Реферат: Технологии оптических дисков

менно.

2. Лазерные накопители CD- ROM, CD- R и CD- RW

2.1 Лазерные накопители CD- ROM

На диске CD-ROM промышленным способом записы-вается информация, и про­извести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получи­ли 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записы-ваются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором распо­лагаются в виде концентрических окруж-ностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записан-ных на CD, по форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Принцип считывания информации с оптичес-кого диска можно приближенно разбить на четыре этапа.

1. Луч слабого лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.

2. Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска.

3. Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.

4. Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, пре­образуя в цифровую последовательность.

Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы — это нижняя сторона подложка (backlayer). На нее нанесен тонкий слои алюминия, придающий диску необходи­мые отражающие свойства. От окисления и механических повреждении его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

Главное характеристикой привода CD-ROM является скорость чтения данных, поднять которую можно только единственным способом - увеличением частоты вращения диска. Поскольку для CD-ROM изначально принята постоянная линей­ная скорость чтения (ConstantLinearVelocity - CLV), то частота вращения диска является переменной величиной, обратно пропорциональной расстоянию от счи­тывающей головки до центра. Для первого поколения устройств со скоростью чтения 150 Кб/с (односкоростные, или 1Х) она лежит в диапазоне от 200 об/мин для внешней части дорожки диска до 530 об/мин для внутренней. В следующих поколениях частоты вра-щения, а с ними скорость чтения, просто увеличивались в целое число раз (двухскоростные - 2 X, четырехскоростные - 4Х и т. д.).

Так продолжалось довольно длительное время, пока скорость высококлассных моделей не достигла 12Х (1800 Кб/с), а массовых - 8Х (1200 Кб/с). Для 12-скоростных моделей диапазон частот вращения составляет от 2400 до 6360 об/мин. Понятно, что 6360 об/мин - это очень боль-шая скорость для сменного но­сителя, которую технически трудно поддерживать. Еще труднее быстро раскрутить диск до этой скорости, если головка для считывания очеред­ной порции информации перескаки­вает, например, с внешней части дис­ка на внутреннюю. Время раскрутки накладывается на время перемеще­ния и для быстрого доступа должно быть минимальным. Трудности мно­гократно возрастают при попытке еще больше повысить частоту вращения, поэтому 12-кратная скорость являет­ся предельной для режима CLV.

Дальнейшее увеличение скорости чтения возможно только при отказе от режима CLV, поэтому в последую­щих моде-лях приводов CD-ROM все ведущие производители вместо «чи­стого» CLV начали использовать в той или иной мере режим с постоянной угловой скоростью (ConstantAngularVelocity - CAV), в котором частота вра­щения постоянна (и близка к макси­мально возможной), а скорость чтения пропорциональна радиусу, Режим CAV используется либо для всей поверхности диска, либо комбинируется с CLV. Комбинированный режим, когда для централь­ной части диска используется CAV, для периферийной CLV, называют CAV| CLV, PartialCAV или Р-CAV.

Новые модели приводов CD-ROM позиционируются по максимальному значе­нию скорости чтения как 32-50-ти скоростные, что не дает, однако, адекватного представ-ления о реальном быстродействии.

Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать, что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых, большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину). То есть решающей для общего быстродействия является скорость чтения на внутренней части диска. На­пример, популярный тест CD-TACH при оценке скорости учитывает внутреннюю часть (0-215 Мб) диска с весовым коэффи-циентом 60%, среднюю (1215-430 Мб) -30% и внешнюю (430-615 Мб) - 10%.

Приводы CD-ROM высшего класса имеют скорость чтения для внутренней час­ти диска 12Х, массовые модели - 8-10Х. Скорость чтения внешней части достигает в некото-рых моделях 50Х.

Переход от режима CLV к режимам Р-CAV и CAV не потребовал от производи­телей особых затрат, так как максимальная частота вращения не увеличилась, и механическая часть, включая двигатель, не подверглась существенным изменени­ям. Поэтому цены на новые устройства, несмотря на значительно улучшенные па­раметры, остались на прежнем, весьма невысоком уровне.

