Οπτικά Αποθηκευτικά Μέσα

Τα πρώτα πρωτότυπα οπτικών μέσων αποθήκευσης παρουσιάσθηκαν από την Philips και την MCA το 1972. Η πρώτη εμπορική μορφή οπτικού μέσου αποθήκευσης εμφανίστηκε στις αρχές τις δεκαετίας τους 80 από την Philips και την Sony και ήταν το CD (Compact Disk). Αν και, αρχικά, κατάλληλο μόνο για μουσική, η τεχνολογία επεκτάθηκε και για την αποθήκευση ψηφιακής πληροφορίας. Έτσι, το 1987 εμφανίστηκε το CD-RΟΜ (Compact Disk-Read Only Memory), το οποίο είναι κατάλληλο για χρήση σε υπολογιστές. Ακολούθησαν και άλλες επεκτάσεις που οδήγησαν σε μια πληθώρα προτύπων, τα οποία θα περιγράψουμε παρακάτω.

Η πληροφορία σε ένα οπτικό μέσο μπορεί να αποθηκεύεται ψηφιακά, όπως στο CD ή αναλογικά. Δηλαδή, εκτός από τα ψηφιακά οπτικά μέσα, υπάρχουν και τα αναλογικά. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι τα videodisks. Το ενδιαφέρον μας θα επικεντρωθεί στα ψηφιακά τα οποία κυριαρχούν στον κόσμο των πολυμέσων.

Ψηφιακά Οπτικά Αποθηκευτικά Μέσα

Οι πρώτοι CD-δίσκοι  μουσικής, εμφανίστηκαν το 1982. Το 1985 η τεχνολογία τους επεκτάθηκε ώστε να υποστηρίζει μέχρι και 550MB ψηφιακής πληροφορίας. Το βασικό πρόβλημα στην χρησιμοποίηση αυτού του format, που αργότερα ονομάστηκε CD-ROM, σε εφαρμογές πολυμέσων, ήταν ο μη ικανοποιητικός χώρος για την αποθήκευση video και ο περιορισμένος ρυθμός διαμεταγωγής ,που δεν ξεπερνούσε το 1.5Mbit/s

Τα επόμενα δύο χρόνια εμφανίστηκαν δύο νέα formats το CD-ROM XA και το CD-I που υποστήριζαν μίξη κειμένου, εικόνας, ήχου και video πλήρους οθόνης και χρώματος (full screen full motion).

Τα είδη οπτικής αποθήκευσης, που έχουμε αναφέρει ως τώρα, επιτρέπουν μόνο την αναπαραγωγή της πληροφορίας και είναι κατάλληλα για μαζική διανομή. Η πληροφορία προεγγράφεται πάνω σε ένα δίσκο-μήτρα (master disk), από τον οποίο παράγονται μαζικά τα αντίγραφα. Σε αντίθεση με αυτά, υπάρχουν και άλλα είδη οπτικών μέσων τα οποία είναι κατάλληλα και για ανάγνωση και για μία (WORM-Write Once Read Many, CD Recordable) ή πολλές (ΜΟ, Magneto Optic) εγγραφές. Τόσο οι δίσκοι όσο και οι οδηγοί (drives) αυτών έχουν διάφορα μεγέθη και χωρητικότητες. Οι δίσκοι μπορεί να έχουν μία ή δύο πλευρές.

Οι οδηγοί των οπτικών δίσκων εμφανίζονται σε τρεις μορφές:

1.    Ανεξάρτητους οδηγούς που δέχονται ένα μόνο δίσκο. Αυτοί οι οδηγοί μπορεί να είναι είτε εσωτερικοί είτε εξωτερικοί

2.    Οδηγούς που δέχονται πολλούς δίσκους.

3.    Juke Boxes-μονάδες που μπορούν να υποστηρίξουν μέχρι και 100 δίσκους, που επιλέγονται αυτόματα από ένα μηχανικό βραχίονα ανάλογα με τις ανάγκες.

Αρχή Λειτουργίας Των Οπτικών Δίσκων

Ας δούμε πως γίνεται η εγγραφή και η ανάγνωση της ψηφιακής πληροφορίας σε ένα δίσκο CD. O δίσκος έχει διάμετρο 12mm και πάχος 1.2mm. Πάνω στο δίσκο υπάρχουν κοιλάδες (pits) και νησίδες (lands). Η μετάβαση από μια κοιλάδα σε νησίδα ή το αντίστροφο αντιπροσωπεύει το ψηφίο 1, ενώ η απουσία μετάβασης το  0. Οι κοιλάδες και οι νησίδες χαράσσονται σε ένα πλαστικό υλικό, παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στους φακούς επαφής, πάνω από μια ανακλαστική επιφάνεια, σχηματίζοντας μια σπείρα από το κέντρο του δίσκου προς το εξωτερικό. Η μηχανή ανάγνωσης αποτελείται από μια δίοδο laser που εκπέμπει υπέρυθρη ακτίνα πάνω στην επιφάνεια του δίσκου. Η ακτίνα laser ανακλάται πάνω στο ανακλαστικό υλικό, και ανιχνεύεται από ένα φακό που βρίσκεται επίσης πάνω στην κεφαλή ανάγνωσης. Επειδή οι νησίδες ανακλούν τη δέσμη ενώ οι κοιλάδες τη διασκορπίζουν, δημιουργείται μια ακολουθία ασθενών και ισχυρών ανακλάσεων η οποία οδηγείται σε μια  που μετατρέπει τις διακυμάνσεις του φωτός σε ανάλογη τάση. Το ψηφιακό σήμα που προκύπτει, μπορεί να στη συνέχει να μετατραπεί σε αναλογικό (CD-DA)ή και να χρησιμοποιηθεί ως έχει (CD-ROM).

Σχήμα 6-1. Τομή ενός δίσκου CD

Η χωρητικότητα ενός δίσκου CD εξαρτάται από κυρίως από την πυκνότητα εγγραφής της πληροφορίας. Λέγοντας πυκνότητα, αναφερόμαστε στο μέγεθος και τις αποστάσεις μεταξύ των κοιλάδων και των νησίδων, και στις αποστάσεις μεταξύ διαδοχικών σπειρών. Το πόσο μεγάλη πυκνότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί εξαρτάται κυρίως από την διακριτικότητα της ακτίνας laser που χρησιμοποιείται. Η διακριτικότητα είναι μέγεθος αντιστρόφως ανάλογο του μήκους κύματος. Στα συνήθη CD, χρησιμοποιείται υπέρυθρη ακτίνα με μήκος κύματος 780nm. Το ιδανικό είναι να χρησιμοποιηθεί μπλε ακτίνα laser, που έχει πολύ μικρότερο μήκος κύματος. Όμως η παραγωγή μιας διόδου που να εκπέμπει τέτοια ακτίνα, με λογικό κόστος, είναι ένα πρόβλημα άλυτο μέχρι σήμερα.

Πλεονεκτήματα και Περιορισμοί των Οπτικών Μέσων

Ας συνοψίσουμε όσα έχουμε είδη αναφέρει για τα πλεονεκτήματα των οπτικών μέσων, όλα τα είδη τους προσφέρουν τα εξής:

·       μεγάλο χώρο αποθήκευσης

·       τυχαία προσπέλαση στα δεδομένα

·       μεγάλη διάρκεια ζωής (30-40 χρόνια)

·       μικρό κόστος ανά ΜΒ

·       μεταφερσιμότητα

Επιπλέον, οι οπτικοί δίσκοι WORM προσφέρουν το πλεονέκτημα της ασφάλειας των δεδομένων, αφού δεν μπορούν να σβηστούν ή αλλαχθούν. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να θεωρηθεί και ως μειονέκτημα, γιατί  καθιστά τους δίσκους αυτούς ακατάλληλους για δίσκους συστήματος και για επεξεργασία δεδομένων.

Οι μαγνητοοπτικοί δίσκοι έχουν το χαρακτηριστικό της επανεγγραψιμότητας, αλλά υστερούν σε ταχύτητα. Τόσο ο μέσος χρόνος προσπέλασης όσο και ο ρυθμός διαμεταγωγής είναι περίπου 4 φορές χειρότεροι σε σχέση με τους μαγνητικούς δίσκους. Παρόλα αυτά, οι επιδόσεις τους αυξάνουν ραγδαία, και ίσως στο μέλλον να έχουμε μαγνητοοπτικούς δίσκους στη θέση των μαγνητικών.

Όσον αφορά στα CD-ROM και CD-Recordable, αυτά αποτελούν ένα άριστο μέσω διανομής προγραμμάτων και πληροφοριών, αλλά  είναι πολύ αργά για την αναπαραγωγή υψηλής ποιότητας βίντεο. Αυτό οφείλεται κυρίως στον τρόπο εγγραφής της πληροφορίας πάνω στον οπτικό δίσκο, ο οποίος απαιτεί μεταβλητή γωνιακή ταχύτητα και σταθερή γραμμική (CLV-Constant Linear Velocity). Αυτό είναι και το μεγαλύτερο εμπόδιο στην αύξηση της ταχύτητας του CD-ROM Επιπλέον, η κεφαλή σε έναν οδηγό CD-ROM είναι γενικά βαρύτερη από αυτή ενός οπτικού δίσκου. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερη αδράνεια και μεγαλύτερο χρόνο σταθεροποίησης πάνω από το ζητούμενο frame. Η κατάσταση βελτιώνεται συνεχώς, και από 150KB/s ρυθμό διαμεταγωγής που είχαν οι πρώτοι οδηγοί απλής ταχύτητας, έχουμε φτάσει στα περίπου 1000ΚB/s των οδηγών οκταπλής ταχύτητας. Ο μέσος χρόνος προσπέλασης δεν έχει βελτιωθεί ανάλογα, και είναι σήμερα γύρω στα 150ms. Γι’ αυτό η χρήση τους είναι προβληματική για απαιτητικές interactive εφαρμογές πολυμέσων.