD-DA 存放数字化的音乐节目
(2) CD-G 存放静止图像和音乐节目
(3) CD-V 存放模拟的电视图像和数字化的声音
(4) CD-ROM 存放数字化的文、图、声、象等
(5) CD-I 存放数字化的文、图、声、象(静止的)、动画等
(6) CD-I FMV 存放数字化的电影、电视等节目
(7) 卡拉OK CD 存放数字化的卡拉OK节目
(8) Video CD 存放数字化的电影、电视等节目
(9) Photo-CD 存放的主要是照片、艺术品
为了存放不同类型的数据，制定了许多标准，这些标准如表10-01所示。
表10-01 部分CD产品标准
ma
标准名称 | 盘的名称 | 应用目的 | 播放时间 | 显示的图像 |
Red Book
(红皮书) | CD-DA | wow是什么意思>minded 存储音乐节目 | 74分钟 | |
Yellow Book
(黄皮书) | CD-ROM | 存储文图声象等多媒体节目 | ivy是什么意思韩语学习网站存储650 MB的数据 | 动画、静态图像、动图像 |
| Yellow Book
(黄皮书) | CD-ROM festivals | 存储文图声象等多媒体节目 | 存储650 MB的数据 | 动画、静态图像、动图像 |
| Green Book
(绿皮书) | CD-I | 存储文图声象等多媒体节目 | 存储多达760 MB的数据 | 动画、静态图像 |
| Orange Book
(橙皮书) | mprojectorCD-R | 读/写入文图声象等多媒体节目 | | |
| White Book
迈克尔杰克逊英文(白皮书) | Video CD | 存储影视节目 | 70分钟(MPEG-1) | 数字影视(MPEG-1)质量 |
| Red Book +
(红皮书+) | CD-Video | 存储模拟电视
数字声音 | 5～6分钟(电视)
20分钟(声音) | 模拟电视图像
数字声音 |
| CD-Bridge | Photo CD | 存储照片 | | 静态图像 |
| Blue Book
(蓝皮书) | debbie roweLD(LarDisc) | 存储影视节目 | 200分钟 | 模拟电视图像 |
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10.2 CD的工作原理
10.2.1 CD盘片结构
激光唱盘、CD-ROM、数字激光视盘等统称为CD盘。CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳酸脂衬垫组成，如图10-02所示。
图10-02 CD盘片的结构
CD盘上有一层铝反射层，看起来是银白色的，所以人们把它称为“银盘”。还有一种正在大批量进入市场的盘称为CD-R(CD-Recordable)盘，它的反射层是金，所以又这种盘称为“金盘”。
CD盘的外径为120 mm，重量为14克～18克。激光唱盘分3个区：导入区、导出区和声音数据记录区，如图10-03所示。
图10-03 CD
10.2.2 CD盘的光道结构
许多读者都可能听说过以下两个术语：恒定角速度(CAV)和恒定线速度(CLV)。现在就首先来解释它们。以我们现在用的软磁盘为例，软磁盘存放数据的磁道是同心环，如图10-04(b)所示，磁盘片转动的角速度是恒定的，通常用CAV(constant angular velocity)表示，但在这一条磁道和另一条磁道上，磁头相对于磁道的速度(称为线速度)是不同的。采用同心环磁道的好处之一是控制简单，便于随机存取，但由于内外磁道的记录密度(比特/每英寸)不相同，外磁道的记录密度低，内磁道的记录密度高，外磁道的存储空间就没有得到充
分利用，因而存储器没有达到应有的存储容量。
CD盘光道的结构与磁盘磁道的结构不同，它的光道不是同心环光道，而是螺旋型光道，CD唱盘的光道长度大约为5公里，如图10-04(a)所示。CD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的，通常用CLV(constant linear velocity)表示。由于采用了恒定线速度，所以内外光道的记录密度(比特数/每英寸)可以做到一样，这样盘片就得到充分利用，可以达到它应有的数据存储容量，但随机存储特性变得较差，控制也比较复杂。
在盘存储器工业中，从CAV到CLV整整花了30多年的时间才得以实现。现在不仅CD-ROM存储器采用CLV，而且磁光盘存储器也开始采用。
