Конструкция и основные компоненты привода cd rom. Устройство CD-ROM- привода. Основные характеристики. Из чего состоит CD-ROM

Информатика, кибернетика и программирование

В этом заключается принципиальное отличие дисководов компактдисков от накопителей на жестких и гибких дисков в которых носители вращаются с постоянной угловой скоростью. Необходимость поддержания постоянной линейной скорости обусловлена исключительно тем что при воспроизведении звуковых компактдисков данные должны поступать в декодирующее устройство в постоянном и строго определенном темпе независимо от того с какого витка рожки они считываются. Механическая часть дисководов CDROM Конструкция дисководов компактдисков приведена на рис.

Конструкции дисководов CD - ROM

Дисковод CD - ROM должен быть в состоянии работать с компакт-дисками хотя и стандартного размера, но выпушенными разными производителями, с разными непредсказуемыми поверхностными отклонениями и дефектами. Устройство должно обеспечивать вращение диска с постоянной линейной скоростью, т.е. частота его вращения должна быть обратно пропорциональна радиусу витка спиральной дорожки, который отслеживается оптической головкой. При перемещении головки к краю диска частота его вращения уменьшается и наоборот. В этом заключается принципиальное отличие дисководов компакт-дисков от накопителей на жестких и гибких дисков, в которых носители вращаются с постоянной угловой скоростью. Необходимость поддержания постоянной линейной скорости обусловлена исключительно тем, что при воспроизведении звуковых компакт-дисков данные должны поступать в декодирующее устройство в постоянном и строго определенном темпе, независимо от того, с какого витка рожки они считываются. При работе с CD - ROM линейная скорость может быть любой. Погрешность отслеживания спиральной информационной дорожки на вращающемся диске оптической головкой дисковода составляет в радиальном направлении менее одного микрона. Электронная часть дисковода должна в реальном времени обнаруживать и корректировать случайные ошибки считывания данных, надежно работать на протяжении длительного времени.

Механическая часть дисководов CD - ROM

Конструкция дисководов компакт-дисков приведена на рис.

Рис. Конструкция дисковода CD - ROM

Основой устройства является жесткий каркас из алюминия или нержавеющей стали. Как и в накопителях других типов, каркас является той частью конструкции, к которой крепятся все остальные узлы (механические и электронные). К ним относятся: лицевая панель, фальшпанель, регулятор громкости 1 и кнопка извлечения диска . Приемные устройства для носителей могут быть разных типов и рассчитаны либо на установку компакт-дисков в специальных контейнерах (caddy ), либо представлять собой выдвижные лотки, поэтому лицевые панели и фальшпанели. а также и способы их крепления могут быть разными. Несмотря на то, что в дисководах с возможностью записи (CD-R) и многократной перезаписи (CD-RW) устанавливаются другие лазерные излучатели и электронные узлы, их конструкция, в принципе, такая же, как и у обычных дисководов CD-ROM.

Электронные узлы дисковода монтируются на нескольких печатных платах. Чаще всего их две: основная плата, на которой собраны схемы управления и интерфейса дисковода, и плата усилителя головных телефонов; на ней же обычно монтируется и гнездо для их подключения. Практически все механические узлы дисковода объединены в механизме привода диска и головки. Они выпускаются лишь несколькими фирмами, среди которых, в первую очередь, надо назвать компании Sony , Philips , Toshiba , IBM . Поэтому все имеющиеся в продаже многочисленные модели дисководов компакт-дисков собраны на базе лишь нескольких разновидностей приводных механизмов, выполняющих около 80% функций этих устройств. Такая стандартизация и, как следствие, взаимозаменяемость является одной из характерных черт дисководов этого типа.

Конструкция типичного механизма привода показана на следующем рисунке. В верхней его части располагаются устройства, обеспечивающие прием, фиксацию и извлечение компакт-диска. Основой механизма привода является блок ВС-7С, представляющий собой рамку, к которой крепятся все другие детали. Она устанавливается в корпусе на четырех резиновых опорах, предохраняющих механизм привода от сотрясений и вибраций, неизбежно возникающих при работе дисковода в составе системы. Однако несмотря на наличие амортизирующей подвески, дисковод компакт-дисков является деликатным и весьма хрупким механизмом. Подвижный узел, шасси загрузочного механизма и экранирующая крышка составляют устройство, выполняющее механические операции по приему и фиксации компакт-диска на роторе шпиндельного двигателя, а также его выгрузку.

Плавное и безопасное выполнение этих операций обеспечивается несколькими рыч_ . ми и гидравлическими демпферами. Перемещение подвижных деталей осуществляете I с помощью двигателями привода загрузки и выгрузки диска.

Рис. 14.8

Конструкция механизма привода диска и головки

Устройства, обеспечивающие вращение носителя с необходимой скоростью и счит; ваниес негаданных, располагаются под загрузочным механизмом (рис. 14.9). Шпинде.: ; ный двигатель смонтирован на раме блока ВС-7С и подключен к печатной тате со схем ... управления. Виброгасящая подвеска способствует его более равномерному вращению. На. более ответственной деталью дисководов компакт-дисков является оптическая голов?.. в состав которой входит алюмоарсенидгаллиевый (GaAlAs ) лазерный диодный излучате." :

Рис. 14.9 Вид снизу на блок ВС-7С

(длина волны 780 нм, мощность излучения около 0,6 мВт), фотодатчик, оптическая система автоматической фокусировки луча и механизм точного слежения за дорожкой. Оптическая головка может перемешаться по двум направляющим: лазерный луч попадает на поверхность диска через прорезь в раме блока ВС-7С. Узел, состоящий из оптической головки и направляющих, иногда называют салазками { sled ).

В дисководах CD - ROM , CD - R и CD - RW используются лазерные излучатели с различными характеристиками. Но внешне они мало чем отличаются друг от друга.

Салазки должны отслеживать положение витков спиральной информационной дорожки на поверхности диска. В отличие от дисководов гибких дисков, в которых магнитные головки записи/воспроизведення можно с достаточной точностью «наводить» на дорожки с помошью обычного шагового двигателя, в подаачяюшем большинстве дисководов компакт-дисков для этого используются линейные электродвигатели с подвижной катушкой, подобные тем, что используются для перемещения головок в накопителях на жестких дисках. Дело в том, что положения концентрических дорожек на дискетах строго фиксированы, что хорошо согласуется с принципом работы шагового двигателя: его ротор может занимать лишь несколько дискретных положений. Кроме того, сами дорожки достаточно широкие, что исключает необходимость точной подстройки положения головок. Радиус же спирали узкой информационной дорожки CD изменяется непрерывно, поэтому положение головки необходимо постоянно корректировать. Осуществляется это за счет изменения управляющего тока в подвижной катушке линейного двигателя. Тем не менее, в некоторых дисководах компакт-дисков все же используются шаговые электродвигатели с чрезвычайно малым шагом вращения ротора. Электронные узлы, обеспечивающие перемещение салазок в нужном направлении, смонтированы на основной печатной плате дисковода".

Электронные узлы дисководов CD - ROM

На рис. 14.10 приведена блок-схема типичного дисковода CD - ROM . Ее условно можно разделить на две части — подсистему контроллера и подсистему управления дисководом. Подсистема контроллера осуществляет взаимодействие с интерфейсом периферийных устройств системы, а именно — с контроллером накопителей. Большинство наиболее сложных электронных узлов дисковода имеет отношение к этой подсистеме. Контроллер, схема которого изображена на рис. 14.10, предназначен для работы с интерфейсом SCSI 2 , хотя большинство современных дисководов CD - ROM подключается к тем же интерфейсам (Ultra - DMA или E 1 DE ), что и накопители на жестких дисках. И в том, и в другом случае устройство является достаточно «интеллектуальным», что позволяет просто подсоединить дисковод к системному интерфейсу (адаптеру SCSI или контроллеру накопителей типа IDE , ЕЮЕили Ultra - DMA ), присвоить ему буквенное обозначение и получить работающую систему.

