Лекции по "Технические средства САПР"

Технические средства САПР   Лекция 6                 Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич

Оптическая память

Цифровая запись на оптические диски (компакт-диски) отличается от записи на магнитные диски следующим:

- высокая плотность хранения информации благодаря более точной фокусировке лазера (ширина 0,8 микрон на расстоянии 1,4 микрон);

- менее чувствительна к загрязнению поверхности диска;

- выше надежность работы, поскольку съёмник оптического ЗУ не приближается к поверхности диска ближе, чем на один миллиметр. В магнитных ЗУ это расстояние 0,2 микрон;

- большое время жизни (10 – 100 лет).

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)

CD-ROM представляет собой компакт-диск «только для чтения» или «штамповка». Диски изготавливают из прозрачного пластика диаметром 120мм и толщиной 1,2мм. На поверхность напыляется слой алюминия, реже серебра или золота. При алюминиевом напылении средняя продолжительность «жизни» компакт-диска около 10 лет. После истечения этого срока, алюминиевое покрытие окисляется, и компакт-диск становится непригодным для чтения.

Стандартный компакт-диск имеет ёмкость от 527 МБ до 742 МБ в зависимости от количества секторов на диске и используемого формата. Стандартные диски используют такой же размер спирали, как и звуковые CD на 60 минут с 270000 секторами и 99 дорожек. Обычный компьютерный диск  содержит 650 МБ и использует 333000 секторов.

При массовом производстве запись информации происходит путём выдавливания на поверхности дорожки, в виде углублений. Логический нуль может быть представлен как питом (pit –углубление), так и лэндом (land – поверхность). Логическая единица кодируется переходом между питом и лэндом. От центра к краю компакт-диска нанесена одна единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. Это спираль в развертке около 3-ёх миль и может содержать более 2 миллионов углублений. Компакт-диски физически организованы иначе, чем жёсткие диски. Жёсткие диски помечают дорожки в концентрических окружностях, а компакт-диски определяет дорожку длинной специального файла (1файл – 1 дорожка). Дорожки на компакт-диске  расположены последовательно на непрерывной  спирали.

Поверхность CD разбита на 3 области. Начальная область (Lead-Ln) расположена в центре CD и считывается первой. В ней записано содержимое CD, таблицы адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out)содержит метку конца диска.

Запись на алюминиевые CD-ROM компакт диски

1. Вначале записываются данные на магнитный носитель. Данные проверяются, а затем индексируются таким образом, чтобы их можно было впоследствии прочитать с компакт-диска. Магнитный носитель связан с лазером гравирующего устройства.

2. Далее берётся стеклянная пластина, называемая субстратом, и покрывается слоем фоточувствительного материала – фоторезистом, который образует на ней тонкую плёнку. Затем направляется лазерный пучок на поверхность пластины, покрытой фоторезистом. Лазер изменяет пленку, а когда субстрат помещается в проявитель, происходит химическая реакция, которая образует бесконечно малые впадины на плёнке в тех местах, где коснулся лазер. Совокупность впадин соответствует данным, которые передаются от магнитного носителя лазеру. Этот проявленный субстрат называется glass master (стеклянная основа).

3. Берётся стеклянная основа и покрывается тонким слоем серебра. Этот покрытый серебром диск называется metal master (металл основа) или мастер диск.

4. Мастер диск покрывается никелем с помощью электролиза для создания на нём негатива. Негатив ( father - «отец») имеет выступы там, где металлическая основа имела впадины. Таким образом, создается первичная матрица. Затем негатив снимают и гальванизируют, а когда гальванопокрытие снимают, то получают копию мастер диска называемого матрицей, с которой и работают дальше. Таким образом, целью данной операции гальванизации является  создание металлического штампа, имеющего выступы там, где лазер оставил впадины на фоторезистивном покрытии. Далее с помощью штамповочной машины можно прессовать компакт диски из поликарбоната.

CD-ROM стандарты

Стандарты, как физические, так и логические применяются в технологии компакт  дисков для того, чтобы диски могли  читаться проигрывателями различных  фирм изготовителей. Чтобы быть  уверенным, что все компакт диски будут работать в соответствующем дисководе, данные должны быть сохранены и проиндексированы на всех дисках одним и тем же способом. Для этого фирмы Philips и Sony объединили свои усилия и разработали набор стандартов для CD ROM компакт дисков.

Стандарт ISO 9660 (ISO – Международная Организация Стандартов) определяет методы хранения  информации на компакт диске и доступа к ней. В соответствии с этим стандартом базовый формат компакт диска схож с форматом дискеты флоппи диска. Системная область дискеты и диска идентифицирует как сам диск, так и хранит информацию о том, как диск организован по директориям, поддиректориям и файлам. Инициирующая дорожка данных CD-ROM начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположены системная область, содержащая данные об организации диска, а также адреса таблицы содержимого тома, с помощью которого возможен непосредственный доступ к данным. Основным отличаем структуры каталога CD-ROM от структуры каталога флоппи диска является то, что на CD-ROM в системной области записаны адреса файлов. Это позволяет осуществлять прямое позиционирование (перемещение съемника).

Быстрый рост технологий требует создания новых стандартов и расширения для уже существующих стандартов. Для обозначения исходных CD-ROM стандартов использовалась цветная схема: красная, желтая,  зеленая, оранжевая:

- «красная книга» – цифровой звук;

- «желтая книга» - хранение данных + еще кое-что;

- «зеленая книга» – интерактивные компакт диски;

- «оранжевая книга» – компакт диск с однократной записью.

Для персонального компьютера наиболее важны первые два стандарта.

«Красная книга»

«Красная книга» была определена для хранения и индексирования  цифровой звуковой информации. Она послужила основой для других стандартов. Большинство музыкальных компакт дисков соответствует этому стандарту.

«Желтая книга»

«Желтая книга» - стандарт ISO 10149, расширяет «красную книгу» звуковых спецификаций и разделяет спецификации с более интерактивными требованиями, а именно возможность случайного доступа к мультимедиа. Спецификации концентрируются на хранении и индексации данных и исправлении ошибок. Данные разбиваются на два типа. Первый тип описывает стандарты для записи компьютерных данных и текста с использованием кода обнаружения ошибок (EDC) и кода исправления ошибок (ECC). Второй тип обеспечивает видео и звуковое воспроизведение. Стандарт поддержан фирмами DEC-VMS, Apples-HFS и стандартом ISO 9660.

CD-ROM/XA, как дополнение к « желтой книге»

Стандарт XA разработан фирмами Philips, Sony и Microsoft для получения такой возможности, как чередование. Стандарт ХА обеспечивает возможность создания специального индикатора, указывающего тип хранимых данных: графика, текст или звук. Графические данные могут включать в себя стандартные графические изображения, анимацию или видеоизображение реального времени. Более того, эти блоки могут чередоваться, т.е., например, за видеофрагментом может следовать звуковое сопровождение. Дисковод последовательно считывает эти блоки, сохраняет их в буфере, а затем посылает в компьютер для синхронизации с целью одновременного отображения.

 В CD-ROM/XA дорожка компакт диска может содержать два вида потока информации:

- 2048 байт данных, код обнаружения ошибки (EDC) и код исправления ошибки (ECC);

- 2024 байта не обработанные данные, таких как звук или голос.

Чтобы CD–ROM считался XA совместимым, он должен обладать следующим:

- читать два вида потока информации;

- иметь возможность занесения данных из каждого потока в буфер и их передачу процессору по запросу;

- CD–ROM должен быть способен посылать звуковой сигнал на динамики предварительно его распаковывая и декодируя. Обычно используется стандарт ADPCM для звукового сжатия в соотношении 4:1.

Оптический съемник

Оптические ЗУ состоят из контроллера, оптического диска и оптического съемника. Рассмотрим один из вариантов оптического съемника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Съемник изготавливается на кремниевом кристалле размером 5*3 мм. На кристалл нанесен тонкий слой диэлектрика с более высоким коэффициентом преломления, который служит в качестве оптического волновода. Слой ограничивает лазерный пучок, попадающий в волновод с торца. Пучок лучей расширяется  в поперечном направлении по мере распространения  в сторону ответвителя  с фокусирующей решеткой. Решетка ответвителя содержит изогнутые канавки, нанесенные с переменным шагом. Она отклоняет лазерный пучок и фокусирует его на диске. Отраженный от диска пучок снова попадает в волновод, где вторая решетка отклоняет его на фотодатчики сигнала данных, фокусировки и следования. Фотодатчики созданы на кремниевой подложке с помощью стандартной полупроводниковой технологии.