CD-ROM.
Формати і стандарти.
Компакт-диски
(CD-ROM), спочатку розроблені для любителів високоякісного звучання,
проочно влаштувалися тепер на ринку комп'ютерних пристроїв. Завдяки своїм
малим розмірам, великій ємності, надійності і довговічності вони з успіхом
застосовуються в якості пристроїв зовнішньої пам'яті. Принагідно зазначимо, що наявність
приводу CD-ROM на вашому комп'ютері дозволяє не тільки використовувати диски з
програмами, але і слухати музику.
Власне
привід компакт-дисків не схожий на звичайні дисководи тільки тому, що на ці
диски не можна записувати інформацію. Низька швидкість передачі (близько 150 - 300
Кбайт/с) обумовлює необхідність правильної організації даних на самому
оптичному диску, інакше затримки в передачі даних можуть досягати до 0,75
секунди, До речі, на один компакт-диск можна вмістити 150000 сторінок тексту, що
еквівалентно 17 Біблія. Тепер трохи історії.
Формати і
стандарти
Музичні
оптичні компакт-диски прийшли на зміну вініловим ( "грамплатівка")
в 1982 році приблизно в той же час, коли з'явилися перші персональні
комп'ютери фірми IBM. Ці пристрої були результатом плідної
співпраці двох гігантів електронної промисловості - японської фірми Sony і
голландської Philips. Цікаво, що суворо визначена ємність компакт-дисків
пов'язана з цікавою історією.
Виконавчий
директор фірми Sony Акіо Моріта (до речі, саме він є автором плеєра
Walkman) вирішив, що компакт-диски повинні відповідати запитам виключно
любителів класичної музики не більше і не менше. Після того як група
розробників провела опитування, з'ясувалося, що найпопулярнішим класичним
твором в Японії в ті часи була 9-та симфонія Бетховена, яка
тривала 72,73 хвилини. Мабуть, якщо б японці більше любили короткі симфонії
Гайдна або опери Вагнера (що виконуються по два вечори), розвиток компакт-дисків
могло піти зовсім іншим шляхом. Але факт залишається фактом, тому було
вирішено, що компакт-диск повинен бути розрахований всього на 74 хвилини звучання, а
точніше на 74 хвилини і 33 секунди. Так народився стандарт, відомий як
"Червона Книга" (Red Book). Не всі любителі музики могли погодитися
з вибраною тривалістю звучання, але, у порівнянні з 45 хвилинами, які надаються
вініловими платівками, і їх недовговічністю це було суттєвим кроком
вперед. Коли 74 хвилини перерахували в байти, то вийшло якраз 640 Мбайт.
Нагадаємо, що в
Роботу над "Червоною Книгою" (Red Book) окрім фахівців фірми Sony
взяли участь і фахівці фірми Philips. Ця специфікація, зокрема,
визначала мінімальні вимоги до якості запису звуку і регламентувала,
наприклад, такі характеристики аудіокомпакт-дисків, як їх розмір, метод
кодування даних та використання єдиної спіральної доріжки.
Дві
вищеназвані фірми зіграли такк провідну роль пріразработке першим
специфікації цифрових компакт-дисків - так званої "Жовтої Книги"
(Yellow Book). Вона послужила основою для створення компакт-дисків з комплексним
поданням інформації, тобто здатних зберігати не тільки звукові, але
також текстові та графічні дані (CD-Digital Audio, CD-DA). При цьому
привід, читаючи заголовок диска, сам визначав його тип (аудіо-або цифрові
дані). У цьому стандарті, однак, не регламентувалися логічні та файлові
формати компакт-дисків, оскільки рішення цих питань було повністю віддано
на відкуп фірмам-виробникам. Це, зокрема, означало, що компактдиск,
відповідає вимогам "Жовтої Книги", міг працювати тільки на
конкретної моделі накопичувача. Такий стан справ, особливо у зв'язку з великою
комерційним успіхом компакт-дисків, зрозуміло, не могло задовольнити
виробників подібних пристроїв. У загальних інтересах необхідно було терміново
знайти компроміс.
Саме тому
другий стандартом "де-факто" для цифрових компакт-дисків стала
специфікація HSG (High Sierra Group), або просто High Sierra. Цей документ
носив, взагалі кажучи, рекомендаційний характер і був запропонований основними
виробниками цифрових компакт-дисків з метою забезпечити хоча б деяку
сумісність. Дана специфікація визначала вже як логічний, так і
файловий формати компакт-дисків.
Відзначимо,
до речі, цікаву деталь: назва специфікації повторює назву готелю та
казино: одного з містечок в Каліфорнії, де зібралися обговорити свої питання
лідери у виробництві CD-ROM. На жаль, для HSG-специфікації відповідного
кольору книги так і не знайшлося.
Втім,
створена специфікація виявилася настільки привабливою, що прийнятий
дещо пізніше міжнародний стандарт ISO 9660 для цифрових компакт-дисків у
принципі збігався з основними положеннями HSG. Зауважимо, що всі компакт-диски,
відповідають вимогам стандарту ISO 9660, який визначає їх
логічний і файловий формати, сумісні одна з одною. У
Зокрема, цей документ визначає, яким чином знайти на компакт-диску його
зміст (Volume Table Of Contents, VTOC). Зауважимо, що базовий формат,
запропонований в HSG-специфікації, у - чому нагадував формат флоппі-диска. Як
відомо, системна доріжка (трек 0) будь-якої дискети не тільки ідентифікує сам
флоппі-диск (його щільність, тип операційної системи), але і зберігає
інформацію про те, як він організований за тек, файлів і піддиректоріях.
Ініціює доріжка даних на компакт-диску починається зі службовою області,
необхідної для синхронізації між приводом і диском. Далі розташована
системна область, яка містить відомості про структуруванні диска. У
системній області знаходяться також директорії даного тому з покажчиками або
адресами інших областей диска. Істотна відмінність між структурою
компакт-диска і, наприклад, дискетою полягає в тому, що на CD системна
область містить пряму адресу файлів в підтеках, що має полегшити їх
пошук. Міжнародний стандарт ISO 9660 описує файлову систему на CD-ROM.
ISO 9660 першого рівня нагадує файлову систему MS-DOS: імена файлів можуть
містити до восьми символів, розширення імені файлу (що складається з трьох
символів) відокремлюється від імені файлу точкою. Імена файлів не можуть містити
спеціальних символів ("-", "~", "=",
"+"). При іменуванні файлів використовуються символи тільки верхнього
регістра, цифри та символ "_". Імена каталогів не мо гут мати
розширень. Кожен файл має версію - номер версії відділяється від розширення
символом ";". Каталоги могуіметь глибину вкладеності 8. Стандарт ISO
9660 другого рівня дозволяє використовувати в іменах файлів до 32 символів,
накладаючи описані вище обмеження. Диски, створені з використанням такого
стандарту, не можуть використовуватися в ряді операційних систем, включаючи і
MS-DOS.
Перед тим як
продовжити нашрассказ, введемо для компактдисків поняття сеансу. Наступного
розділі ми пояснимо 6oлee докладно, як записуються дані на CD, а зараз лише
відзначимо, що для більшості компакт-дисків вся збережена згодом на них
інформація заноситься за один техноло-, ня цикл, чи сеанс (single
session). Як вже говорилося зміст диска, тобто покажчик того, де і
як на ньому зберігається інформація, що міститься в VTOC. Однак після того як
з'явилася технологія дозволяє дописувати інформацію на спеціальні
(дописуємо) CD-ROM, мова пішла вже про многосеансових компакт-дисках та
відповідних приводах (multi session). Так, многосеансовие запису визначено
у форматах Kodak PhotoCD та CD-ROM ХА (eXtended Architecture).
Зокрема,
технологія фірми Eastman Kodak PhotoCD пропонується як недорогого
засоби для створення і доступу до цифрових фотографій. Наприклад, з цієї
технології на спеціальний (дописуємо) компакт-диск можна записати будь-які
35-мм слайди і негативи, причому як чорно-білі, так і кольорові Таблиця 3.1 ные.
Для того, щоб переглядати фотографії на зкране монітора, необхідний,
зрозуміло, PhotoCD-со місткість привід. Такі приводи обладат здатністю
працювати з многосеансовимі записами, тобто записами, зробленими саме в
кілька прийомів (сеансів). Звичайний привід CD-ROM зможе прочитати (на жаль!)
тільки перший запис (сеанс). Але один запис може, зрозуміло, містити
кілька фотографій.
У таблиці
показані основні типи дозволів, з якими можуть зберігатися зображення на
PhotoCD.
Дозвіл
(в лініях)
Застосування
256 х 384
Побутові телевізори і VGA-адаптери
низького дозволу
512 х 768
Телевізори S-VHS і VGA-адаптери з 1 і
більше байт пам'яті
1024 х 1536
На даний момент не відтворено
2048 х 3072
На даний момент не відтворено
Основні
принципи функціонування
Звичайний процес
виготовлення компакт-диска складається з декількох етапів. Як правило, вони
включають в себе наступні операції: підготовку інформації для запису на
майстер-диск (перший зразок), виготовлення самого мастердіска та матриць (негатив
майстер-диска), тиражування компакт-дисків. Закодована інформація
наноситься на майстер-диск лазерним променем, який створює на його поверхні
мікроскопічні западини, що їх поділяє плоскими ділянками. Цифрова інформація
представляється тут чергуванням западин (противідображального плям) і відбивають світло
острівців. Копії негативу майстер-диска (матриці) використовуються для пресування
самих компакт-дисків. Відзначимо, що сформовані лазерним променем западини дуже
малі за розміром. Приблизно 30-40 западин відповідають товщині людського
волосся, а це приблизно 50 мкм.
У приводі
компакт-дисків можна виділити кілька базових елементів: лазерний діод,
Сервомотори, оптичну систему (що включає в себе розщеплюють призму) і
фотодетектора.
Отже,
зчитування інформації з компакт-диска, так само як і запис, відбувається при
допомогою лазерного променя, але, зрозуміло, меншої потужності. Сервомотори по команді
від внутрішнього мікропроцесора приводу переміщує відбиває дзеркало. Це
дозволяє точно позиціонувати лазерний промінь на конкретну доріжку. Такий промінь,
потрапляючи на що відображає світло острівець, через що розщеплюють лінзу відхиляється на
фотодетектора, який інтерпретує це як двійкову одиницю. Промінь лазера,
що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається - фотодетектора фіксує
двійковий нуль. В якості поверхні, що відбиває компакт-дисків зазвичай
використовується алюміній. Зрозуміло, вся поверхня покрита компактдиску
прозорим захисним шаром.
На відміну,
наприклад, від вінчестерів, доріжки яких представляють концентричні
кола, компакт-диск має всього одну фізичну доріжку у формі
безперервної спіралі, що йде від зовнішнього діаметра диска до внутрішнього. Тим не
менш одна фізична доріжка може бути розбита на декілька логічних.
У той час як
всі магнітні диски обертаються з постійним числом оборотів в хвилину, тобто з
незмінною кутовою швидкістю (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск
обертається звичайно зі змінною кутовою швидкістю, щоб забезпечити постійну
лінійну швидкість при читанні (CLV, Constant Linear Velocity). Таким чином,
читання внутрішніх сторив здійснюється зі збільшеним, а зовнішніх - з
зменшеним числом обертів. Саме цим обумовлюється досить низька
швидкість доступу до даних для компакт-дисків у порівнянні, наприклад, з
вінчестерами.
Як ми вже
відзначали, останнім часом з'явилися так звані перезаписувані
компакт-диски CD-R (CD-Recordable). Носії типу CD-R можуть бути записані
самим користувачем на спеціальному CD-R-приводі. В основному тут застосовуються
технології, засновані на зміну властивостей, що відображають речовини підкладки
компакт-диска під дією променя лазера. До речі, зауважимо, що перезаписувані компакт-диски
у декілька разів дорожче звичайних. Справа в тому, що як світловідбиваючого
шару в них використовується вже не алюміній, а золото. Між іншим, подібні
компакт-диски зазвичай служать як мастерние для подальшого тиражування. Тим не
менше в ряді випадків CD-R-диски можна використовувати і для довготривалого
архівування якоїсь цінної інформації. Зауважимо, що читати CD-R-диск можна
і на звичайному приводі, але, зрозуміло, тільки перший сеанс запису. Коли
дивишся на не повністю записаний CD-R, область з інформацією виглядає більш
темною і вона легко помітна. Писати інформацію привід починає від внутрішніх
логічних доріжок до зовнішніх (від менших за діаметром до великих).
Варто відзначити
основну різницю між аудіокомпактдіскамі і компакт-дисками з цифровими
даними. Зрозуміло, що пропуск (неправильне читання) будь-якої западини на
поверхні диска може призвести до втрати цілісності записаних даних. Це в
свою чергу веде до відтворення невірної інформації або неможливості
запустити виконувані модулі записаних програм.
Інша справа
аудіокомпакт-диски. Тут пропуск кількох западин на диску практично не
позначається на якості звучання. Справа в тому, що в даному випадку на допомогу
приходить принцип інтерполяції. Як відомо, інтерполяція дозволяє відшукувати
значення проміжних величин по уже відомими значеннями. Наприклад,
припустимо, що на аудіодиску було записано три послідовних значення 10,
13 і 20. Припустимо, що друге число з деяких причин не прочитали
(наприклад, з-за забруднення або пошкодження поверхні диска). Лінійна
інтерполяція для чисел 10 і 20 дає 15 [(10 +20)/2]. Зрозуміло, отримане
значення не збігається з вихідним, що, однак, у цьому випадку для кодування
аналогового сигналу (музики) не має Особливого значення, оскільки слухає
музику не відчує це на слух.
Таким чином,
зрозуміло, що привід для CD-ROM з цифровою інформацією - пристрій більше
прецизійне, ніж плеєр, призначений тільки для аудіодисків.
Список
літератури
Для підготовки даної роботи
були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/
