Основные функциональные узлы и принцип работы. Open Library - открытая библиотека учебной информации Пояснение к работе

Устpойство пpивода CD-ROM.

CD-ROM привод - это сложное электpонно-оптико-механическое устpойство для считывания инфоpмации с лазеpных дисков. Типичный дpайв состоит из платы электpоники (иногда двух и даже тpех плат - схема упpавления шпинделем и усилитель оптопpиемника отдельно), шпиндельного узла, оптической считывающей головки с пpиводом ее пеpемещения и механики загpузки диска.

Hа плате электpоники pазмещены:

схема усиления и коppекции сигнала с оптоголовки;
схемы ФАПЧ сигнала и САР шпинделя;
пpоцессоp обpаботки кода Reed-Solomon;
схемы САР фокусиpовки луча и динамического слежения за доpожкой;
схема упpавления пеpемещением оптоголовки;
пpоцессоp упpавления (логики);
буферная память;
интерфейс с контроллером (IDE/SCSI/прочие);
разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала;
блок переключателей режимов (перемычек/джамперов).

Типовой пpивод состоит из платы электpоники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загpузки диска. Hа плате электpоники pазмещены все упpавляющие схемы пpивода, интеpфейс с контpоллеpом компьютеpа, pазъемы интеpфейса и выхода звукового сигнала. Большинство пpиводов использует одну плату электpоники, однако в некотоpых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Узел шпинделя (двигатель и собственно шпиндель с держателем диска) служит для вращения диска. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которого в данный момент считывает информацию оптоголовка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя (или в собственных подшипниках) закреплен собственно шпиндель, к которому после загрузки прижимается диск. Поверхность шпинделя иногда покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска, хотя в более прогрессивных конструкциях обрезинивают только верхний прижим - чтобы увеличить точность установки диска на шпиндель. Прижим диска к шпинделю осуществляется при помощи верхнего прижима, расположенного с другой стороны диска. В некоторых конструкциях шпиндель и прижим содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает прижим через диск к шпинделю. В других конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.

Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче - подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой - подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней. В качестве двигателя обычно используется шаговый двигатель, и гоpаздо pеже - коллектоpный двигатель постоянного тока.

Система загpузки диска бывает тpех ваpиантов: с использованием специальной кассеты для диска (caddy), вставляемого в пpиемную нишу пpивода (аналогично тому, как вставляется 3" дискета в дисковод), с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и с использованием втяжного механизма. Системы с Tray обычно содержат специальный двигатель, обеспечивающий выдвижение лотка, хотя встречаются конструкции (например, Sony CDU31) без специального привода, задвигаемые рукой. Системы с втяжным механизмом применяются как правило в компактных CD-Changer-ах на 4-5 дисков, и обязательно содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регуля- тором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками.

Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно - например, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие обычно нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать - при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную (хотя существуют приводы, например Hitachi, в которых в такое отверстие надо вставлять небольшую отвертку и вращать ей находящуюся за передней панелью драйва ось с шлицем).

Структурная схема CD-ROM

Функциональная схема CD-ROM

Весьма важным компонентом устройства является оптико-электронная система считывания информации. Несмотря на небольшие размеры, система эта - очень сложное и точное оптическое устройство.

Она состоит из:

сервосистемы управления вращением диска;
сервосистемы позиционирования лазерного считывающего устройства;
сервосистемы автофокусировки; сервосистема радиального слежения;
системы считывания;
схемы управления лазерным диодом.

Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. При этом угловая скорость вращения диска зависит как от расстояния головки считывания до центра диска, так и от условий считывания информации.

Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Перемещение головки считывания, а вместе с ней и лазерного луча, по полю диска осуществляется двигателем головки. Работа двигателя контролируется сигналами прямого и обратного перемещения, поступающими с процессора управления, а также сигналами, вырабатываемыми процессором радиальных ошибок.

Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации. Работа системы основана на методе трех световых пятен. Суть метода заключается в разделении основного луча лазера с помощью дифракционной решетки на три отдельных луча, имеющих незначительное расхождение. Центральное световое пятно используется для считывания информации и для работы системы автофокусировки. Два боковых луча располагаются впереди и позади основного луча с незначительным смещением вправо и влево. Сигнал рассогласования этих лучей от датчиков позиционирования воздействует на привод слежения, вызывая при необходимости коррекцию положения центрального луча.

Работоспособность системы радиального слежения можно проконтролировать по изменению сигнала рассогласования, поступающего на привод слежения.

Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска. После загрузки и старта CD начинается настройка фокуса по максимальному уровню выходного сигнала фотодетекторной матрицы и минимальному уровню сигнала ошибки детекторов точной фокусировки и прохождения нуля фокуса. В момент старта диска процессор управления CD-ROM вырабатывает сигналы корректировки, которые обеспечивают многократное (двух- или трехкратное) перемещение фокусной линзы, необходимое для точной фокусировки луча на дорожку диска. При нахождении фокуса вырабатывается сигнал, разрешающий считывание информации. Если после двух-трех попыток этот сигнал не появляется, процессор управления выключает все системы и диск останавливается. Таким образом, о работоспособности системы фокусировки можно судить как по характерным движениям фокусной линзы в момент старта диска, так и по сигналу запуска режима ускорения диска при нахождении фокуса луча лазера.

Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.

Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.

Системы записи, считывания и последующей обработки информации определяют общую функциональную схему CD-ROM, представленную на функциональной схеме. Помимо рассмотренных выше систем, она включает синхрогенератор, обеспечивающий синхросигналами все узлы CD-ROM, и EFM-демодулятор, преобразующий 14-разрядные кодовые посылки с диска в 8-разрядный последовательный код. Далее информация попадает в процессор цифровых данных, который совместно с процессором системного управления является сердцем всего устройства. Здесь происходит обратное перемежение данных и коррекция ошибок. Задачей перемежения данных при записи информации является «растяжка» каждого байта информации на несколько кадров записи. При этом, если и случается потеря даже нескольких кадров информации в результате механического повреждения поверхности диска, результатом обратного перемежения данных будет наличие мелких ошибок в отдельных байтах. Такие ошибки исправляет схема коррекции ошибок.

В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Но физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски происходит последовательно по спирали.

Участок на оптическом СD-диске, на котором размещаются данные, называют Іпfоrтаtіоп Аrеа (информационным участком). Этот участок начинается с диаметра 44 мм, заканчивается за 2 ... 3 мм до края диска и содержит такие три зоны (по порядку их размещения от центра диска):

1) зону входного каталога (Lead-іn Zопе);
2) зону данных (Data Zопе), в которой размещаются данные, записанные на диск;
3) зону исходного каталога (Lead-out Zопе) с меткой конца диска.

В конце внешней дорожки и в начале внутренней дорожки размещается средняя зона (MiddleZопе), которая не содержит данные. Эту зону используют для того, чтобы луч лазера мог изменять фокусирование для считывания данных из внутренней дорожки.

Зона входного каталога в СD-дисках содержит содержание ТОС (Таblе оf Соntents), адреса записей, количество заголовков, суммарное время записывания, объем и название диска. Зона данных СD-диска имееет следующую структуру данных. Базовой единицей данных СD-диска есть кадр (frате), который содержит 24 кодированных байта, один байт управления и восемь байтов для корректировки ошибок. Фрейму предшествует 24 бит, любой из которых имеет фиксированное значение (шаблон) и три бита слияния (merge bits). Во время подведения лазера к фрейму именно по шаблону определяется начало фрейма; 98 кадров образовывают сектор, наименьшую адресную единицу данных СD-диска. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байтов и 882 байта корректировки ошибок и управления). Из 2352 байт пользовательская информация может занимать 2048 (в режиме «1») или 2336 байт (в режиме «2»). Такая организация записи данных на СD-дисках и использование алгоритмов корректировки ошибок позволяет обеспечить качественное считывание информации с вероятностью ошибки на один бит 10-10.

Обобщенная структура накопителя на оптических дисках

Упрощенная структура НОД приведена на рис. 3.
Для НОД применяются несколько способов записи: абляционный - путем прожигания отверстий в непрозрачной среде носителя; с помощью локального изменения коэффициента отражения среды; перевод запоминающей среды из кристаллической фазы в аморфную и наоборот; трансформирование магнитного состояния структуры; изменение цвета локальной области. Первые два способа используются при «не стираемой» записи, а остальные - для многократной перезаписи информации на НОД.

При записи луч полупроводникового лазерного диода, управляемого данными записи через коллиматор, зеркало и линзу объектива прожигает отверстие в информационном слое диска. Наличие отверстия соответствует записи «1». При считывании неуправляемый лазерный луч (получаемый из делителя луча) выходит на рабочую поверхность через другой делитель луча, зеркало и объектив.
В режиме чтения зеркало перемещается. Свет от лазера проходит через поляризационно-разделительную призму, попадает на поляризационный фильтр (при этом свет поляризуется в определенной плоскости) , а потом фокусируется на поверхности оптического диска. Если луч лазера попадает на плоскую поверхность (lands) диска СD-RОМ или DVD-RОМ, свет отражается почти целиком. Если же свет попадает у углубления (ріts), то большая часть света рассеивается. Отраженный свет через делитель луча попадает на фотодиод, сигнал с которого обрабатывается электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка - сервоблоком фокусировки, а постоянное число оборотов - сервоблоком вращения диска (см.рис. 3).

По возможностям записывания дисков дисководы оптических дисков разделяют на дисководы с возможностью как считывания, так и записывание дисков (записывающие дисководы) и дисководы только для считывания, а по типам дисков - на дисководы СD и дисководы DVD.

Рисунок 4

Оптический дисковод состоит из таких основных функциональных узлов:

- загрузочного устройства;
- привода диска;
- оптического блока;
- привода дорожки;

- блока кодирования-декодирования данных;
- системы автоматического регулирования;
- аудиоблока;
- разъемов.

Загрузочное устройство дисководов бывает двух типов: контейнерный (caddy) и лоточный (tray). В дисководе первого типа загрузки в контейнерное устройство диск помещают в пластиковый контейнер и вставляют в дисковод (этот контейнер выполняет такие же функции, что и контейнер гибкого диска 3,5 дюйма). В дисководе второго типа диск помещают на лоток (рис. 3), который выдвигается после нажатия кнопки Еjесt. После повторного нажатия кнопки или легкого нажатия на лоток он всовывается в дисковод (pop-up-механизм).

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести тонкий стержень на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Оптический блок содержит оптическую систему дисковода, изображенную на рис. 4. Для считывания данных из дисков СD используют лазер с длиной волны 780 нм (в инфракрасном диапазоне), а для считывания из DVD-дисков - лазер с длиной волны 650 нм (красного цвета). Поэтому дисководы DVD, которые считывают из СD-дисков и DVD-дисков, обычно содержат два лазера с отдельными оптическими системами или общей оптической системой (с переключением на один или второй лазер).

Рисунок 5. Устройство оптического дисковода: 1 - лоток; 2 - привод дорожки; 3 - интерфейсна шина управления; 4 - оптическая система; 5 - привод дисковода; 6 - диск

Для записывания данных на диск используют отдельный записующий лазер, который работает в импульсном режиме с изменяемой мощностью (для «прожигания» диска, изменения фазового состояния из кристаллического на аморфный и для возвращения в кристаллическое состояние). Обычно записующий и считываемый лазеры имеют общую оптическую систему. Поверхность оптического диска перемещается относительно лазерной головки c постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на дорожку. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия, серебра или золота 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 (пит), 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 “1”, слабое – в “0”. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Отметим, что сформированные лазерным лучом питы очень малы по размеру. Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм.

Привод дорожки по командами, которые поступают от встроенного микропроцессора, перемещает оптическую систему к нужной дорожке на диске для записывания или считывания. Во время записывания лазер выполняет нужную операцию («прожигание» или смену фазы) по командам блока кодирование-декодирование, а во время считывания отраженный от диска луч попадает на фотодетектор, сигналы из которого поступают в блок кодирования-декодирования и систему автоматической слежения.

Блок кодирования-декодирования представляет собой обработчик сигналов, записываемых на диск, или считываемых из диска. В его состав входят устройство кодирования, декодер, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления. Устройство кодирования подготавливает данные для записывания на диск, выполняя перекодировки символов соответственно кодированиям ЕFМ (для СD-дисков) или RLL (2,10) (для DVD-дисков) и добавляет в данные синхросигналы и служебную информацию. Декодер выделяет из цифрового потока данные, восстанавливая их первоначальный вид. Оперативное запаминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер руководит режимами исправления ошибок данных, записанных во всех поддерживаемых дисководом форматах.

Во время записывания или считывание данных из диска возможны нарушения в позиционировании луча лазера вследствие радиальных биений диска. Для того чтобы избежать потерь данных, в оптических дисководах применяют систему автоматического слежения с помощью управляющих сигналов. Для выделения этих сигналов существует несколько способов. Однако наиболее распространенный - это способ, при котором луч лазера после первой линзы (см. рис. 1.) поступает на дифракционные решетки, где расщепляется на три луча, один из которых используется для считывания данных, а два другие применяются системой слежения за дорожкой. Импульсные сигналы из фотодетектора поступают в усилитель системы автоматического регулирования, где отделяются сигналы ошибок слежения и осуществляется корректирование считывающего сигнала.

Аудиоблок оптический дисковод унаследовал от СD-плейеров. Он превращает аудиоданные из цифровой формы в аналоговую. После усиления эти данные передаются или на внешнее устройство, или на наушники.

Рядом с разъемом интерфейса с компьютером и разъемом электропитания оптические дисководы имеют также разъемы для подключения к звуковой карте или аудиоблоку материнской платы.

На передней панели привода, кроме того, расположены: индикатор работы устройства (busy, лампочка), гнездо для подключения головных телефонов или стереосистемы (для прослушивания аудио дисков), регулятор громкости звука (также для аудиоCD).
Предусмотрено также отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если даже не срабатывает кнопка Eject. В это отверстие необходимо ввести какую-нибудь тонкую палочку примерно на 2-3 см, тогда лоток выдвинется.

Характеристики оптических дисков и дисководов

Оптический диск характеризуется своим типом (СD-диск или DVD-диск) и емкостью . Емкость диска определяют по его типу и размеру (диаметру). Выпускаются оптические диски диаметром 120 мм (4,7 дюйма) и 80 мм (3,1 дюйма).
СD-диски размером 120 мм имеют емкость 650 или 700 Мбайт (в зависимости от режима записывания), а диски размером 80 мм - емкость 185 Мбайт. Для записывания данных иногда используют оптические визитные карточки (орtісаlbusiness саrds) - диски СD-R прямоугольной формы размером 80 х 61 мм и емкостью 50 Мбайт.

Оптические дисководы имеют такие основные характеристики:

Совместимость;
- скорость передачи данных;
- среднее время доступа;
- емкость кэш-памяти;
- коэффициент ошибок;
- надежность;
- тип устройства;
- тип интерфейса;
- перечень поддерживаемых форматов;
- параметры аудиотракта.

Все дисководы оптических дисков имеют форм-фактор 5,25 дюйма и совместимы по размерами дисков, то есть могут считывать как 120-миллиметровые, так и 80-миллиметровые диски, а также оптические визитные карточки (для считывания дисков последних двух типов в лотке дисковода предусмотрено специальное углубление).

Совместимость разных типов дисководов означает возможность считывания и записывания других типов дисков.
Скорость передачи данных - это максимальная скорость, по которой выполняется обмен данных между дисководом и компьютером. Это важнейшая характеристика оптического дисковода, который почти всегда приводится вместе с названием модели, причем ее задают не количеством мегабайтов за секунду, как для других устройств внешней памяти, а коэффициентом увеличения относительно базовой скорости. Первые дисководы СО имели скорость передачи данных 150 кбайт/с, как и СD-плейери. Эта базовая скорость явным образом недостаточна для считывания, например, видеоданных. Поэтому скорости вращения дисководов и, соответственно, скорости передачи данных стали увеличиваться (сначала в два раза). Такие дисководы (со скоростью передачи данных 300 кбайт/с) стали называть дисководами 2х. В дальнейшем скорости дисководов еще большее повысились. Теперь дисководы имеют максимальную скорость передачи 54х (16,2 Мбайт/с) и выше (до 76х).

Для дисководов DVD вследствие большей плотности данных и высшей скорости вращения значение 1х соответствует скорости передачи данных 1,32 Мбайт/с, то есть дисковод DVD 1x приблизительно соответствет дисководу СD 9х. Максимальное значение для дисководов DVD теперь составляет 16х ли 21,13 Мбайт/с.

Приведенные цифры действительны для считывания данных. Для записывания данных максимальные скорости передачи данных ниже и теперь равняются 40х для записывания дисководов СD-R, 24х - для СD-RW и от 2х до 8х - для DVD. Обычно для дисководов СD-RW указывают в отдельности как скорость записывания, так и скорость считывания, а для записывающих дисководов DVD - скорость записывания DVD-дисков, скорость записывания СD-дисков, скорости считывания DVD-дисков и СD-дисков.

Для записывающих оптических дисков (R ли RW) обычно указывают максимально допустимую скорость их записывания или диапазон допустимых скоростей (например, 24х или 1х-24х).

Среднее время доступа - это время (в миллисекундах), нужен дисководу для пребывания на носителе нужных данных. Очевидно, что работа на внутренних участках диска требует меньшего времени доступа, чем считывание информации из внешних участков. Поэтому в паспорте дисковода приводится среднее время доступа, как среднее значение для выполнения нескольких считываний данных с разных (избранных случайно) участков диска. Среднее время доступа для дисководов СD-RОМ составляет 100 ... 200 мс, а для дисководов новых моделей DVD - 40 ... 250 мс.

Емкость кэш-памяти - это емкость оперативного запоминающего устройства оптического дисковода, используемого для увеличения скорости доступа к данных, записанных на носителе (буферная память). Если для управления дисководом использовать специальные программы-драйверы, то в кэш-память можно заранее записывать содержимое диска. Тогда обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит значительно быстрее. Емкость кэш-памяти современных устройств - от 64 до 2,048 Мбайт.

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. 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.

На пишущих приводах CD-ROM буферная память очень важна, так как она обеспечивает равномерность поступления информации на CD-R или CD-RW. Это позволяет более надёжно производить запись, так как нельзя допускать остановки записи дорожки, иначе может испортиться весь диск.

