Буфер

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Записывающие накопители на компакт-дисках

Опустошение буфера

Независимо от того, в каком режиме (Disk At Once или Track At Once) происходит прожиг диска, данные записываются на спиральную дорожку носителя CD-R/RW, образуя определенный рисунок на ее поверхности. Накопитель, в отличие от жесткого диска, не может определить, в каком месте начинается и заканчивается запись, поэтому процесс записи данных продолжается до конца диска или дорожки. В противном случае может произойти повреждение записи (и диска, если это CD-R). Это означает, что программное обеспечение, используемое для записи компакт-дисков, а также аппаратные компоненты должны обеспечить непрерывный поток данных, идущий к накопителю во время записи диска. Для этого записывающее программное обеспечение использует буфер, который создается на жестком диске для временного хранения данных, посылаемых в накопитель.

Производители приводов CD-RW встраивают в них довольно большой буфер (до 8 Мбайт), а программы обычно предупреждают пользователей об опасности работы с другими программами во время записи диска. Однако, несмотря на все это, опустошение буфера случается довольно часто.

Защита от опустошения буфера

Компания Sanyo первой разработала технологию BURN-Proof, которая позволила раз и навсегда покончить с недогрузкой буфера. Несмотря на то что название этой технологии ассоциируется у многих пользователей с защитой от “выжигания” (т.е. записи) диска (изза слова “burn”), на самом деле она расшифровывается как “защита от опустошения буфера” (Buffer UnderRuN Proof). Практические испытания доказали ее высокую эффективность и надежность. Другими производителями были разработаны аналогичные технологии, к числу которых относятся JustLink от Ricoh, Superlink от Mediatek и т.д. Уже несколько лет все выпускаемые устройства CD-RW, DVD-ROM/CD-RW и перезаписывающие DVD оснащаются каким-либо механизмом защиты от опустошения буфера. Технология защиты от опустошения буфера реализована с помощью специального набора микросхем, посредством которого осуществляется текущий контроль буфера накопителя. При возникновении опасности недогрузки буфера операция записи приостанавливается до тех пор, пока данные не заполнят буфер. После наполнения буфера накопитель определяет место, где была прервана запись, и возобновляет ее непосредственно c той же позиции.

В соответствии с требованиями спецификации Orange Book промежуток между данными, записанными на компакт-диске, не должен превышать 100 мс (миллисекунд). При использовании технологии защиты от недогрузки промежуток между возобновленными записями не превышает 40–45 мс, что соответствует указанным требованиям. Эти промежутки легко компенсируются кодом коррекции ошибок, встраиваемым в запись, поэтому потери данных не происходит.

Следует заметить, что данная технология должна поддерживаться не только накопителем, но и используемым программным обеспечением. К счастью, все наиболее распространенные современные программы записи компакт-дисков поддерживают эту технологию.

Накопитель, включающий в себя защиту от опустошения буфера, позволяет во время записи диска работать с любой программой, не опасаясь повредить записываемые данные.

Проблемы с прожигом оптических дисков CD и DVD также могут быть вызваны недостаточным энергоснабжением устройства и сбоями в работе лазера. Если проблема опустошения буфера или создания нечитабельных записей возникает в устройствах, выпущенных в последние годы, следует проверить, с какими типами носителей она связана: с CD, с DVD или с обоими. Если проблема связана с записью только на один тип носителей, значит, один из лазеров вышел из строя, и устройство следует заменить. Если проблема возникает при работе с любыми носителями, вполне вероятно, что она вызвана источником питания. Мне приходилось оказываться в ситуациях, когда система при всех прочих обстоятельствах работала нормально, а при записи компакт-дисков вызывала различного рода проблемы. После замены источника питания более совершенным и мощным все эти проблемы были устранены. Позволю себе напомнить еще раз: источник питания является основой компьютера, и чаще остальных устройств именно он является причиной проблем, возникающих в системе. В главе 19 мы подробно поговорим о блоках питания; там же будут даны рекомендации относительно выбора этих устройств.

Обработка ошибок чтения

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Оптические технологии на основе компакт-дисков

При разработке стандарта компакт-дисков Red Book основное внимание было уделено обработке ошибок. Для уменьшения влияния возможных ошибок в компакт-дисках используются методы контроля четности и чередования, получившие название перемежающего кода Рида–Соломона (CIRC). Эта технология работает на уровне блоков (кадров). При сохранении информации 24 байт данных каждого блока сначала обрабатываются шифратором Рида– Соломона, создающим 4-байтовый код контроля четности (так называемый Q-контроль четности), который добавляется к исходным 24 байт данных. Полученные в результате этой операции 28 байт передаются второму шифратору, использующему другую схему, который, в свою очередь, создает дополнительный 4-байтовый код контроля четности (Р-контроль четности). Этот код добавляется к 28 байт, полученным при предыдущем кодировании, что составляет 32 байт (24 исходных байта данных плюс байты Q- и P-контроля четности). Затем вводится дополнительный подкодовый байт данных (информация о дорожке), в результате чего получается 33 байт для каждого блока. Следует отметить, что байты P- и Q-контроля четности не имеют никакого отношения к ранее упомянутым подкодам P и Q.

Для того чтобы минимизировать влияние царапин или физических дефектов, которые могут привести к повреждению смежных блоков, непосредственно перед записью блоков проводится несколько операций чередования. С помощью линий задержки осуществляется перекрестное чередование 109 блоков, т.е. эти блоки располагаются в различных кадрах и секторах. Такой подход снижает вероятность воздействия царапин и дефектов на смежные данные, так как запись данных осуществляется, по сути, непоследовательно.

Схема CIRC, используемая в музыкальных компакт-дисках и дисках данных CD-ROM, позволяет исправлять ошибки длиной до 3874 бит, что составляет 2,6 мм длины дорожки. Кроме того, с помощью метода интерполяции можно исправлять ошибки длиной до 13282 бит (или 8,9 мм по длине дорожки). Интерполяция представляет собой процесс приблизительного вычисления или усреднения данных, позволяющий восстановить отсутствующие данные. Этот метод, конечно, не годится для компьютерных дисков CD-ROM, поэтому он применяется только в музыкальных компакт-дисках. Стандарт компакт-дисков Red Book определяет частоту блоков с ошибками (BLER) как отношение количества блоков с какими-либо ошибками (98 блоков в каждом секторе) ко времени их считывания, выраженному в секундах. Необходимо, чтобы полученное значение не превышало 220. Если это условие соблюдается, то компакт-диск, содержащий до 3% блоков с ошибками, все еще будет работоспособен.

Для музыкальных проигрывателей компакт-дисков и накопителей CD-ROM характерно наличие дополнительного уровня обнаружения ошибок и схемы коррекции. Музыкальные проигрыватели преобразуют цифровые данные, хранящиеся на компакт-диске, в аналоговые сигналы, обрабатываемые стереофоническим усилителем. При использовании этой схемы некоторая неточность воспроизведения данных вполне допустима, так как человеческое ухо просто не в состоянии это услышать. В свою очередь, накопители CD-ROM не могут допустить какую-либо ошибку, так как каждый бит данных должен считываться предельно точно. Поэтому CD-ROM, наряду с основными данными, содержат большой объем дополнительной информации ЕСС. Код коррекции ошибок (ЕСС) позволяет выявлять и исправлять большинство мелких ошибок, повышая тем самым надежность и точность обработки данных до приемлемого уровня.

