Принцип роботи дисковода CD-ROM
Принцип роботи дисковода нагадує принцип роботи звичайних дисководівдля гнучких дисків. Поверхня оптичного диску (CD-ROM) переміщаєтьсящодо лазерної головки постійною лінійною швидкістю, а кутовашвидкість змінюється в залежності від радіального положення головки. Лучлазера направляється на доріжку, фокусуючись при цьому за допомогою котушки. Лучпроникає крізь захисний шар пластику і потрапляє на що відображає шаралюмінію на поверхні диска. При потраплянні його на виступ, він відображаєтьсяна детектор і проходить через призму, що відхиляють його на світлочутливийдіод. Якщо промінь потрапляє в ямку він розсіюється і лише мала частинавипромінювання відбивається назад і доходить до світлочутливого діода. Надіоді світлові імпульси перетворяться в електричні, яскраве випромінюванняперетвориться в нулі слабке - в одиниці. У такий спосіб ямки сприймаютьсядисководом як логічні нулі, а гладка поверхня як логічніодиниці
Продуктивність дисководів CD-ROM.
Продуктивність CD-ROM звичайно визначається його швидкіснимихарактеристиками при безперервній передачі даних протягом деякогопроміжку часу і середнім часом доступу до даних, вимірюванимивідповідно в Кбайт/с і мс. Існують одно-, дво-, три-, чотири-,п'яти, шести і восьміскоростние дисководи, що забезпечують зчитування данихзі швидкістю 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с відповідно. УЗараз рапространени дво-і чотиришвидкісним дисководи. Загаломвипадку дисководи з чотирикратної швидкістю мають більш високупродуктивністю, однак оцінити чисте перевагу дисководу зчотирикратної швидкістю в порівнянні з дисководом з подвоєною швидкістюбуває не так просто. Перш за все це залежить від того з якої операційноїсистемою і з яким типом програми ведеться робота. При високійінтенсивності повторюваного доступу до CD-ROM та зчитуванні невеликогокількості даних (наприклад, при роботі з базами даних) "імпульсна"швидкість зчитування інформації набуває важливого значення. Наприклад, заданими журналу InfoWorld, продуктивність дисководів з чотирикратноїшвидкістю, порівняно з дисководами з подвоєною швидкістю, у разіоперації доступу до бази даних в середньому підвищується вдвічі. У разіпростого копіювання даних виграш становить від 10 до 30%. Однакнайбільша перевага получется при роботі з повноформатним відео.
Для підвищення продуктивності дисководів їх забезпечують буферноїпам'яттю (стандартні обсяги кеша: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфердисковода являє собою пам'ять для короткочасного зберігання даних,після зчитування їх з CD-ROM, але до пересилання в плату контролера, а потім у
ЦП. Така буферизація дає можливість дискового пристрою передаватидані в процесор невеликими порціями, а не забирати його час повільноїпересиланням постійного потоку даних. Наприклад, відповідно до вимогстандарту MPC рівня 2 накопичувач CD-ROM подвоєною швидкістю повинензаймати не більше 60% ресурсів ЦП.
Важливою характеристикою дисководу є ступінь заповнення буфера,яка впливає на якість відтворення анімаційних зображень івідеофільмів. Ця величина визначається як відношення числа блоків даних,переданих у буфер з накопичувача і зберігаються в ньому до моменту початку їхвидачі на системну шину, до загального числа блоків, які здатний вміщатибуфер. Занадто велика ступінь заповнення може призвести до затримок привидачі з буфера на шину; з іншого боку, буфер із занадто малим ступенемзаповнення буде вимагати більше уваги з боку процесора. Обидві ціситуації призводять до стрибків і зривів зображення під час відтворення.
Конструктивні особливості приводів CD-ROM
Як відомо, більшість накопичувачів бувають зовнішніми і вбудованими
(внутрішніми). Приводи компакт-дисків у цьому сенсі не євинятком. Більшість пропонованих в даний час накопичувачів CD-ROMє вбудовуваними. Зовнішній накопичувач коштує помітно дорожче. Це легкозрозуміло, тому що в цьому випадку накопичувач має власний корпус іджерело живлення. Форм-фактор сучасного всраіваемого приводу CD-ROMвизначається двома параметрами: половинній висотою (Half-High, HH) ігоризонтальним розміром 5.25 дюйма.
На передній панелі кожного накопичувача є доступ до механізмузавантаження компакт-диска. Одним з найпоширеніших є механізмзавантаження CD-ROM за допомогою caddy. Caddy являє собою пластмасовийпрозорий контейнер, в який кладеться компакт-диск перед завантаженнямбезпосередньо в привід. Іншим способом є завантаження з допомогою tray -механізму. Tray-механізм дійсно схожий на тацю, який висуваєтьсяз накопичувача зазвичай після натискання кнопки Eject. На нього встановлюєтьсякомпакт-диск, після чого "піднос" в накопичувач засувається в ручну.
Існують різновиди tray-механізму, наприклад pop-up. У цьому випадкузавантаження диска на "таці" відбувається напівавтоматично, після легкоторкання.
На передній панелі приводу, крім того, розташовані: індикатор роботипристрої (busy), гніздо для підключення головних телефонів абостереосистеми (для прослуховування аудіо дисків), регулятор гучності звуку
(також для аудиоCD). Для системи caddy передбачено також отвір, здопомогою якого можна отримати компакт-диск навіть в аварійній ситуації,наприклад, якщо навіть не спрацьовує кнопка Eject.
Пристрій і технологія виробництва CD-ROM.
CD-ROM.
Всі CD-ROM мають один і той же фізичний формат виготовлення іємність 650 Мбайт. Диск діаметром 120 мм, товщиною 1,2 мм і центральнимотвором діаметром 15 мм. Центральна область навколо отвору шириною 6мм називається зоною кріплення (clamping area). За нею безпосередньослід заголовкові область (lead in area), що містить зміст диска
(table of content). Далі розташована область шириною 33 мм,призначена для зберігання даних і фізично представляє собою єдинийтрек. Завершальною є термінальна область (lead out) шириною 1 мм.
Зовнішній обід диска шириною 3 мм.
Область зберігання даних логічно може містити від 1 до 99 треків,однак різнорідна інформація не може бути змішаним на одному треку.
Цифрова інформація зберігається на CD-ROM у вигляді чергуються по ходу спіраліямок, нанесених на поверхню поліуглеродного пластику. Ямкасприймається променем лазера як логічний нуль, а гладка поверхня яклогічна одиниця.
СD-ROM виготовляється методом штампування. Зі скляної матрицівиготовляють пластикову основу, після цього поверх пластику для відображеннялазерного променя наноситься шар алюмінію, який у свою чергу покриваєтьсязахисним шаром лаку. У CD-R для збільшення кеффіціента відбиття лазерногопроменя на пластик наносять шар золота, який покривають барвником, потім набарвник наносять захисний шар лаку.
На відміну від CD-R запис інформації на CD-ROM проводиться у моментйого виготовлення тобто штампування. На СD-R інформація записується придопомоги CD рекодер. Промінь лазера випалює на "тарілці" отвірколоколообразний форми, що дає перевагу перед звичайним CD-ROM, тому щов такій ямці промінь лазера розсіюється сильніше і менша частина випромінюванняпотрапляє в приймач. Однак після запису інформації на CD-R, він фактичностає звичайним компакт диском.
Підключення дисководів CD-ROM
Цифрові інтерфейси.
В даний час наіболеее поширеними є SCSI і IDEінтерфейси. Крім цих інтерфейсів існує маса інших стандартівконкретних виробників таких як Sony, Panasonic, Mitsumi, Matsushita,однак їх роль досить мала. У свою чергу обидва інтерфейсу SCSI і IDE маютьвдосконалені версії. Для SCSI це SCSI-2 і Fast SCSI-2, для IDE --інтерфейс EIDE. Останній підтримує два паралельних каналу і похарактеристиках займає проміжне місце між SCSI і IDE. Інтерфейс
SCSI в порівнянні з IDE в принципі є більш швидким потенційноїшвидкості обміну даними з диском, однак реально це не дає переваги,оскільки навіть дисководи CD-ROM з чотирикратної швидкістю не можутьпередавати дані швидше 700 Кбайт/с. Все ж таки, якщо врахувати, що загальнаконцнпція обчислень поступово зсувається в бік мультизадачності середовища,коли одночасно потрібно доступ як до жорсткого диску, так і допристрою типу CD-ROM, використання інтерфейсу SCSI в майбутньому можевиявитися ліпшим.
Підключення дисководів CD-ROM.
На сьогоднішній день існує кілька способів підключеннядисководів CD-ROM. Перший спосіб заснований на тому, що один канал інтерфейсу
IDE може підтримувати два вбудованих пристрою. Накопичувач CD-ROMпідключають до плати вводу-виводу через інтерфейс IDE разом з жорстким дискомза принципом master/slave. Однак у цьому випадку знижується швидкість обмінуданими з жорстким диском. Одним із способів вирішення цієї проблемиє підключення пристроїв CD-ROM до різних каналах одного інтерфейсу
EIDE або до двох різних котроллери IDE. Якщо CD-ROM має SCSIінтерфейс, то його відповідно підключають до SCSI контролеру. Іншимпідходом є застосування 32 - бітних драйверів дисководів CD-ROM замістьщо використовуються в даний час 16 - бітних. Існує також можливістьпідключення дисководів CD-ROM через контролер звукової карти. Також неслід забувати, що сучасні материнські плати можуть міститивбудовані контролери SCSI і IDE, що взагалі виключає необхідність удодаткової плати вводу-виводу для підключення дисководів CD-ROM.
Підключення аудіоканалів.
Практично кожен дисковод CD-ROM має убудований цифро -аналоговим перетворювачем (ЦАП), а також вихідним роз'ємом для виведеннястереофонічних сигналів. На зовнішній панелі дисководи CD-ROM (як зовнішнітак і внутрішні), крім того, мають роз'єм, для головних телефонів
(навушників). Якщо на компакт-диску перебуває аудіоінформація, ЦАПперетворює її в аналогову форму і подає сигнал на роз'ем,призначений для головних телефонів, а так само на вихідні аудіо-роз'ємидисковода, з яких у свою чергу, сигнал надходить на підсилювач іакустичні системи безпосередньо або через звукову карту.
Перевага активного виходу полягає в тому, що аудіосигнал з CD-ROMдодатково обробляється звуковою картою.
Однією з основних, що зустрічаються при роботі з аудіосигнали, проблемє фізична несумісність аудіо-роз'ємів для вбудованогодисковода CD-ROM та звукової карти. Як правило, і дисковод, і звуковакарта мають аудіо-роз'єми з чотирма висновками (два стереоканала і поодному заземлювального контакту для кожного з них). Призначення контактівзвичайно однаково на обох типах пристроїв, проте, проблема полягає в тому,що ці роз'єми можуть мати різні розміри. Ще одна неприємністьпов'язана з тим, що, якщо ЦАП конструктивно розташований всередині самогодисковода, це може негативно позначитися на якості відтвореннязвуку. У свою чергу фізичний поділ дисковода CD-ROM і ЦАП, зяким він працює, дозволяє уникнути додаткових шумів.
Стандарти на компакт-диски.
Всі стандарти на компакт-диски більше відомі за кольорами бібліотек, вяких вони описуються. У 1980 році була прийнята серія стандартів підназвою Red Book, що відносяться до аудіо компак-дисків. Згідно з цимдокументу частота дискретизації при зчитуванні аудіо сигналів з диска CD-
ROM повинна бути дорівнює 44,1 КГц. Амплітудне дозвіл видається 16 --бітної величиною. Так як стандарт визначає стереозвук, то кожну секундуповинна читатися не одна, а дві 16 - бітні величини.
Перший стандарт під назвою Yellow Book для компакт-дисків зрізнорідної інформацією був прийнятий в 1985 році. Це було одним з першихкроків комп'ютерної індустрії в бік технології мультимедіа. Згідноцим стандартом всі диски були поділені на дві категорії: Mode1 і Mode2.
Носії, що відносяться до першої категорії, записувалися з битами корекціїпомилок, а швидкість передачі корисної інформації становила при цьому 150
Кбайт/с. Для дисків другої групи вона була вищою 170 Кбайт/с за рахуноквідсутності коригуючих бітів.
Режим Mode2 в первинному вигляді так і не був реалізований. Аудіо-тавідеоінформація зберігалася в різних частинах диска, в результаті чого лазернийпромінь змушений був постійно "бігати" від однієї області диска до іншої. Хочастандарт визначив процес корекції помилок, що використовується при зчитуванніданих з CD-ROM, він в той же час не давав достатньою специфікаціїщодо структури зберігається файлу, яку більш чітко визначиввийшов в 1988 році стандарт ISO 9660.
Стандарт Green Book, прийнятий в 1986 році присвячено інтерактивнимкомпакт дисків СD-i (CD-interactive). У ньому була закладена концепціязаголовків для спрощення роботи з постійно переміжною відео-тааудіоінформації. У стандарті Green Book ідея побудови Mode2 булаформально перероблена. Компакт-диски групи Mode2 були поділені на двіпідгрупи: Form1 і Form2. Перша, як і у випадку категорії Mode1 стандарту
Yellow Book, визначала процес корекції помилок за рахунок додатковихбітів і швидкість передачі інформації 150 Кбайт/с. Друга підгрупадозволяла мати швидкість зчитування 170 Кбайт/с за рахунок відсутності кодівкорекції помилок.
Стандарт XA (Extended architecture) був розроблений в 1990 роцісовметно фірмами Philips, Sony і Microsoft і встановлював критеріїсумісності між компакт дисками CD-ROM, що задовольняють стандартам
Green Book і Yellow Book. Він визначає спосіб індексування мультимедіа -інформації - графіки, тексту, растрових зображень, звуку. Диск, що відповідаєстандарту XA, може бути відтворений на пристрої зчитуванняінтерактивних дисків CD-i, сумісних зі стандартом Green Book, або здопомогою дисковода CD-ROM, який відповідає стандарту Yellow Book,підтримує ХА-операції і керує спеціальним програмним драйвером.
Нарешті, у 1991 році з'явився стандарт Orange Book, присвяченийкомпакт-дисків з можливістю багаторазового запису.
Динамічні зображення і стандарт White Book
Експертна група з стандартизації (MPEG - Moving Picture Expert
Group), розробила стандарт MPEG-1, що стосується питань стисненняповноформатного відео (Full-Motion Video). Слід зауважити, що цейстандарт не визначає формату зберігання даних. Дані в ньому можуть бутивідтворені на пристрої зчитування інтерактивних дисків CD-i, якеобладнано MPEG-декодером. Іншим варіантом є зберігання стисненого постандарту MPEG повноформатного відео на пристрої CD-ROM, що відповідаєстандарту Yellow Book.
Стандарт White Book, прийнятий в 1993 році, ввів деякіінтерактивні можливості, що дозволяють проводити швидкий пошук інформаціїпо окремих кадрів в режимі прямого доступу. Перші диски зі стандартом
White Book і звані Video-CD з'явилися в 1994 році. В даний часдеякі компакт-диски типу Video-CD можуть бути відтворені накомп'ютерах IBM PC і Macintosh допомогою розпакування за стандартом MPEG,якщо встановити плату, апаратно виконує MPEG-перетворення. Однакбагато діководи CD-ROM не зчитують інформацію в безперервному режимі, що недозволяє відтворювати ці диски навіть після установки MPEG-плати. До тогоже процесор повинен бути не нижче 386/25.
Всі компакт-диски для сучасних мультимедіа-систем, включаючиінтерактивні компакт диски CD-i і Video-CD, записуються в стандарті
Mode2/Form2, тобто без використання корекції. Який виникає при цьому вийгришу швидкості 20 Кбайт/с використовується для поліпшення якості відеозображення. У цьому класі додатків відсутність корекції помилок невідбивається на якості, чого ніяк не можна сказати про бізнес-додатків.
Диски Photo CD і мультисессії
Одним з типів CD-ROM з можливістю дозапису інформації єтак звані Photo CD. Одноразова запис інформації на дискназивається сесією (session). Відповідно багаторазова запис називаєтьсямультисессії (multisession). Необхідно враховувати, що кожна сесіявимагає свого змісту, тому чим більша кількість сесійвикористовується, тим менша кількість інформації на диску. В даний часвже з'явилися дисководи, обробні мультисессії і дозволяютьпрогравати диски Photo CD.
Фірма Kodak розробила пристрої типу Photo CD, що дозволяють зберігатизнімки, зроблені на 35-міліметровій плівці у кількості до 100 кадрів.
Ідея полягає в тому, щоб споживач міг сканувати знімки, отриманіза допомогою обладнання фірми Kodak, а надалі відтворювати набудь-якому дисководі. Реально на диску можуть зберігатися п'ять різних версійодного і того ж слайда при різному дозволі 24 - бітної палітри.
За допомогою стиснення (без втрати роздільної здатності) дані п'ятизображень можуть бути упаковані в файл розміром 6 Мбайт. У такий спосіб?? м накомпакт-диск ємністю 600 Мбайт може зберігатися до 100 фотознімків.
Для роботи з Photo CD рекомендуються швидкі дисководи, тому щоокремі кадри можуть досягати розмірів до 18 Мбайт.
Майбутнє CD-ROM приводів і CD-дисків
На даний момент ємності CD-ROM не вистачає для мультимедіа продуктівнавого покоління. Для збільшення ємності CD-ROM, здатного зберігати більшеобсяг даних, упакованих по стандарту MPEG-2, необхідні більш високішвидкості зчитування. Розробляється зараз новий формат CD-ROM (HD-CD або
High Density CD) здатний забезпечити п'ятиразове збільшення обсягу компакт -дисків без будь-яких особливих технічних ухіщереній. При цьому посилюютьсявимоги на фізичну розмітку диска, а саме зменшується відстаньміж сусідніми треками і розмір ямок. Довжина хвилі зчитує променязменшується з 780 нм до 635 нм, проте можливість використання тих самихдешевих лазерів, що працюють в червоній області спектру, залишається. Структураданих також стає більш ефективною за рахунок більш досконалоїлогічної системи корекції помилок, що збільшує інформаційну ємністьдиска на 10-15%. Комбінація зазначених нововведень дозволить довести обсягзаписуваної інформації до 3,7 Гбайт.
У технологію HD-CD так само запроваджується концепція змінної швидкостізчитування інформації з компакт-диска. Замість того, щоб заносити на дискбудь-яку коротку відео запис, залишаючи на ньому масу вільного місця,можна буде записувати дані з меншою щільністю. При цьомупередбачається можливість динамічного регулювання цього процесу.
Наприклад, щільність запису може бути змінена для різнихпослідовностей бітів у разі різної складності кодуванняінформації.
На думку фахівців процес виробництва HD-CD мало чим будевідрізнятися від виробництва звичайних компакт-дисків, за винятком набагатоскладніших допусків. Найбільшу трудність, ймовірно, буде представлятиізготовленіме матриці компакт-диска високої щільності. Дисководи HD-CDз'являться по всій видимості в цьому році.
В даний час ведуться роботи над мультіповерхостним CD-ROM. Сутьцієї технології полягає в наявності двох шарів, що містять записанідані і знаходяться один над іншим. Лазерний промінь може фокусуватися якна нижньому так і на верхньому шарі. Перший варіант таких систем, випущенихфірмою 3М, вміщує до 7,8 Гбайт інформації при двошарового запису, хоча неіснує ніяких пріпятствій, що заважають подальшому збільшенню кількостішарів.
У свою чергу основна ідея подальшого підвищення швидкості роботидисководів CD-ROM пов'язана з використанням двох лазерних променів. Це можезробити дані пристрої значно дорожче, тому деяківиробники вважають за доцільне вдосконалити технологіювиробництва приводів CD-ROM і випуск у найближчий час щододешевих моделей з 8-ми кратною швидкістю при використанні одногозчитує променя. Наявність дисків з високою щільністю запису в поєднаннінаявних дисководів з чотирьох-, шести-і восьмикратною швидкістю даєможливість вбудовувати мультимедіа дані в будь-які додатки.
Список літератури
1. CompUnity N1 (2) 1995
2. Hard та Soft N5, Травень 1995
3. PC Magazine Russian Edition N6 1994
