Быстрые дисководы CD-ROM хлынули потоком. Лазерные накопители cd-rom, cd-r и cd-rw Лазерные накопители cd-rom

На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и про­извести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получи­ли 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором распо­лагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, по форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Принцип считывания информации с оптического диска можно приближенно разбить на четыре этапа.

1. Луч слабого лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.

2. Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска.

3. Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.

4. Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, пре­образуя в цифровую последовательность.

Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы - это нижняя сторона подложка (back layer). На нее нанесен тонкий слои алюминия, придающий диску необходи­мые отражающие свойства. От окисления и механических повреждении его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

Главное характеристикой привода CD-ROM является скорость чтения данных, поднять которую можно только единственным способом - увеличением частоты вращения диска. Поскольку для CD-ROM изначально принята постоянная линей­ная скорость чтения (Constant Linear Velocity - CLV), то частота вращения диска является переменной величиной, обратно пропорциональной расстоянию от счи­тывающей головки до центра. Для первого поколения устройств со скоростью чтения 150 Кб/с (односкоростные, или 1Х) она лежит в диапазоне от 200 об/мин для внешней части дорожки диска до 530 об/мин для внутренней. В следующих поколениях частоты вра-щения, а с ними скорость чтения, просто увеличивались в целое число раз (двухскоростные - 2 X, четырехскоростные - 4Х и т. д.).

Так продолжалось довольно длительное время, пока скорость высококлассных моделей не достигла 12Х (1800 Кб/с), а массовых - 8Х (1200 Кб/с). Для 12-скоростных моделей диапазон частот вращения составляет от 2400 до 6360 об/мин. Понятно, что 6360 об/мин - это очень большая скорость для сменного но­сителя, которую технически трудно поддерживать. Еще труднее быстро раскрутить диск до этой скорости, если головка для считывания очеред­ной порции информации перескаки­вает, например, с внешней части дис­ка на внутреннюю. Время раскрутки накладывается на время перемеще­ния и для быстрого доступа должно быть минимальным. Трудности мно­гократно возрастают при попытке еще больше повысить частоту вращения, поэтому 12-кратная скорость являет­ся предельной для режима CLV.

Дальнейшее увеличение скорости чтения возможно только при отказе от режима CLV, поэтому в последую­щих моделях приводов CD-ROM все ведущие производители вместо «чи­стого» CLV начали использовать в той или иной мере режим с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV), в котором частота вра­щения постоянна (и близка к макси­мально возможной), а скорость чтения пропорциональна радиусу, Режим CAV используется либо для всей поверхности диска, либо комбинируется с CLV. Комбинированный режим, когда для централь­ной части диска используется CAV, для периферийной CLV, называют CAV| CLV, Partial CAV или Р-CAV.

Новые модели приводов CD-ROM позиционируются по максимальному значе­нию скорости чтения как 32-50-ти скоростные, что не дает, однако, адекватного представления о реальном быстродействии.

Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать, что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых, большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину). То есть решающей для общего быстродействия является скорость чтения на внутренней части диска. На­пример, популярный тест CD-TACH при оценке скорости учитывает внутреннюю часть (0-215 Мб) диска с весовым коэффициентом 60%, среднюю (1215-430 Мб) -30% и внешнюю (430-615 Мб) - 10%.

Приводы CD-ROM высшего класса имеют скорость чтения для внутренней час­ти диска 12Х, массовые модели - 8-10Х. Скорость чтения внешней части достигает в некоторых моделях 50Х.

Переход от режима CLV к режимам Р-CAV и CAV не потребовал от производи­телей особых затрат, так как максимальная частота вращения не увеличилась, и механическая часть, включая двигатель, не подверглась существенным изменени­ям. Поэтому цены на новые устройства, несмотря на значительно улучшенные па­раметры, остались на прежнем, весьма невысоком уровне.

Причем покупать лучше устройства со скоростями начиная от 24х. Несмотря на незначительный прирост реального быстродействия, только они поддерживают стан­дарт MultiRead, дающий возможность чтения перезаписываемых дисков CD-RW.

Появившиеся на рынке в 1997 году 24-скоростные CD-ROM работали по пол­ной CAV-технологии при частоте вращения диска 5000 об/мин., и скорость считы­вания данных у них лежала в пределах от 1,8 до 3,6 Мбайт/с. При 50-ти кратной скорости, как у самых новых накопителей, частота вращения достигает 12 тыс. об./ мин., что пока не используется даже в самых современных жестких дисках. Поток данных при этом составляет 7,2 Мб/с.

Однако шум, издаваемый приводом на таких скоростях не выдерживает никакой критики. Дошло до того, что некоторые пользователи стали выбирать дисководы 24-32х. Пусть немного медленнее, зато тихо. Кроме того, появились специальные программы, позволяющие ограничивать скорость любого привода не более желае­мой.

Дисководы CD-ROM могут иметь различные интерфейсы. Подавляющее боль­шинство подключаются к обычному IDE выходу на материнской плате.

Несмотря на то, что процесс установки привода CD-ROM с интерфейсом IDE весьма прост, стоит обратить внимание на следующие моменты. Как известно, лю­бой адаптер Enhanced IDE имеет два 40-контактных разъема, к которым подключа­ются по два устройства: Primary Master и Slave и Secondary Master и Slave. По понятным причинам Primary Master - это всегда загрузочный жесткий диск (С:). Таким образом, привод CD-ROM может быть либо Primary Slave, либо Secondary Master, либо Secondary Slave. Итак, перед подключением кабелей питания, интер­фейса и аудио на задней стенке накопителя следует соответствующим образом установить перемычки Master и SLave (но лучше всё же, подключить CD-ROM ко второму IDE, отдельным шлейфом).

В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Но физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски происходит последовательно по спирали.

Участок на оптическом СD-диске, на котором размещаются данные, называют Іпfоrтаtіоп Аrеа (информационным участком). Этот участок начинается с диаметра 44 мм, заканчивается за 2 ... 3 мм до края диска и содержит такие три зоны (по порядку их размещения от центра диска):

1) зону входного каталога (Lead-іn Zопе);
2) зону данных (Data Zопе), в которой размещаются данные, записанные на диск;
3) зону исходного каталога (Lead-out Zопе) с меткой конца диска.

В конце внешней дорожки и в начале внутренней дорожки размещается средняя зона (MiddleZопе), которая не содержит данные. Эту зону используют для того, чтобы луч лазера мог изменять фокусирование для считывания данных из внутренней дорожки.

Зона входного каталога в СD-дисках содержит содержание ТОС (Таblе оf Соntents), адреса записей, количество заголовков, суммарное время записывания, объем и название диска. Зона данных СD-диска имееет следующую структуру данных. Базовой единицей данных СD-диска есть кадр (frате), который содержит 24 кодированных байта, один байт управления и восемь байтов для корректировки ошибок. Фрейму предшествует 24 бит, любой из которых имеет фиксированное значение (шаблон) и три бита слияния (merge bits). Во время подведения лазера к фрейму именно по шаблону определяется начало фрейма; 98 кадров образовывают сектор, наименьшую адресную единицу данных СD-диска. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байтов и 882 байта корректировки ошибок и управления). Из 2352 байт пользовательская информация может занимать 2048 (в режиме «1») или 2336 байт (в режиме «2»). Такая организация записи данных на СD-дисках и использование алгоритмов корректировки ошибок позволяет обеспечить качественное считывание информации с вероятностью ошибки на один бит 10-10.

Обобщенная структура накопителя на оптических дисках

Упрощенная структура НОД приведена на рис. 3.
Для НОД применяются несколько способов записи: абляционный - путем прожигания отверстий в непрозрачной среде носителя; с помощью локального изменения коэффициента отражения среды; перевод запоминающей среды из кристаллической фазы в аморфную и наоборот; трансформирование магнитного состояния структуры; изменение цвета локальной области. Первые два способа используются при «не стираемой» записи, а остальные - для многократной перезаписи информации на НОД.

При записи луч полупроводникового лазерного диода, управляемого данными записи через коллиматор, зеркало и линзу объектива прожигает отверстие в информационном слое диска. Наличие отверстия соответствует записи «1». При считывании неуправляемый лазерный луч (получаемый из делителя луча) выходит на рабочую поверхность через другой делитель луча, зеркало и объектив.
В режиме чтения зеркало перемещается. Свет от лазера проходит через поляризационно-разделительную призму, попадает на поляризационный фильтр (при этом свет поляризуется в определенной плоскости) , а потом фокусируется на поверхности оптического диска. Если луч лазера попадает на плоскую поверхность (lands) диска СD-RОМ или DVD-RОМ, свет отражается почти целиком. Если же свет попадает у углубления (ріts), то большая часть света рассеивается. Отраженный свет через делитель луча попадает на фотодиод, сигнал с которого обрабатывается электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка - сервоблоком фокусировки, а постоянное число оборотов - сервоблоком вращения диска (см.рис. 3).

По возможностям записывания дисков дисководы оптических дисков разделяют на дисководы с возможностью как считывания, так и записывание дисков (записывающие дисководы) и дисководы только для считывания, а по типам дисков - на дисководы СD и дисководы DVD.

Рисунок 4

Оптический дисковод состоит из таких основных функциональных узлов:

- загрузочного устройства;
- привода диска;
- оптического блока;
- привода дорожки;

- блока кодирования-декодирования данных;
- системы автоматического регулирования;
- аудиоблока;
- разъемов.

Загрузочное устройство дисководов бывает двух типов: контейнерный (caddy) и лоточный (tray). В дисководе первого типа загрузки в контейнерное устройство диск помещают в пластиковый контейнер и вставляют в дисковод (этот контейнер выполняет такие же функции, что и контейнер гибкого диска 3,5 дюйма). В дисководе второго типа диск помещают на лоток (рис. 3), который выдвигается после нажатия кнопки Еjесt. После повторного нажатия кнопки или легкого нажатия на лоток он всовывается в дисковод (pop-up-механизм).

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести тонкий стержень на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Оптический блок содержит оптическую систему дисковода, изображенную на рис. 4. Для считывания данных из дисков СD используют лазер с длиной волны 780 нм (в инфракрасном диапазоне), а для считывания из DVD-дисков - лазер с длиной волны 650 нм (красного цвета). Поэтому дисководы DVD, которые считывают из СD-дисков и DVD-дисков, обычно содержат два лазера с отдельными оптическими системами или общей оптической системой (с переключением на один или второй лазер).

Рисунок 5. Устройство оптического дисковода: 1 - лоток; 2 - привод дорожки; 3 - интерфейсна шина управления; 4 - оптическая система; 5 - привод дисковода; 6 - диск

Для записывания данных на диск используют отдельный записующий лазер, который работает в импульсном режиме с изменяемой мощностью (для «прожигания» диска, изменения фазового состояния из кристаллического на аморфный и для возвращения в кристаллическое состояние). Обычно записующий и считываемый лазеры имеют общую оптическую систему. Поверхность оптического диска перемещается относительно лазерной головки c постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на дорожку. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия, серебра или золота на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку (пит), он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические- яркое излучение преобразуется в “1”, слабое – в “0”. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Отметим, что сформированные лазерным лучом питы очень малы по размеру. Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм.

Привод дорожки по командами, которые поступают от встроенного микропроцессора, перемещает оптическую систему к нужной дорожке на диске для записывания или считывания. Во время записывания лазер выполняет нужную операцию («прожигание» или смену фазы) по командам блока кодирование-декодирование, а во время считывания отраженный от диска луч попадает на фотодетектор, сигналы из которого поступают в блок кодирования-декодирования и систему автоматической слежения.

Блок кодирования-декодирования представляет собой обработчик сигналов, записываемых на диск, или считываемых из диска. В его состав входят устройство кодирования, декодер, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления. Устройство кодирования подготавливает данные для записывания на диск, выполняя перекодировки символов соответственно кодированиям ЕFМ (для СD-дисков) или RLL (2,10) (для DVD-дисков) и добавляет в данные синхросигналы и служебную информацию. Декодер выделяет из цифрового потока данные, восстанавливая их первоначальный вид. Оперативное запаминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер руководит режимами исправления ошибок данных, записанных во всех поддерживаемых дисководом форматах.

Во время записывания или считывание данных из диска возможны нарушения в позиционировании луча лазера вследствие радиальных биений диска. Для того чтобы избежать потерь данных, в оптических дисководах применяют систему автоматического слежения с помощью управляющих сигналов. Для выделения этих сигналов существует несколько способов. Однако наиболее распространенный - это способ, при котором луч лазера после первой линзы (см. рис. 1.) поступает на дифракционные решетки, где расщепляется на три луча, один из которых используется для считывания данных, а два другие применяются системой слежения за дорожкой. Импульсные сигналы из фотодетектора поступают в усилитель системы автоматического регулирования, где отделяются сигналы ошибок слежения и осуществляется корректирование считывающего сигнала.

Аудиоблок оптический дисковод унаследовал от СD-плейеров. Он превращает аудиоданные из цифровой формы в аналоговую. После усиления эти данные передаются или на внешнее устройство, или на наушники.

Рядом с разъемом интерфейса с компьютером и разъемом электропитания оптические дисководы имеют также разъемы для подключения к звуковой карте или аудиоблоку материнской платы.

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести какую-нибудь тонкую палочку примерно на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Характеристики оптических дисков и дисководов

Оптический диск характеризуется своим типом (СD-диск или DVD-диск) и емкостью . Емкость диска определяют по его типу и размеру (диаметру). Выпускаются оптические диски диаметром 120 мм (4,7 дюйма) и 80 мм (3,1 дюйма).
СD-диски размером 120 мм имеют емкость 650 или 700 Мбайт (в зависимости от режима записывания), а диски размером 80 мм - емкость 185 Мбайт. Для записывания данных иногда используют оптические визитные карточки (орtісаlbusiness саrds) - диски СD-R прямоугольной формы размером 80 х 61 мм и емкостью 50 Мбайт.

Оптические дисководы имеют такие основные характеристики:

Совместимость;
- скорость передачи данных;
- среднее время доступа;
- емкость кэш-памяти;
- коэффициент ошибок;
- надежность;
- тип устройства;
- тип интерфейса;
- перечень поддерживаемых форматов;
- параметры аудиотракта.

Все дисководы оптических дисков имеют форм-фактор 5,25 дюйма и совместимы по размерами дисков, то есть могут считывать как 120-миллиметровые, так и 80-миллиметровые диски, а также оптические визитные карточки (для считывания дисков последних двух типов в лотке дисковода предусмотрено специальное углубление).

Совместимость разных типов дисководов означает возможность считывания и записывания других типов дисков.
Скорость передачи данных - это максимальная скорость, по которой выполняется обмен данных между дисководом и компьютером. Это важнейшая характеристика оптического дисковода, который почти всегда приводится вместе с названием модели, причем ее задают не количеством мегабайтов за секунду, как для других устройств внешней памяти, а коэффициентом увеличения относительно базовой скорости. Первые дисководы СО имели скорость передачи данных 150 кбайт/с, как и СD-плейери. Эта базовая скорость явным образом недостаточна для считывания, например, видеоданных. Поэтому скорости вращения дисководов и, соответственно, скорости передачи данных стали увеличиваться (сначала в два раза). Такие дисководы (со скоростью передачи данных 300 кбайт/с) стали называть дисководами 2х. В дальнейшем скорости дисководов еще большее повысились. Теперь дисководы имеют максимальную скорость передачи 54х (16,2 Мбайт/с) и выше (до 76х).

Для дисководов DVD вследствие большей плотности данных и высшей скорости вращения значение 1х соответствует скорости передачи данных 1,32 Мбайт/с, то есть дисковод DVD 1x приблизительно соответствет дисководу СD 9х. Максимальное значение для дисководов DVD теперь составляет 16х ли 21,13 Мбайт/с.

Приведенные цифры действительны для считывания данных. Для записывания данных максимальные скорости передачи данных ниже и теперь равняются 40х для записывания дисководов СD-R, 24х - для СD-RW и от 2х до 8х - для DVD. Обычно для дисководов СD-RW указывают в отдельности как скорость записывания, так и скорость считывания, а для записывающих дисководов DVD - скорость записывания DVD-дисков, скорость записывания СD-дисков, скорости считывания DVD-дисков и СD-дисков.

Для записывающих оптических дисков (R ли RW) обычно указывают максимально допустимую скорость их записывания или диапазон допустимых скоростей (например, 24х или 1х-24х).

Среднее время доступа - это время (в миллисекундах), нужен дисководу для пребывания на носителе нужных данных. Очевидно, что работа на внутренних участках диска требует меньшего времени доступа, чем считывание информации из внешних участков. Поэтому в паспорте дисковода приводится среднее время доступа, как среднее значение для выполнения нескольких считываний данных с разных (избранных случайно) участков диска. Среднее время доступа для дисководов СD-RОМ составляет 100 ... 200 мс, а для дисководов новых моделей DVD - 40 ... 250 мс.

Емкость кэш-памяти - это емкость оперативного запоминающего устройства оптического дисковода, используемого для увеличения скорости доступа к данных, записанных на носителе (буферная память). Если для управления дисководом использовать специальные программы-драйверы, то в кэш-память можно заранее записывать содержимое диска. Тогда обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит значительно быстрее. Емкость кэш-памяти современных устройств - от 64 до 2,048 Мбайт.

Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных. Важной характеристикой дисковода является степень заполнения буфера , которая влияет на качество воспроизведения анимационных изображений и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем до момента начала их выдачи на системную шину, к общему числу блоков, которые способен вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может привести к задержкам при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком малой степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения.

На пишущих приводах CD-ROM буферная память очень важна, так как она обеспечивает равномерность поступления информации на CD-R или CD-RW. Это позволяет более надёжно производить запись, так как нельзя допускать остановки записи дорожки, иначе может испортиться весь диск.

Уровень качества считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Еror Rate). Этот параметр отображает способность оптического дисковода корректировать ошибки записывания-считывания. Обычно значение коэффициента ошибок составляет 10-10...10-12. Коэффициент ошибок представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита во время его считывания. Если привод считывает данные из загрязненного или исцарапанного участка диска, он регистрирует группу ошибочных бит. Если ошибку не удается устранить за счет чрезмерности помехоустойчивого кода (применяемого во время записывания-считывания), то привод снижает скорость считывания данных с многоразовым его повторением. Если механизм корректирования ошибок не справляется с устранением сбоя, то на мониторе компьютера появляется сообщение «Сектор не найден» (Sector not found). В случае устранения сбоя дисковод переключается на максимальную скорость считывания данных.

Надежность оптических дисководов, выраженная через МТВF (средняя наработка на отказ - MeanTimeBetweenFailure) , составляет 50...125 тыс. ч, что почти на порядок превышает срок морального старения устройства.

Диски, выполненные методом горячего штампования (СD-RОМ и DVD-RОМ), обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Диски DVD-RАМ можно перезаписывать до 100 000 раз.

По типу устройства дисководы оптических дисков, как и другие устройства внешней памяти, могут быть как внутренними, так и внешними.

Подключение дисководов CD-ROM. Первый способ подключения основан на том, что один канал интерфейса IDE может поддерживать два встроенных устройства. Накопитель CD-ROM подключают к плате ввода-вывода через интерфейс IDE вместе с жестким диском по принципу master/slave. Однако в этом случае снижается скорость обмена данными с жестким диском. Одним из способов решения этой проблемы является подключение устройств CD-ROM к различным каналам одного интерфейса EIDE или к двум различным котроллерам IDE. Если CD-ROM имеет SCSI интерфейс, то его соответственно подключают к SCSI контроллеру. Существует также возможность подключения дисководов CD-ROM через контроллер звуковой карты. Также не следует забывать, что современные материнские платы могут содержать встроенные контроллеры SCSI и IDE, что вообще исключает необходимость в дополнительной плате ввода-вывода для подключения дисководов CD-ROM.

Подключение аудиоканалов. Практически каждый дисковод CD-ROM обладает встроенным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), а также выходным разъемом для вывода стереофонических сигналов. Если на компакт-диске находится аудиоинформация, ЦАП преобразует ее в аналоговую форму и подает сигнал на разъем, предназначенный для наушников, а так же на выходные аудио-разъемы дисковода, с которых в свою очередь, сигнал поступает на усилитель и акустическую систему непосредственно или через звуковую карту. Преимущество активного выхода заключается в том, что аудиосигнал с CD-ROM дополнительно обрабатывается звуковой картой.
Важной характеристикой дисковода СО-RОМ есть перечень поддерживаемых им форматов записывания данных на компакт-диски. Записывать данные на оптические диски можно в разных форматах. Для записывания таких данных, как документы, программы используют форматы СD-ROM (ISO) и DVD-ROM (ISO), а также СО-DОМ (UDF) и DVD-RОМ (UDF).

Форматы СD-RОМ (1S0) и DVD-RОМ (IS0), иногда их называют форматами СD-RОМ и DVD-RОМ, определены в стандарте IS0 9660. В этом стандарте приведены три уровня формата. Формат уровня 1 (lеvеl 1) определяет имена записываемых файлов как имена файлов МS DOS, то есть имена файлов могут содержать до восьми символов по заданным трем символам расширения. Записываемые файлы должны занимать несколько следующих один за одним секторов (нефрагментовання запись). Формат уровня 2 (lеvеl 2) разрешает использовать длинные имена файлов, а формат уровня 3 (lеvеl 3) дополнительно допускает записывать файлы на нескольких участках диска (фрагментированная запись) в пакетном режиме. Для того чтобы можно было записывать длинные имена, определенные в операционной системе Windows, фирма Місrosofі дополнила формат ISO 9660 уровня 1 спецификацией Joliet. Разновидностями формата IS0 9660 являются форматы СD-RОМ (Вооt) и DVD-RОМ (Вооt), в которых записывается на диск (кроме содержания) специальный участок (в начале диска), что разрешает использовать оптический диск как загрузочный.

Если стандарт ISO 9660 предназначен для обеспечения совместимости между дисками СD-RОМ и DVD-RОМ, используемыми в разных компьютерных системах, то формат UDF (UniversalDiskFormatі - универсальный формат дисков) разработан для совместимости оптических дисков только для считывания (RОМ) и записываемых оптических дисков (R или RW) в разных операционных системах. Этот формат, так же, как и IS0 9660, разрешает использовать длинные имена файлов и записывать данные. Данные на оптический диск записывается небольшими порциями в режиме Расket Writing (для СD-дисків) или Іncremental Writing (для DVD-дисков).
Форматы Аиdіо СD и Аиdіо DVD используются для записывания музыки. Это два разных формата. Формат Аиdіо DVD обеспечивает более качественное записывание музыки.

Форматы Video СD (VCD) и VideoDVD используют для записывания фильмов. Это также два разных формата с разными дополнительными возможностями (например, относительно выбора языка озвучивание фильма). Формат VideoDVD обеспечивает блее качественное записывание фильмов. Качественное воспроизведение фильма на СD-дисках обеспечивает формат Super Vіdео СD. Для записывания фильмов в формате Vіdео DVD на СО-диски используют формат mini-DVD.

Приведенные форматы - наиболее распространенные, поскольку разрешают записывать на оптические диски как музыку и фильмы, так и текстовые данные, графические данные и программы. Эти форматы поддерживают большинство дисководов и программы записывания на оптические диски. Существуют также и другие форматы, рассчитанные большей частью на такие виды данных, которые используются намного реже, например Photo СD фирмы Коdak, записывание и воспроизведение высококачественных цифровых фотографий. И фотографии, и музыку можно записывать в форматах IS0 9660 или UDF как обычные графические или звуковые файлы.

Новым, перспективным форматом есть формат Мt. (Моunt) Rаіnіеr , известный также как формат ЕаsуWrіtе. Этот формат записывает данные на оптический диск так же, как и на гибкий. Используя этот формат, к оптическому диску можно обращаться (для считывания или записывания) из любой прикладной задачи без вызова специальных программ считывания-записывания на оптические диски.

Форматы СD-дисков называют иногда по цвету обложки книг, в которых эти форматы описаны. Так, самый первый формат СD - Аudio СD описан в «красной» книге. В «желтой» книге описывается формат СD-RОМ (IS0), в «оранжевой» - форматы СD-R и СD-RW, в «зеленой» - формат СD-I (теперь почти не используют), в «голубой» - Еnhanced СD и в «белой» - Video СD.

Как подобрать DVD-привод для компьютера

Тот факт, что DVD-носители медленно, но верно уходят в небытие, оспорить сложно. Они повторяют судьбу своих предшественников - флоппи-дискет и компакт-дисков. Никакие «революционные» решения вроде выпуска двухслойных или двухсторонних DVD ситуацию кардинально изменить не смогли, и рынок цифровых носителей мелкими партиями отходит в руки производителей флеш-памяти и Blu-ray-дисков. Тем не менее DVD-формат по-прежнему является самым массовым в сфере распространения кинофильмов, программного обеспечения, игр и музыки (совместно с компакт-дисками), поэтому DVD-привод до сих пор считается неотъемлемой частью персонального компьютера.

Начнем, как водится, с азов. «По-научному» DVD-дисковод - это оптический привод, устройство, предназначенное для чтения и записи данных с цифровых носителей, к которым, в частности, относятся диски CD-R, CD-RW, DVD-/+R и DVD-/+RW. Многие еще помнят те времена, когда «пишущий» DVD-привод был, скорее, роскошью, чем необходимостью. Сегодня же найти в продаже просто «считывающий» дисковод практически нереально, да и нужды в этом особой нет. Даже если данной функцией (записи) вы будете пользоваться редко или вообще никогда, это уже практически никак не сказывается на конечной цене, поэтому приобретать обычный DVD-дисковод или даже пишущий CD-ROM не имеет смысла. Разве что вы их коллекционируете.

Если вы покупаете компьютер с нуля, то по умолчанию внутренний (упакованный в системный блок) DVD-привод идет в комплекте поставки. Это касается как стационарных ПК, так и ноутбуков с нетбуками, хотя последние комплектуются своими, более тонкими и дорогостоящими, моделями дисководов. Необходимость в отдельной покупке DVD-привода может возникнуть лишь по двум причинам. Либо ваш дисковод по какой-то причине вышел из строя (причин может быть множество - от заводского брака до безалаберности при эксплуатации устройства), либо данная модель вас по каким-то параметрам (шум, скорость, дизайн, совместимость) не устраивает, но выяснить это удалось только в процессе работы с дисководом.

Скорость привода и основные форматы носителей

Спрашивается, а чем может быть плох тот или иной привод? Главный параметр, на который якобы стоит обращать внимание, - это скорость чтения и записи. Ибо на самом деле прочувствовать эту скорость можно лишь в том случае, если вы собираетесь считывать или записывать диски поистине в промышленных масштабах. Стоит также определиться, какими носителями вы чаще всего будете «кормить» устройство, ибо те же компакт-диски считываются значительно медленнее (более чем в 9 раз), чем DVD. Логично предположить, что если большая часть информации на рынке сегодня реализуется на DVD-носителях, то и пихать в дисковод вы будете преимущественно диски этого формата.

Скорость привода обозначается в 1х, где 1 соответствует для CD-ROM 150 Кб/с, а для DVD-ROM - 1,385 Мб/с. Максимальный объем стандартного компакт-диска, на которых в продаже сейчас чаще всего встречаются музыкальные альбомы и небольшие по размеру компьютерные игры (а также базы данных и программное обеспечение), составляет 700 Мб. По нынешним меркам размер смехотворный, но вполне достаточный для записи десятка несжатых музыкальных треков, текстовых файлов, программ или диска с корпоративной информацией (каталоги, прайсы, инструкции и прочее). Теоретически скорость чтения CD ограничена значением 56х, но на практике эта цифра не превышает 40х, ибо чем быстрее вращается в дисководе диск, тем больше шума он создает при работе.

Если вы часто и с удовольствием пишете диски CD-R (одноразовые) и CD-RW (перезаписываемые) , то ваши возможности по чтению данных носителей будут ограничены скоростями 40х и 48х, а то и 24х (для CD-RW). Что касается записи, то по умолчанию привод будет работать на максимально возможной скорости, которую можно вручную изменить на меньшую. 700 мегабайт обычно заполняются в пределах пяти минут.

Теперь обратимся непосредственно к дискам DVD, с которыми вам придется встречаться чаще всего, как в процессе чтения, так и в процессе записи. Напоминаем, что обмен данными с DVD-носителями может осуществляться только посредством DVD-привода, обычный CD-ROM с данной функцией не справится по определению.

На сегодняшний момент различают следующие диски DVD. Это в первую очередь самый обычный DVD-ROM , являющийся базой для кинопродукции, игр, ПО и прочих данных, производимых и реализуемых серийно. Запись на DVD-ROM в домашних условиях невозможна, только чтение. DVD-ROM бывают однослойные и двухслойные, емкостью 4,7 и 8,5 Гб соответственно.

Самым распространенным форматом дисков, с которым вам придется столкнуться, являются одноразовые «болванки» DVD-R и DVD+R, которые чаще всего используются для хранения «тяжелой» информации вроде видео и софта. Почему плюс и минус? Всё просто, минусовые диски появились чуть раньше с подачи известной компании Pioneer, в то время как «плюсовые» технологии принадлежат перу Sony и Phillips. Разница заключается в наличии специальной разметки, облегчающей позиционирование головки дисковода, и применении другого светоотражающего материала. Поначалу эти отличия были критичными для качества многократной перезаписи (само собой, для дисков DVD-RW и DVD+RW), но сегодня большинство моделей дисководов спокойно справляются с любой версией.

Максимальная скорость чтения и записи на диски DVD-R и DVD+R составляет, в зависимости от модели привода и качеств болванки, от 8х до 24х, что при полной загрузке данными составит примерно от 4 до 8 минут. Существуют и двухслойные одноразовые диски, имеющие в названии приставку DL (dual layer), с объемом 8,5 Гб. Однако скорость записи на эти «гиганты» составляет не более 12х.

В рамках носителей, поддерживающих перезапись, отличают DVD-RW, DVD+RW и DVD-RAM. С первыми двумя вы наверняка уже сталкивались: диски объемом 4,7 Гб с максимальной скоростью записи 8х. Что касается DVD-RAM, на которые запись может вестись одновременно с процессом считывания данных, то их массовое применение ограничено из-за непомерно высокой стоимости.

Что еще нужно знать о скорости DVD-привода? Учитывая тот факт, что данный параметр устройства напрямую зависит от используемых в нем носителей, то стремиться прикупить самый быстроходный привод нецелесообразно. Болванки, поддерживающие высокие скорости записи и чтения, стоят дорого и продаются далеко не везде. Помните, что диски - крайне хрупкие носители, подверженные царапинам, сколам и прочим физическим деформациям поверхности. На высокой скорости вращения подобные помехи могут привести к разрушению диска, который просто разлетится на осколки и может нанести непоправимый вред дисководу. Как говорится, тише едешь - дальше будешь.

Особенности подключения дисковода и продажная упаковка

Обычный внутренний дисковод видели, наверное, все. Прямоугольник (148х42х198 мм) без лишних дизайнерских изысков весом под килограмм. Существуют и укороченные варианты (для компактных корпусов) с длиной до 170 мм и облегченные до 750 грамм. Самыми изящными являются, безусловно, DVD-приводы для ноутбуков - квадратных размеров (130х130 мм) при толщине всего 13 мм и весе 120 грамм. Тем не менее данные устройства весьма дороги и капризны в плане установки, которую лучше всего доверить профессионалам.

Внешний вид DVD-дисковода для ноутбука

DVD-привод, будучи внутренним устройством, подключается при помощи шлейфа к материнской плате компьютера, в связи с чем существует два вида соединения - через параллельный интерфейс IDE или последовательный интерфейс SATA. IDE сегодня повсеместно заменяется более продвинутым SATA, так что при отдельной покупке привода вам стоит свериться с внутренностями вашего компьютера, а точнее - с разъемами на материнской плате, дабы не попасть впросак. Новые модели плат, скорее всего, уже работают с SATA, так что можете смело приобретать соответствующий дисковод. В чем преимущество? Теоретически - в скорости. Но на практике отличия вы, скорее всего, не заметите.

