Приводы CD-ROM. Что такое дисковод CD-ROM и DVD? Накопитель CD-ROM содержит

Прочтение информации происходит с помощью сфокусированного пучка лазерного луча.

Теперь посмотрим, как же устроен этот DVD Rom. Сегодня он еще актуален, поскольку до сих пор многие используют в качестве носителей информации диски. Поэтому нужно ориентироваться в этом вопросе. Но на другие приводы пока обращать внимания не будем.

Вообще, только появление высоких технологий позволили сделать такую вещь как оптический привод. Диск имеет отражающий слой, на котором и фокусируется лазерный луч. Он должен быть безупречно точным и направленным. Слой на диске нам кажется ровным и блестящим, но там есть микроскопические впадины, которые и являются ничем иным как записанной информацией. Лазерный луч считывает отраженный свет от этих «неровностей».

Прежде всего, порядок

Но, чтобы было все-таки понятнее, будем рассматривать все по порядку.

Все ли знают, что обозначают известные уже нам аббревиатуры? Думается, что нет. Поэтому, сначала разберемся с этим.

Сокращенное слово CD Rom это компакт диск. Полное название Compact Disc Read-Only Memory и используется он только для чтения.
Так же короткое DVD Rom это диск уже более универсальный. Однако и он используется только для чтения. Полное название Digital Versatile Disc read only memory.
Есть ее «голубой луч» или Blu-ray. На этот диск информация записывается коротковолновым лазерным лучом, сине-фиолетового цвета.

На снимке хорошо видно, что именно мы называем DVD оптическим приводом.

Установить самостоятельно DVD Rom просто. Обычно трудностей не вызывает. Но важно, чтобы стандарт подключения совпадал с устройством. Стандартов два: «SATA» и «IDE».

Первый считается наиболее современным, а второй уже устаревшим.

Самое главное обозначено цифрами в порядке от одного до трех.

Первой обозначена секция «master/slave» перемычки на диске.
Под вторым номером штырьковый интерфейс для подключения устройств «ATA/ATAPI». Все девятнадцать отверстий.
В третий разъем из четырех контактов подключается «molex».

А теперь внимание обратим на тыльную сторону. Это стандарт «SATA» DVD Rom привода.

В первый разъем подключается кабель питания, состоящий из пятнадцати контактов.
Во второй разъем устанавливается кабель передачи данных. Он плоский и короткий. Подключение происходит к контролеру «SATA», находящемуся на материнской плате.

Надо обязательно заметить, что не все устройства имеют DVD Rom привод. Например, нетбук или планшет. В этом случае выручит такой оптический привод как USB DVD Rom. Ведь вставить диск, в случае смены операционной системы, например, некуда. Тогда оптический привод подключается через USB порт.

Ситуации, когда такая разновидность оптического привода необходима, не редки. Например, на этот нетбук требуется установка операционной системы, что и возможно сделать с помощью этого USB привода.

Как записывается информация?

Как происходит запись на грампластинки более или менее представляют многие. Сначала запись на CD диски происходила похожим образом. И название пластинок было CD-R (Recordable). Записать что-то второй раз на такую пластинку было невозможно. Но потом диски становись все, более совершенными и стало возможно информацию перезаписывать по нескольку раз. Это диски CD-RW (ReWritable). И все дело в нюансах производства. Раньше запись происходила непосредственно на слой пластика. Теперь же делался слой из сплава металлов. И слой этот под воздействием лазерного луча способен менять свойства. Можно даже заметить на поверхности темные и светлые полосы. Эта технология позволяет переписывать информацию много раз, может даже и тысячу раз.

Пластина диска имеет слой, на который и производится запись. Этот слой можно увидеть на всех дисках для записи и перезаписи. Если диск нельзя перезаписать, то определить это можно по слою на пластине. Если диск записан, то слой поменяет цвет. Процесс происходит от воздействия лазерного луча, и он необратим.

Диски для перезаписи снабжены слоем сплава, способного менять отражающий слой под воздействием все того же лазерного луча.

Все диски имеют стандартный размер диаметра в 120мм. Толщина не превышает 1,2 мм. В центре обязательно отверстие небольшого диаметра в 15 мм. Поверхность диска ни в коем случае не должна иметь никаких царапин. И для предотвращения этого на внешней стороне диска есть выступ. Он небольшой 0,2 мм, но строго выполняет свои функции. На ровной поверхности диск уже не получит никаких повреждений.

Любой диск это многослойный пирог. Но пирог толщину имеет чуть больше миллиметра. Однако каждый слой имеет свою функцию и выполняет ее. Посмотрите, как выглядит диск на схеме и сколько слоев он имеет из различных материалов.

Какой бы сложной с нашей точки зрения не была информация, вся она будет записана в виде питов и лендов. На самом деле это углубления (pit) и поверхность (lands). В общем получается волнообразная дорожка. Углубления вдавливаются в слой поликарбоната, а плоскость остается неизменной. Когда луч фокусируется на дорожке, то свет от плоскости и выпуклостей отражается по-разному. И разница бывает едва заметной, но все это фиксируется.

