CD-R: понятие

3. Принцип работы

    Процесс записи компакт-дисков долгое время  обозначался у компьютерных гуру (которым единственно был понятен и доступен) словами "жечь", "выжигать". Они довольно точно определяют процесс наполнения диска CD-R информацией. При его записи мощный лазерный луч выжигает в чувствительном слое заготовки точки, последовательностью которых кодируются нули и единицы, т. е. собственно информация. Известно также, что повторная запись данных на такой носитель невозможна по одной простой причине -- нельзя предварительно стереть то, что на нем уже есть. Представьте себе магнитофонную кассету, на которой новые песни записаны без стирания старых. Естественно, компьютер не сможет прочитать "двухэтажные" данные, так же как и вы вряд ли станете слушать двукратно записанную какофонию.

    В этом свете возможность перезаписи оптического диска выглядит чем-то совсем уж мистическим и ассоциируется  то ли с Фениксом, воскресающим из пепла, то ли с известной поговоркой о  полезности пережигания этого самого пепла. И напрасно. Ни с тем, ни с  другим принцип записи CD-RW не имеет ничего общего, а сам носитель, хоть и совместим по формату с CD-ROM и CD-R, использует совершенно другую технологию.

    В диске CD-RW имеется чувствительный слой из вещества, которое в твердом  состоянии может иметь два типа внутренней структуры -- кристаллический и аморфный, причем в первом случае эта субстанция прозрачнее, чем во втором. Позади чувствительного слоя находится отражающий, так что при чтении лазерный луч отражается от кристаллических участков сильнее, чем от аморфных, -- вот вам и последовательность светлых и темных точек, в которой кодируются данные.

    Чтобы сделать участок чувствительного  слоя "темным", его быстро нагревают  мощным лазерным лучом (при этом кристаллическая  решетка разрушается), который затем  отключают, чтобы вещество остыло в аморфном состоянии. Чтобы сделать этот участок "светлым", его опять-таки прогревают лазером, но до более низкой температуры, причем медленно, постепенно наращивая мощность луча, а затем так же постепенно снижая ее. При этом кристаллическая решетка восстанавливается, и чувствительный слой снова становится прозрачным.

    Казалось  бы, никаких проблем -- светлые и  темные точки на дисках CD-R и CD-RW точно  такие же по размеру и так же располагаются, как и на CD-ROM, так  что между этими устройствами должны царить мир и взаимопонимание. Это было бы так, если бы не одно "но": отражающая способность фабричного CD-ROM, на блестящем покрытии которого лежит только тонкий слой прозрачного лака, больше, чем у CD-R и CD-RW, "обремененных" еще и чувствительным слоем, также поглощающим свет. И если диски CD-R обычный привод CD-ROM читает практически всегда, то при работе с CD-RW у старых накопителей возникают проблемы. Их причина -- небольшая мощность лазера. Этот недостаток ликвидирован в новом поколении CD-ROM, работающих в режиме MultiRead. Заметим, что практически все такие устройства, выпущенные за последние два года, нормально считывают диски CD-RW.

    Запись  дисков CD-R выполняется при помощи специальных программ - Easy CD, CD Creator, CD Publisher, Direct CD, WinOnCD, CDRWin (Windows); UniteCD, RSJ (OS/2) и т.п. Процесс записи одной дорожки представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора "нечестными" драйверами устройств, зависанием программы или ОС.  К сбою записи приводят также механические толчки привода.

    Различается два основных режима записи CD-R: DAO (Disk At Once - весь диск за один прием) и TAO (Track At Once - одна дорожка за один прием). При  записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается  в ее конце; в точках включения  и выключения лазера формируются серии специальных блоков - run-in, run-out и link, предназначенные для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких блоков (2 секунды). При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска.

    Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается  любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск, а режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами. Этот режим также желателен для записи мастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки - большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы.

    Реализованная в приводе поддержка режима DAO может не работать при некоторых  сочетаниях привода, его микропрограммы (firmware), интерфейса, драйверов интерфейса и записывающей программы. Если известно, что в других сочетаниях DAO поддерживается, нужно попытаться обновить прошивку, сменить драйверы или записывающую программу.

    В режиме TAO пишутся многосессионные  диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных; это также наиболее простой способ записи CD-DA с паузами между дорожками. Сессия может быть как полностью записана за один прием - с формированием TOC, файловой системы (для CD-ROM) и зон Lead-In/Lead-Out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных TOC в элементах PMA (запись с оставлением открытой сессии).

    Перед началом собственно процесса записи привод выполняет калибровку лазера, используя область PCA. Теоретически, таких калибровок может быть не более 100, однако ряд современных приводов записывают в PCA вместе с параметрами оптимального режима записи свой номер модели, так что при последующих операциях над этим диском в приводах этого же типа калибровка выполняться не будет.

    Если  запись на однократный многосессионный  диск по какой-либо причине была прервана, в ряде случаев имеется возможность использовать оставшееся свободным пространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытия сессии (Close Track/Session), после чего нужные данные записываются очередной сессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут быть импортированы).

    Поскольку конечная видимость каждого файла  определяется процессом импорта  оглавления, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочная замена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставаться на диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог помещается ссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий в каталог новой сессии дает эффект их "удаления". Видимость "удаленных" таким образом файлов впоследствии может быть "восстановлена" путем их импорта в новые сессии.

    Для записи CD-RW, кроме сессионного метода, может применяться их предварительное форматирование - разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск - стандартные файловые операции копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером привода CD-RW в серии операций перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF (например, Adaptec DirectCD) и программы начальной разметки.

    Некоторые версии записывающих программ (например, CDR Publisher, CDRWin с версии 3.0 или Adaptec Easy CD Creator с версии 3.0) позволяют записывать загружаемые (bootable) диски. Для загрузки с таких дисков BIOS компьютера должен поддерживать эту возможность (последние версии AWARD и Phoenix BIOS). Загружаемая часть CD-ROM записывается в виде образа загрузочной дискеты или винчестера, из которого при загрузке BIOS системной платы эмулирует диск A:.

    Хотя  запас быстродействия реально необходим  только при работе с приводами, не поддерживающими пакетную запись, однако и при пакетной записи слишком частое переключение лазера приводит к повышению накладных расходов и ускоренному износу оптической системы.

    Для проверки быстродействия в большинстве  записывающих программ есть режимы тестирования - имитации полного процесса записи: либо с обходом обращения к CD-R, либо с переводом CD-R в специальный  тестовый режим, в котором он, как  и при записи, принимает данные, но не включает лазер на запись. Первый режим доступен с любым CD-R, однако не дает полной достоверности, второй требует поддержки со стороны привода и обеспечивает динамику, полностью аналогичную процессу записи (с точностью до записи служебных зон lead in и lead out, которая в тестовом режиме не имитируется). Узнать о поддержке тестового режима в CD-R можно, запросив его свойства в записывающей программе.

    При поддержке приводом тестового режима лучше всего заранее провести серию тестов, загружая систему различными видами нагрузок до тех пор, пока запись не начнет прерываться - это даст примерное представление об имеющемся запасе быстродействия. Однако при замене компонент системы - как аппаратных, так и программных, и даже в различных режимах работы (например, с регистрацией в сети или без нее), поведение может существенно изменяться.

    Термин "скорость записи" определяет, насколько  быстро данные могут быть записаны на CD-R диск. Маркировка 1х, 2х, 4x показывает, во сколько раз быстрее устройство записывает данные по сравнению с односкоростным эталоном. Под одной скоростью понимается скорость передачи данных, равная 150 Кб/сек (для Form 1, обычного для CD-ROM) или 172 Кб/сек (для Form 2, обычного для Video-CD). Таким образом, маркировка 2х значит, что данные могут записываться со скоростью 300 Кб/сек, а 4х - 600 Кб/сек. Необходимо принять во внимание, что реальная скорость может различаться в зависимости от режимов записи (Form 1, Form 2, CDDA), так как, к примеру, данные Form 1 записываются в режиме 2048 байт на блок, а звуковая информация CDDA в режиме 2352 байта на блок.

    Обычно  в описании приводов CD-ROM указывают  число, показывающее, с какой скоростью данные могут быть считаны (например, 24x для Acer 624A). Маркировка CD-рекордеров содержит два числа. Первое - скорость записи, второе - скорость считывания (например, 4x8 для CD-рекордера Panasonic 7502B). Если же маркировка состоит из трех цифр, то это значит, что такой привод может работать еще и с CD-RW дисками, возможная скорость записи на которые - вторая цифра в маркировке.

    Первое 4x-скоростное устройство записи (CD-рекордер) было произведено фирмой Yamaha, весьма активно настаивавшей на том, чтобы  производители CD-R выпускали компакт-диски, совместимые с 4x-кратной скоростью записи. Таким образом, те диски, которые могли быть использованы в 4x-скоростных устройствах записи, сертифицировались как совместимые с 4х.

    Маркировка  дисков "Cертифицированы для записи на скоростях 1x, 2x, 4х" значит, что  производитель CD-R диска гарантирует  нормальное качество записи на нем  при одной, двух и четырех скоростях.  Производители 2x-, 4x- и 6x-скоростных устройств  записи дают рекомендации по типу компьютера, а также типу применяемых CD-R для того, чтобы диск мог быть успешно записан. Если вы будете следовать данным рекомендациям, то все диски, которые записаны на скоростях 2х, 4х и 6х, будут идентичными вне зависимости от скорости записи. Если ваш компьютер не может поддерживать требуемую скорость передачи для высокоскоростного устройства, записывайте диски на скорости 2х. Лучше записывать диски на скоростях 2х и 1х, а не на 4x.  В этом есть определенный смысл. Физические и химические процессы, протекающие при записи CD-R-дисков, дают лучший результат (более глубокие и более читаемые отметки на активной поверхности) при двукратной и менее высокой скорости записи, благодаря большей крутизне фронтов модуляции лазерного луча и большей длительности его воздействия на единицу (пит) информационной поверхности, а также более выгодному температурному режиму записи (на высоких скоростях записи из-за высокой мощности лазера наблюдается локальный разогрев активного слоя диска, то есть дорожка не успевает остывать за один оборот диска, передавая тепло соседнему витку дорожки, на который идет запись. В результате образуется концентрическая зона повышенной температуры диска, снижающая качество записи). В общем случае, диски с серебряным слоем (Metal Azo) более приспособлены к записи на высоких скоростях, чем диски с золотым слоем, из-за более высокой теплопроводности серебра, поэтому их можно рекомендовать любителям печатать коммерческие тиражи на скорости 4x и более. Аудиофилам же рекомендуется для записи звуковых CD (CDDA) использовать диски с фталоцианиновым слоем и записывать их на одинарной скорости - это обеспечивает наивысшее качество записи и ее долговечность.

Какие разновидности CD-R дисков бывают?

    В общем и целом, все множество CD-R дисков делятся на brand-name (BN) версии и  версии для производства (OEM). Диски BN-версий характеризует то, что они  выпускаются с уже нанесенным на поверхность диска логотипом  производителя и полиграфической  вставкой. Такие диски обычно продаются в розницу и являются приемлемым решением для тех, кто собирается хранить на них архивы данных, время от времени создавать музыкальные сборники и т.п. Надписи на таких дисках возможно наносить специальным маркером или фломастером. Диски BN продаются упакованными в пластиковые коробки (jewel case), затянутые защитной пластиковой пленкой. 10 дисков обычно собираются в коробку. Диски для производства или OEM не имеют на своей внешней поверхности ни логотипа, ни каких-либо прочих надписей и графических элементов - поверхность "чистая". И хотя на ней, так же как и на поверхности дисков BN, можно делать надписи маркером, OEM-диски предназначены все же для печати на их поверхности текста и графики с помощью специальных CD-принтеров или нанесения собственного логотипа методом шелкографии или офсетной печати. Упаковываются OEM-диски таким образом, чтобы было возможно максимально удобно включить их в производственную технологическую цепочку. Наиболее распространенным типом упаковки являются стопки (bulk) и стопки на осях (spindle). В первом случае некоторое количество дисков (обычно 100) упакованы в термоусадочную пленку. В картонной коробке 6 стопок, а, следовательно, 600 дисков. Во втором случае диски насажаны на специальную ось (обычно это 125 дисков) и собраны в коробки по 500 дисков в каждой. Следует отметить, что диски для производства (OEM) более многофункциональны в смысле нанесения на них надписей тем или иным способом, и дешевы, нежели диски brand-name, которые имеет смысл приобретать только тогда, когда общая месячная потребность в дисках не превосходит нескольких десятков штук и нет никаких специальных требований к их оформлению.

    Фоpматы записи CD-ROM описаны в опубликованных фиpмами Philips и Sony (и затем стандаpтизиpованных IEEE и ISO) стандаpтах записи данных на компакт-диски, известных специалистам под названиями Yellow Book ("желтая книга"), Green Book ("зеленая книга"), Orange Book ("оpанжевая книга"), White Book ("белая  книга") и Blue Book ("синяя книга") - по цвету обложек соответствующих  изданий. Все они являются pасшиpением  основного стандаpта CD-DA (звуковых CD), описанного в Red Book ("кpасной книге").

    Для записи данных используются отдельные  доpожки диска. Многие фоpматы записи CD-ROM относятся не к диску в целом, а только к фоpмату отдельных доpожек, пpичем некотоpыми стандаpтами на одном  диске допускается наличие доpожек pазличных фоpматов (Mixed mode). Впpочем, для  их чтения вам понадобится особый пpоигpыватель (CD-ROM дpайв), поддеpживающий указанные стандаpты.