При воспроизведении музыкального компакт-диска отсутствующие данные могут быть интерполированы, т.е. существует определенный шаблон данных, позволяющий “угадать” отсутствующие значения. Например, если три значения данных музыкального компактдиска выражены серией последовательных чисел 10, 13 и 20, а среднее значение из-за повреждения или загрязнения поверхности диска пропущено, то его можно с достаточной степенью точности определить как 15, т.е. среднее арифметическое чисел 10 и 20. Хотя значение восстановлено неточно, слушатель может не заметить этой погрешности при воспроизведении звуковой записи. Если же аналогичные значения будут на CD-ROM в исполняемой программе, то определить правильное значение средней выборки просто невозможно. Метод интерполяции здесь не применим, так как команды или данные исполняемой программы должны быть безошибочными; в противном случае произойдет повреждение приложения или неверное считывание данных, необходимых для выполнения вычислений. Использовать ранее описанный метод при считывании исполняемой программы с CD-ROM практически невозможно.

Наряду с основными данными, CD-ROM содержит дополнительную информацию, введенную в каждый сектор и применяемую для выявления и исправления ошибок, а также для более точного определения секторов данных. Для этого из 2352 байт каждого сектора, используемых первоначально для хранения звуковых данных, 304 байт применяются для синхронизации (синхронизирующие биты), идентификации (биты идентификации), кода коррекции ошибок (ЕСС), обнаружения и исправления ошибок (EDC). Фактически в каждом секторе остается 2048 байт пользовательских данных. За одну секунду на стандартном устройстве (1х) считывается 75 секторов, поэтому базовая скорость считывания данных с CD-ROM достигает 2048 × 75 = 153600 байт/с, что составляет 153,6 Кбайт/с, или 150 Кибайт/с.

Примечание!

Аналоговая система защиты (APS)

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Файловые системы CD-ROM

Эта система защиты (называемая также CopyGuard) разработана компанией Macrovision и предназначена для предотвращения копирования дисков DVD-Video на видеокассеты. Для реализации этой системы на диске необходимо записать дополнительные коды, а также определенным образом модифицировать DVD-проигрыватель. Предопределенные управляющие коды APS вводятся во время записи или изготовления мастер-диска DVD.

При воспроизведении диска микросхема цифроаналогового преобразователя (ЦАП), встроенная в проигрыватель Macrovision, добавляет сигналы APS к выходному сигналу, посылаемому на экран. Дополнительные сигналы разработаны таким образом, что они совершенно незаметны во время просмотра кинофильма на экране телевизора или монитора, но при его копировании на видеокассету приводят к появлению искажений. К сожалению, некоторые телевизоры и мониторы реагируют на искажение сигнала воспроизведением менее качественного изображения.

В APS используется две модификации сигнала, которые называются автоматической регулировкой усиления и цифровой десинхронизацией. В автоматической регулировке усиления используются импульсы, включенные в период кадровой развертки видеосигнала. Эти импульсы никак не проявляются на экране телевизора, но во время просмотра “пиратской” видеокассеты приводят к появлению “снега”, потере цвета и изображения, ухудшению качества и т.п. Начиная с 1985 года эта технология использовалась при записи видеокассет для их защиты от незаконного копирования. При десинхронизации происходит изменение сигнала цветовой синхронизации, что не отражается на экране телевизора, но приводит к появлению продольных полос при просмотре видеокассеты.

Следует заметить, что многие первые проигрыватели не содержат лицензионных схем Macrovision и попросту игнорируют код, включающий модификации сигнала APS. Кроме того, существуют различные стабилизаторы изображения, ретрансляторы или декодирующие модули, которые при подключении к проигрывателю или видеомагнитофону позволяют снять защиту от копирования и создать качественную копию.

ProtectDisc

Последняя система защиты от копирования называется RrotectDisc. Ее реализация в дисках DVD-Video изменяет стандартную структуру диска, что предотвращает возможность копирования. К сожалению, диски, созданные с использованием системы ProtectDisc, нельзя просмотреть с помощью компьютерных программ, таких как Проигрыватель Windows Media и WinDVD.

Несмотря на все заверения о надежности этого метода защиты, он был вскоре взломан. Законопослушным пользователям можно только посочувствовать: если не воспользоваться схемой “взлома” защиты ProtectDisc, просмотреть фильм на компьютере будет невозможно.

Программное обеспечение записи оптических дисков

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Записывающие накопители на компакт-дисках

Еще одна особенность работы с накопителями на оптических дисках связана с тем, что для записи информации на носители необходимо специальное программное обеспечение. Несмотря на то что сами устройства устанавливаются в компьютер без каких-либо проблем и чтение с носителей ничем не отличается от работы с жестким диском, устройства CD-R/RW и перезаписывающие приводы DVD для записи данных на диск используют дополнительное программное обеспечение. (Исключение составляют только устройства DVD-RAM, которым для записи на диски DVD-RAM не нужны дополнительные программы.) Эти программы компенсируют различие между способами хранения информации на жестких и оптических дисках. Как уже было сказано, существует несколько стандартов хранения информации на оптических дисках. Программы прожига компакт-дисков организуют данные в один из этих форматов так, чтобы привод CD-ROM смог в дальнейшем прочитать записанный диск. Windows XP была первой версией этой операционной системы, которая напрямую поддерживала запись дисков CD-R и CD-RW. В Windows Vista была добавлена аналогичная поддержка работы с носителями DVD+R/RW и DVD-R/RW. Более ранние версии Windows требуют установки специальных приложений прожига оптических дисков.

Несмотря на то что Windows XP и Vista способны сами выполнять запись на оптические носители, используемая ими методика медленная и неудобная. В любом случае лучше воспользоваться специализированными программами, среди которых наиболее популярными являются Nero Premium и Roxio Easy Media Creator. Эти программы более производительные и удобные, чем те, которые обычно поставляются с пишущими приводами оптических дисков. Также они не идут ни в какое сравнение со встроенными средствами Windows.

Ранее технология записи компакт-дисков подразумевала наличие полной реплики компакт-диска на жестком диске. По сути, в некоторых программах требовалось создание отдельного, выделенного, раздела на жестком диске. При этом пользователь копировал все файлы в определенную область жесткого диска, создавая структуру каталогов компактдиска. После этого программа создавала точную копию каждого сектора компакт-диска, включая файлы, информацию о каталогах и томе диска. И только затем все это копировалось на CD-R. В результате для записи одного компакт-диска требовалось свободных 1,5 Гбайт (2 компакт-диска по 650 Мбайт = 1,3 Гбайт + резерв = 1,5 Гбайт) на жестком диске. В настоящее время программы записи поддерживают создание виртуальной копии (образа), устраняя тем самым необходимость в указанном объеме свободного пространства. Пользователь выбирает файлы и каталоги для записи, и программа создает на компактдиске виртуальную структуру каталогов. Это позволяет выбирать файлы из разных каталогов различных жестких дисков или даже сетевых накопителей либо других дисководов CD-ROM, после чего спокойно записывать данные на CD-R. Подобный метод предназначен для накопителей с высокой скоростью передачи данных и качественной защитой от опустошения буфера (или большим внутренним буфером памяти). Программное обеспечение “подготовит” сведения о каталоге, запишет их на компакт-диск, откроет каждый файл, предназначенный для записи, после чего скопирует данные из источника. При этом очень важно помнить о времени доступа к разным носителям: если необходимо записать данные с медленного жесткого диска или вообще из локальной сети, программа может просто не успеть обеспечить необходимый для записи поток данных. Если накопитель не поддерживает защиту от опустошения буфера, это приведет к порче “болванки”.

Не забывайте о программном обеспечении!

Причиной постоянно возникающих проблем с записью компакт-дисков могут быть как накопитель, так и используемое программное обеспечение. Обратитесь на сайт компаниипроизводителя, чтобы узнать, нет ли более новой версии прошивки. Если обновление прошивки накопителя не помогло, попробуйте обновить программное обеспечение (очень часто это необходимо для поддержки новых моделей накопителей).

Любой из уважающих себя производителей пишущих приводов оптических дисков составляет расширенные рекомендации относительно повышения надежности процесса записи, которые либо включает в документацию, либо помещает на свой сайт. Полезную информацию можно найти также на сайтах производителей адаптеров SCSI и изготовителей оптических носителей.