Dispositivos de Almacenamiento Óptico Jorge Rodríguez Cabrera y Laia Pérez Ríos

Transcripción

1 Dispositivos de Almacenamiento Óptico Jorge Rodríguez Cabrera y Laia Pérez Ríos

2 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2. CD 3. DVD 4. Blu-ray 5. HD-DVD 2

3 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2. CD 3. DVD 4. Blu-ray 5. HD-DVD 3

4 TECNOLOGÍA ÓPTICA Fundamentalmente existen dos tipos de discos de almacenamiento Discos Magnéticos (Discos Floppy, Discos Duros) Discos Ópticos (CD,DVD) La diferencia principal radica en que los discos ópticos realizan las operaciones de lectura y grabado de datos haciendo uso de un láser. Los discos de almacenamiento magnético pueden leer y escribir tantas veces como se quiera, al contrario de muchos de los ópticos, que o bien sólo son de lectura o sólo se puede escribir en ellos una vez. Disk magnético y Disc óptico 4

5 TECNOLOGÍA ÓPTICA Los discos ópticos son usados, principalmente, para copias de seguridad y almacenamiento de archivos. Los discos magnéticos, al ser mucho más rápidos y capaces de almacenar más información en la misma cantidad de espacio, son más apropiados para el almacenamiento directo en línea. Estándares de la tecnología óptica CD: CD-ROM, CD-R, y CD-RW DVD: DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW y DVD+R. Los discos magnéticos no serán reemplazados tan fácilmente 5

6 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2.CD 3. DVD 4. Blu-ray 5. HD-DVD 6

7 EL CD TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA El primer dispositivo óptico que se convirtió estándar de la industria de los ordenadores fue el CD-ROM (Compac disc Read-Only Memory), medio de almacenamiento de sólo lectura basado en el formato original de los CD-DA (Digital Audio). El CD-R y el CD-RW, añaden nuevas capacidades del CD original, permitiendo la escritura sobre el mismo. Hoy en día permiten tener 80 minutos de grabación o 700 MB de datos. 7

8 BREVE HISTORIA DEL CD EL CD En 1979, Sony y Philips se unieron para coproducir el estándar de CD- DA (Compact Disc-Digital Audio). Philips contribuyó en el diseño físico, mientras que Sony se encargó de todo lo referente a la circuitería y a la codificación. De esta manera, un año más tarde, salió al mercado el estándar CD- DA. En 1983 desarrollaron el CD-ROM, que permitía almacenar datos de sólo lectura para reproducirlos en un ordenador y no exclusivamente en formato audio. Rainbow Books contiene las especificaciones técnicas para los todos los CD. 8

9 EL CD TECNOLOGÍA Y CONSTRUCCIÓN Un CD está hecho de un disco grueso de 1,2 milímetros de policarbonato de plástico, al que se le añade una capa reflectante de aluminio y que se encargará de reflejar la luz del láser en el rango espectro infrarrojo. Posteriormente, se le añade una capa protectora de laca, que actúa como protector del aluminio y, opcionalmente, una etiqueta en la parte superior. 9

10 FABRICACIÓN DE CD EL CD 1. Capa Fotosensible. Una pieza circular de 240mm de diámetro de cristal pulido y de 6mm de grosor es centrifugado con una capa fotosensible de unas 150 micras de grosor y posteriormente se hornea a 80ºC durante 30 minutos para endurecer el material fotosensible. 2. Grabación. Un láser azul de estado sólido (BSSL) graba la información quemando el elemento fotosensible previamente endurecido. 3. Masterización. Una disolución de hidróxido sódico es extendida sobre el cristal, que disuelve las áreas expuestas al láser y de esta manera graba las hendiduras sobre el material fotosensible. 10

11 FABRICACIÓN DE CD EL CD 4. Electroforming. El Glass Master, es sumergido en una disolución electrolítica de composición principal que recibe el nombre de Sulfanato de Níquel. 5. Separación del master. Cuando el depósito de Níquel alcanza un espesor determinado, se separa del cristal. Esta pieza de níquel se trata mediante productos químicos, se lija en su parte posterior y se corta con unos determinados parámetros, obteniéndose el Estampador. 11

12 FABRICACIÓN DE CD EL CD 6. Operación de estampado del disco. El estampador se coloca en un molde de inyección y se le inyecta policarbonato a alta temperatura y presión para que reproduzca exactamente la información contenida en el estampador. 7. Metalización. Una capa de aluminio se deposita sobre la información. El objetivo es conseguir una superficie reflectante que haga posible la lectura del CD. 12

13 FABRICACIÓN DE CD EL CD 8. Capa protectora. Para proteger la capa de aluminio y evitar que se oxide, se deposita sobre su superficie una capa de laca, secándose mediante luz ultravioleta. 9. Producto Final. Los discos inyectados son pintados por la cara sobre la que se depositó la capa de aluminio. Para ello se usan dos métodos: serigrafía y offset. 13

14 LLANURAS Y SALIENTES EL CD Los datos binarios se almacenan en forma de llanuras y salientes de tal forma que al incidir el haz del láser, el ángulo de reflexión es distinto en función de si se trata de una saliente o de una llanura. Un saliente no corresponde a un valor binario y tampoco una llanura representa el otro valor. Lo que ocurre es que los valores binarios son detectados por las transiciones de saliente a llanura y viceversa. 14

15 EL CD MECÁNICA DE UN LECTOR DE CD Los pasos seguidos por una unidad lectora para reproducir los datos almacenados en un CD-ROM son los siguientes: 1. El diodo láser emite un haz de luz hacia el espejo reflectante. 2. El servo motor posiciona el haz de luz en la pista correcta del CD-ROM a base de mover dicho espejo. 15

16 MECÁNICA DE UN LECTOR DE CD EL CD 3. Cuando el haz de luz incide sobre un punto de la superficie del CD, la luz reflectada se recoge y se enfoca en la primera lente debajo del plato. A continuación, rebota en el espejo y finalmente se envía hacia el separador de haces de luz. 4. El separador del láser dirige el haz devuelto hacia otra lente. 5. La última lente dirige el haz de luz al fotoreceptor, que la convierte en impulsos eléctricos. 6. Dichos impulsos son codificados por el microprocesador y los envía por el controlador del sistema como datos. 16

17 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. 17

18 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria del láser para que queme de forma óptima. 18

19 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria del láser para que queme de forma óptima. Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado. 19

20 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria del láser para que queme de forma óptima. Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado. Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de subcódigo Q. 20

21 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria del láser para que queme de forma óptima. Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado. Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de subcódigo Q. Program (data) area. Área que se encuentra a un radio de 25mm desde el centro del CD. 21

22 PISTAS Y SECCIONES EL CD Un disco está divido en 6 áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede agarrar o sujetar el disco. PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria del láser para que queme de forma óptima. Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado. Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de subcódigo Q. Program (data) area. Área que se encuentra a un radio de 25mm desde el centro del CD. Lead Out. Almacena información sobre el final de la sesión de grabado en un disco. 22

23 PISTAS Y SECTORES EL CD La espiral sobre la cual se guarda la información es divida en sectores que se almacenan a una velocidad de 75 sectores por segundo. En un disco de 74 minutos supone un total de 333,000 sectores. Cada sector es, a su vez, dividido en 98 tramas individuales de información, cada uno de los cuales contiene 33 bytes: 24 bytes de audio, 1 byte de subcódigo y 8 bytes usado para la códigos de paridad. 23

24 MUESTREO EL CD El sonido digital necesita muestras con una frecuencia de 44,1KHz. Cada muestra tiene dos componentes o canales (stereo) digitalizadas mediante 16 bits, que permiten una resolución de posibles valores. La velocidad de muestreo determina el rango de las frecuencias de audio que pueden ser representadas en la grabación digital. Cuanto mayor sea el número de muestras de onda por segundo, más próxima estará al original. 24

25 SUBCÓDIGOS O CANALES P Y Q EL CD Los bytes de subcódigo contienen información adicional sobre el disco. 2 de los 98 bytes de subcódigos totales, se usan para marcar el principio y el final de un bloque. Los 96 restantes son divididos en 8 bloques de 12 bytes. El subcódigo P identifica el comienzo de las pistas en el CD. El subcódigo Q indica si el sector es de audio o de datos, y el número de trama desde el comienzo de una pista o canción, así como el ISRC, código estándar internacional de grabación (único para cada pista del disco). 25

26 CORRECCIÓN DE ERRORES EL CD Los CDs introducen una codificación CIRC (código Reed-Solomon de intercalación transversal) para corregir los errores que puedan surgir durante la reproducción. Si se trata de errores leves, el sistema los corrige automáticamente sin consecuencias para la percepción sonora. En caso contrario, el sistema realiza una interpolación, es decir, obtiene la media matemática entre los valores adyacentes. Aunque el valor interpolado no sea el correcto, al menos, no producirá un efecto desagradable. 26

27 CORRECCIÓN DE ERRORES EL CD Cuando la interpolación no es posible, lo que se hace es "retener" la muestra anterior (hold). Si detecta varias retenciones, el sistema anula automáticamente la salida (mute), ya que se ha sobrepasado la capacidad de corrección de errores del equipo. Para ello se toman 304 bytes, de los 2,352 originales de datos, y se usan para sincronización (sync), bit identificadores(id), códigos de corrección de error (ECC) y códigos de detección de error (EDC). Se tienen finalmente 2,048 bytes para datos de usuario en cada sector. 27

28 EL CD CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN Se utiliza una codificación conocida como modulación EFM (Eighth to Fourteen Modulation). Cada bloque de 8 bits se traduce a su correspondiente palabra de código de 14 bits, escogida de forma que los datos binarios están separados con un mínimo de dos y un máximo de diez ceros binarios (RLL, Run Length Limited). Debido a que algunos códigos EFM empiezan y terminan con uno o más de cinco 0s, se añaden 3 bit más entre cada uno de los 14 bits EFM escritos en el disco, denominados merge bits. 28

29 EL CD CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN Se tiene un total de 588 bits almacenados en el disco por cada trama, que suponen 7,203 bytes para representar cada sector. Carácter N O ASCII (decimal) ASCII(hexadecimal) AE 4F ASCII(binario) EFM

30 EL CD OTROS FORMATOS CD-R (Compact Disc Recordable). Disco apto para su grabación particular, pero sólo se graba una vez. En ellos puede almacenarse cualquier tipo de información que esté en formato digital: ficheros informáticos, fotografías o música digitalizada e incluso vídeos. Se pueden grabar en varias sesiones (discos multisesión). 30

31 OTROS FORMATOS CD-RW (Compact Disc ReWritable). EL CD Disco compacto que puede ser grabado, borrado y regrabado una cantidad determinada de veces. Estos discos normalmente son leídos únicamente por computadoras o aparatos que soporten la característica de lectura de discos CD-RW. 31

32 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2. CD 3.DVD 4. Blu-ray 5. HD-DVD 32

33 EL DVD TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA Un DVD (Digital Versatile Disc) es, en términos simples, un CD de alta capacidad. De hecho, todos los lectores de DVD permiten leer también los CDs. 33

34 EL DVD TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA La diferencia de capacidad del DVD se basa, principalmente, en una mayor densidad de datos. Mientras que los CDs tienen una capacidad de hasta 700MB, los DVDs, dependiendo del tipo, pueden albergar desde 4,7GB hasta 17,1GB. 34

35 EL DVD HISTORIA DEL DVD En 1995, dos formatos competían por asentarse en el mercado como sucesores del CD-ROM: o Super Density Disc. Apoyado por compañías como Toshiba y Time Warner. o Multimedia Disc. Ideado por Sony Sin embargo, la industria no permitió que una guerra de formatos perjudicara tanto a ellos como a los consumidores. 35

