Для считывания информации с компакт-диска используется лазерная головка (ЛГ). В корпусе ЛГ установлены лазерный диод, внутренняя оптическая система (дифракционная решетка, цилиндрическая, коллиматорная и другие линзы, призма), катушки фокусировки и трекинга с фокусирующей линзой, лазерный диод (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Конструкция лазерной головки
При подаче напряжения питания полупроводниковый лазерный диод генерирует когерентный (разность фаз волн постоянна во времени) луч, который с помощью дифракционной решетки разделяется на основной луч и два дополнительных. Пройдя через элементы оптической системы и фокусирующую линзу, эти лучи попадают на компакт-диск (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Фокусировка луча на поверхности диска
Точную фокусировку лучей на диске осуществляют катушки фокусировки, устанавливающие нужное положение линзы. Отразившись от диска, лучи снова попадают на фокусирующую линзу и дальше в оптическую систему. При этом отраженные лучи отделяются от падающих благодаря их разной поляризации. Перед тем, как попасть на фотодатчики (фотодиодную матрицу), основной луч проходит через цилиндрическую линзу, в которой используется эффект дисторсии для определения точности фокусировки (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Лучи и сигналы на фотодетекторах
Если луч сфокусирован точно на поверхности компакт-диска, отраженный луч на фотодатчиках имеет форму круга, если перед или за поверхностью - форму эллипса.
Сигналы с фотодатчиков предварительно усиливаются, и по разности сигналов (A+C) и (B+D) определяется ошибка фокусировки FE (Focus Error). При точной фокусировке сигнал FE равен нулю.
Два боковых луча попадают на датчики E и F. Они используются для отслеживания прохождения основного луча по считываемой дорожке (треку) (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Принцип отслеживания трека: а). точное прохождение луча по треку; б). ошибочное
Разность сигналов E и F определяет ошибку трекинга (отслеживания дорожки) TE (Tracking Error).
Суммарный сигнал с датчиков A, B, C и D представляет собой высокочастотный (RF) сигнал (>4 МГц) в формате EFM (Eight-to-Fourteen Modulation). Он содержит закодированную аудиоинформацию и дополнительные данные.
1.2 Работа сервосхем и основные сигналы в процессе считывания диска
При установке компакт-диска двигатель позиционирования (Slide motor) перемещает лазерную головку в начальное положение, пока не замкнется концевик "Начальное положение головки". (В некоторых моделях для передвижения каретки и позиционирования имеется не два, а один двигатель.) Дальше головка начинает медленно отъезжать, пока не разомкнется концевик.
По сигналу LDON сервосхема автоматического питания лазера (ALPC - Automatic Laser Power Control) подает питание на лазерный диод. Иногда могут применяться дополнительные концевики для блокировки включения лазера и предотвращения попадания в глаза лазерного луча при разобранном механизме, а иногда лазер постоянно включен при закрытой каретке. Система ALPC поддерживает на заданном уровне мощность излучения лазерного диода. Текущую мощность излучения контролирует фотоприемник, помещенный в одном корпусе с лазерным диодом.
Сервопроцессор начинает вырабатывать импульсы начального поиска фокуса (FSR), которые поступают к сервосхемам фокусировки и далее через драйвер - на фокусирующую линзу. Сервосхема фокусировки предназначена для компенсации биений компакт-диска (вверх-вниз). Драйвер (выходной каскад) используется для усиления мощности сигналов. Линза начинает перемещаться вверх-вниз. При точной фокусировке луча на поверхности компакт-диска сигнал ошибки фокусировки FE=(A+C)-(B+D) станет минимальным, отключится подача импульсов FSR, и сервосхема фокусировки начнет управлять фокусирующей катушкой с помощью сигнала FEM, который представляет собой скорректированный сигнал FE. После удачной фокусировки вырабатывается сигнал FOK (FocusOk). Если после 3-4 FSR-импульсов сигнал FOK не вырабатывается, то определяется отсутствие компакт-диска, и работа проигрывателя останавливается.
Сигнал FOK поступает к сервосхемам управления скоростью вращения двигателя (СУСВД). Они вырабатывают сигналы MON (разрешение), MDS (обороты), MDP (фаза), CLV (управление) для управления работой двигателя и регулирования его скорости вращения. Двигатель начинает вращаться и набирать скорость. В некоторых проигрывателях импульсы запуска двигателя генерируются еще до подачи сигнала FOK вместе с FSR-импульсами. При постоянной угловой скорости вращения от начала к концу диска увеличиваются диаметр дорожки и линейная скорость. СУСВД поддерживает на постоянном уровне линейную скорость вращения диска, а после остановки проигрывателя притормаживает обороты двигателя.
Номинальная скорость потока считываемой информации с диска 4,3218 Мбит/с.
Одновременно сигнал FOK поступает к сервосхеме трекинга и активизирует ее работу. Эта сервосхема обеспечивает точное прохождение луча по центру дорожки. Для отслеживания положения луча используется сигнал ошибки трекинга (TE=E-F). Отфильтрованная высокочастотная составляющая сигнала TE (сигнал TER) поступает на катушку трекинга. Катушка трекинга перемещает линзу в перпендикулярном к дорожкам направлению и может обеспечить считывание до 20 треков без перемещения ЛГ. Отфильтрованная низкочастотная составляющая сигнала TE (сигнал RAD) подается на двигатель позиционирования, который перемещает ЛГ по полю диска. Лазерная головка периодически перемещается, когда количество прочитанных дорожек выходит за пределы, допустимые для катушки трекинга.
Схемы трекинга не могут самостоятельно определить нахождение луча на информационной дорожке или между ними. Для этого используется зеркальный детектор, который по амплитуде высокочастотного сигнала EFM определяет положение луча и корректирует его. Если луч находится между дорожками, то амплитуда сигнала EFM минимальна. При удачном отслеживании сервосхемы трекинга вырабатывают сигнал TOK (Tracking OK).
После этого начинается считывание информации с диска. Протактированный импульсами с кварцевого генератора, PLL-детектор подстраивается по частоте и фазе к высокочастотному EFM-сигналу и выделяет из него данные. В сдвиговом регистре последовательные данные преобразуются в параллельные. Дальше информация декодируется, проходит начальную обработку (деперемежение, коррекция ошибок и т.п.) и помещается в буфер "половинного состояния". СУСВД поддерживает заполнение буфера на уровне 50%. Если скорость вращения низкая и буфер заполнен менее чем на 50%, то сервосхема увеличит обороты двигателя, и наоборот. Можно на некоторое время притормозить диск, но звук не прервется. Это объясняется наличием буфера. Похожий принцип работы в AntiShock-схемах, но у них емкость и процент заполнения больше.
Информация в буфер записывается и считывается по импульсам WFCK и RFCK соответственно. Считанная информация разделяется на аудиоданные и субкод. Субкод - это служебная информация, которая содержит синхронизирующие биты, сведения о текущем треке, времени. Субкод используют сервосхемы для позиционирования лазерной головки в нужную точку. Скорость потока субкода составляет 58,8 кбит/с. Аудиоданные обрабатываются в звуковых схемах, и на выход поступает аналоговый аудиосигнал.
1.3 Преобразование звука
Преобразование звука из цифрового в аналоговый формат происходит в звуковых схемах. Первоначально данные левого и правого каналов смешаны (мультиплексированы) и размещены в одном потоке. Аудиоданные проходят дальнейшую обработку (интерполяция, замещение) в цифровых аудиосхемах.
Для улучшения качества звука и уменьшения шумов могут использоваться цифровые фильтры и схемы ускоренной выборки (OVERSAMPLING). Цифровые фильтры преобразуют разрядность аудиосигнала с 16 до 18 или 20 бит, уменьшая ступеньку квантования в выходном сигнале. При использовании 18-разрядного фильтра и ЦАП ступенька уменьшается в 4 раза и, соответственно, звук становится более приятным. Схемы ускоренной выборки перемещают шумы квантования (>22 кГц) в область более высоких частот. Данные для ЦАП считываются и преобразуются со скоростью в 2, 4, 8 или 16 раз большей, чем номинальная.
ЦАП преобразовывает цифровые сигналы в аналоговую форму. Возможны два варианта (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Включение ЦАП в звуковых схемах
В дорогих моделях используется вариант, показанный на рис. 1.5,а. Мультиплексированный цифровой сигнал поступает на демультиплексор, который по тактирующим импульсам разделяет его на 2 цифровых потока соответственно для левого и правого каналов. Для каждого канала используется свой ЦАП. В другом варианте (рис. 1.5,б) применяется один ЦАП, аналоговый сигнал с которого разделяется коммутатором на два канала. В обоих случаях линия задержки используется для выравнивания по времени данных правого и левого каналов.
Аудиосигналы с выхода ЦАП усиливаются и поступают на выходные фильтры. Фильтры обрезают высокочастотные составляющие (>20 кГц), шумы квантования и сглаживают ступеньку.
В аудиосхемах используются транзисторные ключи, которые управляются сигналом MUTE и закорачивают выходной сигнал на корпус. Если диск считывается нормально, то в режимах "Воспроизведение" или "Перемотка по треку" процессор отключает блокировку звука. Во всех остальных режимах функция MUTE активизирована.
От качества фильтра напрямую зависит качество аудиосигнала. В дорогих моделях используют фильтры более высоких порядков.
1.4 Функционирование проигрывателя в различных режимах
1.4.1 Загрузка диска
При включении проигрывателя в сеть вырабатывается сигнал сброса Reset, который обнуляет регистры процессора. Процессор проверяет положение каретки, лазерной головки (при необходимости позиционирует в начальное положение) и наличие компакт-диска. В некоторых моделях при наличии диска проигрыватель переходит в режим воспроизведения.
При нажатии клавиши "Open/Close" процессор подает сигнал на двигатель каретки, каретка выезжает. При полном выезде каретки срабатывает концевик "Конечное положение каретки", и процессор останавливает двигатель. В некоторых моделях проигрывателей применяются электрические схемы без концевиков, которые по силе тока, потребляемого двигателем, определяют начальное и конечное положения каретки.
Диск устанавливается в каретку. При повторном нажатии клавиши "Open/Close" процессор запускает двигатель. Каретка заезжает, пока не сработает концевик "Начальное положение каретки". Диск устанавливается на столик и прижимается к нему. Проигрыватель пытается считать заголовок диска.
Информация с диска считывается в направлении от центра. Физически заголовок расположен в начале компакт- диска. В нем записана информация о количестве композиций, общем времени и т.п. Если информация считается удачно, на экране высветятся характеристики диска. В противном случае на дисплее появится сообщение "Error", "No Disc" или "-", а в некоторых моделях режим воспроизведения будет заблокирован.
1.4.2 Воспроизведение
ЛГ начинает считывать диск, ищет начало первого трека и начинает воспроизводить его. Одновременно отображаются номер и время трека на дисплее.
1.4.3 Пауза
Приостанавливается воспроизведение диска. Выходной аудиосигнал блокируется. Лазерная головка остается на одном месте.
1.4.4 Перемотка по трекам "<<",">>"
ЛГ ищет начало нужного трека и начинает его воспроизводить.
1.4.5 Перемотка по треку "<", ">
В этом режиме ускоренно проигрывается трек. Процессор вырабатывает сигналы JF (прыжок вперед) и JP (прыжок назад). Катушка трекинга и ЛГ медленно перемещаются вперед (назад). Считывающий луч постоянно перепрыгивает с текущей дорожки на следующую. С помощью детектора подсчитывается количество пересеченных дорожек. Соответственно вырабатывается сигнал для управления катушкой трекинга (до 25 треков) и двигателем позиционирования. Амплитуда аудиосигнала на выходе немного снижается.
ВведениеПомните, во времена MS-DOS существовал драйвер, позволяющий записывать на обычную 740 Кб дискету до 800 Кб информации? А 900.com помните? О, времена, о нравы! Сегодня, когда дискеты давно вышли из моды, а емкость массовых носителей информации перешагнула через отметку в 650 Мб, старые идеи дают новые всходы...
Емкость CD-R/RW болванок, объявляемая производителем, всегда много меньше физической емкости данного диска и равна объему информации, который можно записать в режиме MODE 1. Разумеется, помимо MODE 1 существуют и другие режимы записи данных, отличающиеся друг от друга в первую очередь емкостью и надежностью.
Если целостность данных не является превалирующим фактором, вместимость лазерного диска можно существенно увеличить, выиграв порядка 15% дополнительного пространства за счет отказа от избыточных корректирующих кодов Рида-Соломона. Использование незадействованных каналов подкода дает еще 4% емкости, а отказ от выводной области - 2%. Наконец, не стоит забывать о такой полезной возможности как overburn ("перепрожиг" диска).
Таким образом, на обычный 700 Мб лазерный диск при желании можно вместить от 800 Мб до ~900 Мб данных, а на 90-минутный - от 900 Мб до 1 Гб. Ниже будет рассказано - как.
Сколько бит в байте? Правильно, восемь. А сколько бит в семистах мегабайтах? А это - смотря в каких мегабайтах! Так, например, стандартная 700 Мб CD-R/RW болванка вмещает в себя по меньшей мере 23 миллиона бит или порядка трех гигабайт "сырой" информации, большая часть их которой расходуется на служебные структуры данных, обеспечивающие лазерному диску работоспособность. Колоссальная избыточность принятой системы кодирования объясняется физическими свойствами светового луча, который в силу своих волновых свойств, одиночные "питы" и "ленды" просто огибает. Минимальной "горной формацией" уверенно распознаваемой лазерным лучом, является последовательность из трех "питов" ("лендов"), соответствующая трем логическим нулям. Переход от пита и ленду или наоборот - соответствует логической единице. Поскольку две соседние единицы всегда оказываются разделены по меньшей мере тремя нулями, приходится прибегать к сложной системе перекодировки, преобразующий всякий 8-битный символ исходных данных в 15 битное EFM-слово (от английского Eight to Fifteenth Modulation - Модуляция Восемь в Пятнадцать), причем EFM-слова не могут следовать вплотную друг за другом (задумайтесь, что произойдет, если за EFM-словом, оканчивающимся на единицу, попробовать записать EFM-слово с той же самой единицы и начинающиеся) и вынуждены разделяться тремя merging-битами. Таким образом, на каждые 4 бита исходных данных приходится 9 бит физических. Очевидно, что стандартная схема модуляции не является идеальной и оставляет достаточный запас для ее усовершенствования (см. раздел "Резерв-6 или дополнительные источники емкости").
Минимальной порцией данных, непосредственно адресуемой на программной уровне, является сектор (или в терминологии Audio CD - блок). Один блок состоит из 98 фреймов, каждый из которых, в свою очередь, содержит 24 байта полезных данных, 8 байт кодов Рида-Соломона, часто называемых CIRC-кодами, хотя с технической точки зрения это и не совсем верно, 3 синхробайта и 8 бит каналов подкода - по одному биту на каждый из восьми каналов, условно обозначаемых латинскими буквами P, Q, R, S, T, U, V и W соответственно. Q-канал хранит служебную информацию о разметке диска, P-канал служит для быстрого поиска пауз, остальные каналы - свободны.
Таким образом, эффективная емкость одного блока составляет 2352 байта или даже 2400 байт с учетом каналов подкода (из 98 байт субканальных данных - 34 байта отданы под служебные нужды). Корректирующие коды Рида-Соломона позволяют исправлять до 4 разрушенных байт на каждый фрейм, что составляет 392 байт на целый блок.
Диски с данными (CD-Data), ведущие свою родословную от Audio-дисков, поддерживают два основных режима обработки данных: MODE 1 и MODE 2. В режиме MODE 1 из 2352 байт сырой емкости сектора, лишь 2048 байт отданы непосредственно под пользовательские данные. Остальные распределены между заголовком сектора (16 байт), контрольной суммой сектора (4 байта) и дополнительными корректирующими кодами, увеличивающие стойкость диска к физическим повреждениям (276 байт). Оставшиеся 8 байт никак не задействованы и обычно проинициализированы нулями.
В режиме MODE 2 из 2352 байт сырой емкости сектора только 16 байт отданы под служебные структуры (заголовок), а остальные 2336 байт содержат пользовательские данные. Легко видеть, что при записи диска в MODE 2 его эффективная емкость становится на ~15% больше, но и надежность хранения данных при этом приблизительно на треть ниже. Однако, при использовании качественных носителей информации (от ведущих брэндов отрасли) и бережном обращении с ними, риск невосстановимого разрушения данных достаточно невелик (см. "Приложение: тестирование дисков на надежность"). К тому же, многие форматы данных безболезненно переносят даже множественные искажения средней и высокой степени тяжести. К этой категории относятся DivX, MP3, JPEG и другие типы файлов. C некоторой долей риска можно записывать архивы и исполняемые файлы, потерей которой вы не сильно огорчитесь или которые возможно восстановить из основного хранилища (например, при переносе файлов между компьютерами, дублировании дисков, взятых напрокат и т.д.).
Чистый MODE 2 в живой природе встречается крайне редко, однако с его производными нам приходится сталкиваться буквально на каждом шагу. Это и CD-ROM XA MODE 2 (применяющийся в много-сессионных дисках), и Video CD/Super Video CD, и CD-I, и многое другое.
Формат CD-ROM XA, возникший на фундаменте MODE 2, выгодно отличается от своего предшественника возможностью динамической смены типа трека на всем его протяжении. Часть трека может быть записана в режиме FORM 1, практически идентичном режиму MODE 1, но задействовавшего восемь ранее пустующих байт под нужды специального заголовка, а часть - в FORM 2, - усовершенствованном MODE 2: 2324 байта пользовательских данных, 16 байт основного и 8 байт вспомогательного заголовков плюс 4 байта контрольной суммы для контроля целостности (но не восстановления!) содержимого сектора. Режим FORM 1 предполагалось использовать для критических к разрушению данных (исполняемых файлов, архивов и т. д.), а FORM 2 - для аудио/видеоданных. Увы, этим замыслам было не суждено сбыться и широкого распространения режимы FORM 2 так и не получили. Единственным более или менее популярным форматом, опирающимся на режим XA MODE 2 FORM 2 стал Video CD/Super Video CD, позволяющий записать на обычном 700 Мб диске до 800 Мб информации и 900 Мб на 90-минутном (плюс overburn), что приблизительно на четыре мегабайта меньше чистого MODE 2, но такими потерями можно и пренебречь. Зато, в отличии от чистого MODE 2, формат Video CD/Super Video CD поддерживается операционными системами семейства Windows и Linux.
Рисунок 1. "Табель о рангах" - схема распределения объема лазерного диска по различным структурам. Как видно, на пользовательские данные отводится немногим более половины общего дискового пространства.
Рисунок 2. Поверхность лазерного диска под электронным микроскопом. Видны чередующиеся цепочки углублений - "питов" (от английского pit - ямка, впадина) и возвышенностей - "лендов" (от английского land - равнина, земля). Ленды отражают большую часть падающего на них света лазерного излучателя, а питы в силу своей удаленности от точки фокуса не отражают практически ничего (рисунок взят с сайта фирмы EPOS).
Рисунок 3. "Питы" и "ленды" образуют цепочки с длинной от трех до десяти "питов" ("лендов") каждая. Переход от "пита" к "ленду" (или наоборот) соответствует логической единице, а логический нуль представляется отсутствуем переходов в данном месте. Поскольку диаметр сфокусированного лазерного пятна равен трем "питам", более короткие цепочки уже не распознаются лазером, а ограничение длины цепочек сверху обусловлено степенью точности тактового генератора и равномерности вращения диска. В самом деле, если точность такового генератора составляет порядка 10%, то при измерении 10-питовой цепочки мы получаем погрешность в 1 пит (рисунок взят с сайта фирмы EPOS). Некоторые производители уменьшают длину одного "пита" на 30%, что во столько же раз увеличивает эффективную емкость диска. Возникает вопрос: как же таком случае привод ухитряется определить длину той или иной цепочки? Ведь в отсутствии каких бы то ни было опорных значений, провод вынужден сравнивать длину "питов" со стандартным эталоном, а это значит, что цепочка из N уплотненных "питов" будет интерпретирована как N/2! Дизассемблировав прошивку своего PHILIPS"a, автор выяснил, что привод имеет автоматический регулятор скорости, подбирающий такое значение T, которое соответствовало бы наименьшему количеству ошибок чтения.
Рисунок 4. На CD-R дисках никаких "питов" в прямом смысле этого слова нет, но их заменяет специальный слой прожигаемого красителя, деформирующего отражающий слой и препятствующий отражению лазерного луча в данном месте. Однако, с точки зрения CD-ROM привода, штампованные и CD-R диски выглядят практически одинаково, за тем исключением, что штампованные диски более контрастны (рисунок взят с сайта фирмы EPOS).
Проблемы
Сам по себе MODE 2 никаких сложностей не вызывает. Это стандартный режим, штатно поддерживаемый всеми приводами, носителями и драйверами. Проблема в том, что праматерь ISO9660 и все ее потомство налагают на размер сектора жесткие ограничения, требуя, чтобы он представлял собой степень двойки (т. е. равнялся 512, 1024, 2048, 4096... байтам). Размер пользовательской области данных сектора, записанного в MODE 1, удовлетворяет этому требованию (211 = 2048), а MODE 2 - нет, и в конце сектора остается "хвост" из 288 неиспользуемых байт (211 + 288= 2336).Программы профессионального "прожига" позволяют записывать диск как в XA MODE 2 FORM 1, так и в XA MODE 2 FORM 2, однако это ни на йоту не увеличивает его объема, поскольку хвостовая часть секторов, записанных в FORM 2, вынуждена пустовать, снижая надежность хранения данных и ничего не давая взамен.
Теоретически возможно создать драйвер, транслирующий n MODE 2 секторов в k*n MODE 1 секторов (и такой драйвер действительно был создан настоящим автором), однако, целесообразность его использования весьма сомнительна, поскольку далеко не каждый пользователь согласится устанавливать в свою систему "кустарный" драйвер - ошибки драйверов зачастую обходятся очень дорого (вплоть до потери всех данных на жестком диске), а программисты, как и все люди в этом мире, склонны ошибаться. Так или иначе, от идеи использования драйвера автор отказался, поскольку его тестирование выглядело слишком масштабным проектом.
Немногим лучше обстоят дела и с Video CD/Super Video CD. На первый взгляд кажется: ну какие тут могут быть проблемы? Берем Ahead Nero Burning ROM, в меню диалогового окна "New Compilation" выбираем Video CD и... диск действительно записывается, но только в MPEG1. Формат Super Video CD в свою очередь соответствует MPEG2. Никакого обмана здесь нет, - вы получаете 800/900 Мб настоящего MPEG1/MPEG2, что на 100 Мб превосходит емкость стандартного CD-R.
В тоже время использование DivX (MPEG4) дает значительно больший выигрыш в емкости, сжимая два Video CD в один CD-ROM. Но что нам мешает записать в формате Video CD тот же самый MPEG4 или MP3? Увы, не все так просто! Большинство программ записи (и Ahead Nero Burning ROM в том числе) осуществляют тщательную проверку всего, записываемого на диск и, столкнувшись с MPEG-4, либо насильно перекодируют его в MPEG1/MPEG2, либо вообще отказываются от записи. Мотивация этого такова - Video CD должен соответствовать Стандарту, иначе это не Video CD. Действительно, автономные Video-плееры поддерживают диски строго определенных типов и на декодирование MPEG4 у них не хватит ни ума, ни аппаратной мощности. Персональный компьютер - другое дело. При наличии соответствующих кодеков, он воспроизведет любой мультимедийный формат, независимо от того, каким способом тот будет записан.
Но даже если волшебным образом "отучить" Ahead Nero Burning ROM задавать лишние вопросы и заставить его записывать MPEG4 как Video CD, это ни к чему не приведет, поскольку операционные системы семейства Windows "поддерживают" Video CD диски весьма извращенным образом. "Сырой" видео поток в формате "настоящего" MPEG1/MPEG2 их, видите ли, не устраивает, и они насильно добавляют к нему свой RIFF-заголовок (Resource Interchange File Format - Формат Файла для Обмена Ресурсами), явным образом специфицирующий формат файла. Очевидно, что после таких вмешательств никакой нормальный формат воспроизводиться не будет, и попытка проиграть MPEG4 как MPEG1/MPEG2 навряд ли увенчается успехом.
Тупик? Вовсе нет! Из всякой ситуации существует выход, и не один...
Рисунок 5. Запись Video CD/Super Video CD средствами Ahead Nero Burning ROM. Емкость одного такого диска составляет порядка 800 Мб (900 Мб на 90-минутных CD-R), однако исходные данные должны быть представлены в формате MPEG1/MPEG2.
Pешение
Решение MODE2-проблемы сводится к записи диска не в режиме ISO 9660. Самое простое - оформить каждый файл в виде самостоятельного трека, отказавшись от использования файловой системы вообще. Конечно, штатными средствами операционной системы такой диск читаться не будет, однако, содержимое такого трека без труда может быть "сграблено" на жесткий диск и нормальным образом прочитано оттуда. Единственный минус такого решения заключается в невозможности проиграть записанный файл непосредственно на самом диске, что создает определенные проблемы и нервирует Windows-пользователей, привыкших открывать всякий файл простым щелчком мыши и не согласных выполнять никакие дополнительные действия. Правда, UNIX-сообщество, умело владеющее клавиатурой, командными файлами и скриптами, решает эту задачу без проблем. Действительно, грабеж трека легко автоматизировать (и позже мы покажем как), причем перед началом проигрывания файла вовсе не обязательно дождаться извлечения всего трека целиком - эти операции могут выполняться и параллельно (ведь Windows и UNIX - многозадачные системы!).Как вариант - можно записать диск в формате Video CD. Для этого нам потребуется программа, не слишком педантично относящаяся к требованиям Стандарта и послушно записывающая все, что ей дают. Естественно, если формат записываемых файлов отличен от MPEG1/MPEG2, при попытке их воспроизведения возникнут серьезные проблемы, поскольку операционная система Windows принудительно "наклеивает" на них MPEG1-заголовок, вводящий штатный медиаплейрер в глубокое заблуждение, зачастую граничащее с зависанием. Существует по меньшей мере два выхода из этой ситуации: самое простое (и самое универсальное) оснастить систему специальным DirectShow - фильтром, поддерживающим RIFF/CDXA - разбиение (так же называемое "парсингом" от английского parsing). Примером такого фильтра является XCD DirectShow filter/NSIS installer от Alex"а Noe и DeXT"а, который может быть найдет тут . Другой путь: использовать программное обеспечение, спокойно переносящее "лишний" заголовок и игнорирующее его (например, Freecom Beatman CD/MP3 Player ).
Cеанс практической магии в MODE 2
Среди программ, поддерживающих запись диска в режиме MODE 2, в первую очередь следует выделить утилиту CDRWin, пользующуюся неизменной любовью профессионалов. Это чрезвычайно мощный инструмент, возможности которого ограничены разве что фантазией самого прожигателя. Самую свежую версию программы можно скачать, в частности, отсюда . Так же нам пригодится консольная редакция программы, управляемая из командной строки, которая лежит здесь .Процесс прожига диска мы начнем с подготовки исходного файла. Первым и единственным предъявляемым к нему требованием будет выравнивание его длины до целого количества секторов. Пусть длина файла равна 777.990.272 байтам, тогда, чтобы уложиться в целое число 2336-байтовых секторов, мы должны либо отрезать 1824 байта от конца файла, либо дописать к нему 512 нулей. Аудио/видео-файлы безболезненно переносят как усечение своего тела, так и "мусор" в хвосте. Обе этих операции можно осуществить в любом HEX-редакторе, например HIEW"e . Усечение файлов выполняется очень просто. Открываем файл, запускам стандартный Windows-калькулятор и, перейдя в "Инженерный" режим, переводим десятичную длину файла в ее шестнадцатеричное значение: 777990272 - 1824
Переходим ко второму этапу - созданию cue sheet-файла, содержащего в себе всю информацию о структуре прожигаемого образа. Типичный cue sheet-файл должен выглядеть приблизительно так:
FILE "my_file.dat" BINARY
TRACK 1 MODE2/2336
INDEX 1 00:00:00
Здесь: "my_file.dat" - имя записываемого на диск файла, "TRACK 1" - номер трека, "MODE2/2336" - режим записи, а "INDEX 1" - номер индекса внутри файла. Подробнее о синтаксисе cue sheet-файлов вы можете прочитать в прилагаемой к CDRWin документации.
Вставляем CD-R/CD-RW диск в привод, запускам CDRWin, нажимаем "Load Cuesheet" и указываем путь к только что сформированному cue-файлу. Дождавшись завершения его компиляции нажимаем "Record Disk", предварительно убедившись, что галочка RAW MODE не взведена. Вот, собственно, и все. Несмотря на то, что размер исходного файла намного превышает заявленную емкость диска, процесс прожига протекает без каких-либо проблем.
Рисунок 6. Запись 800/900 Мб диска в режиме MODE 2 средствами CDRWin. Исходные данные могут быть представлены в любом формате, однако, штатными средствами операционной системы такой диск не поддерживается.
Однако попытка просмотра оглавления только что записанного диска штатными средствами операционной системы ни к чему хорошему не приводит и нас пытаются убедить в том, что данный диск пуст. Но ведь это не так! Запускаем CDRWin, выбираем "Extract Disc/Tracks/Sectors" и в окне "Track Selection" видим наш трек TRACK 1 собственной персоной. Хотите его проиграть? Легким движением мыши перемещаем "Extract mode..." в "Select Track", а в "Reading Options" сбрасываем галочку "RAW" (если этого не сделать, содержимое трека будет читаться в сыром режиме, перемежевывая полезные данные вместе с заголовками, что никак не входит в наши планы). Выбираем трек, который мы будем извлекать и, выбрав номинальную скорость чтения, нажимаем на "START" (чтение MODE 2-трека на максимальной скорости зачастую приводит к многочисленным ошибкам).
Рисунок 7. Чтение диска, записанного в MODE 2 средствами CDRWin путем предварительного копирования одного или нескольких треков на винчестер.
Вернув файлу его законное расширение (которое рекомендуется записывать на коробке диска фломастером, т. к. в процессе записи оно необратимо теряется), запускаем "Универсальный Проигрыватель" (или любой другой аудио/видео плеер по вашему вкусу) и расслабляемся в свое удовольствие.
При желании процесс "грабежа" файла можно автоматизировать, воспользовавшись утилитой SNAPSHOT.EXE из пакета консольной версии программы CDRWin. Используя утилиту MAKEISO.EXE, поставляемую вместе с CDRWin, создайте один легальный трек, записанный в формате MODE 1/ISO9660 и содержащий командный файл для автоматического извлечения выбранного пользователем MODE 2-трека. Подробности этого процесса вы найдете в документации на CDRWin. Минимальные навыки программирования вам так же не помешают.
Cеанс практической магии в Video CD
Для записи DivX/MP3 файлов в формате Video CD нам понадобится утилита MODE 2 CD MAKER, бесплатную копию которой можно найти здесь . Если командная строка вызывает у вас уныние (а MODE 2 CD MAKER - это утилита командной строки), воспользуйтесь специальной графической оболочкой, загружаемой отсюда .Интерфейс программы прост и вполне традиционен: вы перетаскиваете мышкой записываемые файлы в большое белое окно (или нажимаете на "Add Files"), внизу которого отображается индикатор-змейка, показывающий использованный объем. По умолчанию программа закладывается на MODE 2 FORM 1 (2048 байт на сектор) и для перехода на MODE 2 FORM 2 (2324 байта на сектор) необходимо кликнуть по кнопке "Set/Unset Form 2".
Другое вредное умолчание - размещать каждый файл в "своем" треке - отключается установкой галочки напротив пункта "Single Track". Дело в том, что на создание одного трека расходуется порядка 700 Кб дискового пространства и раздельная запись большого количества файлов становится попросту невыгодна (правда, диск, записанный в Single track-mode, не поддерживается операционной системой Linux).
Наконец, когда все приготовления завершены, вы нажимаете "Write ISO" и через некоторое время спустя на диске образуется CUE-образ, для прожига которого можно воспользоваться все тем же CDRWin или Alcohol/Clone CD, - но это уже на любителя.
Рисунок 8. Запись 800/900 Мб Video CD диска средствами MODE 2 CD MAKER"a. При наличии установленных RIFF/CDXA - фильтров, такой диск вполне корректно поддерживается операционной системой.
Не забудьте только установить специальный DirectShow фильтр, без которого вы не сможете работать с Video CD диском и в штатном режиме!
Pезерв-6 или дополнительные источники емкости
Хотите верьте, хотите нет, но 800/900 Мб на диск - это далеко не предел! Помимо основного канала данных, в котором, собственно, сырые сектора и хранятся, существуют и каналы подкода, в количестве восьми штук. Один из них используется устройством позиционирования оптической головки, а остальные семь - свободны. В общей сложности мы теряем порядка 64 байт на сектор или ~20 Мб на стандартный 700 Мб диск.К сожалению, непосредственное хранение пользовательских данных в каналах подкода невозможно, поскольку операционные системы семейства Windows отказываются поддерживать такую возможность. Подходящих утилит от сторонних разработчиков так же не наблюдается. Однако, в каналы подкода нетрудно спрятать конфиденциальную информацию, предназначенную не для чужих глаз.
Используя Clone CD или любой другой копировщик дисков аналогичного назначения, снимете образ прожигаемого диска, предварительно разместив его на CD-RW. По окончании операции на жестком диске образуются три файла: IMAGE.CCD, хранящий оглавление диска (содержимое TOC"a); IMAGE.IMG, хранящий содержимое основного канала данных и IMAGE.SUB с субканальными данными внутри. Откройте последний файл в каком-нибудь HEX-редактором (например, HIEW). Первые 12 байт принадлежат каналу P, предназначенному для быстрого поиска пауз, его мы трогать не будем (хотя подавляющее большинство современных приводов P-канал попросту игнорируют). Следующие 12 байт заняты служебной информацией Q-канала, содержащим данные разметки. Модифицировать его ни в коем случае нельзя, в противном случае один или несколько секторов перестанут читаться. Байты с 24 по 96 принадлежат незадействованным каналам подкода и могут быть использованы по нашему усмотрению. За ними вновь идут 12 байт P/Q каналов и 72 байта пустых субканальных данных и т.д. - чередуясь в указанном порядке вплоть до конца файла.
Нажав
Внимание! Не все приводы поддерживают чтение/запись "сырых" субканальных данных. Убедитесь, что в "Параметрах профиля" Clone CD стоит "чтение субканалов из треков с данными" и галочка "не восстанавливать субканальные данные" сброшена. В противном случае, у вас ничего не получится.
Рисунок 9. Использование пустующих каналов подкода для сокрытия от посторонних глаз конфиденциальной информации.
Наконец, дополнительные 13,5 Мб можно получить за счет выводной области диска, закрывать которую в общем-то и необязательно. Диски с отсутствующей выводной областью вполне успешно читаются подавляющим большинством современных приводов и риск встречи с "неправильным" приводом - минимален. Просто сбросьте галочку "всегда закрывать последнюю сессию" в используемой вами программе прожига.
Но и это еще не все! Недостатки стандартной EFM-кодировки - очевидны (и об этом уже говорилось выше), однако навязать приводу более совершенные способы модуляции - невозможно. Пока - невозможно, но в обозримом будущем ситуация может радикально измениться. Уже появились рекордеры, позволяющие "вручную" формировать объединяющие биты (что значительно упрощает копирование защищенных дисков), однако, все еще отсутствуют приводы, позволяющие читать объединяющие биты с интерфейсного уровня иерархии управления. Тем не менее, практически любой существующий CD-ROM/CD-RW привод поддается соответствующей доработке - достаточно лишь слегка модернизировать его микропрограммную прошивку. Экспериментируя со своим скоропостижно умершим PHILIPS"ом - модель CD-RW 2400 ("полетел" автоматический регулятор скоростей, в результате чего привод всегда работает на скорости 42х, безошибочно читая только высококачественные диски), автор увеличил физическую плотность хранения информации на 12%, и это - практически без снижения надежности. Благодаря чему эффективная емкость 700 Мб диска возросла до одного гигабайта! А это, согласитесь, уже кое-что.
Главным (и единственным) минусом такого способа записи является его несовместимость со стандартным оборудованием и как следствие - полная непереносимость. Тем не менее, предложенная технология выглядит вполне перспективной и многообещающей...
Приложение: тестирование дисков на надежность
Использование режима MODE 2 предъявляет достаточно жесткие требования как качеству самих носителей, так и технологическому совершенству пишущего и читающего приводов. В противном случае, риск необратимой потери данных становится слишком велик, а сам режим MODE 2 - нецелесообразен.Тестировать только что записанные болванки - бессмысленно. Во-первых, нам необходимо знать характер нарастания количества разрушений с течением времени, а, во вторых, - набрать определенную статистику надежности по нескольким партиям одних и тех же носителей.
Для получения достоверных результатов совершенно необязательно исследовать диски, записанные в MODE 2. Ведь с физической точки зрения режимы MODE 1 и MODE 2 - совершенно идентичны друг другу, и все, что нам необходимо знать: достаточно ли восстанавливающей способности CIRC-кодов или нет. Используя утилиту Ahead Nero CD Speed или любую другую аналогичную ей, протестируйте свою коллекцию CD-R/CD-RW дисков на предмет выявления разрушений. Квадратики, закрашенные зеленым цветом, означают хорошие (good) сектора, ошибки чтения которых восстанавливаются еще на уровне CIRC-декодера. Квадратики, закрашенные желтым, символизируют частично разрушенные (damaged) сектора, восстановимые на уровне MODE 1. На CIRC-уровне такие ошибки уже неустранимы и диск, содержащий большое количество damaged-секторов, для записи в режиме MODE 2 категорически непригоден. Красные квадратики указывают на полностью разрушенные (unreadable) сектора, не восстановимые ни на каком уровне. Присутствие даже одного-единственного unreadable сектора сигнализирует о ненормальности ситуации и требует перехода на более качественные болванки или же указывает на неисправность читающего/пишущего приводов (наличие разрушений в конце диска вполне допустимо, поскольку здесь располагается 150 секторов области пост-зазора, не содержащей никаких данных).
Рисунок 10. Болванка от Verbatim (слева), прожженная на TEAC 552E, демонстрирует высочайшее качество записи, идеально подходя для режима MODE 2. Болванка от безымянного производителя (справа), прожженная на том же самом приводе, обнаруживает большое количество разрушенных секторов и для записи в MODE 2 непригодна.
Для чего все это нужно . Копеечная стоимость "болванок" практически полностью обесценивает достоинства режима MODE 2. Исходя из средней цены диска в 15 рублей, сотня дополнительных мегабайт экономит нам немногим более рубля пятьдесят, многократно снижая надежность хранения данных, которая на дешевых болванках и без того невелика. Даже при записи 100 Гб данных, мы выигрываем порядка 20 дисков или немногим менее 300 рублей. Стоит ли овчинка выделки?
Все зависит от того, что записывать. В частности, при перекодировке DVD на CD-R неизбежно снижается качество изображения, а записывать фильм на два CD-R диска - слишком накладно. Сотня дополнительных мегабайт в такой ситуации оказывается как нельзя кстати. С другой стороны, при выборе коэффициента сжатия никогда невозможно заранее рассчитать точную длину перекодированного файла, и как бывает обидно, когда таким трудом сформированный файл превышает объем CD-R диска на какие-то жалкие 30-50 мегабайт! Приходится, скрепя сердце, удалять файл с диска и повторять всю процедуру сжатия вновь, а это - от трех до двенадцати часов в зависимости от скорости вашего процессора. Стоит ли говорить, что запись такого файла в режиме MODE 2 позволяет сэкономить не сколько деньги, сколько время.
Заключение
Лазерный диск - отнюдь не такая простая штука, какой кажется на первый взгляд и тонкая структура спиральной дорожки хранит в себе немало тайн и загадок, лишь малую часть из которых удалось рассмотреть в настоящей статье. Не бойтесь пересечь границу устоявшихся догм и мнений, экспериментируйте! Комбинируйте всевозможные режимы записи и наслаждайтесь не тривиальностью полученных результатов. Быть может, кто-то из читателей впоследствии решит связать с оптическими носителями не только свою профессиональную карьеру, но жизнь...Основным примером работы полупроводниковых лазеров является магнитно-оптический накопитель (МО).
МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.
В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.
В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается.
Такой способ в отличие от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничеваниие участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничевания очень низкая, в отличие от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.
Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранение резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.
Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.
Основные перспективы развития МО дисков связанны прежде всего с увеличением скорости записи данных. Медленная скорость определяется в первую очередь двухпроходным алгоритмом записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы, из-за того, что магнитное поле, задающие направление поляризации конкретных точек на диске, не может изменять свое направление достаточно быстро.
Наиболее реальная альтернатива двухпроходной записи - это технология, основанная на изменение фазового состояния. Такая система уже реализована некоторыми фирмами производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями и модуляциями магнитного поля и мощности излучения лазера.
Технология основанная на изменении фазового состояния, основана на способности вещества переходить из кристаллического состояния в аморфное. Достаточно осветить некоторую точку на поверхности диска лучом лазера определенной мощности, как вещество в этой точке перейдет в аморфное состояние. При этом изменяется отражающая способность диска в этой точке. Запись информации происходит значительно быстрее, но при этом процессе деформируется поверхность диска, что ограничивает число циклов перезаписи.
Технология основанная на полимерных красителях, также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается двумя слоями полимеров, каждый из которых чувствителен к свету определенной частоты. Для записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний слой разбухает и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства поверхности диска. Для стирания используется другая частота, на которую реагирует только верхний слой полимера, при реакции выпуклость сглаживается. Этот метод, как и предыдущий, имеет ограниченное число циклов записи, так как при записи происходит деформация поверхности.
В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля на противоположную всего за несколько наносекунд. Это позволит изменять магнитное поле синхронно с поступлением данных на запись. Существует также технология, построенная на модуляции излучения лазера. В этой технологии дисковод работает в трех режимах - режим чтения с низкой интенсивностью, режим записи со средней интенсивностью и режим записи с высокой интенсивностью. Модуляция интенсивности лазерного луча требует более сложной структуры диска, и дополнения механизма дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет два рабочих слоя - инициализирующий и записывающий. Инициализирующий слой сделан из такого материала, что инициализирующий магнит может изменять его полярность без дополнительного воздействия лазера. В процессе записи инициализирующий слой записывается нулями, а при воздействии лазерного луча средней интенсивности записывающий слой намагничивается инициализирующим, при воздействии луча высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии с полярностью магнита смещения. Таким образом, запись данных может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.
Безусловно, МО диски перспективные и бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не только от технологии записи на них, но и от прогресса в области других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски, возможно, займут доминирующие роли.
Внешняя память
Оптические диски
Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.
Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, начинающуюся от центра диска и содержащую чередующиеся участки впадин и выступов с различной отражающей способностью.
При считывании информации с оптических дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность оптического диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы.
В процессе записи информации на оптические диски применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера.
Существует два типа оптических дисков:
CD-диски (CD - Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации; DVD-диски (DVD - Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную емкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно.
DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию.
Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.В настоящее время (2006 год) на рынок поступили оптические диски (HP DVD и Blu-Ray), информационная емкость которых в 3-5 раз превосходит информационную емкость DVD-дисков за счет использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.
Накопители оптических дисков делятся на три вида:
- Без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM
(ROM - Read Only Memory, память только для чтения).
На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.- С однократной записью и многократным чтением -
CD-R и DVD±R (R - recordable, записываемый).
На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз. Данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, который разрушает органический краситель записывающего слоя и меняет его отражательные свойства. Управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как логические 0 и 1.- С возможностью перезаписи - CD-RW и DVD±RW
(RW - Rewritable, перезаписываемый).На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.
Записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния, которые характеризуются различной степенью прозрачности. При записи (стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из таких состояний.
При чтении луч лазера имеет меньшую мощность и не изменяет состояние записывающего слоя, а чередующиеся участки с различной прозрачностью интерпретируются как логические 0 и 1.Основные характеристики оптических дисководов:
емкость диска (CD - до 700 Мбайт, DVD - до 17 Гбайт) скорость передачи данных от носителя в оперативную память - измеряется в долях, кратных скорости
150 Кбайт/сек для CD-дисководов (Такая скорость считывания информации была у первых CD-дисководов) и
1,3 Мбайт/сек для DVD-дисководов (Такая скорость считывания информации была у первых DVD-дисководов)
В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы - до 7,8 Мбайт/сек.
Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х кратной).
Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения Х скорость записи CD-R Х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»время доступа - время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80-400мс). При соблюдении правил хранения (хранения в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.
Дополнительная информация о структуре дисков
Диск, созданный промышленным способом, состоит из трех слоев. На основу диска, созданного из прозрачного пластика методом штамповки наносится информационный узор. Для штамповки существует специальная матрица-прототип будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности. Далее на основу напыляется отражающий металлический слой, а затем сверху еще и защитный слой из тонкой пленки или специального лака. На этот слой часто наносятся различные рисунки и надписи. Информация считывается с рабочей стороны диска через прозрачную основу.
Записываемые и перезаписываемые компакт-диски имеют дополнительно еще один слой. У таких дисков основа не имеет информационного узора, но между основой и отражающим слоем расположен регистрирующий слой, который может менять под воздействием высокой температуры.При записи лазер разогревает заданные участки регистрирующего слоя, создавая информационный узор.
DVD-диск может иметь два регистрирующих слоя. Если один из них выполняется по стандартной технологии, то другой - полупрозрачный, наносится ниже первого и имеет прозрачность около 40%. Для считывания двухслойных дисков применяются сложные оптические головки с переменным фокусным расстоянием. Луч лазера, проходя через полупрозрачный слой, сначала фокусируется на внутреннем информационном слое, а по завершении его чтения перефокусируется на внешний слой.
Прошло довольно много времени с момента создания первого диска с оптическим способом чтения информации. Такие диски стали называть компакт-дисками (compact disk), или просто CD. Первоначально CD разрабатывались для звуковых записей, но они оказались очень удобными для хранения и распространения довольно значительных объёмов любой информации.
Стоимость хранения мегабайта информации на компакт-диске не превышает сотых долей цента. Поэтому сейчас практически не выпускается компьютеров без CD-привода. Как следствие массового применения, и сами диски и дисководы для них в настоящее время продолжают дешеветь.
Лазерные диски CD-ROM Как расшифровывается ROM? Read Only Memory, только чтение. Информация на такие диски записывается во время изготовления, на заводе. Запись на них новой информации невозможна. Информация на диске записана в виде «питов» (pit – ямка, углубление).
Питы расположены вдоль воображаемой спирали, идущей от центра диска к краю. При чтении лазерный диск, установленный в дисковод, вращается с большой скоростью. Луч миниатюрного лазера, находящегося в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как луч то попадает в ямку, то нет, интенсивность отраженного луча "мигает". Эти световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы.
Лазерные диски с возможностью записи Существенным недостатком компакт-дисков долгое время было то, что такие диски можно было только читать. Этот недостаток был успешно преодолен: были разработаны диски CD-R, на которые можно записать информацию, но только один раз (R - Recordable, записываемый). И диски CD-RW, на которые информацию можно записывать многократно (RW - ReWritable, перезаписывамый).
Для записи и перезаписи таких дисков используются специальные дисководы с достаточно мощным лазером, способным "прожигать" информацию на диске. По своему устройству диск CD-R (заготовка для записи), также как и его «штампованный» собрат, напоминает слоёный пирог. Основное отличие - активный (регистрирующий) слой.
Для основы CD-R применяется тот же поликарбонат, который используется и при изготовлении CD-ROM. Но вот рельеф основы намного сложнее, чем у штампованного диска (CD-ROM). При изготовлении основа CD-R диска получает разметку – сплошную спиральную канавку.
Для хранения информации в носителях CD-R используется «запоминающий» слой из органического полимера, «темнеющий» при нагревании лазерным лучом, а в дисках CD- RW изменяющий фазовое состояние (из кристаллического в аморфное и наоборот) при разогреве лазером и быстром охлаждении.
Все больше, все быстрее Информационная емкость CD-ROM мегабайт, а скорость считывания зависит от скорости вращения диска в дисководе. Первые CD-ROM-накопители считвали информацию со скоростью 150 Кбайт/с. Дисководы непрерывно совершенствуются, скорость считывания растет. В современных дисководах скорость считывания (и записи, если это записывающий дисковод) можно установить в условных единицах, равных той самой "первой" скорости: 4x, 8x,... 52x,...
Для чтения и записи могут быть разные скорости. Например, маркировка CD-RW- дисковода "48х/24х/52x" означает, что максимальная скорость для записи CD-R- дисков - 48-кратная; для CD-RW-дисков кратная; чтение - на 52-кратной скорости.
Относительно недавно началось широкое распространение дисков DVD (Digital Video Disk, цифровой видеодиск). В настоящее время существует целый ряд разновидностей DVD: среди них есть и "штампованные", и записываемые один раз, и перезаписываемые. Оптические дорожки на них размещены более плотно, запись может быть с двух сторон, причем в два слоя на каждой стороне.
Поэтому их емкость намного больше, чем у CD (4,7 - 9,4 Гбайт). Скорость считывания первого поколения DVD-накопителей была примерно 1,3 Мбайт/с. На следующих моделях скорость тоже можно устанавливать кратно "первой" скорости. Например, скорость 16x - это примерно 21 Мбайт/с. Таким образом, самый простенький и дешевый дисковод может только считывать информацию с CD-ROM, а самый современный и "крутой" - считывать и записывать CD и DVD.