Касательно упаковки. То, что б/у приводы покупать не стоит, это, надеюсь, ясно без лишних слов, ибо у всех компьютерных комплектующих есть свой ограниченный ресурс. В магазине же вам предложат два варианта: OEM и Retail. OEM - комплектация «для бедных», куда входит полиэтиленовый пакетик плюс диск с установочным софтом. В составе Retail-комплекта, помимо самого дисковода, вы обнаружите провода (шлейф), болтики-винтики, чистые диски, а если производитель расщедрится, то и аудиокабель, и даже сменные панельки. Естественно, второй вариант обойдется вам несколько дороже «полиэтиленового».

Производители и цены

Не секрет, что в нише DVD-приводов бренд или торговая марка часто становятся определяющим фактором выбора того или иного устройства. В системном блоке множество всяких элементов, начиная от материнской платы, видеокарты и заканчивая блоком питания и, собственно, самим корпусом системника. Но все эти комплектующие, как правило, обезличены, ибо лезть внутрь, чтобы посмотреть производителя звуковой или материнской платы, не каждому придет в голову. Многие, не слишком продвинутые, пользователи больше ориентируются на конкретные параметры, а не на названия фирм. С DVD-приводами иначе, они как раз находятся к потребителю «лицом», гордо украшая системный блок надписью вроде NEC, Sony или Plextor .

В подборе конкретного бренда всегда много субъективизма, ведь мало кому приходится в домашних условиях тестировать дисководы от разных производителей. Обычно мы прикипаем душой к конкретной модели, после чего и слышать не хотим о ее смене на что-либо другое. Тем не менее на данном рынке достаточно много игроков, о которых в завершение статьи мы и поговорим.

DVD-ROM от Plextor

Если вам приходится сталкивать с процессом записи часто и помногу, то вариантов, собственно, два. Либо постоянно менять дешевые устройства, либо изредка сталкиваться с необходимостью покупки дорогих моделей. И у тех и у других ресурс - параметр с конечным значением. Если вас больше устраивает второй вариант, то обратите внимание на качество компании Plextor , аппараты которой отличаются высокой надежностью и производительностью. Стоимость приводов Plextor - это не единственная, но самая существенная причина, по которой только избранные могут себе позволить общение с данным брендом (от 5000 рублей и выше).

Примерно та же ситуация с продукцией американских компаний Dell и Hewlett-Packard (HP) . Хорошее, даже замечательное качество, высокие скорости работы, надежность, но и цена в районе 4000-5000 рублей порадует не каждого. Более того, их продукцию редко встретишь на прилавках магазинов, а те же Dell предпочитают специализироваться на ультратонких моделях для ноутбуков.

Приводы, выпускаемые с лейблом ASUS и Sony Optiarc (c 2006 года официальное слияние двух компаний - Sony и NEC) - крепкие середнячки. При стоимости в районе 1000 рублей они демонстрируют высокое качество записи, причем диски, созданные при помощи данных приводов, без проблем читаются устройствами других производителей, а также многими DVD-проигрывателями. Не шумные, стильные, практичные - оптимальное соотношение цены и качества.

DVD-RW-дисковод Sony Optiarc

Самыми капризными к качеству болванок считаются приводы от Samsung, Toshiba и Pioneer. Дисководы LG и Lite-On лучше других справляются с поцарапанными носителями. Разумеется, что данные выводы были сделаны в процессе тестирования конкретных моделей, которые, как известно, могут быть и удачными, и не очень. Другими словами, вам может несказанно повезти и ваш DVD-привод Samsung будет всеядным и неутомимым, в то время как привод ASUS, получивший у "экспертов" высокую оценку, будет спотыкаться на каждом шагу.

В любом случае при покупке DVD-привода обращайте внимание на три вещи: комплектацию (OEM или Retail), способ подключения (IDE или SATA) и скоростные характеристики. Ну и дизайн, само собой, ибо торчащий на белом корпусе черный NEC будет резко бросаться в глаза. У каждой торговой марки есть свои преимущества и недостатки, однако на данном рынке, если речь не идет об элитарных моделях полупрофессионального качества, главным и определяющим фактором по-прежнему является цена устройства, которая для подавляющего большинства DVD-приводов варьируется от 600 до 1500 рублей.

Когда в начале 80-х годов прошлого века компании Sony и Philips выпустили звуковые компакт-диски (Compact Disc - CD), никто не мог предположить, каким ценным носителем информации они станут в недалеком будущем. Долговечность, возможность произвольного доступа и высокое качество звука CD привлекли к ним всеобщее внимание и способствовали их широкому распространению. Первый накопитель CD-ROM (CD-ROM drive) для РС был выпущен в 1984 г., но прошло несколько лет прежде чем он стал почти обязательным компонентом высококачественных РС. Сейчас же на CD-ROM распространяются игры, программные приложения, энциклопедии и другие мультимедийные программы (образно говоря, сейчас "из дорогой роскоши накопитель CD-ROM превратился в дешевую необходимость"). Собственно, "мультимедийная революция" многим обязана дешевым CD-ROM большой емкости. Если звуковой CD был рассчитан на воспроизведение высококачественного цифрового звука в течение 74 минут, то компьютерный CD-ROM может хранить 660 МБ данных, более 100 фотографий высочайшего качества или телефильм продолжительностью 74 минуты. Многие диски хранят все эти виды информации, а также и другую информацию.

Накопители CD-ROM играют важную роль в следующих аспектах вычислительной системы:

• Поддержка программного обеспечения : Самая важная причина того, что современный РС должен иметь накопитель CD-ROM, является огромное число программных приложений, распространяемых на компакт-дисках. Сейчас гибкие диски для этого практически не применяются.
• Производительность : Поскольку сейчас много программ используют накопитель Cd-ROM, важное значение приобретает производительность накопителя. Конечна, она не столь критична, как производительность жесткого диска и таких компонентов РС, как процессор и системная память, но все же имеет важное значение.

Благодаря массовому производству современные накопители CD-ROM стали быстрее и дешевле, чем раньше. Сейчас на CD-ROM распространяется подавляющее большинство программных приложений, а многие программы (например, базы данных, мультимедийные приложения, игры и фильмы) можно выполнять непосредственно с CD-ROM, причем часто в сети. Современный рынок накопителей CD-ROM предлагает внутренние, внешние и портативные устройства, однодисковые и многодисковые устройства с автоматической сменой дисков, накопители с интерфейсами SCSI и EIDE, а также множество стандартов.

Большинство накопителей CD-ROM имеют на лицевой панели удобные органы управления, позволяющие использовать накопитель для воспроизведения и прослушивания звуковых компакт-дисков. Обычно имеются такие органы управления:

• Выход на стерео-наушники : Небольшое гнездо (джек - jack) для подключения наушников и прослушивания звукового CD.
• Поворотная ручка для управления громкостью : Для регулировки громкости звукового выхода.
• Кнопки Start и Stop : Предназначены для того, чтобы начать и остановить воспроизведение звукового CD. В некоторых накопителях эти кнопки являются единственными органами управления.
• Кнопки Next Track и Previous Track : Эти кнопки позволяют перейти к следующей дорожке и предыдущей дорожке звукового CD.

Накопители CD-ROM появились после того, как отсеки накопителей в РС были стандартизованы, поэтому они рассчитаны на стандартный отсек накопителя 5.25". Высота накопителя CD-ROM составляет 1.75", что соответствует стандартному отсеку "половинной высоты" (half-height). Большинство накопителей имеют металлический кожух, в котором имеются отверстия для крепящих винтов, что обеспечивает простой монтаж накопителя в отсеке. Для установки диска обычно применяется выдвижной лоток (tray).

Структура диска CD-ROM

Накопитель CD-ROM можно сравнить с накопителем на гибком диске, так как в обоих накопителях применяется сменный (removable) носитель. Его можно сравнить и с накопителем на жестких дисках, так как оба накопителя имеют большую емкость. Однако CD-ROM не является ни гибким, ни жестким диском. Если в накопителях на гибком и жестких дисках используется магнитный (magnetic) носитель, то в CD-ROM применяется оптический (optic) носитель. Базовый CD-ROM имеет диаметр 120 мм (4.6") и представляет собой своеобразный "сэндвич" толщиной 1.2 мм из трех покрытий: задний слой прозрачного поликарбонатового пластика, тонкая алюминиевая пленка и лаковое покрытие для защиты диска от внешних царапин и пыли.

В традиционном производственном процессе на чистом поликарбонатовом пластике штампуются миллионы крошечных впадин, называемых питами (pits), на спирали, которая разворачивается от центра диска наружу. Затем питы покрываются тонкой алюминиевой пленкой, которая придает диску характерный серебряный цвет. Типичный пит имеет ширину 0.5 мкм, длину от 0.83 до 3 мкм и глубину 0.15 мкм. Расстояние между дорожками (шаг дорожек - pitch) составляет всего 1.6 мкм. Плотность дорожек составляет более 16 000 дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI); для сравнения - у гибкого диска TPI равно 96, а у жесткого диска 400. Длина развернутой и вытянутой спирали составляет около четырех миль.

Конечно, с компакт-дисками необходимо обращаться аккуратно. Наиболее чувствительна к повреждениям рабочая сторона диска. Несмотря на то, что алюминиевый слой защищен от повреждений и коррозии лаковым покрытием, толщина этого защитного слоя составляет всего 0.002 мм. Неосторожное обращение или пыль могут привести к появлению небольших царапин и тончайших трещин, через которые проникает воздух и окисляет алюминиевое покрытие, превращая диск в неработоспособный.

Принцип работы накопителя CD-ROM

За исключением очень сложных способов контроля ошибок работа накопителя CD-ROM очень похожа на работу плейера звуковых компакт-дисков. Данные хранятся так же, как на всех CD. Информация хранится в секторах емкостью 2 КБ на спиральной дорожке, которая начинается в центре диска и "раскручивается" к внешнему краю диска. Секторы можно считывать независимо.

Плейер считывает информацию с питов и лэндов (lands) спиральной дорожки CD, начиная от центра диска и двигаясь к внешнему краю. Для считывания используется инфракрасный лазерный луч с длиной волны 780 нм, который генерирует маломощный арсенид-галлиевый полупроводник. Луч проходит через слой прозрачного покрытия на металлическую пленку. Несмотря на то, что лазер маломощный, он может повредить сетчатку, если попадет в незащищенный глаз. При вращении диска со скоростью от 200 до 500 оборотов в минуту (Rotations Per Minute - RPM) луч отражается от питов и частота света изменяется.

Области вокруг питов, называемые лэндами , также участвуют в процессе считывания. Отраженный свет проходит через призму на фотодатчик, выходной сигнал которого пропорционален объему воспринятого света. Свет, отраженный от питов, отличается по фазе на 180 градусов от света, отраженного от лэндов, и разности в интенсивности измеряются фотоэлектрическими ячейками и преобразуются в электрические импульсы. В результате последовательность питов и лэндов переменной длины, отштампованная на поверхности диска, интерпретируется как последовательность единиц и нулей, из которых восстанавливаются хранящиеся на диске данные (с помощью цифро-аналогового преобразователя цифровые данные звукового CD превращаются в звуковые сигналы). Так как поверхности носителя непосредственно "касается" только лазерный луч, износа носителя не происходит.

Все было бы относительно просто, если бы поверхности дисков CD-ROM были абсолютно плоскими и могли вращаться без горизонтальной девиации. Фактически же в составе накопителя потребовались сложные электронные схемы, обеспечивающие фокусировку лазерного луча на поверхности диска и направления его точно на считываемую дорожку.

Было разработано несколько методов обеспечения радиального слежения за дорожкой, но наиболее распространен трехлучевой метод. Лазерный луч не просто направляется на поверхность диска, а излучается полупроводниковым устройством и проходит через дифракционную решетку, которая формирует два дополнительных источника света с каждой стороны основного луча. При пропускании через коллиматорные линзы три луча становятся параллельными, а затем они проходят через призму, которая называется поляризующим расщепителем луча (polarised beam splitter). Расщепитель разрешает прохождение входящих лучей, а возвращающиеся отраженные лучи поворачиваются на 90 градусов на фотодиод, который интерпретирует сигнал.

Измеряются интенсивности двух боковых лучей, которые должны быть одинаковыми пока лучи остаются на каждой стороне дорожки. Любое боковое смещение диска приводит к разбалансу и серво-двигатель корректирует объектив. Вертикальное смещение учитывается разделением приемного фотодиода на четыре квадранта и размещением их посередине между горизонтальными и вертикальными фокальными точками луча. Любое отклонение диска приводит к тому, что пятно становится эллиптическим, вызывая разбаланс токов между противоположными парами квадрантов. При этом объектив перемещается вверх или вниз, обеспечивая круговую форму пятна.

Технология компакт-дисков предусматривает встроенные системы исправления ошибок, которые способные скорректировать большинство ошибок, вызываемых физическими частицами на поверхности диска. В каждом накопителе CD-ROM и каждом плейере звуковых компакт-дисков для обнаружения ошибок применяется перекрестно-перемежающийся код Рида-Соломона (Cross Interleaved Reed Solomon Code - CIRC), а стандарт CD-ROM обеспечивает второй уровень исправления с помощью алгоритма Layered Error Correction Code. В коде CIRC кодер добавляет информацию о двумерном паритете для исправления ошибок, а также перемежает данные на диске для защиты от пакетных ошибок. Возможно исправлять пакеты ошибок до 3500 битов (длина 2.4 мм) и компенсировать пакеты ошибок до 12 000 битов (длина 8.5 мм), вызываемые небольшими царапинами.

Цифровой звук

На пластинках и магнитофонных кассетах звуковой сигнал записывается как аналоговый сигнал . Поэтому все несовершенства записи мы слышим как помехи (шипение и свист) или другие дефекты. Для устранения этих дефектов в компакт-дисках применяются цифровые способы хранения "отсчетов" (samples) как чисел. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой называется дискретизацией (sampling), или оцифровкой (digitising). Аналоговый сигнал опрашивается много раз в секунду и при каждом опросе амплитуда измеряется и округляется до ближайшего представимого значения. Очевидно, чем выше частота дискретизации (sampling rate) и чем точнее присваиваемые амплитудам значения (динамический диапазон - (dynamic range), тем лучше представление оригинала.

Для CD применяются частота дискретизации 44.1 кГц и 16-битовый динамический диапазон. Это означает получение 44 100 отсчетов в секунду и амплитуда сигнала в момент каждого отсчета описывается 16-битовым числом, что дает 65 536 возможных значений. Такая частота дискретизации обеспечивает частотную характеристику, достаточную для звуков с высотой 20 кГц. Однако некоторые "аудиофилы" (audiophiles) считают, что этого недостаточно для передачи психоакустических эффектов, которые возникают за пределами восприятия слухом человека. Звук записывается на двух дорожках для достижения стереоэффекта.

Несложные вычисления показывают (44 100 отсчетов в секунду * 2 байта * 2 канала), что одна секунда звука описывается 176 400 байтами с соответствующей скоростью передачи данных 176.4 КБ/с. Односкоростной накопитель CD-ROM передает данные именно с такой скоростью, но часть потока данных содержит информацию для исправления ошибок, что уменьшает эффективную скорость передачи данных до 150 КБ/с. Компакт-диск может хранить 74 минуты закодированных данных стереозвука, что с учетом служебных потерь на обнаружение и исправление ошибок дает стандартную емкость компакт-диска 680 МБ. В таблице приведены все рассмотренные параметры.

Скорость вращения

Постоянная линейная скорость

Первое поколение односкоростных накопителей CD-ROM опиралось на конструкцию плейеров звуковых CD. Для вращения диска применялась технология постоянной линейной скорости (Constant Linear Velocity - CLV), т.е. диск вращался так же, как звуковой CD, что обеспечивало скорость передачи данных 150 КБ/с. Дорожка данных должна проходить под головкой считывания с одной и той же скоростью на внутренних и внешних частях диска. Для этого приходится изменять скорость вращения диска в зависимости от позиции головки. Чем ближе к центру диска, тем более быстрее должен вращаться диск, чтобы обеспечить постоянный поток данных. Скорость вращения диска в плейерах звуковых CD составляет от 210 до 540 об/мин.

Поскольку на внешнем краю диска имеется больше секторов, чем в центре, в технологии CLV используется серво-двигатель, который замедляет скорость вращения диска при переходе на внешние дорожки, чтобы поддерживать постоянную скорость передачи данных от лазерной головки считывания. Внутренняя буферная память накопителя управляет скоростью вращения, используя кварцевый генератор для тактирования данных на выходе буфера с определенной скоростью и поддержания буфера заполненным на 50%, когда в него считываются данные. Если данные считываются слишком быстро, порог заполнения 50% превышается и посылается команда замедления скорости вращения шпиндельного двигателя.

Если звуковые CD необходимо считывать с постоянной скоростью, то такое требование для дисков CD-ROM совсем не обязательно. По существу, чем быстрее считываются данные, тем лучше. По мере совершенствования технологии CD-ROM скорость постоянно повышалась и в 1998 г. появились накопители с 32-кратной скоростью передачи данных в 4.8 МБ/с.

Например, четырехскоростной накопитель, использующий технологию CLV, должен вращать диск со скоростью около 2120 об/мин при считывании внутренних дорожек и 800 об/мин при считывании внешних дорожек. Переменная скорость вращения необходима также при считывании звуковых данных, которые всегда считываются с постоянной скоростью (150 КБ/с) независимо от скорости передачи компьютерных данных. Важнейшими факторами в накопителях с переменной скоростью вращения диска являются качество шпиндельного двигателя, вращающего диск, и программа, которая управляет работой накопителя, а также система позиционирования, которая должна быстро и точно перемещать головку считывания в нужную позицию для доступа к данным. Простого повышения скорости вращения недостаточно.

Еще одним фактором оказывается уровень использования времени центрального процессора: при повышении скорости вращения и, следовательно, скорости передачи данных, увеличивается и то время, которое процессор должен расходовать на обработку данных от накопителя CD-ROM. Если одновременно время процессора требуют и другие задачи, то накопителю CD-ROM доступны меньшие возможности обработки данных и скорость передачи данных будет снижаться. Правильно спроектированный накопитель CD-ROM должен минимизировать время использования процессора при заданных скорости вращения и скорости передачи данных. Ясно, что внутренняя производительность быстрого накопителя должна быть больше, чем у медленного.

Для накопителей CD-ROM всегда приводится емкость буфера данных. Конечно, буфер емкостью 1 МБ определенно лучше буфера емкостью 128 КБ с точки зрения скорости передачи данных. Однако без хорошей программы управления накопителем незначительное повышение производительности почти не оправдывает расходов на дополнительную буферную память.

Постоянная угловая скорость

Технология CLV оставалась доминирующей технологией накопителей CD-ROM до тех пор, пока компания Pioneer, выпустившая первый четырех-скоростной накопитель, не выпустила в 1996 г. десяти-скоростной накопитель DR-U10X. Этот накопитель работал не только в режиме с обычной постоянной линейной скоростью, но и в режиме с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV). В этом режиме накопитель передает данные с переменной скоростью, а шпиндельный двигатель вращается с постоянной скоростью, как жесткий диск.

На общую производительность сильное влияние оказывает время доступа (access time). По мере повышения скорости CLV-накопителя время доступа часто ухудшается, так как труднее обеспечить резкие изменения скорости вращения шпиндельного двигателя, необходимые для поддержания постоянной и высокой скорости передачи данных из-за инерции самого диска. В CAV-накопителе поддерживается постоянная скорость вращения, что повышает скорость передачи данных и снижает время поиска, когда головка перемещается к внешнему краю. Если в первых CLV-накопителях время доступа составляло 500 мс, то в современных CAV-накопителях оно уменьшилось до 100 мс.

Революционная конструкция накопителя компании Pioneer позволяла работать в режимах CLV и CAV, а также в смешанном режиме. В смешанном режиме режим CAV применялся для считывания вблизи центра диска, а при подходе головки к внешнему краю накопитель переключался в режим CLV. Накопитель компании Pioneer означал конец эры накопителей только с режимом CLV и переход к так называемым накопителям Partial CAV как основному виду накопителей Cd-ROM.

Такое положение сохранялось до разработки нового поколения цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor - DSP), которые могли обеспечить 16-кратную скорость передачи данных, и осенью 1997 г. компания Hitachi выпустила первый накопитель CD-ROM, использующий только технологию CAV (Full CAV). В нем были преодолены многие проблемы накопителей Partial CAV, в частности, необходимость контролировать позицию головки и изменять скорость вращения для поддержания постоянной скорости передачи данных и поддерживать примерно постоянное время доступа. В новом накопителе не требовалось ожидать успокоения скорости вращения шпиндельного двигателя между переходами.

Большинство 24-скоростных Full CAV накопителей CD-ROM в конце 1997 г. использовало постоянную скорость вращения диска 5000 об/мин со скоростью передачи данных 1.8 МБ/с в центре и повышением ее до 3.6 МБ/с на внешнем краю. К лету 1999 г. была достигнута 48-кратная скорость передачи данных с внешней дорожки в 7.2 МБ/с при скорости вращения диска 12 000 об/мин, которая соответствовала скорости вращения многих скоростных жестких дисков.

Однако при вращении диска с такой высокой скоростью возникли проблемы чрезмерного шума и вибрации часто в виде свистящего звука, вызываемого выбрасыванием воздуха из корпуса накопителя. Поскольку диск CD-ROM зажат в центре, самая сильная вибрация возникает на внешнем краю диска, т.е. там, где скорость передачи данных максимальна. Так как только в небольшом числе CD-ROM данные хранятся на внешнем краю, большинство скоростных накопителей на практике редко обеспечивали теоретическую максимальную скорость передачи данных.

Применения

Вскоре возник вопрос о том, какие приложения используют достоинства скоростных накопителей CD-ROM. Большинство мультимедийных дисков были оптимизированы на использование 2-скоростных и, в лучшем случае, 4-скоростных накопителей. Если видео записано так, чтобы воспроизводиться в реальном времени при скорости передачи данных 300 КБ/с, то превышать двукратную скорость не нужно. Иногда более быстрый накопитель мог быстро считывать информацию в буферный кэш, откуда затем она воспроизводилась, освобождая накопитель для другой работы, но этот прием применялся редко.

Считывание огромных изображений с дисков PhotoCD оказывается идеальным применением скоростного накопителя CD-ROM, но необходимость распаковки изображений при считывании с диска требует только 4-кратной скорости передачи данных. Фактически единственным применением, в котором действительно необходима высокая скорость передачи данных, является копирование последовательных данных на жесткий диск, т.е., другими словами, инсталлирование программных приложений.

Быстрые накопители CD-ROM оказываются действительно быстрыми только при передаче последовательных данных, но не произвольном доступе. Идеальным применением для высокой продолжительной скорости передачи данных является высококачественное цифровое видео, записанное с соответствующей высокой скоростью. Видео стандарта MPEG-2, реализованное в цифровых универсальных дисках (Digital Versatile Disc - DVD), требует скорости передачи примерно 580 КБ/с, а стандарт MPEG-1 согласно Белой Книге для VideoCD требует скорость всего 170 КБ/с. Таким образом, стандартный CD-ROM емкостью 660 МБ будет считан всего за 20 минут, поэтому высококачественное видео будет иметь практический интерес только на дисках DVD со значительно большей емкостью.

Интерфейсы

Сзади накопителей CD-ROM имеются три основных подключения: питание, звуковой выход на звуковую карту и интерфейс данных.

Сейчас в большинстве накопителей CD-ROM применяется интерфейс данных IDE, который теоретически можно подключить к IDE-контроллеру, имеющемуся практически в каждом РС. Оригинальный жесткий диск с интерфейсом IDE был рассчитан на шину AT и старый интерфейс IDE позволял подключать два жестких диска - ведущий (master) и ведомый (slave). Впоследствии спецификация ATAPI разрешила одному из них стать накопителем IDE CD-ROM drive. Интерфейс EIDE сделал еще один шаг вперед, добавив второй канал IDE еще для двух устройств, которыми могли быть жесткие диски, накопители CD-ROM и ленточные накопители.

Работа с одним из этих устройств должна быть закончена до обращения к любому другому устройству. Подключение накопителя CD-ROM к тому же каналу, к которому подключен жесткий диск, снизит производительность РС, так как более медленный накопитель CD-ROM будет блокировать обращения к жесткому диску. В РС с двумя жесткими дисками IDE накопитель CD-ROM необходимо изолировать, подключая его ко вторичному каналу IDE, а жесткие диски следует подключить как ведущий и ведомый к первичному каналу. Жесткие диски будут конкурировать друг с другом, но без участия медленного накопителя CD-ROM. Недостаток интерфейса EIDE состоит в ограничении числа подключаемых устройств четырьмя и все устройства должны монтироваться как внутренние, поэтому возможность расширения может быть ограничена размером корпуса РС.

Стандарт SCSI-2 допускает подключение к одному хост-адаптеру до 12 устройств, которые могут быть внутренними и внешними. SCSI позволяет всем устройствам на шине быть активными одновременно, хотя передавать данные может только одно устройство. Физическая локализация данных в устройствах требует относительно много времени, поэтому пока одно устройство использует шину, любое другое устройство может позиционировать головки для производства операций считывания и записи. Новейшая спецификация Fast Wide SCSI поддерживает максимальную скорость передачи данных 20 МБ/с по сравнению со скоростью EIDE 13 МБ/с, а благодаря наличию встроенного "интеллекта" SCSI-устройства требуют меньшего внимания процессора по сравнению с IDE-устройствами.

Преимущества интерфейса SCSI по сравнению с IDE проявляются и при использовании ресурсов РС, в частности линий запросов прерываний IRQ. Из-за большого числа дополнительных карт и устройств современные РС предъявляют повышенные требования к использованию IRQ, оставляя мало места для дальнейшего расширения. Для первичного интерфейса EIDE обычно выделяется линия IRQ 14, а для вторичного IRQ 15, поэтому четыре устройства добавляются за счет двух линий прерываний. Интерфейс SCSI менее требователен к ресурсам, так как независимо от числа устройств на шине требуется только одна линия IRQ для хост-адаптера.

В общем, интерфейс SCSI предоставляет больший потенциал для расширения РС и обеспечивает лучшую производительность, но он значительно дороже интерфейса IDE. Современное предпочтение внутренним EIDE-накопителям оказывается более удобным и дешевым, чем техническое совершенство, поэтому интерфейс SCSI выбирается только для внешних накопителей CD-ROM.

Сравнение DMA и режима PIO

Традиционно в накопителях CD-ROM для передачи данных применялся программируемый ввод-вывод (Programmable Input/Output - PIO), а не прямой доступ к памяти (Direct Memory Access - DMA). Это было оправдано в первых разработках, потому что аппаратная реализация была проще и подходила для устройств с малой скоростью передачи данных. Недостаток этот способа заключается в том, что передачей данных управляет процессор. По мере повышения скорости передачи данных в накопителях CD-ROM возрастала и нагрузка на процессор, поэтому 24- и 32-скоростные накопители полностью занимали процессор в режиме PIO. Нагрузка на процессор зависит от нескольких факторов, в частности, от используемого режима PIO, схемы моста IDE/PCI в компьютере, емкости и схемы буфера накопителя CD-ROM и драйвера устройства накопителя CD-ROM.

Передача данных с использованием DMA всегда эффективнее и занимает только несколько процентов времени процессора. Здесь специальный контроллер управляет передачей данных прямо в системную память и от процессора требуется только начальное распределение памяти и минимальное квитирование (handshaking). При этом производительность зависит от устройства, а не от системы. DMA-устройства должны обеспечивать одну и ту же производительность независимо от системы, к которой они подключены. DMA давно был стандартным средством большинства SCSI-систем, но только недавно он стал широко применяться для интерфейсов и устройств IDE.

Технология TrueX

Чтобы разрешить пользователям выполнять приложения прямо с компакт-диска без передачи на жесткий диск, компания Zen Research при разработке технологии TrueX предприняла оригинальный подход для повышения производительности накопителей CD-ROM - улучшить скорость передачи данных и время доступа, а не просто вращать диск быстрее. В обычном CD-ROM используется один сфокусированный лазерный луч для считывания цифрового сигнала, закодированного дорожками крошечных питов на поверхности диска. В методе компании Zen Research применяются специализированная большая интегральная схема (Application-Specific Integrated Circuit - ASIC) для освещения нескольких дорожек, одновременного обнаружения их и параллельного считывания с дорожек. В составе ASIC имеются аналоговые интерфейсные элементы, например цифровая фазовая подстройка частоты (Digital Phase-Locked Loop - DPLL), цифровой сигнальный процессор, контроллер серво-двигателя, преобразователь параллельных данных в последовательные и интерфейс ATAPI. При необходимости можно подключить внешнюю схему интерфейса SCSI или IEEE 1394.

Расщепленный лазерный луч, используемый совместно с матрицей детекторов нескольких лучей, освещает и обнаруживает несколько дорожек. Обычный лазерный луч пропускается через дифракционную решетку, которая расщепляет его на семь дискретных лучей (такие накопители называются многолучевыми - multibeam), освещающих семь дорожек. Семь лучей подаются через зеркало на объектив и далее на поверхность диска. Фокусировка и слежение обеспечиваются центральным лучом. Три луча с каждой стороны от центра считываются матрицей детекторов, когда центральный луч находится на дорожке и сфокусирован. Отраженные лучи возвращаются по тому же тракту и направляются зеркалом на матрицу детекторов. В многолучевом детекторе имеются семь детекторов, выровненных с отражающими дорожками. Для фокусировки и слежения предусмотрены обычные детекторы.

Несмотря на то, что механические элементы накопителя CD-ROM несколько изменены (вращение диска и движение головки считывания остались теми же самыми), формат носителя диска соответствует стандарту CD или DVD, а для поиска и слежения применяется обычный подход. Технологию TrueX можно использовать в накопителях CLV и CAV, но компания Zen Research ориентируется на CLV, чтобы обеспечить постоянную скорость передачи данных для всего диска. В любом случае, более высокая скорость передачи достигается при меньшей скорости вращения диска, что снижает вибрацию и повышает надежность.

Компания Kenwood Technologies выпустила первый 40-скоростной накопитель TrueX CD-ROM в августе 1998 г., а через полгода разработала 52-скоростной накопитель. В зависимости от рабочей среды и качества носителя накопитель Kenwood 52X TrueX CD-ROM обеспечивает скорость передачи данных 6.75 - 7.8 МБ/с (45х - 52х) по всему диску. Для сравнения укажем, что обычный 48-скоростной накопитель CD-ROM обеспечивает на внутренних дорожках скорость 19х и достигает скорости 48х только на внешних дорожках. При этом его скорость вращения более чем в два раза выше по сравнению с накопителем компании Kenwood Technologies.

Стандарты CD-ROM

Чтобы разобраться в самих компакт-дисках и в том, какие накопители их могут читать, необходимо прежде всего познакомиться с форматами дисков. Обычно стандарты на CD выпускаются в виде книг с цветными обложками и сам стандарт называется по цвету обложки. Все накопители CD-ROM совместимы со стандартами Желтой Книги (Yellow Book) и Красной Книги (Red Book), а также имеют встроенные цифро-аналоговые преобразователи (Digital-to-Analog Converter - DAC), что позволяет прослушивать звуковые диски Красной Книги через наушники или звуковой выход.

Красная Книга (Red Book)

Красная Книга является самым распространенным стандартом CD и описывает физические свойства компакт-диска и кодирование цифрового звука. Он определяет:

• Спецификацию звука для 16-битовой импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation - PCM).
• Спецификацию диска, включая его физические параметры.
• Оптические стили и параметры.
• Отклонения и частоту блоковых ошибок.
• Систему модуляции и исправления ошибок.
• Систему управления и отображения.

Каждый фрагмент музыки, записанный на CD, удовлетворяет стандарту Красной Книги. Он, в основном, допускает звучание в течение 74 минут и разбиение информации на дорожки (tracks - трэки). Более позднее добавление к Красной Книге описывает опцию CD Graphics с использованием каналов субкода (subcode) от R до W. Добавление описывает различные применения каналов субкода, включая графику и MIDI.

Желтая Книга (Yellow Book) Желтая Книга выпущена в 1984 г. для описания расширения CD для хранения компьютерных данных, т.е. CD-ROM (Compact-Disc Read-Only Memory). Эта спецификация содержит следующее:

• Спецификацию диска, которая является копией части Красной Книги.
• Систему модуляции и исправления ошибок (из Красной Книги).
• Оптические стили и параметры (из Красной Книги).
• Систему управления и отображения (из Красной Книги).
• Структуру цифровых данных, которая описывает структуру сектора, ECC и EDC для диска CD-ROM.

CD-ROM XA

Как отдельное расширение Желтой Книги спецификация CD-ROM XA содержит следующее:

• Формат диска, включая канал Q и структуру сектора при использовании секторов Режима 2.
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660, включая чередование файлов, которое недоступно для Режима данных 2.
• Кодирование звука с использованием уровней В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование видеоизображений, т.е. неподвижных изображений.

Сейчас применяются только такие форматы CD-ROM XA, как форматы CD-I Bridge для Photo CD VideoCD plus системы Playstation компании Sony.

Зеленая Книга (Green Book)

Зеленая Книга описывает диск CD-Interactive (CD-I), плейер и операционную систему и содержит следующее:

• Формат диска CD-I (структура дорожки и сектора).
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660.
• Звуковые данные с использованием уровней А, В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование в реальном времени неподвижных видеоизображений, декодер и визуальные эффекты.
• Compact Disc Real Time Operating System (CD-RTOS).
• Базовая (минимальная) спецификация системы.
• Расширение для видеофильмов (картридж MPEG и программное обеспечение).

Диск CD-I может хранить 19 часов звука, 7500 неподвижных изображений и 72 минуты полноэкранного полнодвижущегося видео (MPEG) в стандартном формате CD. Сейчас диски CD-I устарели.

Оранжевая Книга (Orange Book)

Оранжевая Книга определяет диски CD-Recordable с многосеансовой (multisession) возможностью. Часть I определяет магнитооптические перезаписываемые диски CD-MO (Magneto Optical); часть II определяет однократно записываемые диски CD-WO (Write Once); часть III определяет перезаписываемые диски CD-RW (Rewritable). Все три части содержат следующие разделы:

• Спецификация диска для незаписанных и записанных дисков.
• Pre-groove модуляция.
• Организация данных, включая связывание.
• Многосеансовые и гибридные диски.
• Рекомендации по измерению отражательной способности, управлению мощностью и др.

Белая Книга (White Book)

• Формат диска, включая использование дорожек, информационную область VideoCD, область воспроизведения сегмента, аудио/видео дорожки и дорожки CD-DA.
• Структура поиска данных, удовлетворяющая формату ISO 9660.
• Кодирование MPEG аудио/видео дорожки.
• Кодирование элемента сегмента воспроизведения для видео-последовательностей, неподвижного виде и дорожек CD-DA.
• Дескрипторы последовательности воспроизведения для запрограммированных последовательностей.
• Поля пользовательских данных для сканирования данных (допускается быстрое сканирование вперед и назад).
• Примеры последовательностей воспроизведения и управления воспроизведением.

До 70 минут полнодвижущегося видео закодированы в стандарте MPEG-1 со сжатием данных. Белая Книга называется также Digital Video (DV). Диск VideoCD содержит одну дорожку данных, записанную в режиме CD-ROM XA Mode 2 Form 2. Она всегда является первой дорожкой на диске (Track 1). На этой дорожек записываются структура файла ISO 9660 и прикладная программа CD-I, а также VideoCD Information Area, которая содержит общую информацию о диске VideoCD. После дорожки данных записывается видео на одной или нескольких последующих дорожках во время одной и той же сессии. Эти дорожки также записываются в режиме Mode 2 Form 2. Сессия закрывается после записи всех дорожек.

Синяя Книга (Blue Book)

Синяя Книга определяет спецификацию Enhanced Music CD для многосессионных прессованных дисков (т.е. незаписываемых дисков), содержащих сессии звука и данных. Диски могут воспроизводиться любым плейером звуковых компакт-дисков и на РС. Синяя Книга содержит следующее:

• Спецификация диска и формат данных, включая две сессии (звук и данные).
• Структура каталогов (ISO 9660), включая каталоги для информации CD Extra, изображения и данные. Определяются также формат информационных файлов CD Plus, форматы файлов изображений и другие коды и форматы файлов.
• Формат данных неподвижных изображений MPEG.

Компакт-диски, соответствующие спецификации Синей Книги, называются также CD-Extra или CD-Plus. Они содержат смесь данных и звука, записанных в отдельных сессиях для предотвращения воспроизведения дорожек данных и возможного повреждения высококачественных домашних стерео-систем.

CD-I Bridge

CD-I Bridge представляет собой спецификацию компаний Philips и Sony для дисков, предназначенных для воспроизведения на плейерах CD-I и в РС. Она содержит следующее:

• Формат диска, определяющий диски CD-I Bridge как удовлетворяющие спецификации CD-ROM XA.
• Структура поиска данных в соответствии с ISO 9660. Обязательно требуется прикладная программа CD-I, которая хранится в каталоге CDI.
• Кодирование звуковых данных, которое включает в себя ADPCM и MPEG.
• Кодирование видеоданных для совместимости с CD-I и CD-ROM XA.
• Многосессионная структура диска, включая адресацию секторов и пространство тома.
• Данные для CD-I, так как все плейеры CD-I должны считывать данные CD-I Bridge.

Photo CD

Спецификация Photo CD определена компаниями Kodak и Philips на основе спецификации CD-I Bridge. Она содержит следующее:

• Общий формат диска, включая компоновку программной области, индексную таблицу, дескриптор тома, область данных, перекос субкода Q-канала, клипы CD-DA и читаемые микроконтроллером секторы.
• Структуры поиска данных, включая структуру каталогов, файл INFO.PCD и систему читаемых микроконтроллером секторов.
• Кодирование данных изображений, включая описание кодирования изображений и пакеты изображений.
• Файлы ADPCM для одновременного воспроизведения звука и изображений.

Очень много информации по накопителям CD-ROM содержится на сайте http://www.cd-info.com/ .

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – диск только для чтения.

Размер: 120 мм, толщина 1,2 мм (5”) 640-700 МБ (из них 8 МБ служебная информация)

Структура диска:

Поликарбонатная пластмасса (Back layer)

Тонкий слой алюминия

Защитный слой (лаковое покрытие/лакировка)

Этикетка диска (декоративное покрытие)

Информация на диске записывается вдоль одной спиральной дорожки (как на грампластинке), начало дорожки отсчитывается от центра диска к краю, т.е. дорожки диска имеют форму спирали. Лазерный луч определяет цифровую последовательность 0 и 1, записанных на CD, по форме микроскопических ямок (Pit-слой) на его спирали.

Принцип считывания информации c CD-ROM 4 этапа:

Лазерный луч, попадая на отражающий свет островок(возвышенность), отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную 1. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается, фотодетектор фиксирует двоичный 0.

1. луч слабого лазера дисковода двигается через систему линз и фокусируется на спирали диска
2. луч «считывает», отражаясь от pit-слоя диска с разной интенсивностью
3. отраженный луч попадает в группу призм, преломляется и отражается на фотодетекторе
4. фотодетектор определяет интенсивность светового потока и передает микропроцессору дисковода, тот переводит все в цифровую последовательность (0 или 1).

Принцип записи на CD-ROM:

CD-ROM изготавливаются только в заводских условиях на специализированном промышленном оборудовании в 2 этапа:

1. Создается мастер-диск (матрица). На заготовке диска (рельефная подложка из поликарбоната, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет металла — алюминия) формируется спиралевидная дорожка вдоль которой лазерный луч «прожигает» в ней крохотные ямки. (pit-участки).
2. Штамповка тиража с мастер-диска. Матрица отправляется в производственный цех, где с нее штампуется множество копий. Потом рельефная основа металлизируется, добавляется еще один более тонкий слой лака, защищающего металлическую поверхность, сверху наносятся рисунки (этикетка).

Информация с лазерного диска считывается с помощью привода (CD-дисковода) Конструкция привода:

1. Плата электроники (Размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала)
2. Шпиндельный двигатель (электродвигатель) – служит для вращения диска в дисководе с постоянной или переменной линейной скоростью
3. Оптическая система считывающей головки состоит из оптической головки и системы ее позиционирования. В головке размещены маломощный лазерный излучатель, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель.

Система загрузки диска — может быть в двух вариантах:

1. специальный футляр для диска (caddy), вставляемый в приемное отверстие привода (как floppy-disk)
2. выдвижной лоток подноса (tray-механизм), который выдвигается из накопителя после нажатия кнопки Eject. На него устанавливается диск, задвигается диск повторным нажатием кнопки Eject (задвигать tray-механизм «в ручную» не следует, можно повредить дисковод.

На передней панели дисковода имеются:

1. кнопка Eject для выгрузки и загрузки диска
2. гнездо для подключения наушников (с электронным или механическим регулятором громкости)
3. индикатор обращения к приводу
4. в ряде моделей может быть кнопка Play/Next –для проигрывания звуковых дисков (при этом кнопка Eject используется для остановки проигрывания). Качество воспроизведения музыкальных дисков уступает стационарному проигрывателю, т.к. это вспомогательная функция CD-ROM, а не основная – качество близко к плееру.
5. небольшое отверстие для аварийного извлечения диска, (например, при выходе из строя лотка дисковода, при аварийном отключении питания). В отверстие нужно вставить шпильку (распрямленную скрепку) и аккуратно нажать, при этом снимается блокировка лотка и его можно выдвинуть вручную и извлечь диск.

На задней панели:

Почти все CD-приводы имеют на задней панели добавочно к обычному аналоговому выходу (в виде импульсов тока) цифровой выход для прямого подключения к звуковой карте, что позволяет обойти звуковую часть привода и использовать соответствующие схемы звуковой карты (звук качественнее).

Характеристики дисковода:

Главной характеристикой является скорость чтения данных , зависит от скорости вращения диска, увеличив скорость вращения можно повысить скорость чтения данных. В CD-ROM (2,4,8 скоростных) постоянная линейная скорость(CLV — Constant Linear Velocity), частота вращения является переменной величиной и обратно пропорциональна расстоянию от считывающей головки до центра. Пример: 2-х скоростной привод 200 об/мин (внутр. дорожка) 530 об/мин (внешняя дорожка) Начиная с 12 скоростных CD-приводов диапазон частот составляет 2400-6360 об/мин, эту скорость на сменном носителе реализовать тяжело, поэтому используется другой режим CAV (Constant Angular Velocity) – режим с постоянной угловой скоростью, в котором частота вращения постоянна и близка к max, а скорость чтения пропорциональна радиусу. На этом режиме работают 16, 24, 32, 40, 50 скоростные СD- дисководы. Скорость вынесенная в маркировку дисковода – это max скорость чтения, а не усредненная – а это значит что перед вами не 24 скоростной дисковод, а 14-16 скоростной (по среднему значению). Совет высокоскоростными приводами не увлекаться, т.к. чем выше скорость чтения данных тем меньше качество, надежность чтения, тем больше вылезает ошибок (особенно с пиратских копий). 40-50 скоростных приводов вполне достаточно.

