Thiết bị lưu trữ quang học

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với tư cách là ngành công nghệ kế thừa và phát triển
một cách tối ưu hóa tất cả các lĩnh vực khác, công nghệ thông tin dần
đóng góp một cách thiết thực vào sự phát triển của nhân loại. Để có sự
phát triển vượt bậc của khoa học như hiện nay, con người luôn tìm tòi,
sáng tạo và ứng dụng tri thức vào cuộc sống. Sự ra đời của các thiết bị
lưu trữ dữ liệu đã tạo cho con người một kho tàng tri thức với rất nhiều
kiến trúc phân tầng đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu và phát triển
khoa học kĩ thuật tương lai.
Các thiết bị lưu trữ ngày càng được nâng cấp một cách vượt bậc về
cả chất lượng lẫn dung lượng. Thiết bị lưu trữ được phát triển dựa trên 2
nguyên lí cơ bản là từ tính và quang học. Mỗi loại đều có những ưu
nhược điểm riêng bổ xung cho nhau. Các thiết bị lưu trữ nguyên lí từ
tính có dung lượng ghi cao, các thiết bị lưu trữ nguyên lí quang học lại
thiên về tính bảo mật. Tin rằng với tốc độ phát triển như hiện nay của
công nghệ thông tin, tương lai con người sẽ không phụ thuộc vào tài
nguyên thiên nhiên mà bằng chính tri thức, công nghệ trong tầm tay.

1

1
1


Chương 1.ĐĨA QUANG.
1.1. Lịch sử phát triển
Được phát triển vào khoảng cuối thập niên 1960, đĩa quang đầu
tiên được phát minh bởi James Russell
• Năm 1978 hai hãng Philips và Sony bắt tay cùng nghiên cứu phát
triển loại đĩa CD-DA (digital audio) dùng cho việc ghi âm thanh.
• Đến năm 1980 thì chuẩn đĩa CD-DA ra đời, chúng được chuẩn

hoá với định dạng Sách đỏ (Red Book).
• Năm 1983 Sony và Philips tiếp tục hợp tác để đưa ra các chuẩn
đĩa chung. Chuẩn định dạng Sách vàng để phù hợp hơn với dữ liệu
trên máy tính CD ROM
• Từ đó về sau thì các định dạng đĩa CD được phát triển theo theo
các chuẩn sách Xanh, Cam, Trắng...
1.2.Định nghĩa thiết bị lưu trữ, quang học và các loại thiết lưu trữ dữ liệu
cơ bản.
1.2.1.Các khái niệm cơ bản.
Máy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu đó là các ổ đĩa máy tính, nơi ghi nhớ các thông tin dữ liệu. Những thiết
bị này gọi là các thiết bị lưu trữ thứ cấp - secondary starage (thiết bị lưu
trữ sơ cấp - primary storage là bộ nhớ máy tính.)
- Khác với thiết bị lưu trữ sơ cấp khi ngắt điện là mọi thứ trong
RAM đều không còn, loại thứ cấp này có thể lưu dữ kiện ngay cả khi
không có nguồn nuôi, xét về lý thuyết, dữ liệu trên loại này có thể tồn tại
vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa hay xóa lúc này hay lúc khác. Có
hai phương pháp lưu dữ kiện tạo nên hai họ khác nhau, là dựa trên từ
tính, và dựa trên khả năng ứng dụng quang học.
- Về cơ bản lưu trữ dữ liệu dạng đĩa trên máy tính được chia thành
hai loại: ghi nhớ dữ liệu theo nguyên lý sử dụng từ tính và quang học.
+Lưu trữ từ tính được biểu hiện bằng các đĩa mềm và đĩa cứng
tiêu chuẩn được cài đặt trong hệ thống máy tính nhất, nơi dữ liệu được
ghi từ tính trên đĩa quay.
+ Lưu trữ đĩa quang tương tự như lưu trữ đĩa từ trong hoạt động
cơ bản, nhưng nó đọc và ghi chép bằng cách sử dụng ánh sáng (quang
học) thay vì từ tính.
2


- Công nghệ lưu trữ quang học cho phép dữ liệu được ghi vào một

lần nhưng đọc nhiều lần, điều này làm cho nó một cách rất an toàn để
lưu trữ thông tin quan trọng.
- Lưu trữ quang học, trên đĩa quang như đĩa compact (CD) và
videodiscs kỹ thuật số (DVD), thông tin được lưu trữ ... điện tử lưu trữ
trung bình sử dụng ít năng lượng chùm tia laser để ghi lại và lấy kỹ thuật
số (nhị phân ) dữ liệu. Trong công nghệ lưu trữ quang học, một chùm tia
laser mã hóa dữ liệu kỹ thuật số vào một laser quang học hay,đĩa ở dạng
hố nhỏ bố trí trong các vòng tròn đồng tâm trên bề mặt đĩa.
- Một máy quét laser năng lượng thấp được sử dụng để "đọc"
những hố, với những biến đổi trong cường độ ánh sáng phản xạ từ các
hố được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Công nghệ này được sử dụng
trong các đĩa nhỏ gọn, có bản ghi âm; trong đĩa CD-ROM (đĩa nhỏ gọn
bộ nhớ chỉ đọc), mà có thể lưu trữ văn bản.
1.2.2. Ưu và Nhược điểm.
Với nguyên lý từ tính, chúng gồm các loại đĩa cứng, đĩa mềm.Với
nguyên lý quang học, đại diện cho chúng là các đĩa CD, DVD và với các
chuẩn mới ngày nay. Lưu trữ dựa trên từ tính rất thông dụng và xuất
hiện trên hầu hết các máy tính với đặc điểm là dung lượng lớn, việc ghi
dữ liệu thuận tiện. Với các đĩa quang học việc ghi dữ liệu khó khăn hơn,
phải thực hiện trên các đĩa quang riêng và ổ đĩa quang có tính năng ghi
dữ liệu
Trước đây đĩa mềm thường được sử dụng trong việc lưu trữ dữ
liệu di động. Đặc biệt với các máy thế hệ rất cũ thường dùng đĩa mềm
để chứa hệ điều hành, dùng để khởi động một phiên làm việc trên nền
DOS.
Ngày nay đĩa mềm thường ít được sử dụng bởi chúng có nhược điểm:
kích thước lớn, dung lượng lưu trữ thấp và dễ bị hư hỏng theo thời gian
bởi các yếu tố môi trường. Các loại thẻ nhớ giao tiếp qua cổng USB và
các thiết bị lưu trữ bằng quang học (đĩa CD, DVD...) đang thay thế cho
đĩa mềm. Chúng khắc phục được các nhược điểm của đĩa mềm và đặc

biệt là có thể có dung lượng rất lớn (đến năm 2007 đã xuất hiện các thẻ
nhớ dung lượng hơn 10 GB, đĩa DVD lên đến 17 GB).
Tuy nhiên đĩa mềm vẫn cần thiết trong một số trường hợp cần sửa chữa
các máy tính đời cũ: một số thao tác nâng cấp BIOS bắt buộc vẫn phải
dùng đến nó.
3


1.3.Tìm hiểu chung về đĩa quang.
1.3.1.Đĩa quang

Đĩa quanglà dạng thiết bị lưu trữ dữ liệu tháo lắp sử dụng các
tính chất vật lý và năng lượng của ánh sáng cho quá trình ghi và đọc
dữ liệu. Trái với một dạng lưu trữ dữ liệu khác cùng loại là đĩa từ thì
đĩa quang tuy giới hạn hơn về dung lượng lưu trữ nhưng lại có nhiều
ưu điểm về kích thước và giá thành sản xuất, do đó chúng được sử
dụng rộng rãi trong thời gian hiện nay
Cấu tạo
Một cách chung nhất, đĩa quang có cấu tạo gồm:
Lớp nhãn đĩa (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt)
•
Lớp phủ chống xước (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt).
•
Lớp bảo vệ tia tử ngoại.
•
Lớp chứa dữ liệu.
•
Lớp polycarbonat trong suốt (phía bề mặt làm việc). Đối với
loại đĩa quang ghi dữ liệu ở cả hai mặt, các lớp được bố trí đối xứng
nhau để đảm bảo ghi dữ liệu ở cả hai mặt đĩa.

Đĩa quang là thuật ngữ dùng để chỉ chung các loại đĩa mà dữ liệu
được ghi/đọc bằng tia ánh sáng hội tụ. Tuỳ thuộc vào từng loại đĩa
quang (CD,DVD...) mà chúng có các khả năng chứa dữ liệu
•

4


(CD,DVD...) mà chúng có các khả năng chứa dữ liệu với dung lượng
khác nhau.
1.3.2.Phân loại và thông số kỹ thuật đĩa quang.
- Đĩa CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW).
+Kích thước đường kính ngoài:120mm
+Dung lượng: Thông dụng là đĩa 129mm
có dung lượng 605MiB (682MB) hoặc
700MiB (737MB) – 1MiB = 220byte.
- Đĩa DVD (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD+R, DVDR).
+Kích thước đường kính ngoài: 120mm
+Dung lượng: Cấu trúc pit và land trên đĩa DVD nhỏ hơn CD và có
khả năng ghi trên nhiều lớp khác nhau.
+DVD-5: 4.7GB một mặt, một lớp
+DVD-9: 8.5GB một mặt, hai lớp
+DVD-10: 9.4GB hai mặt, một lớp
+DVD-18: 17.1GB hai mặt, hai lớp
- Đĩa Blu-ray (BD-ROM, BD-R, BD-RW): đĩa quang cao cấp được phát
bởi hãng SONY sử dụng tia lazer xanh-tím (405nm).Dung lượng: 25GB
đối với đĩa 1 lớp, 50GB với đĩa 2 lớp..
- Đĩa HD-DVD (DH-DVD-R, HD-DVD-RW): đĩa quang cao cấp được phát
triển bởi hãng Panasonic và NEC.Dung lượng: 15GB đối với đĩa 1 lớp,
30GB đối với đĩa 2 lớp.

- Ngoài ra còn: Đĩa lazer ,MiniDisc, UDO, UMD.

1.3.3. Nguyên lí hoạt động
5

5
5


1.3.3.1. Đọc dữ liệu
- Nguyên lý đọc dữ liệu ở đĩa quang: Tia laser từ nguồn phát chiếu
qua lăng kính đến bề mặt đĩa, nếu gặp điểm sáng chúng phản xạ ngược
lại và đổi hướng tại lăng kính đến bộ cảm biến

(ảnh chụp phóng đại bề mặt ghi dữ liệu của một đĩa quang.)
Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn chôn ốc từ trong ra
ngoài theo các track. Trên các track này là các rãnh (land) và các pit mà
chúng có thể gây phản xạ lại theo hướng vuông góc với chùm tia tới
hoặc phản xạ ít theo phương vuông góc với chùm tia này. Do hệ thống
chiếu tia là duy nhất trong một hệ quang học nên các loại ổ đĩa quang
(hoặc máy phát đĩa quang) chỉ quan tâm đến hướng vuông góc đối với
chùm tia chiếu tới, đây là những tính chất quan trọng trong sự hoạt động
của các đĩa quang.
Khi đọc dữ liệu trên đĩa quang, một tia tia laser (có công suất thấp)
chiếu vào các điểm sáng và tối của chúng để nhận lại ánh sáng phản xạ.
Ánh sáng phản xạ này sẽ quay ngược lại nguồn phát ra chúng và bị đổi
hướng bởi một hệ lăng kính đến phần đầu đọc để cho kết quả các tín
hiệu nhị phân.Tia laser chiếu lên bề mặt đĩa tại các Land sẽ phản xạ lại
vào cảm biến trong khi tại các Pit thì không. Như vậy thì hệ thống thiết bị
đọc đĩa quang sẽ là một hệ quang học phức tạp nhằm tạo ra tia laser

chiếu vào bề mặt đĩa và thu lại tia phản xạ theo phương mà tia laser
chiếu đến.
Tại thiết bị cảm nhận tia laser phản xạ lại, một điốt cảm quang sẽ
tiếp nhận những ánh sáng rời rạc để biến chúng thành tín hiệu nhị phân,
tức là tín hiệu có dạng 1000101001, chúng chứa âm thanh/video hoặc
dữ liệu phần mềm máy tính.
6

6
6


Khi đọc dữ liệu chỉ cần tia laser có công suất nhỏ nhất, đủ để chiếu
lên bề mặt đĩa và phân loại.

1.3.3.2. Ghi dữ liệu
- Phương pháp điều chế dữ liệu (mã hóa):
Dữ liệu trước khi ghi sẽ được mã hóa bằng phương pháp EMF
(eight to fourteen modulation) nhằm tăng tối đa khoảng cách giữa các bit
1 bằng cách sử dụng bảng tìm kiếm (lookup table).
+ Dữ liệu sau khi đã mã hóa được chuyển thành tín hiệu laser
chiếu lên bề mặt tạo thành các Pit. Mỗi loại tia laser sẽ tạo nên
các Pit có độ lớn khác nhau.
+ Ghi dạng Disc-at-Once(DAO): Dữ liệu được sắp xếp và ghi
một lần.
+ Ghi dạng Track-at-Once(TAO): Dữ liệu được sắp xếp và ghi
lên đĩa thành từng track (1 Track >= 300 Block, 1 Block =
64KB).
+ Ghi dạng Session-at-Once(SAO): Là phương pháp kết hợp
giữa DAO và TAO.

- Phân loại đĩa ghi: đĩa quang được chia thành nhiều loại khác nhau.
Về dạng thức dữ liệu tồn tại, đĩa quang thường được chia thành các loại
sau:
+Đĩa đã ghi dữ liệu: Loại đĩa ca nhạc, phim, phần mềm...ngay
từ khi bán ra thị trường. Loại này người sử dụng không thể ghi
thêm dữ liệu vào được (trừ một số trường hợp đặc biệt như đĩa
mua về được ghi chưa hết dung lượng theo cách ghi cho phép
ghi tiếp hay đĩa mua về là dạng RW). Do là đĩa đã ghi dữ liệu
nên giá cả của đĩa này sẽ cao hơn so với đĩa chưa ghi dữ liệu.
+Đĩa chưa ghi dữ liệu
۰ Loại ghi một lần: Đĩa được sản xuất chưa được ghi dữ
liệu nhưng chỉ cho phép người sử dụng ghi dữ liệu lần đầu tiên.
Tuy nhiên người sử dụng có thể có cách thức ghi dữ liệu sao
cho một đĩa có thể ghi nhiều lần liên tiếp nhau cho đến khi đĩa
được ghi hết chỗ trống. Loại đĩa này thường có ký hiệu “R”, hầu
7

7
7


hết các đĩa bán ngoài thị trường được ghi từ loại đĩa này mà ra,
người ta còn gọi loại đĩa này là đĩa trắng và chữ R là viết tắt của
Recordable.
۰ Loại ghi nhiều lần: Đĩa được sản xuất chưa ghi dữ liệu
nhưng cho phép người sử dụng có thể ghi dữ liệu và sau đó có
thể xoá đi để ghi lại dữ liệu khác (hoàn toàn khác nội dung
trước đó). Loại này thường có ký hiệu “RW”-Read-Write. Để ghi
và xóa được loại đĩa này, chúng ta cần dùng một phần mềm
chuyên dụng như Nero. Do có khả năng lưu trữ như một USBnghĩa là ghi-xóa-ghi nên giá của loại đĩa này rất mắc, cao

khoảng 4 lần so với loại chỉ ghi một lần.
- Với dạng thức: Số mặt chứa dữ liệu, đĩa quang có hai dạng sau:
+ Đĩa chỉ có một mặt chứa dữ liệu: Là loại đĩa thông dụng nhất:
Dữ liệu chỉ chứa trên một mặt của đĩa, mặt còn lại thường là nhãn đĩa và
các lớp bảo vệ.
+ Đĩa có cả hai mặt chứa dữ liệu(kiểu tương tự các đĩa nhựa
của các máy hát cổ điển):cả hai mặt đĩa đều được ghi dữ liệu do đó loại
đĩa này thường không cólớp nhãn đĩa hoặc các lớp bảo vệ phần dữ liệu.
Người sử dụng có thể lật mặt đĩa để đọc dữ liệu tại mặt còn lại. Dung
lượng đĩa hai mặt lớn nhất (tất nhiên gấp đôi đĩa một mặt).
Khi ghi dữ liệu, ổ đĩa quang phát ra một tia laser (khác với tia để
đọc dữ liệu) vào bề mặt đĩa. Tuỳ theo loại đĩa quang là ghi một lần hoặc
nhiều lần mà cơ chế làm việc ở đây khác nhau:
+ Với loại đĩa quang ghi một lần: Lớp chứa dữ liệu là lớp màu
polymer hữu cơ: Tia laser sẽ đốt lớp màu này tại từng điểm khác
nhau (theo yêu cầu ghi dữ liệu) để tạo thành các điểm tối, các
điểm còn lại không được đốt là các điểm sáng.
+ Với loại đĩa quang ghi lại nhiều lần: Lớp chứa dữ liệu là lớp kim
loại có thể chuyển biến trạng thái: trạng thái tinh thể (phản xạ với
ánh sáng) và trạng thái vô định hình (không phản xạ ánh sáng
chiếu vào). Khi ghi dữ liệu vào loại đĩa này, ổ đĩa quang cần thực
hiện hai công đoạn: dùng tia lade để xoá dữ liệu và ghi dữ liệu
mới.

8

8
8

1.3.4.Ghi Đĩa.
1.3.4.1. Sản xuất công nghiệp
Đĩa được ghi theo một quy trình sản xuất từng lớp đĩa riêng biệt
theo dạng tạo khuôn mẫu, do đó các đĩa ghi công nghiệp thường bền
hơn. Để phân biệt, sự dễ nhận thấy nhất là các đĩa quang ghi trong công
nghiệp có bề mặt làm việc màu ánh kim (trắng).
Các đĩa quang ghi công nghiệp thường được thực hiện với số
lượng lớn, khi đó chúng có giá thành thấp hơn so với các đĩa được ghi
do người sử dụng (so sánh cùng chất lượng đĩa).

