Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Октября 2015 в 21:50, курсовая работа
В оптических дисках хранение информации основано на изменении оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В модулированном луче закодирована двоичная информация, размещенная на треке. На этом принципе основаны диски CD, а также их «потомки» — DVD и стоящие особняком диски PD. Подробно внутренняя организация компакт-дисков различного назначения рассмотрена в 1, здесь же остановимся на прикладной стороне
Накопители информации на компакт дисках.
ТИТУЛ
В оптических дисках хранение информации основано на изменении оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В модулированном луче закодирована двоичная информация, размещенная на треке. На этом принципе основаны диски CD, а также их «потомки» — DVD и стоящие особняком диски PD. Подробно внутренняя организация компакт-дисков различного назначения рассмотрена в 1, здесь же остановимся на прикладной стороне
В компьютер компакт-диск (Compact Disk, CD) пришел из цифровой аудиозаписи. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD, были разработаны фирмами Sony и Philips в 1982 году. Диаметр компакт-диска — 120 мм, толщина — 1,2 мм. Как и грампластинки, диски имеют одну спиральную дорожку, но, в отличие от грампластинок, начинающуюся от центра диска. Эта спираль имеет 22 188 витков (поперечная плотность — около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров. Область с диаметром 46-50 мм является вводной (Lead-In Area, LIA), а область 116-117 мм — выводной зоной (Lead-Out Area, LOA). Область между этими зонами называется программной (program area).
Дорожка представляет собой цепочку «ямок» (pits) в прозрачной основе диска, за которой расположен светоотражающий слой. Поперечный шаг витков спирали — 1,6 мкм, ширина дорожки (ямок) — 0,5 мкм, глубина ямок — 0,125 мкм. Края ямок соответствуют двоичным единицам канальной информации, кодирующей записанную на диске полезную информацию. Участок без изменения глубины (как ямка, так и «равнина») соответствует двоичным нулям, число нулевых битов определяется длиной этого участка. Длина ямок лежит в пределах 0,83-3,56 мкм. Для считывания применяют инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм (в воздухе). Глубина ямок выбрана равной 1/4 длины волны луча лазера в прозрачном материале основы диска. Благодаря этому луч, отраженный от дна ямки, возвращается в приемник в противофазе с лучом, отраженным от поверхности (он в обе стороны проходит лишние 1/2 волны), — они взаимоуничтожаются, что повышает контрастность восприятия ямок.
Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку дополнительное время уходит на разгон (торможение) диска при достаточно быстром перемещении головки. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереосигнала с частотой квантования 44,1 КГц и 16-разрядными выборками. На диске используется только одна поверхность.
Каждое музыкальное произведение (или его часть) записывается на одном треке, всего на диске может быть до 99 треков. Во вводной зоне размещена таблица содержимого (Table Of Content, ТОС), в которой описаны координаты каждого трека и выводной зоны. Внутри каждого трека могут быть расставлены индексы, маркирующие определенные точки в записи, — их можно быстро находить и выполнять воспроизведение с заданного места. Помимо основного информационного канала, несущего звуковую информацию, на диске имеются служебные субканалы (каналы субкода Р, Q, R, S, T, U, V, W) с пропускной способностью 1/192 от основного канала каждый. Из этих субканалов широко используются лишь Р и Q, которые служат для навигации по диску, хранения краткой информации (идентификаторов) о содержимом диска и треков, а также хранения ТОС.
В таком виде появились и первые компакт-диски, ориентированные на хранение данных, для считывания которых применяются приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — компакт-диск, предназначенный только для чтения). Они базируются на тех же методах организации и кодирования данных на физическом уровне, что и аудиодиски, но отличаются способом организации и использования хранимой информации
Приводы CD имеют большую величину времени доступа2 — 75-500 мс; такая медлительность вызывается и необходимостью разгона и торможения диска при доступе к различным участкам носителя.
Поначалу технология записи на оптические диски была очень дорогой, и в компьютерах использовали только устройства чтения и диски CD-ROM. Впоследствии были разработаны диски CD-R (Recordable CD — записываемый компакт-диск), записываемые пользователем, и устройства записи (рекордеры) CD-Writer, CD-Recorder (естественно, способные и считывать информацию).
Эти диски и устройства обеспечивали лишь однократную запись, их еще называли CD- WORM (Write Once, Read Many — однократная запись, многократное чтение) или CD-WO (Write Once). Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск первоначально назвали CD-E (Erasable — стираемые). Однако с маркетинговой точки зрения такое название показалось непривлекательным (от того, что данные могут быть стерты, восторг мало кто испытывает), и его заменили на CD-RW (Rewritable CD — перезаписываемый компакт-диск), хотя физическая суть та же.
Особую привлекательность CD-R и CD-RW придает совместимость этих дисков с обычными приводами CD-ROM и даже аудиоплеерами. Существуют также и оптические диски PD (Phase change Disk), допускающие многократную перезапись, но никак не совместимые с приводами CD-ROM. Правда, имеются комбайны CD/PD, работающие с разными типами дисков. Более новые и емкие диски DVD (Digital Video Disk — цифровой видеодиск, или Digital Versatile Disk — универсальный цифровой диск) совместимости с CD не имеют. Но и здесь появились комбайны, позволяющие работать и с DVD, и с CD.
Записывающие устройства — CD-рекордеры и DVD-рекордеры — по конструкции не слишком отличаются от устройств чтения, но их лазер в режиме записи
Стоит отметить, что время наработки на отказ у устройств CR-R/RW значительно меньше, чем у CD-ROM. Кроме того, из-за более сложной и тяжелой головки время доступа CD-R/RW в режиме считывания больше, чем у обычных приводов CD-ROM, да и скорость считывания ниже. По этим причинам использовать CD-R/RW для интенсивного чтения дисков нецелесообразно.
Применительно к устройствам чтения и записи компакт-дисков принята следующая терминология:
CD-ROM — устройство считывания компакт-дисков. Обозначение 2х, 4х,..., 52х... указывает скорость считывания (максимальную). Приводы, действительно выдерживающие указанную кратность скорости по всему объему, называют TrueX.
Приводы DVD также различаются по способности к записи/перезаписи, но здесь гораздо больше разновидностей из-за обилия стандартов. Современные устройства поддерживают, как правило, несколько стандартов. Распространены устройства-комбайны, сочетающие в себе возможности приводов CD-R/RW и DVD-ROM (плюс возможность записи DVD). По цене эти устройства стали уже вполне доступными и получили массовое распространение.
По устройству считыватели и рекордеры компакт-дисков напоминают обычные дисководы. Алгоритм работы накопителя CD-ROM представлен на рис.1.1
Однако помимо приводов шпинделя и головки они имеют еще механизм загрузки диска и более сложную головку. Головка состоит из лазерного излучателя, фотоприемника и наклонного зеркала. Все это фиксируется на подвижной каретке головки. На качающейся подвеске каретки закреплена пластмассовая фокусирующая линза, с которой связана малогабаритная катушка индуктивности, помещенная в поле постоянного магнита, установленного на каретке. Катушка и магнит образуют магнитоэлектрический привод подвески линзы, обеспечивающий ее перемещение в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Привод подвески линзы под управлением контроллера, встроенного в накопитель, обеспечивает точную фокусировку лучей оптической системы на светоотражающем слое диска, отслеживая биения поверхности диска при вращении. Понятно, что из-за инерционности системы фокусировки есть предел скорости вращения, на котором система уже не успевает отслеживать колебания. При юстировке оптической системы линзу выставляют параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов на каретке. Механика привода довольно проста, но следует помнить о нежности пластмассовой линзы: неаккуратная чистка может оставить на ней микроскопические царапины, и считывание станет неустойчивым. Существуют накопители с самоочищающимися линзами (self-cleaning lenses). Для изоляции от окружающей среды (drive sealing) в накопителях могут применяться двойные пылезащитные дверки.
Способ загрузки диска в накопитель зависит от конструкции. Больше всего распространены устройства с выдвигающимся лотком, или подносом, так называемые накопители Tray-Type (tray — поднос). Диск кладется на лоток рабочей стороной вниз, после чего специальный привод затягивает поднос внутрь устройства и укладывает диск на шпиндель. Движением лотка можно управлять программно или с помощью кнопки на лицевой панели устройства. Лоток втягивается даже просто от легкого подталкивания (при включенном питании). Устройства с лоточной подачей самые дешевые. Их недостаток заключается в том, что диск приходится брать руками, при этом его можно испачкать, уронить или поцарапать.
Рисунок 1.1 Алгоритм работы накопителя CD-ROM
Накопители CD-ROM имеют внешние размеры, соответствующие формату 5" устройств половинной высоты.
Первые накопители имели собственные интерфейсы, по фирмам-производителям называемые интерфейсами Sony, Panasonic и Mitsumi. Все эти интерфейсы по смыслу напоминают 8-битный вариант шины AT А, но о совместимости с ней нет и речи. Применение накопителей с этими интерфейсами в значительной степени затруднено из-за отсутствия соответствующих драйверов устройств. Современные накопители выпускаются в основном с интерфейсами SCSI и ATA (ATAPI), возможно подключение к шине USB, PC Card и к LPT-порту. Последний вариант может применяться даже в рекордерах, но он работает только в режиме порта ЕРР и только с довольно мощным процессором
Вслед за первыми моделями, имеющими скорость считывания 150 Кбайт/с, вскоре появились устройства с удвоенной и учетверенной скоростью считывания — Double-Speed, Quadro-Speed (QuadSpin). Для устройств с большей скоростью слов уже не нашлось, и теперь кратность скорости обозначают числами: 2х, 4х, 6х, 8х, 10х, 12х, 16х, 20х, 24х,..., 56х... Вплоть до 8-12х устройство действительно обеспечивало скорость п х 150 Кбайт/с по всему объему диска. Однако при большей кратности для считывания внутренних витков спирали потребовалась бы слишком высокая частота вращения (чтобы добиться требуемой линейной скорости). При большой частоте вращения усиливаются биения диска из-за его несбалансированности (даже из-за этикетки), и система слежения уже не справляется с фокусировкой на прыгающем треке. Накопители с большой кратностью обеспечивают указанную скорость лишь на внешних витках спирали, а постоянная линейная скорость поддерживается не по всему радиусу — ближе к центру переходят на постоянную угловую скорость.
Практически все приводы CD/DVD позволяют воспроизводить и аудиодиски (CD-DA), для чего они имеют встроенные цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) и аналоговый интерфейс с линейным выходом стереосигнала уровня 0,2 В.
Оптические диски CD-ROM, CD-R и CD-RW имеют прозрачную поликарбонатную (пластиковую) основу, над которой расположен хранящий информацию слой, защищенный сверху лаком. На верхнюю сторону этого «пирога» может быть нанесена этикетка. Хранящий слой расположен ближе всего к верхней стороне; механические повреждения (царапины, вмятины) с верхней стороны чаще приводят к неисправимым ошибкам чтения. Царапины, как и пылинки, с нижней стороны, через которую светит лазер, не так страшны — через них проходит луч с еще довольно большим диаметром пятна (порядка 1 мм). Луч фокусируется в точку микронных размеров уже на самом хранящем слое, так что мелкие дефекты на внешней поверхности не оказывают существенного влияния на оптические процессы.
Устройство хранящего слоя может быть различным3: