Для решения широкого круга задач информатизации используются
следующие оптические накопители информации:
• CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) —
запоминающие устройства только для считывания с них информации;
• CD-WORM (Write Once Read Many) — запоминающие
устройства для считывания и однократной записи информации;
• CD-R (CD-Recordable) — запоминающие
устройства для считывания и многократной записи информации;
• МО —
магнитооптические накопители, на которые возможна многократная запись.
Принцип
действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной
технологии. Луч лазера используется как для записи на носитель информации, так
и для считывания ранее записанных данных, и является, по сути, дела
своеобразным носителем информации.
1.
Приводы CD-ROM
CD-ROM — компакт-диск (CD), предназначенный для
хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и
считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD-ROM-driver, — дисковода для чтения компакт-дисков.
К числу задач, для решения которых предназначается устройство CD-ROM, можно отнести: установку и обновление
программного обеспечения; поиск информации в базах данных; запуск и работу с
игровыми и образовательными программами; просмотр видеофильмов; прослушивание
музыкальных CD.
История создания CD-ROM начинается с 1980 г., когда
фирмы Sony и Philips объединили свои усилия по
созданию технологии записи и производства компакт-дисков с использованием
лазеров. Начиная с 1994 г., дисководы CD-ROM становятся неотъемлемой
частью стандартной конфигурации ПК. Носителем информации на CD-диске является рельефная
подложка, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет материала, как
правило, алюминия. Запись информации на компакт-диск представляет собой процесс
формирования рельефа на подложке путем «прожигания» миниатюрных штрихов-питов
лазерным лучом. Считывание информации производится за счет регистрации луча
лазера, отраженного от рельефа подложки. Отражающий участок поверхности диска
дает сигнал «нуль», а сигнал от штриха — «единицу».
Хранение данных на CD-дисках,
как и на магнитных дисках, организуется в двоичной форме.
По сравнению с винчестерами CD значительно надежнее в транспортировке.
Объем данных, располагаемых на CD,
достигает 700 — 800 Мбайт, причем при соблюдении правил эксплуатации CD практически не
изнашивается.
Рис. 3.7.
Геометрические характеристики компакт-диска (а) и его поперечное сечение
(б)
Процесс изготовления CD-дисков включает несколько этапов. На первом этапе создается
информационный файл для последующей записи на носитель. На втором этапе с
помощью лазерного луча производится запись информации на носитель, в качестве
которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного
материала. Информация записывается в виде последовательности расположенных по
спирали углублений (штрихов), как показано на рис. 3.7. Глубина каждого
штриха-пита (pit) равна
0,12 мкм, ширина (в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка) — 0,8 —
3,0 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними
витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000
витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблется от
0,83 до 3,1 мкм.
На следующем этапе производятся проявление фоторезистивного слоя и
металлизация диска. Изготовленный по такой технологии диск называется
мастер-диском. Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска методом
гальванопластики снимается несколько рабочих копий. Рабочие копии покрываются
более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мастер-диск, и могут
использоваться в качестве матриц для тиражирования CD-дисков до 10 тыс. шт. с каждой матрицы.
Тиражирование осуществляется методом горячей штамповки, после которой
информационную сторону основы диска, выполненную из поликарбоната, подвергают
вакуумной металлизации слоем алюминия и диск покрывают слоем лака. Диски,
выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными данными
обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Толщина CD-диска 1,2 мм, диаметр — 120
мм.
Привод CD-ROM содержит следующие основные
функциональные узлы:
•
загрузочное устройство;
•
оптико-механический блок;
•
системы управления приводом и автоматического регулирования;
•
универсальный декодер и интерфейсный блок.
На рис. 3.8 дана конструкция оптико-механического
блока привода CD-ROM, который работает следующим
образом. Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в
загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение
оптико-механической головки считывания по радиусу диска и считывание
информации .. Рис. 3.8. Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM
Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч
(типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 — 5,0 мВт), который
попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой
на поверхности диска. 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, отражается от зеркала и попадает на разделительную
призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает
на фотодатчик, преобразующий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы
с фотодатчика поступают на универсальный декодер.
Системы автоматического слежения за поверхностью диска и
дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации.
Сигнал с фотодатчика в виде последовательности импульсов поступает в усилитель системы
автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти
сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной
подачи, мощности излучения лазера, линейной скорости вращения диска.
Универсальный декодер представляет собой процессор
для обработки сигналов, считанных с CD. В его состав входят два декодера, оперативное запоминающее
устройство и контроллер управления декодером. Применение двойного декодирования
дает возможность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт.
Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а
контроллер управляет режимами исправления ошибок.
Интерфейсный блок состоит из преобразователя
цифровых данных в аналоговые сигналы, фильтра нижних частот и интерфейса для
связи с компьютером. При воспроизведении аудиоинформации ЦАП преобразует
закодированную информацию в аналоговый сигнал, который поступает на усилитель с
активным фильтром низких частот и далее на звуковую карту, которая связана с
наушниками или акустическими колонками.
Ниже приводятся эксплуатационные характеристики, которые
необходимо учитывать при выборе CD-ROM применительно к конкретным
задачам.
Скорость передачи
данных (Data Transfer Rate — DTR) — максимальная
скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную
память компьютера. Это наиболее важная характеристика привода CD-ROM, которая практически всегда упоминается
вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связана
скорость вращения диска. Первые приводы CD-ROM передавали данные со скоростью 150
Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных
следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с).
Такие приводы получили название накопителей с двух-, трех-, четырехкратной
скоростью и т.д. Например, 60-скоростной привод CD-ROM обеспечивает считывание информации со
скоростью 9000 Кбайт/с.
Высокая скорость передачи данных привода CD-ROM необходима прежде всего для
синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны
пропуск кадров видеоизображения и искажение звука.
Однако дальнейшее, свыше 72-кратности, повышение скорости
считывания приводов CD-ROM нецелесообразно, поскольку
при дальнейшем повышении скорости вращения CD не обеспечивается требуемый уровень
качества считывания. И, кроме того, появилась более перспективная технология — DVD.
Качество считывания
характеризуется коэффициентом ошибок (Eror Rate) и
представляет собой вероятность получения искаженного информационного бита при
его считывании. Данный параметр отражает способность устройства CD-ROM корректировать ошибки чтения/записи.
Паспортные значения этого коэффициента — 10 -10—10 -12.
Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются
группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить с помощью
помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), скорость считывания
данных понижается и происходит многократный повтор чтения.
Среднее
время доступа (Access Time — AT) —
это время (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти на носителе
нужные данные. Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время
доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних участков. Поэтому
в паспорте накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как
среднее значение при выполнении нескольких считываний данных с различных
участков диска. По мере совершенствования приводов CD-ROM среднее время доступа уменьшается, но
тем не менее этот параметр значительно отличается от аналогичного для
накопителей на жестких дисках (100 — 200 мс для CD-ROM и 7 — 9 мс для жестких дисков). Это
объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких
дисках используется несколько магнитных головок и диапазон их механического
перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD-ROM.
Объем
буферной памяти — это объем оперативного запоминающего устройства привода CD-ROM, используемого для увеличения скорости
доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (кэш-память)
представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для
хранения считанных данных. Благодаря буферной памяти, данные, размещенные в
различных областях диска, могут передаваться в компьютер с постоянной
скоростью. Объем буферной памяти отдельных моделей привода CD-ROM — 512 Кбайт.
Средняя наработка на
отказ— среднее время в часах, характеризующее безотказность работы
привода CD-ROM. Средняя наработка на отказ различных
моделей приводов CD-ROM 50—125
тыс. ч, или 6 — 14,5 лет круглосуточной работы, что значительно превышает срок
морального старения накопителя.
В процессе развития накопителей на оптических дисках разработан
целый ряд основных форматов записи информации на CD.
Формат CD-DA (Digital Audio) —
цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.
Формат ISO
9660 — наиболее распространенный стандарт логической организации
данных.
Формат High Sierra (HSG) предложен
в 1995 г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660, с помощью приводов
всех типов, что привело к широкому тиражированию программ на CD и способствовало созданию
компакт-дисков, ориентированных на различные операционные системы.
Формат Photo-CD разработан
в 1990—1992 гг. и предназначен для записи на CD, хранения и воспроизведения статической
видеоинформации в виде высококачественных фотоизображений. Диск формата Photo-CD вмещает от 100 до 800 фотоизображений
соответствующих разрешений — 2048x3072 и 256x384, а также сохраняет звуковую
информацию.
Любой диск CD-ROM, содержащий текст и
графические данные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории
мультимедиа. Мультимедиа CD
существуют в различных форматах для различных операционных систем: DOS, Windows, OS/2, UNIX, Macintosh.
Формат CD-I (Intractive) разработан
для широкого круга пользователей как стандарт мультимедийного диска,
содержащего различную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск
формата CD-I позволяет хранить видеоизображение со
звуковым сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до 20 мин.
Формат CD-DV (Digital Video) обеспечивает
запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в
течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу MPEG-1 (Motion Picture Expert Group).
Чтение диска возможно с использованием аппаратного или
программного декодера стандарта MPEG.
Формат 3D О разработан для игровых приставок.
Приводы CD-ROM могут работать как со
стандартным интерфейсом для подключения к разъему IDE (E-IDE), так и с высокоскоростным интерфейсом SCSI.
Самые популярные дисководы CD-ROM в России — изделия с торговыми марками Panasonic, Craetive, Samsung, Pioneer, Hitachi, Teac, LG.
Источник: http://qo.do.am/ |