Внешняя (долговременная) память

10.08.2019

Аудио

Внешняя (долговременная) память

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем , или дисководом , а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Магнитный принцип записи и считывания информации. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции.

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнито-мягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.

В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).

При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью (рис. 4.6).

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Рис. 4.6. Жесткий магнитный диск

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Оптический принцип записи и считывания информации. В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM - рис. 4.7) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Рис. 4.7. CD-ROM и DVD-ROM

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWntable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40x12x48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.

Flash-память. Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash-памяти (рис. 1.8) не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.).

Рис. 4.8. Карты flash-памяти

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт.

К недостаткам flash-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают несовместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти.

Вопросы для размышления

1. Каковы основные правила хранения и эксплуатации различных типов носителей информации?

Практические задания

4.4. Составить сравнительную таблицу основных параметров устройств хранения информации (емкость, скорость обмена, надежность хранения информации, цена хранения одного мегабайта).

Носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др).

Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах - оптический принцип.

Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.

Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Запись данных на гибкий магнитный диск:

1. Вставьте дискету в дисковод.

2. Дважды щелкните значок Мой компьютер и затем выберите файлы или папки, которые вы хотите поместить на дискету. Для выбора нескольких файлов удерживайте нажатой клавишу "CTRL", последовательно выделяя нужные файлы.

3. Скопируйте выделенные объекты.

4. Щелкните правой кнопкой мыши по пиктограмме Диск 3.5(А:)).

Копирование данных с гибкого магнитного диска:

1. Вставьте в дискету в дисковод.

2. Щелкните правой кнопкой мыши по пиктограмме Диск 3.5(А:)).

3. Выберите файлы или папки, которые вы хотите переместить на компьютер. Для выбора нескольких файлов удерживайте нажатой клавишу "CTRL", последовательно выделяя нужные файлы.

4. Скопируйте выделенные объекты.

5. Дважды щелкните значок Мой компьютер и затем выберите места для размещения скопированных объектов.

5. Вставьте скопированные объекты.

За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого компьютера. Это произошло потому, что разнообразные программные продукты стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной.

На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.

Запись на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна. Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная запись и чтение-запись-перезапись. Эти устройства обладают достаточно мощным лазером, позволяющем менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска.

Информационная ёмкость CD-ROM достигает 700 Мбайт, а скорость считывания информации (до 7.8 Мбайт/с) зависит от скорости вращения диска. DVD-диски имеют гораздо большую информационную ёмкость (однослойный односторонний диск - 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Так же существуют двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски. В настоящее время скорости считывания 16-скоростных DVD-дисководов достигает 21 Мбайт/с.

Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах.

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт.

Оптические диски - CD, DVD, PD

В оптических дисках хранение информации основано на изменении степени отражения поверхности носителя . В процессе счи-тывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсив-ности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В модулированном луче закодирована двоичная информация, размещенная на треке. На этом прин-ципе основаны диски CD, а также их «потомки» - DVD и стоящие особняком диски PD.

В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудио компакт-диски, называемые Audio-CD (Compact Disk), были разработаны фирмами Sony и Philips в 1982 году. Диаметр компакт-диска - 120 мм, толщи-на - 1,2 мм. Как и грампластинки, диски имеют одну спиральную дорожку , но начинающуюся с внутренней стороны диска. Область с диаметром 46-50 мм является вводной (lead-in), область 116-117 мм - выводной (lead-out). Область между этими зонами называется программной (prog-ram area). Дорожка представляет собой цепочку «ямок» (pits) в прозрачной осно-ве диска, за которой расположен светоотражающий слой. Размеры всех элементов – сотые микрометра. Края ямок соответствуют двоичным единицам канальной информации, кодиру-ющей записанную на диске полезную информацию. Участок без изменения глу-бины (как ямка, так и «равнина») соответствует двоичным нулям, число нулевых битов определяется длиной этого участка.

Для считывания применяют инфракрасный лазер с длиной вол-ны 780 нм (в воздухе). Луч, отраженный от дна ямки, возвращается в приемник в противофазе с лучом, отраженным от поверхности. 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 время уходит и на разгон (торможение) диска при достаточно быстром перемещении головки. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для звуковоспроизведения в ре-альном масштабе времени, соответствует информационной скорости 150 Кбит/с. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереосигнала с часто-той квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске используется только одна поверхность. Каждое музыкальное произведение (или его часть) за-писывается на одном треке, всего на диске может быть до 99 треков. Во вводной зоне размещена таблица содержимого (ТОС - Table Of Content), в которой опи-саны координаты каждого трека и выводной зоны.

В таком виде появились и первые компакт-диски, ориентированные на хранение данных, для считывания которых применяются приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory). Они базируются на тех же методах органи-зации и кодирования данных на физическом уровне, что и аудио-CD, но отлича-ются способом организации и использования хранимой информации. Ин-формационная емкость стандартного диска CD-ROM - 650 Мбайт и 700 Мбайт. Впоследствии были разработаны диски, записываемые пользователем, CD-R (CD Recordable), и устройства записи (рекордеры) CD-Writer, CD-Recorder (естественно, способ-ные и считывать информацию). Эти диски и устройства позволяли лишь одно- кратную запись, их еще называли CD - WORM (Write Once, Read Many - однора-зовая 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 на-звание показалось непривлекательным (от того, что данные могут быть стерты, восторг мало кто испытывает), и его заменили на CD - RW (Rewritable - переза-писываемые), хотя физическая суть та же. Особую привлекательность CD-R и CD-RW придает совместимость этих дисков с обычными приводами CD-ROM и даже аудиоплейерами. Существуют также и оптические диски PD (Phase change Disk), допускающие многократную перезапись, но никак не совместимые с при-водами CD-ROM. Правда, имеются комбайны CD/PD, работающие с разными типами дисков. Более новые и емкие диски DVD (Digital Video Disk - цифро-вой видеодиск, или Digital Versatile Disk - универсальный цифровой диск) со-вместимости с CD не имеют. Но и здесь появились комбайны, позволяющие ра-ботать и с DVD, и с CD.

В начале 90-х годов в Японии были распространены миниатюрные диски CD Single диаметром 80 мм, емкостью около 200 Мбайт. Для этих дисков на лотках приводов CD имеется небольшое углубление, обеспечивающее возможность их использования наравне с «большими». На маленьких дисках выпускались про-дукты CD-XA (смесь видео, аудио и данных, см. ниже). Их не следует путать с мини-дисками (Sony MiniDisk), являющимися перезаписываемыми магнитооп-тическими дисками.
^

Носители информации CD, CD-R, CD-RW

Оптические диски CD, CD-R и CD-RW имеют прозрачную поликарбонатную (пластиковую) основу, над которой расположен слой, хранящий информацию, защищенный сверху лаком. На верхней поверхности этого «пирога» может быть нанесена этикетка. Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75") изготовлен из полимера и покрыт металличе-ской пленкой (обычно каким-нибудь сплавом алюминия). Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. Этикетка обычно помещается на верхней стороне диска, а считывание выполняется с нижней сто-роны. Таким образом, компакт-диск является односторонним носителем информации.

Хранящий слой расположен ближе всего к верхней стороне; механические повреждения (царапины, вмятины) с верхней стороны чаще при-водят 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 дефек-ты на внешней поверхности не оказывают существенного влияния на оптичес-кие процессы. Устройство хранящего слоя может быть различно.

Штампованные (печатные) диски CD имеют рельефную верхнюю сторо-ну прозрачной основы, покрытую светоотражающим напылением. Ямки (pits) и ровные участки трека (lands) дают разную интенсивность отра-женного луча, которая регистрируется фотоприемником. Штампованные диски изготовляются на специальном заводском оборудовании. Исходная информация для штампа берется с записанного мастер-диска, с которого за несколько технологических этапов получают пресс-формы.
Однократно записываемые диски CD-R имеют покрывающий основу слой органического красителя, поверх которого нанесено светоотражающее на-пыление (золото или сплав серебряного цвета). При записи выжигаются фрагменты красителя, в результате отраженный луч также будет промоду-лирован по интенсивности.
Перезаписываемые диски CD-RW, они же CD-E, под отражающим слоем имеют регистрирующий слой, который может менять свое состояние между поликристаллическим и аморфным. Прозрачность слоя зависит от его со-стояния. При перезаписи состояние отдельных участков изменяется: в зави-симости от степени нагрева участка лучом записывающего лазера при осты-вании фиксируется то или иное его состояние. В отличие от печатных дис-ков и CD-R, отражающих около 70 % мощности падающего луча, диски CD-RW обладают существенно меньшей отражающей способностью.

Помещение информации на диски может производиться как печатью с мат-рицы (наподобие тиражирования грампластинок), так и непосредственной запи-сью на носитель в устройстве CD-R или CD-RW, о котором речь пойдет ниже. Независимо от способа записи оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (конечно, при наличии качественного носителя и записывающей аппара-туры). 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, до 1998 г., включая ряд моделей 8х) не могут считывать диски CD-RW. На спо-собность привода читать CD-RW указывает логотип «MultiRead».

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

На диске также указывается возможная скорость записи. Если диск пригоден для записи на скорости 2х и выше, то на нем должна быть отметка «Multi Speed» и указана максимальная скорость, например «4х compatible». Отсутствие таких отметок говорит о возможности записи лишь на однократной скорости. Высоко-скоростные болванки, естественно, дороже низкоскоростных, но это расплата за возможную экономию времени при записи. Полностью диск на скорости 1х за-писывается 74 минуты (плюс еще несколько минут может потребоваться на за-пись служебной информации). Скорости 2х, 4х, 6х... позволяют сократить это время примерно в 2, 4, 6... раз. При скорости 1x скорость считывания данных – 150 Кбайт/с. Кратность скорости увеличивает скорость чтения/записи в соответствующее число раз.

Диски бывают разных цветов, в зависимости от цвета отражающего и регист-рирующего слоев.

Серебряный цвет имеют печатные диски (прозрачная подложка, алюми-ниевый отражающий слой). Алюминий на диске хоть и медленно, но все-таки окисляется и меняет свои отражающие свойства, поэтому время жиз-ни печатных дисков оценивают в 10-15 лет.
В голубых и зеленых болванках (если смотреть снизу) CD-R в регистри-рующем слое используется цианин (cyanine) - материал голубого цвета (cyan, откуда и название). Зеленый цвет болванок дает золотой отражаю-щий слой, голубой остается при отражающем слое из серебра или сплавов алюминия. Эти болванки имеют среднюю стойкость к перепадам темпера-туры и солнечному свету. Предполагаемое время жизни диска при нор-мальных условиях - 75 лет.
Золотистые болванки CD-R имеют регистрирующий слой из фталоцианина (phtalocyanine), они более стойкие к внешним воздействиям. Предпо-лагаемое время жизни диска - 200 лет.
Серо-коричневый цвет имеют болванки CD-RW (цвет регистрирующего слоя).

Материал регистрирующего слоя CD-R подвержен старению: запись критич-на к оптическим свойствам материала, которые со временем изменяются. Поэто-му время жизни болванок до записи ограничено несколькими годами (изготови-тели обещают 5-10 лет). Этот материал также чувствителен к ультрафиолето-вым лучам и солнечному свету.
^

Устройство приводов CD-ROM, CD-R и CD-RW

По устройству считыватели и рекордеры компакт-дисков напоминают обычные дисководы. Однако кроме приводов шпинделя и головки они имеют еще и меха-низм загрузки диска и более сложную головку. Головка состоит из лазерного из-лучателя, фотоприемника и наклонного зеркала. Все это фиксируется на под-вижной каретке головки. На качающейся подвеске каретки закреплена пласт-массовая фокусирующая линза, с которой связана малогабаритная катушка ин-дуктивности, помещенная в поле постоянного магнита, установленного на ка-ретке. Катушка и магнит образуют магнитоэлектрический привод подвески лин-зы, обеспечивающий ее перемещение в направлении, перпендикулярном плоско-сти 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 вра-щении.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивно-сти отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник или фото-датчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был он рассеян или поглощен, рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фо-тодатчик, размещенный в накопителе CD-ROM, воспринимает рассеянный луч, отраженный от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или в звук.

Накопители CD-ROM отличаются от проигрывателей музыкальных дисков, в основном, микропроцессором, который выполняет декодирование электрических сигналов. В звуковых проигрывателях записанные на компакт-дисках цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, поступающие затем на стереоусилитель. При этом допускаются небольшие погрешности - главное, чтобы они лежали за пределами чувствительности человеческого слуха. При считывании же с накопителя CD-ROM погрешности недопустимы. Каждый бит должен быть считан совершенно точно, поэтому довольно значительную часть всего объема диска CD-ROM занимают коды коррекции ошибок (Error Correcting Code - ЕСС) С их помощью можно в большинстве случаев обнаружить и исправить неправильно считан-ные данные, что позволяет снизить вероятность сбоев до приемлемой величины. Алгоритм работы накопителя CD-ROM таков.

Полупроводниковый лазер (рис. 13.1) генерирует маломощный инфракрасный луч, ко-торый попадает на отражающее зеркало.
Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.
Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отража-ется от зеркала и попадает на разделительную призму.
Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.
Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световуюэнергию в электрические импульсы.
Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Способ загрузки диска в накопитель зависит от конструкции. Больше всего распространены устройства с выдвигающимся лотком, или подносом, так назы-ваемые накопители Tray-Type (tray - поднос). Диск кладется на лоток рабочей стороной вниз, после чего специальный привод затягивает поднос внутрь уст-ройства и укладывает диск на шпиндель. Движением лотка можно управлять программно или с помощью кнопки на лицевой панели устройства.

Существуют так называемые накопители Caddy - Type , у которых CD уклады-вается в специальную защитную кассету (caddy), аналогичную защитному чехлу дискеты 3". Кассета просто вставляется в окно накопителя, и специального при-вода для загрузки диска не требуется. Такое решение предохраняет диски от слу-чайного повреждения и позволяет их загружать в любом положении накопите-ля. При частой смене дисков желательно иметь несколько кассет, причем хра-нить диски прямо в них, но это несколько накладно.

Существуют также накопители, не очень корректно названные CD - Changer , в которые можно одновременно установить несколько CD (до четырех). В этих устройствах механизм загрузки иной: диск (без чехла) вставляется в щель, и специальный привод затягивает его внутрь корпуса. После этого устройству можно «скормить» следующий диск. При извлечении диск выдвигается из щели примерно наполовину, после чего его вынимают рукой.

Накопители CD-ROM имеют внешние размеры, соответствующие форма-ту 5" устройств половинной высоты. ^ Считывать диски привод CD - ROM может в любом положении, но загрузка диска с лотка не в горизонтальном положении крайне затруднительна и небезопасна как для диска, так и для накопителя. Есть лотки и со специальными фиксаторами, поддерживающими диск в вертикаль-ном положении привода. Накопители Caddy-Type и CD-Changer менее прихот-ливы - они могут работать и принимать диск в любом положении.

Современные на-копители выпускаются в основном с интерфейсами SCSI и ATA (ATAPI), воз-можно 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. Для блокнотных ПК имеются малогабаритные накопители, размещаемые в их корпусах.

Практически все устройства CD-ROM позволяют воспроизводить и аудио-диски, для чего они имеют встроенные цифроаналоговые преобразователи (ЦАВ) и аналоговый интерфейс с линейным выходом стереосигнала уровня 0,2 В. На лицевую панель обычно выносят гнездо для подключения наушников и регуля-тор громкости. Для проигрывания аудиодисков накопители часто снабжают кноп-кой, с помощью которой можно начать воспроизведение без помощи программ-ных средств. В принципе воз-можно и считывание аудиодисков в цифровом виде по интерфейсу передачи дан-ных с целью дальнейшей цифровой обработки или сохранения па другом носи-теле, но это позволяют осуществить не все накопители. Существуют и приводы, считывающие аудиодиски с выходом на цифровой интерфейс S/P DIF, применя-емый в цифровой аудиоаппаратуре. Этот интерфейс выведен на двухштырьковый разъем (цепи D и G) и его можно подключить к цифровому входу соответ-ствующей звуковой карты. Однако в отличие от аналогового интерфейса, на ко-торый при проигрывании аудиодисков сигнал выводится всегда, S/P DIF иног-да капризничает (например, выводит только один канал).

CD -рекордеры по конструкции не сильно отличаются от устройств чтения, но их лазер в режиме записи имеет гораздо большую мощность . Практически все современные рекордеры способны и записывать, и перезаписывать диски, в за-висимости от типа болванок. Способности рекордеров (как, впрочем, и считыва-телей) сильно зависят от версии встроенного микропрограммного обеспечения (firmware), и ряд проблем, возникающих при эксплуатации, решается обновле-нием встроенного ПО. Для этого используются специальные утилиты или пере-программируется ПЗУ привода.

Стоит отметить, что время наработки на отказ у устройств CR - R / RW значи-тельно 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 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 сле-дующая терминология.

CD - ROM - устройство считывания компакт-дисков. Обозначение 2х, Ах... 52х... указывает скорость считывания (максимальную).

CD - R , CD - Recorder - устройство для записи дисков CD-R, способное так-же считывать печатные и записываемые диски. Обозначение вида 2х/4х соответствует скорости записи/считывания.

CD - RW , CD - ReWriter - устройство для записи дисков CD-R и CD-RW, способное также считывать печатные, записываемые и перезаписывае-мые диски. Обозначение вида 4х/2х/32х соответствует скорости записи /перезаписи/считывания. Самые быстрые (2000 г.) устройства обеспечивают скорости 16х/10х/40х, более распространены 12х/10х/32х.

Multisession CD - ROM позволяют считывать данные, записанные за несколь-ко сеансов, или сессий.

XA - Ready CD - ROM не имеют собственного ADPCM-декодера, и аудиодан-ные формата ХА могут быть считаны только с помощью звуковой карты.

MultiRead CD - ROM - приводы, способные считывать диски различных форматов, включая диски CD-RW, а также диски, записанные в пакетном режиме. Старые приводы (включая и некоторые модели 8х) не имеют этой способности.

Multimedia CD - ROM - привод, удовлетворяющий спецификации МРС (MultiMedia PC). Должен иметь внешний аудиовыход для проигрывания CD-DA, скорость не ниже lx (MPC1), 2х (МРС2) или Ах (МРСЗ); начи-ная с МРС2, должен читать и многосеансовые диски, включая режим сек-торов Mode 2. Спецификация МРС1 (Level 1) была принята в 1993 году (процессор - 386SX), МРСЗ - в 1995 году (процессор Pentium-75; MPEG-1 декодер 352x240/288, 30/25 кадров/с). Более высоких уровней МРС не вводили.
^

Многосеансовые диски

Специальным вариантом записываемого диска является миогосеансовый диск, в котором видимое при обычном считывании содержимое записываемого диска может меняться пользователем несколько раз. Структуру многосеансового дис-ка иллюстрирует рис. 7.6, на котором серым цветом отмечены записанные облас-ти (две закрытые сессии и третья - незакрытая).

Рис. 7.6. Структура многосеансового диска: РСА - область калибровки,

РМА - область сохранения координат, LIA - вводная зона,

РА - область данных сессии, LOA - выводная зона

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 (lead out), начало которой также задано в ТОС. Сразу за выводной зоной может быть записана вводная зона сле-дующей сессии.

Каждая сессия (структура, записанная за один сеанс) выглядит как обычный CD-ROM, но есть нюансы в записях вводной зоны. Сессия называется закры- той, когда ее программная область обрамлена вводной и выводной зонами. Од-нако 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 за- крытым - следующую сессию к нему уже не добавить. Когда он указывает на конец вводной зоны, на диск возможна запись последующей сессии (если хвата-ет ресурсов: места на диске, места в РМА и номеров треков).

Первый трек первой сессии должен иметь номер 01, следующие треки - по-следовательно нарастающие номера. Номер первого трека очередной сессии дол-жен быть следующим за номером последнего трека предыдущей сессии. Макси-мальный номер трека - 99.

Многосеансовые, или мультисессионные (multi session CD), диски содержат более одной сессии, и все сессии физически доступны для чтения. Очередная записываемая сессия может быть полностью независимой (ее ТОС содержит ссылки только на ее собственные треки), а может быть и связанной с предыду-щими сессиями (linked session). Связь может быть как на уровне треков (абсо-лютные координаты «старых» треков, все или частично, включают в ТОС новой сессии), так и на уровне файлов (для CD-ROM). Связь на уровне файлов требу-ет внесения ссылок на файлы прежних сессий в каталогах и таблице путей, яв-ляющихся логической частью файловой системы CD-ROM.

Возможности использования информации конкретных сессий зависят от уст-ройства считывания и его ПО. Аудиоплейеры, как правило, считывают только первую сессию - остальными они просто не интересуются. Приводы CD-ROM и их ПО могут в принципе читать любую сессию. Если они будут читать послед-нюю сессию, появляется возможность «перезаписать» диск CD-R, на самом деле только дописывая следующую сессию. На этих свойствах построены диски CD Plus , они же CD Extra , у которых первая сессия предназначена для аудиоплейе-ров, а вторая (и последующие) - для приводов CD-ROM. Приводы CD-ROM и аудиоплейеры способны считывать только закрытые серии, незакрытые сессии доступны только рекордерам. Диск в принципе закрывать необязательно, но мо-жет встретиться привод, не желающий (совместно со своим ПО) читать незак-рытый диск.

Многосеансовая запись впервые появилась в PhotoCD, а затем и в CD-ROM ХА. Сейчас на нее распространяется стандарт, описанный в Оранжевой книге, согласно которой многосеансовая запись может производиться в физическом формате Mode I (CD-ROM) или Mode 2 (CD- ROM XA). Все сессии одного диска должны записываться в одном из этих режимов.

Поддержка многосеансовых дисков появилась уже в ряде моделей приводов 4х, ее имеют практически все накопители 8х и более высокоскоростные. По умол-чанию привод, поддерживающий многосеансовый режим считывания, должен обращаться к последней сессии. В таблице путей, записанной в этой сессии, мо-гут содержаться и ссылки на файлы из предыдущих сессий. Таким образом, в зависимости от наличия этих ссылок через таблицу путей последней сессии оказываются доступными не только ее данные, но и любые файлы предыдущих сессий. При этом оказывается возможным и «обновление» прежних файлов, ко-торое сводится к записи новых их версий и включению в таблицу путей ссылок только на эти версии. «Удаление» файлов сводится к тому, что ссылка на них не включается в таблицу путей последней сессии. Обычные CD-плейеры и накопи-тели CD-ROM, не поддерживающие многосеансовый режим, читают данные ТОС (и таблицу путей) только первой сессии. Некоторые программные драйверы, об-наружив носитель с физическим форматом Mode I CD-ROM (а не Mode 2 CD-ROM ХА), ошибочно рассматривают его как односеансовый и обращаются к пер-вой сессии. В результате остальные сессии оказываются недоступными, но эта проблема решается просто заменой драйвера на более корректную версию.

Какая из сессий доступна по умолчанию - первая или последняя, - зависит от программного обеспечения. В MS-DOS по умолчанию доступна первая сес-сия, в Windows 95 - последняя. Более «ловкое» ПО позволяет выбрать номер доступной сессии.
^

Файловые системы

Для аудиодисков не требовалось создавать какую-либо специальную логичес-кую структуру - достаточно того, что каждой аудиозаписи соответствует соб-ственный трек. Для хранения данных требуется организация файловой системы, которая не может просто повторять дисковую файловую систему, например, MS-DOS. Такая система при большом времени доступа с большим количеством ка-талогов и файлов (а емкость 650 Мбайт к этому располагает) работала бы край-не медленно. В настоящее время для CD, используемых в PC, распространены почти эквивалентные файловые системы HSF и ISO 9660, которые иногда отож-дествляют. Однако в структурах записей этих систем есть небольшие различия, которые должны отрабатываться программным обеспечением (но даже MSCDEX их разделяет).

HSF (High Sierra Format), он же HSG (High Sierra Group), - фактический стандарт на доступ к данным из среды DOS, UNIX и других ОС. Стандарт на-зван по географическому названию места его разработки.

ISO 9660 - первый стандарт (1988 г.) для хранения данных на CD-ROM. Структуру тома описывает таблица содержимого (ТОС или VTOC), которая хра-нится в его логических секторах (на треке тома). Один диск (или сессия) может иметь и несколько томов, но эта возможность поддерживается не всяким ПО и практически не используется. В ТОС описаны все файлы, присутствующие на диске, - имя, дата создания, атрибуты, положение всех экстентов файла (эк-стент - фрагмент файла, записанный в непрерывной цепочке блоков).

Файлы на диске располагаются в каталогах, образующих древовидную струк-туру, и каждый каталог содержит список входящих в него файлов, их атрибуты и указатели на секторы, в которых располагается начало файлов или их экстен-тов. Для ускорения поиска файлов на диске кроме каталогов имеется дополни-тельная таблица путей (path table), содержащая список путей (в символьном формате) ко всем подкаталогам диска и адреса их начальных секторов. Записи каталогов и таблицы путей имеют переменную длину, определяемую длиной име-ни. Чтобы таблицы были компактными (тогда они смогут целиком размещаться в ОЗУ), выгоднее использовать наиболее короткие имена каталогов. С учетом поиска через таблицу путей выгодно большое количество файлов распределять по большему количеству каталогов, при этом время на поиск в каталоге (пере-бор) сократится.

Стандарт имеет три вложенных уровня совместимости. Самые жесткие огра-ничения имеет первый уровень (Level 1): файловая система в стиле MS-DOS, имена файлов по схеме «8.3», глубина вложенности каталогов до 8. В именах файлов и каталогов допустимы только прописные буквы латинского алфавита, цифры и символ подчеркивания. После имени файла через символ; (точка с запятой) может указываться номер версии файла, который многими ОС игнори-руется. Фрагментация файлов не допускается - файл может располагаться только в непрерывной цепочке секторов. Первый уровень совместимости обеспечивает гарантированную переносимость носителя между любыми системами, поддер-живающими данный формат. Второй уровень (Level 2) позволяет использовать длинные имена файлов с более богатым набором символов, допустима глубина вложения каталогов - до 32. Этот формат воспринимается не всеми операцион-ными системами (в частности, его не поддерживает MS-DOS). Третий уровень (Level 3) допускает даже фрагментацию и чередование файлов. Это означает, что файл может размещаться во множестве экстентов, и экстенты разных фай-лов могут чередоваться. Эта возможность используется при инкрементной запи-си дисков в формате UDF (см. ниже).

Rock Ridge - расширение стандарта ISO 9660 для ОС UNIX, обеспечиваю-щее работу с длинными именами файлов и символьными связями.

Формат HFS (Hierarchical File System - иерархическая файловая система) используется вместо ISO 9660 в дисках для Macintosh, на PC эти диски воспри-нимают ОС Linux и OS/2. Формат допускает до 31 символа в имени файла, вложенные каталоги и некоторые специальные возможности, свойственные сис-теме Мае.

Joliet - расширение файловой системы ISO 9660 от Microsoft для Windows 9x/NT, снимающее ограничения на имена файлов. Позволяет использовать лю-бые символы в именах, преодолеть ограничение на длину имени «8.3», увели-чить возможную глубину вложенности каталогов и снять ограничения на имена каталогов. Допускает длину имен файлов и каталогов до 64 символов (длинные имена Windows могут иметь длину до 255 символов). Символы имен кодируют-ся двумя байтами (Unicode), что обеспечивает возможность использования раз-личных языков. Расширение строится на возможности организации множества дескрипторов одного и того же тома, заложенной в ISO 9660. Файлы на диске размещаются так же, как и в ISO 9660, и первичный дескриптор тома также указывает на структуры формата ISO, с таблицей путей, доступной MS-DOS. Но добавляется еще и дополнительный дескриптор тома (SVD), который указы-вает на альтернативную таблицу путей, содержащую расширенные имена Win-dows. Обе таблицы путей описывают один и тот же набор файлов.

Romeo - расширение файловой системы для поддержки длинных имен (до 128 символов) Windows 95 и NT. Если имена не длиннее 31 символа, диск может читаться и на Мае. К Joliet отношения не имеет.

Поскольку диск CD-RW допускает перезапись, структура файловой системы ISO 9660, не ориентированная на возможность модификации уже записанных данных, - для него не лучшее решение.

^ Файловая система UDF (Universal Data Format) с пакетами переменной дли-ны построена иначе. Здесь файлы хранятся рядом со своими описаниями, допу-стима длина имен до 127 символов. Каждый пакет представляет отдельный файл (или его экстент), в начале пакета имеется описание файла (имя, дата, атрибуты, длина файла и данного экстента). Никаких общих таблиц размещения файлов и экстентов для UDF не требуется - последовательное чтение пакетов позволяет собрать все файлы диска. Конечно, для быстрого поиска нужного файла в памя-ти компьютера строится виртуальная таблица размещения файлов. Диск (сес-сия) с пакетами переменной длины может быть закрытым и с дескрипторами тома файловой системы ISO 9660 (Level 3, поскольку требуется поддержка фраг-ментации), тогда он будет читаться традиционными средствами. Иначе для его чтения нужен специальный драйвер UDF. Организация диска в виде пакетов переменной длины очень эффективна с точки зрения расходуемого дискового пространства, поскольку здесь мало «отходов» (на каждом файле теряется в сред-нем половина сектора размером 2 Кбайт). Обычная файловая система FAT 16 на таком же объеме диска имеет размер кластера 16 Кбайт, так что средние поте-ри - 8 Кбайт на файл. Диск, «забитый под завязку» пакетами переменной дли-ны, может и не иметь возможности закрытия под ISO 9660. Прочитать такой диск (с незакрытой сессией) можно только на рекордере. Формат с переменной длиной довольно устойчив к авариям при записи. Диск будет испорчен лишь в том случае, если пропадет питание во время записи пакета. В любой другой мо-мент прерывание процесса записи не приводит к катастрофе - файлы пишутся по принципу «все свое ношу с собой», для доступа к ним не нужны никакие таблицы.

^ Разновидности компакт-дисков

В настоящее время встречается множество разновидностей компакт-дисков, боль-шинство из которых при определенных условиях можно использоваться в ПК.

PC CD-ROM - диски с файлами данных для IBM PC-совместимых ком-пьютеров. Файловая система, как правило, ISO 9660, для длинных имен Windows используется расширение Joliet.
MAC CD-ROM - диски с файлами данных для компьютеров Macintosh. Файловая система HFS.
CD-R и CD-RW - болванки для записи и перезаписи на CD-рекордере; логическое содержание определяется записанной программой.
CD-DA (Digital Audio) - традиционный стандарт аудиозаписи (до 99 тре-ков, до 74 минут, до 99 точек входа на каждый трек). Аудиодиски CD-DA имеют логотип «Compact Disc Digital Audio».
CD-Text - формат, предложенный Philips для записи текстовой информа-ции на аудиодиски (например, автор, название произведения и т. п.). Текст записывается в субканалах R ... W. Плейеры, не поддерживающие текст, просто воспроизводят аудиотреки. Специальные плейеры имеют алфавит-но-цифровой дисплей (2 строки по 20 знаков или 21 строку по 40 знако-мест), предусматривается выбор информации для просмотра и произведе-ний для прослушивания с помощью меню. Приводы CD-ROM из данного формата воспринимают только аудиоинформацию (не поддерживают де-кодирование дополнительных субканалов).
CD-Graphics (CD-G, CD+G) - формат для записи графики (текста) в суб-каналах R ... W. Графика записывается с разрешением 288 х 24, 2 цвета (линейная графика); 288 х 192, 16 цветов (телевизионная графика, CD-G) или 288x192, 256 цветов (расширенная телевизионная графика, CD-EG). Применяется в проигрывателях «Караоке».
PhotoCD - хранение изображений в формате Kodak. Использует физи-ческий стандарт CD-ROM XA и спецификации многосеансовых записы-ваемых (CD-R) дисков.
Video CD - высококачественная цифровая видеозапись с MPEG-сжатием, видеоданные чередуются с аудиоданными. Спецификация описана в Бе-лой книге. Диск может содержать до 74 минут видеопотока, сжатого по алгоритму MPEG-1, с разрешением 352 х 240, 30 к/с (NTSC) или 352 х 280, 25 к/с (PAL/SECAM), со стереозвуковым сопровождением. Неподвижные изображения могут иметь разрешение до 720 х 480/576 (могут использо-ваться для меню). На каждом треке может быть расставлено до 98 точек входа, на всем диске - до 500. Диски интерактивны: с помощью меню мож-но выбирать точки входа (начала воспроизведения), формировать после-довательность исполнения (playlist), быстро «перематывать» вперед и на-зад, смотреть и скрывать субтитры. Диск содержит не менее двух треков. На первом треке записана прикладная программа проигрывания, списки точек входа, статические изображения и некоторые вспомогательные дан-ные. На втором и далее треках размещаются видеоданные. Дополнительно могут присутствовать и аудиотреки CD-DA. Использует физический стан-дарт CD-ROM XA. Диски предназначены для Video CD-плейеров, но мо-гут воспроизводиться и приводом CD-ROM на ПК с MPEG-декодером. Видеодиски Video CD имеют логотип «Compact Disc Digital Video» и (или) надпись «VideoCD». Заметим, что диски CD-Video - это совсем другие дис-ки, на которых записана аналоговая видеоинформация, и к устройствам чте-ния-записи, применяемым в ПК, эти диски не имеют никакого отношения.
Super Video CD (SVCD) - видеодиски с более высоким качеством изоб-ражения (напоминают DVD, но имеют меньшую емкость). Разрешение 480 х 480/576, сжатие по алгоритму MPEG-2 (средняя скорость потока 2,6 Мбит/с), 2 стерео- или 4 монофонических канала, 37 минут видео при максимальной скорости потока, может воспроизводиться на приводе со скоростью не ниже 2х.
CD Plus , они же CD Extra , - мультимедийные диски, содержащие две сес-сии - первую аудио (до 98 треков, воспроизводима стандартным аудио-плейером) и вторую в формате CD-ROM XA. Называется также Enhanced Music CD.
CD - I - интерактивные диски с видео, аудио и другими данными, предна-значенные для воспроизведения на специальном плейере. Файловая сис-тема отличается от ISO 9660. Диски CD-I имеют логотип «Compact Disc Interactive».
CD - Bridge , или CD - I Bridge , - диски, соответствующие Белой книге: фор-мат сектора CD-ROM XA Mode 2. Видеопрограммы могут проигрываться на плейере CD-I и CD-ROM XA. Файловая система ISO 9660.
Mixed - Mode Disc - диск со смесью данных (трек 1) и аудиотреков (треки 2-99). На старых аудиоплейерах первый трек может ошибочно трактовать-ся как аудио и воспроизводиться как страшный шум, способный повре-дить акустические системы и уши. Из разных вариантов (CD-Extra или CD-Plus, Hidden Track и др.) более известны Enhanced CD. Чтение этих дисков в приводах CD-ROM поддерживается в Windows 9x.

Запись на оптические диски

В отличие от магнитных и магнитооптических дисков, обеспечивающих про-извольный доступ к любому сектору как по чтению, так и по записи, информа-ция должна записываться непрерывным потоком в цепочку секторов. Поначалу рекордеры (записывающие устройства) могли записывать за одно включение за-писывающего лазера не менее целого трека оптического диска. Следующим за-ходом можно было дописать последующий трек (треки), таким образом, по за-писи CD-R являются устройствами с последовательным доступом. С перезапи-сываемыми дисками CD-RW появился пакетный режим записи, который позво-ляет снять это ограничение, правда, ценой некоторых потерь пространства на диске и увеличения времени записи.

В течение всего времени записи, когда работает прожигающий лазер, на ре-кордер в требуемом темпе должна поступать записываемая информация. Опус-тошение буфера устройства (underrun) не допускается - в режиме записи уст-ройство не может ждать. Прерывание процесса записи (приостановка потока дан-ных), как правило, губит болванку. Для устройств и дисков CD-R возможны сле-дующие режимы записи.

Весь диск сразу (DAO - Disk At Once). В этом режиме лазер включается на время записи всего диска от начала до конца, вся информация записы-вается на диск, включая вводную и выводную зоны, и последующая за-пись на эту болванку уже невозможна (даже если остается место). Для записи в режиме DAO требуются чистые болванки. Диски, записанные в режиме DAO, будут читаться на любых приводах и могут быть использо-ваны как мастер-диски для производства печатных (штампованых) CD. Режим DAO реализован не во всех рекордерах, он может не поддержи-ваться записывающим ПО (пакетом и драйверами).
Сессия сразу (SAO - Session At Once). В этом режиме за одно включение
лазера записываются все треки, вводная и выводная зоны одной сессии.
Режим малораспространенный, используется для дисков CD-Extra.
Потрековая запись (ТАО - Track At Once). В этом режиме лазер включа-
ется на время записи одного трека. В начале каждого трека записывается
предзазор (pre-gap) длительностью 2 секунды (150 секторов). Этот режим
применяется как для односеансовой, так и для многосеансовой записи. Режим пригоден для дисков любого назначения (аудио, CD-ROM и т. п.). Нормально записанные диски будут читаться на любых приводах. В этом режиме сначала на диск пишутся информационные треки, а вводная зона остается свободной. Координаты начала треков, а также координаты нача-ла свободной области, следующей за последним уже записанным треком, временно сохраняются в служебной области болванки (РМА). Вводная и выводная зоны записываются позже - при закрытии сессии. До закрытия сессии (в ISO 9660 включающей запись логической ТОС и таблицы пу-тей) записанные данные для обычных приводов CD-ROM остаются недо-ступными.
Пакетная запись (packet writing). В этом режиме за одно включение лазе-ра записывается произвольное количество блоков - пакет. Длина пакета не превышает объема буфера рекордера, благодаря чему опустошение бу-фера при записи не грозит порчей диска. Лазер включается на запись, толь-ко если в буфере уже имеется полный пакет. Между пакетами записывает-ся всего 7 промежуточных блоков. Пакеты могут быть фиксированной или переменной длины. Пакетную запись ввели на CD-RW, благодаря ей по-явилась возможность прямого доступа по записи к отдельным блокам диска (при пакетах фиксированной длины). Пакетная запись поддерживается не всеми рекордерами. Диски, записанные в пакетном режиме, читаются не всеми приводами CD-ROM (у них возникают проблемы с чтением проме-жуточных блоков). Для аудиодисков пакетная запись непригодна. Для чте-ния диска, записанного в этом режиме, требуется драйвер файловой сис-темы UDF.

^ Стирание диска предполагается только для CD-RW - при стирании вся сти-раемая область переходит в одно состояние (фазу). Стирание может быть пол-ным (full erase) или быстрым (quick erase). При полном стирании выполняется «зачистка» всего диска, включая и информацию ТОС во вводной зоне. Быстрое стирание очищает лишь отдельные области диска. Диск со стертой ТОС будет выглядеть пустым, но при этом он может содержать информацию (до которой очень трудно добраться). Быстрое стирание, затрагивающее лишь структуры дан-ных томов, используют на дисках с пакетной записью (например, в DirectCD). Диск может быть настолько испорчен, что рекордер не сможет выполнить и сти-рание. В этом случае может помочь стирание солнечным светом или ультрафио-летовыми лучами (в устройстве для стирания ультрафиолетовых ПЗУ).

За одну сессию на диске должна быть сформирована стандартная структура, включающая как треки с данными (программная область), так и служебные зоны lead-in и lead-out.

^ При записи очередной сессии многосеансового диска данные предыдущих сес-сий можно (выборочно) включать в оглавления (на уровне треков - в ТОС ввод-ной зоны или на уровне файлов - в дескрипторы тома). Тогда для считывателя многосеансовый диск будет выглядеть как единое целое, а запись очередной сес-сии может изменить его видимое содержание. Напомним, что последняя сессия станет доступной для чтения только после ее закрытия (finalize). Закрывать диск в принципе необязательно. После закрытия диска записать на него новые сессии уже невозможно и, следовательно, невозможно «изменение» его файлов. Первая сессия «съедает» 20 Мбайт, каждая новая сессия приводит к потере 13,5 Мбайт емкости диска (накладные расходы на вводную и выводную зоны), так что запи-сывать множество мелких сессий невыгодно.

Закрытием сессии называется процесс записи вводной зоны со сформирован-ной таблицей ТОС, а также выводной зоны. До закрытия сессии стандартные устройства чтения не располагают информацией о координатах начала треков - эта информация временно сохраняется рекордером в специально отведенной зоне РМА, не входящей в стандартную область, доступную для записи (650 Мбайт). Про эту область «знает» только записывающее ПО, и читают ее только рекорде-ры. Незакрытая сессия недоступна никаким устройствам чтения в «штатном» режиме. Рекордер может дописывать в незакрытую сессию треки до тех пор, пока на диске есть доступное место, пока не будет достигнуто предельное число тре-ков в сессии (99) и пока есть место в РМА для временного хранения координат начала трека. После закрытия к сессии уже не могут быть добавлены треки, но может быть открыта новая сессия, если не закрыт диск.

Закрытием диска (финализацией) называют запись вводной и выводной об-ласти, причем в ТОС указывается начало выводной дорожки (а не начало воз-можной вводной для последующей сессии). После закрытия диска к нему уже не могут быть добавлены сессии (и треки). Закрытие диска в принципе необяза-тельно, достаточно закрытия сессии.

Когда закрывается сессия или диск с файловой системой ISO 9660, кроме «физической» ТОС, описывающей положения треков, на диск (в программную область) записывается и «логическая» ТОС тома, в которой описывается поло-жение всех записанных файлов (при желании включая и файлы предыдущих сессий). При этом в области уже записанных файлов никаких изменений не про-изводится. До этого закрытия логическая ТОС существует лишь в памяти (на жестком диске) пишу-щего компьютера, а физическая ТОС - в РМА на записываемом носителе. Если диск вынуть из рекордера до закрытия (или в случае аварии), логическая ТОС не попадет на диск. Данные на диске останутся, но доступа к ним не будет.

^ Форматирование диска UDF с пакетами фиксированной длины действитель-но форматирует (записывает) весь диск и к тому же закрывает его (физически, записывая вводную и выводную зоны и делая необходимые ссылки в ТОС Q-субканала вводной зоны). При этом на диск можно записывать (удалять, переименовывать...) файлы. Диск кроме рекордера можно будет читать в MultiRead CD-ROM с драйверами UDF, но традиционным читающим средствам он недо-ступен.

«Форматирование» диска UDF с пакетами переменной длины на самом деле только «наводит» каталог на свободную область сессии. На диск можно записы-вать (только дописывать) файлы, до тех пор пока не закрыта сессия или диск. После закрытия сессии можно будет открыть новую и продолжать запись, после закрытия диска - уже нет. На считывающих приводах данные будут читаться лишь для закрытой сессии (диска), открытую сессию может читать только ре-кордер (он пользуется РМА). Если сессия закрыта в формате ISO, диск можно будет читать всеми традиционными средствами.

Хотя средства записи и позволяют смешивать форматы Mode 1 и Mode 2, при считывании таких дисков наверняка возникнут проблемы. Если есть необ-ходимость сочетать треки с «сырыми» (без ЕСС) и защищенными от ошибок данными, то должен использоваться режим Mode 2, в котором возможны обе эти формы.

^ Чистые болванки на самом деле не совсем пустые. На их поликарбонатном субстрате отпечатана спиральная дорожка, содержащая временную разметку. Эту разметку «понимает» только рекордер. На этой же дорожке отпечатана инфор-мация о носителе, которая может не полностью соответствовать действительнос-ти (штампом могут пользоваться разные производители).

Manufacturer - производитель матрицы (штампа), но не обязательно диска.
Writable/Rewritable - тип болванки (CD-R или CD-RW).
Dye type - тип краски (для CD-R), информация для настройки записыва-ющего лазера. Однако краска может быть иной (см. выше), а для настрой-ки все равно используется область РСА.
Spiral length in blocks - длина спирали (количество блоков, доступных для записи). Соответствует действительности, так как определяется толь-ко штампом.
Rated speed - допустимая скорость записи. Если не указана, то для CD-R допустима скорость 1х, для CD-RW - 2x. Превышение скорости чревато порчей диска.
Audio - болванка может использоваться и на автономном рекордере аудио-дисков (более высокое качество).

Чтобы застраховаться от опустошения буфера рекордера, компьютер, пред-назначенный для записи, должным образом конфигурируют.

Компьютер должен быть достаточно мощным (быстродействующий про-цессор, большой объем ОЗУ, быстрые диски).
Если используется интерфейс АТА, то винчестер с образом и рекордер следует устанавливать на разных каналах АТА.
Предпочтительный режим работы драйверов - прямое управление шиной (bus mastering).
Для хранения образа желательно иметь отдельный раздел жесткого диска (а то и отдельный винчестер), который следует регулярно дефрагментировать (не во время записи!).
На время записи компьютер не должен играть роль сервера сети (его дис-ки и принтеры не должны быть разделяемы), поскольку неожиданный при-ход запроса внешнего пользователя может загрузить компьютер так, что поток данных на рекордер приостановится. Если имеется модем, для его ПО должна быть запрещена реакция на звонки.
На компьютере на время записи должен быть запрещен автоматический запуск приложений по расписанию (ScanDisk, Defrag, антивирусные про-граммы) - их внезапный запуск тоже может слишком загрузить компью-тер.
На компьютере на время записи должен быть отключен «хранитель экра-на» (screensaver).
На компьютере должно быть отключено автоматическое распознавание диска CD-ROM, иначе во время записи система неожиданно «увидит» но-вый диск и попытается его «проиграть», что почти наверняка прервет про-цесс записи.
Средства управления энергопотреблением рекомендуется отключить, что- бы компьютер случайно не «заснул» в процессе записи («заснуть» может и привод CD-ROM, с которого делают копию).
На время записи не следует запускать лишних приложений, особенно ре-сурсоемких. Не стоит также прослушивать аудиодиск (если имеется и при-вод CD-ROM) - хотя при правильной настройке этот процесс потребляет мало ресурсов, в случае ошибки чтения (или иных нештатных ситуаций) система может быть на некоторое время заблокирована.
Предпочтительны модели рекордеров с большим объемом буфера. Чем больше объем буфера для записи имеет устройство CD-R, тем оно менее чувствительно к неравномерности входного потока данных.
Скорость записи должна выбираться исходя из качества болванок и про-изводительности компьютера. Чем выше скорость записи, тем выше тре-бования к скорости подачи входного потока данных. Запись на понижен-ной скорости может оказаться более качественной (будет меньше проблем считывания на разных приводах).

Для защиты от порчи болванок в современных рекордерах применяют техно-логию BURN-Proof (Buffer UnderRuN Proof - проверка буфера на опустоше-ние) - очередная порция записи не начинается, если в буфере недостаточно ин-формации. При большом размере буфера (2-4 Мбайт) эта технология работает довольно надежно.
^

Оптические диски с прямым доступом

Кроме CD-ROM, CD-R и CD-RW существуют не столь широко распространен-ные оптические диски с прямым доступом.

PD/CD - комбинированный накопитель, записывающий информацию на специальный носитель (и с него же считывающий) по методу изменения фазы вещества (Phase change Disk). Носитель представляет собой многослойный диск в защитном картридже, у которого в одном из слоев может изменяться фаза состояния (как и в CD-RW, но в PD этот принцип применили раньше). Считы-вание основано на изменении степени отражения участков с разной фазой со-стояния. В отличие от CD с одним спиральным треком, PD имеет концентри-ческие треки (как у магнитных дисков) и, следовательно, произвольный метод доступа. Шпиндель накопителя поддерживает постоянную угловую скорость для каждой зоны треков (а не постоянную линейную, как в CD). Это позволя-ет снизить время доступа при поиске в пределах зоны, поскольку не тратится время на разгон или торможение диска. Емкость PD, как и у CD, составляет 650 Мбайт, но PD не может быть считан на накопителе CD-ROM. В то же время устройство PD/CD (например, модель PD 650) считывает и обычные CD - тип установленного носителя определяется автоматически. Большим преимуществом PD перед CD-R является возможность многократных циклов стирания-записи и, естественно, считывания при прямом доступе к данным. Недостаток - несовместимость PD и CD.

WORM (Write Once, Read Many times) - устройства с однократной записью и многократным считыванием специфического носителя. Устойчивый к внешним воздействиям картридж 5" емкостью 650 Мбайт - 1,3 Гбайт записывают по тех-нологии, похожей на CD-WORM. Стоимость устройств высокая, стандартов нет.

Термин WARM (Write And Read Many times) подразумевает многократную запись и считывание, но стандартизованных оптических устройств данного типа пока нет.

Перечисленные устройства не выдержали конкуренции с CD и DVD.
^

Диски DVD

Название DVD поначалу 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, на-правленные на повышение плотности хранения и скорости передачи информа-ции. 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 умень-шены примерно вдвое, снижены издержки избыточности кодов коррекции оши-бок. 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 плоскости. Для считывания DVD требуется лазер с длиной волны 635/650 нм (для CD используется длина волны 780 нм). Измене-на система канального кодирования (применяются 16-битные коды) и система избыточного кодирования.

Каждая пластина DVD может быть как однослойной (аналогичной по конст-рукции диску CD), так и двухслойной . В двухслойной пластине «ямки» распо-ложены в двух плоскостях, нижний слой сверху покрыт полупрозрачной полу-отражающей пленкой, а верхний - отражающей (рис. 7.7). Какой из слоев считывается, определяется фокусировкой луча (сигналы другого слоя из-за расфокусировки размываются и на их фоне различим требуемый слой).

Э

тикетка

Поликарбонат

Отражающий слой

Пограничный слой

Полуотражающий слой

Поликарбонат
Рис. 7.7. Устройство двухслойного диска DVD: а- луч, сфокусированный на верхнем слое; б - на нижнем

Базовой скоростью DVD является скорость, достаточная для считывания ви-деодисков, - около 11 Мбайт/с , что эквивалентно 9х для CD-ROM. Однако эта скорость передачи обеспечивается при скорости вращения DVD примерно в 3 раза медленнее, чем CD-ROM. Этим объясняется тот факт, что высокоскоростные приводы DVD-ROM, читающие и CD, обеспечивают скорость считывания CD меньшую, чем DVD, - сказывается ограничение скорости вращения, при которой биения еще приемлемы. Высокие скорости DVD-ROM (2x, 4х...) требу-ются лишь для ускорения обмена данными при работе компьютерных приложе-ний для видео достаточно и 1х. В 2000 году достигли скорости 16х, но такая высокая скорость пока остается невостребованной. Время доступа у приводов DVD такое же большое, как и у приводов CD (около 200 мс).

Приводы DVD позволяют считывать информацию и с обычных CD. Уже по-явились комбайны, способные читать и писать диски CD и читать диски DVD, например, привод Toshiba SD-R1002 сочетает в себе возможности CD-R 4x, CD-RW 4х, CD-ROM 24x и DVD-ROM 4,8x.

Диски DVD выпускаются в разных сочетаниях количества сторон и слоев (SS - Single Sided, односторонние; DS - Dual Sided, двусторонние; SL - Single Layer, однослойные; DL - Dual Layer, двухслойные).

DVD-5 - диски емкостью 4,7 Гбайт (SS/SL), информация записана в од-ом слое одной пластины. Вторая пластина может использоваться для эти-кетки.
DVD-10 - диски емкостью 9,4 Гбайт (DS/SL), информация записана в одном слое обеих пластин. Для считывания обеих сторон во многих моде-лях приводов приходится переворачивать диск. Маркировка дисков про-блематична, поскольку обе стороны используются для считывания.

DVD-9 - диски объемом 8,54 Гбайт (SS/DL), используются два слоя од-ной стороны. Из-за двухслойности размер ячейки увеличили примерно на 10 %, за счет чего емкость каждого слоя несколько снизилась.
DVD-18 - диски объемом 17,08 Гбайт (DS/DL), используются два слоя и две стороны. Производство таких дисков очень сложно, а потому и дорого.
DWD-R - записываемые диски, однослойные, односторонние (4,7 Гбайт) и двусторонние (9,4 Гбайт).
DWD-RAM - перезаписываемые (Rewritable) диски, однослойные, одно-сторонние (SS/SL, 2,6 Гбайт) и двусторонние (DS/SL, 5,2 Гбайт).
DWD-RW - перезаписываемые (ReRecordable) диски, однослойные, од-носторонние (SS/SL, 4,7 Гбайт).

Диски DVD - Video несут видеоинформацию с разрешением 720 х 480/576, сжа-тие по алгоритму MPEG-2 (средняя скорость потока 3,5 Мбит/с), аудиосигнал по схеме 5.1 (Dolby Digital Sound), 133 минуты.

Диски DVD - Audio несут высококачественный многоканальный (объемный) аудиосигнал с новыми возможностями, недоступными в CD-DA. Полный диск (4,7 Гбайт) вмещает 2 часа объемного или 4 часа стереофонического воспроизве-дения.

Диски DVD - ROM , DVD - RAM , DVD - RW и DVD + RW используются для хране-ния и переноса больших объемов информации, они должны заменить CD в тех случаях, когда объема 650 Мбайт уже недостаточно (многотомные игры, энцик-лопедии, базы данных , архивы).

Первые записываемые диски 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. Диски DVD-R полностью совместимы с DVD-ROM, DVD-Video и DVD-Audio, так что они могут считываться на любых устройствах, подходящих по назначению (проигрывателях или приводах для ком-пьютеров). Диск DVD-R содержит 5 областей:

PCA (Power Calibration Area) - область калибровки мощности;
RMA (Recording Management Area) - область управления записями;
lead-in area - вводная область;
data recordable area - область данных;
lead-out area - выводная область.

Диски DVD-R допускают инкрементную запись, аналогично многосеансовым CD-R. Определены два типа инкрементной записи:

Туре 1 - допускает чтение дисков DVD-R в системах с ISO 9660, исполь-зует файловую систему UDF Bridge;
Туре 2 - для непосредственного манипулирования файлами (прямого до-ступа), использует UDF без возможностей ISO 9660.

Для обоих типов каждая секция данных пишется в обрамленную область (bordered area) после области border in, за которой следует область border out, а также область border in, предшествующая следующей секции данных. Каждая обрамленная область начинается с файловой системы UDF и завершается вир-туальной таблицей размещения файлов VAT (Virtual Allocation Table).

В первой версии DVD-R (1997 г.) емкость диска была 3,95 Гбайт, во второй версии (1999 г.) емкость увеличена до 4,7 Гбайт.

Диски и рекордеры по спецификации DVD-форума DVD - RAM (перезаписы-ваемые) появились позже DVD-R, но по более низким ценам. В них использует-ся изменение фазы (аморфная - поликристаллическая), как и в CD-RW. В пер-вой версии DVD-RAM емкость диска была 2,6 Гбайт на одну сторону, во второй версии (1999 г.) емкость увеличена до 4,7 Гбайт. Вместо постоянной линейной скорости здесь используется разделение диска на зоны, и в каждой зоне посто-янна угловая скорость (CAV - Constant Angular Velocity), так что средняя ли-нейная скорость по всему диску постоянна. Диски DVD-RAM заключены в кар-триджи, и для работы с ними требуются специальные приводы (Caddy-Type).

Сейчас DVD-форумом рассматриваются и иные форматы перезаписываемых дисков - DVD-RW и DVD+RW (это разные вещи!).

Формат DVD + RW предлагается фирмами Hewlett-Packard, Philips и Sony при поддержке Verbatim, Ricoh и Yamaha (ветеранов CD-RW). Диски совместимы с DVD-ROM и не требуют картриджа. Доступны диски объемом 3 Гбайт и прора-батывается формат на 4,7 Гбайт. Для хранения данных применяется постоянная угловая скорость, для видео - постоянная линейная.

Формат DVD - RW предлагается фирмой Pioneer и принят DVD-форумом для рассмотрения в качестве очередного стандарта. У дисков DVD-RW отражающая способность выше, чем у DVD-RAM и DVD+RW, так что они могут считываться и на существующих приводах DVD-ROM. Объем диска 4,7 Гбайт, картридж не требуется.

Есть еще и формат перезаписываемых дисков MMVF (Multimedia Video File) от фирмы NEC, предлагающей диски 5,2 Гбайт, удобные для видеоданных.

Для защиты от копирования и неавторизованного использования высокока-чественной видео- и аудиопродукции используется скремблирование содержи-мого (CSS - Content Scrambling System). Видео- и аудиофайлы шифруются по ключам, уникальным для каждого диска и каждого набора произведений, запи-санных на диске. Ключ в зашифрованном виде хранится на диске и считывается декодером воспроизводящего устройства. Алгоритмы шифрования держатся в секрете компаниями, занимающимися производством видеодисков и проигрыва-ющей аппаратуры. Файлы данных не шифруются. На DVD-диске может стоять защита файлов от перезаписи через аналоговый выход композитного видеосиг-нала Macrovision APS (Analogue Protection System) - в сигнал вводятся специ-альные искажения. На аналоговые выходы RGB и YUV эта защита пока не рас-пространяется. Для установки флага защиты требуется лицензирование у Macro-vision. Разработкой новых методов защиты от пиратства занимается рабочая груп-па CPTWG (Copy Protection Working Group) DVD-форума.

Диски DVD-Video имеют код региона, который должен совпадать с кодом региона, установленным в проигрывателе. Весь мир поделили на 6 зон (Россия относится к зоне 5), и каждый диск предназначен для продажи (проигрывания) лишь в своем регионе. В приводе DVD, устанавливаемом в компьютер, номер региона можно задавать программно. Возможность смены кода региона опреде-ляется уровнем контроля региональной защиты RPC (Region Protection Control), реализованным в микропрограмме привода. Привод RPC-1 позволяет менять код региона неограниченное число раз, RPC-2 - не более 5 раз. «Народные умель-цы», естественно, уже нашли способ «лечения этого недуга» заменой «прошив-ки», однако найти версию микропрограммы (firmware) с RPC-1 можно не для каждой модели DVD.

В DVD используется файловая система микро-UDF - подмножество UDF (Universal Disk Format). Файловая система не зависит от платформы, обеспечи-вает эффективный файловый обмен, ориентирована на диски CD-ROM и CD-R, основана на стандарте ISO 13346. Имеется расширение UDF для поддержки пе-резаписываемых дисков. Комбинация UDF и ISO 9660, известная как UDF Bridge, позволяет обращаться к данным дисков как из ОС, не поддерживающих UDF (например, Windows 95), так и поддерживающих UDF (Windows 98).

Диски DVD-видео и аудио используют только файлы в системе UDF, размер файла не должен превышать 1 Гбайт. Как для компьютерных, так и для телеви-зионных приложений диски DVD должны иметь единую файловую систему. Ви-део- и аудиофайлы на дисках DVD должны находиться в каталогах VIDEO_TS и AUDIO_TS соответственно, расположенных в корневом каталоге диска.

Для воспроизведения DVD-видео в компьютере должен быть аппаратный или программный декодер MPEG-2. Аппаратный декодер может работать даже на маломощном процессоре типа Pentium 133, как правило, аппаратный декодер имеет и выход аналогового видеосигнала для подключения телевизора. Для про-граммного декодирования требуется Pentium II-266 с соответствующим графи-ческим адаптером.

Тиражирование компакт-дисков

Несмотря на то, что запись на компакт-диск (так называемый мастер - диск ) осуществляется с помощью ла-зера, этот способ непригоден для производства сотен или тысяч копий. Запись одного мастер-диска длит-ся более получаса. Кроме того, материалы, применяемые при изготовлении мастер-дисков, не подходят для длительного использования этих дисков.

Если необходимо изготовить небольшой тираж компакт-дисков, с оригинала (мастер-диска) методом галь-ванопластики снимается металлическая копия (матрица), которую можно использовать для изготовления копий так же, как при тиражировании виниловых грампластинок. Этот метод применяют для изготовления небольших партий дисков, поскольку металлическая копия изнашивается. Большие партии компакт-дисков производятся в три этапа.

С мастер-диска вышеописанным способом снимается первичная матрица.
С помощью этой матрицы изготовляют копию мастер-диска из более прочного металла.
Копию мастер-диска можно многократно использовать для изготовления вторичных (рабочих) матриц.

При таком способе можно изготовить множество рабочих матриц с одной копии мастер-диска, причем его оригинал практически неприкосновенен, а в технологическом процессе используются относительно недорогие материалы. Те компакт-диски, которые вы покупаете в магазине, отштампованы на поликарбо-натной основе, покрытой алюминием и защитным слоем пластика. Тонкое алюминиевое покрытие повто-ряет профиль поверхности основы, что позволяет по отражению лазерного луча от поверхности опреде-лить, есть ли на ней углубление. Описанная технология используется при производстве как аудио компакт-дисков, так и дисков CD-ROM.
^

Параметры накопителей CD-ROM

Основными характеристиками накопителей CD-ROM являются скорость передачи и вре-мя доступа к данным, наличие внутренних буферов и их емкость, а также тип используемого интерфейса.

^ Скорость передачи данных. Скорость передачи данных определяет объем данных, кото-рый может считать накопитель с компакт-диска на компьютер за одну секунду. Основной единицей измерения этого параметра является количество переданных килобайтов данных в секунду (Кбайт/с). Например, если указано, что скорость передачи данных равна 150 Кбайт/с, значит, данный накопитель будет считывать с компакт-диска 150 Кбайт данных за секунду при установившемся режиме. Заметим, что речь идет об установившемся и непрерывном счи-тывании, а не считывании данных с различных мест диска. Очевидно, что эта характеристика отражает максимальную скорость считывания накопителя. Чем выше скорость считывания, тем лучше, однако необходимо помнить, что существуют и другие важные параметры.

В соответствии со стандартным форматом записи за каждую секунду должно считываться 75 блоков данных по 2 048 полезных байтов. Скорость передачи данных при этом должна быть равна 150 Кбайт/с. Это стандартная скорость передачи данных для устройств CD-DA, которые также называются односкоростными. Термин односкоростной означает, что запись на компакт-диски осуществляется в формате с постоянной линейной скоростью (CLV); при этом скорость вращения диска изменяется так, чтобы линейная скорость оставалась постоянной.

Поскольку, в отличие от музыкальных компакт-дисков, данные с диска CD-ROM можно считывать с произвольной скоростью (главное, чтобы скорость была постоянной), ее вполне можно повысить. На сегодняшний день выпускаются накопители, в которых информация может считываться с разными скоростями, кратными скорости, которая принята для односкоростных накопителей (табл. 1).

Таблица 1. Скорости передачи данных в накопителях CD-ROM
^ Тип накопителя	Скорость передачи данных, Скорость передачи байт/с данных, Кбайт/с
Односкоростной (1х)	153 600	150
Шестнадцатискоростной (16х)	2 457 600	2 400
Двадцатичетырехскоростной (24х)	3 686 400	3 600
Тридцатидвухскоростной (32х)	4 915 200	4 800
Пятидесятидвухскоростной (52x)	7 987 200	7 800
Стоскоростной (100х)	15 360 000	15 000
CAV(12x-24x)	1 843 200-3 686 400	1 800-3 600

^ Время доступа. Время доступа к данным для накопителей CD-ROM определяется так же, как и для жестких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в миллисекундах и его стан-дартное паспортное значение для накопителей 24х приблизительно равно 95 мс. При этом имеется в виду среднее время доступа, поскольку реальное время доступа зависит от распо-ложения данных на диске. Очевидно, что при работе на внутренних дорожках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних дорожек. Поэтому в пас-портах на накопители приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких случайных считываний данных с диска.

Очевидно, что, чем меньше время доступа, тем лучше, особенно в тех случаях, когда дан-ные нужно находить и считывать быстро. Время доступа к данным на CD-ROM постоянно сокращается, о чем будет сказано ниже. Заметим, что этот параметр для накопителей CD-ROM намного хуже, чем для жестких дисков (100-200 мс для CD-ROM и 8 мс для жестких дисков).

Для 48x CD-ROM среднее время доступа – 85-90 мс, полное время доступа – 110 мс. Для DVD 16x среднее время доступа – 100 мс, полное – 180 мс.

В оптических дисках для хранения информации используется изменение оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD (Compact Disk), как и грампластинки, имеют один спиральный трек, начинающийся с периферийной стороны диска. Эта спираль имеет 22 188 витков (поперечная плотность около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров.

Запись дисков может производиться как печатью с матрицы (наподобие тиражирования грампластинок), так и непосредственной записью на носитель в устройстве CD-R, о котором речь пойдет ниже. Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже - порядка $5. Независимо от способа записи, оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (конечно, при использовании качественного носителя и записывающей аппаратуры). Однако между штампованными и записанными дисками все же имеется некоторая разница, которая может быть использована и для защиты от пиратского копирования.

По устройству CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) - считыватели компакт-дисков - напоминают обычные дисководы. Однако кроме приводов шпинделя и головки они имеют еще и механизм загрузки диска и более сложную головку считывания. Считывающая головка состоит из лазерного излучателя, фотоприемника и наклонного зеркала, зафиксированных на подвижной каретке головки. На каретке на качающейся подвеске закреплена пластмассовая фокусирующая линза. С линзой 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.Приюстировке оптической системы линзу выставляют параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов на каретке. Механика привода достаточно 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, что называется Self-cleaning lenses. Для изоляции от окружающей среды (Drive Sealing) в накопителях могут применяться двойные пылезащитные дверки.

Практически все устройства CD-ROM позволяют воспроизводить и аудио-диски, для чего они имеют встроенные ЦАПы (цифроаналоговые преобразователи) и аналоговый интерфейс с линейным выходом стереосигнала уровня 0,2 В.

CD-R (Recordable), CD-WORM (Write Once, Read Many) или CD-WO (Write Once) - устройства, записывающие CD (и конечно же, считывающие). Для записи используются специальные диски, иногда называемые мишенями (Target). В дисках отражающий слой (золотое напьшение) покрыт слоем органического красителя. Чистые диски имеют нанесенную ровную спиральную дорожку, по которой позиционируется записывающая головка (для записи на совершенно чистый диск потребовалась бы очень дорогая прецизионная система позиционирования). Устройства CD-R чаще выпускаются с интерфейсом SCSI, есть модели и с интерфейсом АТА и даже подключаемые к LPT-порту. Последний вариант может работать только в режиме работы порта ЕРР и только с мощным процессором.

PD/CD - комбинированный накопитель, записывающий информацию на специальный носитель (и с него же считывающий) по методу изменения фазы вещества (Phase change Disk). Носитель представляет собой многослойный диск в защитном картридже, у которого в одном из слоев может изменяться фаза состояния (как и в CD-E, но в PD этот принцип применили раньше). Считывание основано на изменении степени отражения участков с разной фазой состояния. В отличие от CD с одним спиральным треком, PD имеет концентрические треки (как у магнитных дисков) и, следовательно, произвольный метод доступа.

Емкость PD диска, как и у CD, составляет 650 Мб, но PD диск не может быть считан на накопителе CD-ROM. В то же время устройство PD/CD (например, модель PD 650) считывает и обычные CD - тип установленного носителя определяется автоматически. Большим преимуществом PD перед CD-R является возможность многократных циклов стирания-записи и, естественно, считывания. Недостаток - несовместимость PD и CD.

WORM (Write Once, Read Many times) - устройства с однократной записью и многократным считыванием специфического носителя. Устойчивый к внешним воздействиям 5" картридж емкостью 650 Мбайт - 1,3 Гбайт записывают по технологии, похожей на CD-WORM. Стоимость устройств высокая, стандартов нет.

Термин WARM (Write And Read Many times) подразумевает многократную запись и считывание, но стандартизованных оптических устройств данного типа пока нет.

DVD (Digital Video Disk) - диски для цифровой видеозаписи с высокой плотностью представляют собой развитие принципов CD. Эти диски имеют те же размеры, что и CD (диаметр 120 мм и толщину 1,2 мм). Для повышения емкости уменьшена ширина трека и размер хранящей ячейки, снижены издержки избыточности кодов коррекции ошибок. Кроме того, могут использоваться две стороны диска, а на каждой стороне информация может храниться в двух слоях, таким образом, один диск уже может иметь четыре рабочих плоскости. Накопители DVD позволяют считывать информацию и с обычных CD. DVD выпускаются в разных сочетаниях количества сторон (SS - Single Side, односторонние; DS - Dual Side, двусторонние) и слоев (SL - Single Layer, одно-слойные; DL - Dual Layer, двуслойные). Существуют диски с емкостью 4,7 Гбайт (SS/SL), 8,5 Гбайт (SS/DL), 9,4 Гбайт (DS/SL) и 17 Гбайт (DS/DL).