Устройство накопителей CD - ROM

Ниже приведен алгоритм работы накопителя CD-ROM.

1. Полупроводниковый лазер (рис. 13.3) генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

2.Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт - диске.

3. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

5. Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Первые образцы накопителей CD-ROM были слишком дорогими для массового покупателя. Кроме того, производители несколько запоздали с принятием соответствующих стандартов, что сдерживало производство CD-ROM. Отсутствовала и база программного обеспечения, которая могла бы стимулировать увеличение темпов производства CD-ROM.

После снижения стоимости накопители и диски все равно не получили должного распространения в мире ПК. Это можно объяснить небольшими размерами приложений того времени. Сейчас практически все программное обеспечение поставляется на компакт - дисках, даже если оно занимает десятую часть диска. Производители программ придерживаются следующего правила: если программный продукт занимает более двух дискет, рациональнее использовать компакт-диск.

Преимущества записи на компакт-диск больших программ очевидны. Для распространения Windows 98 потребовалось бы около 75 дискет

Дорожки и секторы

Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на миллиметр или 15 875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22188 витков. Диск разделен на шесть основных областей, представленных на рис.

 

Область фиксирования диска. Область фиксирования (посадки) представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных.

Область калибровки мощности ( PCA ). Эта область существует только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW) и используется только дисководами перезаписываемых дисков для определения мощности лазера, необходимой для оптимального выжигания диска. Тестирование области калибровки каждого диска CD-R или CD-RW может проводится до 99 раз.

Программируемая область памяти ( PMA ). Эта область, существующая только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW), представляет собой зону, используемую для записи временной таблицы оглавления (Table Of Content — TOC). После завершения сеанса записи информация ТОС переписывается на нулевую дорожку.

Нулевая дорожка. Эта дорожка содержит оглавление диска (или сеанса) в кодировочном канале Q. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек (музыкальных или дорожек данных), общую длину программной области (области данных), а также информацию о каждом сеансе записи. Компакт-диск, записанный полностью за один сеанс (в режиме DAO или Disk At Once), содержит только одну нулевую дорожку. Диски, записанные в течение нескольких сеансов, включают в себя несколько нулевых дорожек, которыми начинается каждый сеанс записи. Нулевая дорожка занимает 4500 секторов диска (одну минуту, если пользоваться единицами времени, или около 9,2 Мбайт данных). Нулевая строка также указывает, является ли данный диск много сеансовым (т. е. многократно перезаписываемым); кроме того, она указывает следующий адрес записи диска, если он не заполнен.

Программная (информационная) область. Область диска, которая начинается на расстоянии 25 мм от его центра.

Конечная зона. Эта область отмечает конец программной (информационной) области диска или же завершение сеанса записи на много сеансовом диске. Конечная зона не содержит каких-либо данных и используется только в качестве маркера. Первая конечная зона (или единственная, если диск записан в течение одного сеанса или в режиме Disk At Once) занимает 6750 секторов (эквивалент 1,5 минуты или около 13,8 Мбайт данных). Все последующие конечные зоны много сеансового диска занимают 2250 секторов (0,5 минуты или около 4,6 Мбайт данных).

Область фиксирования диска, программная область, нулевая дорожка и конечная зона существуют на дисках любых типов. Кроме того, перезаписываемые компакт-диски (CD-R и CD-RW) дополнительно содержат область калибровки мощности и программируемую область памяти, которые находятся в начале диска.

Центральное отверстие компакт-диска имеет диаметр 15 мм, т. е. его края расположены на расстоянии 7,5 мм от центра диска. Область фиксирования диска начинается от края центрального отверстия и заканчивается на расстоянии 20,5 мм. Затем следует область калибровки мощности (PCA). За ней расположена программируемая область памяти (PMA), начинающаяся на расстоянии 22,35 мм от центра диска. Сразу за этой областью на расстоянии 23 мм начинается нулевая дорожка. Программная (информационная) область диска начинается на расстоянии 25 мм от центра диска и завершается конечной зоной, расположенной в 58 мм от центра. Формально дорожка диска заканчивается на расстоянии 58,5 мм; затем следует буферная зона диска шириной 1,5 мм. Описанные области диска, изображенные в относительном масштабе, показаны на рис.

Обычно спиральная дорожка стандартного диска CD-DA или CD-ROM начинается с нулевой дорожки и заканчивается конечной зоной, расположенной на расстоянии 58,5 мм от центра диска или 1,5 мм от его внешнего края. Длина спиральной дорожки достигает 5,77 км, или 5,39 миль. При использовании накопителя 56x CAV, имеющего постоянную угловую скорость (Constant Angular Velocity — CAV), перемещение данных по отношению к лазеру происходит со скоростью 162,8 миль/ч (262 км/ч). Самое удивительное заключается в том, что, несмотря на довольно высокую скорость перемещения данных, лазерный датчик безошибочно считывает значения бит (переходы впадина/площадка), размеры которых не превышают 0,9 микрона, или 35,4 миллионной доли дюйма!

Спиральная дорожка разделена на секторы, частота следования которых при чтении или записи составляет 75 секторов в секунду. Таким образом, на диске, содержащем в общей сложности 74 минуты информации, может находиться максимум 333000 секторов. Каждый сектор, в свою очередь, разделен на 98 отдельных блоков (фреймов) информации. Каждый фрейм содержит 33 байт, из которых 24 байт являются звуковыми данными, 1 байт содержит кодовую служебную информацию, а 8 байт используются для хранения данных, получаемых при коррекции четности/кода ошибок (ЕСС).

Дискретизация

Во время записи музыкальных компакт-дисков происходит дискретизация данных с частотой 44100 тактов в секунду (Гц). Каждая выборка (sample) звуковых данных имеет отдельный компонент левого и правого каналов (стерео), причем каждый компонент канала преобразован в 16-разрядное число. Таким образом, возможно 65 536 разных значений, которые представляют амплитуду звуковой волны канала в определенный момент.

Частота дискретизации определяет диапазон звуковых частот, которые могут быть представлены в цифровой записи. Чем выше частота дискретизации волны, тем ближе полученный результат к оригиналу. Для точного вос­становления исходного сигнала частота дискретизации должна быть по крайней мере вдвое выше наиболее высокой частоты, существующей в выборке. Это объясняет, почему компании Philips и Sony при создании компакт-дисков выбрали частоту дискретизации, равную именно 44100 Гц: эта частота позволяет максимально точно воспроизвести звуки частотой до 20 000 Гц, что является верхним пределом слышимости человеческого уха.

Звуковые секторы содержат в себе 98 блоков по 33 байт в каждом, что составляет 3 234 байт. Из них только 2 352 байт фактически являются звуковыми данными. Остальные байты распределены следующим образом: 98 байт подкодовых (по одному байту на каждый блок) и 784 байт, используемых для контроля четности и коррекции ошибок (ECC).

Обработка ошибок

При разработке стандарта компакт-дисков Red Book основное внимание было уделено обработке ошибок. Для уменьшения влияния возможных ошибок в компакт-дисках используются методы контроля четности и чередования, получившие название перемежающего кода Рида–Соломона (CIRC). Эта технология работает на уровне блоков (фреймов). При сохранении информации 24 байт данных каждого блока сначала обрабатываются шифратором Рида–Соломона, создающим 4-байтовый код контроля четности (так называемый Q-контроль четности), который добавляется к исходным 24 байтам данных. Полученные в результате этой операции 28 байт передаются второму шифратору, использующему другую схему, который, в свою очередь, создает дополнительный 4-байтовый код контроля четности (Р - контроль четности). Этот код добавляется к 28 байтам, полученным в предыдущем кодировании, что составляет 32 байта (24 исходных байта данных плюс байты Q- и P-контроля четности). Затем вводится дополнительный подкодовый байт данных (информация о дорожке), в результате чего получается 33 байта для каждого блока.

 

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: