link140 link141 link142 link143 link144 link145 link146 link147 link148 link149 link150 link151 link152 link153 link154 link155 link156 link157 link158 link159 link160 link161 link162 link163 link164 link165 link166 link167 link168 link169 link170 link171 link172 link173 link174 link175 link176 link177 link178 link179 link180 link181 link182 link183 link184 link185 link186 link187 link188 link189 link190 link191 link192 link193 link194 link195 link196 link197 link198 link199 link200 link201 link202 link203 link204 link205 link206 link207 link208 link209 link210 link211 link212 link213 link214 link215 link216 link217 link218 link219 link220 link221 link222 link223 link224 link225 link226 link227 link228 link229 link230 link231 link232 link233 link234 link235 link236 link237 link238 link239 link240 link241 link242 link243 link244 link245 link246 link247 link248 link249 link250 link251 link252 link253 link254 link255 link256 link257 link258 link259 link260 link261 link262 link263 link264 link265 link266 link267 link268 link269 link270 link271 link272 link273 link274 link275 link276 link277 link278 link279

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Устройства оптического хранения данных

Устройства оптического хранения данных

CD-ROM XA

Стандарт CD-ROM XA впервые был опубликован компаниями Philips, Sony и Microsoft в 1989 году и рассматривался в качестве дополнения к стандарту Yellow Book. Он переносит некоторые возможности, ранее определенные стандартом Green Book (CD-i), в стандарт Yellow Book (CD-ROM). В целом стандарт Yellow Book был дополнен тремя основными функциями. Первой из них является расширенное определение секторов Mode 2, получившее название формы; вторая представляет собой чередование (или смешивание) звуковых и видео данных; третья — это стандарт сжатия звуковых данных ADPCM. Последняя редакция стандарта CD-ROM XA была опубликована в мае 1991 года.

Чередование фрагментов

Накопители CD-ROM XA используют метод, называемый чередованием (interleaving). На дисках, записанных в соответствии со стандартом XA, перемежаются фрагменты, содержащие разную по своей природе информацию. При этом в начале каждого фрагмента записывается специальный код, по которому накопитель может определить, с каким видом данных ему предстоит иметь дело на данном участке дорожки — со звуком, текстовой информацией или графическим изображением. Изображения могут быть неподвижными, анимационными или полноценными видеофрагментами. Порядок следования фрагментов может быть совершенно произвольным. Например, на участке дорожки сначала может быть записан видеокадр, после — сегмент со звуковым сопровождением, затем — следующий кадр и т.д. Эти фрагменты в накопителе считываются последовательно, запоминаются в буферной памяти, а затем пересылаются в компьютер, где и происходит их окончательная взаимная синхронизация.

В результате, хотя данные считываются не одновременно (фрагментами), их “выдача” потребителю происходит синхронно, как было предусмотрено создателями конкретного компакт-диска.

Режимы и формы секторов

Режим 1 (Mode 1) является форматом сектора стандарта Yellow Book, содержащего коды ЕСС и EDC, которые обеспечивают безошибочную работу системы. Структура сектора в режиме 1 приведена в таблицах.

В оригинальном стандарте Yellow Book режим 2 (Mode 2) был определен как сектор, не содержащий кодов ЕСС или EDC. К сожалению, режим 1 (включающий ЕСС и EDC) не может чередоваться с режимом 2 на одном музыкальном или информационном компакт-диске. Для согласования данных разных типов на одной дорожке в стандарт Green Book (CD-i) были введены дополнительные подгруппы форматов сектора, которые впоследствии вошли в расширения CD-ROM XA. Это позволило чередовать или “смешивать” на одном диске информацию, не допускающую каких-либо ошибок (например, выполняемые программы или служебные данные), с информацией, допускающей некоторые ошибки (например, звуковые или видеоданные). Существует два варианта записи секторов в режиме 2 (Mode 2) — в форме 1 (Form 1) и форме 2 (Form 2). Структура сектора в режиме 2 и формах 1 и 2 приведены в следующих таблицах.

В режиме 2 в обеих формах добавлены поля подзаголовков, которые идентифицируют тип информации (например, аудио или видео). В форме 2 отсутствует код коррекции ошибок, поэтому увеличивается размер данных по сравнению с формой 1. Сектор этого типа используется для хранения звуковых или видеоданных, при обработке которых возможны ошибки.

Удаление кода коррекции ошибок в режиме 2, форме 2 (например, компакт-диск с видео в формате MPEG) приводит к тому, что увеличивается размер полезных данных и в результате повышается скорость их передачи — до 174,3 Кбайт/с вместо стандартных 153,6 Кбайт/с. Обратите внимание, что секторы в режиме 2, форме 2 никогда не используются для хранения данных или программных файлов, так как информация этого типа не допускает каких-либо ошибок. Более приемлемым вариантом является использование секторов в режиме 2, форме 1.

Звуковые фрагменты для воспроизведения в полностью XA-совместимом устройстве (в форме 2) должны быть записаны по методу адаптивной дифференциальной импульснокодовой модуляции (ADPCM). Это означает, что в накопителе или контроллере SCSI должен быть установлен специализированный процессор для обработки звуковых сигналов.

В связи с этим большинство современных накопителей CD-ROM оказываются лишь частично XA-совместимыми. В них можно считывать смежные фрагменты данных разных типов и диски с многократной записью, но, как правило, в накопителях или контроллерах не устанавливаются звуковые процессоры системы ADPCM.

ISO 9660

Стандарт ISO 9660 обеспечивает полную совместимость различных компьютеров и операционных систем. Этот стандарт, созданный на основе формата High Sierra, опубликован в 1988 году.

Хотя ISO 9660 несколько отличается от исходного стандарта High Sierra, драйверы, читающие компакт-диски ISO 9660, без проблем читают и диски формата High Sierra. Стандарт ISO 9660 имеет три уровня обмена, которые определяют параметры, обеспечивающие совместимость с различными системами.

Уровень 1 стандарта ISO 9660 представляет собой объединяющий формат файловых систем CD, совместимый практически со всеми компьютерными платформами, включая UNIX и Macintosh. Основным недостатком этой файловой системы является наличие следующих ограничений, относящихся к структуре каталогов и именам файлов:

  • имена файлов могут содержать только прописные буквы A–Z, цифры 0–9 и символ подчеркивания (_);
  • максимальное количество символов имени и расширения файлов — 8.3 (на основе ограничений DOS);
  • максимальная длина имени каталога составляет восемь символов (расширения не допускаются);
  • допускается не более восьми уровней подкаталогов;
  • файлы должны быть непрерывными.

Правила обмена уровня 2 имеют те же ограничения, что и правила уровня 1, и отличаются тем, что допустимая длина имени и расширения файла может достигать 30 символов (общее количество знаков без учета разделителя “.”). В свою очередь, правила обмена уровня 3 почти не отличаются от правил уровня 2, за исключением того, что файлы не обязательно должны быть непрерывными.

Учтите, что Windows 95 и более поздние версии системы поддерживают имена файлов и каталогов длиной до 255 символов, включающие в себя пробелы, строчные буквы и множество других символов, не разрешенных в ISO 9660. Для обеспечения обратной совместимости с MS-DOS в операционных системах, начиная с Windows 95, каждому файлу с длинным именем присваивается короткое имя длиной 8.3 символа в качестве псевдонима. Короткие имена псевдонимов автоматически создаются операционной системой и могут просматриваться в свойствах файлов или с помощью команды DIR в режиме командной строки. При создании псевдонима Windows укорачивает имя файла до шести (или менее) знаков, за которыми следуют тильда (~) и номер, начинающийся с 1, а расширение файла усекается до трех знаков. В том случае, если псевдоним, образовавшийся при усечении имени файла, совпадает с уже существующим, в первой его части используется другой номер. Например, из имени файла This is a.test будет образован псевдоним THISIS~1.TES.

Создание псевдонима файлового имени не зависит от накопителя компакт-дисков, но следует знать о том, что при создании диска формата ISO 9660, использующего первый уровень ограничений, непосредственно во время записи файлов на диск используются псевдонимы коротких имен. Это означает, что в процессе записи длинные файловые имена будут потеряны. Более того, видоизменятся даже псевдонимы, так как ограничения первого уровня стандарта ISO 9660 не допускают использования тильды в имени файла. В файловых именах, записанных на компакт-диск, этот знак будет преобразован в символ подчеркивания.

Данные ISO 9660 начинаются с 16-го сектора диска, который также называется 16-м логическим сектором первой дорожки. В многосессионном диске данные ISO 9660 размещены на первой информационной дорожке каждой сессии, содержащей дорожки CD-ROM. В этой же системной области располагается информация об области данных (область, которая содержит сами данные). Кроме того, в системной области содержится информация о каталогах данных с указателями или адресами различных областей (см. рисунок ниже).

Разница между структурой каталогов на компакт-диске и структурой, используемой в DOS, состоит в том, что в системной области содержатся адреса файлов с подкаталогами, а это позволяет накопителю перейти к определенному месту на спиральной дорожке данных. Все данные компакт-диска располагаются на одной длинной спиральной дорожке, поэтому, когда речь идет о дорожках, фактически имеются в виду секторы или сегменты данных, находящиеся на этой спирали.

В самых общих чертах структура данных в формате ISO 9660 подобна структуре данных на гибких дисках. Напомним, что на дискетах есть системная область, в которой не только указываются параметры самого диска (его плотность и операционная система), но и записываются сведения о том, как на диске организованы данные, т.е. структура каталогов и расположение файлов.

Быстродействие накопителей на компакт-дисках

При поиске определенного сектора данных или музыкальной дорожки на диске накопитель находит адрес данных в таблице содержимого, которая записана на нулевой дорожке компакт-диска, после чего лазерный луч перемещается к нужному витку спирали и ожидает необходимой последовательности битов.

Компакт-диски первоначально разрабатывались для записи звуковых файлов, поэтому скорость считывания данных накопителем должна быть постоянной. Для обеспечения постоянной скорости считывания данные на дисках CD-ROM записываются с использованием метода, получившего название запись с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity — CLV). Это означает, что дорожка (а значит, и данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещается с одной и той же скоростью, равной 1,3 м/с (метров в секунду). Дорожка представляет собой спираль, витки которой по мере приближения к центру диска располагаются более компактно. Поэтому для обеспечения постоянной линейной скорости необходимо сделать так, чтобы скорость вращения диска изменялась по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращаться быстрее, а при считывании информации с внешней — медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х равна 1,3 м/с) изменяется от 540 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 212 об/мин при чтении дорожки на внешней части диска.

Одним из способов повышения эффективности CD-ROM стало увеличение скорости дисководов, т.е. повышение частоты вращения. Дисководы, скорость вращения которых стала вдвое или вчетверо выше первоначальной, получили название накопители 2х и 4х. Последним устройством, созданным по этой технологии, стал дисковод 12х, скорость вращения диска в котором изменялась в пределах от 2568 до 5959 об/мин, что позволяло поддерживать постоянную скорость передачи данных. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего быстро изменять скорость при считывании данных с различных частей диска. Именно поэтому большинство дисководов со скоростью выше 12x имеют постоянную скорость вращения (при этом линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается постоянной, этот метод получил название запись с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity — CAV).

Дисководы CAV, как правило, работают тише, чем приводы CLV. Это связано с тем, что двигателю не приходится постоянно увеличивать и уменьшать частоту вращения. Дисководы (в основном перезаписывающие), сочетающие технологии CLV и CAV, получили название PartialCAV или PCAV (частично постоянная угловая скорость). Например, большинство перезаписываемых дисководов при записи диска работают в режиме CLV, а при считывании данных — в режиме CAV.

Скорости дисководов CD-ROM могут быть самыми разными — от 1х до 52х и выше. В не перезаписываемых накопителях, скорость которых не более 12х, как правило, используется технология CLV; большинство накопителей со скоростью 16x и выше являются устройствами CAV. При использовании накопителей CAV скорость перемещения данных по отношению к считывающему устройству изменяется в зависимости от физического расположения данных на компакт-диске (например, внутренняя или внешняя часть дорожки). Это также означает, что накопители CAV считывают данные, находящиеся на внешней части диска, быстрее данных, расположенных ближе к центру. Этим воспользовались производители, введя пользователей в заблуждение при первом появлении накопителей нового типа. Например, накопитель 12x CLV считывает данные со скоростью 1,84 Мбайт/с, причем эта скорость не зависит от расположения данных. Накопитель 16x CAV, в свою очередь, считывает данные, расположенные на внешней части диска, со скоростью 16x (2,46 Мбайт/с). Следует заметить, что скорость считывания данных с внутренней части диска гораздо ниже и достигает лишь 6,9x (1,06 Мбайт/с). Таким образом, средняя скорость чтения данных накопителя 16x составляет 11,5x, или примерно 1,76 Мбайт/с. При этом среднее значение скорости даже несколько преувеличено, так как диски начинают читаться с внутренней части (т.е. более медленной), поле чего переходят к внешней. Полученное значение относится к считыванию полного объема диска, а фактическая средняя скорость чтения данных значительно ниже.

Все это означает, что дисководы 12x CLV могут быть гораздо быстрее, чем накопители 16x или даже 20x! Не забывайте, что объявленная скорость накопителей CAV является не более чем максимальной скоростью передачи данных, которая достигается при считывании данных, расположенных на внешней части диска.

Вибрации, возникающие при чтении дисков, могут привести к снижению скоростей быстродействующих накопителей до уровня, обеспечивающего их минимально допустимую надежность. Часто причиной разбалансировки CD-ROM становится маленькая бумажная этикетка с серийным номером, наклеенная на поверхность компакт-диска. Поэтому во многие высокоскоростные накопители CD и DVD встраиваются механизмы автобалансировки или амортизации, позволяющие решать подобные проблемы. Единственный недостаток таких механизмов состоит в том, что при возникновении вибрации они замедляют вращение диска, снижая тем самым скорость передачи данных.

Большинство современных дисков CD и DVD используют зональную CLV или частичную CAV. Это позволяет повысить среднюю производительность при сохранении управления скоростью вращения.


Примечание!

В конце 1990-х годов компания Zen Research разработала технологию, получившую название TrueX, которая позволяла за счет использования нескольких лазерных лучей достигать постоянно высокой скорости передачи данных при низких скоростях вращения диска. К сожалению, накопители TrueX, изготовлением которых занимались Kenwood и другие компании, не имели обещанных рабочих характеристик и отличались низкой надежностью. В середине 2002 года компания Zen Research прекратила свое существование, поэтому накопители TrueX больше не выпускаются.

Интерфейс ATA/ATAPI

Это расширение интерфейса ATA, к которому обычно подключаются жесткие диски. Строго говоря, ATAPI — это стандартный программный расширенный интерфейс ATA для накопителей CD/DVD и других устройств, преобразующий команды SCSI/ASPI в стандарт ATA. С его помощью можно быстро приспособить новые высококачественные модели накопителей к работе с интерфейсом IDE, а также сохранить совместимость ATA-накопителей с DOS посредством программного интерфейса. В Windows 9х и более новых версиях программное обеспечение для CD-ROM содержится в драйвере CDFS (CD File System) VxD.

Накопители ATA/ATAPI иногда называют расширенными IDE-накопителями (Enhanced IDE), поскольку в техническом аспекте они являются усовершенствованной версией стандартного интерфейса IDE. В большинстве случаев накопители IDE/ATA CD или DVD подключаются ко второму каналу IDE (или интерфейсному кабелю), а первый используется для жестких дисков. Так делается потому, что в IDE плохо организовано совместное использование общего канала, поэтому жесткий диск должен находиться в состоянии ожидания, пока накопитель CD-ROM не выполнит переданную ему команду. В интерфейсе SCSI такой проблемы не существует, поскольку команды могут одновременно передаваться на разные устройства.

Если ваш компьютер не поддерживает интерфейс SATA, ATA станет самым экономным и эффективным решением при подключении приводов компакт-дисков и DVD.

Почти все современные компьютеры способны использовать устройство ATA/ATAPI CD/DVD в качестве загрузочного, что позволяет поставщикам готовых систем предоставлять пользователям компакт-диски, возвращающие компьютерную систему после сбоя в ее исходное состояние. Ниже будет показано, чем загрузочные компакт-диски отличаются от обычных и как с помощью недорогого программного обеспечения и привода CD-R/RW создать собственный загрузочный диск с нужной конфигурацией.



‘‘Щелевой’’ механизм

В некоторых накопителях используется “щелевой” механизм подачи диска, подобный тому, который применяется в автомобильных проигрывателях. Это очень удобно — вы чутьчуть вставляете диск в “щель”, а механизм загрузки автоматически втягивает его внутрь накопителя. Некоторые накопители позволяют загрузить таким образом несколько дисков, среди которых в дальнейшем можно выбрать необходимый.

Основной недостаток данного механизма загрузки состоит в том, что, если диск застрянет, извлечь его будет довольно сложно. Кроме того, отсутствует возможность использовать диски нестандартных формфакторов и форм (в том числе диски диаметром 80 мм и типа DualDisc).

Подкатегории