Уровень качества считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Еror Rate). Этот параметр отображает способность оптического дисковода корректировать ошибки записывания-считывания. Обычно значение коэффициента ошибок составляет 10-10...10-12. Коэффициент ошибок представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита во время его считывания. Если привод считывает данные из загрязненного или исцарапанного участка диска, он регистрирует группу ошибочных бит. Если ошибку не удается устранить за счет чрезмерности помехоустойчивого кода (применяемого во время записывания-считывания), то привод снижает скорость считывания данных с многоразовым его повторением. Если механизм корректирования ошибок не справляется с устранением сбоя, то на мониторе компьютера появляется сообщение «Сектор не найден» (Sector not found). В случае устранения сбоя дисковод переключается на максимальную скорость считывания данных.

Надежность оптических дисководов, выраженная через МТВF (средняя наработка на отказ - MeanTimeBetweenFailure) , составляет 50...125 тыс. ч, что почти на порядок превышает срок морального старения устройства.

Диски, выполненные методом горячего штампования (СD-RОМ и DVD-RОМ), обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Диски DVD-RАМ можно перезаписывать до 100 000 раз.

По типу устройства дисководы оптических дисков, как и другие устройства внешней памяти, могут быть как внутренними, так и внешними.

Подключение дисководов CD-ROM. Первый способ подключения основан на том, что один канал интерфейса IDE может поддерживать два встроенных устройства. Накопитель CD-ROM подключают к плате ввода-вывода через интерфейс IDE вместе с жестким диском по принципу master/slave. Однако в этом случае снижается скорость обмена данными с жестким диском. Одним из способов решения этой проблемы является подключение устройств CD-ROM к различным каналам одного интерфейса EIDE или к двум различным котроллерам IDE. Если CD-ROM имеет SCSI интерфейс, то его соответственно подключают к SCSI контроллеру. Существует также возможность подключения дисководов CD-ROM через контроллер звуковой карты. Также не следует забывать, что современные материнские платы могут содержать встроенные контроллеры SCSI и IDE, что вообще исключает необходимость в дополнительной плате ввода-вывода для подключения дисководов CD-ROM.

Подключение аудиоканалов. Практически каждый дисковод CD-ROM обладает встроенным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), а также выходным разъемом для вывода стереофонических сигналов. Если на компакт-диске находится аудиоинформация, ЦАП преобразует ее в аналоговую форму и подает сигнал на разъем, предназначенный для наушников, а так же на выходные аудио-разъемы дисковода, с которых в свою очередь, сигнал поступает на усилитель и акустическую систему непосредственно или через звуковую карту. Преимущество активного выхода заключается в том, что аудиосигнал с CD-ROM дополнительно обрабатывается звуковой картой.
Важной характеристикой дисковода СО-RОМ есть перечень поддерживаемых им форматов записывания данных на компакт-диски. Записывать данные на оптические диски можно в разных форматах. Для записывания таких данных, как документы, программы используют форматы СD-ROM (ISO) и DVD-ROM (ISO), а также СО-DОМ (UDF) и DVD-RОМ (UDF).

Форматы СD-RОМ (1S0) и DVD-RОМ (IS0), иногда их называют форматами СD-RОМ и DVD-RОМ, определены в стандарте IS0 9660. В этом стандарте приведены три уровня формата. Формат уровня 1 (lеvеl 1) определяет имена записываемых файлов как имена файлов МS DOS, то есть имена файлов могут содержать до восьми символов по заданным трем символам расширения. Записываемые файлы должны занимать несколько следующих один за одним секторов (нефрагментовання запись). Формат уровня 2 (lеvеl 2) разрешает использовать длинные имена файлов, а формат уровня 3 (lеvеl 3) дополнительно допускает записывать файлы на нескольких участках диска (фрагментированная запись) в пакетном режиме. Для того чтобы можно было записывать длинные имена, определенные в операционной системе Windows, фирма Місrosofі дополнила формат ISO 9660 уровня 1 спецификацией Joliet. Разновидностями формата IS0 9660 являются форматы СD-RОМ (Вооt) и DVD-RОМ (Вооt), в которых записывается на диск (кроме содержания) специальный участок (в начале диска), что разрешает использовать оптический диск как загрузочный.

Если стандарт ISO 9660 предназначен для обеспечения совместимости между дисками СD-RОМ и DVD-RОМ, используемыми в разных компьютерных системах, то формат UDF (UniversalDiskFormatі - универсальный формат дисков) разработан для совместимости оптических дисков только для считывания (RОМ) и записываемых оптических дисков (R или RW) в разных операционных системах. Этот формат, так же, как и IS0 9660, разрешает использовать длинные имена файлов и записывать данные. Данные на оптический диск записывается небольшими порциями в режиме Расket Writing (для СD-дисків) или Іncremental Writing (для DVD-дисков).
Форматы Аиdіо СD и Аиdіо DVD используются для записывания музыки. Это два разных формата. Формат Аиdіо DVD обеспечивает более качественное записывание музыки.

Форматы Video СD (VCD) и VideoDVD используют для записывания фильмов. Это также два разных формата с разными дополнительными возможностями (например, относительно выбора языка озвучивание фильма). Формат VideoDVD обеспечивает блее качественное записывание фильмов. Качественное воспроизведение фильма на СD-дисках обеспечивает формат Super Vіdео СD. Для записывания фильмов в формате Vіdео DVD на СО-диски используют формат mini-DVD.

Приведенные форматы - наиболее распространенные, поскольку разрешают записывать на оптические диски как музыку и фильмы, так и текстовые данные, графические данные и программы. Эти форматы поддерживают большинство дисководов и программы записывания на оптические диски. Существуют также и другие форматы, рассчитанные большей частью на такие виды данных, которые используются намного реже, например Photo СD фирмы Коdak, записывание и воспроизведение высококачественных цифровых фотографий. И фотографии, и музыку можно записывать в форматах IS0 9660 или UDF как обычные графические или звуковые файлы.

Новым, перспективным форматом есть формат Мt. (Моunt) Rаіnіеr , известный также как формат ЕаsуWrіtе. Этот формат записывает данные на оптический диск так же, как и на гибкий. Используя этот формат, к оптическому диску можно обращаться (для считывания или записывания) из любой прикладной задачи без вызова специальных программ считывания-записывания на оптические диски.

Форматы СD-дисков называют иногда по цвету обложки книг, в которых эти форматы описаны. Так, самый первый формат СD - Аudio СD описан в «красной» книге. В «желтой» книге описывается формат СD-RОМ (IS0), в «оранжевой» - форматы СD-R и СD-RW, в «зеленой» - формат СD-I (теперь почти не используют), в «голубой» - Еnhanced СD и в «белой» - Video СD.

ТЕМА 3.3 Накопители на компакт – дисках

Существуют следующие носители на компакт-дисках (оптические):

¾ CD-ROM - устройство только для считывания информации

¾ CD-R – для считывания и однократной записи

¾ CD-RW – для считывания и многократной записи

¾ Магнитооптические накопители

Приводы: CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD-R, DVD-RW

Принцип действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной технологии: луч лазера используется как для считывания так и для записи информации. Приводы CD-ROM.

Носители информации на диске CD-ROM является рельефная подложка. Запись информации представляет собой процесс формирование рельефа на подложке путем прожигания миниатюрных штрихов лазерным лучом. Считывание производится насчет регистрации отражения луча лазера. Сигнал от штриха 1, от поверхности без штриха 0.

Приводы CD-ROM

· Загрузочное устройство

· Оптико-механический блок

· Системы управления приводом и автономного регулирования

· Универсальный декодер

· Интерфейсный блок

Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется на поверхности диска. К нужной дорожке луч перемещается следующим образом: сперва двигатель по ком от встроенного микропроцессора перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом и нужной дорожке. Отраженный луч фокусируется линзой, отражается от зеркала, попадает на разделительную призму, и направляет луч на вторую фокусируемую линзу, далее луч попадает на фотодатчик, преобразует световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер, который и необходим для преобразования импульсов в понятную компьютеру цифровую информацию, представляет собой процессор.

Система автономного слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде импульсов поступает в систему автономного регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы с усилителя поступают в систему автономного регулирования: фокуса, системы автономного регулирования мощности излучаемого лазера, скорость вращения диска, радиальной подачи, мощность излучения лазера, линейной скорости вращения диска.

Накопители DVD

DVD-диски конструктивно выполняется односторонними и двусторонними.

В отличие от CD в DVD дисках расстояние между дорожками записи меньше и уменьшены размеры штрихов записи. В результате чего увеличена емкость. Количество изображений хранимых в формате DVD соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, а качество звука не уступает студийному.

Накопители с однократной и многократной записью

Для однократной записи используются диски CD-R, представляющие собой диск, регистрационный слой которого выполнен из материала темнеющего при нагревании. Темные и светлые участки CD-R аналогичны штрихам и ровным поверхностям CD-ROM.

CD-RW- перезаписываемые диски, регистрирующий слой которого выполнен из органических соединений, способных изменять свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое под воздействием лазерного луча.

При нагревании лазерным лучом выше некоторой критической температуры, материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания. При нагревании до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое первоначальное состояние (кристаллическое).

Лазерный луч Лазерный луч

Отражающий слой Регистрирующий слой

CD-ROM Защитный лаковый слой

Раздел 4. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Лабораторная работа № 4

Тема: Дисковод (привод)

Цель: Знать внутренности привода, как работает, DVD – диски.

Пояснение к работе.

Устpойство пpивода CD-ROM.

Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. Hа плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контpоллеpом компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Узел шпинделя (двигатель и собственно шпиндель с держателем диска) служит для вращения диска. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которого в данный момент считывает информацию оптоголовка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.

Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче - подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой - подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней. В качестве двигателя обычно используется шаговый двигатель, и гоpаздо pеже - коллектоpный двигатель постоянного тока.

Система загpузки диска бывает тpех ваpиантов: с использованием специальной кассеты для диска (caddy), вставляемого в пpиемную нишу пpивода (аналогично тому, как вставляется 3" дискета в дисковод), с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и с использованием втяжного механизма. Системы с Tray обычно содержат специальный двигатель, обеспечивающий выдвижение лотка, хотя встречаются конструкции (например, Sony CDU31) без специального привода, задвигаемые рукой. Системы с втяжным механизмом применяются как правило в компактных CD-Changer-ах на 4-5 дисков, и обязательно содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регуля- тором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками.

Принцип работы DVD привода

Из чего состоит?

1. Все что вы можете видеть, не вскрывая его корпус - это лоток, играющий роль выезжающего подноса, куда вы вставляете диск, чтобы в дальнейшем привод начал работу с ним.

2. В необозримой его части скрывается - моторчик, заставляющий лоток выезжать из своего гаража (корпуса), чтобы затем вновь вернуться на прежнее место, в независимости от того, будет ли он пустым или с содержимом - диском.

3. Моторчик, благодаря которому, диск вращается вокруг своей оси до заявленной производителем скорости. Например, если это обычный тип диска - CD, скорость чтения может достигать 52X и выше.

4. Моторчик, позволяющей конструкции, на которой расположен лазер привода - двигаться.

5. Плата - играющая основную роль в функционировании. Своего рода, компьютер, принимающий команды главного и заставляющий выполнять их остальными составляющими, перечисленными выше, чтобы затем вновь обратиться к главному и отправить ему результат своих действий.

Как работает?

1. Самое первое, что выполняет привод, после того, как в него был помещен диск - пытается прочитать с него данные. Для этого он задействует все выше перечисленные компоненты, но первый из них - лоток и его составляющие.

2. Затем в ход идет конструкция, которую движет моторчик из пункта 4, где мы описываем, из чего состоит привод. На ней размещен лазер, который выбрасывает «световой пучок».

3. Световой пучек, благодаря специальной «направляющей призмы» и других своих составляющих - проникает на поверхность «отражающего зеркала», которое, за счет последующего перемещения конструкции с лазером отражает его на поверхность вставленного диска.

4. Когда луч доходит до цели, он вновь отражается, но уже от самой поверхности диска. Отраженный от диска луч вновь оказывается у «отражающего зеркала». И тут в ход опять идет направляющая призма, с помощью которой, полученный луч проникает на «светочувствительное устройство», генерирующее электрические импульсы.

5. Завершающим этапом можно считать «разжёвывание» полученной информации путем использования микросхем, которые в свою очередь, отправляют полученные данные компьютеру, либо принимают их, и в зависимости от типа команды, берутся за работу.

Емкость дисков DVD (слои и стороны)

В настоящее время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифицируются по количеству сторон (одно- или двухсторонние) и слоев (одно- и двухслойные).

· DVD-5 - односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие.

· DVD-9 - односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя находятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев используется один лазер с изменяемой фокусировкой.

· DVD-10 - двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных друг с другом тыльными сторонами. Записанный слой (нулевой слой на каждой стороне) обычно имеет алюминиевое покрытие. Обратите внимание, что диски этого типа являются двухсторонними; считывающий лазер находится в нижней части накопителя, поэтому для чтения второй стороны диск необходимо извлечь и перевернуть.

· DVD-18 - двухсторонний двухслойный диск емкостью 17,1 Гбайт. Объединяет в себе два слоя записи на каждой стороне. Стороны диска, каждая из которых формируется двумя штампованными слоями, соединяются вместе тыльными частями друг к другу. Внешние слои (слой 0 на каждой стороне диска) покрыты полупрозрачной золотой пленкой, внутренние слои (слой 1 на каждой стороне) имеют алюминиевое покрытие. Отражательная способность однослойного диска составляет 45–85%, двухслойного - 18–30%. Различные отражающие свойства компенсируются схемой автоматической регулировки усиления (АРУ).

Контрольные вопросы:

1. Для чего нужен дисковод

2. Из чего состоит дисковод

3. Как работает привод

4. Какие фирмы приводов вы знаете.

5. Емкость DVD – дисков

Похожая информация.

Начало создания приводов компакт дисков было положено с появлением в 1982 г. первых аудио компакт-дисков, разработанных компаниями Sony и Philips. Объем информации на CD составлял 72 минутам, именно столько длится одна из популярных симфоний Баха, что составило 650 мегабайт. Вскоре, в 1985 году, появились и первые CD ROM приводы для ПК, тогда основным средством переноса информации между компьютерами были дискеты и объем 650 мегабайт казался очень большим.

Приводы компакт-дисков ( CDD ) – необходимый атрибут современного компьютера.

Приводы компакт-дисков работают с оптическими дисками информация на которых записывается и считывается с помощью лазера.

 Компакт – диск - предназначен только для хранения предварительно записанной на него информации в цифровом виде и считывания ее с помощью соответствующего устройства - привода (накопителя).

Принцип действия привода компакт дисков

Основными функциональными элементами привода CD-ROM являются: миниатюрный электродвигатель, лазер, система оптических линз и датчиков, а также электронная схема, осуществляющая предварительную обработку (считывание и декодирование информации) и управление приводом.

Приводы компакт дисков работают не так, как все рассмотренные ранее электромагнитные носители информации. При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот учачток, который хранит логическую 1, и оставляет не тронутым тот участок который хранит логический 0. В результате чего на поверхности CD образуются маленькие углубления, - так называемые питы (Pits).

Считывание информации осуществляется следующим образом:

Электродвигатель вращает диск. Лазер генерирует световой луч, который системой оптических линз фокусируется на отражающей (металлической) поверхности диска. Свет по-разному отражается от переходов между основной поверхностью и углублениями. Отраженный свет через линзы попадает на датчик интенсивности света, который анализирует и преобразует его в электрический двоичный сигнал и направляет его для дальнейшей обработки в электронную схему привода.

Информация, хранимая на оптических дисках, в отличие от информации, хранимой на магнитных дисках, практически не подвержена разрушительному воздействию электрических и магнитных полей и в значительно меньшей степени подвергается разрушению в результате естественного старения материала носителя. Кроме того, стоимость записи и хранения единицы информации на CD-ROM существенно меньше, чем для магнитных дисков.

Структура оптического диска

Всоответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области:

1. Входная директория - область в форме кольца, ближайшего к центу диска (ширина 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно с входной директории, где содержится оглавление, адреса записей, число заголовков, объем диска, название диска;

2. Область данных ;

3. Выходная директория – имеет метку конца диска.

Типы оптических дисков:

CD - ROM . На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали.

CD - R . Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптической записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. Назначение устройства CD-R - запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-ROM и CD-RW.

CD - RW . Старые данные могут быть стерты и вместо них могут быть записаны новые. Емкость носителя CD-RW составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.

DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW . Подобны рассмотренным ранее типам оптических дисков, но имеют большую емкость.

Разрабатывается HVD (Holografic Versatile Dosc) емкостью 1 Тб.

Технология DVD допускает 4 типа дисков :

односторонний, однослойный – 4,7 Гбайт

односторонний, двухслойный – 8,5 Гбайт

двусторонний, однослойный – 9,4 Гбайт

двусторонний, двухслойный – 17 Гбайт

В двухслойных дисках используется укрепляющий слой, на который стали записывать информацию. При считывании информации с первого слоя, расположенном в глубине диска, лазер проходит через прозрачную пленку второго слоя. При считывании информации со второго слоя контроллер привода подает сигнал фокусировки лазерного луча на втором слое и с него производится считывание. При всем при этом диаметр диска составляет 120 мм, а его толщина 1,2 мм.

Как уже упоминалось, например, двусторонний двухслойный диск DVD-диск может умещать до 17 Гбайт информации, это примерно 8 часов высококачественного видео, 26 часов музыки или что нагляднее всего – стопка бумаги исписанной с двух сторон высотой в 1.4 километра!

Форматы DVD

DVD - R . могут быть только однослойными, но возможно создание двухсторонних дисков. Принцип по которому производится запись DVD-R точно такой же, как и у CD-R. Отражающий слой меняет свои характеристики, под воздействием луча лазера повышенной мощности. DVD-R не несёт в себе ничего нового, технически это тот же CD-R, только рассчитанный на более тонкие дорожки. При создании DVD-R самое пристальное внимание уделено совместимости с существующими DVD-ROM приводами. Длина записывающего лазера 635 Нм + защита записываемых дисков от копирования.

DVD + R . Принципы, на которых построен DVD+R идентичны тому, что используется в DVD-R. Разница между ними в формате записи, который используется. Так, например, DVD+R диски поддерживают запись в несколько приёмов. Длина записывающего лазера 650 Нм + более высоко отражающая поверхность.

Существует два основных класса компакт-дисков: CD и DVD .

Классы оптических дисков
Характеристики

Количество сторон	Односторонние	Двухсторонние
Тип записи	Однослойная	Двуслойная
Плотность записи
Размер пита
Длина лазера		Красный 650-635 Нм