Причем покупать лучше устройства со скоростями начиная от 24х. Несмотря на незначительный прирост реального быстродействия, только они поддерживают стан­дарт MultiRead, дающий возможность чтения перезапи-сываемых дисков CD-RW.

Появившиеся на рынке в 1997 году 24-скоростные CD-ROM работали по пол­ной CAV-технологии при частоте вращения диска 5000 об/мин., и скорость считы­вания данных у них лежала в пределах от 1,8 до 3,6 Мбайт/с. При 50-ти кратной скорости, как у самых новых накопи-телей, частота вращения достигает 12 тыс. об./ мин., что пока не используется даже в самых современных жестких дисках. Поток данных при этом составляет 7,2 Мб/с.

Однако шум, издаваемый приводом на таких скоростях не выдерживает никакой критики. Дошло до того, что некото-рые пользователи стали выбирать дисководы 24-32х. Пусть немного медленнее, зато тихо. Кроме того, появились специальные программы, позволяющие ограничивать скорость любого привода не более желае­мой.

Дисководы CD-ROM могут иметь различные интерфейсы. Подавляющее боль­шинство подключаются к обычному IDE выходу на материнской плате.

Несмотря на то что процесс установки привода CD-ROM с интерфейсом IDE весьма прост, стоит обратить внимание на следующие моменты. Как известно, лю­бой адаптер EnhancedIDE имеет два 40-контактных разъема, к кото-рым подключа­ются по два устройства: PrimaryMasterи Slave и SecondaryMaster и Slave. По понятным причинам PrimaryMaster - это всегда загрузочный жесткий диск (С:). Таким образом, привод CD-ROM может быть либо PrimarySlave, либо SecondaryMaster, либо SecondarySlave. Итак, перед подключением кабелей питания, интер­фейса и аудио на задней стенке накопителя следует соответ-ствующим образом установить перемычки Master и SLave (но лучше всё же, подключить CD-ROM ко второму IDE, отдельным шлейфом).

2.2 Диски CD- R

Цены на средства записи компакт-дисков наконец снизи-лись (от 50$), а это значит, что теперь даже частное лицо может попытаться выпустить небольшим тиражом свой диск.

Чтобы записать один-единственный компакт-диск, семь лет назад потребовались бы це­лая комната аппаратуры, два квалифицированных специалиста и восемь часов работы. Се­годня, имея компьютер с записывающим дисководом CD-R, можно сделать диск менее чем за час. Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптичес­кой записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. На CD-R, в частности, основана система PhotoCD фирмы Kodak.

Назначение устройства CD-R - запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM и CD-RW. До недавнего времени они использо­вались в основном для создания и тиражирования аудио-, видеодисков и дистрибутивов программного обеспечения. Однако, если посмотреть на эти устройства с иной точки зре­ния, то оказывается, что накопители CD-R - идеальный выбор в качестве устройства для архивирования данных.

Если говорить о скорости чтения/записи, то накопители CD-R сильно проигрывают тра­диционным накопителям на жестких магнитных дисках, имеют примерно одинаковые воз­можности с JomegaZip с интерфейсом SCSIn значительно превосходят JomegaZip с интер­фейсом LPT.

Скорость записи для недорогих моделей составляет 32Х, скорость чтения - 42-50Х. Не слишком высокие скорости записи связаны с определенными техническими трудностями. В моделях более высокого класса скорость записи доведена до 40 -50Х. Получение более высоких скоростей сопряжено со значительными трудностями, так как резко возрастают требования к стабильности меха-нического тракта.

Скорость чтения/записи, безусловно, важный, но не единственный показатель, который определяет выбор накопителя для архивации данных. Не менее важна удельная стоимость одного мегабайта хранимых данных. И носители CD-R здесь вне конкуренции - при объеме в 650 Мбайт эти диски стоят в розницу около 0,4$ за штуку, что дает рекордно низкую удельную стоимость одного мегабайта хранимых данных. Следует также отметить, что ком­пакт-диски более надежны при длительном хранении информации, чем магнитные носите­ли: последние весьма чувствительны к электромагнитным полям и ударным нагрузкам.

В любом компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и неотражающих участков. При записи CD-R сфокусированным мощным ла­зерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отра­жается от него и через подложку попадает на светочувствитель-ный датчик.