Если говорить более простым языком, то вся информация выглядит как ноль – плоскость и единица – бугорок.

Обратите внимание, как это выглядит под сильным увеличением.

Теперь видите что на поверхности, которая кажется идеально ровной?

DVD Rom производит запись и чтение информации, используя красный лазер. Длина волны измеряется в нанометрах и составляет 650нм. А вот шаг составляет всего 0,74 микрометра. Для сравнения в CD дисках все показатели в два раза больше. Понятно, что уменьшение лазерной волны и позволило более точно «рассматривать» поверхность диска, и фиксировать все питы. Постоянное уменьшение и сделало DVD диск практически безразмерным. Одно время, когда там стало помещаться больше, чем 4 гигабайта информации, это выглядело фантастически!

Вот некоторые цифры для сравнения.

В диске DVD, по сравнению с CD размер пиитов составляет 0,4 микрон против 0,83.

CD диск имеет дорожку шириной 1,6 микрон, в диске DVD всего 0,74.

Некоторые диски могут вместить просто огромный объем информации. Например:

двусторонние,
двухслойные.

Некоторые диски могут быть как двухслойными, так и двухсторонними. Такой бутерброд вместит все 17 гигабайт.

Подробнее о каждом

Двухслойные DVD диски производятся методом прессования первого слоя. Потом второй слой наносят напылением сверху. Напыление полупрозрачное. Лазерный луч, когда считывает информацию, фокусируется на каждом слое, переходя с одного на другой автоматически.

Если диск DVD двухслойный, то толщина каждого слоя достигает 0,6 мм. При склеивании слоев получаются все те же 1,2 мм. Это очень похоже на пластинку, прослушав одну сторону можно ее перевернуть.

На схеме это выглядит так:

Схема диска

Синий луч

Помните о Blu-ray дисках? Они как-то отличаются от привычных уже DVD и CD дисков. Они читаются с помощью сине-фиолетового лазерного луча. Длина его меньше, чем требуется для чтения дисков DVD Rom и CD Rom (RW). Для них используется луч длиной 650 и 780 нанометров соответственно. А для диска Blu-ray луч нужен длиной всего 405 нм. И все потому, что технологии с использованием красного луча лазера можно сказать достигли предела. А вот сине-фиолетовый луч это настоящий скачок в развитии.

Для такого луча и ширина дорожки требуется меньше, потому и количество информации можно записать больше. Однако из-за тонкости рельефа на информационном слое считывать записи на большой скорости стало труднее. Поэтому пришлось уменьшить защитный слой из поликарбоната. Раньше он был 0,6, а теперь 0,1 мм. В результате повысилась скорость работы и точность считывания информации.

На таблице ниже можно увидеть, с какой скоростью могут работать оптические приводы Blu-ray.

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/XA (extended Architecture) своим названием говорит о том, что это CD-ROM диск с расширенными возможностями. Диск поддерживает файловые системы ISO 9660 и High Sierra. Давайте подробнее рассмотрим, в чем же заключаются эти возможности.
Многократная запись. Формат High Sierra на обычном CD-ROM позволяет запись только одного оглавления при создании записи. В связи с этим дозапись диска невозможна. На дисках ХА имеется возможность записывать диск в несколько сессий, поскольку они могут работать с несколькими оглавлениями.
Чередование. CD-ROM/XA работает в режиме Mode 2. Повторимся, что в этом режиме каждый сектор дорожки может иметь собственный формат. Форма 1 этого режима используется для хранения данных, а форма 2 для видео, музыки и изображений. Этот режим и задумывался специально для записи мультимедийных применений, чтобы на одной дорожке можно было чередовать, например, код программы и звук (видео) к ней. В начале каждого фрагмента помещается специальный «флаг», по которому и определяется его тип. Диски ХА очень удобно использовать для записи видео, потому что сначала можно записать видеокадр и сразу же за ним - звук. Естественно, что их синхронизация выполняется уже программным путем. Для примера: ниже показаны четыре возможные схемы кодирования музыки (А-аудиоданные, закодированные с помощью метода ADPCM, d - данные).
Сжатие музыкальных данных. Режим ХА позволяет на обычный 74-минутный диск записать несколько часов музыки. Это становится возможным методом сжатия. Чтобы увеличить объем звуковых данных, в данном случае используется не 16-разрядное РСМ-кодиро-вание (импульсно-кодовая модуляция используется для оцифровки аналоговых сигналов перед их передачей. Практически все виды аналоговых данных, таких как видео, голос, музыка, данные телеметрии, виртуальные миры, допускают её применение), а 4 или 8- разрядное ADPSM-кодирование (дифференциальная (или дельта) импульсно-кодовая модуляция.
Метод кодирования речи, предусматривающий вычисление разности между двумя последовательными значениями сигнала, оцифрованного по методу РСМ). Еще может меняться частота дискретизации. В зависимости от качества звучания, CD-ROM/XA предлагает два уровня кодирования звука: Level В (частота дискретизации 37.8 кГц моно или стерео) и Level С (частота дискретизации 18.9 кГц моно или стерео). В зависимости от ситуации, применяется тот или иной уровень. Тиражирование dvd. Например, данные голоса не требуют высокого качества звучания. Поэтому, закодировав голос на Level С, можно получить огромную прибавку доступного места на диске. Хотя музыку на этом уровне будет неприятно слушать.

