37. Що Ви знаєте про оптичні диски і дисководи ? Опишіть пристрої типи, характеристики.

Компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), как следует из названия, предназначены для использования предварительно записанной на них еще в процессе изготовления информации. Компакт-диски имеют четыре важных особенности. Они прочны, предназначены только для чтения, обеспечивают произвольный доступ и могут хранить неоднородную информацию – программы, текст, видео- и аудио- информацию.

Диск CD-ROM идентичен по конструкции аудио-СD. Это пластиковый диск диаметром примерно 4, 72 дюйма (120 мм) и толщиной 0,05 дюйма, с отверстием в центре диаметром 0,6 дюйма. Этот диск имеет три слоя: пластиковое основание, тонкий отражающий металлический (обычно алюминиевый) слой и покрытую лаком поверхность.

Хранение данных на CD-ROM, как и на магнитных дисках, организуется в двоичной форме в виде древовидной файловой структуры.

В соответствии с принятыми стандартами, поверхность диска разделена на три области:

• входной каталог (lead in) – область в форме кольца шириной 4 мм, ближайшего к центру диска. Считывание информации с диска начина­ется именно с входного каталога, где содержатся оглавление (Table of Contents – ТОС), адреса записей, число заголовков, суммарное вре­мя записи (объем), название диска (Dick Label);

• основная область данных, или файловая система, представлена на дис­ке кольцом шириной 33 мм

• выходной каталог (lead out) с меткой конца диска.

При кодировании 1 байта (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита слияния (merge bit). Базовая информационная единица – кадр (frame) содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24  (14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры на диске образуют секторы и блоки. Сектор содер­жит 3234 кодированных байта (2352 информационных байта и 882 байта кор­рекции ошибок и управления). Из 2352 байт пользовательская информация может занимать 2048 или 2336 байт, в зависимости от установленного режима. Весь диск может содержать до 663,5 Мбайт информации (в первом режиме) или до 756,8 Мбайт – во втором режиме. Такая организация записи данных на CD-ROM и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить каче­ственное чтение информации с вероятностью ошибки на бит 10^-10.

Существует целый ряд различных цифровых форматов дисков CD-ROM. Рассмотрим коротко самые употребительные из них.

Стандарт ISO 9660 определяет формат и структуру файлов для дисков CD-ROM, которые могут быть прочитаны на компьютерах типа Macintosh и IBM-совместимых компьютерах под управлением Windows или Unix. Стандарт Macintosh HFS фирмы Apple определяет формат и структуру файлов в ПК Macintosh, их пиктографические обозначения и другую информацию. Этот стандарт следует применять, если предполагается выпускать диски только для пользователей Macintosh.

Носителями интерактивной информации мультимедиа по стандарту CD-l являются аудио- и видеоустройства реального времени, которые расширяют возможности обработки текстовой и графической информации. При этом предполагается широкое использование компьютерных программ, ориентированных на данный вид информации. Применительно как к инфомационным, так и системным целям технологией CD-I определяются возможные виды информации на диске, способы ее кодирования и организации необходимых средств поддержки дисковых систем. Технология CD-I также позволяет объединять дорожки аудио и СD-I записей на CD-I дисках.

Формат High Sierra (High Sierra Group – HSG) предложен в 1995 г. и назван по имени отеля, расположенного у озера Тахо (штат Калифорния), где предста­вители многих фирм-производителей обсуждали вопросы совершенствова­ния и унификации формата ISO 9660, и пришли к соглашению. С появлени­ем формата High Sierra стало возможным чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660 с помощью приводов всех типов, что, в свою очередь, привело к массовому тиражированию программ на CD. Кроме того, стало возможным создание компакт-дисков, ориентированных на различные операционные системы. В самых общих чертах структура данных в формате High Sierra подобна структуре данных на гибких дисках. На начальной дорож­ке диска записывается метка тома, которая идентифицирует CD. После ее считывания включается механизм синхронизации накопителя. После син­хронизирующей последовательности на диске располагается системная ин­формация, в которой детализируется структура файлов. В системной облас­ти содержится информация о каталогах.

Стандарт Photo CD фирмы Kodak обеспечивает запись и воспроизведение высококачественных цифровых фотографий. В дальнейшем в обеспечение Photo CD планируется включить средства для хранения видеоизображения и звука. Обычные компакт-диски записываются за один сеанс, однако фотографии в системе Photo CD могут заноситься в ходе дополнительных сеансов записи. Многие фотографические фирмы распределяют свои каталоги в формате, совместимом с Photo-CD.

Диск формата CD-DV (Digital Video) позволяет записывать и хранить до 74 мин высококаче­ственного видеоизображения со стереозвуком. Хранение данных основано на методе сжатия MPEG-1 (Motion Picture Experts Group). Для чтения дисков, кроме привода, требуется аппаратный или программный декодер стандарта MPEG. Считывание данных происходит с постоянной скоростью 1,5 Мбайт/с, что обеспечивает воспроизведение изображения с разрешением по горизон­тали 240 строк (стандарт VHS).

