光學數(shù)據(jù)存儲

石海

【摘要】光盤作為一種可用于長期存檔數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，光盤存儲技術(shù)在信息社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。但也面臨著不小的挑戰(zhàn)，現(xiàn)就簡單介紹光盤存儲技術(shù)的發(fā)展并對其新技術(shù)前景進行展望。

【關(guān)鍵詞】光盤；CD；DVD；BD；全息存儲

信息技術(shù)本于物理技術(shù)密不可分，物理學是計算機硬件的基礎(chǔ)，計算機技術(shù)是人類最杰出的科學成就之一，計算機的誕生是物理學理論發(fā)展的必然結(jié)果，計算機技術(shù)的高速發(fā)展又為物理學提供了強有力的支持，計算機技術(shù)與物理學相輔相成，相互促進?；仡櫽嬎銠C的發(fā)展史，我們發(fā)現(xiàn)每一個階段都是以物理學的發(fā)展變革作為前提的，再看近代物理學的歷史，計算機扮演著一個不可替代的角色。

其中存儲設(shè)備是用于儲存信息的設(shè)備，是計算機的重要組成部分，通常是將信息數(shù)字化后再以利用物理電、磁或光學等方式的媒體加以存儲。

常見的存儲設(shè)備有：

1、利用電能方式存儲信息的設(shè)備如：各式存儲器，如RAM（隨機存儲器）、ROM（只讀內(nèi)存）等。

2、利用磁能方式存儲信息的設(shè)備如：硬盤、軟盤（已經(jīng)淘汰）、磁帶、磁芯存儲器、磁泡存儲器（磁泡存儲器在1970年代出現(xiàn)，但是在1980年代硬盤價格急劇下降的情況下未能獲得商業(yè)上的成功。）、U盤。

3、利用光學方式存儲信息的設(shè)備如：CD或DVD等。

4、利用磁光方式存儲信息的設(shè)備如：MO（磁光盤）。

5、利用其他物理物如紙卡、紙帶等存儲信息的設(shè)備如：打孔卡、打孔帶、繩結(jié)等。

6、專用存儲系統(tǒng)：用于數(shù)據(jù)備份或容災(zāi)的專用信息系統(tǒng)，利用高速網(wǎng)絡(luò)進行大數(shù)據(jù)量存儲信息的設(shè)備。

其中光盤作為一種可用于長期存檔數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，光盤存儲技術(shù)在信息社會中發(fā)揮重要的作用。

一、CD-ROM

這是我們最先接觸的光盤存儲技術(shù)，CD-ROM其實是從CD演變出來的，CD是將模擬數(shù)據(jù)通過光刻機（進行批量生產(chǎn)的大型CD壓制機），在光盤上刻出一個個小坑，這些坑很小，用肉眼是看不到的，然后在另一面涂上反光材料，就制成了CD（數(shù)據(jù)CD或音樂CD），而音樂CD和數(shù)據(jù)CD區(qū)別就是音樂CD仍要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號輸出，而電腦用的數(shù)據(jù)CD仍是輸出數(shù)字信號。從CD-ROM光頭射出來的激光照到盤片平的地方和小坑的地方反射率不同，這時在激光頭旁邊的光敏元件感應(yīng)到有強有弱的反射光，就產(chǎn)生高低電平輸出到光驅(qū)的數(shù)字電路，而高電平和低電平在計算機中分別代表0和1，這就是CD-ROM把數(shù)據(jù)光盤轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸出的原理和過程，如果光盤在刻錄工藝、盤片材料和反射膜工藝上不過關(guān)，會經(jīng)常讀不出盤上刻錄數(shù)據(jù)。

自從個人多媒體計算機標準MPC1 （Multimedia Personal Computer Level 1） 1990年誕生以來，CD-ROM已逐步取代磁盤而成為新一代的軟件載體。隨著產(chǎn)品的不斷推出，CD-ROM驅(qū)動器的性能價格比更高，已成為多媒體計算機機不可缺少的配置。

二、DVD

DVD是CD的發(fā)展和延續(xù)。DVD是Digital Video Disc-Read Only Memory的縮寫，譯成中文就是數(shù)字視盤。從嚴格分類角度上講，這種DVD應(yīng)該叫作DVD-Video （簡稱是DVD），是一種只讀型DVD視盤，必須由專用的視盤機播放。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及革新，DVD如今又有了更為廣泛的內(nèi)涵，已不在只局限于Digital Video Disc這個范疇，而演變成為Digital Versatile Disc（數(shù)字萬用光盤）。和CD不同，DVD于一開始已被設(shè)計為多用途的光盤。原始的DVD規(guī)格里共有五種規(guī)格，用作儲存音樂被稱為DVD-ROM。

DVD是以MPEG-2為標準，每張光盤可儲存容量達到4.7GB（大約可儲存133分鐘的視頻高壓縮比的節(jié)目，還包括六個數(shù)字化杜比數(shù)字聲音軌道），其容量不僅是CD-ROM（650MB）光盤的7倍左右，而且更以超群出眾的播放質(zhì)量使CD-ROM相形見絀。如此大的容量，如此高的性能，無論是對影視、電腦游戲領(lǐng)域，還是數(shù)據(jù)儲存方面都產(chǎn)生著巨大的影響，使之成為現(xiàn)代計算機設(shè)備的標準配置。

三、藍光光碟

Blu-ray Disc，中文譯為藍光光碟（簡稱BD），即藍光DVD是DVD光碟的下一世代光碟格式。在人類對于多媒體的品質(zhì)要求日趨嚴格的情況下，用以儲存高畫質(zhì)的影音以及高容量的資料儲存。

藍光光碟的命名是由于其采用波長405納米（nm）的藍色激光光束來進行讀寫操作（DVD采用650納米波長的紅光讀寫器，CD則是采用780納米波長）。一個單層的藍光光碟的容量為25或是27GB，足夠錄制一個長達4小時的高解析影片。

2010年6月制定的BDXL規(guī)格，支持100GB和128GB的藍光光盤。

但目前昂貴的價格和閃存盤是藍光光碟普及的最大障礙，自朗科公司1999年發(fā)明全球首款閃存盤以來，在過去的時間里閃存盤順利地取代了軟盤軟驅(qū)，將移動存儲帶入了一個全新境界，并日益呈現(xiàn)出一種“超越存儲”的多元化應(yīng)用的特征。

四、全息存儲

全息存儲（holographic memories） DVD一種DVD般大小但存儲容量是其60倍的電腦光盤。這種光盤通過光干涉來存儲信息———光干涉是全息存儲的一種技術(shù)。全息存儲技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。全息數(shù)據(jù)存儲在光敏光學材料上通過非光學相干圖樣來記錄信息。一束激光首先被分成兩部分，產(chǎn)生暗像素和亮像素。通過調(diào)整參考光的角度、波長和介質(zhì)的位置，理論上可以在同一個空間記錄下數(shù)千比特張全息圖像。數(shù)據(jù)存儲密度的極限是幾十TB/立方厘米。

美國科羅拉多州InPhase科技研發(fā)出的這種光盤，可以存儲300GB的數(shù)據(jù)，并且讀寫速度是普通DVD的10倍。這種光盤，直徑是13厘米，比普通的光盤稍微寬一些，也稍微厚一些。全息影像是通過激光的干涉把信息儲存在光感結(jié)晶材料上。利用這種技術(shù)理論上可以把1000千兆數(shù)據(jù)存儲到一張光盤上，并且能以每秒120兆的速度讀取數(shù)據(jù)。容量是普通DVD光盤的340倍，速度是20倍。據(jù)悉，著名公司日立-Maxell開發(fā)出了一種類似于膠片狀的光存儲產(chǎn)品，這種新產(chǎn)品稱作Stacked Volumetic Optical Discs（SVOD），每片都是由2個92μm的碟片組合而成，組成雙面9.4G容量。通過這樣的方式，最多可以將100張碟片組合在一起使用，形成940GB的超大容量。該產(chǎn)品外形類似于普通光盤，容量最大可以達到1TB。

目前，全息存儲技術(shù)還停留在實驗室階段。但該技術(shù)將很快走向市場，初期主要針對電影公司、電視臺、醫(yī)療機構(gòu)等，用于存儲超高清電影原始拷貝、大腦掃描圖像等大容量數(shù)據(jù)，不過很快也會邁向更廣闊的消費市場。據(jù)悉，該技術(shù)初期上市時，每GB的成本約在0.1美元左右，折合每張500GB全息光盤約50美元，此后自然會隨著產(chǎn)量的提高而逐年下降。全息光盤其高容量存儲快速處理數(shù)據(jù)的能力滿足了市場的需要相信經(jīng)過不久的將來人們對全息光盤材料的研究可以降低成本甚至可替代現(xiàn)有的U盤和磁盤。

不管怎樣發(fā)展，都是為了使用者能更好更多更快捷方便的存儲數(shù)據(jù)，雖然現(xiàn)在光盤存儲技術(shù)面臨著種種困難，但相信隨著科技的不斷發(fā)展，光盤存儲技術(shù)能在將來的數(shù)據(jù)存儲中發(fā)揮更加重要的作用。