Устройство и принцип действия накопителей CD-ROM

Устройство и принцип действия накопителей CD-ROM

Финансовая академия

при правительстве Российской Федерации

Кафедра экономической информатики

РЕФЕРАТ

на тему:

Устройство и принцип действия

накопителей CD-ROM

Выполнил :

Студент 1 курса Мишаков Андрей

Москва 2001 г.

ВВЕДЕНИЕ 3

УСТРОЙСТВО НАКОПИТЕЛЕЙ CD-ROM 4

Устройство привода CD-ROM 4

Устройство компакт - диска 6

Алгоритм работы накопителя CD-ROM 7

ПАРАМЕТРЫ НАКОПИТЕЛЕЙ CD-ROM 8

Время доступа (access time) 8

Скорость передачи данных (dats-transfer rate) 9

Размер блока данных (data block size) 10

Размер буфера 10

Поддержка проигрывания аудиодисков 11

Поддержка формата CD-ROM/XA 11

Механизм загрузки диска 12

Чтение CD-RW 13

Пылезащищённость 13

Автоматическая очистка линз 14

Внешние и внутренние накопители 14

Интерфейсы 15

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДИСКОВОДОВ CD-ROM 17

ПОДКЛЮЧЕНИЕ АУДИОКАНАЛОВ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 20

ВВЕДЕНИЕ

В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной

ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то,

что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и

проигрыватели.

За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-

дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого

компьютера (или сети). Это произошло потому, что разнообразные программные

продукты (прежде всего игры и базы данных) стали занимать значительное

количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно

дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD (таких же,

как и обычные музыкальные), а большинство современных игр и баз данных

работает прямо с CD, не требуя копирования на жёсткий диск.

Запись на CD при помощи обычных CD-ROM невозможна (существуют, правда,

устройства CD-R и CD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная

запись и чтение-запись-перезапись, соответственно).

CD-ROM способны не только считывать компакт-диски с данными, но и

проигрывать музыкальные диски. (Впрочем в некоторых моделях её нет, и если

вам нужна, проверяйте её наличие.) Для этого у них на передней панели есть

выход для наушников, но проигрывание может производиться и через усилитель

звуковой карты, если она имеется. Проигрыванием музыкального диска

управляет компьютер, но некоторые CD-ROM имеют для этой цели кнопки на

передней панели. Качество звука, выдаваемое CD-ROM, ощутимо ниже, чем даже

у простеньких переносных CD-плееров.

При помощи CD-ROM компьютер также может проигрывать Video- CD и CD-I (не

путать с лазерными видеодисками LDV, имеющими гораздо больший диаметр, чем

CD).

УСТРОЙСТВО НАКОПИТЕЛЕЙ CD-ROM

Устройство привода CD-ROM

Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя,

системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска.

На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с

контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала.

Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых

моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с

постоянной или переменной линейной скоростью. Сохранение постоянной

линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от

положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с

большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя

требуется хорошая динамическая характеристика; двигатель используется как

для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после

загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или

мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к

подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны

диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила, притяжения

которых прижимает шайбу через диск к подставке.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее

перемещения. В головке размещены лазерный излучатель, на основе

инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и

предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную

линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая

катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя.

Изменение напряженности магнитного поля вызывают перемещение линзы и пере

фокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система

эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных

скоростях вращения.

Система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель,

приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой

либо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с

начальным напряжением: при червячной передаче - подпружиненные шарики, при

зубчатой - подпружиненные в разные стороны пары шестерней.

Система загрузки диска выполняется в двух вариантах: с использованием

специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие

привода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется

сам диск. В обоих случаях система содержит двигатель, приводящий в движение

лоток или футляр, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена

вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом

оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку

шпиндельного двигателя.

При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное

положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в

вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы,

удерживающие диск при выдвинутом лотке.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для

загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для

подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости.

В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых

дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно

используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На

некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде

ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец

регулятора.

Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие,

предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда

обычным способом это сделать невозможно - например, при выходе из строя

привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие

нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать - при

этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно

выдвинуть вручную.

Устройство компакт - диска

стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на

которой отштампован рельеф диска, намыленное на нее отражающее покрытие из

алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой

поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Hекотоpые

диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не

имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить.

информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра

к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). информация

кодируется чередованием питов и пpомежутков между ними.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений

интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного

лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой

поверхности, был ли он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение

луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления

(штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет.

Фотодатчик, размещённый в накопителе CD - ROM, воспринимает рассеянный луч,

отражённый от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических

сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в

двоичные данные или звук.

Глубина каждого штриха на диске равна 0.12 мкм, ширина - 0.6 мкм. Они

расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками

которой составляет 1.6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков на

дюйм или 625 витков на миллиметр. Длина штрихов вдоль дорожки записи может

колебаться от 0.9 до 3.3 мкм. Дорожка начинается на некотором расстоянии от

центрального отверстия и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края.

Если на компакт - диске необходимо отыскать место записи определённых

данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска,

после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и

ждёт появления определённой последовательности битов.

В каждом блоке диска, записанного в формате CD - DA (аудиокомпакт -

диск), содержится 2352 байт. На диске CD - ROM 304 из них используется для

синхронизации, идентификации и коррекции кодов ошибок, а оставшиеся 2048

байт - для хранения полезной информации. Поскольку за секунду считывается

75 блоков, скорость считывания данных с дисков CD - ROM составляет 153 600

байт/с (односкоростной CD - ROM), что равно 150 Кбайт/с.

Поскольку на компакт - диске может содержаться максимальный объём данных,

который считывается 74 мин, а за секунду считывается 75 блоков по 2048

байт, нетрудно подсчитать, что максимальная ёмкость диска CD - ROM составит

681 984 000 байт (около 650 Мбайт).

Алгоритм работы накопителя CD-ROM

1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч,

который попадает на отражающее зеркало.

2. Серводвигатель по командам встроенного микропроцессора, смещает

подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт -

диске.

3. Отражённый от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском,

отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отражённый луч на другую фокусирующую

линзу.

5. Эта линза направляет отражённый луч на фотодатчик, который преобразует

световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и

передаются в компьютер в виде данных.

Штрихи, нанесённые на поверхность диска, имеют разную длину.

Интенсивность отражённого луча изменяется, соответственно изменяя

электрический сигнал, поступающий на фотодатчик. Биты данных считываются

как переходы между высокими и низкими уровнями сигналов, которые физически

записываются как начало и конец каждого штриха.

Поскольку для программных файлов и файлов с данными важен каждый бит, в

накопителях CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы обнаружения и

коррекции ошибок.

Благодаря таким алгоритмам вероятность неправильного считывания данных

составляет менее 0.125 . Другими словами, безошибочно считывается два

квадриллиона дисков, что соответствует стопке компакт - дисков высотой

около двух миллиардов километров.

Для реализации этих методов коррекции ошибок к каждым 2048 полезным

байтам добавляется 288 контрольных. Это позволяет восстанавливать даже

сильно повреждённые последовательности данных (длиной до 1000 ошибочных

битов). Использование столь сложных методов обнаружения и коррекции ошибок

связано, во- первых, с тем, что компакт - диски весьма подвержены внешним

воздействиям, а, во- вторых , потому, что подобные носители изначально

разрабатывались лишь для записи звуковых сигналов, требования к точности

которых не столь высоки.

ПАРАМЕТРЫ НАКОПИТЕЛЕЙ CD-ROM

Время доступа (access time)

Время доступа к данным для накопителей CD - ROM определяется точно также,

как и для жёстких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и

моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в

миллисекундах и его стандартное паспортное значение для накопителей 4х

скоростных приблизительно равно 200 мс. При этом имеется в виду среднее

время доступа, поскольку реальное время доступа зависит от расположения

данных на диске. Очевидно, что при работе на внутренних дорожках диска

время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних

дорожек. Поэтому в паспортах на накопители приводится среднее время

доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких

случайных считываний данных с диска.

Очевидно, что чем меньше время доступа, тем лучше, особенно в тех

случаях, когда данные нужно находить и считывать быстро. Время доступа к

данным на CD - ROM постоянно сокращается . Заметим, что этот параметр для

накопителей CD - ROM намного хуже, чем для жёстких дисков (85-500 мс для CD

- ROM и 10 мс для жёстких дисков).Столь существенная разница объясняется

принципиальными различиями в конструкциях : в жёстких дисках используется

несколько головок и диапазон их механического перемещения меньше.

Накопители CD - ROM используют один лазерный луч, и он перемещается вдоль

всего диска . К тому же данные на компакт - диске записаны вдоль спирали и

после перемещения считывающей головки для чтения данной дорожки необходимо

ещё ожидать, когда лазерный луч падает на участок с необходимыми данными.

При чтении внешних дорожек время доступа больше, нежели при чтении

внутренних дорожек.

Обычно, когда увеличивается скорость передачи данных, соответственно

уменьшается и время доступа.

Скорость передачи данных (dats-transfer rate)

Пpи стандаpтной скоpости вpащения скоpость пеpедачи данных составляет

около 150 кб/с. В двух- и более скоpостных CD-ROM диск вpащается с

пpопоpционально большей скоpостью, и пpопоpционально повышается скоpость

пеpедачи (напpимеp, 1200 кб/с для 8-скоpостного).

Из-за того, что физические паpаметpы диска (неодноpодность массы,

эксцентpиситет и т.п.) стандаpтизиpованы для основной скоpости вpащения, на

скоpостях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и

надежность считывания, особенно для дисков нелегального пpоизводства, может

ухудшаться. Hекотоpые CD-ROM пpи ошибках чтения могут снижать скоpость

вpащения диска, однако большинство из них после этого не могут возвpащаться

к максимальной скорости вплоть до смены диска.

Hа скоpостях свыше 4000-5000 об/мин надежное считывание становится

пpактически невозможным, поэтому последние модели 10- и более скоpостных CD-

ROM огpаничивают веpхний пpедел скоpости вpащения. Пpи этом на внешних

доpожках скоpость пеpедачи достигает номинальной (напpимеp, 1800 кб/с для

12-скоpостных моделей, а по меpе пpиближения к внутpенним - падает до 1200-

1300 кб/с.

Для указания скорости чтения CD по сравнению со стандартом Audio CD (CD-

DA) обычно применяют цифры 24x, 32x, 34x и тд.. Однако за последнее время

технология немного изменилась. Первые модели CD-ROM использовали постоянную

линейную скорость чтения (CLV). Это требовало изменения скорости вращения

диска при перемещении головки. Для устройств 1x (150kb/s) эта скорость

лежала в диапазоне 200-530об/мин. Устройства 2x -12x скоростные просто

повышали скорость вращения. Однако уже увеличение скорости до 12x требует

частоты вращения 2400-6360об/мин что очень велико для сменного носителя

(часто также плохо отцентрированного). К тому же разная скорость вращения

для разных областей диска повышает время доступа, т.к. при перемещении

головки необходимо и соответственно изменять скорость вращения диска.

Дальнейшее повышение скорости таким способом очень проблематично, поэтому

производители перешли к технологии P-CAV и CAV. Первая предусматривает

переход от постоянной линейной скорости к постоянной угловой скорости (CAV)

на внешних дорожках диска, а вторая использует постоянную угловую скорость

для всего диска. В связи с этим цифры типа 32x немного утрачивают свое

значение, т.к. обычно относятся к внешней стороне диска, а информация на CD

записывается начиная с внутренних дорожек и на незаполненных полностью

дисках эта скорость вообще не достигается.

Размер блока данных (data block size)

Под размером блока данных (data block size) понимают минимальное

количество байт, которые передаются на компьютер через интерфейсную карту.

Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер

привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией

МРС равен 16 Кбайт. Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно

большие, то промежутки между блоками данных ничтожно малы.

Размер буфера

Во многих накопителях CD-ROM имеются встроенные буферы, или кэш - память

. Эти буферы представляют собой устанавливаемые на плате накопителя

микросхемы памяти для записи считанных данных, что позволяет передавать в

компьютер за одно сообщение большие массивы данных. Обычно ёмкость буфера

Страницы: 1, 2