Процесс изготовления CD состоит из нескольких этапов. Подготовительный этап заключается в формировании информационного файла для последую­щей записи на носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного материала. Следующий этап – запись на носитель с помощью лазерного луча данных в виде последователь­ности расположенных по спирали углублений (штрихов).

Глубина каждого штриха (pit) равна 0,12 мкм, ширина – 0,8-3мкм (рис. 2.28). Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16 000 вит­ков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблет­ся от 0,8 до 3,3 мкм.

Запись информации на стандартный диск может длиться до полутора ча­сов (при однократной скорости записи), при этом линейная скорость в зоне записи поддерживается постоянной.

Следующий этап заключается в проявлении фоторезистивного слоя и металлизации диска. Изготовленный по такой технологии диск называет­ся мастер-диском. Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска снимается несколько рабочих копий (методом гальванопластики). Рабочие копии покрыты более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мастер-диск и могут использоваться в качестве матриц для тиражиро­вания CD (до 10 тыс. шт. с помощью каждой матрицы). Тиражирование, или процесс репликации дисков, осуществляется методом горячей прес­совки. После прессовки информационную сторону диска подвергают ва­куумной металлизации слоем алюминия. После этого диск покрывают сло­ем лака. Диски, выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными данными, обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных.

Принципиальное отличие магнитных и магнитооптических накопителей от приводов CD-ROM связано с разными форматами записи информации. Так, для первого класса изделий информация располагается на концентрических дорожках, т. е. запись и соответственно воспроизведение осуществляются с постоянной угловой скоростью. Стандарт CD-ROM "вырос" из звукового формата Red Book, в котором запись осуществляется с постоянной линейной скоростью, то есть существует всего одна спиральная дорожка. Для совместимости со звуковым форматом скорость передачи данных составляет около 150 Кбайт/с. Именно это значение выбрано за базовый показатель, а увеличение скорости передачи осуществляется пропорциональным увеличением диапазона скоростей вращения диска - в 2, 4, и более раз. Поскольку скорость вращения диска разная в зависимости от положения считывающего устройства, то время доступа определяется не только скоростью перемещения каретки, но и тем временем, которое требуется двигателю для изменения скорости вращения диска. Именно поэтому накопители СD-ROM являются более медленными устройствами, чем жесткие диски.

Дисковод CD-ROM состоит из следующих основных функциональных узлов:

• загрузочного устройства;

• системы управления приводом;

• оптико-механического блока;

• системы автоматического регулирования;

• универсального декодера;

• интерфейсного блока.

Упрощенный алгоритм функционирования дисковода CD-ROM состоит в следующем. После помещения CD в загрузочное устройство электромеханичес­кое устройство приводит диск во вращение. Оптико-механический блок (рис. 2.29) обеспечивает перемещение оптической головки считывания по радиусу диска и считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощ­ный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2—5,0 Мвт), который попадает на отражающее зеркало.

Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцес­сора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске. Отраженный от диска луч фокусируется лин­зой, расположенной под диском, далее отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий световую энер­гию в электроимпульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер. Высокая точность считывания информации обеспечивается сложными сис­темами автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных.

При считывании информации с CD возможны сбои в позиционировании луча лазера вследствие радиальных биений диска. Чтобы избежать потери инфор­мации, в дисководах CD-ROM применяется система автоматического слежения. Для слежения за радиальными биениями дорожки записи применяется уст­ройство, работа которого основана на использовании эффекта ослабления интенсивности светового луча, падающего на приемный фотодиод после от­ражения от различных участков дорожки.

По интенсивности регистрируемого отраженного светового пуч­ка фотоприемник воссоздает записанные на диске данные (как последо­вательность импульсов различной интенсивности, преобразуемых в нули и единицы информации).

Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сиг­налов, считанных с CD. В его состав входят декодеры, оперативное запоми­нающее устройство и контроллер управления декодером. Декодер вы­деляет из цифрового потока информационные символы, синхросигналы и служебную информацию. Каскадный декодер производит формирование блоков символов, которые предварительно (перед записью) были подверг­нуты разбиению для их размещения на различных участках информацион­ной дорожки с целью уменьшения вероятности потери информации. Приме­нение двойного декодирования с перемещением символов дает возможность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт, что соответ­ствует дефекту дорожки записи длиной 2,5 мм. Оперативное запоминаю­щее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок в данных, записанных во всех поддерживаемых дисководом форматах.

Импульсные сигналы с фотодатчика оптической головки поступают в усили­тель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения и осуществляется коррекция считываемого сигнала.

Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых данных в анало­говые сигналы (для аудиоданных), фильтров нижних частот и интерфейса для свя­зи с компьютером. Далее сигналы выводятся на звуковую карту и (через линейный выход) на гнездо для подключения головных телефонов.