NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ LƯU TRỮ DỮ LIỆU THEO NGUYÊN LÝ QUANG HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

[Grab your reader’s
document or use this
place this text box

attention with a great quote from the
space to emphasize a key point. To
anywhere on the page, just drag it.]

BÀI TẬP LỚN
MƠN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ LƯU TRỮ DỮ
LIỆU THEO NGUYÊN LÝ QUANG HỌC

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thanh Hải
Lớp :
Nhóm sinh viên thực hiện :

MỤC LỤC
1


I.

SƠ LƯỢC THIẾT BỊ LƯU TRỮ.

Máy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu, đó là các bộ nhớ
ngồi-nơi lưu trữ các thơng tin. Các thiết bị này gọi là thiết bị lưu trữ thứ cấpsecondary starage( phân biệt với primary storage-bộ nhớ trong.) Dữ liệu lưu trên bộ
nhớ ngồi khơng bị mất khi nghừng cấp nguồn ni, theo lý thuyết thì dữ liệu lưu
trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa, xố… bất kỳ lúc

nào. Có hai phương pháp lưu trữ dữ liệu: dựa trên nguyên lý từ tính và nguyên lý
quang học.
1. Đĩa từ
a. Đĩa mềm-floppy disk
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.

H1-Đĩa mềm

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

2


(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.
b. Đĩa cứng-Hard disk driver
Ổ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng (tiếng
Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để

lưu

trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình trịn phủ vật
liệu từ tính.
Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ "khơng thay đổi" (non-volatile),

H2-đĩa cứng

có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung
cấp nguồn điện cho
chúng.
Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu
thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính. Những sự
hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế
được,
nhưng dữ liệu bị mất do yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó
lấy lại được.
Ổ đĩa cứng là một khối duy nhất, các đĩa cứng được lắp ráp cố định trong ổ
ngay từ khi sản xuất nên không thể thay thế được các "đĩa cứng" như với cách hiểu
như đối với ổ đĩa mềm hoặc ổ đĩa quang.
c. Đĩa floptical

3


Là loại ổ đĩa từ mềm, có hình dáng giống như đĩa 3.5 inch, nhưng dùng phương
pháp vị quang học để đọc ghi, nên mật độ dữ liệu trên đĩa cao hơn, dung lượng nhớ
lớn hơn. Thiết bị này không ghi dữ liệu bằng quang học, chỉ làm thao tác định vị thơi.
Nhưng do giá thành cao nên dù có khả năng lưu đến hơn 20MB, loại này vẫn không
phổ dụng.
d. Ổ băng ghi lưu

H3- đĩa floptical

Cũng là thiết bị lưu trữ từ tính, nhưng loại này khác với các loại trên ở tính chất truy
cập tuần tự của nó, do đó chỉ dùng sao lưu chứ khơng dùng để làm việc hằng ngày như
thiết bị truy cập ngẫu nhiên - đĩa cứng, đĩa mềm. ổ băng ghi lưu gồm một hộp băng và
cuộn băng từ cỡ 0,25 inch. Loại này rất đa dạng về chủng loại và dung lượng, tùy yêu
cầu công việc mà bạn lựa chọn.

e. Ổ đĩa tháo lắp ZIP
Dùng loại đĩa có kích thước cũng
khoảng 3.5 inch, dung lượng lên đến 100Mb trên
một đĩa giá 20USD. Tốc độ đọc ghi trung bình,
kỹ thuật dùng ở đây là định vị quang học để ghi
dữ liệu. Nếu dùng với card SCSI, tốc độ khơng
thua gì ổ cứng IDE.

Một loại ổ ZIP

2. Đĩa từ quang
4


Đĩa từ quang - Magneto optical drive, thường gọi tắt là MO, là thiết bị kết hợp giữa
từ tính và quang học để lưu dữ liệu. Đĩa từ tính, dùng ánh sáng laser làm tác nhân đọc
ghi. Dung lượng của loại 5.25 inch là 1.3Gb, loại 3.5inch là 230 Mb. Công nghệ này
phù hợp để lưu trữ, theo các chuyên gia, có thể bảo đảm dữ liệu 50 năm so với 5 năm
của ổ cứng, ổ mềm, băng từ.