Подсистема управления дисководом вырабатывает команды для его механической части (обеспечивающие прием и извлечение компакт-диска, регулировку его частоты вращения, перемещение салазок и т.п.), а также осуществляет декодирование данных (из EFM в обычный двоичный формат) и коррекцию ошибок. Аналоговые сигналы с выхода

" За счет перемещения салазок осуществляется лишь грубое наведение оптической головки на дорожку. Точное слежение за ней и коррекция быстрых отклонений в ту или иную сторону (возникающих из-за неидеальности носителей) осуществляется оптическим устройством самой головки. Масса салазок слишком велика для того, чтобы они были в состоянии реагировать на такие отклонения. — Прим. ред. SCSI { Small Computer System Interface ) — системный интерфейс малыхкомпьютеров. — Прим.ред.

Рис. 14.10

Блок-схема типичного дисковода CD - ROM (УРЧ — усилитель радиочастоты, предназначен для усиления сигнала с фотодатчика; ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; ФНЧ — фильтр нижних частот)

фотодатчика преобразуются сначала в EFM -сигналы, а затем в поток двоичных данных и кодов CIRC (Cross - InterleavedReed - Solomon Code — перекрывающиеся коды Рида-Соломона). Все операции по фокусировке лазерного луча, слежению за дорожкой, управлению приводом салазок (с использованием обратной связи), шпиндельным двигателем и механизмом приема и извлечения диска осущестлзляются схемой управления дисководом и процессором сервопривода.

Если вам понадобится более подробно разобраться в электронных узлах дисководов компакт-дисков, то учтите, что изображенную на рис. 14.10 функциональную схему можно рассматривать лишь как иллюстрацию, поясняющую общие принципы функционирования рассматриваемых устройств. Разновидностей электронных узлов дисководов немного — но они существуют, и это надо учитывать. В первую очередь это относится к интерфейсам. Как уже было сказано выше, в большинстве устройств используются интерфейсы Ultra - DMA или EIDE . Некоторые фирмы выпускают дисководы SCSI , и лишь немногие производители разрабатывают собственные интерфейсы (в большинстве случаев они лишь незначительно отличаются от стандартных интерфейсов SCSI и IDE ). Но в любом случае постарайтесь, по возможности, найти полную документацию фирмы-изготовителя на интересующий вас дисковод.

1 В настоящее время устанавливаются редко

PAGE 4

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
81593.		Расчет устройства на базе транзисторов разного типа	457.11 KB
	Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Для схемы с общей базой IЭ = f (UБЭ) при UБК = const. Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого p-n перехода.
81594.		Крылатые выражения из советских кинофильмов и их употребление в современном русском языке	1.46 MB
	Включает в себя знание языковых единиц в том числе с национально-культурным компонентом и умение использовать их в соответствии с социально-речевыми ситуациями; Социолингвистическая компетенция знание особенностей национального речевого этикета и невербального поведения а также навыки...
81595.		СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ КЛИМАТ ПЕРВИЧНЫХ ТРУДОВЫХ КОЛЛЕКТИВОВ И УДОВЛЕТВОРЕННОСТЬ ТРУДОМ МЕДИЦИНСКИХ РАБОТНИКОВ	150.5 KB
	В современной российской социальной психологии существует множество исследований по проблеме социально-психологического климата коллектива и удовлетворенности человека трудом, однако, данная проблема практически не исследована в первичных трудовых коллективах медицинских работников.
81596.		Контроль сформованості граматичних навичок англійської мови учнів початкової школи за допомогою комп’ютерних технологій	264.5 KB
	Мета роботи полягає в розробці та оптимізації серії вправ з контролю сформованості граматичних навичок за допомогою комп’ютерних технологій. Для досягнення поставленої мети передбачається вирішити наступні задачі: виявлення психологічних особливостей молодших школярів, які необхідно враховувати...
81597.		Русская военая проза и ее литературные традиции	362 KB
	Предметом нашего научного исследования являются: специфика авторского восприятия войны в том числе локальной образ современного молодого человека на войне классификация военной прозы и литературные традиции в военной прозе конца XX начала XXI вв.
81598.		Визуализация семантического анализа текстов	4.68 MB
	Основная часть ранних работ в области представления знаний, то есть науки о том, как преобразовать знания в такую форму, с которой может легко оперировать компьютер, была привязана к языку и подпитывалась исследованиями в области лингвистики, которые, в свою очередь, основывались на...
81599.		Оценка защищённости практической квантово-криптографической системы на основе волоконно-оптических линий связи от несанкционированного доступа	350 KB
	В данной работе исследуется новая стратегия несанкционированного доступа к квантово-криптографическим системам, исключающая необходимость прямого взаимодействия с передаваемыми квантовыми состояниями.
81600.		Создание метода сравнения изображений, обеспечиющего правильные результаты для любого монитора	796.5 KB
	Изображения приходится сравнивать в системах распознавания образов. Это может потребоваться при обработке запросов к базам данных содержащим изображения при синтезе изображений по геометрической модели так называемый рендеринг для автоматического управления этим процессом.
81601.		Организация взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей	4.71 MB
	Данная дипломная работа заключается в организации взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей путем добавления в визуализатор возможности импорта информации о трехмерной сцене из XML-файлов и написания программы-модуля для трехмерного редактора...

Типичный привод CD-ROM состоит из печатной платы с электрони­кой, шпиндельного двигателя, считывающей системы с оптической го­ловкой, системы загрузки CD-диска и механизма перемещения рамы с механикой привода. На плате с электроникой размещены:

Все схемы управления работой привода;

Разъем интерфейса для подключения к компьютеру;

Аналоговый звуковой выход (Analog Audio);

Цифровой звуковой выход S/PDIF (Digital Audio - может отсутствовать в некоторых моделях).

Шпиндельный двигатель служит для вращения диска с постоянной линейной (CLV - Constant Linear Velocity) или угловой (CAV - Constant Angular Velocity) скоростью. Поддержка постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положе­ния оптической головки.

На оси шпиндельного двигателя крепится подставка, к которой при­жимается нижняя сторона диска (при горизонтальной загрузке). На конце оси шпиндельного двигателя крепится намагниченный металли­ческий наконечник, имеющий конусообразную форму. С другой сторо­ны диска - верхней в случае горизонтальной загрузки, то есть над дис­ком, - размещается намагниченный маховик, который притягивает ме­таллический наконечник, в результате чего диск оказывается зажатым между подставкой и маховиком, что обеспечивает фиксацию диска по вертикали и хорошее сцепление диска с вращающейся подставкой во время работы привода.

Считывающая система состоит из оптической головки и механизма ее позиционирования. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с длиной волны от 770 до 830 нм (обычно - около 780 нм) и мощностью 0,2-0,5 мВт, система фокусировки лазерного пучка, фотоприемник и предварительный уси­литель. Система фокусировки представляет собой набор подвижных линз, приводимых в движение электромагнитной системой типа «voice coil» (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной систе­мой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля приводит к передвижению линз и перемещению точки фокусировки лазерного луча.

Благодаря малой инерционности такая система эффективно отсле­живает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Механизм позиционирования оптической головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой или червячной передачи.

Система загрузки диска бывает трех типов:

Caddy - с использованием специального футляра для диска, вставляемого в приемное отверстие привода;

Tray - с использованием выдвижного лотка, на который кла­дется диск;

В приводах типа Caddy и Slot-in диск может загружаться как гори­зонтально, так и вертикально - то есть при горизонтальном и, соответ­ственно, вертикальном монтаже привода.

После загрузки диск не касается никаких деталей дисковода, кроме подставки и маховика, после чего его уже можно раскручивать.

На передней панели привода обычно расположены:

Кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска;

Индикатор обращения к диску Busy (в некоторых моделях -Disk On/Busy, индикатор сигнализирует не только об обращении к диску, но также о том, что в приводе находится диск);

Гнездо для подключения наушников с электронным или меха­ническим регулятором громкости.

Для считывания информации с диска используется полупроводни­ковый лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне - длина волны составляет около 780 нм. Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой. Отраженный луч регистрируется фотоприемником. По зарегистрированному сигналу определяется прохождение оптической головки над питами и промежутками диска, а также проверяется качество фокусировки пятна лазерного луча на поверх­ности диска и его ориентации по центру дорожки.

На выходе фотоприемника получается цифровой поток бит, который декодируется c удалением дополнительных нуле­вых бит. B результате этого получает­ся битовый поток, который представляет собой исходный поток дан­ных, кодированный по CIRC с добавленными субкодами. Поэтому далее производится отделение субкодовых каналов и CIRC-декодирование. На этапе CIRC-декодирования обнаруживается и ис­правляется большая часть ошибок, вызванных дефектами при штам­повке, неоднородностью материалов диска, царапинами на его по­верхности, нечетким определением лита/промежутка в фотоприемни­ке и т.д. Полученный поток бит представляет собой полезную инфор­мацию, хранящуюся на диске.

DVD-технология

Развитие компьютеров и вычислительных систем позволило начать активное применение мощных алгоритмов сжатия, позволяющих вместить на один диск не час с четвертью, а от 5 до 10 часов музыки практически без потери качества. Однако для видеоиндустрии размер одного диска оказался маловат даже при использовании сжатия, да и компьютерные приложения уже переросли воз­можности накопителей на CD-дисках. Решить все эти проблемы была призвана DVD-технология.

В соответствии с этим был принят единый стандарт, названный DVD, или Digital Video Disc (впоследствии приняли расшифровку Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск). Далее была опуб­ликована первая версия спецификации для DVD-ROM и DVD-Video и принята схема защиты цифровой копии от несанкциони­рованного тиражирования.

В настоящее время существуют стандарты для DVD-Video, DVD-ROM, DVD-Audio. Звуковое сопровождение на DVD поддерживается стандартами Mono, PCM Stereo, Dolby Surround (Prologic), Dolby Digital AC-3, THX, DTS. Звуковые стандарты Dolbv Digital AC-3, THX, DTS определяют шестиканальный звук, т.е. звуковое сопровождение по схеме: фронтальные колонки, центр, тыловые ко­лонки и саббуффер. Обычно для обозначения шестиканального звука используется аббревиатура «5.1», что означает использование основ­ных пяти источников звука и отдельно - низкочастотного блока - саббуффера. Dolby ProLogic и Doiby Digital АС-3 отличаются тем, что Dolby Digital АС-3 имеет шесть независимо записанных звуковых до­рожек, a Dolby ProLogic лишь специальным образом обрабатывает стереосигнал и является имитацией шестиканального звука.

Таким образом, звук на DVD-дисках записывается в самых различных форматах, все они воспроизводят несколько независимых каналов пространственного компрессированного звука, создавая тем самым реалистичную картину происходящего.

DVD-видео - это цифровое видео, сжатое по алгоритму MPEG-2 и записанное на DVD-диск. Формат - 25 кадров в секунду с разрешением 720 х 576 то­чек при глубине цвета 24-бит (PAL) или 30 кадров 720 х 480 х 24-бит (NTSC). В несжатом виде это поток 3О МБайт в секунду, а двухчасовой фильм будет занимать более 100 гигабайт.

DVD-диски имеют емкость от 4,7Gb до 17Gb в зависимости от типа. При этом меняется не плотность записи, а тип размещения информа­ции. Диски бывают односторонние однослойные, односторонние двух­слойные, двухсторонние однослойные и двухсторонние двухслойные. Кроме того, бывают комбинированные диски, у которых с одной стороны два слоя, а с другой - один.

Способ хранения информации на DVD-ROM практически такой же, как и у CD-ROM: вдоль металлической подложки по спирали располо­жены канавки, составляющие так называемые треки. Эти канавки не­сут в себе информацию, которая считывается лучом лазера, преобра­зовывая канавки в единички и нули. Сама отражающая подложка покрыта защитным слоем пластика, предохраняющего диск от повреж­дения.

Отличие DVD-диска от CD - плотность записанной информа­ции. Так, например, односторонний и одноуровневый DVD-диск хранит приблизительно 4,7 Гбайт информации (технология DVD-5), а обычный CD-диск - лишь 650 Мбайт. Был разра­ботан новый полупроводниковый лазерный излучатель, использующий для работы меньшую длину волны (650-635 нм), чем лазер дис­ковода CD-ROM (780 нм). После этого расстояние между треками ста­ло меньше, да и сами канавки на диске (хранители информации) значительно уменьшились в размерах.

