Оптоэлектронные запоминающие устройства (стр. 2 из 4)

Скорость передачи данных (dats-transfer rate).

Пpи стандаpтной скоpости вpащения скоpость пеpедачи данных составляет около 150 кб/с. В двух- и более скоpостных CD-ROM диск вpащается с пpопоpционально большей скоpостью, и пpопоpционально повышается скоpость пеpедачи (напpимеp, 1200 кб/с для 8-скоpостного).

Из-за того, что физические паpаметpы диска (неодноpодность массы, эксцентpиситет и т.п.) стандаpтизиpованы для основной скоpости вpащения, на скоpостях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и надежность считывания, особенно для дисков нелегального пpоизводства, может ухудшаться. Hекотоpые CD-ROM пpи ошибках чтения могут снижать скоpость вpащения диска, однако большинство из них после этого не могут возвpащаться к максимальной скорости вплоть до смены диска.

Hа скоpостях свыше 4000-5000 об/мин надежное считывание становится пpактически невозможным, поэтому последние модели 10- и более скоpостных CD-ROM огpаничивают веpхний пpедел скоpости вpащения. Пpи этом на внешних доpожках скоpость пеpедачи достигает номинальной (напpимеp, 1800 кб/с для 12-скоpостных моделей, а по меpе пpиближения к внутpенним - падает до 1200-1300 кб/с.

Для указания скорости чтения CD по сравнению со стандартом Audio CD (CD-DA) обычно применяют цифры 24x, 32x, 34x и тд. Однако за последнее время технология немного изменилась. Первые модели CD-ROM использовали постоянную линейную скорость чтения (CLV). Это требовало изменения скорости вращения диска при перемещении головки. Для устройств 1x (150kb/s) эта скорость лежала в диапазоне 200-530об/мин. Устройства 2x - 12x скоростные просто повышали скорость вращения. Однако уже увеличение скорости до 12x требует частоты вращения 2400-6360об/мин что очень велико для сменного носителя (часто также плохо отцентрированного). К тому же разная скорость вращения для разных областей диска повышает время доступа, т.к. при перемещении головки необходимо и соответственно изменять скорость вращения диска. Дальнейшее повышение скорости таким способом очень проблематично, поэтому производители перешли к технологии P-CAV и CAV. Первая предусматривает переход от постоянной линейной скорости к постоянной угловой скорости (CAV) на внешних дорожках диска, а вторая использует постоянную угловую скорость для всего диска. В связи с этим цифры типа 32x немного утрачивают свое значение, т.к. обычно относятся к внешней стороне диска, а информация на CD записывается, начиная с внутренних дорожек и на незаполненных полностью дисках эта скорость вообще не достигается.

Устройство компакт – диска. Принцип физического действия.

Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, намыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Некоторые диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить.

Обычный процесс изготовления компакт-диска состоит из нескольких этапов. Как правило, они включают в себя следующие операции: подготовку информации для записи на мастер-диск (первый образец), изготовление самого мастер диска и матриц (негатив мастер-диска), тиражирование компакт-дисков. Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется здесь чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков (см. рис.1). Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Отметим, что сформированные лазерным лучом впадины очень малы по размеру. Длина штрихов вдоль дорожки записи может колебаться от 0.9 до 3.3 мкм, это значит, что 30-40 впадин соответствуют примерно 50 мкм, а это толщина человеческого волоса.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был ли он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены впадины. Сильное отражение луча происходит там, где этих впадин нет. Фотодатчик, размещённый в накопителе CD - ROM, воспринимает рассеянный луч, отражённый от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Глубина каждой впадины на диске равна 0.12 мкм, ширина - 0.6 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1.6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков на дюйм или 625 витков на миллиметр. Дорожка начинается на некотором расстоянии от центрального отверстия и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края.

Если на компакт - диске необходимо отыскать место записи определённых данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и ждёт появления определённой последовательности битов.

В каждом блоке диска, записанного в формате CD - DA (аудио компакт - диск), содержится 2352 байт. На диске CD - ROM 304 из них используется для синхронизации, идентификации и коррекции кодов ошибок, а оставшиеся 2048 байт - для хранения полезной информации. Поскольку за секунду считывается 75 блоков, скорость считывания данных с дисков CD - ROM составляет 153 600 байт/с (односкоростной CD - ROM), что равно 150 Кбайт/с.

Поскольку на компакт - диске может содержаться максимальный объём данных, который считывается 74 мин, а за секунду считывается 75 блоков по 2048 байт, нетрудно подсчитать, что максимальная ёмкость диска CD - ROM составит 681 984 000 байт (около 650 Мбайт).

Алгоритм работы накопителя CD-ROM.

1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

2. Серводвигатель по командам встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт - диске.

3. Отражённый от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отражённый луч на другую фокусирующую линзу.

5. Эта линза направляет отражённый луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Впадины, нанесённые на поверхность диска, имеют разную длину. Интенсивность отражённого луча изменяется, соответственно изменяя электрический сигнал, поступающий на фотодатчик. Биты данных считываются как переходы между высокими и низкими уровнями сигналов, которые физически записываются как начало и конец каждого штриха.

Поскольку для программных файлов и файлов с данными важен каждый бит, в накопителях CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок.

Благодаря таким алгоритмам вероятность неправильного считывания данных составляет менее 0.125 . Другими словами, безошибочно считывается два квадриллиона дисков, что соответствует стопке компакт - дисков высотой около двух миллиардов километров.

Для реализации этих методов коррекции ошибок к каждым 2048 полезным байтам добавляется 288 контрольных. Это позволяет восстанавливать даже сильно повреждённые последовательности данных (длиной до 1000 ошибочных битов). Использование столь сложных методов обнаружения и коррекции ошибок связано, во-первых, с тем, что компакт - диски весьма подвержены внешним воздействиям, а, во-вторых , потому, что подобные носители изначально разрабатывались лишь для записи звуковых сигналов, требования к точности которых не столь высоки.

Параметры накопителей CD-ROM.

Переносные (CD-DA, CD-R, CD-RW, DVD): Параметры и характеристики.

CD-DA (Compact Disk - Digital Audio- цифровой звук), по принципу действия, совпадает с вышеописанным примером, т.е. годится только для чтения данных, записанных на него производителем.

Рис.1

Этот последний недостаток побудил производителей на поиски технологии записываемых CD. Так появился CD-R (Compact Disk- Recordable - записываемый). Носители типа CD-R могут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-диска под действием луча лазера. У СD-R четыре слоя, а не три как у обычного CD (см. рис.2). Лазеры в устройствах CD-R работают на трех или более уровнях мощности. На самом низком уровне свет лазера может только определять наличие или отсутствие выемок или отметок на записывающей поверхности – читать диск. А на самом высоком уровне он сам может прожигать отметки на этой поверхности. Записываемые диски можно записывать только один раз, это определяется технологией записи этих дисков. Можно сделать выемки на поверхности диска, но после этого, конечно, нельзя их удалить. Кстати, заметим, что записываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных CD. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется уже не алюминий, а золото. Между прочим, подобные компакт-диски обычно служат как мастерные для дальнейшего тиражирования. Тем не менее, в ряде случаев CD-R-диски можно использовать и для долговременного архивирования какой-либо ценной информации. Заметим, что читать CD-R диск можно и на обычном приводе, но, разумеется, только первый сеанс записи. Когда смотришь на не полностью записанный CD-R, область с информацией выглядит более темной и она легко различима.