Реферат: Оптические и магнитно-оптические накопители

Именно сектора второго типа и образовали первые CD-ROM. Этот тип секторов применяют и сейчас. Что касается секторов третьего типа, то их постигла неудача: современные приложения их практически не ис­пользуют. Накопители хотя и способны выполнить чтение таких дисков, но для дальнейшей работы требу­ются специальные программные средства, которые обеспечили бы декодирование и взаимодействие с этими данными.

Сектора второго и третьего типа не могут находиться на одной дорожке. Вероятно, это и послужило ос­новной причиной постепенного отказа от таких секторов в пользу секторов CD-ROM XA, совпадающих по структуре с секторами данных Зеленой книги (CD-I: compact disc interactive system) - рис. 4, 5.

Поскольку сектора четвертого и пятого типов принадлежат к одному виду (только к разным формам), то они могут находиться одновременно на одной дорожке. Таким образом, становится возможным воспроизве­дение видео- и аудиоданных совместно с секторами данных без междорожечного перемещения головки считывания. Это необходимо для нормальной работы multimedia-приложений в реальном времени.

Рис.4. Сектор четвертого типа: первая форма второго
вида секторов данных CD-ROM XA / Зеленой книги

Рис. 5. Сектор пятого типа: вторая форма второго
вида секторов данных CD-ROM XA / Зеленой книги

Дорожки, сеансы, диски

Следующая ступень группировки данных - дорожки. Наиболее развито это понятие для CD-DA, но суще­ствуют дорожки и на Желтых дисках (т.е. дисках, соответствующих стандарту Желтой книги - CD-ROM) и на Зеленых дисках (CD-I). И наконец, совокупность заголовочной области с оглавлением (Lead-In содержащая TOC - Table Of Contents), области данных (совокупности дорожек) и финальной (Lead-Out) области образуют сеанс (Session). В простейшем случае сеанс занимает весь диск (рис. 6)

Рис 6. Компакт диск

Для адресации дорожек в пределах сеансов, секторов в пределах дорожек и сеансов (или диска) использу­ется понятие времени (эта традиция связана с развитием CD первоначально для аудио-приложений). Разли­чают ОТНОСИТЕЛЬНОЕ время (Relative Time), измеряемое в минутах (MIN), секундах (SEC) и фреймах (FRAME) от первого ненулевого аудио-отсчета дорожки, и АБСОЛЮТНОЕ время (Absolute Time), изме­ряемое в минутах (AMIN), секундах (ASEC) и фреймах (AFRAME) от начала области данных. Во всех слу­чаях под фреймом понимается фрейм подканала, соответствующий сектору. Во всех видах дорожек счет времени происходит в Q-фрейме подканала. Структура такого фрейма пока­зана на рис. 7. Под номер дорожки (TNO) отведены две десятичные цифры (от 01 до 99), которые и опреде­ляют максимальное количество дорожек. Значение TNO=00 соответствует паузе, а TNO=AA - финальной области сеанса. В секторах данных информация о времени дублируется в заголовках, в которых также при­водится вид сектора: десятичное число от 0 до 2 (см. рис. 2 - 5). Диски CD-ROM XA, кроме того, содержат дополнительное разделение секторов на файлы (для секторов данных - форма 1) или каналы (для секторов с аудио- видеоинформацией - форма 2). Номер файла (от 0 до 255) или канала (от 0 до 15 для аудио- и от 0 до 31 для видеоканала) содержится в подзаголовке, дважды повторяясь в байтах 1, 5 и 2, 6 соответственно. Кроме того, в заголовке содержатся, также повторяясь в бай­тах 3 и 7, признаки (флаги) типа сектора - данные, аудио, видео- а также метод кодирования (байты 4 и 8 подзаголовка). Сектора, принадлежащие одним и тем же файлам (или каналам), благодаря наличию номеров файла и канала, могут идти не подряд, а перемежая друг друга и обеспечивая необходимую последователь­ность доступа в реальном времени. Записываемое в заголовочной области оглавление хранится полностью в Q-фреймах, в соответствующих этим фреймам секторах заголовочной области - "аудио-тишина". Формат такого фрейма показан на рисунке 8. Две десятичных цифры (POINT) задают номер дорожки (от 01 до 99; в этом случае параметры PMIN, PSEC, PFRAME задают расположение этой дорожки), либо принимают специальные значения - A0, A1, A2. В последнем случае те же параметры PMIN, PSEC, PFRAME задают номера начальной и конечной дорожки (для аудиодисков и CD-ROM), а так же расположение финальной области. Благодаря универсализации дорожек удается сделать CD-проигрыватели нечувствительными к различиям между аудио- дисками и CD-ROM. Обычный проигрыватель делит CD на три группы: аудио и CD-ROM (Красные/Желтые) - признак: PSEC=00 при POINT=A0; CD-I (Зеленые) - признак: PSEC=10 при POINT=A0; Переходные (Bridge) - признак: PSEC=20 при POINT=A0.

Различие между аудио и CD-ROM обеспечивается за счет третьего бита полубайта управления (см. рис. 7).

Рис.7. Структура Q- фрейма (музыкальная дорожка или дорожка данных)

Многосеансовые (multisession) диски и процедуры завершения записи (fixate)

С 1990 года сеанс перестал быть аналогом диска. При записи на диск нескольких сеансов возникает, соот­ветственно, и несколько оглавлений (TOC). Для того, чтобы зафиксировать момент завершения записи дан­ных, необходимо выполнить специальную процедуру завершения, которая сформирует и запишет, в частно­сти, заголовочную и финальную области, место для которых предварительно резервируется. До завершения такой записи нет возможности работать с диском на обычном проигрывателе. Однако такое завершение на многосеансовом диске может быть как окончательным (записан последний сеанс), так и промежуточным (записан не последний сеанс).

Чтобы представить себе механизм такого завершения, следует отметить, что в многосеансовых дисках в заголовочной области имеется указатель на начало следующего сеанса (его заголовочной области). Призна­ком промежуточного завершения служит указатель на начало еще не существующей заголовочной области на "чистом" месте CD-R. (Работа с CD-R представлена в Оранжевой книге). Отсутствие такого указателя является признаком окончательного завершения диска.

Диск может существовать и без завершения: такой диск не будет обрабатываться стандартным читающим CD-ROM накопителем, однако он должен обрабатываться на устройстве записи, чтобы можно было про­должить и завершить запись. Записывающий накопитель значительно более "сообразительное" устройство, чем обычный проигрыватель (недаром он стоит на порядок больше). Такой накопитель умеет "читать между строк", то есть считывать информацию из прообраза (pre-groove) дорожки, имеющийся на "чистом" (Оран­жевом) диске. Такой прообраз - неглубокая непрерывная канавка с небольшим колебанием (Wobble), час­тота которого при номинальной скорости диска составляет 22,05 кГц (половина частоты дискретизации). Путем частотной модуляции этого колебания в прообразе записаны временные характеристики, называемые ATIP (Absolute Time in Pregroove - абсолютное время в прообразе дорожки), которые записывающий нако­питель может прочитать и таким образом легко найти точку продолжения записи.

Единственная сложность состоит в том, что до завершения записи нельзя сохранить TOC. Выйти из по­ложения можно за счет использования специальной зоны CD-R - области регистрации (PMA - Program Memory Area). В этой области записывается предварительная редакция TOC, что позволяет продолжить и завершить сеанс.

Рис.8. Элемент оглавления (ТОС)

Накопитель, умеющий обрабатывать многосеансовые диски, обнаружив указатель на следующий сеанс, ищет его и последовательно считывает все TOC в память. После этого все сеансы доступны для чтения. Ста­рые и некоторые дешевые типы накопителей не имеют такой возможности. Поэтому на многосеансовых (multisession) дисках такие накопители "увидят" только первый сеанс. В случае, когда многосеансовая работа связана с замещением файлов, этот накопитель может "предъявить" перезаписанные данные как действительные. Чтобы рассмотреть этот вопрос подробнее, потребуется представление о файловой структуре CD-ROM.

Файловая структура CD-ROM

Файловая структура CD-ROM разрабатывалась как совместимая с Unix, VAX/VMS и MS-DOS системами и производными от них. Наиболее популярным стал стандарт ISO 9660, основанный на результатах конференции в отеле High Sierra в Неваде, поэтому иногда его называют файловой системой High Sierra. Этот стандарт, создававшийся с целью максимального расширения области использования, достаточно жесткий в своих ограничениях (глубина вложенности каталогов - до 8, расширения в именах каталогов запрещены и т.д.). Более либеральным является пока не завершенный стандарт файловой системы ECMA 168 "Франкфуртские предложения". Согласно ISO 9660, на CD-ROM может быть один или более томов, причем сеанс не может включать несколько томов, но том может пересекать границу сеанса.

Основными элементами файловой структуры CD-ROM являются:

первичный дескриптор тома (PVD - Primary Volume Descriptor); он всегда находится в шестнадцатом секторе сеанса и содержит ссылки на таблицу путей (PT - Path Table) и корневой каталог (RD - Root Directory);

таблица путей (PT) содержит адреса каталогов (DF - Directory Files).

Если файловая структура охватывает более одного сеанса, то ссылки из корневого каталога последующих сеансов включают в себя ссылки на каталоги предыдущих сеансов и таким образом каталоги предшествующих сеансов становятся доступными в последующих сеансах. На этом базируется возможность обновления файлов. Несмотря на невозможность стирания, эффект "перезаписи" сохраняется для пользователя: это достигается путем перезаписи в последующем сеансе каталогов, содержащих ссылки на замещаемый файл. Файл, разумеется, также записывается в последующем сеансе, и в новую редакцию каталога включается ссылка на него. При стандартном доступе к файлам будут использоваться ссылки из корневого каталога последнего сеанса, и файл будет выглядеть обновленным, хотя возможность доступа к предшествующей версии при помощи специальной ссылки сохранится.

Возможен также вариант, когда записываемый позже сеанс является независимым, в этом случае ссылки на сеансы будут аналогичны ссылкам на различные разделы физического диска. Для нормальной работы файловой системы с CD-R весьма желателен накопитель, "понимающий" многосеансовые (multisession) диски. Проверить, обладает ли накопитель такими способностями, легко - достаточно посмотреть каталог многосеансового диска: примитивный проигрыватель "увидит" только каталоги и файлы первого сеанса.
Видно что, форматы записи оказываются довольно тесно связанными с устройством накопителя CD-ROM.

Форматы CD

Очень кратко следует рассмотреть основные форматы, образуемые на CD за счет использования различных секто­ров, дорожек, стандартов.

Самый старый формат - CD-DA - аудиодиск: единственный сеанс, следовательно, одна заголовочная и дна финальная область, между которыми находятся только дорожки первого типа.

Следующий по времени - CD-ROM: также единственный сеанс, одна заголовочная область и одна финальная. Между ними находятся дорожки второго типа (формально могут быть и дорожки третьего типа, но на практике они не используются). Этот формат читается любым CD-ROM-накопителем, в том числе и старыми, не различающими несколько сеансов.

Смешанный диск (Mixed Mode) содержит в единственном сеансе дорожки CD-DA и CD-ROM. Обычный накопитель должен отключать воспроизведение звука, обнаруживая дорожку CD-ROM.

Более современный вариант диска для multimedia-приложений, использующих звук и видео в реальном времени - CD-ROM XA. Его дорожки данных могут содержать сектора различных форм для хранения данных и сжатых аудио- видеопоследовательностей.

CD-I (или Зеленый диск). По типу секторов - такой же как CD-ROM XA, однако отличается организацией работы с ним (в частности TOC). Работает на соответствующих ему накопителях.

CD-I Ready тип 1 - специальная разновидность диска CD-DA, на первой дорожке которого перед первым фрагментом сохраняется дополнительная информация в расширенной преамбуле. Аудио-проигрыватель не должен "замечать" эту информацию (он должен воспринимать ее как обычные 2 секунды тишины перед фрагментом). Увы! Не все старые проигрыватели такие "умные" и могут позиционироваться по оглавлению.
CD-I Ready тип 2 предлагается для устранения неприятностей, характерных для работы старых типов проигрывателей с дисками предыдущего типа. В нем используется неспособность этих накопителей увидеть второй сеанс (на этом диске два сеанса: первый - обычный аудио, второй - CD-I).

Для работы одновременно на накопителях CD-ROM XA и CD-I используется так называемый переходной диск CD (CD-Bridge). Это односеансовый диск, у которого первая дорожка CD-I, а остальные CD-ROM. Использование его базируется на разных позициях описания начала данных в накопителях CD-ROM XA и CD-I. В первом случае точка входа находится по адресу 00 мин 02 сек 16 сектор смещение 1024, а во втором случае в том же секторе, но со смещением 0. К этому типу дисков относится Photo-CD.

Video CD - компакт-диски, использующие сектора пятого типа (вторая форма) и соответствующие Белой книге - относительно молодому стандарту (1993 год), определяющему способ хранения видеоинформации с быстрым интерактивным доступом. Предполагается, что Зеленая книга будет доработана для соответствия дискам Белой книги.

Многосеансовые (multisession) диски могут состоять из сеансов только CD-ROM или только CD-Bridge и при этом быть как окончательно завершенными (рис. 9), так и допускающими запись дополнительных сеан­сов (рис. 8).

Рис. 8. Многосеансовый диск, завершенный промежуточно

Рис. 9. Многосеансовый диск, завершенный окончательно

Заметим, что запись сеанса подразумевает кроме записи полезной информации еще и запись заголовочной (включая TOC) и финальной областей. Суммарный объем этих областей около 20 МБ, поэтому: