Почему в сд дисководах используется инфракрасный лазер
В радиодеталях электронно-вычислительной техники старого образца присутствует гораздо большее количество драгоценных металлов, чем в современных цифровых устройствах. Поэтому, прежде чем нести старый компьютер в утиль, можно немного в нём покопаться и найти золото.
Какие детали компьютера содержат золото
Золото не окисляется, имеет низкое электрическое сопротивление, этот металл не подвержен коррозии и является хорошим проводником. Поэтому им покрывают разъёмы, порты, слоты памяти, видеокарты и другие детали компьютера.
Как добыть драгметаллы из системного блока
Помимо золота элементы процессора содержат платину и палладий, которые также относятся к драгоценным металлам и стоят сейчас дороже золота.
Палладий содержится в старых конденсаторах, резистора и разъёмах, а платина в конденсаторах, микросхемах и реле. Но драгметаллы в деталях системного блока содержат немало примесей и требуют специальной очистки. Этот процесс лучше доверить профессионалам, т. к. он далеко не безопасный, нужно уметь обращаться с кислотами и позаботиться о защите органов дыхания, глаз и рук.
Желание заняться аффинажем в домашних условиях вас не покидает? Тогда в интернете вы можете найти инструкции по извлечению золота из системника, только не относитесь к этому процессу легкомысленно.
Если после прочтения данной статьи вы всерьез решили заняться добычей драгоценных металлов из старой компьютерной техники, то знайте, что по закону всё золото, находящееся в электронике, принадлежит государству . Это прописано административном кодексе Российской Федерации.
В наше время DVD-приводы постепенно выходят из употребления, мало кто уже покупает диски или записывает их сам, а старые диски постепенно деградируют, ведь химическое покрытие на болванках не вечное.
Но для ненужного привода есть полезное применение. Например, из него можно смастерить лазерный микроскоп на Arduino (примечание: по факту требуется две лазерные головки, то есть два ненужных привода).
Это оптический микроскоп, который использует для сканирования образца сфокусированный лазерный луч.
Cканирование осуществляется путём перемещения лазера по двум осям в координатной сетки: x и y. Словно сканер, он проходит по всей поверхности объекта — и замеряет отражённый сигнал. Изображение составляется в специальном программном обеспечении, которое объединяет воедино результаты сканирования каждой точки.
Лазерная головка CD/DVD
Например, в в проекте GaudiLabs на фото вверху микроскоп изготовлен из двух лазерных головок HD DVD. Лазер из такой головки сканирует образец, фокусировка происходит с помощью собственного фокусирующего механизма. Движение луча — с помощью отклоняющих катушек лазера в головке.
Один из вариантов лазерного микроскопа — конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, позволяющий реконструировать трёхмерные структуры по наборам изображений на разной глубине. Конфокальные лазерные сканирующие микроскопы часто используются вместе с флуоресцентными материалами для изучения клеток и других биологических образцов.
Принцип конфокальной визуализации запатентован в 1957 году Марвином Минским, Dahn
Разрешение изображения определяется количеством измерений, сделанных в направлении x, и количеством линий в направлении y. Максимальное разрешение ограничено апертурой объектива и длиной волны лазера, как и в обычных оптических микроскопах. При сканировании флуоресцентных веществ разрешение часто ограничено силой сигнала. Его можно увеличить за счёт использования более чувствительных фотодетекторов или увеличения интенсивности освещающего лазера.
Белок бета-тубулин в клетке ресничной инфузории Tetrahymena визуализируется с помощью флуоресцентных антител. Фото получено с коммерческого конфокального микроскопа, Павел Яснос
Какое разрешение у лазерных головок CD и DVD? Очевидно, его должно быть достаточно для считывания ямок на поверхности компакт-диска, которыми кодируется информация (0 и 1).
У дисков DVD эти ямки примерно вдвое меньше по размеру, чем у CD, а у HD DVD — ещё вдвое меньше.
Ребята из швейцарской лаборатории GaudiLabs начали с проверки концепции, что прибор в принципе возможно сконструировать.
Первый прототип
Конструкция микроскопа состоит из двух лазерных головок. Первая излучает лазер и сдвигает его по оси x. На второй закреплён сканируемый образец — она движется в направлении y. Вместо фотодетектора используется простой фотодиод. Катушки контролирует схема Arduino с приводом, а изображения обрабатывает опенсорсная утилита Processing. Разрешения сканирования около 1,1 мкм (толщина человеческого волоса около 50 мкм).
Для второго прототипа была изготовлена печатная плата с микроконтроллером Arduino Micro со специальными коннекторами для лазерных головок.
Верхняя и нижняя стороны печатной платы, куда крепятся две лазерные головки (репозиторий на GitHub со схемами и программным обеспечением)
Программное обеспечение отправляет сканеру параметры сканирования и получает данные сканирования построчно. Поддерживается установка следующих параметров:
- Тип лазера (ИК, красный, синий для головок CD, DVD и Blu-Ray)
- Мощность лазера
- Положение сканирования
- Разрешение сканирования
- Сенсор (A0, S1, S2, RF, DIF)
- Цветовая схема и яркость
Ямки на поверхности CD-ROM, сфотографированные самодельным лазерным сканирующим микроскопом
Некоторые другие фотографии:
Сканы бактерий с разным разрешением и разными цветовыми схемами
Лазерные сканы клеток дрожжей
В данном проекте использовались головки PHR-803T из привода Xbox 360 (HD DVD).
Конечно, GaudiLabs далеко не первые, кто сделал лазерный микроскоп из оптического DVD-привода. Например, немецкий инженер Ханнес Золинер выполнил аналогичный проект в рамках своей магистерской диссертации.
Фокусировка в микроскопе Золинера
Процесс сканирования в микроскопе Золинера
На сайте Instructables есть пошаговая инструкция для Arduino по сборке.
См. также научные статьи 2016 и 2018 годов с описанием подобных установок: Hacking CD/DVD/Blu-ray for Biosensing (ACS Sens. 2018, 3, 7, 1222–1232, doi: 10.1021/acssensors.8b00340) и Generating SEL and SEU with a class 1 laser setup (конференция RADECS 2016, doi: 10.1109/RADECS.2016.8093163).
Моя предыдущая статья была посвящена внутреннему устройству чипа от Nvidia, да и, пожалуй, внутреннему устройству любого современного процессора. В этой статье мы перейдём к средствам хранения информации, и я расскажу, что представляют собой CD и HDD диски на микроуровне.
Начнём с CD диска. Наш подопытный — простой CD-R от Verbatim. Обычный диск с записанной (а точнее, напечатанной) информацией состоит из 3 основных слоёв. Слой А – поликарбонатный диск, который отвечает сразу за несколько функций. Первое – основа диска, которая выдерживает огромные скорости вращения внутри дисковода.
Так в общих чертах можно представить строение CD диска [1]
Поликарбонатный диск, как оказалось, дополнительно покрывают специальным лаком, который защищает от легких механических повреждений внешнюю поверхность диска.
Слой лака выделен красным цветом, под ним «начинается» поликарбонат
Под пучком электронного микроскопа, слой защитного лака чувствует себя не очень хорошо
Второе – именно на поликарбонате, в прямом смысле этого слова, печатается информация с матрицы — будь то фильм, музыка или программы. Как сообщает нам Вики, поликарбонатная основа имеет толщину 1,2 мм и весит всего-навсего 15-20 грамм [1].
Естественно, что поликарбонат и лак прозрачны для лазерного излучения, поэтому «напечатанную» информацию для лазера необходимо сделать «видимой», для чего поверхность покрывают тонким слоем алюминия (слой B). Стоит отметить, что CD-ROM с «напечатанной» информацией, CD-R и CD-RW имеют незначительные отличия. В двух последних случаях, добавляется промежуточный слой между поликарбонатом и алюминием, который может изменять свои свойства под действием лазерного излучения определённой длины волны, а на поликарбонате печатаются пустые дорожки. Это могут быть либо красители в случае CD-R (что-то похожее на фоторезист), либо металлические сплавы в случае CD-RW. Именно поэтому перезаписываемые диски не рекомендуется подвергать действию прямых солнечных лучей и перегреву, который также может спровоцировать изменение оптических свойств.
Давайте сравним диск и алюминиевый слой, оторванный от него. Видно, что на поликарбонате есть «канавки» (питы), а на слое алюминия наоборот возвышения, которые полностью соответствуют канавкам:
Привычные углубления на поверхности поликарбоната (АСМ-изображение)
На защитном алюминиевом слое видны питы-«наоборот»: не канавки, а выступы (АСМ-изображение)
Далее полученный «пирог» покрывают специальным защитным слоем С, чья основная обязанность – защитить «нежный» алюминиевый отражающий слой. Далее на этот слой можно что-то наклеивать, писать маркером, наносить специальные дополнительные слои для печати и т.д. и т.п.
В данном видео представлены все технологические этапы производства CD дисков:
Запись на CD диске подобная записи на виниловой пластинке, т.е. дорожка с информацией идёт по спирали. Он берёт своё начало в центре диска и заканчивается у внешнего края. А вот прямо посреди диска «стыкуются» пустые участки и дорожки с записанной информацией:
Вот была запись, а вот её и нет. Сравнение пустых дорожек и дорожек с записанной информацией (СЭМ-микрофотографии)
Принципиальных отличий на микроуровне CD от DVD и, наверное, Blu-Ray нет. Разве что питы будут меньших размеров. В нашем случае размеры 1 минимального углубления составляют 330 нм в ширину и 680 нм в длину, при этом расстояние между дорожками ~930 нм.
N.B. Если у вас есть исцарапанный CD диск, который не читается ни в одном приводе, попробуйте его заполировать. Для этого подойдёт практически любая прозрачная полироль. Она заполнит углубления, которые мешают чтению информации, и Вы хотя бы сможете скопировать информацию с диска.
Как же всё-таки иногда причудливо изгибается слой алюминия (практически произведение искусства – чёрное и белое):
Чёрные и белые полосы нашей жизни. CD (СЭМ-микрофотография)
И напоследок ещё пара изображений CD, полученных с помощью оптического микроскопа:
Оптическая микроскопия: слева — алюминиевый отражающий слой, справа — слой Al (более светлая область) на поликарбонатном диске (более тёмная область)
Приступим теперь к жёсткому диску. Для меня всегда, ещё со времён дискет и VHS оставалось загадкой, как же всё-таки устроена магнитная память?! Перед написанием статьи, я попытался найти хоть какие-то видео и медиа материалы, которые демонстрировали бы, как в предыдущем ролике, основные этапы производства жёстких дисков, и был неприятно обрадован Вики: «Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну» [2]. Пришлось смириться и не искать правды от производителей HDD (разве что, Seagate слегка приоткрыл свои секреты), тем более что с приходом эры SSD конкуренция на рынке ещё больше усилилась.
Сами пластины изготавливаются из немагнитных металлических сплавов. Основу этих сплавов составляют алюминий и магний, как самые лёгкие конструкционные материалы. Далее на них наносится тонкий, опять таки согласно Вики, 10-20 нм слой магнитного – тут, пожалуй, слово нанокристаллический будет уместно – материала, который затем покрывается небольшим слоем углерода для защиты. Так как диск NoName, и выполнен он по древней технологии параллельной записи информации, то я позволю себе привести здесь состав материала по данным EDX (рентгеноспектральный микроанализ): Co – 1,1 атомных %, Y – 1,53 ат. %, Cr – 2,38 ат. %, Ni – 45,81 ат. %. Содержание углерода 36,54 %. Откуда-то взялись Si и P, содержание которых составляет 0,46 ат. % и 12,25 ат. %, соответственно. Происхождение кремния – по всей видимости, в следовых количествах остался на поверхности после работы микротома и моей полировки, а фосфор – просто заляпал образец.
Честно, я пытался найти слой магнитного материала толщиной «10-20 нм», но безуспешно. Если исходить из того, что увидел я, то поверхностный слой имеет толщину примерно 12 микрометров:
Тот сам «тоненький» слой, который хранит информацию в наших жёстких дисках
Сама поверхность диска очень и очень гладкая, перепад высот лежит в пределах 10 нм, что сравнимо с шероховатостью поверхности монокристаллического кремния. А вот и изображения в режиме фазового контраста, которые соответствуют распределению магнитных доменов на поверхности, т.е. мы видим фактически отдельные биты информации:
АСМ-изображения поверхности жёсткого диска. Справа представлены изображения в фазовом контрасте
Немножко о фазовом контрасте: сначала игла АСМ-микроскопа «ощупывает» рельеф, затем зная рельеф и повторяя его форму игла делает второй проход на расстоянии 100 нм от образца, чтобы «заглушить» действие Ван-дер-Ваальсовых сил и «выделить» действие магнитных сил. Флешку о том, как это происходит можно посмотреть тут.
Кстати, заметили, что единичные магнитные домены вытянуты вдоль плоскости диска и параллельны ему?! Позволю себе пару слов о методах записи. На данный момент диски с перпендикулярным методом записи информации (т.е. такие у которых магнитные домены ориентированы перпендикулярно плоскости диска), появившиеся в 2005 году, практически полностью вытеснили диски с параллельной записью. Преимущество перпендикулярной записи очевидно – выше плотность записи, но тут есть один тонкий момент в связи с данными Вики о толщине магнитного слоя. Этот нюанс называется – суперпарамагнитный предел. Т.е. существует некоторый критический размер частицы, после которого ферромагнетик уже при комнатной температуре переходит в парамагнитное состояние. Т.е. тепловой энергии хватает, что проворачивать, переориентировать такой маленький магнитик. В случае магнитной записи часто поступают следующим образом: делают один из размеров «магнитика» больше, чем два остальных (это хорошо видно на картинке с распределением магнитных доменов), тогда в этом большем направлении магнитный момент сохраняется. Так вот, если в случае параллельной записи я ещё могу поверить, что слой магнетика десятки нанометров при размерах 1 бита в несколько микрометров, то в случае перпендикулярной записи – этого просто не может быть. Толщина такой намагничиваемой области при минимальных размерах в плоскости диска, просто обязана быть минимум несколько микрометров. Так что, возможно, Вики немножко подвирает. Либо наносят магнетик в виде наночастиц диаметром 10-20 нм, а уже потом каким-то «хитрым» образом разбивают диск на области, которые и отвечают за хранение информации. К сожалению, я не полностью удовлетворил своё любопытство и ответил на вопросы о магнитной записи информации, может быть кто-нибудь поможет?!
Сравнение параллельного и перпендикулярного методов записи информации на жётских дисках [2]
Хотел бы также поделиться тремя видео, которые нашлись на просторах Интернета и связаны с жёсткими дисками. Первое посвящено принципам работы HDD (How does it work?):
Разбираем и добираемся до лазерной головки.
Извлекаем лазерную головку.
Наша цель — лазерный модуль.
Перед извлечением самого модуля закоротим все его три вывода тонким медным проводом (мы взяли одну нитку из многожильного). Это нужно для подстраховки от статики.
Теперь можно извлекать лазерный модуль. Он там «сидит» довольно неплохо, поэтому нужно потрудиться и сбалансировать усилия между «раскурочить» и «не сломать».
Вот как-то так должно получиться.
Сборка схемы
Теперь перейдем к схеме. Она необходима для контроля мощности лазера. В противном случае он просто сгорит.
Мы не заморачивались и сделали навесной монтаж.
Питание
Питать нужно от 3,7в. Для переносного лазера отлично подойдут аккумуляторы от мобильных телефонов, соединенные параллельно.
Мы же воспользовались стабилизированным блоком питания.
Предостережение
Следует заранее предупредить о безжалостности лазера к сетчатке глаза. При работе с лазером нужно обязательно пользоваться специальными очками. Вы спросите, зачем я это все пишу, ведь все равно никто этого делать не будет? Ну а вдруг! Вдруг найдется хоть один разумный человек и наденет таки специальные очки при обращении с лазером. И один или даже два глаза эти строки спасут!
У нас же таковых очков не оказалось и мы все делали на свой страх и риск. А вот красные очки, в отличие от очков для безопасности, позволят лучше увидеть сам лазерный луч. Для красоты можно подпустить дыма, как мы сделали в заставке к видео.
Пробный запуск
Подключив питание, видим потребление 200мА и пучок яркого света.
В темноте работает как фонарик.
