Almacenamiento óptico

Almacenamiento óptico se refiere a una clase de sistemas de almacenamiento de datos que utilizan luz para leer o escribir datos en un medio óptico subyacente. Aunque a lo largo del tiempo se han utilizado varios formatos ópticos, los ejemplos más comunes son los discos ópticos como el disco compacto (CD) y el DVD. Los métodos de lectura y escritura también han variado con el tiempo, pero la mayoría de los sistemas modernos a partir de 2023 utilizan láseres como fuente de luz y lo utilizan tanto para leer como para escribir en los discos. La Britannica señala que "utiliza rayos láser de baja potencia para registrar y recuperar datos digitales (binarios)."

Descripción general

El almacenamiento óptico es el almacenamiento de datos en un medio legible ópticamente. Los datos se registran haciendo marcas en un patrón que se puede leer con la ayuda de luz, generalmente un rayo de luz láser enfocado con precisión en un disco óptico giratorio. Un ejemplo más antiguo de almacenamiento óptico que no requiere el uso de computadoras es el microformato. Existen otros medios para almacenar datos ópticamente y se están desarrollando nuevos métodos. Una unidad de disco óptico es un dispositivo en una computadora que puede leer CD-ROM u otros discos ópticos, como DVD y discos Blu-ray. El almacenamiento óptico se diferencia de otras técnicas de almacenamiento de datos que hacen uso de otras tecnologías como el magnetismo, como los disquetes y los discos duros, o semiconductores, como la memoria flash.

El almacenamiento óptico en forma de discos otorga la posibilidad de grabar en un disco compacto en tiempo real. Los discos compactos tenían muchas ventajas sobre los reproductores de cintas de audio, como una mayor calidad de sonido y la capacidad de reproducir sonido digital. El almacenamiento óptico también ganó importancia por sus cualidades ecológicas y su eficiencia con altas energías.

El almacenamiento óptico puede variar desde una sola unidad que lee un solo CD-ROM hasta varias unidades que leen varios discos, como una máquina de discos óptica. Los CD individuales (discos compactos) pueden contener alrededor de 700 MB (megabytes) y las máquinas de discos ópticas pueden contener mucho más. Los DVD de una sola capa pueden contener 4,7 GB, mientras que los de doble capa pueden contener 8,5 GB. Esto se puede duplicar a 9,4 GB y 17 GB haciendo que los DVD sean de doble cara, con superficies legibles en ambas caras del disco. Los HD DVD podían almacenar 15 GB con una sola capa y 30 GB con una doble capa. Los discos Blu-ray, que ganaron la guerra de los formatos ópticos HDTV al derrotar a los HD DVD, pueden contener 25 GB para discos de una sola capa, 50 GB para discos de doble capa y hasta 128 GB para discos de cuatro capas. El almacenamiento óptico incluye CD y DVD.

Historia

IBM fue líder en el desarrollo de sistemas de almacenamiento óptico durante gran parte de la historia temprana de la informática. En 1959, instalaron el Traductor Automático de Idiomas, que utilizaba un disco óptico que contenía 170.000 palabras y frases en ruso y sus traducciones en inglés. En 1961/2, introdujeron el IBM 1360, que utilizaba pequeñas diapositivas fotográficas que se leían utilizando una lámpara incandescente convencional como fuente de luz y una fotocélula como detector. Un sistema separado escribió datos en las diapositivas usando un cañón de electrones, convirtiéndolo en un sistema de lectura/escritura. Completamente expandido, el 1360 podía contener alrededor de medio terabit de datos y permitía un acceso semialeatorio. Un sistema similar de terceros fue el Foto-Mem FM 390.

Varias formas de medios ópticos, principalmente en forma de disco, compitieron con la grabación magnética durante la mayor parte de los años 1960 y 1970, pero nunca llegaron a ser ampliamente utilizados. Fue la introducción de láseres semiconductores la que proporcionó la tecnología necesaria para hacer que el almacenamiento óptico fuera más práctico tanto en términos de densidad de almacenamiento como de costos. Los precios cayeron hasta el punto de que podían usarse en productos de consumo, lo que llevó a la introducción en 1978 del formato analógico LaserDisc. A esto le siguió, en agosto de 1982, la introducción del CD de audio/música digital, que pronto condujo a un esfuerzo por estandarizar la grabación de datos en este medio. Este se introdujo en 1985 como el "Libro Amarillo", que pasó a conocerse como CD-ROM.

En 1983, Philips presentó sus primeros trabajos sobre tecnología de accionamiento magnetoóptico en una conferencia de la industria. Se utilizó un láser para calentar el medio de almacenamiento para que se volviera susceptible a los campos magnéticos y un electroimán, similar al de un disco duro, para escribir datos realineando el material del interior. Funcionó como una unidad óptica convencional durante las lecturas, con el láser funcionando a niveles de energía más bajos, demasiado bajos para calentar el disco. Los rumores de que IBM usaría esto en futuras versiones de la PC de IBM fueron comunes durante un tiempo, pero nunca surgió nada de esto. Canon presentó una versión empaquetada en una funda similar a las utilizadas para el disquete de 3,5 pulgadas. Introducido en 1985, no encontró usos importantes hasta 1988, cuando fue la pieza central de NeXT Computer. Se introdujeron variaciones de este diseño durante la década de 1990, pero nunca se hizo muy popular fuera de Japón, aunque el formato MiniDisc de Sony tuvo cierto éxito.

En 1988, el "Libro Naranja" agregó un formato de escritura única, CD-WO, al formato de CD existente. El medio era compatible con las unidades de CD existentes, lo que permitía grabar música y datos y luego leerlos en cualquier unidad existente. Con el tiempo, esto se conoció como CD-R. En 1990, el Libro Naranja añadió versiones regrabables magnético-ópticas del formato físico del CD, CD-MO, que se diferenciaba de los sistemas MO anteriores principalmente en que el disco no estaba encerrado en una funda. Este formato tuvo poca utilidad. Las mejoras continuas en las unidades y los medios llevaron a la incorporación en 1997 del formato CD-RW, que permitía escribir, borrar y reescribir discos. Este formato es incompatible con unidades de CD más antiguas, como CD-R, pero las unidades de solo lectura capaces de leer CD-RW se volvieron comunes en la década de 2000 a medida que proliferaba el uso de CD-RW.

Los medios ópticos dieron otro gran paso con la introducción de DVD en 1996, que era para grabar en vídeo lo que el CD era para la música. Originalmente para ser conocido como "digital video disc", el nombre cambió antes de la versión para ser "digital versátil disco" para indicar que también era útil para el almacenamiento de computadora. Con el tiempo, los DVD siguieron un patrón similar como los CDs; Pioneer introdujo un formato de escritura una vez en 1997 que podría leerse en las unidades de DVD existentes, DVD-R. Pero un segundo formato de escritura-once DVD+ R surgió en 2002, conduciendo a una breve guerra de formato antes de que las unidades de doble formato fueran comunes. Un formato de lectura-escritura, DVD-RW, fue introducido en 1999, pero como CDs anteriores no se podía leer por unidades de DVD "normales". Con el tiempo, las mejoras llevaron a que la mayoría de las unidades de DVD más nuevas pudieran leer cualquiera de estos medios.

Otra mejora técnica durante esta era fue la introducción de láseres semiconductores de mayor frecuencia que operaban en el espectro azul y ultravioleta cercano. Estas longitudes de onda más cortas, combinadas con mejoras en los medios subyacentes, permitieron almacenar muchos más datos en un disco. Con la introducción generalizada de la televisión de alta definición a principios de la década de 2000, la necesidad de un medio capaz de almacenar archivos de vídeo mucho más grandes y de mayor resolución se convirtió en un problema, lo que llevó a dos estándares en competencia, HD DVD y Blu-ray. El primero podía producirse en equipos de producción de DVD existentes, pero (inicialmente) ofrecía formatos de vídeo de menor resolución (y menos almacenamiento de datos), mientras que el segundo requería nuevos equipos de producción pero ofrecía soporte para 1080p. Con el tiempo, Blu-ray ganó la resultante guerra de formatos de discos ópticos de alta definición, y Toshiba anunció el retiro del HD DVD el 19 de febrero de 2008. Esto resultó ser una victoria pírrica ya que el mercado pasó rápidamente a los servicios de streaming. Blu-ray sigue siendo preferido a los servicios de streaming por sus cualidades técnicas, pero tiene una pequeña cuota de mercado a partir de 2023.

A partir de 2023, Blu-ray es el último formato óptico importante en alcanzar un uso generalizado. La velocidad cada vez mayor de Internet de banda ancha ha reemplazado muchas de sus funciones como medio de distribución de medios y videojuegos, y la rápida caída de los precios de la memoria Flash durante la década de 2010 hizo lo mismo en su función de archivo con formatos de lectura y escritura. Se han propuesto varias tecnologías nuevas como base para un nuevo estándar óptico, pero no han tenido un uso generalizado. Éstas incluyen:

• Holographic Versatile Disc (HVD) introducido en 2003, pero todavía no en uso comercial
• 210 nanometros láser ultravioleta que aproximadamente doble densidad
• Almacenamiento de datos ópticos 3D, que tiene múltiples capas de medios y por lo tanto almacena múltiples capacidades de Blu-ray
• almacenamiento de datos ópticos 5D, cuyo objetivo principal es almacenar datos a largo plazo en el orden de miles de años
• Óptica de campo cercano
• Óptica de inmersión sólida (pertura numérica extremadamente alta).
• Discos usando longitudes de onda muy cortas como rayos UV o rayos X.
• Discos de selección de capas (LS-R).
• Tecnología multinivel.
• Formas de agujero complejas que permiten almacenar múltiples canales en una sola pista.
• Técnicas de multiplexación Wavelength.

La Asociación de Tecnología de Almacenamiento Óptico (OSTA) era una asociación comercial internacional formada para promover el uso de tecnologías y productos de almacenamiento de datos ópticos grabables.