3. Đĩa quang

Đĩa quang (CD, DVD, Blu-ray) là 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

Đĩa quang

có nhiều ưu điểm về kích thước và giá thành
sản xuất, do đó chúng được sử dụng rộng trong
thời gian hiện nay.

Vào những năm 1961 và 1969 thì David Paul Gregg đã đăng ký các bằng phát
minh sáng chế về đĩa quang(US Patent 3.430.966 và US Patent 4.893.297), từ đó
cho đến thời gian gần đây khi mà các đĩa CD và DVD cịn sử dụng trên thị trường
thì chúng đều sử dụng các bằng sáng chế trên. Những sự phát triển về các thiết bị
đọc đĩa quang về sau này chỉ thay đổi phương thức làm việc, còn những nguyên lý
cơ bản của đĩa quang vẫn tuân theo các sáng kiến trên.
5


Những người sử dụng máy tính có thể lầm tưởng rằng mục đích của đĩa
quang là dành cho việc lưu trữ dữ liệu hoặc các phần mềm, nhưng nếu xem về lịch
sử phát triển các loại đĩa quang sẽ thấy rằng các loạ đĩa quang được thống nhất phát
triển dường như dành cho việc ghi âm và phát hành video. Các định dạng đĩa quang
liên tục phát triển đã tạo ra sự hỗn loạn về các công nghệ và định dạng khác nhau
khiến cho người sử dụng bối rối khi lựa chọn một loại máy phát đĩa quang có thể
tương thích với nhiều loại đĩa. Nhằm tránh xé lẻ thị trường tiêu thụ

đĩa và thương mại các loại máy phát đĩa quang thì các hãng đã cùng phải thống nhất
các chuẩn chung và tương thích với các thiết bị khác nhau trên toàn thế giới. Trong
sự thống nhất định dạng đó đã xảy ra một số trường hợp phải loại bỏ các công nghệ
được coi là tốt hơn so với chuẩn được lựa chọn.
Gọi là đĩa quang học, tức là vấn đề cốt lõi về kỹ thuật - đọc ghi dữ liệu
được thực hiện trên nguyên tắc quang học, dùng tia sáng laser. So với hệ thống từ
tính, ổ quang có ba điểm khác biệt chính: vì độ chính xác cao của thao tác quang
học, nên ổ đĩa quang có thể có dung lượng cao hơn ổ đĩa từ gấp nhiều lần so với ổ
đĩa từ. Ðộ bền dữ liệu ghi bằng phương pháp quang học cao hơn so với phương
pháp từ tính nhiều lần, tối thiểu cũng 50 năm. Ðĩa quang có thể tháo lắp dễ dàng
như một đĩa mềm mà hiệu qủa hơn nhiều, do đó ngày càng phổ dụng hơn. Ðĩa CD compact disc là loại này.
Xuất phát từ nhu cầu âm thanh, CD âm thanh ra đời chứa dữ liệu dưới dạng các
hốc lõm, khi CD quay tia laser sẽ phát đến đĩa và nhận sự phản xạ khác nhau giữa
điểm lõm và điểm không lõm ứng với số 0 và 1 hệ nhị phân. Ðĩa CD-ROM ta dùng
hiện nay cũng hoạt động theo nguyên tắc đó, vì là loại đĩa CD chứa dữ kiện chỉ đọc
được nên có tên có tên CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory). Thơng thường
dữ liệu có thể đưa vào loại đĩa quang gía rẻ 680Mb (khoảng 10USD đĩa trắng - 1USD
68 MB) như chúng ta dùng rộng rãi hiện nay, đồng thời các loại đĩa âm thanh cũng có
thể đọc hiểu và hoạt động được bằng ổ đĩa CD của máy tính, nhưng đầu đọc của máy
6


CD âm thanh thì khơng thể đọc được đĩa CD dữ liệu. Nói là CD-ROM-chỉ đọc,
nhưng dĩ nhiên là phải có một lần nào đó ghi dữ liệu lên đĩa rồi mới đọc, thao tác này
theo nguyên tắc khắc trên đĩa các điểm lõm hay không lõm đại diện cho số 0,1 bằng
một nguồn phát tia laser công suất lớn. Người ta tạo một đĩa gốc trước trên nguyên
tắc này bằng đầu CD có thể ghi trên một đĩa CD mới, sau đó âm bản của đĩa gốc
được tạo ra bằng qúa trình mạ điện hoặc photopolymer. Tiến trình nhân bản thực hiện
bằng cách phun polycarbonate-trong suốt, nhẹ, bền, ổn định, không nhiễm bẩn - nên
đĩa CD giữ được thông tin gần như vĩnh viễn.

