Компьютер, периферийные устройства, устройства информационного обмена - 10) Накопители информации на компакт-дисках

E-mail Печать PDF
Рейтинг пользователей: / 25
ХудшийЛучший 
Индекс материала
Компьютер, периферийные устройства, устройства информационного обмена
1) Компьютер
2) Основные характеристики (разрядность, адресное пространство, быстродействие и другое) процессора компьютера.
3) Архитектура процессора
) Организация и основные характеристики оперативной памяти компьютера
5) Клавиатура и манипуляторы (мышь, тачпад, трекбол, трекпойнт, джойстик)
6) Мониторы
7) Видеоадаптеры
8) Накопители информации на гибких магнитных дисках
9) Накопители информации на жестких магнитных дисках
10) Накопители информации на компакт-дисках
11) Устройства для ввода и вывода звуковой информации (звуковые адаптеры)
13) Дигитайзеры. Световое перо
14) Принтеры. Плоттеры (графопостроители)
15) Сканеры
16) Накопители информации на магнитных лентах
17) Модемы
21) Современная телефония, сотовая связь
Все страницы
10) Накопители информации на компакт-дисках

 

Назначение. Устройство. Физические принципы записи и считывания информации. Логические принципы организации информации. Интерфейс с компьютером. Типовые параметры (ёмкость, быстродействие и другое)

Характеристика CD

В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Принцип работы этих дисков - оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. В компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, <впадина> - как ноль. Вот некоторые технические параметры компакт-дисков:

1) Рабочая длина волны лазера - 780 нм

2) Диаметр компакт-диска - 120 мм

3) Толщина диска - 1,2 мм

4) Объем диска - 650 Мб (74 мин аудио), 700/80, 800/90

5) Вес 14-33 г

Информационный рельеф диска представляет собой непрерывную спиральную дорожку в направлении от центра, состоящую из чередующихся углублений (pits) и участков поверхности (lands). Фактически CD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой. Интервал между витками - 1,6 мкм, ширина пита - 0,5 мкм, глубина - 0,125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина - 0,83 мкм.

Различают три типа CD:

- CD-Read Only Memory (только для чтения)

- CD-Recordable (записываемые)

- CD-ReWritable (перезаписываемые)

CD-ROM состоит из 3 слоев:

- основной (подложка)

прозрачный поликарбонат, на котором методом прессования формируется информационный рельеф

- отражающий

на рельефную сторону подложки напыляется металлический отражающий слой толщиной 0,1 микрона из алюминия, золота, серебра или других металлов и сплавов.

- защитный

отражающий слой покрывается защитным слоем поликарбоната или лака толщиной 200 микрон, принимающий ту же форму углублений, для предотвращения контакта металлической поверхности с внешней средой

CD-R состоит из 4 слоев:

- основной (подложка)

на нём нанесена спиральная канавка, задающая пусть  для лазерной головки

- отражающий

вместо алюминия на CD-R используется золото, которое создает хорошо отражающую поверхность и обеспечивает высокую стойкость против коррозии

- среда для записи

выполнена из органического красителя

- защитный

CD-RW состоит из 4 слоев:

- основной (подложка)

- отражающий

- среда для перезаписи

аморфное вещество

- защитный

Логические принципы организации информации

Рассмотрим формат компакт-диска. Поверхность диска разделена на области:

1) PCA (Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.

2) PMA (Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.

3) Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда.

4) Область данных (Program Area, User Data Area).

5) Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1?5 минуты, 13,5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе. Символы отделяются 3-битными промежутками (сливающие разряды), выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд. Такая система называется модуляция 8-14 - EFM (Eight-to-Fourteen Modulation). Таким образом, на 8 бит хранимой информации приходится один 17-битный шаблон.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

1) Синхронизация (24 бита носителя)

2) Символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)

3) 12 символов данных

4) 4 символа контрольного кода

5) 12 символов данных

6) 4 символа контрольного кода

Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352 информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time - мин : сек : доли (доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается с начала области данных, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала. Используются субканалы:

1) P - маркировка окончания дорожки (min - 150 секторов) и начала следующей (min -  150 секторов).

2) Q - дополнительная информация о содержимом дорожки:

- число каналов;

- данные или звук;

- можно ли копировать;

- признак частотных предыскажений.

Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов до всего диска. На диске может быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:

1) Пауза - только информация субканалов, нет пользовательских данных

2) Pre-gap (предзазор) - начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет <отстроиться> от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека

3) Post-gap (постзазор) - конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровой трек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержит предзазора.

Физические принципы считывания информации

Вся считывающая система состоит из оптической головки и механизма ее позиционирования. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного светодиода с длиной волны около 780 нм, система фокусировки (набор подвижных линз) лазерного пучка, фотоприемник и предварительный усилитель. Механизм позиционирования головки имеет собственный двигатель.

При считывании информации с диска луч лазера, проходящий через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой. Отраженный луч регистрируется фотоприемником. Ни в одной точке лазерное считывающее устройство данных не касается поверхности диска. Основная идея состоит в том, что лазерному лучу требуется определенное время, чтобы возвратиться после отражения от выступа, но большее время требуется, когда он попадает во впадину и отражается обратно. Глубина впадины выбирается равной четверти длины волны света, излучаемого лазером. Если отражение от впадины компенсирует отражение от выступа (два луча находятся в противофазе), это указывает на переход из одного состояния в другое. Такие переходы, сигнализируемые началом и концом впадины, соответствуют двоичным единицам. Если нет перехода, т. е. если два последовательных отражения происходят только от впадины или только от выступа, то эта ситуация соответствует двоичному нулю. Для распознавания отдельных нулей используется механизм самоконтроля времени - микроконтроллер CD-ROM может вырабатывать регулярные во времени сигналы, синхронизированные со скоростью диска. Итак, по зарегистрированному фотоприемником сигналу определяется прохождение оптической головки над впадинами и промежутками, а также проверяется качество фокусировки пятна лазерного луча на поверхности диска и его ориентации по центру дорожки (дорожки ведь расположены по спирали). При нарушении фокусировки линза перемещается, что позволяет вновь сфокусировать лазерный пучок точно на поверхности диска. При отклонении луча от центра дорожки перемещается вся оптическая головка - по радиусу диска. На выходе фотоприемника получается цифровой поток, состоящий из бит, который после декодирования EFM (отделение субканалов, исправление ошибок), представляет собой исходный поток данных.

Физические принципы записи информации

Основные принципы работы CD-ROM и CD-R одинаковы, однако в CD-R используется сильнее сфокусированный и более интенсивный лазерный луч, способный прожигать слой красителя. В процессе записи луч лазера нагревает краситель, выбивая шаблон данных на диске. В местах нагрева краситель вспучивается, образуя холмики, продавливающие слой золота. Образующиеся холмики соответствуют впадинам на стандартных CD-ROM. Лазерный луч отклоняется при попадании в них, и холмики CD-R читаются так же, как и впадины CD-ROM. На накопитель CD-R можно записать информацию единожды.

Физические принципы перезаписи информации

В диске CD-RW имеется чувствительный слой из вещества, которое в твердом состоянии может иметь два типа внутренней структуры - кристаллический и аморфный, причем в первом случае эта субстанция прозрачнее, чем во втором. Позади чувствительного слоя находится отражающий, так что при чтении лазерный луч отражается от кристаллических участков сильнее, чем от аморфных - вот и последовательность светлых и темных точек, в которой кодируются данные.

Чтобы сделать участок чувствительного слоя <темным>, его быстро нагревают мощным лазерным лучом (при этом кристаллическая решетка разрушается), который затем отключают, чтобы вещество остыло в аморфном состоянии. Чтобы сделать этот участок <светлым>, его опять-таки прогревают лазером, но до более низкой температуры, причем медленно, постепенно наращивая мощность луча, а затем так же постепенно снижая ее. При этом кристаллическая решетка восстанавливается, и чувствительный слой снова становится прозрачным. Новая запись записывается поверх старой в один проход. CD-RW рассчитаны на многократное использование, до 1000 раз, как убеждают производители.

Типовые параметры

1) Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации (скорость передачи данных) с лазерного диска благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity) - постоянная угловая скорость. В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной, на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4,0 - 7,8 Мб/с), чем на внутренних (2,0 - 3,5 Мб/с). Сегодняшние максимальные скорости приводов (до 58x) рассчитываются исходя из отношения к стандартной единице, равной x = 150 Кб/с. Для высокоскоростных приводов частота вращения превышает 10000 оборотов минуту.

2) Диски CD-R имеют срок службы в несколько раз больший (до 100 лет и более), чем CD-ROM (10-25 лет) в связи с тем, что алюминий больше подвержен коррозии, чем золото. CD-RW считают самым ненадежным накопителем.

3) Время доступа - время, необходимое для точного определения положения требуемого бита информации и его извлечения (не менее 145 мс).

4) Размер буфера - размер кэш-памяти, в которую считываются файлы перед их передачей (до 1 Мб).

Интерфейс с компьютером

SCSI - стандартный высокоскоростной параллельный интерфейс

IDE - интерфейс для накопителей, в котором контроллер находится в самом устройстве, имеет ряд преимуществ, таких как упреждающее кэширование, повышающее общее быстродействие.

Новый формат - DVD (Digital Video Disk)

DVD - оптические диски, подобны CD. DVD может существовать в нескольких модификациях:

1) Отличается от CD только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 Гб.

2) Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то суммарная емкость составляет 8,5 Гб. Если же использовать двухсторонний двухслойный диск, то его емкость составит 17 Гб!

Каким образом достигается столь значительное увеличение объема:

1) Повышенная плотность записи информации за счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (780 нм) в красный (650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива достигается более чем двукратное уплотнение дорожек (0,74 мкм против 1,6 мкм) и укорочение длины впадин (0,4 мкм против 0,83 мкм)

2) Применение новой кодировки EFM- (вместо 17 бит, байт кодируется 16 битами)


 

Добавьтe Ваш комментарий

Ваше имя (псевдоним):
Ваш адрес почты:
Заголовок:
Комментарий: