Технології оптичних дисків, Лазерні накопичувачі CD-ROM, CD-R і CD-RW - Характеристика оптичних носіїв інформації

Лазерні накопичувачі CD-ROM, CD-R і CD-RW

На диску CD-ROM промисловим способом записується інформація, і провести її повторний запис неможливо. Найбільшого поширення отримали 5-дюймові диски CD-ROM ємністю 670 Мбайт. За своїми характеристиками вони повністю ідентичні звичайним музичним компакт-дисків. Дані на диску записуються у вигляді спіралі (на відміну від вінчестера, дані на якому розташовуються у вигляді концентричних окружностей). З точки зору фізики лазерний промінь визначає цифрову послідовність одиниць і нулів, записаний-них на CD, за формою мікроскопічних ямок (піт, pit) на його спіралі. Принцип зчитування інформації з оптичних-кого диска можна наближено розбити на чотири етапи.

Див. додаток 1)

Основу компакт-диска діаметром 12 см і товщиною 1,2 мм складає шар оптично чистої полікарбонатною пластмаси - це нижня сторона підкладка (back layer). На неї нанесений тонкий шари алюмінію, що надає диску необхідні відображають властивості. Від окислення і механічних пошкодженні його захищає лакування. Поверх лакового шару друкується етикетка диска.

Головне характеристикою приводу CD-ROM є швидкість читання даних, підняти яку можна тільки єдиним способом - збільшенням частоти обертання диска. Оскільки для CD-ROM спочатку прийнята постійна лінійна швидкість читання(Constant Linear Velocity - CLV), то частота обертання диска є змінною величиною, обернено пропорційній відстані від голівки, що зчитує до центру. Для першого покоління пристроїв зі швидкістю читання 150 Кб / с (одношвидкісні, або 1Х) вона лежить в діапазоні від 200 об / хв для зовнішньої частини доріжки диска до 530 об / хв для внутрішньої. У наступних поколіннях частоти врадомлення, а з ними швидкість читання, просто збільшувалися в ціле число разів (двошвидкісні - 2 X, чотиришвидкісні - 4Х і т. д.). Так тривало досить тривалий час, поки швидкість висококласних моделей не досягла 12Х (1800 Кб / с), а масових - 8Х (1200 Кб / с). Для 12-швидкісних моделей діапазон частот обертання становить від 2400 до 6360 об / хв. Зрозуміло, що 6360 об / хв - це дуже велика швидкість для змінного носія, яку технічно важко підтримувати. Ще важче швидко розкрутити диск до цієї швидкості, якщо голівка для зчитування чергової порції інформації перескакує, наприклад, з зовнішньої частини диска на внутрішню. Час розкрутки накладається на час переміщення і для швидкого доступу має бути мінімальним. Труднощі багаторазово зростають при спробі ще більше підвищити частоту обертання, тому 12-кратна швидкість є граничною для режиму CLV.

Подальше збільшення швидкості читання можливо тільки при відмові від режиму CLV, тому в подальших моді-лях приводів CD-ROM всі провідні виробники замість "чистого" CLV почали використовувати в тій чи іншій мірі режим з постійною кутовою швидкістю (Constant Angular Velocity - CAV), в якому частота обертання постійна (і близька до максимально можливої), а швидкість читання пропорційна радіусу, Режим CAV використовується або для всієї поверхні диска, або комбінується з CLV. Комбінований режим, коли для центральної частини диска використовується CAV, для периферійної CLV, називають CAV | CLV, Partial CAV або Р-CAV.

Нові моделі приводів CD-ROM позиціонуються за максимальним значенням швидкості читання як 32-50-ти швидкісні, що не дає, однак, адекватного представлення про реальну швидкодію. Що стосується розташування інформації на диску, то слід враховувати, що, по-перше, заповнення диска починається від центру, і, по-друге, більшість дисків заповнені не повністю (в середньому лише наполовину). Тобто вирішальною для загального швидкодії є швидкість читання на внутрішній частині диска. Наприклад, популярний тест CD-TACH при оцінці швидкості враховує внутрішню частину (0-215 Мб) диска з ваговим коефіцієнт 60%, середню (1215-430 Мб) -30% і зовнішню (430-615 Мб) - 10%. Приводи CD-ROM вищого класу мають швидкість читання для внутрішньої частини диска 12Х, масові моделі - 8-10Х. Швидкість читання зовнішньої частини досягає в деяких моделях 50Х. Перехід від режиму CLV до режимів Р-CAV і CAV не зажадав від виробників особливих витрат, так як максимальна частота обертання не збільшилася, і механічна частина, включаючи двигун, не піддалася істотним змінам. Тому ціни на нові пристрої, незважаючи на значно поліпшені параметри, залишилися на колишньому, досить невисокому рівні. Причому купувати краще пристрої зі швидкостями починаючи від 24х. Незважаючи на незначний приріст реального швидкодії, тільки вони підтримують стандарт MultiRead, що дає можливість читання перезаписписуваних дисків CD-RW. Що з'явилися на ринку в 1997 році 24-швидкісні CD-ROM працювали по повній CAV-технології при частоті обертання диска 5000 об / хв., І швидкість зчитування даних у них лежала в межах від 1,8 до 3,6 Мбайт / с. При 50-ти кратної швидкості, як у самих нових накопичувачів, частота обертання досягає 12 тис. об. / Хв., Що поки не використовується навіть в самих сучасних жорстких дисках. Потік даних при цьому становить 7,2 Мб / с. Проте шум, видаваний приводом на таких швидкостях не витримує ніякої критики. Дійшло до того, що деякі користувачі стали вибирати дисководи 24-32х. Хай трохи повільніше, зате тихо. Крім того, з'явилися спеціальні програми, що дозволяють обмежувати швидкість будь-якого приводу не більше бажаної. Дисководи CD-ROM можуть мати різні інтерфейси. Переважна більшість підключаються до звичайного IDE виходу на материнській платі. Незважаючи на те що процес встановлення приводу CD-ROM з інтерфейсом IDE дуже простий, варто звернути увагу на наступні моменти. Як відомо, будь-адаптер Enhanced IDE має два 40-контактних роз'єми, до яких підключаються по два пристрої: Primary Master і Slave і Secondary Master і Slave. Зі зрозумілих причин Primary Master - це завжди завантажувальний жорсткий диск (С:). Таким чином, привід CD-ROM може бути або Primary Slave, або Secondary Master, або Secondary Slave. Отже, перед підключенням кабелів живлення, інтерфейсу та аудіо на задній стінці накопичувача слід відповідним чином встановити перемички Master і SLave (але краще все ж, підключити CD-ROM до другого IDE, окремим шлейфом).

