Bugs #02 31 декабря 1999

Железо

CD-ROM'ы - Принцип работы дисковода CD-ROM.

 Lelik 2000 year.
 
 
                Принцип работы дисковода CD-ROM 
 
 
Принцип  работы  дисковода  напоминает  принцип  работы  обычных
дисководов  для  гибких  дисков.  Поверхность  оптического диска
(CD-ROM)  перемещается  относительно лазерной головки постоянной
линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от
радиального   положения  головки.  Луч  лазера  направляется  на
дорожку,  фокусируясь  при этом с помощью катушки. Луч проникает
сквозь  защитный  слой  пластика  и  попадает на отражающий слой
алюминия  на  поверхности диска. При попадании его на выступ, он
отражается  на детектор и проходит через призму, отклоняющую его
на  светочувствительный  диод.  Если  луч  попадает  в  ямку  он
рассеивается  и  лишь малая часть излучения отражается обратно и
доходит   до   светочувствительного  диода.  На  диоде  световые
импульсы   преобразуются   в   электрические,   яркое  излучение
преобразуется  в  нули  слабое  -  в единицы. Таким образом ямки
воспринимаются   дисководом   как  логические  нули,  а  гладкая
поверхность     как    логические    единицы    Для    повышения
производительности   дисководов  их  снабжают  буферной  памятью
(стандартные  объемы кэша: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфер
дисковода   представляет   собой   память  для  кратковременного
хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в
плату   контролера,   а  затем  в  ЦП.  Такая  буферизация  дает
возможность  дисковому  устройству передавать данные в процессор
небольшими   порциями,   а   не  занимать  его  время  медленной
пересылкой   постоянного   потока   данных.  Например,  согласно
требованиям  стандарта  MPC уровня 2 накопитель CD-ROM удвоенной
скоростью  должен  занимать  не  более  60%  ресурсов ЦП. Важной
характеристикой  дисковода  является  степень заполнения буфера,
которая   влияет   на   качество   воспроизведения  анимационных
изображений   и  видеофильмов.  Эта  величина  определяется  как
отношение  числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя
и  хранящихся  в  нем  до  момента начала их выдачи на системную
шину,  к  общему  числу  блоков, которые способен вмещать буфер.
Слишком  большая  степень  заполнения может привести к задержкам
при  выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком
малой  степенью  заполнения  будет  требовать больше внимания со
стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам
изображения во время воспроизведения.
 
 
            Конструктивные особенности приводов CD-ROM.
 
 
Как   известно,   большинство   накопителей  бывают  внешними  и
встраиваемыми   (внутренними).  Приводы  компакт-дисков  в  этом
смысле  не  являются  исключением.  Большинство  предлагаемых  в
настоящее   время  накопителей  CD-ROM  являются  встраиваемыми.
Внешний  накопитель  стоит  заметно дороже. Это легко объяснимо,
так  как  в  этом  случае  накопитель имеет собственный корпус и
источник  питания.  Формфактор современного всраиваемого привода
CD-ROM   определяется   двумя  параметрами:  половинной  высотой
(Half-High,   HH)  и  горизонтальным  размером  5.25  дюйма.  На
передней  панели  каждого  накопителя имеется доступ к механизму
загрузки  компактдиска. Одним из самых распространенных является
механизм  загрузки CD-ROM с помощью caddy. Caddy представляет из
себя  пластмассовый  прозрачный  контейнер,  в  который кладется
компакт-диск  перед  загрузкой  непосредственно в привод. Другим
способом    является    загрузка   с   помощью   tray-механизма.
Tray-механизм действительно похож на поднос, который выдвигается
из  накопителя  обычно  после  нажатия  кнопки  Eject.  На  него
устанавливается  компакт - диск ( или кружку с NESCAFE ) , после
чего  "поднос"  в  накопитель  задвигается  в ручную. Существуют
разновидности  tray-механизма,  например  pop-up.  В этом случае
загрузка  диска на "подносе" происходит полуавтоматически, после
легко   касания.   На   передней  панели  привода,  кроме  того,
расположены:  индикатор  работы  устройства  (busy),  гнездо для
подключения    головных   телефонов   или   стереосистемы   (для
прослушивания  аудио  дисков),  регулятор громкости звука (также
для  аудиоCD). Для системы caddy предусмотренно также отверстие,
с  помощью  которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной
ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject.
 
 
          Устройство и технология производства CD-ROM.
 
 
Все  CD-ROM имеют один и тот же физический формат изготовления и
емкость  650  Мбайт.  Диск  диаметром  120 мм, толщиной 1,2 мм и
центральным  отверстием  диаметром  15  мм.  Центральная область
вокруг   отверстия  шириной  6  мм  называется  зоной  крепления
(clamping  area).  За  ней  непосредственно следует заголовочная
область  (lead  in  area), содержащая оглавление диска (table of
content).    Далее    расположена   область   шириной   33   мм,
предназначенная  для  хранения данных и физически представляющая
собой  единый  трек.  Завершающей  является терминальная область
(lead  out)  шириной  1  мм.  Внешний  обод  диска шириной 3 мм.
Область  хранения  данных  логически  может содержать от 1 до 99
треков,  однако  разнородная информация не может быть смешана на
одном  треке.  Цифровая  информация  хранится  на  CD-ROM в виде
чередующихся  по  ходу  спирали  ямок, нанесенных на поверхность
полиуглеродного  пластика.  Ямка воспринимается лучом лазера как
логический  ноль,  а гладкая поверхность как логическая единица.
СD-ROM  изготавливается методом штамповки. Со стеклянной матрицы
изготавливают  пластиковую  основу,  после этого поверх пластика
для  отражения лазерного луча наносится слой алюминия, который в
свою  очередь  покрывается  защитным  слоем  лака.  В  CD-R  для
увеличения  коэффициента  отражения  лазерного  луча  на пластик
наносят  слой  золота,  который  покрывают  красителем, затем на
краситель  наносят  защитный слой лака. В отличии от CD-R запись
информации на CD-ROM производится в момент его изготовления т.е.
штамповки.   На  СD-R  информация  записывается  при  помощи  CD
рекордера.   Луч   лазера   выжигает   на   "тарелке"  отверстие
колообразной  формы, что дает преимущество перед обычным CD-ROM,
так  как  в такой ямке луч лазера рассеивается сильнее и меньшая
часть   излучения  попадает  в  приемник.  Однако  после  записи
информации  на  CD-R,  он  фактически становится обычным компакт
диском.
 
 
                   Подключение дисководов CD-ROM.
                        Цифровые интерфейсы.
 
 
В  настоящее  время  наиболеее распространенными являются SCSI и
IDE  интерфейсы. Помимо этих интерфейсов существует масса других
стандартов  конкретных производителей таких как Sony, Panasonic,
Mitsumi,  Matsushita, однако их роль весьма мала. В свою очередь
оба  интерфейса SCSI и IDE имеют усовершенствованные версии. Для
SCSI  это  SCSI-2  и  Fast  SCSI-2,  для  IDE  - интерфейс EIDE.
Последний    поддерживает   два   параллельных   канала   и   по
характеристикам  занимает  промежуточное место между SCSI и IDE.
Интерфейс  SCSI  по  сравнению  с  IDE в принципе является более
быстрым  по  потенциальной скорости обмена данными с диском. Все
же,  если  учесть,  что  общая  концепция  вычислений постепенно
сдвигается  в  сторону  мультизадачной среды, когда одновременно
требуется  доступ  как к жесткому диску, так и к устройству типа
CD-ROM,  использование интерфейса SCSI в будущем может оказаться
более  предпочтительным  (  да  я  согласен  ,  но  SCSI дорогое
удовольствие  ).  Экспертная  группа  по  стандартизации (MPEG -
Moving  Picture  Expert  Group)  ,  разработала стандарт MPEG-1,
касающийся  вопросов  сжатия  полноформатного видео (Full-Motion
Video).  Следует  заметить,  что  этот  стандарт  не  определяет
формата  хранения данных. Данные в нем могут быть воспроизведены
на  устройстве  считывания  интерактивных  дисков  CD-i, которое
оборудовано  MPEGдекодером.  Другим  вариантом является хранение
сжатого  по  стандарту  MPEG полноформатного видео на устройстве
CD-ROM,  отвечающем  стандарту Yellow Book. Стандарт White Book,
принятый  в 1993 году, ввел некоторые интерактивные возможности,
позволяющие  производить  быстрый  поиск информации по отдельным
кадрам  в  режиме  прямого  доступа.  Первые диски со стандартом
White  Book  и  называемые  Video-CD  появились  в  1994 году. В
настоящее время некоторые компакт-диски типа Video-CD могут быть
воспроизведены  на  компьютерах  IBM  PC и Macintosh посредством
распаковки  по  стандарту MPEG, если установить плату, аппаратно
выполняющую MPEGпреобразования. Однако многие диководы CD-ROM не
считывают  информацию  в  непрерывном  режиме,  что не позволяет
воспроизводить  эти диски даже после установки MPEGплаты. К тому
же  процессор  должен быть не ниже 386/25. Все компакт-диски для
современных  мультимедиа-систем,  включая  интерактивные компакт
диски  CD-i  и  Video-CD,  записываются в стандарте Mode2/Form2,
т.е. без использования коррекции. Возникающий при этом выйгрыш в
скорости  20  Кбайт/с  используется для улучшения качества видео
изображения.  В  данном  классе  приложений отсутствие коррекции
ошибок  не  отражается  на качестве, чего никак нельзя сказать о
бизнес-приложений.
 
 
               Диски Photo CD и мультисессии.
 
 
Одним   из  типов  CD-ROM  с  возможностью  дозаписи  информации
являются   так   называемые   Photo  CD.  Единовременная  запись
информации  на диск называется сессией (session). Соответственно
многократная  запись  называется  мультисессией  (multisession).
Необходимо   учитывать,   что   каждая   сессия  требует  своего
оглавления,  поэтому чем большее количество сессий используется,
тем  меньшее  количество  информации на диске. В настоящее время
уже   появились   дисководы,   обрабатывающие   мультисессии   и
позволяющие  проигрывать диски Photo CD. Фирма Kodak разработала
устройства  типа Photo CD, позволяющие хранить снимки, сделанные
на  35-миллиметровой  пленке  в  количестве  до 100 кадров. Идея
состоит   в  том,  чтобы  потребитель  мог  сканировать  снимки,
полученные  при помощи оборудования фирмы Kodak, а в последствии
воспроизводить  на  любом  дисководе.  Реально  на  диске  могут
храниться  пять  различных  версий  одного  и того же слайда при
разном разрешении 24битной палитры.
С  помощью  сжатия  (без  потери разрешающей способности) данные
пяти  изображений  могут быть упакованы в файл размером 6 Мбайт.
Таким   образом   на  компакт-диске  емкостью  600  Мбайт  может
храниться   до   100   фотоснимков.   Для   работы  с  Photo  CD
рекомендуются  быстрые  дисководы,  потому  что  отдельные кадры
могут достигать размеров до 18 Мбайт.
 
 
              Будущее CD-ROM приводов и CD дисков.
 
 
В  настоящий  момент  емкости  CD-ROM не хватает для мультимедиа
продуктов  нового  поколения.  Для  увеличения  емкости  CD-ROM,
способного   хранить   больший   объем  данных,  упакованных  по
стандарту  MPEG-2, необходимы более высокие скорости считывания.
Разрабатываемый  сейчас  новый  формат  CD-ROM  (HD-CD  или High
Density  CD)  способен  обеспечить пятикратное увеличение объема
компакт-дисков без каких-либо особых технических ухищерений. При
этом  ужесточаются  требования  на  физическую разметку диска, а
именно  уменьшается  расстояние между соседними треками и размер
ямок.  Длина волны считывающего луча уменьшается с 780 нм до 635
нм, однако возможность использования все тех же дешевых лазеров,
работающих в красной области спектра, остается. Структура данных
также  становится  более  эффективной  за счет более совершенной
логической    системы    коррекции   ошибок,   что   увеличивает
информационную  емкость  диска  на  10-15%. Комбинация указанных
новшеств  позволит  довести объем записываемой информации до 3,7
Гбайт  (  типа  DVD  ROM  ) . В технологию HD-CD так же вводится
концепция    переменной   скорости   считывания   информации   с
компакт-диска.  Вместо  того  чтобы  заносить на диск какую-либо
короткую  видео  запись, оставляя на нем массу свободного места,
можно  будет  записывать  данные  с меньшей плотностью. При этом
предусматривается  возможность динамического регулирования этого
процесса.  Например,  плотность  записи  может быть изменена для
различных последовательностей битов в случае различной сложности
кодирования   информации.   По   мнению   специалистов   процесс
производства  HD-CD  мало  чем  будет отличаться от производства
обычных  компакт-дисков,  за  исключением  гораздо более сложных
допусков.  Наибольшую  трудность,  вероятно,  будет представлять
изготовлением матрицы компакт-диска высокой плотности. Дисководы
HD-CD  появятся по всей видимости в этом году. В настоящее время
ведутся   работы   над   мультиповерхостным  CD-ROM.  Суть  этой
технологии   заключается   в   наличии  двух  слоев,  содержащих
записанные  данные  и  находящихся один над другим. Лазерный луч
может фокусироваться как на нижнем так и на верхнем слое. Первый
вариант таких систем, выпущенных фирмой 3М, вмещает до 7,8 Гбайт
информации  при  двухслойной  записи, хотя не существует никаких
препятствий, мешающих дальнейшему увеличению количества слоев. В
свою очередь основная идея дальнейшего повышения скорости работы
дисководов CDROM связана с использованием двух лазерных лучей.
 
 
 
 
 
P.S. Данная статья была написана для повышения уровня знаний и я
     хочу еще написать,что если у вас нет возможности подключить
     CD к СПЕКТРУМУ , то  можно хотя бы слушать любимую музыку с 
     отличным качеством и играть в  любимую игрушку . У меня был
     SCORPION в MINITOWERe , в  который хорошо вмещался дисковод
     5.25 и 4-х скоростной CD.Торкаешь питание в CD как и у 5.25
     звук можно  брать   с  передней  панели   или  с разъема на
     задней крышке CD ( стерео звук однако ).
 
                     ( Я понимаю,что это извращение,но все же )
 
                                      С уважением Lelik !!!!!!!