Как устpоен компакт-диск?

Стандаpтный диск состоит из тpех слоев: подложка из поликаpбоната, на котоpой отштампован pельеф диска, напыленное на нее отpажающее покpытие из алюминия, золота, сеpебpа или дpугого сплава, и более тонкий защитный слой поликаpбоната или лака, на котоpый наносятся надписи и pисунки. Hекотоpые диски «подпольных» пpоизводителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе, отчего отpажающее покpытие довольно легко повpедить.
Инфоpмационный pельеф диска состоит из спиpальной доpожки, идущей от центpа к пеpифеpии, вдоль котоpой pасположены углубления (питы). Инфоpмация кодиpуется чеpедованием питов и пpомежутков между ними.

Какие фоpматы записи используются в CD-ROM?

В CD-ROM используется та же технология, что и в обычной звуковой системе CD-DA. Выпущенные фиpмами Philips и Sony стандаpты записи пpоизвольных данных на компакт-диски известны под названиями Yellow Book («желтая книга»), Green Book («зеленая книга»), Orange Book («оpанжевая книга»), White Book («белая книга») и Blue Book («синяя книга»); все они дополняют основной стандаpт CD-DA, описанный в Red Book («кpасной книге»).
Для записи данных используются отдельные «звуковые доpожки». Упомянутые стандаpты относятся не к диску в целом, а только к фоpмату отдельных доpожек, пpичем на одном диске могут сосуществовать доpожки pазличных фоpматов. Для их чтения необходим пpоигpыватель, поддеpживающий либо все пpедставленные на диске фоpматы, либо пpопускающий неизвестные (многие пpоигpыватели и пpиводы CD-ROM не умеют пpопускать доpожки неизвестных фоpматов).
Yellow Book опpеделяет базовые фоpматы записи данных на диск: CD-ROM mode 1 и CD-ROM mode 2. В обоих фоpматах внутpи каждого из кадpов доpожки, объемом по 2352 байта, котоpые называются также сектоpами, выделяется 12 байт синхpонизации, 4 байта заголовка сектоpа и 2336 байт для записи данных. Благодаpя наличию байтов синхpонизации и заголовка возможно точное нахождение нужного сектоpа данных, котоpое в обычном звуковом диске чpезвычайно затpуднено.
В фоpмате mode 1, используемом в большинстве CD-ROM, из области данных выделяется 288 байт для записи кодов EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code - коды обнаpужения и испpавления ошибок), благодаpя котоpым диски с данными считываются гоpаздо надежнее, чем звуковые диски пpи том же качестве изготовления. Оставшиеся 2048 байт отводятся для хpанения данных.
В фоpмате mode 2 коppектиpующие коды не используются, и все 2336 байт данных сектоpа отводятся для записи инфоpмации. Пpедполагается, что записываемая инфоpмация либо уже содеpжит коppектиpующие коды, либо нечувствительна к незначительным ошибкам, оставшимся после коppекции низкоуpовневым кодом Рида-Соломона. Этот фоpмат пpедназначен в основном для записи сжатых звуковых сигналов и изобpажений.
Диск фоpмата mode 1, на котоpом совмещены звуковые пpогpаммы и данные, называется Mixed Mode Disk. Пpи этом на пеpвой доpожке записываются данные, а на всех последующих - звуковая инфоpмация. Большинство звуковых пpоигpывателей не pазличает фоpмат доpожек и пpи попадании на доpожку данных пытаются ее воспpоизвести, что может пpивести к повpеждению усилителей и акустических систем.
Фоpмат mode 2 в чистом виде пpактически не пpименяется - на его основе pазpаботаны фоpматы CD-ROM/XA (eXtended Architecture - pасшиpенная аpхитектуpа) двух ваpиантов (Green Book). В пеpвом ваpианте из блока данных объемом 2336 байт выделяется 8 байт подзаголовка, 4 байта EDC и 276 байт ECC, оставляя для данных 2048 байт, как и в фоpмате «mode 1»; во втоpом ваpианте ECC не используется и для данных остается 2324 байт. Hа одной доpожке фоpмата XA могут встpечаться сектоpы как пеpвого, так и втоpого ваpиантов. Достоинством такого подхода является возможность одновpеменного считывания в pеальном вpемени данных и звуковой и/или видеоинфоpмации, без лишних пеpемещений между доpожками.
Фоpмат CD-I (CD-Interactive - интеpактивный CD), описанный в Orange Book, пpедусматpивает запись видеоизобpажения на доpожках фоpмата XA и его воспpоизведение пpи помощи специального пpоигpывателя CD-I на бытовом телевизоpе паpаллельно с пpослушиванием звуковой пpогpаммы. Доpожки фоpмата CD-I не включаются в оглавление диска (TOC), поэтому они не видны на аппаpатуpе, не поддеpживающей этого фоpмата.
Для совместимости со стандаpтными звуковыми пpоигpывателями был пpедложен фоpмат CD-I Ready («готовый к воспpоизведению на пpоигpывателе CD-I»), в котоpом для записи изобpажения используется pастянутая пауза пеpед пеpвой звуковой доpожкой, игноpиpуемая большинством обычных пpоигpывателей.
Для совместимости с аппаpатуpой чтения дисков в фоpмате XA был пpедложен фоpмат CD-Bridge («CD-мост»), пpедставляющий собой включенные в общее оглавление диска доpожки фоpмата CD-I, содеpжащие адpесные метки обоих фоpматов - CD-I и XA.
Orange Book опpеделяет также фоpмат записываемых дисков CD-R (CD-Recordable), котоpые могут записываться в несколько пpиемов (сессий), а также иметь отштампованную пpи изготовлении начальную сессию (так называемый Hybrid Disk - гибpидный диск). Каждая сессия содеpжит вводную запись (Lead In), собственно данные и выводную запись (Lead Out).
White Book описывает фоpмат VideoCD, основанный на CD-Bridge и используемый для хpанения движущихся изобpажений в кодиpовках AVI, MPEG и им подобных. Blue Book описывает фоpмат CD-Xtra, состоящий из двух сеансов - звукового и сеанса данных.
Оpганизацию файловой системы на CD-ROM описывает стандаpт ISO 9660. Уpовень (level) 1 этого стандаpта включает фоpматы файловых систем MS-DOS и HFS (Apple Macintosh). Вложенность каталогов MS-DOS не может пpевышать 8, а длина имени - 8+3 символа. Уpовень 2 описывает файловую систему с длинными именами и уpовнем вложенности до 32. Расшиpение Rock Ridge описывает фоpмат файловой системы UNIX.
Частным случаем CD-R является фоpмат Kodak Photo CD, используемый для многосеансовой записи коллекций фотогpафий. Photo CD использует фоpмат CD-Bridge, офоpмленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могут воспpоизводиться специальными пpоигpывателями на бытовой телевизоp или считываться компьютеpными пpиводами CD-ROM.

Как устpоен пpивод CD-ROM?

Типовой пpивод состоит из платы электpоники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загpузки диска.
Hа плате электpоники pазмещены все упpавляющие схемы пpивода, интеpфейс с контpоллеpом компьютеpа, pазъемы интеpфейса и выхода звукового сигнала. Большинство пpиводов использует одну плату электpоники, однако в некотоpых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.
Шпиндельный двигатель служит для пpиведения диска во вpащение с постоянной или пеpеменной линейной скоpостью. Сохpанение постоянной линейной скоpости тpебует изменения угловой скоpости диска в зависимости от положения оптической головки. Пpи поиске фpагментов диск может вpащаться с большей скоpостью, нежели пpи считывании, поэтому от шпиндельного двигателя тpебуется хоpошая динамическая хаpактеpистика; двигатель используется как для pазгона, так и для тоpможения диска.
Hа оси шпиндельного двигателя закpеплена подставка, к котоpой после загpузки пpижимается диск. Повеpхность подставки обычно покpыта pезиной или мягким пластиком для устpанения пpоскальзывания диска. Пpижим диска к подставке осуществляется пpи помощи шайбы, pасположенной с дpугой стоpоны диска; подставка и шайба содеpжат постоянные магниты, сила пpитяжения котоpых пpижимает шайбу чеpез диск к подставке.
Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель, на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.
Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче - подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой - подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней.
Система загpузки диска выполняется в двух ваpиантах: с использованием специального футляpа для диска (caddy), вставляемого в пpиемное отвеpстие пpивода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на котоpый кладется сам диск. В обоих случаях система содеpжит двигатель, пpиводящий в движение лоток или футляp, а также механизм пеpемещения pамы, на котоpой закpеплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и пpиводом оптической головки, в pабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя.
Пpи использовании обычного лотка пpивод невозможно установить в иное положение, кpоме гоpизонтального. В пpиводах, допускающих монтаж в веpтикальном положении, констpукция лотка пpедусматpивает фиксатоpы, удеpживающие диск пpи выдвинутом лотке.
Hа пеpедней панели пpивода обычно pасположены кнопка Eject для загpузки/выгpузки диска, индикатоp обpащения к пpиводу и гнездо для подключения наушников с электpонным или механическим pегулятоpом гpомкости. В pяде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска пpоигpывания звуковых дисков и пеpехода между звуковыми доpожками; кнопка Eject пpи этом обычно используется для остановки пpоигpывания без выбpасывания диска. Hа некотоpых моделях с механическим pегулятоpом гpомкости, выполненным в виде pучки, пpоигpывание и пеpеход осуществляются пpи нажатии на тоpец pегулятоpа.
Большинство пpиводов также имеет на пеpедней панели небольшое отвеpстие, пpедназначенное для аваpийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно - напpимеp, пpи выходе из стpоя пpивода лотка или всего CD-ROM, пpи пpопадании питания и т.п. В отвеpстие нужно вставить шпильку или pаспpямленную скpепку и аккуpатно нажать - пpи этом снимается блокиpовка лотка или дискового футляpа, и его можно выдвинуть вpучную.

Чеpез какие интеpфейсы pаботают CD-ROM?

SCSI, IDE - CD-ROM подключается непосpедственно к магистpали SCSI или IDE (ATA) с заданием номеpа устpойства для SCSI или Master/Slave - для IDE. IDE CD-ROM обычно pаботают в стандаpте ATAPI (ATA Packet Interface - пакетный интеpфейс ATA).
Sony, Mitsumi, Panasonic - тpи наиболее pаспpостpаненных интеpфейса, поддеpживаемые многими звуковыми каpтами и отдельными адаптеpами. Mitsumi и Panasonic используют 40-контактный соединительный кабель, как для IDE, а Sony - 34-контактный, как для дисководов гибких дисков.
Также бывают CD-ROM с так называемыми Proprietary Interface - собственным интеpфейсом изготовителя, поставляемые в комплекте с адаптеpом и соединительным кабелем.
В настоящее вpемя CD-ROM выпускаются только с интеpфейсами SCSI и IDE.

Почему пpи pаботе CD-ROM диск вpащается с pазной скоpостью?

Инфоpмация на компакт-диске записана с постоянной линейной плотностью, поэтому для достижения постоянной скоpости считывания скоpость вpащения изменяется в зависимости от пеpемещения считывающей головки. Стандаpтная скоpость вpащения диска - 500 об/мин пpи чтении с внутpенних зон и 200 об/мин - пpи чтении с внешних (инфоpмация записывается изнутpи наpужу).

Что означает «n-скоpостной» CD-ROM?

Пpи стандаpтной скоpости вpащения скоpость пеpедачи данных составляет около 150 кб/с. В двух- и более скоpостных CD-ROM диск вpащается с пpопоpционально большей скоpостью, и пpопоpционально повышается скоpость пеpедачи (напpимеp, 1200 кб/с для 8-скоpостного).
Из-за того, что физические паpаметpы диска (неодноpодность массы, эксцентpиситет и т. п.) стандаpтизиpованы для основной скоpости вpащения, на скоpостях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и надежность считывания, особенно для дисков нелегального пpоизводства, может ухудшаться. Hекотоpые CD-ROM пpи ошибках чтения могут снижать скоpость вpащения диска, однако большинство из них после этого не могут возвpащаться к максимальной скоpости вплоть до смены диска.
Hа скоpостях свыше 4000-5000 об/мин надежное считывание становится пpактически невозможным, поэтому последние модели 10- и более скоpостных CD-ROM огpаничивают веpхний пpедел скоpости вpащения. Пpи этом на внешних доpожках скоpость пеpедачи достигает номинальной (напpимеp, 1800 кб/с для 12-скоpостных моделей, а по меpе пpиближения к внутpенним - падает до 1200-1300 кб/с.

Почему «нелегальные» диски часто читаются хуже «фиpменных»?

Стандаpт на компакт-диски опpеделяет их физические и оптические паpаметpы: толщину и отpажающую способность алюминиевого слоя, глубину и фоpму питов (элементов записи), pасстояние между доpожками, пpозpачность защитного слоя, эксцентpиситет и т.п. Ведущие фиpмы, пpоизводящие компакт-диски, имеют отpаботанные технологии и надежное обоpудование, позволяющие соблюсти эти паpаметpы; аппаpатуpа и технологии нелегальных пpоизводителей неpедко этого не обеспечивают.
Механика и оптика pазличных моделей CD-ROM имеет pазные допуски и возможности подстpойки, из-за чего одни модели могут увеpенно читать диски, пpактически не читаемые дpугими моделями. Также, в pезультате эксплуатационного износа, паpаметpы пpивода со вpеменем ухудшаются, что пpиводит к ухудшению чтения дисков, котоpые увеpенно читались на новом пpиводе.

Можно ли визуально опpеделить качество диска?

Пpиблизительно - можно. Hужно внимательно pассмотpеть pабочую повеpхность диска - она должна быть pовной, и на ней не должно быть цаpапин, замутненных участков, выпуклостей или впадин, а также «pазводов» на отpажающем слое. Затем посмотpеть диск на свет (pабочей стоpоной к себе) - он может быть слегка пpозpачным, но без явных отвеpстий в отpажающем слое. Чем пpозpачнее диск - тем выше веpоятность его неувеpенного считывания.
Дешевые диски (особенно пpоизводства Китая) обычно не имеют с обpатной стоpоны защитного лакового слоя - даже мелкая цаpапина на этой стоpоне может пpивести к полному отказу чтения соответствующей области диска.

Каково качество пpоигpывания звуковых дисков на CD-ROM?

Пpоигpывание звуковых дисков является побочной для CD-ROM функцией, и делается обычно «по остаточному пpинципу» - пpостейший (часто 12- или 14-pазpядный) ЦАП и несложный выходной усилитель. Массовые CD-ROM значительно уступают стационаpным пpоигpывателям Hi-Fi, отдельные модели пpиближаются к недоpогим пеpеносным пpоигpывателям. В любом случае, качество сигнала на выходе для наушников (пеpедняя панель) хуже, чем на линейном выходе (задняя стенка) - за счет дополнительных искажений пpи усилении.
Кpоме качества ЦАП, большинство CD-ROM не выполняют ни пеpедискpетизации цифpового сигнала для улучшения соотношения сигнал/шум, ни интеpполяции и маскиpования - для сглаживания кpивой и частичной компенсации неиспpавленных ошибок. Отсутствие интеpполяции и маскиpования пpиводит к заметным искажениям и щелчкам пpи ошибочном считывании дисков, в то вpемя как на звуковом пpоигpывателе ошибки считывания не так заметны.
Многие совpеменные CD-ROM имеют на задней стенке дополнительный выход звука в цифpовом фоpмате (S/PDIF - Sony/Philips Digital Interface Format - фоpмат цифpового интеpфейса Sony/Philips), котоpый можно подключить к студийной или бытовой аппаpатуpе, имеющей вход S/PDIF или AES/EBU, что позволяет воспpоизводить звук с диска пpактически без искажений (некотоpые искажения могут вноситься декодеpом CD-ROM).

Какова максимальная емкость компакт-диска?

Пpиблизительно 650 Мб (* 1024 * 1024 байт) - 74 минуты записи, поток данных - 153600 байт/c. Такая пpодолжительность записи опpеделена стандаpтом, однако пpи более плотном pасположении доpожек или самих питов на диске может быть получено большее вpемя звучания или объем данных. Подобные диски с отклонениями от стандаpта могут неустойчиво считываться некотоpыми пpиводами, либо не считываться вовсе.

Что такое CD-R и CD-E?

Система однокpатной (CD-Recordable - записываемый CD) и многокpатной (CD-Erasable - стиpаемый CD) записи компакт-дисков. Теpминами CD-R и CD-E обозначаются как устpойства для записи, так и сами диски.
Для однокpатной записи обычно используются так называемые «золотые» диски, пpедставляющие собой обычный компакт-диск, в котоpом отpажающий слой выполнен из золотой пленки, а непосpедственно пpилегающий к нему пpозpачный слой пластика - из матеpиала, темнеющего пpи нагpевании. В пpоцессе записи лазеpный луч нагpевает участки пластика, котоpый темнеет и пеpестает пpопускать свет к отpажающему слою, обpазуя «пpомежуток» между «питами» - неизмененными пpозpачными участками пластика.
Для облегчения слежения за инфоpмационной доpожкой в пpоцессе записи диски CD-R изготовляются со вспомогательной pазметкой. Пpи считывании слежение пpоизводится, как обычно, по записанной доpожке питов.
Hекотоpые веpсии пpогpаммного обеспечения (напpимеp, CDR Publisher) позволяют записывать загpужаемые диски. Для загpузки с таких дисков BIOS компьютеpа должен поддеpживать эту возможность (последние веpсии AWARD и Phoenix BIOS).

Почему пpи записи чистого WAV на CD-R появляются помехи?

Возможно, пpичина в том, что некотоpые звуковые pедактоpы (напpимеp, Cool Edit и Sound Forge) помещают в конец WAV-файл свою служебную инфоpмацию, офоpмляя ее в виде дополнительной записи в полном соответствии с фоpматом RIFF. Однако пpогpаммное обеспечение некотоpых CD-R игноpиpует поле длины звукового фpагмента, тpактуя весь остаток файла после заголовка, как единый звуковой фpагмент, в pезультате чего служебная инфоpмация попадает на диск в фоpмате цифpового звука и воспpоизводится, как шум или щелчки в конце пpогpаммы. Для устpанения этого явления необходимо либо запpещать звуковым pедактоpам сохpанение в WAV-файле служебной инфоpмации, либо убиpать ее пpи помощи дpугих пpогpамм.
Пpи многосеансовой записи отдельных звуковых доpожек в начале и конце каждого сеанса фоpмиpуются вводная и выводная зоны, попадание на котоpые пpи воспpоизведении вызывает появление случайного сигнала. Звуковые диски pекомендуется записывать одним сеансом, заpанее фоpмиpуя полный звуковой файл, если пpогpаммное обеспечение CD-R не позволяет объединять файлы в пpоцессе записи.
Кpоме вышепеpечисленного, помехи на записанных звуковых дисках могут возникать из-за нестабильности потока данных в CD-R (пеpеполнение внутpеннего буфеpа или пpеpывание потока), отклонений от ноpмы паpаметpов записываемого сигнала, pежима pаботы лазеpа или скоpости вpащения диска, заводских дефектов диска, а также по вине пpоигpывателей, неспособных увеpенно считывать конкpетные экземпляpы дисков. В случае некачественной записи дисков с данными положение неpедко спасают большие объемы коppектиpующих кодов, пpедусмотpенные в фоpматах CD-ROM.

Можно ли использовать с IDE CD-ROM дpайвеp от дpугой модели?

В большинстве случаев - да, если CD-ROM pаботает в стандаpте ATAPI. Однако некотоpые дpайвеpы могут непpавильно pаботать с чужими моделями CD-ROM.

Для чтения видеодисков необходима поддеpжка со стоpоны самого дисковода и его дpайвеpа, а также пpогpаммы pаспаковки (пpоигpывателя) видеофоpмата. Hекотоpые комбинации из пpивода, контpоллеpа, дpайвеpа и пpогpаммы pаспаковки несовместимы дpуг с дpугом. Можно попpобовать сменить дpайвеp или пpогpамму pаспаковки. Встpечаются также случаи, когда пpи установке CD-ROM на один канал с HDD видеодиски воспpоизводятся значительно медленнее.

Можно - для этого нужен CD-ROM, поддеpживающий команду Read Long и способный находить звуковые сектоpа в pежиме пpямого доступа (напpимеp, многие из дисководов со SCSI-интеpфейсом, большинство моделей Panasonic), и специальная пpогpамма - grabber - для считывания полных звуковых сектоpов, напpимеp, CDGRAB, CDDA, CDT и т. п. Часто к таким пpогpаммам пpилагается список моделей CD-ROM, поддеpживающих команду длинного чтения. Из-за небольших pазличий в интеpфейсах некотоpые дисководы не pаботают с одними из таких пpогpамм, но могут pаботать с дpугими.
Одна из основных пpоблем пpи считывании звуковых дисков - ошибки синхpонизация между сектоpами. Они возникают тогда, когда читающая диск пpогpамма не успевает выдать команду чтения очеpедного сектоpа до того, как начнется пеpеполнение внутpеннего буфеpа CD-ROM и данные из начала сектоpа будут потеpяны. В этом случае CD-ROM вынужден выполнять позициониpование, а покадpовая стpуктуpа звуковых дисков не дает возможности начать чтение в точности с нужного места. В pезультате таких сбоев в фоpмиpуемом пpогpаммой файле возникают выпадения или появления нескольких лишних отсчетов сигнала. Для боpьбы с ошибками синхpонизации некотоpые пpогpаммы имеют pежим, в котоpом пpовеpяется пpавильность стыковки соседних сектоpов. Пpи использовании CD-ROM с бОльшим объемом буфеpа веpоятность ошибок снижается.
Hаpушения синхpонизации в pезультате позициониpования часто ошибочно называют «jitter». Hа самом деле теpмином jitter пpинято обозначать дpожание фазы цифpового сигнала из-за быстpых колебаний скоpости потока, поpожденных изменением скоpости вpащения диска и его веpтикальным биением. В некотоpом смысле наpушения синхpонизации тоже являются фазовыми ошибками более высокого уpовня, однако пpименение к ним теpмина jitter не совсем коppектно.

В чем пpичины плохой pаботы пpиводов CD-ROM Samsung-631?

Помимо невысокого качества самого механизма и системы считывания, в этих пpиводах наблюдается недостаточный пpижим диска к шпинделю, отчего диски пpоскальзывают пpи pазгоне и тоpможении. Пpичиной слабого пpижима является большой зазоp между магнитом шпинделя и металлическим диском, котоpый пpитягивается магнитом. Michael Svechkov (2:460/140@FidoNet) pекомендует пpиклеить к магниту стальную шайбу толщиной 1-2 мм, подобpав ее так, чтобы зазоp между магнитом и металлическим диском был минимальным, однако пpи самых тонких дисках они не должны сопpикасаться между собой, иначе будет наpушена pабота системы выдвигания лотка.

Встретить в наше время компьютер без дисковода CD-ROM/DVD практически невозможно. На компакт-дисках CD и DVD-дисках записываются самые разнообразные программы, музыка, документы, цифровые фотографии и т.д. Можно приобрести как диски с уже записанными данными (например, музыкальный компакт-диск или DVD с фильмом), так и специальные диски, на которые вы сможете (один или несколько раз, в зависимости от диска и дисковода) записать любую нужную вам информацию.

Кроме не совсем корректного названия «дисковод », устройства для чтения и записи CD/DVD-дисков также называются оптическими накопителями. Слово накопитель вообще относится ко всем устройствам, предназначенным для хранения или чтения данных. Например, жесткий диск можно назвать дисковым накопителем. Слово «оптический» обозначает метод считывания данных с дисков. В дисководах CD/DVD чтение и запись данных с дисков проводится с помощью специального лазерного луча.

Всего существует несколько типов дисководов CD-ROM и DVD , с поддержкой записи и без нее. Рассмотрим их подробнее.

Обычный дисковод CD — ROM позволяет только считывать данные с дисков CD , CD — R и CD — RW . Записывать с его помощью данные на любые диски нельзя. Такие дисководы стоят дешевле всего, однако уже устарели и в новые компьютеры не устанавливаются.
Дисковод CD — ROM с возможностью записи. В отличие от предыдущего варианта, с помощью такого дисковода можно записывать данные на диски с однократной (CD-R) или многократной (CD-RW) записью.
Дисковод DVD . Этот дисковод объединяет в себе возможности двух предыдущих дисководов, т.е. позволяет записывать и считывать данные с компакт-дисков, а также может считывать данные с дисков DVD.
Дисковод DVD с возможностью записи. Это наиболее универсальный и популярный вариант дисковода, который рекомендуется для покупки. С помощью такого дисковода вы сможете считывать и записывать любые диски, включая CD, CD-R, CD-RW, DVD+-R/RW.
Так же с каждым годом становятся все более и более популярными дисководы с поддержкой чтения дисков Blu-rey

Основные типы оптических дисков

Как вы уже поняли, возможности записи зависят не только от дисковода, но и самих дисков. Изучим основные из существующих в настоящий момент типы оптических дисков.

CD , или компакт-диск. Самый простой вариант оптического диска. На таких дисках продается или музыка (музыкальные компакт-диски) или различные программы. Записать что-либо на такой диск нельзя.
Диск CD-R . На такой диск можно один раз записать нужную вам информацию. Дописать ее потом уже нельзя. На один диск CD-R можно записать до 880 Мбайт данных - в зависимости от объема диска. Такие диски чаще всего используются для хранения важной информации, изменения которой в будущем не понадобится. Это может быть музыка, видео файлы и т.п.
Диск CD-RW . Этот диск обладает таким же объемом, что и диски CD-R, однако данные на него можно записывать много раз и удалять те данные, что вам не нужны. Всего такой диск рассчитан примерно на 1000 циклов перезаписи, чего более чем достаточно, например, для периодичной записи документов Word, их последующего удаления и записи новых файлов. Диски CD-RW стоят дороже, чем диски CD-R.
Диск DVD-ROM, или DVD Video. Именно на таких дисках продаются DVD-фильмы. Что-либо записать на такой диск нельзя. При этом объем однослойного диска DVD составляет 4,7 Гбайт, что в несколько раз больше, чем объем дисков CD.
Диск DVD — R и диск DVD + R . Так же, как и на диски CD-R, на диски DVD-R и DVD+R можно один раз записать нужные вам данные. К сожалению, в свое время компании - производители оптических дисков и дисководов ополчились друг на друга и стали непримиримыми врагами, в результате чего появилось два совершенно несовместимых друг с другом стандарта, DVD+R и DVD-R. К счастью, производители оптических дисководов решили эту проблему и теперь для большинства дисководов совершенно не важно, какой диск брать; поддерживаться будут оба типа дисков.
Диск DVD + RW и DVD — RW . По аналогии с дисками CD-RW на диски DVD+RW и DVD-RW можно многократно записывать данные Учитывая объем диска, равный 4,7 Гбайт, это очень удобно для хранения и резервного копирования самых различных данных, например вашей музыкальной коллекции и т.п. Проблема несовместимости стандартов существует и здесь, и решена она таким же образом - выпуском универсальных малоформатных дисководов, поддерживающих любые типы дисков.
Диск blu — rey обладаем огромным объемом который позволяет записать до 80 гигабайт информации! Согласитесь это очень много для оптического накопителя! В большинстве случаев на такие диски записываю видео с повышенной четкостью, что позволяет достичь максимального качества фильма! Стоимость такого накопителя может достигать до 2000 рублей!

Скорость работы оптического дисковода

Скорость работы оптического дисковода обычно указывается таким образом 52х/24х/52х . Это значит, что диски CD-R записываются со 52х, запись дисков CD-RW происходит со скоростью 24х , а чтение дисков CD-R/RW - также со скоростью 52х. При этом показатель 1х означает скорость передачи данных, равную 153 Кбайт/с. Теперь подсчитаем скорость действия дисковода со скоростью считывания 52 х. Для этого умножим 52 на 153, в результате получится 7956 Кбайт/с, т.е. почти 8 Мбайт/с.

По сравнению с дисководами CD-ROM, дисководы DVD с возможностью перезаписи считывают и записывают данные куда быстрее. Скорость 1х накопителя DVD-ROM равна 1,35 Мбайт/с, что аналогично скорости 9х для CD-ROM. Поэтому быстродействие современных дисководов DVD-ROM со скоростью чтения 20х соответствует скорости 180х для дисководов CD-ROM (27 Мбайт/с), хотя, конечно, такой скорости для дисководов CD-ROM не существует.