NGUYÊN LÍ LƯU TRỮ QUANG HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BỘ MÔN VẬT LÝ 2


Bài thuyết trình

NGUYÊN LÍ LƯU TRỮ QUANG HỌC
Trình bày:

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11/2018

Bùi Đào Quang Thành
Nguyễn Huỳnh Huy Mân
Đặng Phan Trường Thịnh
Trần Đường Minh Tùng


PHẦN 1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu lưu trữ quang học
PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.1. Đĩa quang là gì ?
2.2. Lịch sử của đĩa quang
2.3. Cấu tạo của đĩa quang
2.4. Nguyên lý ghi và lưu trữ dữ liệu trên đĩa quang
2.5. Nguyên lý đọc dữ liệu trên đĩa quang
PHẦN 3. Lưu trữ ba chiều
3.1. Giới thiệu chung
3.2. Dò mảng
3.4. Bộ điều chỉnh ánh sáng

3.5. Nguồn photon và độ tin cậy dữ liệu
3.6. Nguyên liệu ghi âm
Phần 4: Tóm lược
4.1. Giới thiệu một số nguyên lý lưu trữ quang học khác
4.2. Tóm lược
Phần 5: Tài liệu tham khảo


PHẦN 1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu lưu trữ quang học
Nhu cầu lưu trữ của chúng ta ngày càng bùng
nổ
Tăng theo tỉ lệ mũ và tăng vượt quá
10^20 bit (exabyte) trong năm 2000

Khoảng 40% sẽ được lưu trữ bằng kỹ thuật số [*]

Đa phương tiện
Văn bản

Hình ảnh

Âm thanh


PHẦN 1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu lưu trữ quang học
Thời gian truy cập = độ trễ + thời gian bắt buộc phải truy xuất khối dữ liệu ngẫu nhiên

10 mili giây cho ổ đĩa cứng
30-50 mili giây cho ổ đĩa quang
vài giây cho ổ băng

Có thể tháo rời, di động
Không giặp sự cố như trên ổ
đĩa cứng

Độ tin cậy của dữ liệu được tăng
cường


Thời gian truy cập bao gồm độ trễ, thời gian bắt buộc phải
truy xuất khối dữ liệu ngẫu nhiên và thường khoảng từ 10
mili giây cho ổ đĩa cứng đến 30-50 mili giây cho ổ đĩa
quang đến vài giây cho ổ băng. Nó trở thành một liên kết
quan trọng trong chuỗi CPU, bộ nhớ và lưu trữ. Có lẽ tính
năng cho phép tối ưu nhất của bộ nhớ quang là khả năng
tháo rời của phương tiện lưu trữ. Với sự tách biệt vài
milimét giữa bề mặt ghi và đầu “quang”, và với các servos
hoạt động để tập trung và theo dõi, yếu tố môi trường có
thể được loại bỏ và thay thế bằng dung sai tương đối lỏng
lẻo. Các sự cố thường gặp phải trong ổ đĩa cứng không xảy
ra trong ổ đĩa quang.


• Độ tin cậy của dữ liệu được tăng cường hơn nữa bằng
cách sử dụng đế đĩa trong suốt 1,2 mm làm lớp bảo vệ
để tránh nhiễm bẩn. (Đĩa đa năng kỹ thuật số được công
bố gần đây hoặc DVD sẽ có độ dày bề mặt chỉ 0,6 mm.)

Khả năng loại bỏ đã tạo ra một ngành công nghiệp hoàn
toàn mới trong âm thanh đĩa compact (CD). Bộ nhớ chỉ
đọc CD (CD-ROM) đã nâng cao hiệu quả phân phối và sử
dụng phần mềm, trò chơi và video.


• . Những đĩa chỉ đọc có chứa 680 Mbyte
thông tin có thể được nhân rộng khối lượng
bằng cách ép nhựa trong một vài giây cho ít
hơn mỗi 10%. CD hầu như không thể phá
hủy tốc độ dữ liệu hiệu quả là 1,0 Mbytes / s.


• Một số hội nghị quốc tế về lưu trữ dữ liệu quang học được
tổ chức mỗi năm, và các thủ tục của các hội nghị này là
một nguồn thông tin liên quan đến những phát triển mới
nhất trong lĩnh vực này. Tài liệu tham khảo [1] - [3] cung
cấp một số thông tin về các thủ tục và giúp tìm hiểu hội
nghị này. Ngoài ra còn có một số sách được xuất bản trong
lĩnh vực này, mà người đọc được giới thiệu cho một phạm
vi chuyên sâu về các chủ đề khác nhau [4] - [7].


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.1. Đĩa quang là gì ?

•

Đĩa quang (optical disc) 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 với
dung lượng khác nhau.

/>

PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.2. Lịch sử của đĩa quang
•. Năm 1884, Alexander Grahem Bell, Chichester Bell và

Charles Sumner Tainter phát minh ra chiếc đĩa quang
đầu tiên ghi lại âm thanh bằng cách dùng tia sáng.
•Cuối những năm 1960, James Russell đã phát minh
thiết bị đĩa compact kỹ thuật số đầu tiên có thể thực hiện
được, tiền thân của đĩa CD / DVD hiện nay

• />

PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.2. Lịch sử của đĩa quang
• Cuối những năm 1960, James Russell đã phát
minh thiết bị đĩa compact kỹ thuật số đầu tiên có
thể thực hiện được, tiền thân của đĩa CD / DVD
hiện nay
• Ông nhận thấy cách tốt nhất để đạt một hệ thống
có thể ghi lại và phát lại những âm thanh mà
không có liên hệ vật lý giữa các phần của nó là sử
dụng ánh sáng
• Ông thấy rằng nếu ông có thể đại diện cho các nhị

phân 0 và 1 với bóng tối và ánh sáng, một thiết bị
có thể đọc được âm thanh hoặc thực sự bất kỳ
thông tin mà không bao giờ mặc ra. Nếu ông có
thể làm cho mã nhị phân đủ nhỏ gọn, Russell đã
thấy rằng ông có thể lưu trữ không chỉ các bản
nhạc giao hưởng, mà cả toàn bộ bách khoa toàn
thư trên một mẩu phim nhỏ. [2]

[2] />issueID=fall_2005&storyID=740


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.2. Lịch sử của đĩa quang

Đường kính của một số đĩa quang hiện có là:
• • 12 cm, CD, CD-ROM, CD có thể ghi (CD-R) và (DVD);
• • 2,5, minidisk âm thanh kỹ thuật số (MD);
• • 3,5, bộ lưu trữ di động từ tính thiết bị (MO);
• • 5,25, cả từ tính và đĩa chép lại thay đổi pha(PC);
• • 12 và 14, chẳng hạn như phương tiện truyền thông
WORM được sản xuất bởi Kodak và các công ty khác cho
các nhu cầu lưu trữ dung lượng lớn.


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.2. Lịch sử của đĩa quang
Blu-ray
- Phát hành chính thức vào
năm 2006
- Dung lượng: 25GB cho mỗi

lớp , mỗi đĩa Blu-ray có thể
chứa khoảng 10 lần lưu trữ của
một đĩa DVD ở 50GB ,một đĩa
Blu-ray 50GB có thể chứa
khoảng 20 giờ âm thanh và
video.


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.3. Cấu tạo của đĩa quang

/>
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.


CẤU TẠO ĐĨA QUANG
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
structure-compact-disc.png
mặt đĩa.


• Đối với đĩa chỉ đọc, thông tin được ép lên bề mặt bằng cách ép nhựa hoặc bằng dập nổi một lớp
photopolymer phủ trên một chất nền thuỷ tinh [4], [5]. Bề mặt sau đó được phủ một lớp mỏng lớp kim loại
(ví dụ: nhôm) để nâng cao khả năng phản xạ của nó.
• Trong các loại đĩa quang khác, một số thông tin, chẳng hạn như nhãn định dạng và rãnh, có thể được đóng
dấu trên đế, nhưng sau đó bề mặt được phủ một lớp lưu trữ có thể được người dùng chỉnh sửa sau này
trong khi ghi thông tin. Các lớp lưu trữ điển hình là các màng của dyepolymer cho các ứng dụng ghi một
lần, các hợp kim tellurium cho ghi âm ablative (viết một lần), GeSbTe cho các phương tiện ghi lại thay đổi
pha và phim từ TbFeCo cho các đĩa từ tính (có thể tái ghi ) [5] - [7]. Trong một đĩa điển hình, lớp lưu trữ
được kẹp giữa hai lớp điện môi và ngăn xếp được giới hạn với lớp phản xạ (ví dụ: nhôm hoặc vàng) và được
bảo vệ bằng lớp sơn mài. Các lớp điện môi và lớp phản chiếu thực hiện một số nhiệm vụ [6], [7]:
• • bảo vệ lớp lưu trữ;
• • tạo ra một cấu trúc điều chỉnh quang học đã tối ưu hóa phản xạ và / hoặc hấp thụ;
• • cho phép điều chỉnh các tính chất nhiệt của đĩa để làm mát nhanh và giảm trao đổi nhiệt trong khi viết.
( viết nghĩa là ghi thông tin lên đĩa).


Điển hình đường kính của các đĩa quang hiện có là:
• • 12 cm, như trong CD, CD-ROM, CD có thể ghi (CD-R) và (DVD);

• • 2,5, như trong minidisk âm thanh kỹ thuật số (MD);
• • 3,5, như trong bộ lưu trữ di động từ tính thiết bị (MO);
• • 5,25, như trong cả từ tính và thay đổi pha đĩa ghi lại(PC);
• • 12 và 14, chẳng hạn như phương tiện truyền thông WORM
được sản xuất bởi Kodak và các công ty khác cho các ứng dụng
lưu trữ dung lượng lớn.


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.4. Nguyên lý ghi và lưu trữ dữ liệu trên đĩa quang

Dữ liệu sẽ được mã hóa bằng phuơng pháp
EFM (Eight to Fourteen Modulation)
nhắm tăng tối đa khoảng cách giữa các bit
1 bằng cách sử dụng một bảng chuyển đổi.


NGUYÊN LÍ GHI DỮ LIỆU

Trước tiên, dữ liệu sẽ
được mã hóa bằng
phuơng pháp EFM
(Eight to Fourteen
Modulation) nhắm tăng
tối đa khoảng cách
giữa các bit 1 bằng
cách sử dụng một bảng
chuyển đổi.

PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.4. Nguyên lý ghi và lưu trữ dữ liệu trên đĩa quang
Dữ liệu sau khi được mã hóa sẽ được chuyển thành tín hiệu
laser chiếu lên bề mặt của đĩa. Tia laser sẽ tạo ra các pit tương
ứng trên bề mặt đĩa, mỗi loại laser sẽ tạo ra các pit có độ lớn
khác nhau. Ngoài ra còn có phương pháp đóng trực tiếp các bit
nhưng độ tin cậy không cao nên ít sử dụng.
dạng Disc - at – Once (DAO) : Dữ
liệu được sắp xếp và ghi một lần.
Các kiểu ghi:

Session – at – Once (SAO) : Là phương
pháp kết hợp của DAO và TAO

Track - at – Once (TAO) : Dữ liệu
được sắp xếp và ghi lên đĩa thành
từng track ( 1 track thường nhiều
hơn 300 block, 1block = 64KB).


NGUYÊN LÍ GHI DỮ LIỆU
Dữ liệu sau khi được mã hóa sẽ được chuyển thành tín hiệu laser chiếu lên bề mặt của đĩa. Tia
laser sẽ tạo ra các pit tương ứng trên bề mặt đĩa, mỗi loại laser sẽ tạo ra các pit có độ lớn khác
nhau.
Các kiểu ghi:
• 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 thường nhiều hơn 300 block, 1block = 64KB).
• Ghi dạng Session – at – Once (SAO) : Là phương pháp kết hợp của DAO và TAO

PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.4. Nguyên lý ghi dữ liệu trên đĩa quang

• Hình 4. Các đĩa quang có thể ghi được có các rãnh hoặc các điểm xác định cho phép servo theo dõi khóa ống kính
mục tiêu vào một track nhất định.
• (a) Trong môi trường có sẵn, một đường bao gồm một vùng bao quanh bởi các rãnh ở hai bên. Các rãnh có thể ở
dạng vòng đồng tâm hoặc xoắn ốc liên tục. Chúng được đóng dấu hoặc đúc trên bề mặt.
• (b) Trong môi trường lấy mẫu-servo, một cặp các điểm động xác định ranh giới của một rãnh ghi cụ thể. Các điểm
động phải xuất hiện thường xuyên để cho phép hệ thống duy trì khóa trên đường ray. Các điểm động (cũng như
thông tin định dạng như địa chỉ sector, nhãn đồng bộ hóa, vv ...) được đúc lên bề mặt trước khi phủ nó với lớp ghi.


PHẦN 2. Ghi và đọc dữ liệu lưu trữ trên đĩa quang
2.4. Nguyên lý ghi và lưu trữ dữ liệu trên đĩa quang

/>ms/mmsSS05/10_CD-DVD.pdf

Pit là một hố có dạng lõm
trên bề mặt của đĩa quang.
Các pit này được chia làm
chín loại,có ký hiệu từ t3
đến t11.
t3 = 833 nm t4 =1111 nm
t5 =1388 nm t6 =1666 nm
t7 =1944 nm t8 =2221 nm
t9 =2499 nm t10
=2777 nm t11 =3054 nm
Land là vùng bề mặt đĩa
bằng phẳng

Track là những đường chứa
các pit trên bề mặt làm việc
của đĩa quang.Các track
được nối liền nhau theo
đường xoắn ốc.
Pit là một hố có dạng lõm
trên bề mặt của đĩa quang
Land là vùng bề mặt đĩa
bằng phẳng
/>