导读：计算机存储器发展史（四）光技术存储器1、磁光盘磁光盘（Magneto-Optical Disc, MO Disc）是用磁光效应记录信息的，是用激光在磁性薄膜介质上进行记录或重放的记录技术。1845年英国物理学家Michael Faraday

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计算机存储器发展史（四）

光技术存储器

1、磁光盘

磁光盘（Magneto-Optical Disc, MO Disc）是用磁光效应记录信息的，是用激光在磁性薄膜介质上进行记录或重放的记录技术。

1845年英国物理学家Michael Faraday首次发现磁致旋光效应，其后一百多年人们不断发现新的磁光效应，并探索和建立相关理论。

在1950年代随着研究手段对进步，可以对磁性材料磁畴结构进行观察和研究。直到1973年日本Ghaudhari发现GdCo合金薄膜具有垂直表面的单晶异性，可以形成垂直于表面的圆柱状磁畴，方向向上或向下，可以实现磁光数字存储。国际上在1973年～1980年对RE-TM（稀土过渡）金属合金薄膜材料的研究，发现了划时代的TbFeCo磁光材料，之后还陆续发现了锰铋系合金薄膜MnBi、稀土过渡金属非晶膜RE-TM、稀土铁榴石等磁光材料。

1989年开始有商业化MO投入市场，MO盘片大小与3寸软盘相当，封闭在保护壳中，用专用驱动器读取或写入盘片，

读取方式是基于磁光

MO容量比软盘大的多，通常为几百兆。MO方便携带，不怕振动，因为光致记录方式不受磁场影响。MO的数据存取速度比硬盘慢，比软盘快得多，数据保存寿命50年以上。

最早的MO用于游戏和便携式录音机上，1991年5月日本索尼公司开发出一种微型可录磁光(MO)盘数字录音机，其磁光盘名称为MiniDisc，简称MD。MD盘保护壳大小为7cm x 6.75cm x 0.5cm，里面的MD盘直径6.4cm，常规的MD只能储存140MB（数据模式）或160MB（音频模式）。

MD盘片

MD随身听

3.5寸磁光盘常见的容量：128MB、230MB、540MB、650MB、1.3GB、2.3GB、4.8 GB、5.2 GB。磁光盘不止有3.5寸，还有5.25寸的。

230Mb磁光盘

磁光盘机

随着半导体制造技术和工艺快速发展，USB盘的出现对磁光盘市场冲击很大，磁光盘一直处于小众市场地位很难改变。

2、光盘

光盘是一个统称，光盘技术发展初期的ALP模拟音频光盘和LD数字音频光盘，被称为标准的数字音频光盘CD-DA，只读光盘CD-ROM、可擦写光盘，PD相变光盘，以及蓝光光盘，等等都称为光盘。

1965年美国物理学家Russell发明了第一个数字-光学记录和回放系统，也发明了世界上第一张光盘，当然这种回放系统和光盘距离实用化还有较大的距离。

1972年飞利浦发布一种新技术的家庭音频媒介--光学影碟，飞利浦称为Video Long Play(VLP)，从现在来看VLP影碟一种体型较大的CD，使用的是模拟记录格式，信息记录在类似黑胶唱片的螺旋线轨道内。

1974年飞利浦发以VLP技术为基础，开发出Audio Long Play--ALP，用于取代黑胶唱片，ALP是一种大直径光盘，仍是模拟记录格式。

对于高保真音乐，ALP的模拟记录格式存在播放时跳码、漏码，并且很难避免，显然不能达到高保真记录和播放的目的。

1976年，Sony开始与飞利浦合作进行激光视盘Laser Disc--LD的商品化，这是一种直径同LP唱片一样的30cm大型光盘。同年，Sony在内部利用PCM-1数字磁带录音机的雏形在LD技术基础上制作了一张光盘，可能这也是世界上第一张数字音频唱片，信息记录仍是在类似黑胶唱片的螺旋线轨道内。

LD光盘与标准CD光盘

之后几年，飞利浦将ALP系统收缩至直径为11.5厘米光盘，能存储60分钟的立体声音频，并将ALP更改为Compact Disc，以纪念该公司已经成功的“卡式录音带”(Compact Cassette)格式

在1979年3月，与其他厂家纷纷在LP基础上开发数字音频唱片不同，飞利浦Joop Sinjou发布了数字音频光盘CD，光盘直径沿袭Compact Disc的11.5厘米，数字音频光盘完全避免了模拟记录格式存在的跳码、漏码问题。

而同时期日本数家公司已经展示过自己开发的数字音频光盘原型，继索尼公司与飞利浦合作开发LD之后，索尼公司与飞利浦继续合作小尺寸数字音频光盘。

（1）CD-DA数字音频光盘

1980年6月，索尼和飞利浦两家公司共同制定了CD-DA数字音频光盘标准，确定了16Bit量化、44.1kHz采样和12cm直径的规格，并向全球各大唱片公司授权使用这项技术。7月，全球首张CD-DA 在德国汉诺威附近的飞利浦工厂中诞生，首张CD-DA是ABBA乐队的《The Visitors》。

全球首张CD发布会

1982年初，由飞利浦公司和索尼(Sony)公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书，与LD系统不同，CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM数字化处理，再经过EFM（8～14位调制）编码之后记录到盘上。

1982年8月31日，Sony、CBS Sony唱片、飞利浦和宝利金四家公司在东京联合展开新闻发布会，宣布CD-DA系统及软件上市。

1982年10月1日索尼公司发布了世界上第一部商用CD-DA音频播放器CDP-101。与其一同发布的还有由哥伦比亚唱片公司(CBS Records)发行的50张经典和流行音乐CD-DA，光盘开始普及，但那个时候CD-DA音频播放器和CD-DA还是高级音乐发烧友才能向往的东西。

CD-DA音频播放器CDP-101

（2）CD-ROM只读光盘

索尼和飞利浦在数字音频光盘上的成功，使人们立刻关注到了光盘存储在计算机领域的应用，理由很简单，以当时的5.25寸软盘能存储360KB的数据来说，理论上一张光盘就能容纳2390张软盘的存储量。

1983年，历经了多次修订之后，CD-ROM规格的黄皮书由Philips、Sony和微软联合推出。

1989年，黄皮书被ISO接受为120mm只读光盘（CD-ROM）数据交换的国际标准－ISO/IEC 10149，该黄皮书确定了CD-ROM的物理结构，之后的

ISO9660

标准的CD-ROM是一种只读光存储介质，直径120mm（4.72英寸）、厚1.2mm（0.047英寸），重量约为14～18克，道间距1.6μm，数据凹坑0.834μm/位，激光工作波长780nm，物镜数值孔径NA：0.45，单面盘上保存74～80分钟的高保真音频，或682MB（74分钟）/737MB（80分钟）的数据信息。

CD-ROM与普通CD光盘外形相同，但CD-ROM存储的是数据而不是音频。CD-ROM驱动器读取数据和CD播放器方式相似，但CD-ROM驱动器电路中引进了检查纠错机制，保障读取数据时不发生错误。

CD-ROM和CD-DA一样，把一个8位数据转换成14位的通道码，称为8－14调制编码，记为EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)，根据通道码可以确定光盘凹坑和非凹坑的长度。

CD-ROM盘片的物理结构由聚碳酸酯透明衬底、铝反射层、漆保护层构成，而信息记录在铝反射层上，通过铝膜压制的方式进行信息批量复制，非常适合大批量生产，成本可以很低。CD-ROM采用与黑胶唱片纹道类似的螺旋形线型光道结构、以恒定线速度（CLV）转动，其数据结构比硬磁盘和软磁盘的数据结构复杂得多。CD-ROM盘区划分为三个区，导入区Lead-in Area、用户数据区User Data Area和导出区Lead-out Area。

150K字节/秒的传输率为CD－ROM的标准基本速率，随着传输速率越来越快，有了后来的2X倍速、四X倍速、8X倍速、16X倍速、32X倍速、40X倍速或者更高的倍速。

光盘种类除了数字音频光盘CD-DA和只读光盘CD-ROM，还有后来发展出的音视频光盘DVD-ROM、一次写入光盘CD-R、可擦写光盘CD-RW、相变光方式可擦写光盘PD。

（3）CD－R一次写入烧录光盘

可以在用户现场通过驱动器在空白的CD－R上写入数据，写入数据后CD－R就与普通CD-ROM一样使用。

（4）CD－RW可重复写入光盘

CD－RW是CD－Rewritable的缩写，可重复写入数据。

CD－RW刻录机能够反复擦写CD－RW光盘的原理主要是“相变”技术，与CD－R一样利用激光的大功率照射，对光盘本身的感光物质进行瞬间的加温。和CD－R不同的是进行了相位转换，用以记录数据，CD－RW的数据坑凹可以被重复烧制。

（5）DVD-ROM数字视频只读光盘

DVD是Digital Video Disc-Read Only Memory的缩写。

标准DVD－ROM采用了0.74μm轨距，坑凹0.41μm/位，高密度记录线等新技术，通过激光焦不同写入或读取第一层和第二层信息，光盘直径120mm（4.72英寸）、厚1.2mm（0.047英寸），激光工作波长650nm，物镜数值孔径NA：0.6，单面单层容量4.7Gb，单面双层DVD容量9.4Gb，双面双层容量17Gb。

和CD不同，DVD于一开始已被设计为多用途的光盘。不同用途DVD的数据文件结构不同，原始的DVD共有五种规格：

DVD-Video：用作存储视频。

DVD-Audio：用作存储音乐。

DVD-ROM：用作存储计算机数据。

DVD-R：只可写入一次的烧录光盘。

DVD-RAM：可重复写入的烧录光盘。

（6）PD相变光盘

PD是Phase Change Rewritable Optical Disk的缩写，它是松下公司采用相变光方式（Pachanga）存储的可重复擦写存储光盘，主要是利用介质的对激光的相变来记录数据，PD光盘可重复擦写大约50万次，PD相变光盘可以兼容CD－ROM。

PD的平均寻址时间为89ms，数据传输率为518～1141Kb/s，相当于八速光驱速率，写入并效验时的数据传输率为300～600Kb/s，相当于四速光驱。。使用专门除了可以读写PD光盘外，也可以当作普通的八倍速CD－ROM使用。

（7）蓝光DVD

蓝光DVD，英文是Blu-ray Disk。

标准DVD和蓝光DVD均不是为计算机存储设计的，尽管可以作为计算机的外部存储介质来使用，主要是为音视频娱乐消费市场为主的产品。

蓝光光盘是由SONY及松下电器等企业划及研发了蓝光光碟，于2002年2月成立蓝光光碟联盟的前身Blu-ray Disc Founders，2004年5月Blu-ray Disc Founders更改名称为蓝光光碟联盟Blu-ray Disc Association（BDA），并于2006年开始全面推动相关产品。蓝光光碟联盟由13个成员组成：以索尼为首包括戴尔、惠普、日立、LG电子、松下电子、三菱、先锋、飞利浦、三星电子、夏普电子、Sony、TDK、Thomson。

同时期的竞争产品还有以东芝为首的HD-DVD阵营，2003年开始该阵营开始着手改进DVD标准，推出的HD-DVD向下兼容现有DVD。2006年向市场HD-DVD推出音视频播放设备，与蓝光DVD进行市场竞争。由于市场占有率不理想，2008年2月东芝宣布彻底退出HD-DVD相关业务，至此蓝光DVD胜出。

蓝光DVD虽然与普通DVD外形尺寸一样，但采用不同的标准。蓝光DVD采用紫外激光，工作波长405nm，物镜数值孔径NA：0.85。轨距比DVD－ROM的0.74μm缩小为0.32μm，构成0和1数字数据的坑凹为0.15μm/位，相对于DVD的0.41μm/位小的多。蓝光DVD单层容量25或27GB，双层容量46或54GB，四层容量92或108GB。

蓝光DVD（或BD）基本上可分为4种类型：

蓝光DVD-R(或BD-R）,可刻录蓝光光盘,只可以一次写入，然后作为DVD-ROM使用。

蓝光DVD-RE(或BD-RE）,可重复擦除和写入蓝光光盘。

蓝光DVD-XL(或BDXL）,可多层刻录,这是一个与现有音视频蓝光光盘不兼容的版本，主要用于数据存储。

MiniBD，MiniBD并不是蓝光光盘，而是将蓝光文件结构用于DVD盘，使DVD可以支持高质量的蓝光节目源。为了支持便携式手持摄像机，有一种采用了8cm盘片直径。

光盘曾经辉煌一时，在音视频娱乐消费领域由于受到网络流媒体技术发展的影响，曾经的繁荣已经不在，CD的发行量萎缩严重。在高端音视频娱乐消费领域，尽管以蓝光光盘为载体的4K～8K高清影片仍占有一席之地，网络高清影片消费将是未来的主流。

光盘在在计算机存储应用上，软件载体也由物理介质转为网上发行，光盘在数据冷备份上已经不能满足快速增长的数据需求，刻录速度慢是最大的缺点，目前改进优化的磁带冷备份有东山再起之势，光盘冷备份市场进一步萎缩。

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