Принцип
работы дисковода
CD-ROM
Принцип
работы дисковода
напоминает
принцип работы
обычных дисководов
для гибких
дисков. Поверхность
оптического
диска (CD-ROM)
перемещается
относительно
лазерной головки
постоянной
линейной скоростью,
а угловая скорость
меняется в
зависимости
от радиального
положения
головки. Луч
лазера направляется
на дорожку,
фокусируясь
при этом с помощью
катушки. Луч
проникает
сквозь защитный
слой пластика
и попадает на
отражающий
слой алюминия
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 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 нули слабое
- в единицы. Таким
образом ямки
воспринимаются
дисководом
как логические
нули, а гладкая
поверхность
как логические
единицы
Производительность
дисководов
CD-ROM.
Производительность
CD-ROM
обычно
определяется
его скоростными
характеристиками
при непрерывной
передаче данных
в течение некоторого
промежутка
времени и средним
временем доступа
к данным, измеряемыми
соответственно
в Кбайт/с и мс.
Существуют
одно-, двух-, трех-,
четырех-, пяти,
шести и восьмискоростные
дисководы,
обеспечивающие
считывание
данных со скоростью
150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с
соответственно.
В настоящий
момент рапространены
двух- и четырехскоростные
дисководы. В
общем случае
дисководы с
четырехкратной
скоростью
обладают более
высокой
производительностью,
однако оценить
чистое преимущество
дисковода с
четырехкратной
скоростью по
сравнению с
дисководом
с удвоенной
скоростью
бывает не так
просто. Прежде
всего это зависит
от того с какой
операционной
системой и с
каким типом
приложения
ведется работа.
При высокой
интенсивности
повторяющегося
доступа к CD-ROM
и считывании
небольшого
количества
данных (например
при работе с
базами данных)
“импульсная”
скорость считывания
информации
приобретает
важное значение.
Например, по
данным журнала
InfoWorld,
производительность
дисководов
с четырехкратной
скоростью, по
сравнению с
дисководами
с удвоенной
скоростью, в
случае операции
доступа к базе
данных в среднем
повышается
вдвое. В случае
простого копирования
данных выигрыш
составляет
от 10 до 30%. Однако
наибольшее
преимущество
получется при
работе с полноформатным
видео.
Для повышения
производительности
дисководов
их снабжают
буферной памятью
(стандартные
объемы кэша:
64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). 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.
Например, согласно
требованиям
стандарта MPC
уровня 2 накопитель
CD-ROM
удвоенной
скоростью
должен занимать
не более 60% ресурсов
ЦП.
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.
Конструктивные
особенности
приводов CD-ROM
Как известно,
большинство
накопителей
бывают внешними
и встраиваемыми
(внутренними).
Приводы компакт-дисков
в этом смысле
не являются
исключением.
Большинство
предлагаемых
в настоящее
время накопителей
CD-ROM являются
встраиваемыми.
Внешний накопитель
стоит заметно
дороже. Это
легко объяснимо,
так как в этом
случае накопитель
имеет собственный
корпус и источник
питания. Форм-фактор
современного
всраиваемого
привода CD-ROM определяется
двумя параметрами:
половинной
высотой (Half-High, HH) и
горизонтальным
размером 5.25 дюйма.
На передней
панели каждого
накопителя
имеется доступ
к механизму
загрузки
компакт-диска.
Одним из самых
распространенных
является механизм
загрузки CD-ROM с
помощью caddy. Caddy
представляет
из себя пластмассовый
прозрачный
контейнер, в
который кладется
компакт-диск
перед загрузкой
непосредственно
в привод. Другим
способом является
загрузка с
помощью tray-механизма.
Tray-механизм
действительно
похож на поднос,
который выдвигается
из накопителя
обычно после
нажатия кнопки
Eject. На него устанавливается
компакт-диск,
после чего
“поднос” в
накопитель
задвигается
в ручную. Существуют
разновидности
tray-механизма,
например pop-up. В
этом случае
загрузка диска
на ”подносе”
происходит
полуавтоматически,
после легко
касания.
На передней
панели привода,
кроме того,
расположены:
индикатор
работы устройства
(busy), гнездо для
подключения
головных телефонов
или стереосистемы
(для прослушивания
аудио дисков),
регулятор
громкости звука
(также для аудиоCD).
Для системы
caddy предусмотренно
также отверстие,
с помощью которого
можно извлечь
компакт-диск
даже в аварийной
ситуации, например,
если даже не
срабатывает
кнопка Eject.
Устройство
и технология
производства
CD-ROM.
Устройство
CD-ROM.
Все CD-ROM
имеют один и
тот же физический
формат изготовления
и емкость 650
Мбайт.
Диск диаметром
120 мм, толщиной
1,2 мм и центральным
отверстием
диаметром 15
мм. Центральная
область вокруг
отверстия
шириной 6 мм
называется
зоной крепления
(clamping area).
За ней непосредственно
следует заголовочная
область
(lead in area),
содержащая
оглавление
диска
(table of content).
Далее
расположена
область шириной
33 мм, предназначенная
для хранения
данных и физически
представляющая
собой единый
трек. Завершающей
является терминальная
область (lead
out) шириной
1 мм. Внешний
обод диска
шириной 3 мм.
Область
хранения данных
логически может
содержать от
1 до 99 треков,
однако разнородная
информация
не может быть
смешанна на
одном треке.
Цифровая информация
хранится на
CD-ROM
в виде
чередующихся
по ходу спирали
ямок, нанесенных
на поверхность
полиуглеродного
пластика. Ямка
воспринимается
лучом лазера
как логический
ноль, а гладкая
поверхность
как логическая
единица.
СD-ROM
изготавливается
методом штамповки.
Со
стеклянной
матрицы изготавливают
пластиковую
основу, после
этого поверх
пластика для
отражения
лазерного луча
наносится слой
алюминия, который
в свою очередь
покрывается
защитным слоем
лака. В CD-R
для
увеличения
кэффициента
отражения
лазерного луча
на пластик
наносят слой
золота, который
покрывают
красителем,
затем на краситель
наносят защитный
слой лака.
В отличии
от CD-R
запись
информации
на CD-ROM
производится
в момент его
изготовления
т.е. штамповки.
На СD-R
информация
записывается
при помощи CD
рекодера.
Луч лазера
выжигает на
“тарелке”
отверстие
колоколообразной
формы, что дает
преимущество
перед обычным
CD-ROM,
так как в такой
ямке луч лазера
рассеивается
сильнее и меньшая
часть излучения
попадает в
приемник. Однако
после записи
информации
на CD-R,
он
фактически
становится
обычным компакт
диском.
Подключение
дисководов
CD-ROM
Цифровые
интерфейсы.
В настоящее
время наиболеее
распространенными
являются SCSI
и IDE
интерфейсы.
Помимо этих
интерфейсов
существует
масса других
стандартов
конкретных
производителей
таких как Sony,
Panasonic, Mitsumi, Matsushita,
однако их роль
весьма мала.
В свою очередь
оба интерфейса
SCSI
и IDE
имеют
усовершенствованные
версии. Для
SCSI
это
SCSI-2
и Fast
SCSI-2, для
IDE
- интерфейс
EIDE.
Последний
поддерживает
два параллельных
канала и по
характеристикам
занимает
промежуточное
место между
SCSI
и IDE.
Интерфейс SCSI
по
сравнению с
IDE
в принципе
является более
быстрым по
потенциальной
скорости обмена
данными с диском,
однако реально
это не дает
преимущества,
поскольку даже
дисководы
CD-ROM
с четырехкратной
скоростью не
могут передавать
данные быстрее
700 Кбайт/с. Все
же, если учесть,
что общая концнпция
вычислений
постепенно
сдвигается
в сторону
мультизадачной
среды, когда
одновременно
требуется
доступ как к
жесткому диску,
так и к устройству
типа CD-ROM,
использование
интерфейса
SCSI
в будующем
может оказаться
более предпочтительным.
Подключение
дисководов
CD-ROM.
На сегодняшний
день существует
несколько
способов подключения
дисководов
CD-ROM. Первый
способ 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.
Другим
подходом является
применение
32- битных драйверов
дисководов
CD-ROM
вместо
используемых
в настоящее
время 16- битных.
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. На
внешней панели
дисководы
CD-ROM
(как внешние
так и внутренние),
кроме того,
имеют разъем,
для головных
телефонов
(наушников).
Если на компакт-диске
находится
аудиоинформация,
ЦАП преобразует
ее в аналоговую
форму и подает
сигнал на разъем,
предназначенный
для головных
телефонов, а
так же на выходные
аудио-разъемы
дисковода, с
которых в свою
очередь, сигнал
поступает на
усилитель и
аккустическую
систему непосредственно
или через звуковую
карту. Преимущество
активного
выхода заключается
в том, что аудиосигнал
с CD-ROM
дополнительно
обрабатывается
звуковой картой.
Одной
из основных,
встречающихся
при работе с
аудиосигналами,
проблем является
физическая
несовместимость
аудио-разъемов
для встраиваемого
дисковода
CD-ROM
и звуковой
карты. Как правило,
и дисковод, и
звуковая карта
имеют аудио-разъемы
с четырьмя
выводами ( два
стереоканала
и по одному
заземляющему
контакту для
каждого из
них). Назначение
контактов
обычно одинаково
на обоих типах
устройств,
однако, проблема
состоит в том,
что эти разъемы
могут иметь
различные
размеры. Еще
одна неприятность
связана с тем,
что, если ЦАП
конструктивно
расположен
внутри самого
дисковода, это
может негативно
отразиться
на качестве
воспроизведения
звука. В свою
очередь физическое
разделение
дисковода
CD-ROM
и ЦАП,
с которым он
работает, позволяет
избежать
дополнительных
шумов.
Стандарты
на компакт-диски.
Все стандарты
на компакт-диски
больше известны
по цветам библиотек,
в которых они
описываются.
В 1980 году была
принята серия
стандартов
под названием
Red
Book,
относящихся
к аудио компак-дискам.
Согласно
этому документу
частота дискретизации
при считывании
аудио сигналов
с диска CD-ROM
должна
быть равна 44,1
КГц. Амплитудное
разрешение
представляется
16- битной величиной.
Так как стандарт
определяет
стереозвук,
то каждую секунду
должна считываться
не одна, а две
16- битные величины.
Первый
стандарт под
названием
Yellow
Book для
компакт-дисков
с разнородной
информацией
был принят в
1985 году. Это было
одним из первых
шагов компьютерной
индустрии в
сторону технологии
мультимедиа.
Согласно этому
стандарту все
диски были
поделены на
две категории:
Mode1
и Mode2.
Носители, относящиеся
к первой категории,
записывались
с битами коррекции
ошибок, а скорость
передачи полезной
информации
составляла
при этом 150 Кбайт/с.
Для дисков
второй группы
она была выше
170 Кбайт/с за счет
отсутствия
корректирующих
битов.
Режим
Mode2
в
первоначальном
виде так и не
был реализован.
Аудио- и видеоинформация
хранилась в
разных частях
диска, в результате
чего лазерный
луч вынужден
был постоянно
“бегать” от
одной области
диска к другой.
Хотя стандарт
определил
процесс коррекциии
ошибок, используемый
при считывании
данных с CD-ROM,
он в тоже время
не давал достаточной
спецификации
относительно
структуры
хранимого
файла, которую
более четко
определил
вышедший в 1988
году стандарт
ISO
9660.
Стандарт
Green
Book, принятый
в 1986 году посвящен
интерактивным
компакт дискам
СD-i
(CD-interactive). В
нем была заложена
концепция
заголовков
для упрощения
работы с постоянно
перемежающейся
видео- и аудиоинформацией.
В стандарте
Green
Book идея
построения
Mode2
была формально
переработана.
Компакт-диски
группы Mode2
были подразделены
на две подгруппы:
Form1
и Form2.
Первая, как и
в случае категории
Mode1
стандарта
Yellow
Book, определяла
процесс коррекции
ошибок за счет
дополнительных
битов и скорость
передачи информации
150 Кбайт/с. Вторая
подгруппа
позволяла иметь
скорость считывания
170 Кбайт/с за счет
отсутствия
кодов коррекции
ошибок.
Стандарт
XA
(Extended architecture) был
разработан
в 1990 году совметно
фирмами
Philips,
Sony и
Microsoft
и устанавливал
критерии
совместимости
между компакт
дисками CD-ROM,
удовлетворяющими
стандартам
Green Book и
Yellow
Book. Он
определяет
способ индексирования
мультимедиа-информации
- графики, текста,
растровых
картинок, звука.
Диск, отвечающий
стандарту
XA, может
быть воспроизведен
на устройстве
считывания
интерактивных
дисков
CD-i,
совместимых
со стандартом
Green
Book, или
с помощью дисковода
CD-ROM,
который удовлетворяет
стандарту
Yellow
Book,
поддерживает
|