Вслед за одноуровневыми дисками появились двухуровневые, вмещающие до 8,54 Гбайт информации. Здесь первый уровень нахо­дился под вторым, а считывание происходило путем фокусировки лу­ча лазера по уровням (технология DVD-9). По технологии DVD-10 счи­тывание происходит с двух сторон по одному уровню. Хранимый объ­ем достиг 9,4 Гбайт. Двухуровневый DVD-18 обеспечивает хранение 17,08 Гбайт. Чтение происходит с двух сторон, каждая из которых имеет два уровня.

Существенными являются такие характеристики привода, как Access Time (время доступа), CPU Utilization (загрузка центрального процессора), Transfer Rate Inside/Outside (внутренняя и внешняя ско­рость передачи данных).

Показатель Access Time (время доступа) отражает сумму среднего времени поиска, необходимую приводу DVD-ROM для позициониро­вания на нужный трек и среднего времени «запаздывания» (латентности), в течение которого диск подводится под нужный сектор для счи­тывания. Соответственно, чем ниже значение Access Time, тем лучше. Показатель CPU Utilization (загрузка CPU) говорит о том, насколько DVD-ROM использует ресурсы процессора.

Скорость передачи данных характеризуется двумя показателями: внутренней (Inside) и внешней (outside) скоростью. Внутренняя скорость передачи представляет со­бой передачу между DVD-диском и внутренним буфером DVD-ROM непосредственно.

Она определяется многими параметрами: качеством и плотностью записи, скоростью вращения и т. д. На эти параметры влияет конст­руктивная особенность привода. Внешняя же скорость передачи дан­ных полностью зависит от ис­пользуемого режима передачи.

Это устройство для чтения данных, которые записаны на оптическом компакт-диске.

Носителем информации на CD-диске является рельефная подложка из поликарбоната 120, 80 мм, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет металла (алюминий, иногда золото). При записи матрицы компакт-диска лазерный луч "прожигает" в ней мельчайшие ямки - питы (Pit), оставляя отражающие поверхности металлического диска - лэнды (Land). После этого матрица (мастер-диск) отправляется в производственный цех, где с него штампуется много поликарбонатных копий. Потом рельефная основа металлизуется, добавляется еще один, более тонкий слой лака, защищающий металлический слой.

При чтении диска другой, считывающий луч отражается от участков-питов и лендов по-разному. Точнее, от питов он не отражается - ямки поглощают луч, не дают ему отразиться. Таким образом, пит дает сигнал "ноль", а лэнд - "единицу". А комбинация нулей и единиц и есть сутью любой компьютерной информации. От центра до края компакт-диска наносится одна дорожка шириной 0,4 мкм в виде спирали с шагом 1,6 мкм.

Вся поверхность компакт-диска разбита на три участка в виде колец, размещенных от центра до его края. Начальная область (Lead-In) размещена ближе к центру диска. При инициализации диска в персональном компьютере Lead-In-область считывается первой. В этой области записан заголовок диска таблица соднржаний (Table of Contents), таблица адресов всех записей, метка диска и некоторая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию на компакт-диске и занимает основную часть диска. Конечная область диска Lead-Out содержит метку конца диска.

Из чего состоит CD-ROM

Привод CD-ROM состоит из основных компонентов:

• электродвигателя, который вращает диск;
• оптической системы, которая состоит из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков, предназначенной для считывания информации с поверхности компакт-диска,
• микропроцессоров, управляющих механикой привода, оптической системой и декодирования считанной информации в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. В нужной области позиционируется луч из лазерного излучателя при помощи оптической системы привода. Луч отражается от поверхности диска и проходит через призму на специальный датчик. Поток лучей превращается датчиком в электрический сигнал, который обрабатывается .

Емкость CD-ROM. Емкость CD-ROM составляет величину 650-700 Мбайт (на дисках диаметром 80 мм - 180-210 Мбайт). На дисках такого типа можно поместить 74 минуты аудиозаписи или до 2 часов видео телевизионного качества в формате MPEG-4.

Скорость передачи данных в CD-ROM. Скорость передачи данных (Data Transfer Rate) - это величина, характеризующая максимальную скорость, с которой привод передает считанные с компакт-диска данные в оперативную память. Скорость передачи данных увеличивается от начальных секторов к конечным. Скорость передачи внутреннего кольца диска называется Inside Data Transfer Rate, а внешнего - Outside Data Transfer Rate. В техпаспорте приводится внешняя скорость. Таким образом, привод Sony 52x - это 52 скоростной дисковод фирмы Sony. Данные читаются в 52 раза быстрее, чем в дисководах (либо обычного аудиопроигрывателя), скорость чтения которых составляет 150 кбайт/с. То есть, умножив 52 на 150 получаем скорость передачи данныхпривода Sony 52x равную 7800 кбайт/с.

Основные функциональные узлы и принцип работы.

ТЕМА 3.3 Накопители на компакт – дисках

Существуют следующие носители на компакт-дисках (оптические):

¾ CD-ROM - устройство только для считывания информации

¾ CD-R – для считывания и однократной записи

¾ CD-RW – для считывания и многократной записи

¾ Магнитооптические накопители

Приводы: CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD-R, DVD-RW

Принцип действия всœех оптических накопителœей информации основан на лазерной технологии: луч лазера используется как для считывания так и для записи информации. Приводы CD-ROM.

Носители информации на диске CD-ROM является рельефная подложка. Запись информации представляет собой процесс формирование рельефа на подложке путем прожигания миниатюрных штрихов лазерным лучом. Считывание производится насчет регистрации отражения луча лазера. Сигнал от штриха 1, от поверхности без штриха 0.

Приводы CD-ROM

· Загрузочное устройство

· Оптико-механический блок

· Системы управления приводом и автономного регулирования

· Универсальный декодер

· Интерфейсный блок

Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется на поверхности диска. К нужной дорожке луч перемещается следующим образом: сперва двигатель по ком от встроенного микропроцессора перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом и нужной дорожке. Отраженный луч фокусируется линзой, отражается от зеркала, попадает на разделительную призму, и направляет луч на вторую фокусируемую линзу, далее луч попадает на фотодатчик, преобразует световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер, который и необходим для преобразования импульсов в понятную компьютеру цифровую информацию, представляет собой процессор.

Система автономного слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде импульсов поступает в систему автономного регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы с усилителя поступают в систему автономного регулирования: фокуса, системы автономного регулирования мощности излучаемого лазера, скорость вращения диска, радиальной подачи, мощность излучения лазера, линœейной скорости вращения диска.

Накопители DVD

DVD-диски конструктивно выполняется односторонними и двусторонними.

В отличие от CD в DVD дисках расстояние между дорожками записи меньше и уменьшены размеры штрихов записи. В результате чего увеличена емкость. Количество изображений хранимых в формате DVD соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, а качество звука не уступает студийному.

Накопители с однократной и многократной записью

Для однократной записи используются диски CD-R, представляющие собой диск, регистрационный слой которого выполнен из материала темнеющего при нагревании. Темные и светлые участки CD-R аналогичны штрихам и ровным поверхностям CD-ROM.

CD-RW- перезаписываемые диски, регистрирующий слой которого выполнен из органических соединœений, способных изменять свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое под воздействием лазерного луча.

При нагревании лазерным лучом выше некоторой критической температуры, материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания. При нагревании до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое первоначальное состояние (кристаллическое).

Лазерный луч Лазерный луч

Отражающий слой Регистрирующий слой

CD-ROM Защитный лаковый слой

Раздел 4. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Накопители на компакт-дисках

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.

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.

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 фоторезисторного 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 10000 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. 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 - 10~11-10~12. 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 - АТ) - 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.

š Формат CD-DA (Digital Audio) - цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.

š Формат ISO 9660 - наиболее распространенный стандарт логической организации данных.

š 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.

š 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 256^384, 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.

š 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.

š 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 3DО 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.