Như vậy, bạn có thể hiểu về bản chất các đĩa CD được chép lại bán ở một số
dịch vụ tin học thực chất là một dạng đĩa gốc, do đó khi sử dụng phải tuyệt đối thận
cẩnH6- Một đĩa CD lưu được tin tương đương
450 đĩa mềm và khoảng 500 cuốn một lượng
thơng sách!vì nó khơng hề có một lớp bảo vệ
polycarbonate như các đĩa CD được phát hành
chính quy hay các đĩa CD nhạc.
Khi mà các đĩa CD-ROM đã gần như trở
nên một chuẩn khơng thể thiếu trong hầu hết
các máy tính multimedia thì lại xuất hiện một
thành viên mới trong họ. Mà đĩa quang học được dự đoán sẽ là thiết bị lưu trữ chủ
đạo thế kỷ 21 – DVD.DVD - Digital Video Disc tức là đĩa video kỹ thuật số hay
Digital Versatile Disc - đĩa đa năng kỹ thuật số . Đĩa CD dần dần thay thế đĩa mềm
bởi dung lượng hàng trăm Mb của nó, DVD thay thế CD-ROM bởi DVD có thể lưu ít
nhất 3.8 Gb và có thể đạt đến 17 Gb. DVD có kích thước giống như CD (120mm
đường kính và dày 1,2mm) cũng làm bằng nguyên liệu như CD. Như đã nói ở trên,
đây là một bước tiến về công nghệ? dữ liệu trên DVD sẽ được ghi vào đĩa với mật độ
cao hơn, sít hơn nhiều so với CD, lượng thấu kính trong đầu đọc nhiều hơn để tăng
độ chính xác - và đầu đọc sẽ dùng laser cóc sóng ngắn hơn, có thể là tia laser đỏ laser hồng ngoại. Quan trọng nhất là kỹ thuật DVD cho phép loại đĩa có hai lớp trên
7


một mặt, nên với mỗi lớp khỗng hơn 4Gb thì loại đĩa 2 lớp hai mặt hồn tồn có thể
chứ đến 17Gb dữ liệu - hãy hình dung bằng tồn bộ dữ liệu của cả một thư viện 10
ngàn cuốn sách !

II.

PHÂN LOẠI ĐĨA QUANG HỌC
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 - 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. Đây cũng chỉ là khái
niệm tương đối, 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 hết các đĩa bán ngồi 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.
Đĩa chưa ghi dữ liệu - 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 xố 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 USB- nghĩa 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:
8


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 khơng có lớp
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.

III.

CẤU TẠO ĐĨA QUANG HỌC
Bề phóng mặt to của đĩa quang

Đĩa

quang, theo đúng như tên gọi của nó, đã sử dụng tính chất quang học để lưu trữ dữ
liệu. Khi làm việc với ánh sáng thì chúng khơng có sự tiếp xúc trực tiếp giữa đầu đọc
dữ liệu và bề mặt đĩa, do đó đĩa quang thường là bền nếu như chúng không bị tác
động bởi yếu tố môi trường.
9


Có một nguyên lý về ánh sáng như sau: nếu như chúng chiếu vào bề mặt của
một vật nào đó, ánh sáng có thể bị hấp thụ hoặc phản xạ lại (một phần hoặc toàn phần
đối với cả hai trường hợp). Nếu như có một vật chuyển động thay đổi trạng thái hấp
thụ hoặc phản xạ ánh sáng qua một nguồn phát ánh sáng cố định
thì chúng ta sẽ đọc được trạng thái phản xạ lại ánh sáng hoặc không phản xạ lại ánh
sáng theo đúng tình trạng của vật chuyển động đó. Đĩa quang vận dụng tính chất phản
xạ ánh sáng nêu trên để chứa các dữ liệu tại bề mặt đĩa thông qua sự phản xạ/không
phản xạ.
Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn chơn 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 vng góc với chùm
tia tới hoặc phản xạ ít theo phương
vng góc với chùm tia này. Do

hệ thống chiếu tia là duy nhất
trong một hệ quang học nên các
loại ổ đĩa quang

Các Pit và các Land trên bề mặt đĩa quang

(hoặc máy phát đĩa quang) chỉ
quan tâm đến hướng vng góc
đối với chùm tia chiếu tới, đây là
những tính chất quan trọng trong
sự hoạt động của các đĩa quang.

IV.

NGUYÊN LÝ ĐỌC VÀ GHI DỮ LIỆU TRÊN ĐĨA QUANG
Hình 9:Mơ hình ổ đĩa quang

10


Khi đọc dữ liệu trên đĩa quang, một tia tia
laser (có cơng 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

Đọc dữ liệu

lăng kính đến phần đầu đọc để cho kết quả các

tín hiệu nhị phân (xem hình).
Như vây 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. Trên thực tế thì cơ chế chuyển hố dữ liệu nhị phân
của chúng thì phức tạp hơn bởi sự sửa chữa lỗi phát sinh trong quá trình đọc
dữ liệu.
V.

SẢN XUẤT ĐĨA QUANG
1. Sản xuất trong công nghiệp

11


Hình ảnh- Sản xuất trong cơng nghiệp

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/phát hành (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
12


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. Hình trên đây sẽ cho thấy phương thức sản
xuất đĩa CD-ROM (tức là đĩa chỉ đọc dữ liệu) theo quy trình thực hiện từ trên xuống

dưới:
Bước 1: Sử dụng vật liệu cản quang phủ lên thuỷ tinh
Bước 2: Dùng tia laze công suất lớn dể đốt cháy lớp cản quang tạo nên các pit và các
land xen kẽ.
Bước 3: Mạ kim loại lên, lấp đầy các land.
Bước 4: Tách lớp kim loại mới được tạo ra.
Bước 5: Dùng lớp kim loại trên làm khuôn để ép nhựa polycarbonate nóng chảy
thành các pit và land mới( các pit trên tấm kim loại sẽ trở tương ứng với các land trên
tấm nhựa và ngược lại).
Bước 6: Tách lớp nhựa ra khỏi lớp kim loại.
Bước 7: Phủ một lớp cản quang lên miếng nhựa, khi đó các pit trên miêng nhựa sẽ
tương ứng với các land trên lớp cản quang và ngược lại. Bây giờ dùng tia laze có
cơng suất nhỏ hơn để đọc các pit và land mã hố thơng tin trên lớp cản quang.
2. Ghi đĩa trên các máy tính
Các loại ổ ghi đĩa quang thì khơng thể thực hiện các thao tác phức tạp như trên,
vậy thì chúng ghi lại bằng phương pháp nào?
Ở đĩa quang thì lại bao gồm hai loại: Đĩa R để ghi dữ liệu một lần duy nhất và
đĩa RW để có thể ghi lại được nhiều lần, nếu nói ở đĩa CD thì chúng có loại: CD-R và
CD-RW, có lẽ chúng ta đã quen với hai loại đĩa này. Đĩa CD-R thì thường có giá rẻ,
nhưng chúng thì chỉ được ghi một lần mà thơi, cịn đĩa CD-RW thì giá thành cao hơn
ít nhất là khoảng 1,5 lần, nhưng chúng thì lại có thể ghi lại được nhiều lần (có hãng
đĩa cơng bố rằng chúng có thể ghi lại đến 1.000 lần).Với các đĩa quang cho phép ghi
một lần thì chúng khơng cịn tạo ra được các pit và land nữa, bởi vì đối chiếu với
13


cơng nghệ sản xuất đã nêu ở trên thì khó mà có thể dùng tia laser để khắc được những
khối lồi lõm bên trong một bề mặt bảo vệ. Nếu như bề mặt của đĩa quang là lồi lõm
thì tơi cho rằng nói đến sự khắc là điều có thể tin được nếu như chúng ta dùng tia
laser để đốt cháy một phần của loại vật chất nào đó để tạo ra sự lồi lõm chứa dữ liệu.

Những nhà công nghệ đã nghĩ ra rằng dùng tia laser để tạo ra các điểm sáng và
tối sẽ có hiệu ứng tương tự như các đĩa được sản xuất trong công nghiệp, có nghĩa là
chúng phản xạ hoặc khơng phản xạ đối với tia laser chiếu đến. Và thực tế là đúng như
thế, tia laser dùng cho việc ghi mang mức năng lượng cao đĩa đã đốt cháy các thành
phần trên đĩa CD-R để tạo các điểm tối, cịn khi đọc thì chúng lại sử dụng một mức
năng lượng thấp hơn (ở ngưỡng mà khơng thể đốt cháy được nữa).
Đến đây thì ta có thể hiểu được tại sao trong sự ghi đĩa người ta sử dụng nhiều
từ burn hoặc nói là "bạn hãy burn nó ra đĩa".
Cịn đối với đĩa CD-RW thì sao? Chúng thì có thể ghi lại được nhiều lần do đó
có thể có chút khác biệt đối với các loại đĩa được sản xuất để ghi một lần. Cấu tạo của
đĩa RW có thêm các lớp để có thể tạo ra sự thay đổi những điểm đã được đốt thành
điểm đen trở lại thành có khả năng phản xạ với tia laser. Như vậy thì đối với các loại
đĩa RW thường có một cơng đoạn xố dữ liệu cũ đi để ghi dữ liệu mới vào.
VI.

MỘT SỐ LOẠI ĐĨA QUANG THÔNG DỤNG

1. Đĩa laser

14


Một đĩa Laser (bên trái) có kích thước khá lớn so với loại đĩa CD/DVD 12 cm (bên phải)
Đĩa Laser là những thế hệ đầu tiên của đĩa quang. Được hãng Philips giới thiệu
ra thị trường vào năm 1978 tại Alantic. Những năm sau đó thì tại Hoa Kỳ và Nhật
Bản cũng được khá nhiều người sử dụng chúng mặc dù đĩa CD với kích thước nhỏ
hơn đã ra đời sau nó khoảng 4 năm.
Một đặc điểm đáng lưu ý ở đĩa Laser là những phiên bản đầu tiên của chúng thì
hồn tồn chứa các tín hiệu dạng tương tự, do đó chất lượng của âm thanh/video trên
đĩa Laser có chất lượng cao hơn so với một số loại đĩa ra đời sau nó.

Ở thị trường Việt Nam thì đĩa Laser cũng không phải là hiếm trong thời gian
trước đây, những người nghe đã có mua các máy phát đĩa Laser từ Nhật Bản (đa phần
là loại hàngsencond hand) với các loại đĩa được xuất bản tại Hoa Kỳ. Có một vài
người sử dụng đã có những đĩa được phát hành bởi các trung tâm băng đĩa nhạc hải
ngoại đưa về, với một số lượng bài hát trên một đĩa rất ít nhưng chất lượng âm thanh
của chúng thì khá tuyệt. Trên một số diễn đàn người ta cũng xác nhận về chất lượng
của loại đĩa này. Cho đến năm 2006 thì trên thế giới vẫn cịn bán những loại máy phát
đĩa Laser chỉ dành cho người có thú vui sưu tập các loại đĩa Laser cổ và có nhiều tiền.
Đĩa Laser đã kết thúc cuộc đời của mình vào năm 2001 tại Nhật Bản, khi này
chúng đã hoàn toàn bị thay thế dần dần bởi loại đĩa có kích thước nhỏ hơn: CD và
DVD ra đời trước đó.

2. Đĩa CD
Đĩa CD đã được chuẩn hố thơng dụng trong thời gian qua trên hầu hết các máy tính
cá nhân, hầu hết các máy tính đều có một ổ đọc đĩa CD-ROM, chúng được dùng cho
việc cài đặt các phần mềm, sửa chữa hệ điều hành và các mục đích khác như giải trí
số trên máy tính cá nhân.
out (xem hình phía dưới) ở phần rìa đĩa, tức là làm cho chúng không
15


Có hai loại đĩa CD-ROM với dung lượng khác nhau: Ban đầu thì dung lượng
của chúng là 650 MB, sau đó được cải tiến lên ghi dữ liệu với 700 MB, khơng những
thế thì một số phần mềm hoặc các ứng dụng còn cho phép ghi dung lượng vượ qua
ngưỡng 700 MB thơng qua sự tận dụng vùng Lead-cịn như chuẩn nữa.

*Lịch sử phát triển

Đĩa CD dược biết đến đầu tiên là các loại đĩa CD-ROM (Compact Disc ReadOnly Memory) có nghĩa là đĩa CD chỉ đọc dữ liệu, những phiên bản đầu tiên là CDDA (digital audio) dùng để chứa âm thanh. Sau này thì đĩa CD được mở rộng ra với
các khả năng có thể ghi được dữ liệu một lần CD-R (CD-recordable) hoặc đĩa CD

được ghi lại nhiều lần CD-RW (CD-rewritable).
Như đã biết về loại đĩa Laser đã được hãng Philips giới thiệu, thương mại vào
năm 1978 thì hai hãng Philips và Sony bắt đầu bắt tay vào cùng nghiên cứu phát triển
loại đĩa CD-DA (digital audio) dùng cho việc ghi âm thanh vào năm 1979. Hai hãng
này đóng góp các kỹ thuật của mình: Philips với công nghệ đã biết đối với đĩa Laser
và các điểm phản xạ (pit), Sony có các cơng nghệ về bản mạch thuật toán xử lý lỗi và
các mạch chuyển đổi số-tương tự.
Đến năm 1980 thì chuẩn đĩa CD-DA ra đời, chúng được chuẩn hoá với Định
dạng Sách đỏ (Red Book) (chúng có tên như vậy bởi vì tồn bộ các tài liệu liên quan
được chứa trong một cuốn sách có bìa màu đỏ ). Sự chuẩn hố này đã được thống
nhất chung về tất cả các tài liệu kỹ thuật liên quan để có thể sử dụng cho các hãng sản
xuất tương thích và phù hợp các sản phẩm với nhau. Có một sự khá lý thú trong q
trình lựa chọn độ dài của dung lượng đĩa CD trong thời gian này: Khi chuyển đổi
16


kích thước lớn từ đĩa Laser có kích thước 30 cm xuống loại đĩa CD-DA thì hai hãng
đã thống nhất lấy độ dài của đĩa âm thanh này là khoảng 70 phút để có thể chứa
bản Giao hưởng Số 9 của Beethoven mà không làm gián đoạn khi phát lại âm thanh.

Định Dạng

Tên gọi

Red Book

CD-DA (compact 1980 - bởi
disc digital
Philips và Sony
audio)

Yellow Book

CD-ROM
(compact disc
read-only
memory)

Green Book

CD-ROM XA

CD-i (compact
disc-interactive)

CD-ROM XA
(extended
architecture)

Giới thiệu bởi

1983 - bởi
Philips và Sony

1986 - bởi
Philips và Sony

1989 - bởi
Philips, Sony, và
Microsoft

17

Chú thích
Chuẩn CD audio cơ bản
là tiêu chuẩn đầu tiên
mà các loại chuẩn đĩa
CD về sau đều dựa trên
nó.
Sử dụng định dạng tiêu
chuản theo Red Book
nhưng cải thiện hơn về
mặt sửa chữa lỗi và sự
định vị vị trí dữ liệu
nhằm giúp truy cập dữ
liệu tại các vị trí khác
nhau ghi trên đĩa được
tốt hơn.
Định dạng này được
chấp nhận theo tiêu
chuẩn ISO (ISO/IEC
10149), phiên bản cuối
cùng của nó vào tháng
5/1999.
Sử dụng với chuẩn âm
thanh/video cho các
thiết bị đầu phát mà
không dùng cho máy
tính cá nhân (PC). Hiện
tại định dạng này đã lỗi

thời.
Tích hợp Yellow Book
và CD-i để cho phép
phát CD-i trên PC


Orange Book

CD-R
(recordable) và
CD-RW
(rewritable)

1989 - bởi
Philips và Sony
(Part I/II); 1996 bởi Philips và
Sony (Part III)

các gói dữ liệu ghi liên
tiếp. Định dạng này bao
gồm nhiều phần:
• Part I CD-MO
(magneto-optical,
withdrawn).
• Part II CD-R
(recordable).
Part III CD-RW
(rewritable).

CD-P

1990 - bởi
Philips và Kodak

Video CD

1993 - bởi
Philips, JVC,
Matsushita, và
Sony

Blue Book

CD EXTRA
(formerly CDPlus or enhanced
music)

1995 - bởi
Philips và Sony

Purple Book

CD DoubleDensity

2000 bởi Philips
và Sony

Photo-CD

White Book

18

Tích hợp CD-ROM XA
với CD-R multi-session
cho một chuẩn lưu trữ
ảnh trên CD-R.
Trên cơ sở CD-i và CDROM XA. Định dạng
này cho phép lưu trữ tới
74 phút video theo
chuẩn MPEG-1 và dữ
liệu âm thanh số
ADPCM.
Định dạng này sử dụng
multi-session để cho
phép có thể chứa đồng
thời dữ liệu âm thanh và
dữ liệu khác, ví dụ
thơng tin về bản nhạc,
ca sĩ, album...hoặc chứa
thêm các hình ảnh minh
hoạ cho phần âm thanh
chứa trên nó.
Phiên bản tăng gấp đơi
độ sít chặt trên các loại
đĩa CD khác nhau,
chúng có thể chứa tới
1,3GB dữ liệu.

Sau khi đưa ra định dạng chung thì cả hai hãng bắt đầu cuộc đua về sản xuất
các loại máy phát đĩa CD để thương mại ra thị trường, Sony đã chiến thắng trước một
tháng so với Philips khi cho ra mắt đầu đĩa CDP-101 vào tháng 10 năm 1982. Những
máy phát đĩa này được bán đầu tiên ở Nhật Bản, sau đó đến Châu Âu và muộn hơn ở
Hoa Kỳ vào năm 1983.
Sony và Philips tiếp tục hợp tác để đưa ra các chuẩn đĩa chung, và vào năm
1983 thì đã đưa ra Định dạng Sách vàng để phù hợp hơn với dữ liệu trên máy
tính. Sách vàng cho phép chứa các dữ liệu thông thường (không phải audio) một cách
an toàn hơn. Điều này là cần thiết bởi vì các đĩa chứa âm thanh (audio) hoặc video thì
có thể chấp nhận sự lỗi khi đọc dữ liệu (tạo ra tiếng sạn hoặc giảm chất lượng hình
trong thời điểm ngắn), nhưng các dữ liệu của phần mềm máy tính thì khơng cho phép
lỗi đọc dữ liệu. Do ứng dụng của nó mà Sách vàng đã được chuẩn hố theo tiêu
chuẩn quốc tế (ISO / IEC 10149).
Từ đó về sau thì các định dạng đĩa CD được phát triển theo bảng sau (đây là
các thông tin không thông thường, người đọc muốn tìm hiểu thêm có thể đọc bảng
này và tìm thêm các tài liệu liên quan khác )

19


Thơng số kỹ thuật

Kích thước các rãnh, điểm pit của đĩa CD
Kích thước các đĩa CD (hình vẽ về 1/2 mặt cắt dọc của đĩa, trục bên trái là trục tâm
đĩa
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 của 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 khác đi mà thôi.

20


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 thơng số này sẽ có ý nghĩa nếu như ta so
sánh với đĩa DVD ở phần tiếp theo.
Một số kích thước của đĩa CD được trình bày theo hình dưới đây. Đa phần các
loại đĩa theo các chuẩn đều sử dụng kích thước này, tuy nhiên có một vài trường hợp
các kích thước bị thay đổi một chút so với chuẩn chung bởi sự ghi dữ liệu quá mức.
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 khơng chứa dữ liệu.

•

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 tốn cơng suất tia laser cho phù hợp.

•

Program memory area (PMA). Vùng này cũng chỉ xuất hiện trên các đĩa CDR/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 q trình ghi đĩa hồn tất.

•

Lead-in. Vùng chứa các thơng 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).
21


Hình vẽ trên về các kích thước cụ thể về đĩa, chúng được mô tả chi tiết bằng
bảng dưới đây:
Thông số
Dung lượng theo âm thanh (phút)
Dung lượng theo dữ liệu (MB)
Tốc độ đọc ở 1X (m/s)
Bước sóng laser (nm)
Khẩu độ (Numerical aperture) (lens)
Chỉ số khúc xạ (Media refractive index)
Track (turn) spacing (μm)
Turns per mm
Turns per inch
Tổng độ dài track (m)
Tổng độ dài track (feet)

Tổng độ dài track (miles)
Độ rộng điểm (μm)
Độ sâu điểm (μm)
Chiều dài điểm nhỏ nhất (μm)
Chiều dài điểm lớn nhất (μm)
Bán kính Lead-in (mm)
Bán kính vùng dữ liệu (data zone) - trong (mm)
Bán kính vùng dữ liệu - ngồi (mm)
Bán kính Lead-out - ngồi (mm)
Độ rộng vùng track dữ liệu (mm)
Độ rộng toàn vùng track (total track area

Loại CD 1
74
650
1.3
780
0.45
1.55
1.6
625
15,875
5,772
18,937
3.59
0.6
0.125
0.90
3.31
23

25
58
58.5
33

Loại CD 2
80
700
1.3
780
0.45
1.55
1.48
676
17,162
6,240
20,472
3.88
0.6
0.125
0.90
3.31
23
25
58
58.5
33

35.5
35.5

width) (mm)
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
Mật độ các pit và land của đĩa CD thưa hơn rất nhiều so với đĩa DV

3. Đĩa DVD
22


*Lịch sử phát triển

Từ năm 1985, mặc dù đĩa CD đang được sử dụng rộng rãi thì chúng đã gặp
phải một sự cạnh tranh bởi hai loại định dạng khác: Một loại gọi là: Multimedia CD
được giới thiệu bởi Philips và Sony và một loại gọi là đĩa Super Density (SD) do
Toshiba, Time Warner và một vài công ty khác. Nếu như cả hai chuẩn này đều được
tung ra thị trường sẽ tạo ra một sự xé lẻ thị trường giữa loại định dạng ghi âm/chứa
phim của các hãng sản xuất thiết bị, hãng ghi âm và người sử dụng. Sự không thống
nhất sử dụng các chuẩn luôn là điều không mong muốn bởi các hãng sản xuất và các
hãng giải trí.
Chính do sự lo ngại rằng sẽ lặp lại một dạng như phiên bản beta của VHS nên

các công ty/hãng giải trí đã cùng nhóm họp để đi đến thống nhất về một định dạng
chuẩn để thống nhất phát triển. Chính vì sự liên quan phát triển này mà cuối cùng các
hãng đã thống nhất sẽ phát triển khả năng của đĩa CD lên một mức độ lưu trữ dữ liệu
với dung lượng lớn hơn. Kết quả của sự thống nhất này là vào tháng 9 năm 1995, các
hãng đã kết hợp các tính năng của đĩa CD và tổng hợp các định dạng cạnh tranh ra
một định dạng mới là DVD.

23


Sau khi đã chấp thuận về sự bảo vệ chống sao chép thì vào năm 1996 chuẩn
DVD-ROM và DVD-Video đã ra đời. Đến tháng Một năm 1997 thì các máy phát đĩa
DVD và các đĩa nội dung mới được phát hành tại Consumer Electronics Show (CES)
ở Las Vegas . Phải sau một thời gian nữa khi phát hành các phim trên các đãi DVD ở
một phạm vi hẹp các thành phố ở Hoa Kỳ (Chicago, Dallas, Los Angeles, New York,
San Francisco, Seattle, và Washington D.C.) thì các hãng mới thống nhất về các vùng
miền phát hành DVD để rồi mới được sử dụng rộng rãi.
Các tổ chức kiểm soát sự phát triển của đĩa DVD là Hitachi, Matsushita,
Mitsubishi, Victor, Pioneer, Sony, Toshiba, Philips, Thomson, và Time Warner đã
thành lập một diễn đàn phát triển định dạng DVD (DVD forum, có địa
chỉ(www.dvdforum.org ). Từ tháng 4 năm 1997 khi mà nó thành lập thì cho đến nay
đã có hơn 230 thành viên tham gia. Sau này do phát triển định dạng ghi lại DVD mà
nó thì khơng thể được chấp nhận ở DVD Forum thì Philips, Sony và một số hãng
khác lại lập ra một diễn đàn mới vào tháng 6 năm 2000 tại địa
chỉ www.dvdrw.com để phát triển một định dạng có thể tương thích ngược đối với
DVD và cho phép người dùng có thể ghi các đĩa DVD tại nhà mình thơng qua các
24


máy tính cá nhân của họ. Từ đây thì DVD-RW đã chính thức thay thế CD-RW cho dù

sự đồng loạt diễn ra ở mức rộng khắp đã chậm hơn, nhất là đối với các quốc gia đang
phát triển.
*Đặc tính kỹ thuật
Đĩa DVD thì có một số thơng số về ngoại hình khơng 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 thì có chứa đến hai lớp dữ liệu trên
một mặt đĩa, mỗi lớp dữ liệu này được đọc bằng một nguồn 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.
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 thơng số cụ thể để so sánh như sau:
•

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).
25