Интерфейс подключения CD-привода к материнской плате:

1. EIDE (вторым с винчестером на одном шлейфе) или отдельно в IDE
2. SCSI (устанавливается в гнездо расширения ПК материнской платы) Вместе с CD-ROM.- поставляется дискета с программным обеспечением для установки CD-ROM под операционную систему- специальный шнур для подключения к звуковой карте- комплект крепежных винтов

Фирмы-производители: NEC, ASUSTEK, Toshiba, Sony, Pioneer, Panasonic Правила эксплуатации дисководов и дисков:

• Боятся пыли и грязи на поверхности дисков, это может повредить систему линз и приведет к отказу от чтения (проскакивание дорожек). Недопустимы отметины от рук(отпечатки), царапины, грязь.
• Нельзя хватать за поверхность диска пальцами, только за боковые поверхности.
• Если диск грязный, существует единственный способ его очистить: диск смочить чистящим составом (на основе изопропилового спирта), провести салфеткой из микрофибры от центра к краю, ни в коем случае по окружности, вдоль дорожек.
• Существуют специальные платформы (приводы) для чистки дисков.
• Осторожно относится к эксплуатации в дисководе дисков сомнительного производства (случаи разрыва дисков в дисководе при раскручивании и как следствие поломка привода)

CD-R — Compact Disk Recordable – диск с однократной записью и многократным чтением

Для записи информации на такой диск необходимы: специальный пишущий привод, заготовка диска (болванка или матрица CD-R), специальное ПО. Эти диски используются для создания архива данных, аудио-видео-диски, дистрибутив программного обеспечения Емкость такая же как у CD-ROM. Есть 780-800 МБ для записи звука 74 мин по 176 КБ

Структура диска:

Прозрачный защитный слой

Краситель (регистрирующий слой – цианин или фталоцианин)

Подложка

Металлическое покрытие (алюминий, серебро, золото и др. сплавы)

Защитный слой лака с этикеткой

Цианиновый краситель обладает сине-зеленым (цвет «морской волны») или насыщенно синим оттенком рабочей поверхности, фталоцианин, в большинстве случаев, практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета. Цианиновый краситель более терпим к предельным сочетаниям мощности чтения/записи, чем «золотой» фталоцианиновый, поэтому зачастую диски на основе цианинового слоя проще считывать на некоторых дисководах. Фталоцианин — несколько более современная разработка. Диски на основе этого активного слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько более надежному хранению в неблагоприятных условиях.

Принцип записи на CD-R:

Сфокусированным мощным лазерным лучом (CD — рекодером) нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель предает тепло смежной с ним подложке, под действием тепла подложка изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет (темнеет и становится непрозрачной). В областях, не нагреваемых лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отражается от него и через подложку попадает на светочувствительный датчик. Способ записи информации отличается от CD-ROM, результат же один и тот же – последовательность отражающих и неотражающих участков (Образуются pit-участки подобно CD-ROM), которые читает любой CD-ROM Считываются такие CD-R немного хуже, чем обычные CD-ROM диски, из-за наличия дополнительного слоя, уменьшающего коэффициент отражения. Большое значение имеет и качество формирования «питов» на диске, что зависит как от свойств органического красителя, так и от самого CD рекордера. Конструкция привода такая же, отличие структура диска и мощность лазера. Как выбрать CD-R диск При выборе болванки для записи лучше всего ориентироваться на производителя диска. Именно на производителя, а не на торговую марку продавца (например диски Taiyo Yuden (TY) продаются под торговыми марками как самой Taiyo Yuden, так и Sony, Philips, Hewlett Packard, TDK, Basf и некоторых других). На нашем рынке наиболее распространены диски следующих производителей (в скобках указаны некоторые торговые марки):

• Taiyo Yuden Company Limited (Taiyo Yuden,Sony, Philips, Hewlett Packard, TDK, Basf)
• Mitsui Chemicals (Hewlett Packard, Mitsui, Philips, Sony)
• TDK Corporation (3M, TDK)
• SKC Company Limited (SKC)
• Multi Media Masters & Machinery SA (Mirex, BASF)
• Mitsubishi Chemicals Corporation (Traxdata, Verbatim)
• Ritek Co. (Dysan, FujiFilm, Memorex, MMore, Philips, BASF, TDK, Samsung, Targa, Traxdata)
• Fuji Photo Film Co, Ltd.(FujiFilm)
• Kodak Japan Limited (BASF & Kodak)
• Princo Corporation (BTC, Princo & KingTech)
• CMC Magnetics Corporation (BASF, MMORE, Imation, Memorex)

Для записи аудиодисков стоит обратить внимание на качественные цианиновые CD-R. При выборе CD-R для записи данных, чтобы информация хранилась на них максимально долгое время, следует отдать предпочтение качественным фталоцианиновым дискам.

CD-RW — Compact Disk ReWritable – многократно записываемый диск.

Структура диска:

Защитный прозрачный слой

Комбинированный слой

Металлическое покрытие (алюминий и др.)

Защитный слой

Принцип записи на CD-RW: Запись информации производится специальным комбинированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Записывающий слой изменяет свое состояние (из кристаллического — прозрачного в аморфное непрозрачное). Такой процесс называется фазовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Запись на CD-RW основана на изменении отражающей способности поверхности. Эти диски более «капризны» при чтении, т.к. изменение отражательных свойств у них намного ниже, чем у CD-R CD-RW показывают более низкую скорость работы, в отличии от CD-R, но справляется со всеми задачами что и CD-R и дополнительно можно перезаписывать диски. Скорость 4-8-12-16-24x Запись на CD-R (RW) может производиться в 2-х режимах:

1. режим (односеансный) DAO (Disk At Once –весь диск за один сеанс) – записывается (нарезается) весь диск за 1 сеанс без перерывов. После записи на такой диск на него невозможно будет дописать новые данные.
2. режим (многосеансный) TAO (Track At Once – одна дорожка за один сеанс) – данными заполняется за несколько сеансов, информация в виде отдельных томов или пакетов (пакетный режим).

Существуют CD-рекордеры – это привод способный писать на CD и читать их. Все современные рекордеры работают с CD-R и CD-RW. Скорость вращения указывается в трех числах: Например 50x/24х/16x/ 50х — скорость чтения CD 24x — скорость записи на CD-R 16x- скорость записи на СD-RW

DVD-Диски Digital Video Disk (цифровой видеодиск)

Дисковый DVD-накопитель имеет более коротковолновый лазер, чем CD, поэтому дорожки на диске размещаются ближе к друг другу, а также увеличивается объем информации, хранящейся на участке дорожки данной длины. В результате на одной стороне DVD-диска можно записать до 4,7Гб данных. Существуют двухслойные диски с возможностью записи 8,5Гб данных на одной стороне, а также двухсторонние «перекидные» (Flippy) диски с записью на обеих сторонах емкость 17Гб.

Существуют следующие структурные типы DVD:

1. Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный) – самый простой тип дисков емкость 4,7 Гб

2. Single Side/Dual Layer (односторонний/двухслойный) . Диски имеют два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считывают с одной стороны и на таком диске можно разместить 8,5 Гб данных, то есть на 3,5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске

3. Double Side/Single Layer(двухсторонний/однослойный) . На таком диске помещается 9,4 Гб данных. Не трудно заметить что на таком диске вдвое больше емкости. Данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать информацию с обеих сторон диска самостоятельно

4. Double Side/Double/Layer (двухсторонний/двухслойный) . Самый сложный вариант. Обеспечивает возможность разместить на диске 17 Гб данных. Понятно, что такой диск по сути представляет собой два сложенных вместе односторонних/двухслойных.

Запись DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable) DVD-R — формат однократной записи, разработанный компанией Pioneer. Технология записи аналогична используемой в CD-R и базируется на необратимом изменении под воздействием лазера спектральных характеристик информационного слоя, покрытого специальным органическим составом. Односторонние диски DVD-R вмещают 4,7 или 3,95 ГБ на сторону. Двусторонние диски выпускаются только общей емкостью 9,4 ГБ (4,7 ГБ на сторону).

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW.

Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое /аморфное) информационного слоя под воздействием лазера с длиной волны 650 (635) нм (phase-change recording). Считывание информации осуществляется путем определения оптических характеристик информационного слоя в различных его фазовых состояниях при отражении лучей лазера (того же, что и при записи).

DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random Access Memory) — перезаписываемый формат, разработанный компаниями Panasonic, Hitachi, Toshiba. Формат одобрен DVD-форумом в июле 1997 г. На сегодня это самый распространенный DVD формат в компьютерной индустрии. Диски современного — второго — поколения несут 4.7 ГБ на стороне или 9.4 ГБ для двусторонней модификации. Главной особенностью DVD-RAM являются специальные метки, нанесенные на матрицу диска при его производстве. Эти метки отмечают начало секторов. Особенность DVD-RAM в том, что его можно отформатировать в обычную файловую систему FAT32. Для записи диск DVD-RAM должен быть в картридже, причем зачастую картриджи намертво запаяны. Если все же извлечь диск DVD-RAM из картриджа, то появляется возможность использовать его в обычном приводе DVD-ROM.

DVD-RW (Digital Versatile Disc ReWecordable) — встречаются другие названия этого формата: DVD-R/W и реже DVD-ER. DVD-RW — формат многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4,7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть использованы для хранения видео, аудио и других данных.

DVD+RW . Этот стандарт без благословения DVD Форума, является конкурирующим перезаписываемым форматом, предлагаемым Philips, Sony, Hewlett-Packard и другими, основана на технологии CD-RW. Дисководы DVD+RW будут читать диски DVD-ROM и CD, но не будут совместимы с DVD-RAM. Диски DVD+RW, способны хранить 2.8 гигабайта (3G) данных, используют технологию изменения фазы. DVD+RW приводы поддерживают запись в несколько сеансов. Благодаря более точному позиционированию лазера в процессе записи привод позволяет перезаписывать любую часть содержимого диска прямо на верх, не стирая старого содержимого. Это же позволяет осуществить и уникальную коррекцию ошибок при записи – плохо записавшийся сектор автоматически перезаписывается заново.

DVD+R. Технология записи DVD+R построена на тех же принципах, что и DVD+RW. Единственное отличие состоит в том, что для отражающего слоя используется материал, сходный с используемым на простых CD-R. По сравнению с DVD+RW недостатком DVD+R является то, что на них не работает коррекция ошибок, основанная на простой перезаписи сбойного сектора. Зато диски DVD+R лучше читаются на стационарных плеерах и простых DVD-ROM за счет более высокой отражающей способности записываемого слоя. Kodak Japan Limited.