PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Устройства оптического хранения данных

Устройства оптического хранения данных

Впадины и площадки

Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, не отражается.

Диск вращается над лазером и приемником отраженного луча (рецептором). Лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает набор отраженных световых вспышек, повторяющих рисунок впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1.

Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы “светлый/темный” и “темный/светлый” (т.е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук.

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина — 0,6 микрона. Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная — 3,3 микрона (см. рисунок ниже).

Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска. Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину длины волны (1/4 + 1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом, отразившимся от впадины. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2 длины волны не совпадает по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят одна другую, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на покрытие металлической отражающей пленкой, становятся “черными” (т.е. не отражающими свет).

Считывающее устройство, используемое в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мВт (милливатт). Поликарбонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффициент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медленнее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следовательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55 = 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм равна 125 нм, или 0,125 микрона, что составляет высоту впадины (штриха).


Примечание!

Устройства, предназначенные для двух типов оптических носителей — CD и DVD, — оснащены двумя лазерами. Первый имеет длину волны 780 нм, а второй — 650 нм. Так что выход из строя одного из лазеров приведет к невозможности работы с определенным типом носителей, в то время как другой тип дисков будет считываться, как ни в чем ни бывало.

Кодирование данных на диске

Как и в компакт-дисках, значения битов не определяются непосредственно параметрами впадин и площадок, образующих спиральную дорожку. Для этого используются переходы от впадины к площадке и от площадки к впадине, или, иначе говоря, изменения отражательной способности. Дорожка диска разделена на одноразрядные регистры или временные интервалы (T), а длина впадины или площадки, используемой для представления данных, должна составлять не менее 3T и не более 11T интервалов (регистров). Впадина (или площадка) длиной 3T имеет значение 1001, а впадина (или площадка) длиной 11T — 100000000001.

Запись данных выполняется посредством модуляции 8/16, которая является модифицированной версией EFM-модуляции (т.е. 8/14), используемой в компакт-дисках. Поэтому метод иногда называется EFM+. Модуляция EFM представляет собой процесс преобразования каждого байта (8 бит) в 16-разрядное значение для снижения плотности впадин на оптическом диске; 16-разрядные коды преобразования разработаны таким образом, что не могут содержать менее 2 и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с ограничением длины поля записи получила название RLL 2,10 (в общем виде — RLL x,y, где x — минимальное, а y — максимальное значение поля записи нулевых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоты переходов, существующих на носителе записи. В отличие от EFM-модуляции, применяемой при записи компакт-дисков, в этом случае объединяющие биты не используются. Кроме того, 16-разрядные коды модуляции рассчитаны на то, чтобы не нарушать форму RLL 2,10 при отсутствии объединяющих битов. Уже упоминалось о том, что EFM-модуляция требует не менее 17 бит для представления каждого байта на компакт-диске (из-за дополнительных объединяющих байтов и байтов синхронизации). Модуляция EFM+ несколько превосходит предыдущий метод, так как для представления каждого кодированного байта требуется только 16 бит.

Несмотря на то что в модуляции, сгенерированной EFM+, допускается не более 10 смежных нулей, биты синхронизации, добавленные при записи диска, могут содержать до 13 нулей (0). Таким образом, временной период между единицами (1), записанными на диске, может достигать 14T; т.е. длина впадины или площадки в этом случае составляет 14 временных интервалов или одноразрядных регистров.

White Book/Super Video CD

White Book — Video CD

Стандарт White Book был представлен в 1993 году компаниями Philips, JVC, Matsushita и Sony. Он создан на базе стандартов Green Book (CD-i) и CD-ROM XA и позволяет сохранять видеоданные в формате MPEG-1, а также цифровые звуковые данные в формате ADPCM общим объемом до 74 мин на одном компакт-диске. Последняя редакция этого стандарта (2.0) опубликована в апреле 1995 года. Стандарт Video CD (VCD) 2.0 поддерживает сжатие MPEG-1 с потоком 1,15 Мбит/с при разрешении экрана 352×240 точек для формата NTSC или 352×288 точек для формата PAL. Также он поддерживает стереозвук в системе Dolby Pro Logic.

Почему-то видеодиски считаются дешевым вариантом дисков формата DVD, хотя по качеству изображения и звука они им практически не уступают. Более того, они, бесспорно, превосходят видеокассеты формата VHS и других типов. Видеодиски воспроизводятся практически на любом компьютере с дисководом CD-ROM с помощью программы Проигрыватель Windows Media или других подобных приложений. Для этого могут использоваться проигрыватели DVD и даже некоторые игровые приставки, например Sony Playstation (с правильно заданными параметрами). Создать собственный видеодиск можно с помощью программы, такой как Roxio Easy Media Creator. В то же время сегодня встретить видеодиски на прилавках магазинов можно крайне редко, благодаря возросшей популярности DVD и более современных и защищенных технологий Blu-ray и HD DVD.

Super Video CD

Спецификация Super Video CD 1.0, опубликованная в мае 1999 года, представляет собой расширенную версию спецификации White Book Video CD. В ней используются стандарт сжатия MPEG-2, разрешение экрана NTSC 480×480 и разрешение экрана PAL 480×576; спецификация также поддерживает систему объемного звучания стандарта MPEG-2 5.1 и многоязычный интерфейс.

Почти все домашние программы записи DVD позволяют создавать компакт-диски Video CD и Super Video CD.

Rock Ridge

Стандарт RRIP (Rock Ridge Interchange Protocol) был разработан промышленным консорциумом, получившим название группы Rock Ridge, и опубликован в 1994 году рабочей группой Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Стандарт определяет расширение ISO 9660 для накопителей CD-ROM, что позволяет записывать дополнительную информацию для поддержки файловых систем UNIX/POSIX. Стандарт Rock Ridge в целом не поддерживается DOS или Windows, однако файлы, записанные в этом формате, читаются любым компьютером PC, а расширения RRIP просто игнорируются.


Примечание!

Для любознательных: название Rock Ridge было взято из фантастического города Вестерн (Western), в котором разворачивались события кинофильма ‘‘Сверкающие седла’’ (‘‘Blazing Saddles’’).

Прямой доступ к памяти

В настоящее время практически во всех компьютерах устанавливается контроллер, использующий режимы прямого доступа к памяти DMA или Ultra-DMA, позволяющие повысить быстродействие и снизить нагрузку на процессор. При использовании подобных контроллеров загрузка процессора накопителем CD/DVD (независимо от типа интерфейса) снижается до 11%. Так что, если система позволяет, обязательно установите для накопителей CD-ROM и жестких дисков прямой доступ к памяти.

Практически все современные накопители CD-ROM (12х и выше) и системные платы на базе процессоров Pentium поддерживают передачу данных непосредственно в память. Чтобы определить, присутствует ли в системе Windows 9x/Me/XP/Vista поддержка прямого доступа к памяти, откройте диспетчер устройств и щелкните на значке “+” около элемента Контроллеры жестких дисков (в новых версиях он может называться Контроллеры IDE ATA/ATAPI). В некоторых старых системах эти слова могут быть дополнены словом “шина”. Если присутствует элемент Bus Master IDE (управление шиной), вероятнее всего, поддержку DMA можно включить.

Затем поищите информацию об устройствах CD/DVD (и жестких дисках), при необходимости воспользовавшись программой Сведения о системе. Жесткие диски и приводы CD/DVD, поддерживающие режимы MultiWord DMA Mode 2 (16,6 Мбайт/с), Ultra DMA Mode 2 (33 Мбайт/с), Ultra DMA Mode 4 (66 Мбайт/с) и более быстрые способны использовать прямую передачу в память. Дополнительную информацию можно получить в документации к устройству или на сайте производителя.

После этого необходимо дважды щелкнуть на элементе соответствующего канала IDE (на котором установлено устройство) и включить во вкладке Дополнительные параметры режим передачи DMA, после чего щелкнуть на кнопке ОК. (В зависимости от версии Windows включать режим DMA нужно в свойствах не канала IDE, а самого устройства.)

Кроме того, если накопитель имеет параллельный интерфейс ATA, который поддерживает любые режимы Ultra-DMA (называемые также Ultra-ATA), необходимо заменить все кабели ATA 80-жильными. Не забывайте также, что в соответствии со стандартом АТА длина используемого кабеля не должна превышать 18 дюймов. Применение 80-жильных кабелей предотвращает искажение сигнала и появление шумов, характерных при использовании стандартного 40-жильного кабеля в режиме Ultra-DMA. Если 80-жильный кабель не обнаруживается системой, то накопители и системные платы могут работать только в режимах UltraDMA, быстродействие которых не превышает 33 Мбайт/с. Следует заметить, что данное правило не распространяется на современные накопители Serial ATA (SATA).

Интерфейсы, в которых не перечислен элемент управления шиной, либо вообще не способны ускорить передачу данных, либо нуждаются в корректных драйверах. В некоторых случаях, в зависимости от версии Windows и даты выпуска набора микросхем системной логики, достаточно установить современный драйвер набора микросхем, и Windows включит поддержку режима DMA. Все наборы микросхем, произведенные с 1995 года, обеспечивают поддержку управления шиной. Кроме того, большинство наборов микросхем, выпущенных с 1997 года, поддерживают режим UltraDMA со скоростью до 133 Мбайт/с. Необходимо убедиться в том, что режим DMA активизирован; это позволит, в частности, существенно повысить производительность накопителей DVD.


Примечание!

Если включение этого параметра привело к ‘‘зависанию’’ компьютера, перезагрузите его в режиме защиты от сбоев (Safe Mode) и сбросьте флажок DMA (UltraDMA). Для достижения более высокой скорости передачи данных прямой доступ к памяти жесткого диска реализуется без помощи центрального процессора, поэтому проблемы с DMA могут привести к потере данных. Таким образом, в первую очередь, необходимо, не откладывая, создать резервную копию данных.



Подкатегории