Прочтение информации происходит с помощью сфокусированного пучка лазерного луча.

Теперь посмотрим, как же устроен этот DVD Rom. Сегодня он еще актуален, поскольку до сих пор многие используют в качестве носителей информации диски. Поэтому нужно ориентироваться в этом вопросе. Но на другие приводы пока обращать внимания не будем.

Вообще, только появление высоких технологий позволили сделать такую вещь как оптический привод. Диск имеет отражающий слой, на котором и фокусируется лазерный луч. Он должен быть безупречно точным и направленным. Слой на диске нам кажется ровным и блестящим, но там есть микроскопические впадины, которые и являются ничем иным как записанной информацией. Лазерный луч считывает отраженный свет от этих «неровностей».

Прежде всего, порядок

Но, чтобы было все-таки понятнее, будем рассматривать все по порядку.

Все ли знают, что обозначают известные уже нам аббревиатуры? Думается, что нет. Поэтому, сначала разберемся с этим.

• Сокращенное слово CD Rom это компакт диск. Полное название Compact Disc Read-Only Memory и используется он только для чтения.
• Так же короткое DVD Rom это диск уже более универсальный. Однако и он используется только для чтения. Полное название Digital Versatile Disc read only memory.
• Есть ее «голубой луч» или Blu-ray. На этот диск информация записывается коротковолновым лазерным лучом, сине-фиолетового цвета.

На снимке хорошо видно, что именно мы называем DVD оптическим приводом.

Установить самостоятельно DVD Rom просто. Обычно трудностей не вызывает. Но важно, чтобы стандарт подключения совпадал с устройством. Стандартов два: «SATA» и «IDE».

Первый считается наиболее современным, а второй уже устаревшим.

Самое главное обозначено цифрами в порядке от одного до трех.

• Первой обозначена секция «master/slave» перемычки на диске.
• Под вторым номером штырьковый интерфейс для подключения устройств «ATA/ATAPI». Все девятнадцать отверстий.
• В третий разъем из четырех контактов подключается «molex».

А теперь внимание обратим на тыльную сторону. Это стандарт «SATA» DVD Rom привода.

• В первый разъем подключается кабель питания, состоящий из пятнадцати контактов.
• Во второй разъем устанавливается кабель передачи данных. Он плоский и короткий. Подключение происходит к контролеру «SATA», находящемуся на материнской плате.

Надо обязательно заметить, что не все устройства имеют DVD Rom привод. Например, нетбук или планшет. В этом случае выручит такой оптический привод как USB DVD Rom. Ведь вставить диск, в случае смены операционной системы, например, некуда. Тогда оптический привод подключается через USB порт.

Ситуации, когда такая разновидность оптического привода необходима, не редки. Например, на этот нетбук требуется установка операционной системы, что и возможно сделать с помощью этого USB привода.

Как записывается информация?

Как происходит запись на грампластинки более или менее представляют многие. Сначала запись на CD диски происходила похожим образом. И название пластинок было CD-R (Recordable). Записать что-то второй раз на такую пластинку было невозможно. Но потом диски становись все, более совершенными и стало возможно информацию перезаписывать по нескольку раз. Это диски CD-RW (ReWritable). И все дело в нюансах производства. Раньше запись происходила непосредственно на слой пластика. Теперь же делался слой из сплава металлов. И слой этот под воздействием лазерного луча способен менять свойства. Можно даже заметить на поверхности темные и светлые полосы. Эта технология позволяет переписывать информацию много раз, может даже и тысячу раз.

Пластина диска имеет слой, на который и производится запись. Этот слой можно увидеть на всех дисках для записи и перезаписи. Если диск нельзя перезаписать, то определить это можно по слою на пластине. Если диск записан, то слой поменяет цвет. Процесс происходит от воздействия лазерного луча, и он необратим.

Диски для перезаписи снабжены слоем сплава, способного менять отражающий слой под воздействием все того же лазерного луча.

Все диски имеют стандартный размер диаметра в 120мм. Толщина не превышает 1,2 мм. В центре обязательно отверстие небольшого диаметра в 15 мм. Поверхность диска ни в коем случае не должна иметь никаких царапин. И для предотвращения этого на внешней стороне диска есть выступ. Он небольшой 0,2 мм, но строго выполняет свои функции. На ровной поверхности диск уже не получит никаких повреждений.

Любой диск это многослойный пирог. Но пирог толщину имеет чуть больше миллиметра. Однако каждый слой имеет свою функцию и выполняет ее. Посмотрите, как выглядит диск на схеме и сколько слоев он имеет из различных материалов.

Какой бы сложной с нашей точки зрения не была информация, вся она будет записана в виде питов и лендов. На самом деле это углубления (pit) и поверхность (lands). В общем получается волнообразная дорожка. Углубления вдавливаются в слой поликарбоната, а плоскость остается неизменной. Когда луч фокусируется на дорожке, то свет от плоскости и выпуклостей отражается по-разному. И разница бывает едва заметной, но все это фиксируется.

Если говорить более простым языком, то вся информация выглядит как ноль – плоскость и единица – бугорок.

Обратите внимание, как это выглядит под сильным увеличением.

Теперь видите что на поверхности, которая кажется идеально ровной?

DVD Rom производит запись и чтение информации, используя красный лазер. Длина волны измеряется в нанометрах и составляет 650нм. А вот шаг составляет всего 0,74 микрометра. Для сравнения в CD дисках все показатели в два раза больше. Понятно, что уменьшение лазерной волны и позволило более точно «рассматривать» поверхность диска, и фиксировать все питы. Постоянное уменьшение и сделало DVD диск практически безразмерным. Одно время, когда там стало помещаться больше, чем 4 гигабайта информации, это выглядело фантастически!

Вот некоторые цифры для сравнения.

В диске DVD, по сравнению с CD размер пиитов составляет 0,4 микрон против 0,83.

CD диск имеет дорожку шириной 1,6 микрон, в диске DVD всего 0,74.

Некоторые диски могут вместить просто огромный объем информации. Например:

• двусторонние,
• двухслойные.

Некоторые диски могут быть как двухслойными, так и двухсторонними. Такой бутерброд вместит все 17 гигабайт.

Подробнее о каждом

Двухслойные DVD диски производятся методом прессования первого слоя. Потом второй слой наносят напылением сверху. Напыление полупрозрачное. Лазерный луч, когда считывает информацию, фокусируется на каждом слое, переходя с одного на другой автоматически.

Если диск DVD двухслойный, то толщина каждого слоя достигает 0,6 мм. При склеивании слоев получаются все те же 1,2 мм. Это очень похоже на пластинку, прослушав одну сторону можно ее перевернуть.

На схеме это выглядит так:

Схема диска

Синий луч

Помните о Blu-ray дисках? Они как-то отличаются от привычных уже DVD и CD дисков. Они читаются с помощью сине-фиолетового лазерного луча. Длина его меньше, чем требуется для чтения дисков DVD Rom и CD Rom (RW). Для них используется луч длиной 650 и 780 нанометров соответственно. А для диска Blu-ray луч нужен длиной всего 405 нм. И все потому, что технологии с использованием красного луча лазера можно сказать достигли предела. А вот сине-фиолетовый луч это настоящий скачок в развитии.

Для такого луча и ширина дорожки требуется меньше, потому и количество информации можно записать больше. Однако из-за тонкости рельефа на информационном слое считывать записи на большой скорости стало труднее. Поэтому пришлось уменьшить защитный слой из поликарбоната. Раньше он был 0,6, а теперь 0,1 мм. В результате повысилась скорость работы и точность считывания информации.

На таблице ниже можно увидеть, с какой скоростью могут работать оптические приводы Blu-ray.

Когда в начале 80-х годов прошлого века компании Sony и Philips выпустили звуковые компакт-диски (Compact Disc - CD), никто не мог предположить, каким ценным носителем информации они станут в недалеком будущем. Долговечность, возможность произвольного доступа и высокое качество звука CD привлекли к ним всеобщее внимание и способствовали их широкому распространению. Первый накопитель CD-ROM (CD-ROM drive) для РС был выпущен в 1984 г., но прошло несколько лет прежде чем он стал почти обязательным компонентом высококачественных РС. Сейчас же на CD-ROM распространяются игры, программные приложения, энциклопедии и другие мультимедийные программы (образно говоря, сейчас "из дорогой роскоши накопитель CD-ROM превратился в дешевую необходимость"). Собственно, "мультимедийная революция" многим обязана дешевым CD-ROM большой емкости. Если звуковой CD был рассчитан на воспроизведение высококачественного цифрового звука в течение 74 минут, то компьютерный CD-ROM может хранить 660 МБ данных, более 100 фотографий высочайшего качества или телефильм продолжительностью 74 минуты. Многие диски хранят все эти виды информации, а также и другую информацию.

Накопители CD-ROM играют важную роль в следующих аспектах вычислительной системы:

• Поддержка программного обеспечения : Самая важная причина того, что современный РС должен иметь накопитель CD-ROM, является огромное число программных приложений, распространяемых на компакт-дисках. Сейчас гибкие диски для этого практически не применяются.
• Производительность : Поскольку сейчас много программ используют накопитель Cd-ROM, важное значение приобретает производительность накопителя. Конечна, она не столь критична, как производительность жесткого диска и таких компонентов РС, как процессор и системная память, но все же имеет важное значение.

Благодаря массовому производству современные накопители CD-ROM стали быстрее и дешевле, чем раньше. Сейчас на CD-ROM распространяется подавляющее большинство программных приложений, а многие программы (например, базы данных, мультимедийные приложения, игры и фильмы) можно выполнять непосредственно с CD-ROM, причем часто в сети. Современный рынок накопителей CD-ROM предлагает внутренние, внешние и портативные устройства, однодисковые и многодисковые устройства с автоматической сменой дисков, накопители с интерфейсами SCSI и EIDE, а также множество стандартов.

Большинство накопителей CD-ROM имеют на лицевой панели удобные органы управления, позволяющие использовать накопитель для воспроизведения и прослушивания звуковых компакт-дисков. Обычно имеются такие органы управления:

• Выход на стерео-наушники : Небольшое гнездо (джек - jack) для подключения наушников и прослушивания звукового CD.
• Поворотная ручка для управления громкостью : Для регулировки громкости звукового выхода.
• Кнопки Start и Stop : Предназначены для того, чтобы начать и остановить воспроизведение звукового CD. В некоторых накопителях эти кнопки являются единственными органами управления.
• Кнопки Next Track и Previous Track : Эти кнопки позволяют перейти к следующей дорожке и предыдущей дорожке звукового CD.

Накопители CD-ROM появились после того, как отсеки накопителей в РС были стандартизованы, поэтому они рассчитаны на стандартный отсек накопителя 5.25". Высота накопителя CD-ROM составляет 1.75", что соответствует стандартному отсеку "половинной высоты" (half-height). Большинство накопителей имеют металлический кожух, в котором имеются отверстия для крепящих винтов, что обеспечивает простой монтаж накопителя в отсеке. Для установки диска обычно применяется выдвижной лоток (tray).

Структура диска CD-ROM

Накопитель CD-ROM можно сравнить с накопителем на гибком диске, так как в обоих накопителях применяется сменный (removable) носитель. Его можно сравнить и с накопителем на жестких дисках, так как оба накопителя имеют большую емкость. Однако CD-ROM не является ни гибким, ни жестким диском. Если в накопителях на гибком и жестких дисках используется магнитный (magnetic) носитель, то в CD-ROM применяется оптический (optic) носитель. Базовый CD-ROM имеет диаметр 120 мм (4.6") и представляет собой своеобразный "сэндвич" толщиной 1.2 мм из трех покрытий: задний слой прозрачного поликарбонатового пластика, тонкая алюминиевая пленка и лаковое покрытие для защиты диска от внешних царапин и пыли.

В традиционном производственном процессе на чистом поликарбонатовом пластике штампуются миллионы крошечных впадин, называемых питами (pits), на спирали, которая разворачивается от центра диска наружу. Затем питы покрываются тонкой алюминиевой пленкой, которая придает диску характерный серебряный цвет. Типичный пит имеет ширину 0.5 мкм, длину от 0.83 до 3 мкм и глубину 0.15 мкм. Расстояние между дорожками (шаг дорожек - pitch) составляет всего 1.6 мкм. Плотность дорожек составляет более 16 000 дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI); для сравнения - у гибкого диска TPI равно 96, а у жесткого диска 400. Длина развернутой и вытянутой спирали составляет около четырех миль.

Конечно, с компакт-дисками необходимо обращаться аккуратно. Наиболее чувствительна к повреждениям рабочая сторона диска. Несмотря на то, что алюминиевый слой защищен от повреждений и коррозии лаковым покрытием, толщина этого защитного слоя составляет всего 0.002 мм. Неосторожное обращение или пыль могут привести к появлению небольших царапин и тончайших трещин, через которые проникает воздух и окисляет алюминиевое покрытие, превращая диск в неработоспособный.

Принцип работы накопителя CD-ROM

За исключением очень сложных способов контроля ошибок работа накопителя CD-ROM очень похожа на работу плейера звуковых компакт-дисков. Данные хранятся так же, как на всех CD. Информация хранится в секторах емкостью 2 КБ на спиральной дорожке, которая начинается в центре диска и "раскручивается" к внешнему краю диска. Секторы можно считывать независимо.

Плейер считывает информацию с питов и лэндов (lands) спиральной дорожки CD, начиная от центра диска и двигаясь к внешнему краю. Для считывания используется инфракрасный лазерный луч с длиной волны 780 нм, который генерирует маломощный арсенид-галлиевый полупроводник. Луч проходит через слой прозрачного покрытия на металлическую пленку. Несмотря на то, что лазер маломощный, он может повредить сетчатку, если попадет в незащищенный глаз. При вращении диска со скоростью от 200 до 500 оборотов в минуту (Rotations Per Minute - RPM) луч отражается от питов и частота света изменяется.

Области вокруг питов, называемые лэндами , также участвуют в процессе считывания. Отраженный свет проходит через призму на фотодатчик, выходной сигнал которого пропорционален объему воспринятого света. Свет, отраженный от питов, отличается по фазе на 180 градусов от света, отраженного от лэндов, и разности в интенсивности измеряются фотоэлектрическими ячейками и преобразуются в электрические импульсы. В результате последовательность питов и лэндов переменной длины, отштампованная на поверхности диска, интерпретируется как последовательность единиц и нулей, из которых восстанавливаются хранящиеся на диске данные (с помощью цифро-аналогового преобразователя цифровые данные звукового CD превращаются в звуковые сигналы). Так как поверхности носителя непосредственно "касается" только лазерный луч, износа носителя не происходит.

Все было бы относительно просто, если бы поверхности дисков CD-ROM были абсолютно плоскими и могли вращаться без горизонтальной девиации. Фактически же в составе накопителя потребовались сложные электронные схемы, обеспечивающие фокусировку лазерного луча на поверхности диска и направления его точно на считываемую дорожку.

Было разработано несколько методов обеспечения радиального слежения за дорожкой, но наиболее распространен трехлучевой метод. Лазерный луч не просто направляется на поверхность диска, а излучается полупроводниковым устройством и проходит через дифракционную решетку, которая формирует два дополнительных источника света с каждой стороны основного луча. При пропускании через коллиматорные линзы три луча становятся параллельными, а затем они проходят через призму, которая называется поляризующим расщепителем луча (polarised beam splitter). Расщепитель разрешает прохождение входящих лучей, а возвращающиеся отраженные лучи поворачиваются на 90 градусов на фотодиод, который интерпретирует сигнал.

Измеряются интенсивности двух боковых лучей, которые должны быть одинаковыми пока лучи остаются на каждой стороне дорожки. Любое боковое смещение диска приводит к разбалансу и серво-двигатель корректирует объектив. Вертикальное смещение учитывается разделением приемного фотодиода на четыре квадранта и размещением их посередине между горизонтальными и вертикальными фокальными точками луча. Любое отклонение диска приводит к тому, что пятно становится эллиптическим, вызывая разбаланс токов между противоположными парами квадрантов. При этом объектив перемещается вверх или вниз, обеспечивая круговую форму пятна.

Технология компакт-дисков предусматривает встроенные системы исправления ошибок, которые способные скорректировать большинство ошибок, вызываемых физическими частицами на поверхности диска. В каждом накопителе CD-ROM и каждом плейере звуковых компакт-дисков для обнаружения ошибок применяется перекрестно-перемежающийся код Рида-Соломона (Cross Interleaved Reed Solomon Code - CIRC), а стандарт CD-ROM обеспечивает второй уровень исправления с помощью алгоритма Layered Error Correction Code. В коде CIRC кодер добавляет информацию о двумерном паритете для исправления ошибок, а также перемежает данные на диске для защиты от пакетных ошибок. Возможно исправлять пакеты ошибок до 3500 битов (длина 2.4 мм) и компенсировать пакеты ошибок до 12 000 битов (длина 8.5 мм), вызываемые небольшими царапинами.

Цифровой звук

На пластинках и магнитофонных кассетах звуковой сигнал записывается как аналоговый сигнал . Поэтому все несовершенства записи мы слышим как помехи (шипение и свист) или другие дефекты. Для устранения этих дефектов в компакт-дисках применяются цифровые способы хранения "отсчетов" (samples) как чисел. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой называется дискретизацией (sampling), или оцифровкой (digitising). Аналоговый сигнал опрашивается много раз в секунду и при каждом опросе амплитуда измеряется и округляется до ближайшего представимого значения. Очевидно, чем выше частота дискретизации (sampling rate) и чем точнее присваиваемые амплитудам значения (динамический диапазон - (dynamic range), тем лучше представление оригинала.

Для CD применяются частота дискретизации 44.1 кГц и 16-битовый динамический диапазон. Это означает получение 44 100 отсчетов в секунду и амплитуда сигнала в момент каждого отсчета описывается 16-битовым числом, что дает 65 536 возможных значений. Такая частота дискретизации обеспечивает частотную характеристику, достаточную для звуков с высотой 20 кГц. Однако некоторые "аудиофилы" (audiophiles) считают, что этого недостаточно для передачи психоакустических эффектов, которые возникают за пределами восприятия слухом человека. Звук записывается на двух дорожках для достижения стереоэффекта.

Несложные вычисления показывают (44 100 отсчетов в секунду * 2 байта * 2 канала), что одна секунда звука описывается 176 400 байтами с соответствующей скоростью передачи данных 176.4 КБ/с. Односкоростной накопитель CD-ROM передает данные именно с такой скоростью, но часть потока данных содержит информацию для исправления ошибок, что уменьшает эффективную скорость передачи данных до 150 КБ/с. Компакт-диск может хранить 74 минуты закодированных данных стереозвука, что с учетом служебных потерь на обнаружение и исправление ошибок дает стандартную емкость компакт-диска 680 МБ. В таблице приведены все рассмотренные параметры.

Скорость вращения

Постоянная линейная скорость

Первое поколение односкоростных накопителей CD-ROM опиралось на конструкцию плейеров звуковых CD. Для вращения диска применялась технология постоянной линейной скорости (Constant Linear Velocity - CLV), т.е. диск вращался так же, как звуковой CD, что обеспечивало скорость передачи данных 150 КБ/с. Дорожка данных должна проходить под головкой считывания с одной и той же скоростью на внутренних и внешних частях диска. Для этого приходится изменять скорость вращения диска в зависимости от позиции головки. Чем ближе к центру диска, тем более быстрее должен вращаться диск, чтобы обеспечить постоянный поток данных. Скорость вращения диска в плейерах звуковых CD составляет от 210 до 540 об/мин.

Поскольку на внешнем краю диска имеется больше секторов, чем в центре, в технологии CLV используется серво-двигатель, который замедляет скорость вращения диска при переходе на внешние дорожки, чтобы поддерживать постоянную скорость передачи данных от лазерной головки считывания. Внутренняя буферная память накопителя управляет скоростью вращения, используя кварцевый генератор для тактирования данных на выходе буфера с определенной скоростью и поддержания буфера заполненным на 50%, когда в него считываются данные. Если данные считываются слишком быстро, порог заполнения 50% превышается и посылается команда замедления скорости вращения шпиндельного двигателя.

Если звуковые CD необходимо считывать с постоянной скоростью, то такое требование для дисков CD-ROM совсем не обязательно. По существу, чем быстрее считываются данные, тем лучше. По мере совершенствования технологии CD-ROM скорость постоянно повышалась и в 1998 г. появились накопители с 32-кратной скоростью передачи данных в 4.8 МБ/с.

Например, четырехскоростной накопитель, использующий технологию CLV, должен вращать диск со скоростью около 2120 об/мин при считывании внутренних дорожек и 800 об/мин при считывании внешних дорожек. Переменная скорость вращения необходима также при считывании звуковых данных, которые всегда считываются с постоянной скоростью (150 КБ/с) независимо от скорости передачи компьютерных данных. Важнейшими факторами в накопителях с переменной скоростью вращения диска являются качество шпиндельного двигателя, вращающего диск, и программа, которая управляет работой накопителя, а также система позиционирования, которая должна быстро и точно перемещать головку считывания в нужную позицию для доступа к данным. Простого повышения скорости вращения недостаточно.

Еще одним фактором оказывается уровень использования времени центрального процессора: при повышении скорости вращения и, следовательно, скорости передачи данных, увеличивается и то время, которое процессор должен расходовать на обработку данных от накопителя CD-ROM. Если одновременно время процессора требуют и другие задачи, то накопителю CD-ROM доступны меньшие возможности обработки данных и скорость передачи данных будет снижаться. Правильно спроектированный накопитель CD-ROM должен минимизировать время использования процессора при заданных скорости вращения и скорости передачи данных. Ясно, что внутренняя производительность быстрого накопителя должна быть больше, чем у медленного.

Для накопителей CD-ROM всегда приводится емкость буфера данных. Конечно, буфер емкостью 1 МБ определенно лучше буфера емкостью 128 КБ с точки зрения скорости передачи данных. Однако без хорошей программы управления накопителем незначительное повышение производительности почти не оправдывает расходов на дополнительную буферную память.

Постоянная угловая скорость

Технология CLV оставалась доминирующей технологией накопителей CD-ROM до тех пор, пока компания Pioneer, выпустившая первый четырех-скоростной накопитель, не выпустила в 1996 г. десяти-скоростной накопитель DR-U10X. Этот накопитель работал не только в режиме с обычной постоянной линейной скоростью, но и в режиме с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV). В этом режиме накопитель передает данные с переменной скоростью, а шпиндельный двигатель вращается с постоянной скоростью, как жесткий диск.

На общую производительность сильное влияние оказывает время доступа (access time). По мере повышения скорости CLV-накопителя время доступа часто ухудшается, так как труднее обеспечить резкие изменения скорости вращения шпиндельного двигателя, необходимые для поддержания постоянной и высокой скорости передачи данных из-за инерции самого диска. В CAV-накопителе поддерживается постоянная скорость вращения, что повышает скорость передачи данных и снижает время поиска, когда головка перемещается к внешнему краю. Если в первых CLV-накопителях время доступа составляло 500 мс, то в современных CAV-накопителях оно уменьшилось до 100 мс.

Революционная конструкция накопителя компании Pioneer позволяла работать в режимах CLV и CAV, а также в смешанном режиме. В смешанном режиме режим CAV применялся для считывания вблизи центра диска, а при подходе головки к внешнему краю накопитель переключался в режим CLV. Накопитель компании Pioneer означал конец эры накопителей только с режимом CLV и переход к так называемым накопителям Partial CAV как основному виду накопителей Cd-ROM.

Такое положение сохранялось до разработки нового поколения цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor - DSP), которые могли обеспечить 16-кратную скорость передачи данных, и осенью 1997 г. компания Hitachi выпустила первый накопитель CD-ROM, использующий только технологию CAV (Full CAV). В нем были преодолены многие проблемы накопителей Partial CAV, в частности, необходимость контролировать позицию головки и изменять скорость вращения для поддержания постоянной скорости передачи данных и поддерживать примерно постоянное время доступа. В новом накопителе не требовалось ожидать успокоения скорости вращения шпиндельного двигателя между переходами.

Большинство 24-скоростных Full CAV накопителей CD-ROM в конце 1997 г. использовало постоянную скорость вращения диска 5000 об/мин со скоростью передачи данных 1.8 МБ/с в центре и повышением ее до 3.6 МБ/с на внешнем краю. К лету 1999 г. была достигнута 48-кратная скорость передачи данных с внешней дорожки в 7.2 МБ/с при скорости вращения диска 12 000 об/мин, которая соответствовала скорости вращения многих скоростных жестких дисков.

Однако при вращении диска с такой высокой скоростью возникли проблемы чрезмерного шума и вибрации часто в виде свистящего звука, вызываемого выбрасыванием воздуха из корпуса накопителя. Поскольку диск CD-ROM зажат в центре, самая сильная вибрация возникает на внешнем краю диска, т.е. там, где скорость передачи данных максимальна. Так как только в небольшом числе CD-ROM данные хранятся на внешнем краю, большинство скоростных накопителей на практике редко обеспечивали теоретическую максимальную скорость передачи данных.

Применения

Вскоре возник вопрос о том, какие приложения используют достоинства скоростных накопителей CD-ROM. Большинство мультимедийных дисков были оптимизированы на использование 2-скоростных и, в лучшем случае, 4-скоростных накопителей. Если видео записано так, чтобы воспроизводиться в реальном времени при скорости передачи данных 300 КБ/с, то превышать двукратную скорость не нужно. Иногда более быстрый накопитель мог быстро считывать информацию в буферный кэш, откуда затем она воспроизводилась, освобождая накопитель для другой работы, но этот прием применялся редко.

Считывание огромных изображений с дисков PhotoCD оказывается идеальным применением скоростного накопителя CD-ROM, но необходимость распаковки изображений при считывании с диска требует только 4-кратной скорости передачи данных. Фактически единственным применением, в котором действительно необходима высокая скорость передачи данных, является копирование последовательных данных на жесткий диск, т.е., другими словами, инсталлирование программных приложений.

Быстрые накопители CD-ROM оказываются действительно быстрыми только при передаче последовательных данных, но не произвольном доступе. Идеальным применением для высокой продолжительной скорости передачи данных является высококачественное цифровое видео, записанное с соответствующей высокой скоростью. Видео стандарта MPEG-2, реализованное в цифровых универсальных дисках (Digital Versatile Disc - DVD), требует скорости передачи примерно 580 КБ/с, а стандарт MPEG-1 согласно Белой Книге для VideoCD требует скорость всего 170 КБ/с. Таким образом, стандартный CD-ROM емкостью 660 МБ будет считан всего за 20 минут, поэтому высококачественное видео будет иметь практический интерес только на дисках DVD со значительно большей емкостью.

Интерфейсы

Сзади накопителей CD-ROM имеются три основных подключения: питание, звуковой выход на звуковую карту и интерфейс данных.

Сейчас в большинстве накопителей CD-ROM применяется интерфейс данных IDE, который теоретически можно подключить к IDE-контроллеру, имеющемуся практически в каждом РС. Оригинальный жесткий диск с интерфейсом IDE был рассчитан на шину AT и старый интерфейс IDE позволял подключать два жестких диска - ведущий (master) и ведомый (slave). Впоследствии спецификация ATAPI разрешила одному из них стать накопителем IDE CD-ROM drive. Интерфейс EIDE сделал еще один шаг вперед, добавив второй канал IDE еще для двух устройств, которыми могли быть жесткие диски, накопители CD-ROM и ленточные накопители.

Работа с одним из этих устройств должна быть закончена до обращения к любому другому устройству. Подключение накопителя CD-ROM к тому же каналу, к которому подключен жесткий диск, снизит производительность РС, так как более медленный накопитель CD-ROM будет блокировать обращения к жесткому диску. В РС с двумя жесткими дисками IDE накопитель CD-ROM необходимо изолировать, подключая его ко вторичному каналу IDE, а жесткие диски следует подключить как ведущий и ведомый к первичному каналу. Жесткие диски будут конкурировать друг с другом, но без участия медленного накопителя CD-ROM. Недостаток интерфейса EIDE состоит в ограничении числа подключаемых устройств четырьмя и все устройства должны монтироваться как внутренние, поэтому возможность расширения может быть ограничена размером корпуса РС.

Стандарт SCSI-2 допускает подключение к одному хост-адаптеру до 12 устройств, которые могут быть внутренними и внешними. SCSI позволяет всем устройствам на шине быть активными одновременно, хотя передавать данные может только одно устройство. Физическая локализация данных в устройствах требует относительно много времени, поэтому пока одно устройство использует шину, любое другое устройство может позиционировать головки для производства операций считывания и записи. Новейшая спецификация Fast Wide SCSI поддерживает максимальную скорость передачи данных 20 МБ/с по сравнению со скоростью EIDE 13 МБ/с, а благодаря наличию встроенного "интеллекта" SCSI-устройства требуют меньшего внимания процессора по сравнению с IDE-устройствами.

Преимущества интерфейса SCSI по сравнению с IDE проявляются и при использовании ресурсов РС, в частности линий запросов прерываний IRQ. Из-за большого числа дополнительных карт и устройств современные РС предъявляют повышенные требования к использованию IRQ, оставляя мало места для дальнейшего расширения. Для первичного интерфейса EIDE обычно выделяется линия IRQ 14, а для вторичного IRQ 15, поэтому четыре устройства добавляются за счет двух линий прерываний. Интерфейс SCSI менее требователен к ресурсам, так как независимо от числа устройств на шине требуется только одна линия IRQ для хост-адаптера.

В общем, интерфейс SCSI предоставляет больший потенциал для расширения РС и обеспечивает лучшую производительность, но он значительно дороже интерфейса IDE. Современное предпочтение внутренним EIDE-накопителям оказывается более удобным и дешевым, чем техническое совершенство, поэтому интерфейс SCSI выбирается только для внешних накопителей CD-ROM.

Сравнение DMA и режима PIO

Традиционно в накопителях CD-ROM для передачи данных применялся программируемый ввод-вывод (Programmable Input/Output - PIO), а не прямой доступ к памяти (Direct Memory Access - DMA). Это было оправдано в первых разработках, потому что аппаратная реализация была проще и подходила для устройств с малой скоростью передачи данных. Недостаток этот способа заключается в том, что передачей данных управляет процессор. По мере повышения скорости передачи данных в накопителях CD-ROM возрастала и нагрузка на процессор, поэтому 24- и 32-скоростные накопители полностью занимали процессор в режиме PIO. Нагрузка на процессор зависит от нескольких факторов, в частности, от используемого режима PIO, схемы моста IDE/PCI в компьютере, емкости и схемы буфера накопителя CD-ROM и драйвера устройства накопителя CD-ROM.

Передача данных с использованием DMA всегда эффективнее и занимает только несколько процентов времени процессора. Здесь специальный контроллер управляет передачей данных прямо в системную память и от процессора требуется только начальное распределение памяти и минимальное квитирование (handshaking). При этом производительность зависит от устройства, а не от системы. DMA-устройства должны обеспечивать одну и ту же производительность независимо от системы, к которой они подключены. DMA давно был стандартным средством большинства SCSI-систем, но только недавно он стал широко применяться для интерфейсов и устройств IDE.

Технология TrueX

Чтобы разрешить пользователям выполнять приложения прямо с компакт-диска без передачи на жесткий диск, компания Zen Research при разработке технологии TrueX предприняла оригинальный подход для повышения производительности накопителей CD-ROM - улучшить скорость передачи данных и время доступа, а не просто вращать диск быстрее. В обычном CD-ROM используется один сфокусированный лазерный луч для считывания цифрового сигнала, закодированного дорожками крошечных питов на поверхности диска. В методе компании Zen Research применяются специализированная большая интегральная схема (Application-Specific Integrated Circuit - ASIC) для освещения нескольких дорожек, одновременного обнаружения их и параллельного считывания с дорожек. В составе ASIC имеются аналоговые интерфейсные элементы, например цифровая фазовая подстройка частоты (Digital Phase-Locked Loop - DPLL), цифровой сигнальный процессор, контроллер серво-двигателя, преобразователь параллельных данных в последовательные и интерфейс ATAPI. При необходимости можно подключить внешнюю схему интерфейса SCSI или IEEE 1394.

Расщепленный лазерный луч, используемый совместно с матрицей детекторов нескольких лучей, освещает и обнаруживает несколько дорожек. Обычный лазерный луч пропускается через дифракционную решетку, которая расщепляет его на семь дискретных лучей (такие накопители называются многолучевыми - multibeam), освещающих семь дорожек. Семь лучей подаются через зеркало на объектив и далее на поверхность диска. Фокусировка и слежение обеспечиваются центральным лучом. Три луча с каждой стороны от центра считываются матрицей детекторов, когда центральный луч находится на дорожке и сфокусирован. Отраженные лучи возвращаются по тому же тракту и направляются зеркалом на матрицу детекторов. В многолучевом детекторе имеются семь детекторов, выровненных с отражающими дорожками. Для фокусировки и слежения предусмотрены обычные детекторы.

Несмотря на то, что механические элементы накопителя CD-ROM несколько изменены (вращение диска и движение головки считывания остались теми же самыми), формат носителя диска соответствует стандарту CD или DVD, а для поиска и слежения применяется обычный подход. Технологию TrueX можно использовать в накопителях CLV и CAV, но компания Zen Research ориентируется на CLV, чтобы обеспечить постоянную скорость передачи данных для всего диска. В любом случае, более высокая скорость передачи достигается при меньшей скорости вращения диска, что снижает вибрацию и повышает надежность.

Компания Kenwood Technologies выпустила первый 40-скоростной накопитель TrueX CD-ROM в августе 1998 г., а через полгода разработала 52-скоростной накопитель. В зависимости от рабочей среды и качества носителя накопитель Kenwood 52X TrueX CD-ROM обеспечивает скорость передачи данных 6.75 - 7.8 МБ/с (45х - 52х) по всему диску. Для сравнения укажем, что обычный 48-скоростной накопитель CD-ROM обеспечивает на внутренних дорожках скорость 19х и достигает скорости 48х только на внешних дорожках. При этом его скорость вращения более чем в два раза выше по сравнению с накопителем компании Kenwood Technologies.

Стандарты CD-ROM

Чтобы разобраться в самих компакт-дисках и в том, какие накопители их могут читать, необходимо прежде всего познакомиться с форматами дисков. Обычно стандарты на CD выпускаются в виде книг с цветными обложками и сам стандарт называется по цвету обложки. Все накопители CD-ROM совместимы со стандартами Желтой Книги (Yellow Book) и Красной Книги (Red Book), а также имеют встроенные цифро-аналоговые преобразователи (Digital-to-Analog Converter - DAC), что позволяет прослушивать звуковые диски Красной Книги через наушники или звуковой выход.

Красная Книга (Red Book)

Красная Книга является самым распространенным стандартом CD и описывает физические свойства компакт-диска и кодирование цифрового звука. Он определяет:

• Спецификацию звука для 16-битовой импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation - PCM).
• Спецификацию диска, включая его физические параметры.
• Оптические стили и параметры.
• Отклонения и частоту блоковых ошибок.
• Систему модуляции и исправления ошибок.
• Систему управления и отображения.

Каждый фрагмент музыки, записанный на CD, удовлетворяет стандарту Красной Книги. Он, в основном, допускает звучание в течение 74 минут и разбиение информации на дорожки (tracks - трэки). Более позднее добавление к Красной Книге описывает опцию CD Graphics с использованием каналов субкода (subcode) от R до W. Добавление описывает различные применения каналов субкода, включая графику и MIDI.

Желтая Книга (Yellow Book) Желтая Книга выпущена в 1984 г. для описания расширения CD для хранения компьютерных данных, т.е. CD-ROM (Compact-Disc Read-Only Memory). Эта спецификация содержит следующее:

• Спецификацию диска, которая является копией части Красной Книги.
• Систему модуляции и исправления ошибок (из Красной Книги).
• Оптические стили и параметры (из Красной Книги).
• Систему управления и отображения (из Красной Книги).
• Структуру цифровых данных, которая описывает структуру сектора, ECC и EDC для диска CD-ROM.

CD-ROM XA

Как отдельное расширение Желтой Книги спецификация CD-ROM XA содержит следующее:

• Формат диска, включая канал Q и структуру сектора при использовании секторов Режима 2.
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660, включая чередование файлов, которое недоступно для Режима данных 2.
• Кодирование звука с использованием уровней В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование видеоизображений, т.е. неподвижных изображений.

Сейчас применяются только такие форматы CD-ROM XA, как форматы CD-I Bridge для Photo CD VideoCD plus системы Playstation компании Sony.

Зеленая Книга (Green Book)

Зеленая Книга описывает диск CD-Interactive (CD-I), плейер и операционную систему и содержит следующее:

• Формат диска CD-I (структура дорожки и сектора).
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660.
• Звуковые данные с использованием уровней А, В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование в реальном времени неподвижных видеоизображений, декодер и визуальные эффекты.
• Compact Disc Real Time Operating System (CD-RTOS).
• Базовая (минимальная) спецификация системы.
• Расширение для видеофильмов (картридж MPEG и программное обеспечение).

Диск CD-I может хранить 19 часов звука, 7500 неподвижных изображений и 72 минуты полноэкранного полнодвижущегося видео (MPEG) в стандартном формате CD. Сейчас диски CD-I устарели.

Оранжевая Книга (Orange Book)

Оранжевая Книга определяет диски CD-Recordable с многосеансовой (multisession) возможностью. Часть I определяет магнитооптические перезаписываемые диски CD-MO (Magneto Optical); часть II определяет однократно записываемые диски CD-WO (Write Once); часть III определяет перезаписываемые диски CD-RW (Rewritable). Все три части содержат следующие разделы:

• Спецификация диска для незаписанных и записанных дисков.
• Pre-groove модуляция.
• Организация данных, включая связывание.
• Многосеансовые и гибридные диски.
• Рекомендации по измерению отражательной способности, управлению мощностью и др.

Белая Книга (White Book)

• Формат диска, включая использование дорожек, информационную область VideoCD, область воспроизведения сегмента, аудио/видео дорожки и дорожки CD-DA.
• Структура поиска данных, удовлетворяющая формату ISO 9660.
• Кодирование MPEG аудио/видео дорожки.
• Кодирование элемента сегмента воспроизведения для видео-последовательностей, неподвижного виде и дорожек CD-DA.
• Дескрипторы последовательности воспроизведения для запрограммированных последовательностей.
• Поля пользовательских данных для сканирования данных (допускается быстрое сканирование вперед и назад).
• Примеры последовательностей воспроизведения и управления воспроизведением.

До 70 минут полнодвижущегося видео закодированы в стандарте MPEG-1 со сжатием данных. Белая Книга называется также Digital Video (DV). Диск VideoCD содержит одну дорожку данных, записанную в режиме CD-ROM XA Mode 2 Form 2. Она всегда является первой дорожкой на диске (Track 1). На этой дорожек записываются структура файла ISO 9660 и прикладная программа CD-I, а также VideoCD Information Area, которая содержит общую информацию о диске VideoCD. После дорожки данных записывается видео на одной или нескольких последующих дорожках во время одной и той же сессии. Эти дорожки также записываются в режиме Mode 2 Form 2. Сессия закрывается после записи всех дорожек.

Синяя Книга (Blue Book)

Синяя Книга определяет спецификацию Enhanced Music CD для многосессионных прессованных дисков (т.е. незаписываемых дисков), содержащих сессии звука и данных. Диски могут воспроизводиться любым плейером звуковых компакт-дисков и на РС. Синяя Книга содержит следующее:

• Спецификация диска и формат данных, включая две сессии (звук и данные).
• Структура каталогов (ISO 9660), включая каталоги для информации CD Extra, изображения и данные. Определяются также формат информационных файлов CD Plus, форматы файлов изображений и другие коды и форматы файлов.
• Формат данных неподвижных изображений MPEG.

Компакт-диски, соответствующие спецификации Синей Книги, называются также CD-Extra или CD-Plus. Они содержат смесь данных и звука, записанных в отдельных сессиях для предотвращения воспроизведения дорожек данных и возможного повреждения высококачественных домашних стерео-систем.

CD-I Bridge

CD-I Bridge представляет собой спецификацию компаний Philips и Sony для дисков, предназначенных для воспроизведения на плейерах CD-I и в РС. Она содержит следующее:

• Формат диска, определяющий диски CD-I Bridge как удовлетворяющие спецификации CD-ROM XA.
• Структура поиска данных в соответствии с ISO 9660. Обязательно требуется прикладная программа CD-I, которая хранится в каталоге CDI.
• Кодирование звуковых данных, которое включает в себя ADPCM и MPEG.
• Кодирование видеоданных для совместимости с CD-I и CD-ROM XA.
• Многосессионная структура диска, включая адресацию секторов и пространство тома.
• Данные для CD-I, так как все плейеры CD-I должны считывать данные CD-I Bridge.

Photo CD

Спецификация Photo CD определена компаниями Kodak и Philips на основе спецификации CD-I Bridge. Она содержит следующее:

• Общий формат диска, включая компоновку программной области, индексную таблицу, дескриптор тома, область данных, перекос субкода Q-канала, клипы CD-DA и читаемые микроконтроллером секторы.
• Структуры поиска данных, включая структуру каталогов, файл INFO.PCD и систему читаемых микроконтроллером секторов.
• Кодирование данных изображений, включая описание кодирования изображений и пакеты изображений.
• Файлы ADPCM для одновременного воспроизведения звука и изображений.

Очень много информации по накопителям CD-ROM содержится на сайте http://www.cd-info.com/ .

В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска . Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на СD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW .

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью - 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 48х-52х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 16х-32х, а устройств многократной записи - до 32х.

К 1995 году фирмами Philips и Sony был разработан компакт диск повышенной емкости Multimedia CD. Toshiba и еще несколько компаний, создали другую технологию компакт дисков и тоже повышенной емкости. Началась битва за рынок. Тогда две крупнейшие группы, CITWG (Computer Industry Technical Working Group) и HVDAG (Hollywood Video Disc Advisory Group), объединились для борьбы против появления этих несовместимых стандартов. В 1995 году общими усилиями был создан новый стандарт – DVD . Он предназначался в первую очередь для киноиндустрии, как заменитель видеокассет и поэтому аббревиатура расшифровывалась как Digital Video Disc . Затем этот формат переименовали в Digital Versatile Disc – цифровой универсальный диск. Однако в 1997 году фирмы Philips и Sony вышли из консорциума. В последствии их примеру последовали и другие производители DVD.

На данный момент существует несколько форматов DVD и это привносит на рынок некоторую сумятицу т. к. не все форматы совместимы. Существуют DVD – R, DVD – ROM, DVD – RAM, DVD – RW. Приводы DVD – ROM без специальной доводки не могут читать диски DVD – RAM (за исключением DVD-ROM так называемого третьего поколения, выпускаемыми с середины 1999 года). Но приводы DVD – RAM могут читать DVD – ROM, а также CD – R и CD – RW. Привод DVD + RW совместим только с DVD – ROM и с обычными CD. А формат DVD + RW вообще не признается многими производителями. Устройства DVD-ROM первого поколения использовали режим CLV и считывали с диска со скоростью 1.38 Мб/с (в традиционном обозначении для DVD это 1х). Устройства второго поколения могли читать DVD с вдвое большей скоростью - 2х (2.8 Мб/с). Современные DVD-ROM - устройства третьего поколения - используют режим контроля вращения (CAV) с максимальной скоростью чтения 4х-6х (5.5 - 8.3 Мб/с) и более.

Основные отличия стандарта DVD от CD:

1) используется лазер с меньшей длиной волны. Если в накопителях CD – ROM длина волны равна 780-нанометров, то в накопителях DVD – 635 нанометров. Это позволяет уменьшить длину штриха и повысить скорость считывания данных.

2) вследствие применения более совершенных материалов, DVD используют для записи данных в два слоя на одной стороне диска или по одному слою, но с двух сторон диска или по два слоя с двух сторон диска, в зависимости от формата DVD. Емкость дисков варьируется от 2,6 Gb до 17 Gb.

3) используется совершенно новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов. Теперь давайте-ка, более подробно о слоях.

Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный)

Это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4.7 Гб данных. Эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM диска.

Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный)

Этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске.

Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный)

На таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне). Емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный)

Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).

Толщина DV диска равна 0.6мм, что в половину меньше толщины стандартного диска CD. Это дает возможность соединить два диска обратными сторонами и получить двухсторонний диск по толщине равный обычному CD. По другой технологии, создается второй слой для размещения данных, это позволяет увеличить емкость одной стороны диска. Первый слой делается полупрозрачным, таким образом, лазерный луч может проходить через него и отражаться уже от второго слоя.

Кроме всего прочего, DV диски имеют возможность увеличить плотность записи. Для этого производители идут различными путями:

1. применяют более совершенный лазер

2. уменьшают длину штриха

3. уменьшают расстояние между витками

4. увеличивают область данных без изменения общих размеров диска

5. увеличивают эффективность ECC

6. применяют более эффективную модуляцию

Теперь о перезаписываемых дисках. К ним относиться формат DVD – RAM. В таких дисках используется материал разработанный инженерами фирмы TDK и называется он AVIST. Принцип записи практически тот же, что и у CD. Важнейшие достоинства дисков формата DVD-RAM - это возможность перезаписи до 100 000 раз и наличие механизма коррекции ошибок записи. На дисках DVD+RW можно записать как потоковое видео или звук, так и компьютерные данные. Диски формата DVD+RW могут быть перезаписаны около 1000 раз, но формат DVD+RW продвигается только его разработчиками - компаниями Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha и не поддержан DVD-форумом. DVD-RW - формат многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4,7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть использованы для хранения видео, аудио и других данных. Диски формата DVD-RW могут быть перезаписаны до 1000 раз. В отличие от форматов DVD+RW и DVD-RAM диски DVD-RW могут быть прочитаны на приводах DVD-ROM первого поколения.

Большим достижением в обеспечении совместимости в технологии DVD стала принятая в 2000 году единая файловая система MicroUDF. Файловая система MicroUDF - это адаптированная для применения в DVD версия файловой системы UDF (Universal Disk Format), которая, в свою очередь, основана на международном стандарте ISO-13346. Эта файловая система постепенно идет на смену устаревшей ISO9660, созданной в свое время для использования в компакт-дисках. На переходный период (пока не выйдут из обращения компьютерные устройства и диски, работающие в формате ISO9660) будет использоваться файловая система UDF Bridge, которая является некоторой комбинацией MicroUDF и ISO9660. Для записи Audio/Video DVD дисков может использоваться только MicroUDF.

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. Таким образом, диски могут быть записаны только на соответствующем их спецификации оборудовании. Воспроизведение дисков может осуществляться одинаково успешно на любом оборудовании, поддерживающем формат DVD-R. DVD-R(A) (DVD-R for Authoring) используется в профессиональных приложениях. В частности, поддержка специального формата (Cutting Master Format) позволяет применять эти диски для записи исходной реплики информации (пре-мастеринг) вместо обычного использования для этих целей DLT лент.

DVD-R(G) (DVD-R for General) предназначена для более широкого применения. Диски этого формата защищены от возможности побитового копирования на них информации с других дисков. Формат поддерживается в устройствах массового хранения (например, в роботизированных DVD библиотеках, предлагаемых самой компанией Pioneer).

Устройства CD-ROM используют носители, емкостью до 650 Мбайт. Носи­тель представляет собой диск со светоотражающим слоем на одной стороне, на которой хранится информация. На диск нанесена дорожка-спираль от центра к краю диска, состоящая из отражающих и не отражающих свет точек. Считы­вание производится лазерным лучом. Скорость считывания информации оп­ределяется в сравнении со стандартом Audio CD - 150 Кбайт/с. Низкоскоростные приводы использовали линейную скорость считывания информации. При этом угловая скорость увеличивалась при чтении на внешней стороне диска. В высокоскорост­ных приводах стали использовать постоянную угловую скорость. В маркировках таких приводов указывается максимально достижимая скорость считывания ин­формации. Скорость чтения неполного диска никогда не достигнет максимально­го значения.

Накопители CD-R с возможностью записи позволяют однократно записывать информацию на диски диаметром 120 и 80 мм. Луч лазера прожигает пленку на поверхности диска, меняя его отражательную способность. Перезапись невоз­можна. Такие диски читаются на любом приводе CD-ROM.

Накопители CD-RW позволяют делать многократную запись на диск. Здесь используется свойство рабочего слоя переходить под действием лазерного луча в кристаллическое или аморфное состояние, имеющие разную отражательную спо­собность. Такие диски могут не читаться на некоторых, особенно устаревших приводах CD-ROM.

Накопители DVD (Digital Versatile Disc) - цифровой универсальный диск. Пред­назначен для хранения видео, аудио высокого качества, компьютерной информа­ции большого объема. На рис. 3.14 изображено устройство DVD. Односторонние однослойные DVD имеют емкость 4, 7 Гбайт информации, двухслойные - 8, 5 Гбайт; двухсторонние однослойные вмещают 9, 4 Гбайт, двухслойные - 17 Гбайт. Плот­ность записи выше, чем у обычных CD-ROM. Накопители DVD могут читать обычные CD-ROM-диски. Двухскоростные накопители DVD могут читать и CD-R, и CD-RW-диски.

Накопители DVD-RAM позволяют записывать и перезаписывать информацию. На одностороннем однослойном диске можно разместить 2, 58 Гбайт данных, на двухстороннем - 5, 2 Гбайт. Конкурирующий стандарт DVD-R позволяет хранить 3, 95 Гбайт информации.

1. Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интер­фейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

устройства ввода данных;

устройства вывода данных;

устройства хранения данных;

устройства обмена данными.

5.1. Устройства ввода знаковых данных

Специальные клавиатуры . Клавиатура является основным устройством ввода дан­ ных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, рас­ кладки ее клавиш или метода подключения к системному блоку.

Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производитель­ность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижа­ют вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.

Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизирован­ной раскладкой, и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним отно­сится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестан­дартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места.

По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфра­красным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура.

Это устройство для чтения данных, которые записаны на оптическом компакт-диске.

Носителем информации на CD-диске является рельефная подложка из поликарбоната 120, 80 мм, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет металла (алюминий, иногда золото). При записи матрицы компакт-диска лазерный луч "прожигает" в ней мельчайшие ямки - питы (Pit), оставляя отражающие поверхности металлического диска - лэнды (Land). После этого матрица (мастер-диск) отправляется в производственный цех, где с него штампуется много поликарбонатных копий. Потом рельефная основа металлизуется, добавляется еще один, более тонкий слой лака, защищающий металлический слой.

При чтении диска другой, считывающий луч отражается от участков-питов и лендов по-разному. Точнее, от питов он не отражается - ямки поглощают луч, не дают ему отразиться. Таким образом, пит дает сигнал "ноль", а лэнд - "единицу". А комбинация нулей и единиц и есть сутью любой компьютерной информации. От центра до края компакт-диска наносится одна дорожка шириной 0,4 мкм в виде спирали с шагом 1,6 мкм.

Вся поверхность компакт-диска разбита на три участка в виде колец, размещенных от центра до его края. Начальная область (Lead-In) размещена ближе к центру диска. При инициализации диска в персональном компьютере Lead-In-область считывается первой. В этой области записан заголовок диска таблица соднржаний (Table of Contents), таблица адресов всех записей, метка диска и некоторая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию на компакт-диске и занимает основную часть диска. Конечная область диска Lead-Out содержит метку конца диска.

Из чего состоит CD-ROM

Привод CD-ROM состоит из основных компонентов:

• электродвигателя, который вращает диск;
• оптической системы, которая состоит из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков, предназначенной для считывания информации с поверхности компакт-диска,
• микропроцессоров, управляющих механикой привода, оптической системой и декодирования считанной информации в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. В нужной области позиционируется луч из лазерного излучателя при помощи оптической системы привода. Луч отражается от поверхности диска и проходит через призму на специальный датчик. Поток лучей превращается датчиком в электрический сигнал, который обрабатывается .

Емкость CD-ROM. Емкость CD-ROM составляет величину 650-700 Мбайт (на дисках диаметром 80 мм - 180-210 Мбайт). На дисках такого типа можно поместить 74 минуты аудиозаписи или до 2 часов видео телевизионного качества в формате MPEG-4.

Скорость передачи данных в CD-ROM. Скорость передачи данных (Data Transfer Rate) - это величина, характеризующая максимальную скорость, с которой привод передает считанные с компакт-диска данные в оперативную память. Скорость передачи данных увеличивается от начальных секторов к конечным. Скорость передачи внутреннего кольца диска называется Inside Data Transfer Rate, а внешнего - Outside Data Transfer Rate. В техпаспорте приводится внешняя скорость. Таким образом, привод Sony 52x - это 52 скоростной дисковод фирмы Sony. Данные читаются в 52 раза быстрее, чем в дисководах (либо обычного аудиопроигрывателя), скорость чтения которых составляет 150 кбайт/с. То есть, умножив 52 на 150 получаем скорость передачи данныхпривода Sony 52x равную 7800 кбайт/с.

Выбор