[科普中国]-光存储器

光存储器是指用光学方法从光存储媒体上读取和存储数据的一种设备。一般指光盘机、全息存储器、光带机和光卡机等。绝大部分使用半导体激光器为光源，所以也之称为激光存储器。其中应用最为广泛的光盘机是一个结合光学、机械与电子科技的高科技产品。1

发展信息时代的来临伴随着信息量的快速增长。人们需要处理的不仅包括传统的数据、文字、声音、图像，还有活动的图像和高清晰的图像。这些媒介的大信息量在数字化后更要占用巨大的存储空间，光学存储技术以其极大的存储容量和低廉的存储价格，成为信息存储界新的选择方案。光盘存储技术综合了高密度磁带的巨大存储容量和磁盘的快速随机检索的优点，并具有离线存储等一系列独特的优良性能，被视为是一种重要的数据存储技术。

早在1955年，就出现了光盘存储器的设想。由于当时技术水平的限制，特别是受到光源的限制，光学存储的研究和开发工作直到20世纪60年代激光发明之后才有了大的发展。

20世纪60年代，美国、荷兰、日本开始在实验室进行电视录像盘的研究；70年代，该技术趋于成熟，70年代末80年代初，光盘存储和播放系统开始进入市场。

在开始研制电视录像盘之后不久，一些公司已着手研究如何把光学存储技术应用于声频记录。1977年，日本三菱电机公司在光盘上记录了用脉冲编码调制（PCM）的声频信号，生产了动态范围在90 dB以上的超高保真度声频唱片系统。1978年，PHILIPS公司推出了直径为120 mm的小型数字声频唱片，之后随即成为唱片的主流；1982年确立了直径为120 mm、厚度为1.2 mm的小型数字唱片的标准（Compact Disk，CD）。随后，开始在市场上出售CD唱片和CD播放机。从此，CD系列的各种新功能的光盘系统不断出现。

同时，光盘存储技术已成为计算机外部存储的一个主要选择，它向磁存储技术提出挑战，并且在许多新的应用领域展示了强大的生命力。

20世纪90年代，CD系列光盘和磁光盘大量涌现。1996年开始推出DVD系列光盘。2

原理人们最常见的光盘是只读型光盘和单写型光盘，这也是日常所说的“光盘”。后面所说的光盘，都是指这两种类型的光盘。

CD盘的物理介质主要由4层组成：依次为封面、保护层、反射层和聚碳酸酯层。聚碳酸酯层是最终记录信息的地方；反射层用来反射激光，使得聚碳酸酯层记录的信息可以被读取；保护层是涂在反射层上面的一层抗氧化有机涂料，在保护CD盘的同时可以增加盘面亮度和光滑性；封面覆盖在保护层上。

只读型光盘和单写型光盘与重写型光盘的工作原理不同，是利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录1，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录0，然后使用激光读出信息。凹坑和非凹坑的长度都代表有多少个0。

这里需要强调的是，凹坑和非凹坑本身不代表0或1，而是凹坑边缘的前沿和后沿代表1，凹坑和非凹坑的长度代表0的个数。利用这种方法比直接用凹坑和非凹坑代表原始二进制数据更有效，可以更充分地利用光盘的表面积，使得存储容量大大提高。此外，采用这种技术也很容易从读出的信号中提取有用的同步脉冲信号。3

格式光盘存储器格式包括物理格式和逻辑格式。物理格式规定数据在光盘上的存储方式，包括物理扇区的大小、数据块大小、错误检测和校验码等；逻辑格式则规定存储在光盘上的光盘存储器格式包括物理格式和逻辑格式。物理格式规定数据在光盘上的存储方式，包括物理扇区的大小、数据块大小、错误检测和校验码等；逻辑格式则规定存储在光盘上的文件结构，包括目录、文件大小及起始扇区位置和占用扇区个数。

光盘存储器格式详细记载在标准文件中，这些标准文件包括红皮书、黄皮书、绿皮书、橙皮书和白皮书等。标准文件是用彩色封面包装的，所以又称为彩书标准。

光盘存储器的物理格式主要由红皮书和黄皮书定义。红皮书定义了存储数字化声音数据的标准，而黄皮书统一了存储计算机文档的规格方式。除了红皮书和黄皮书，还有若干彩书标准。如绿皮书（CD-Ⅰ标准，它允许计算机数据、声音数据和图像数据交错地放在同一条CD-Ⅰ光道上）、白皮书（VCD标准）虽然和红皮书标准及黄皮书标准不同，但是以红皮书和黄皮书为基础制定的。理解了红皮书和黄皮书标准，其他的彩书标准也易读易懂了。

出于不同的应用需求，光盘存储器的物理格式有多种，但光盘存储器的逻辑格式只有一种。由ISO 9660定义的光盘逻辑格式标准从最初的CD-ROM光盘一直沿用到如今的DVD盘。可以预见，只要光盘存储器不消亡，这种逻辑格式还会一直沿用下去。相比而言，现实应用的需求对于文件系统结构的影响几乎没有。3

特点与磁存储技术相比，光盘存储技术具有以下特点：

①存储密度高。由于使用相干性好的激光作为光源，可把光聚焦成直径约1μm的光点进行记录，存储一位信息所需的介质面积仅约为1μm²，因而，记录密度可高达（ ）bit/cm²，是普通磁盘的10～100倍，特别是道密度更远非磁盘可比，光盘因而具有更大的存储容量。

②非接触式读/写信息。这是光盘存储器所具有的独特性能。。光盘机中光头与光盘间距有1～2mm，光头不会磨损或划伤盘面，因此光盘可以自由更换；光盘外表面上的灰尘颗粒与划伤，对记录信息的影响很小。高密度的磁盘机，由于磁头飞行高度的限制，较难更换磁盘。

③存储寿命长。只要光盘存储介质稳定，一般寿命在10年以上，而磁存储的信息一般只能保存3～5年。

④信息的信噪比高。光盘的信噪比一般可达到50 dB以上，而且经过多次读/写不降低。因此，光盘多次读出的音质和图像的清晰度是磁带和磁盘无法比拟的。

⑤信息位价格低。由于光盘的存储密度高，而且只读式的光盘可以大量复制，所以它的信息位价格比磁记录低几十倍。

当然，光盘存储技术还有他的不足之处。光学读写头（也称光头）无论体积还是重量，都比磁头要大，这影响了光盘的寻址速度，从而影响其记录速度。一般地，光盘的读/写速度比磁盘的还低。光盘的记录密度较高，基本存储单元每位只占约1“m2的面积，盘片上极小的缺陷或针孔也会引起错误，冈而，光盘的原始误码率高，必须采取误码校正措施。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学