Линза для фокуссировки
Луч получился совсем не «лазерный». Нужна линза для регулировки фокусного расстояния. Для начала вполне подойдет линза из того же привода.
Через линзу получается сфокусировать луч, но без жесткого корпуса занятие утомительное.
Изготовление корпуса
В Интернете встречал описание, где люди использовали лазерные указки или фонарик в качестве корпуса. Тем более что и линзы там уже есть. Но, во-первых, у нас не оказалось под рукой лазерной указки нужного размера. А, во-вторых, это увеличило бы бюджет мероприятия. А я уже говорил, что лично у меня это уменьшает удовольствие от полученного результата.
Мы начали пилить алюминиевый профиль.
Обязательно нужно все изолировать.
Линза
Линзу прикрепили на пластилин для регулировки ее положения.
Кстати, эта линза работает лучше, если ее перевернуть выпуклой частью к лазерному диоду.
Регулируем и получаем более-менее собранный луч.
Точно отрегулировать, наверное, можно, но нам и этого хватило, чтобы черный пластик начал плавиться.
Спичка мгновенно загоралась.
Черная изолента разрезалась как ножом по маслу.
Из этого лазера получилась бы отличная пушка для игры в солдатики.
Видео
На видео видна скорость воздействия лазера на некоторые материалы (белый лист, надпись маркером на бумаге, черный пластик и черная изолента, нитка, пластилин).
Подписаться на новые эксперименты HI-TESTING можно Вконтакте или следить за новыми видео сюжетами на сайте канала.
Насколько хорошо вы знаете, как работают компьютерные компоненты? Продолжаем разбираться; в этот раз рассмотрим устройство оптических дисков — популярного вида носителей информации. В прошлый раз мы подробно разбирали работу материнской платы: если вы случайно пропустили эту статью, рекомендуем с ней ознакомиться .
Прожжённый светом
Чтобы хранить данные, необязательно использовать законы магнетизма или электрический заряд: можно обойтись гораздо более простым элементом — светом, точнее, его отражением. В отличие от жёстких дисков и твердотельных накопителей, оптические носители данных не соединены с дисководом, поэтому будет логичным начать наш обзор именно с диска.
Идея использования законов оптики — отражения света — с целью хранения данных появилась ещё во второй половине прошлого века. Впервые она была запатентована в 1970 году американским физиком Джеймсом Расселом. Крупные уже на то время корпорации, а речь идёт о Sony и Phillips, рассмотрели его разработку и после длительных юридических споров наконец смогли получить лицензию на производство LaserDisc (1978) и Compact Disc (1982). Последний, известный нам в виде аббревиатуры CD, можно было использовать лишь единожды, то есть перезапись данных на тот момент не была доступна. Эта возможность появилась только в 1987 году с выходом на рынок первого перезаписываемого компакт-диска.
Это всё прекрасно, но как это работает? Взгляните на следующую фотографию DVD-диска:
Основным компонентом в их производстве является органическое стекло — особый полимер ПММА (полиметилметакрилат), который применяется для изготовления двух дисков толщиной всего 0,6 мм. Нижний из них имеет сверхтонкий слой металла (в основном, серебра или золота), а верхний — слой способного менять фазу материала. Степень отражаемости такого материала зависит от того, в какой фазе он находится. Её можно изменить, используя лазер дисковода, так как он нагревает этот материал, вызывая его физическое изменение. В итоге, образуется рисунок из прожжённых областей на диске, которые располагаются на спиральной канавке, прямо как в виниловой пластинке.
Тот же лазер, но работающий уже на другой мощности, используется для сканирования этой канавки во время вращения диска. Количество отраженного света определяет, находятся ли записанные данные в состоянии 0 или 1. Чем длиннее спиральная канавка и чем ближе находятся друг к другу области нулей и единиц, тем больше данных можно разместить на диске; однако чем меньше их ширина, тем, соответственно, тоньше должен быть лазерный луч.
На изображении выше виден тип электромагнитных волн, используемых лазером, и расстояния между спиральными канавками и тёмными областями. Если цифры для вас мало что значат, просто помните, что для чтения компакт-дисков используется инфракрасный лазер, DVD — красный, а для Blu-ray — фиолетовый (не синий!). Поскольку все три типа оптических дисков имеют одинаковый диаметр, производителями используются разные уловки, чтобы максимально увеличить ёмкость запоминающего устройства. Например, канавки с обеих сторон, их близкое расположение друг к другу (двухслойные диски) и сжатие данных.