Do đĩa quang thì có thể tạm phân thành hai loại: Đĩa được sản
xuất hàng loạt với nội dung cố định, không thể thay đổi được từ khi sản
xuất (thường gọi là ROM: tức là chỉ đọc) và loại đĩa có thể dùng cho
người dùng chứa dữ liệu hoặc âm thanh/video trên nó (thường là R
hoặc RW tức là ghi được một lần hoặc ghi lại được nhiều lần). Hai loại
này có cơ chế ghi đĩa khác nhau: sản xuất công nghiệp và ghi bằng các
ổ đĩa quang có chức năng ghi
1.3.4.2. Ghi đĩa trên các máy tính
- Ghi đĩa ở người sử dụng: Ngoài các thiết bị ghi dữ liệu chuyên
dụng, người sử dụng chỉ có thể ghi dữ liệu vào đĩa quang bởi các ổ đĩa
quang có chức năng ghi được sản xuất dưới dạng phôi trắng (không
chứa dữ liệu, có khả năng ghi).

-Bề mặt của các loại đĩa quang được cấu trúc thành các vòng tròn
đồng tâm gọi là track với khoảng cách mỗi track là 1.6 mi-crô-mét. Thực
tế dữ liệu được lưu trữ là các hốc (pit) rất nhỏ, trên bề mặt lớp bạc bao
phủ đĩa. Hốc này gồm các vùng phản chiếu và các vùng không phản
chiếu. Các vùng phản chiếu biểu thị cho giá trị 1 và các vùng không
phản chiếu biểu thị cho giá trị 0 của hệ nhị phân. Khi đọc trên bề mặt
đĩa, tia laser của mắt đọc trên các ổ đĩa CD-ROM chỉ nhận biết được các

vùng phản chiếu và không phản chiếu trên đĩa rồi cho ra các tín hiệu 1–0
tương ứng
- Cũng như các loại đĩa CD-R (chính là định dạng CD-ROM sau khi
đã được ghi dữ liệu), đĩa CD-RW cũng được cấu tạo bởi chất dẻo tổng
9

9
9


hợp làm nền, một lớp mỏng kim loại có tính phản chiếu, lớp bảo vệ bên
ngoài. Phân lớp chính lưu trữ dữ liệu được làm từ chất hữu cơ trùng
hợp (polymer). Đối với đĩa CD-R, lớp chất này chỉ thay đổi một lần rồi trở
nên bền vững. Ngược lại, đối với đĩa CD-RW, phân lớp lưu trữ được
thay thế bằng một loại hợp kim có khả năng trong suốt khi bị đốt nóng
với một nhiệt độ thích hợp và mờ đi khi bị đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn.
Các vùng trong suốt sẽ cho phép lớp kim loại trên đĩa phản chiếu tốt hơn
trong khi các vùng mờ sẽ không phản chiếu tia laser do mắt đọc phát ra.
Nhờ cấu trúc linh hoạt có thể thay đổi của lớp lưu trữ dữ liệu mà đĩa CDRW có thể được tái cấu trúc lại (xóa dữ liệu cũ và thay thế bằng dữ liệu
mới).
-Ghi dữ liệu lên đĩa thực chất là tái cấu trúc lại bề mặt của phân lớp
lưu trữ dữ liệu trên đĩa.Trong suốt quá trình ghi, mắt đọc sẽ phát ra tia
laser có bước sóng thấp nhất (mức năng lượng cao nhất) để ghi đĩa. Tia
laser này phát ra chùm tia có công suất cao, làm cho tại điểm hội tụ tia
có nhiệt độ đủ làm nóng chảy phân lớp lưu trữ dữ liệu (khoảng 500 đến
700 độ C). Sau khi nguội trong khoảng thời gian rất ngắn, chúng tạo
thành các vùng phản chiếu (biểu diễn trạng thái 1) và vùng không phản
chiếu (biểu diễn trạng thái 0). Các vùng này (mang thông tin dữ liệu mới)
khác với các vùng trước khi ghi dữ liệu (mang thông tin dữ liệu cũ).
• Khi ở chế độ đọc, mắt đọc sử dụng tia laser có mức năng lượng thấp

nhất để đọc đĩa. Nó có thể dễ dàng nhận ra cấu trúc mới đã được thay
đổi trên bề mặt đĩa.
• Dấu "+" và "-" (Ví dụ DVD-R và DVD+R).
• Nó là hai chuẩn định dạng đĩa DVD có thể ghi được do nhóm các nhà
sản xuất ổ ghi đĩa DVD đưa ra. DVD-R (gọi là DVD-gạch-R hay DVDtrừ-R) ra đời đầu tiên và có hai loại: DVD-R for General (G) và DVD-R
for Authoring (A). DVD-R (G) phục vụ các nhu cầu rộng rãi và DVD-R (A)
dành cho mục đích chuyên nghiệp. ổ đĩa đọc DVD thông dụng có thể
đọc hai định dạng này nhưng để ghi được chúng, bạn cần sử dụng ổ đĩa
ghi hỗ trợ định dạng tương ứng. DVD-RW là định dạng đĩa DVD-R có
thể ghi lại nhiều lần. DVD+R là phiên bản chỉ ghi được một lần của
DVD+RW. Trước đây, hai định dạng DVD– và DVD+ xung khắc tới mức
không thể chung sống hòa bình với nhau. Trên thị trường xuất hiện
những ổ ghi hoặc theo định dạng DVD- hoặc theo DVD+, nhưng hiện
nay ổ ghi DVD có thể ghi được cả hai định dạng DVD- và DVD+ gọi là
Dual DVD DVD±RW.
10

10
10


1.4.Tìm hiểu một số thiết bị lưu trữ quang hoc.
1.4.1.CD.
Các ổ đĩa CD-RW và DVD-RW được phát triển từ ổ đĩa CD-ROM
ban đầu nên cấu tạo căn bản của chúng cũng tương tự nhau. Bao gồm:
+Khối đầu quang (mắt đọc): Chịu trách nhiệm đọc và ghi dữ
liệu lên bề mặt đĩa. Để vừa có thể đọc và ghi dữ liệu, mắt đọc có khả
năng phát ra ba loại tia laser có công suất khác nhau. Tia có năng lượng
lớn nhất làm nhiệm vụ ghi dữ liệu. Tia có năng lượng thấp hơn hơn có

tác dụng xóa dữ liệu và tia có năng lượng thấp nhất được dùng để đọc
dữ liệu như các ổ đĩa CD-ROM thông thường.
+Khối điều khiển: là một cụm thiết bị cơ học bao gồm thao
tác quay đĩa, dịch chuyển khối đầu quang và nạp/trả đĩa được bộ vi xử lý
điều khiển thông qua các IC servo kiểm soát tốc độ quay của đĩa từ 200
đến 500 vòng/phút đối với CD-ROM và 350 đến 500 vòng/phút đối với
DVD tùy thuộc vào vị trí mắt đọc/ghi trên đĩa.
Khi mắt đọc/ghi các track gần tâm đĩa thì vận tốc quay của đĩa cao,
vận tốc quay sẽ giảm dần khi mắt đọc làm việc với các track cách xa tâm
đĩa. Bộ vi xử lý còn nhận tín hiệu dò sai từ khối xử lý dữ liệu để hiệu
chỉnh mắt đọc sao cho đạt được độ hội tụ chùm tia tối ưu nhất.
Khối xử lý dữ liệu: nhận dữ liệu thô (RF) từ khối đầu quang, giải
điều chế tín hiệu để trả lại dữ liệu nhị phân ở dạng nguyên thuỷ, tách lấy
các tín hiệu đồng bộ phối hợp với khối vi xử lý nhằm hiệu chỉnh khối đầu
quang hội tụ chính xác trên mặt đĩa
Các loại đầu tiên của lưu trữ quang học mà đã trở thành một tiêu
chuẩn tính toán phổ biến là các đĩa CD-ROM. CD-ROM, hoặc đĩa CD chỉ
đọc bộ nhớ, là chỉ đọc phương tiện lưu trữ quang học dựa trên đĩa CD
gốc-DA (digital audio) định dạng đầu tiên được phát triển cho đĩa CD âm
thanh. Các định dạng khác, chẳng hạn như CD-R (CD-ghi) và CD-RW
(CD-RW), đang mở rộng khả năng của đĩa CD bằng cách làm cho nó có
khả năng ghi. Như bạn sẽ thấy sau này trong chương này, các công
nghệ như DVD (kỹ thuật số đa năng đĩa) cho phép bạn lưu trữ dữ liệu
nhiều hơn bao giờ hết trên đĩa cùng kích thước.
CD-ROM đã được coi là thiết bị tiêu chuẩn trên hầu hết các máy
tính cá nhân trong nhiều năm. Các trường hợp ngoại lệ cho quy tắc này
11

11
11

chính là clientsPCs mỏng chỉ dành cho sử dụng trên mạng và đó thường
thiếu ổ đĩa.
CD-ROM có khả năng giữ lên đến 74 hoặc 80 phút âm thanh trung
thực cao (tùy thuộc vào đĩa được sử dụng). Nếu sử dụng cho dữ liệu, 74
phút truyền thống, đĩa có thể chứa đến 650MiB (hoặc 682MB), trong khi
đĩa 80 phút mới có thể chứa đến 700MiB (hoặc 737MB)
CD-ROM và Công nghệ Xây dựng: Mặc dù giống về hình thức CDDas, CD-ROM lưu trữ dữ liệu thay vì (hoặc bổ sung cho) âm thanh. Các
ổ đĩa CD-ROM trong máy tính đọc các đĩa dữ liệu gần như giống hệt
nhau để chơi đĩa CD âm thanh, với những thay đổi chính trong các
mạch điện để cung cấp các phát hiện lỗi và sửa chữa bổ sung
CD được làm bằng một tấm wafer polycarbonate, đường kính
120mm và dày 1.2mm, với một lỗ 15mm ở trung tâm. Căn cứ này wafer
được đóng dấu hoặc đúc với một đường vật lý trong một cấu hình xoắn
ốc bắt đầu từ bên trong của đĩa và xoắn ốc ra phía ngoài. Theo dõi có
một sân, hoặc tách xoắn ốc, là 1,6 micron (phần triệu của mét, hoặc
nghìn milimet). Bằng cách so sánh, một bản ghi LP có một sân theo dõi
các vật chất của khoảng 125 micron. Nếu kiểm tra các đường xoắn ốc
dưới kính hiển vi sẽ thấy rằng cùng theo dõi là bướu lớn lên, hố gọi, và
các khu vực bằng phẳng giữa các hố.
Cơ chế hoạt động:
+Một ổ đĩa CD-ROM hoạt động bằng cách sử dụng tia laser
để phản chiếu ánh sáng ra khỏi đáy của đĩa. Ánh sáng phản chiếu sau
đó được đọc bởi một máy dò ảnh.
+Các lazer diode phát ra một chùm tia hồng ngoại năng lượng
thấp đối với một tấm gương phản chiếu.
+Các động cơ servo, theo mệnh lệnh từ bộ vi xử lý, vị trí các
tia vào theo dõi chính xác trên đĩa CD-ROM bằng cách di chuyển các
tấm gương phản chiếu. Khi chùm tia số truy cập đĩa, khúc xạ ánh sáng

của nó là tập hợp các tia và tập trung qua ống kính đầu tiên dưới platter,
bật ra khỏi gương, và gửi về phía tách chùm tia. Việc tách chùm tia ánh
sáng laser chỉ đạo đối với một ống kính quay trở lại tập trung.
Các ống kính mới nhất chỉ đạo các chùm ánh sáng tới một máy dò hình
12

12
12


ảnh có thể chuyển đổi ánh sáng thành các xung điện. Những xung động
đến sẽ được giải mã bởi bộ vi xử lý và gửi cùng với các máy chủ như là
dữ liệu.
Khi lần đầu tiên giới thiệu, CD-ROM là quá đắt đối với việc áp
dụng rộng rãi. Ngoài ra, các nhà sản xuất ổ đĩa chậm chạp trong việc áp
dụng tiêu chuẩn, gây ra một thời gian trễ để sản xuất các danh hiệu đĩa
CD-ROM nếu không có một cơ sở rộng của phần mềm để điều khiển
ngành công nghiệp, chấp nhận chậm chạp.
Sau khi chi phí sản xuất của cả hai ổ đĩa đã bắt đầu giảm, tuy
nhiên, CD-ROM đã nhanh chóng bị đồng hóa vào thế giới máy tính. Điều
này đặc biệt do kích thước ngày càng mở rộng của các ứng dụng PC.
Hầu như tất cả các phần mềm hiện đang cung cấp trên CD-ROM, ngay
cả khi đĩa không chứa dữ liệu đại diện cho một phần mười năng lực tiềm
năng của nó.Trong một số trường hợp, đặc biệt là chương trình lớn hiện
nay phân phối trên đĩa CD cũng như DVD.

13

13
13

Thông số kỹ thuật

Kích thước các rãnh, điểm pit của đĩa CD
Ở phần cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại đĩa quang đã
trình bày phía trên thì thấy rằng các đĩa quang bao gồm các đường chứa
dữ liệu nhấp nhô để phản xạ đối với các loại ánh sáng chiếu tới với tiêu
cự nhất định. ở đây chúng ta sẽ thấy các phần chi tiết cấu tạo của một
đĩa CD, mở rộng ra thì các loại tên gọi về kích thước này cũng đúng đối
với đĩa DVD nhưng với thông số cụ thể có sự khác biệt.

Kích thước các đĩa CD (hình vẽ về 1/2 mặt cắt dọc của đĩa, trục bên
trái là trục tâm đĩa
Ở đĩa CD, các rãnh dữ liệu chứa các pit có độ rộng: 0,6 micro,
khoảng cách giữa hai rãnh liền kề tính từ tâm là 1,6 micro, các thông số
này sẽ có ý nghĩa nếu như so sánh với đĩa DVD ở phần tiếp theo.
Trong hình minh hoạ này về các vùng của đĩa thì:
+Hub clamping area: Vùng được sử dụng định vị đĩa trong ổ
đĩa, tại vùng này thì tất nhiên là không chứa dữ liệu.
14

14
14


+Power calibration area (PCA). Vùng này chỉ xuất hiện trên
các đĩa CD-R hoặc CD-RW, chúng dùng để xác định tốc độ ghi lớn nhất
có thể (ở bao nhiêu X), từ đó ổ ghi sẽ tính toán công suất tia laser cho
phù hợp.

+Program memory area (PMA).Vùng này cũng chỉ xuất hiện
trên các đĩa CD-R/RW.Vùng này để lưu chứa TOC (mục lục) cho các
phiên ghi dữ liệu, chúng sẽ bị chuyển thành vùng Lead-in sau khi quá
trình ghi đĩa hoàn tất.
+Lead-in. Vùng chứa các thông tin về TOC của đĩa.Công dụng
của chỉ mục các đĩa quang sẽ giúp cho việc truy cập dữ liệu thuận tiện,
điều này tạo ra sự khác biệt đối với các hình thức lưu trữ dữ liệu tuần tự
(ví dụ băng từ, đĩa nhựa).
+Program (data) area. Vùng chứa dữ liệu của đĩa, chúng bắt
đầu từ vị trí bán kính 25 mm tính từ tâm đĩa trở đi.
+Lead-out.Vùng đánh dấu sự kết thúc dữ liệu của đĩa.(Sau này
thì đĩa DVD hai lớp có sử dụng vùng này như một vùng giữa của đĩa để
đánh dấu sự chuyển dọc dữ liệu từ lớp đĩa thứ nhất sang lớp đĩa thứ
hai).
Hình vẽ trên về các kích thước cụ thể về đĩa, chúng được mô tả
chi tiết bằng bảng dưới đây:
Thông số

Loại CD 1

Loại CD 2

Dung lượng theo âm thanh (phút)

74

80

Dung lượng theo dữ liệu (MB)

650

700

Tốc độ đọc ở 1X (m/s)

1.3

1.3

Bước sóng laser (nm)

780

780

Khẩu độ (Numerical aperture) (lens)

0.45

0.45

Chỉ số khúc xạ (Media refractive
index)

1.55

1.55

Track (turn) spacing (ìm)

1.6

1.48

Turns per mm

625

676

Turns per inch

15,875

17,162

Tổng độ dài track (m)

5,772

6,240
15

15
15


Tổng độ dài track (feet)

18,937

20,472

Tổng độ dài track (miles)

3.59

3.88

Độ rộng điểm (ìm)

0.6

0.6

Độ sâu điểm (ìm)

0.125

0.125

Chiều dài điểm nhỏ nhất (ìm)

0.90

0.90

Chiều dài điểm lớn nhất (ìm)

3.31

3.31

Bán kính Lead-in(mm)

23

23

Bán kính vùng dữ liệu (data zone) trong (mm)

25

25

Bán kính vùng dữ liệu - ngoài (mm)

58

58

Bán kính Lead-out - ngoài (mm)

58.5

58.5

Độ rộng vùng track dữ liệu (mm)

33

33

Độ rộng toàn vùng track (total track
area width) (mm)

35.5

35.5

Tốc độ quay lớn nhất ở 1X CLV (rpm) 540

540

Tốc độ quay nhỏ nhất ở 1X CLV (rpm) 212

212

Số track chứa dữ liệu (data zone)

20,625

22,297

Tổng số track

22,188

23,986

16

16
16


1.4.2.DVD.
Là viết tắt của đĩa DVD đa năng kỹ thuật số và đơn giản nhất là một
đĩa CD có dung lượng cao. Trong thực tế, mỗi ổ đĩa DVD-ROM là một ổ
đĩa CD-ROM, có nghĩa là họ có thể đọc đĩa CD cũng như DVD (một số ổ
đĩa DVD không thể đọc đĩa CD-R hay CD-RW). Tuy nhiên DVD sử dụng
cùng một công nghệ quang học như CD, với sự khác biệt chính là mật
độ cao hơn. Một đĩa CD-ROM có thể nắm giữ tối đa về (disc 80-phút)
737MB dữ liệu, có vẻ như rất nhiều nhưng chỉ đơn giản là không đủ cho
nhiều ứng dụng up-and-tới, đặc biệt là nơi mà việc sử dụng các video có
liên quan. DVD, mặt khác, có thể chứa tới 4,7 GB (một lớp) hoặc 8,5 GB
(hai lớp) trên một mặt của đĩa, đó là hơn 11 1 / 2 lần so với đĩa CD. DVD
hai mặt có thể chứa tới hai lần số đữ liệu đó, mặc dù hiện tại bạn phải tự
bật đĩa trên để đọc phía bên kia.
Lên đến hai lớp thông tin có thể được ghi vào đĩa DVD, với dung
lượng lưu trữ ban đầu của 4.7GB thông tin trên một đĩa, một mặt đĩa một
lớp đó là cùng một tổng thể có đường kính và độ dày của một đĩa CDROM hiện nay. Với Moving Picture Experts Groupstandard 2 (MPEG-2)
nén, có thể đủ để chứa khoảng 133 phút video, đủ cho một chiều dài đầy
đủ, màn hình đầy đủ, đầy đủ tính năng chuyển động filmincluding ba
kênh của âm thanh chất lượng CD và bốn kênh phụ đề. Sử dụng cả hai
lớp, một đĩa một mặt có thể dễ dàng giữ 240 phút video hoặc nhiều hơn.
Điều này không có khả năng ban đầu là trùng hợp ngẫu nhiên, việc tạo
ra các DVD đã được thúc đẩy bởi các ngành công nghiệp phim ảnh, mà
từ lâu đã tìm kiếm một phương tiện lưu trữ giá rẻ hơn và bền hơn so với

băng video.
Xây dựng và Công nghệ: tương tự như công nghệ xây dựng đĩa
CD. Cả hai đều có cùng một kích cỡ đĩa (đường kính 120mm, dày
1.2mm, với một lỗ 15mm ở trung tâm) với hố và vùng đất đóng dấu tại

17

17
17


một cơ sở polycarbonate. Không giống như đĩa CD, mặc dù, DVD có thể
có hai lớp ghi âm về phía một và được hai mặt là tốt.
Quy trình sản xuất phần lớn là giống nhau, ngoại trừ mỗi lớp mỗi
bên được đóng dấu từ một phần riêng biệt của nhựa polycarbonate và
sau đó liên kết với nhau để tạo thành đĩa hoàn thành. Sự khác biệt chính
giữa đĩa CD và DVD là DVD có mật độ ghi cao hơn và được đọc bởi một
tia laser với bước sóng ngắn hơn, tập trung hơn nữa với các đĩa, cho
phép thông tin được lưu trữ. Ngoài ra, trong khi đĩa CD là một mặt và chỉ
có một lớp của hố đóng dấu và đất, DVD có thể có đến hai lớp cho mỗi
bên và có thể có thông tin về cả hai phía.
Cũng như các đĩa CD, mỗi lớp được đóng dấu hoặc đúc với một
đường vật lý trong một cấu hình xoắn ốc bắt đầu từ bên trong của đĩa và
xoắn ốc ra phía ngoài. Đĩa quay ngược chiều kim (như nhìn từ phía
dưới), và mỗi đường xoắn ốc chứa hố và đất giống như trên đĩa CD. Mỗi
lớp ghi lại được phủ một màng mỏng bằng kim loại để phản chiếu ánh
sáng laser. Các lớp bên ngoài có một lớp phủ mỏng hơn cho phép ánh
sáng đi qua để đọc các lớp bên trong. Nếu đĩa là một mặt, nhãn có thể
được đặt trên đầu trang, nếu đó là hai mặt, chỉ có một chiếc nhẫn nhỏ
gần trung tâm cung cấp chỗ cho ghi nhãn.

Cũng như với một đĩa CD, đọc các thông tin trở lại trên một đĩa
DVD là một vấn đề nảy một chùm tia laser thấp tắt một trong các lớp
phản chiếu trong đĩa. Tia laser chiếu một chùm tập trung vào mặt dưới
của đĩa, và một thụ quang phát hiện khi ánh sáng được phản xạ trở lại.
Khi ánh sáng chạm một vùng đất, ánh sáng được phản xạ trở lại, khi ánh
sáng chạm một hố sự chênh lệch pha giữa dự kiến và phản xạ ánh sáng
gây ra những đợt sóng bị hủy bỏ và không có ánh sáng được phản ánh
trở lại.
Các hố trên một DVD là 0,105 micromet và 0,4 micron sâu rộng. Cả
hai hố và các vùng đất khác nhau về độ dài từ khoảng 0,4 micron tại
18

18
18


ngắn nhất của họ cho khoảng 1,9 micron tại lâu nhất của họ (trên đĩa
đơn lớp).
DVD sử dụng cùng một quang laser đọc pit và land lưu trữ đĩa CD.
Các công suất lớn hơn được thực hiện bởi nhiều yếu tố, bao gồm:
+ Một hố nhỏ hơn 2,25 lần chiều dài (0.90.4 micron)
+Một lần giảm 2,16 sân theo dõi (1.60.74 micron)
+Một diện tích lớn hơn một chút dữ liệu trên đĩa
(8,6058,759 milimet vuông)
+Giới 1,06 lần hiệu quả hơn kênh bit điều chế
+Về hiệu quả hơn 1,32 lần sửa lỗi mã
+Giới 1,06 lần khu vực trên không ít (2.048 / 2,3522,048 /
2.064 byte)
Các đĩa DVD của hố và các vùng đất nhỏ hơn nhiều và gần
nhau hơn trên một đĩa CD, cho phép cùng một kích thước vật lý đĩa

để lưu giữ thông tin nhiều hơn nữa.
Đặc tính kỹ thuật
Đĩa DVD thì có một số thông số về ngoại hình không khác so với
đĩa CD, phiên bản bình thường của chúng thì cũng có đường kính 120
mm, lỗ tâm đường kính 15 mm và có độ dày 1,2 mm. Tuy nhiên so với
đĩa CD thì đĩa DVD có mật độ xít chặt hơn hẳn để có thể chứa được
nhiều dữ liệu hơn (4,7 GB so với 700 MB dung lượng của đĩa CD).
Chính vì thế mà về cơ bản thì tính chất kỹ thuật của đĩa DVD gần giống
như của đĩa CD, nhưng với một mức độ tiên tiến hơn, sử dụng hiệu quả
khoảng không gian giữa các track.
Một sự khác biệt cơ bản nữa là đĩa DVD có chứa đến hai lớp dữ
liệu trên một mặt đĩa, mỗi lớp dữ liệu này được đọc bằng một nguồn
19

19
19


phát tia laser ở vị trí khác nhau, dẫn đến chúng có khả năng lưu trữ lớn
hơn.
Tia laser sử dụng đọc đĩa DVD có bước sóng ngắn hơn, chúng
hẹp hơn để phù hợp với mức độ xít chặt của các thành phần điểm pit và
khoảng cách giữa các rãnh dữ liệu.

Đĩa DVD có mật độ xít chặt hơn đĩa CD

Nếu so sánh về mặt kích thước thì hình minh hoạ sẽ cho ta thấy
sự khác biệt phần nào. Tuy nhiên, có một số thông số cụ thể để so sánh
như sau:

20

20
20


Các loại đĩa DVD khác nhau:
Chúng có thứ tự từ trên xuống như
sau:
1.

Loại một lớp một mặt

2.

Hai lớp một mặt

3.

Một lớp mỗi mặt-hai mặt

4.

Hai lớp mỗi mặt-hai mặt.

+ Kích thước pit nhỏ hơn 2,25 lần chiều dài (0,9/0,4 micron)
+ Khoảng cách giữa các track liền kề nhỏ hơn 2,16 lần
(1,6/0,74 micron)
+ Lớn hơn kích thước phần ghi dữ liệu một chút (8.605/8.759
mm2)

21

21
21


+ Hiệu quả hơn khoảng 1,06 lần về số kênh điều biến.
+ Hiệu quả về sửa lỗi mã hơn khoảng 1,32 lần
DVD-ROM (đĩa DVD chỉ đọc) được phân thành các loại: DVD-5,
DVD-9, DVD-10, DVD-18 mà mỗi con số gần tương đương với loại dung
lượng mà nó chứa được trên một đĩa. Việc chứa được các dung lượng
khác nhau như vậy thì phụ thuộc vào cấu tạo của đĩa DVD-ROM, thay
đổi theo số lớp.
Để đọc dữ liệu thì tia laser sẽ tự điều chỉnh tiêu cự cho nó có thể
đọc được chính xác lớp dữ liệu xác định. Nếu như đọc dữ liệu tại lớp
phía bên trong (lớp 1 - trong hình minh hoạ phía trên) thì tia laser đâm
xuyên qua lớp phản xạ phía trước nó.
Hình dưới đây giải thích về sự đọc dữ liệu theo hai lớp thì tiến
hành theo chiều như thế nào.

Các đĩa DVD được ghi dưới hai dạng mà chúng liên quan đến
cách thực đọc của chúng (liên quan đến đường soắn ốc theo chiều nào).
+ Hình thức thứ nhất là Parallel Track Path (PTP): Kiểu này thì đầu
đọc laser sẽ thực hiện thành hai lần: Lần thứ nhất đọc từ phía tâm đĩa ra
rìa đĩa, sau đó đến lớp thứ hai thì đầu đọc thu về vùng Lead-In rồi lại tiếp
tục đọc lần thứ hai cho lớp đĩa thứ hai (phần hình minh hoạ phía trên).
22

22
22

+ Hình thức thứ hai là Opposite Track Path (OTP): Đầu đọc laser
đi từ vùng tâm đĩa ra rìa, rồi lại đọc từ rìa đĩa vào vùng tâm đĩa (phần
hình minh hoạ phía dưới)
So sánh giữa hai hình thức này thì ta nhận thấy rằng hình thức thứ
2 (OPT) là tối ưu hơn cho tốc độ đọc của đĩa DVD. Đầu phát tia laser di
chuyển ra ngoài rồi lại vào trong chứ không phải mất thời gian di chuyển
vào phía trong để đọc tiếp ra phần rìa đĩa.
Hiện nay thì các loại đầu đọc đĩa DVD đều có thể tương thích
ngược đối với loại đĩa quang tiền nhiệm trước nó, tức là các đĩa CD.Các
ổ đĩa DVD thì hầu như đọc và ghi được đối với các loại đĩa CD.

23

23
23


Các định dạng DVD
Không đơn thuần chỉ có một loại đĩa DVD-ROM duy nhất, chúng
đã tồn tại các loại định dạng khác nhau trong khía cạnh đĩa DVD ghi một
lần hoặc ghi lại.

24

24
24

Dung
Định dạng

Giới thiệu

DVD-RAM

lượng

Tương thích

July '97 Dung lượng Không tương thích với
tới

4.7GB các ổ đĩa DVD thông

mỗi mặt

thường, trừ khi chúng hỗ
trợ chuẩn MultiRead2

DVD-R/RW

July
'99

'97/Nov. 4.7GB mỗi Đọc được bởi đa số các
mặt

ổ đĩa DVD và ổ ghi DVD.

DVD+R/RW Mar. '01/May 4.7GB mỗi Đọc được bởi đa số các
'01

mặt

ổ đĩa DVD và ổ ghi DVD
với sự nâng cao cho
video và dữ liệu

Sự tương thích về ổ đọc đĩa DVD các loại khác nhau được thống
kê bởi bảng dưới đây

25

25
25