Накопители информации на компакт дисках

Помещение информации на диски может производиться как печатью с матрицы (наподобие тиражирования грампластинок), так и непосредственной записью на носитель в устройстве CD-R или CD-RW, о котором речь пойдет далее. Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже — порядка 0,5-1 доллара. Независимо от способа записи оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (конечно, при наличии качественного носителя и записывающей аппаратуры). Однако между штампованными и записанными дисками все же имеется некоторая разница. Перезаписываемые диски CD-RW по сравнению с CD и CD-R при считывании дают меньшую амплитуду сигнала. По этой причине приводы без автоматической регулировки чувствительности приемника (старые модели, выпущенные до 1998 года, включая ряд моделей 8х) не могут считывать диски CD-RW. На способность привода читать CD-RW указывает логотип «MultiRead».

Для упрощения записывающей аппаратуры на болванке (target) — чистом диске для записи — по всей поверхности при изготовлении наносится спиральная дорожка разметки (pregroove). Разметка отпечатана на верхнем слое поликарбонатного субстрата, по ней при записи наводится головка. Эта дорожка, по которой при записи диск разбивается на кадры, содержит коды разметки диска по времени (Actual Time In Pregroove, ATIP). На этой же дорожке имеется информация о требуемой мощности лазера и возможной скорости записи. Скорость записи зависит как от диска, так и от привода.

Аббревиатура BLER раскрывается как “Block Error Rate” и обозначает частоту появления информационных блоков, которые имеют ошибочные символы (байты), обнаруженные на уровне C1. Показатель BLER — параметр, который хорошо отражает качество диска в целом, так как зависит от множества факторов, проявляющихся в процессе изготовления дисков.

Стандарт “Красная книга”http://www.cdimage.com.ua/glosariy (Red Book, IEC 908) определяет максимальный BLER не более 220 блоков в секунду При этом вычисляется среднее значение при измерении на интервалах по 10 секунд. В зависимости от BLER диски делятся на пять классов (grade) качества:

Grade A ( ) — диски высокого качества;

Grade B ( ) — диски хорошего качества;

Grade C ( ) — диски удовлетворительного качества;

Grade D ( ) — диски, которые можно использовать, но чтение информации с которых затруднено или велика опасность выхода диска из строя (потеря информации);

Grade F ( ) — диски, использование которых просто опасно: они могут даже вызвать “зависание” компьютера и сбой в работе CD плеера — например, вы не сможете извлечь диск из привода без использования аварийного метода.

Определим суммарное количество ошибок при помощи таблицы с вычисляемыми полями см.табл.2.1

 

Таблица 2.1

Пример таблицы с вычисляемыми полями

№ блока	количество ошибок
	15
	20
	30
	40
Итого	105

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2 Виды болванок СD

 

Болванки для записи имеют маркировку типа:

• CD-R, или Compact Disc Recordable — диски с однократной записью, подходят для устройств CD-R и CD-RW;
• CD-RW, или Compact Disc Rewritable — диски с многократной записью, подходят только для устройств CD-RW.

На диске также указывается диапазон возможных скоростей записи (минимальная и максимальная скорости). Эта информация печатается на его этикетке (для пользователя) и заносится в служебную область разметки (для привода). Высокоскоростные болванки немного дороже низкоскоростных, но это плата за возможную экономию времени при записи. Полностью диск на скорости 1х записывается 74 минуты (плюс еще несколько минут может потребоваться на запись служебной информации). Скорости 2х, 4х, 6х,.... 24х и т. д. позволяют сократить это время, но не в указанное число раз: высокая скорость может быть только ближе к концу диска, и есть еще почти постоянные накладные расходы. Привод (или его драйвер) может выбрать скорость ниже указанной (если ему «не понравится» имя производителя, записанное в служебной области разметки).

Стандартный «размер» болванки — 74 минуты или 650 Мбайт («двоичных»), иногда в рекламных целях указывают 680 Мбайт, но уже «десятичных». Оба этих числа соответствуют 333 000 секторам по 2048 байт пользовательских данных — итого 681 984 000 байт. Иногда пишут даже 780 Мбайт, это те же 333 000 секторов, но уже «сырых» данных по 2336 байт без ЕСС. Получили распространение и болванки большего объема (но того же размера), вмещающие до 80 минут аудио (около 700 Мбайт данных). Малогабаритные болванки диаметром 80 мм вмещают около 200 Мбайт. Есть и болванки размером с визитную карточку, в их прямоугольник вписывается диск, на котором умещается 30-60 Мбайт.

Верхняя поверхность болванки может быть защищена довольно прочным покрытием, на котором можно даже печатать этикетки на специальном принтере для дисков.

 

 

2.1.3 Многосеансовые диски

 

 

Специальным вариантом записываемого диска является многосеансовый диск, в котором распознаваемое обычным считыванием содержимое записываемого диска может меняться пользователем несколько раз. Структуру многосеансового диска иллюстрирует рис. 9.10, на котором серым цветом отмечены записанные области (две закрытые сессии и третья — не закрытая).

Для записи дисков используются программы для записи дисков4, внешний вид – копия экрана представлена на рис.2.1

Сессией (session) называют набор треков (от 1 до 99), которому предшествует вводная зона, содержащая ТОС с указателями начала каждого из этих треков. За последним треком имеется и выводная зона, начало которой также задано в ТОС. Сразу за выводной зоной может быть записана вводная зона следующей сессии

 

Рисунок 2.1 Программа Nero для записи CD –( копия экрана)

 

.

Каждая сессия (рис.2.2) (структура, записанная за один сеанс) выглядит как обычный диск CD-ROM, но есть нюансы в записях вводной зоны. Сессия называется закрытой, когда ее программная область обрамлена вводной и выводной зонами. Однако в ее ТОС указатель на выводную зону может указывать либо на начало выводной зоны, либо на ее конец» то есть на начало вводной зоны следующей сессии. Когда указатель описывает начало выводной зоны, диск становится закрытым — следующую сессию к нему уже не добавить. Когда он указывает на конец вводной зоны, на диск возможна запись последующей сессии (если хватает ресурсов: места на диске, места в РМА и номеров треков).

Рисунок 2.2 Структура многосеансового диска: PCA – область калибровки, РМА – область сохранения координат, LIA – вводная зона, LOA – выводная зона

 

Первый трек первой сессии должен иметь номер 01, следующие треки — последовательно нарастающие номера. Номер первого трека очередной сессии должен быть следующим за номером последнего трека предыдущей сессии. Максимальный номер трека — 99.

Многосеансовые, или мультисессионные (multi session), диски содержат более одной сессии, и все сессии физически доступны для чтения. Очередная записываемая сессия может быть как полностью независимой (ее ТОС содержит ссылки только на ее собственные треки), так и связанной с предыдущими сессиями (linked session). Связь может быть как на уровне треков (абсолютные координаты «старых» треков все или частично включают в ТОС новой сессии), так и на уровне файлов (для CD-ROM). Связь на уровне файлов требует внесения ссылок на файлы прежних сессий в каталоги и таблицу путей, являющиеся логической частью файловой системы CD-ROM.

Возможности использования информации конкретных сессий зависят от устройства считывания и его ПО.

 

2.1.4 Технические характеристики

 

Блок (сектор) CD-ROM задействует 2352 байта следующим образом. В начале блока находится заголовок (16 байт): 12-байтное поле синхронизации, 3-байтный адрес (Min:Sec:Frac), байт с номером режима данного сектора.

Режим (CD-ROM Mode nn) определяет использование поля данных блока: 00 — нули (нет данных), 01 — 2048 байт пользовательских данных и дополнительные контрольные коды, 02 — 2336 байт «сырых» данных (без дополнительной защиты от ошибок).

В записываемых дисках (CD-R и CD-RW) по сравнению с печатными дисками (CD-DA и CD-ROM) на треке, помимо вводной (LIA) и выводной (LOA) зон, а также зоны данных (Program Area, PA), имеются дополнительные5:

• РСА (Power Calibration Area) — зона для калибровки мощности лазера (в этой зоне делаются пробные записи);
• РМА (Program Memory Area) — зона для промежуточного хранения ТОС (координат начала и конца треков) сеанса записи. При закрытии сеанса эта информация переписывается в LIA данного сеанса.

Объем стандартного диска CD-DA (74 минуты) составляет 74 х 60 х 75 - 333 000 блоков. Если в блоке использовать по 2048 байт (с дополнительной защитой), то это составляет 681 984 000 байт; если по 2336 байт (без дополнительного ЕСС) - 777 888 000 байт.

Миниатюрные диски (CD Single) диаметром 80 мм имеют емкость около 200 Мбайт6. Для этих дисков на лотках приводов CD имеется небольшое углубление, обеспечивающее возможность их использования наравне с «большими». Их не следует путать с мини-дисками (Sony MiniDisk), являющимися перезаписываемыми магнитооптическими дисками.

Скорость передачи данных стандартного аудиодиска составляет 75 блоков в секунду, в CD-ROM (а также CD-R и CD-RW) эта скорость называется 1х и при размере 2048 байт составляет 150 Кбайт/с (1К - 1024). Для устройств хранения такая скорость маловата, и были определены скорости 2х, 4х, 8х, ..., 56х. Приводы со скоростями до 12-16х обеспечивают постоянную линейную скорость по всей рабочей поверхности. Высокоскоростные приводы для режимов выше 12-16 обеспечивают постоянную угловую скорость. Более высокая кратность скорости реально обеспечивается только на внешней части спирали (напомним, что это ближе к ее концу).

 

2.2 Диски DVD

 

Название DVD сначала расшифровывалось как Digital Video Disk — диск для цифровой видеозаписи, сейчас же подразумевается иное — Digital Versatile Disk — универсальный цифровой диск. В DVD нашли свое развитие принципы CD, направленные на повышение плотности хранения и скорости передачи информации. Эти диски имеют те же внешние размеры, что и CD (диаметр 120 мм и толщину 1,2 мм), однако представляют собой «бутерброд» из двух пластин. Для повышения емкости ширина трека и продольный размер битовой ячейки уменьшены примерно вдвое, снижены издержки, связанные с избыточностью кодов коррекции ошибок. Кроме того, могут использоваться две стороны диска, а на каждой стороне информация может храниться в двух слоях, таким образом, один диск может иметь уже четыре рабочих слоя. Для считывания DVD требуется лазер с длиной волны 635/650 нм (для CD используется длина волны 780 нм). Изменены системы канального (применяются 16-битные коды) и избыточного кодирования.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 Устройство двухслойного диска DVD:

a – луч, сфокусированный на верхнем слое;

б – луч, сфокусированный на нижнем слое.

 

Каждая пластина DVD может быть как однослойной (аналогичной по конструкции диску CD), так и двухслойной. В двухслойной пластине «ямки» расположены в двух плоскостях, нижний слой сверху покрыт полупрозрачной полуотражающей пленкой, а верхний — отражающей (рис. 3.1). Какой из слоев считывается, определяется фокусировкой луча (сигналы другого слоя из-за расфокусировки размываются и на их фоне различим требуемый слой). В двухслойных дисках размер ячейки увеличен примерно на 10 %, за счет чего емкость каждого слоя несколько ниже, чем у однослойных.

Диски DVD выпускаются в разных сочетаниях количества сторон (SS — Single Sided, односторонние; DS — Dual Sided, двусторонние) и слоев (SL — Single Layer, однослойные; DL — Dual Layer, двухслойные). В односторонних дисках вторая пластина может использоваться в качестве этикетки, маркировка двусторонних дисков проблематична, поскольку обе стороны требуются для считывания. Для считывания обеих сторон DS-дисков во многих моделях приводов приходится переворачивать диск. Производство дисков DS/DD сложно, а потому и дорого.

Двухслойные диски DVD пока что распространены только печатные, а перезаписываемые диски бывают в основном однослойные (но могут быть и двусторонними). Двухслойные записываемые диски DVD±R DL (они же DVD±R9) и приводы для них вышли на рынок только в 2005 году.

Диски FMD (флюоресцентные многослойные), сулящие большие объемы (называемые и трехмерными), пока не вышли из стадии лабораторных исследований.

Базовой скоростью DVD является скорость, достаточная для считывания видеодисков, — около 1,35 Мбайт/с, что эквивалентно 9х для CD-ROM. Однако эта скорость передачи обеспечивается при скорости вращения DVD, примерно в 3 раза меньшей, чем у CD-ROM. Этим объясняется тот факт, что высокоскоростные приводы DVD-ROM, читающие и CD, обеспечивают скорость считывания CD, меньшую, чем для DVD, — сказывается ограничение скорости вращения, при которой биения еще приемлемы. Высокие скорости DVD-ROM (2x, 4х и т. д.) требуются лишь для ускорения обмена данными при работе компьютерных приложений — для видео достаточно 1х. Предельной считается скорость 16х (21,6 Мбайт/с), она уже достигнута при чтении и даже однократной записи (DVD ± R); многоразовая запись DVD ± RW пока работает со скоростями 4х-8х. Время доступа у приводов DVD такое же большое, как и у приводов CD (около 120-150 мс).

Первые записываемые диски DVD — DVD-R и рекордеры появились в 1997 году, но были очень дороги. Они используют ту же технологию, что и CD-R, но более тонкую геометрию и иной тип краски.