Ниже представлен максимальный объём хранения данных для следующих типов оптических дисков (при условии, что используется только одна сторона):
- CD-диск — 0,84 ГБ;
- DVD-диск — 4,7 ГБ;
- BR-диск — 100 ГБ.
Итак, устройство дисков мы рассмотрели, теперь же перейдём к дисководам.
Разберём самые золотосодержащие компоненты:
Чем старее компьютер, тем больше в нем золота, так, процессор ЭВМ Эльбрус -2 содержал больше 3 килограммов золота, в то время как современные микропроцессоры имеют в составе до 20 миллиграммов драгоценного металла. Детали большинства компьютеров, произведённых до 2000 года суммарно содержат целых 1,5 грамма золота.
Осуществляет контроль над взаимодействием основных деталей компьютера, золотом покрыты её контроллеры, микросхемы чипсета, разъёмы и контакты.
Винчестер содержит 34 миллиграмма золота и 13 миллиграммов серебра, а также платиновые металлы.
Позолоченные элементы также есть в модулях памяти, картах расширения и контактах микрочипов.
Сколько золота в компьютерах
Детали ЭВМ производства 90-х годов могут содержать до 3 граммов чистого золота, современные компьютеры производятся по другим технологиям, поэтому драгоценных металлов в них находится в сотни раз меньше, суммарное количество золота из всех деталей не превысит и 30 миллиграммов.
Врядли вы разбогатее, разобрав свой компьютер в поисках золота, но если у вас завалялись старая техника, то почему бы не сдать платы, микросхемы и прочие дорогостоящие детали в компании, которые занимаются их скупкой.
Чтец световых следов
Общая схема дисковода очень похожа на схему жёсткого диска. Посередине находится мотор для вращения и привод с головкой чтения/записи для доступа к данным, записанных на оптическом диске. В приводе виден пластиковый корпус, удерживающий лазерную систему, где находятся два набора катушек из медной проволоки. Они создают магнитное поле, которое используется для подвешивания лазерного блока рядом с поверхностью диска. Это требуется потому, что оптический диск не настолько плосок как жёсткий, в связи с чем оптическим приводам нужна система «подвешивания», чтобы лазер оставался на нужной высоте.
Под объективом скрыт лазерный диод и датчики, которые считывают, записывают и удаляют данные на диске. Их работу невозможно разглядеть невооружённым взглядом, поэтому предлагаем посмотреть видео, расположенное ниже, где для достижения этой цели используется микроскоп.
Немного грустно видеть, что эта технология постепенно выходит из употребления, ведь у оптических дисков есть несколько преимуществ перед HDD и SSD. Например, данные, сохранённые на дисках для однократной записи, уже нельзя стереть, случайно или злонамеренно, и, если они хранятся в прохладном тёмном месте, хранилище останется пригодным для использования через немалое количество времени. Сам носитель довольно дешёвый: пакет из пятидесяти 25-ГБ дисков Blu-ray с однократной записью обойдётся вам всего в 30 долларов (примерно 2'200 рублей), а это 1,25 ТБ! Конечно, если у вас есть несколько терабайт данных, которые необходимо хранить в безопасности, поиск места для сотен дисков Blu-ray может вызвать больше головной боли, чем это того стоит.
Расскажите в комментариях сколько у вас хранится дисков? Или вы уже перевели все данные в облака?
Алмаз в дисководе
В этом ролике автор разбирает дисковод и показывает алмаз, находящийся в центре лазерной установки, за который, по его словам, любой ювелир заплатит приличные деньги.
Не смотря на то, что в описании автор сделал пометку "P.S. Это Рофл)", в комментариях люди писали, что поверили ему и ринулись искать алмазы. Нашлись и комментаторы, которые поддержали шутку автора и подыграли ему, написав о том, что действительно получили большие деньги за такие алмазы.
Миф о драгоценном камне в старом ПК развеяли, теперь давайте перейдём к более приятной и достоверной информации.
Читайте также: