Негативные копии мастер-диска впоследствии применяются для создания рабочей матрицы, используемой в процессе массового тиражирования компакт-дисков. Это позволяет штамповать большое количество дисков, без повторения процесса формирования стеклянного мастер-диска.

6.Штамповка диска. Металлическая рабочая матрица применяется в литейной машине для формирования принципа отображения данных (впадин и площадок) в расплавленной поликарбонатной массе объемом около 18 грамм, при температуре 350°C (или 662°F). При этом сила давления достигает примерно 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Как правило, в современных термических штамповочных прессах на изготовление каждого диска уходит не более трех секунд.

7.Металлизация. Для создания отражательной поверхности на отштампованный диск посредством напыления наносится тонкий (0,05-0,1 микрона) слой алюминия.

8.Защитное покрытие. Для защиты алюминиевой пленки от окисления, на металлизированный диск с помощью центрифуги наносится тонкий (6-7 микрон) слой акрилового лака, затвердевающего под действием ультрафиолетовых лучей.

9.Конечный продукт. В завершение на поверхность диска методом трафаретной печати наносится текст этикетки или какое-либо изображение, также высыхающее под действием ультрафиолетовых лучей.

Процесс изготовления дисков данных CD-ROM и музыкальных компакт-дисков практически одинаков.

Впадины и площадки

Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается.

Диск вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором световых вспышек, повторяющих рисунок впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т. е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук.

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина - 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная - 3,3 микрона (рис. 13.2).

Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска. Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину длины волны (1/4+1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом,

0,9 мкм3,3 мкм

(минимум) (максимум)

Рис. 13.2. Геометрия впадин и площадок, образующих дорожку компакт-диска

отразившимся от впадины. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2 длины волны не совпадает по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят друг друга, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на покрытие металлической отражающей пленкой, становятся "черными" (т. е. не отражающими свет).

Считывающий лазер, используемый в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мвт (милливатт). Поликарбонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффициент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медленнее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следовательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55 = 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм составляет 125 нм, или 0,125 микрона, что составляет высоту впадины (штриха).

Устройство накопителей CD-ROM

Ниже приведен алгоритм работы накопителя CD-ROM.

1.Полупроводниковый лазер (рис. 13.3) генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

2.Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.

3.Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4.Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

5.Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6.Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Первые образцы накопителей CD-ROM были слишком дорогими для массового покупателя. Кроме того, производители несколько запоздали с принятием соответствующих стандартов, что сдерживало производство CD-ROM. Отсутствовала и база программного обеспечения, которая могла бы стимулировать увеличение темпов производства CD-ROM.

Серводвигатель Рис. 13.3. Структура накопителя CD-ROM

После снижения стоимости накопители и диски все равно не получили должного распространения в мире ПК. Это можно объяснить небольшими размерами приложений того времени. Сейчас практически все программное обеспечение поставляется на компакт-дисках, даже если оно занимает десятую часть диска. Производители программ придерживаются следующего правила: если программный продукт занимает более двух дискет, рациональнее использовать компакт-диск.

Преимущества записи на компакт-диск больших программ очевидны. Для распространения Windows 98 потребовалось бы около 75 дискет - только представьте эту груду дисков на своем столе.

Дорожки и секторы

Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на миллиметр или 15 875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22 188 витков. Диск разделен на шесть основных областей, представленных на рис. 13.4.

Центральное отверстие

7,5 мм

25 мм

23 мм

22,35 мм

20,5 мм

1

60 мм

58,5 мм

58 мм

Область Область ОбластьНачальнаяОбласть Конечная

посадки Power Program(нулевая)данных (средняя) диска Calibration Memory областьзона

(PCA) (PMA)

Рис. 13.4. Области компакт-диска (в разрезе)