36 EL DVD TECNOLOGÍA DEL DVD Es bastante parecida a la del CD. Los discos son del mismo tamaño que el de los CDs. Sin embargo, en los DVDs cabe la posibilidad de grabar hasta dos capas de información por cara del disco. Cabe también la posibilidad de grabar datos en las dos caras del disco. 36

37 EL DVD TECNOLOGÍA DEL DVD Factores claves en el DVD: o Mayor densidad de datos. o Láser de lectura con menor longitud de onda. Además, el láser está situado en una posición más cercana que en el de una unidad lectora de CDs. Todo lo anterior se traduce en una mayor precisión que posibilita la mayor capacidad del formato. 37

38 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD Cada capa tiene estampada una única pista física que comienza en el centro del disco y va dirigiéndose al exterior en forma de espiral. 38

39 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD Dentro de una unidad lectora, el disco rota en el sentido contrario de las agujas del reloj, y cada pista espiral contiene salientes y llanuras. Sus transiciones se traducen en información binaria en el sistema. 39

40 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD El haz del láser es reflectado en un ángulo distinto dependiendo de si lo hace sobre un saliente o una llanura. Ese ángulo con el que es reflectado es el que interpreta un receptor fotosensitivo en el lector. 40

41 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD Las llanuras y salientes están situados mucho más cercanos entre ellos en un DVD que en un CD. Esto provoca que haya una mayor densidad de datos y, por tanto, mucha más capacidad de información en la misma superficie. 41

42 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD El disco contiene varias capas en su interior, de las cuales una o dos (por cara) pueden ser de datos. 42

43 EL DVD FABRICACIÓN DEL DVD El disco contiene varias capas en su interior, de las cuales una o dos (por cara) pueden ser de datos: Las capas de datos están separadas por una capa semireflectante que permite dejar pasar el haz de láser cuando éste quiere acceder a la última capa de datos. 43

44 EL DVD ESTRUCTURA DEL DISCO Se divide en cuatro áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede sujetar el disco. 44

45 EL DVD ESTRUCTURA DEL DISCO Se divide en cuatro áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede sujetar el disco. Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma. 45

46 EL DVD ESTRUCTURA DEL DISCO Se divide en cuatro áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede sujetar el disco. Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma. Program (data) Area. Contiene la información en el disco. Empieza en el sector 30000h y tiene un número total de sectores de hasta por capa. 46

47 EL DVD ESTRUCTURA DEL DISCO Se divide en cuatro áreas principales: Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad puede sujetar el disco. Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma. Program (data) Area. Contiene la información en el disco. Empieza en el sector 30000h y tiene un número total de sectores de hasta por capa. Área de Lead Out. Señala el final del área de datos. Todos los sectores en esta área contienen como datos 00h. 47

48 EL DVD ESTRUCTURA DEL DISCO Se divide en cuatro áreas principales: 48

49 EL DVD FORMATOS DE DVD Hay varios formatos de DVD distintos, de entre los que destacan: DVD-5 [ 4,7GB Una cara, una capa ] DVD-9 [ 8,5GB Una cara, doble capa ] DVD-10 [ 9,4GB Una capa, doble cara ] DVD-18 [ 17,1GB Doble capas, doble cara ] 49

50 EL DVD FORMATOS DE DVD 50

51 EL DVD FUNCIONAMIENTO DEL DVD En un lector con una velocidad 20x, al leer la parte exterior del disco, la información se mueve a una velocidad de unos 251km/h al pasar por el láser. Incluso con la información viajando a esa velocidad, el láser es capaz de leer de manera bastante precisa la información (en forma de transiciones llanuras/salientes) espaciados tan solamente 0,4 micras. 51

52 EL DVD MANEJO DE ERRORES El DVD usa un código de detección de errores más potente que los creados para el CD. Al contrario que en éste, el DVD trata toda la información de la misma manera y aplica una corrección de error total para cada uno de los sectores del disco. 52

53 EL DVD MANEJO DE ERRORES Para detectar y corregir los errores, el DVD utiliza bits de paridad impar de dos tipos distintos: Parity inner (PI) Parity outer (PO) Al añadir la información de corrección de error, se organizan los bits en filas y columnas, de manera que los PI se colocan en columnas y los PO en filas. 53

54 EL DVD MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ] Empezaremos añadiendo un bit PI (parity inner) para cada fila, recordando que se tratan de bits de paridad impar. 54

55 EL DVD MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ] Por último, añadimos un bit PO (parity outer) para cada columna, siendo también de paridad impar. 55

56 EL DVD MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ] Con todo esto, conseguimos que si se lee algún bit de manera incorrecta, la circuitería del lector pueda detectarlo y corregirlo de manera fácil y rápida. Por ejemplo: 56

57 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2. CD 3. DVD 4.Blu-Ray 5. HD-DVD 57

58 BLU-RAY Formato de disco óptico de nueva generación utilizado para vídeo de alta definición y para el almacenamiento de datos de alta densidad. Es un disco de 12 cm de diámetro y su capacidad alcanza, actualmente, unos 50 GB a doble capa y 25 GB si se trata de una única capa. El BD hace uso de un rayo láser de color azul, de ahí su nombre, con una longitud de onda de 405 nanómetros. Permite almacenar más información que un DVD de las mismas dimensiones. 58

59 BLU-RAY Posee una velocidad de transferencia de datos de 36 Mbit/s y ya están en desarrollo prototipos al doble de velocidad. Existen actualmente en el mercado las versiones de BD-RE (formato reescribible),bd-r (grabable) y el BD-ROM. La longitud de onda del láser azul-violeta es menor que el del DVD, mientras que la apertura numérica se ve aumentada, pasando a ser de 0,85. De esta manera, con un sistema de lentes duales y a una cubierta protectora más delgada, el rayo láser es capaz de enfocar en la superficie del disco de una manera más precisa y eficiente. 59

60 BLU-RAY En cuanto a las mejoras aportadas, podemos destacar que al tener una capa de sólo 0,1 mm es muy poco probable que el láser se difracte y no sea posible la lectura, ya que tiene menos recorrido hasta la capa de datos. Incorporan un sustrato protector denominado Durabis, que compensa la fragilidad del Blu-ray y además le proporciona la protección extra contra las rayaduras. El Blu-ray es capaz de soportar los mismos sistemas de archivos que los formatos anteriores, tales como el ISO 9660 y el UDF. Cabe destacar la inclusión de la plataforma Java, Blu-ray Disc Java (BD-J), en el estándar de las películas grabadas en Blu-ray. 60

61 BLU-RAY La BDA recomienda que los reproductores de BD sean capaces de reproducir DVD también, para que sean compatibles con la anterior definición. Actualmente, es posible encontrar reproductores híbridos de CD, DVD, HD-DVD y Blu-ray. JVC (Victor Company of Japan) está desarrollando un combo DVD/BD de tres capas que permitiría tener en el mismo disco el estándar DVD y el BD. Es posible comprar una película que se puede ver en los reproductores de DVD actuales y tener alta definición si se introduce en un reproductor BD. 61

62 ÍNDICE 1.Tecnología Óptica 2. CD 3. DVD 4. Blu-ray 5.HD-DVD 62

63 HD-DVD El HD-DVD responde a las siglas de High Digital DVD. Fue desarrollado por Toshiba, Microsoft y NEC. Apareció junto al Blu-Ray y juntos compitieron por el mercado como futuros sucesores del DVD. 63

64 HD-DVD Tenía una capacidad máxima de 30GB Guardaba muchas similitudes con el DVD Su principal baza era la XBOX 360, que traía de serie un reproductor compatible con el disco. Sin embargo, Sony, con su PlayStation 3 y muchos acuerdos con productoras de cine, acabó llevándose la victoria. 64

65 HD-DVD En el 2008, muchas empresas se bajaron del carro y el formato cada vez fue perdiendo más apoyos. Finalmente, el 19 de Febrero de 2008, Toshiba publicaba un comunicado de prensa oficial informando de la discontinuación del desarrollo, manufacturación y comercio del formato HD-DVD. 65

66 Dispositivos de almacenamiento óptico FIN 66