Диски CD-R Ціни на засоби запису компакт-дисків нарешті знизились (від 50 $), а це значить, що тепер навіть приватна особа може спробувати випустити невеликим тиражем свій диск. Щоб записати один-єдиний компакт-диск, сім років тому потрібні були б ціла кімната апаратури, два кваліфікованих спеціаліста і вісім годин роботи. Сьогодні, маючи комп'ютер із записуючим дисководом CD-R, можна зробити диск менш ніж за годину. Абревіатурою CD-R (CD-Recordable) позначена технологія одноразової оптичного запису, яку можна використовувати для архівації даних, створення прототипів дисків для серійного виробництва і для дрібносерійного випуску видань на компакт-дисках, записи аудіо та відео. На CD-R, зокрема, заснована система Photo CD фірми Kodak. Призначення пристрою CD-R - запис даних на компакт-диски CD-R, які потім можна читати на накопичувачах CD-R, CD-ROM і CD-RW. До недавнього часу вони використовувалися в основному для створення та тиражування аудіо-, відеодисків і дистрибутивів програмного забезпечення. Однак, якщо подивитися на ці пристрої з іншої точки зору, то виявляється, що накопичувачі CD-R - ідеальний вибір як пристрій для архівування даних. Якщо говорити про швидкість читання / запису, то накопичувачі CD-R сильно програють традиційним накопичувачів на жорстких магнітних дисках, мають приблизно однакові можливості з JomegaZip з інтерфейсом SCSIn значно перевершують JomegaZip з інтерфейсом LPT.

Швидкість запису для недорогих моделей становить 32х, швидкість читання - 42-50Х. Не дуже високі швидкості запису пов'язані з певними технічними труднощами. У моделях більш високого класу швидкість запису доведена до 40-50Х. Отримання більш високих швидкостей пов'язане зі значними труднощами, тому що різко зростають вимоги до стабільності хутра-технічного тракту. Швидкість читання / запису, безумовно, важливий, але не єдиний показник, який визначає вибір накопичувача для архівації даних. Не менш важлива питома вартість одного мегабайта даних, що зберігаються. І носії CD-R тут поза конкуренцією - при обсязі в 650 Мбайт ці диски стоять у роздріб близько 0,4 $ за штуку, що дає рекордно низьку питому вартість одного мегабайта даних, що зберігаються. Слід також зазначити, що компакт-диски більш надійні при тривалому зберіганні інформації, ніж магнітні носії: останні вельми чутливі до електромагнітних полів і ударних навантажень.

У будь якому компакт-диску дані кодуються і записуються у вигляді послідовності відображають і невідображаючих ділянок. Під час запису CD-R сфокусованим потужним лазерним променем нагріваються невеликі ділянки шару барвника. Барвник передає тепло суміжній з ним підкладці, під дією якого вона змінює свої властивості і починає розсіювати світло. В областях, не нагріваються лазером, підкладка залишається прозорою й при зчитуванні даних пропускає промінь. Останній проходить до металевого шару, відбивається від нього і через підкладку потрапляє на світлочутливий датчик.

Хоча способи запису інформації на звичайні компакт-диски і на диски CD-R різні, результат ми маємо один і той же - послідовність відображають і невідображаючих ділянок, яку може прочитати будь-який привід CD-ROM. При читанні диска на нього направляє-ся малопотужний лазерний промінь, і світлочутливий датчик сприймає послідовність відбитих сигналів.

Ще один фактор, який необхідно враховувати, режим запису. Існують два режими: односеансний і багатосеансний. У односеансном режимі запис всього диска повинна здійснюватися за один прохід без переривів. У багатосеансному режимі дані записуються за кілька сеансів, внаслідок чого інформація на диску представляється у вигляді декількох окремих томів. Не всі накопичувачі CD-ROM здатні читати диски, записані подібним способом. Режим багатосеансному запису дозволяє записати частину даних, зупинитися, а потім продовжити запис. Одне з досягнень технології запису CD-дисків - спосіб "запису пакетами" (Packet Writing). При використанні пакетного запису у користувача створюється повна ілюзія роботи з звичайним жорстким диском: ви можете скопіювати файл на диск, відредагувати або видалити його, створити ще кілька файлів на диску і т. д. Для запису даних в пакетному режимі необхідно встановити додаткове програмне забезпечення - наприклад, один із програмних пакетів - Adaptec DirectCD або CeQuadrat PacketCD. При цьому формати пакетним способом Adaptec DirectCD і CeQuadrat PacketCD сумісні один з одним - тобто диски, записані за допомогою одного пакету, можуть бути прочитані і дописом-ни за допомогою іншого. При використанні цього режиму, частина обсягу лазерного диска стає недоступною (залишається близько 550 Мб). Дані, записані в режимі Packet Writing на одному дисководі, не завжди будуть читатися на іншому. Так що про універсальність цього способу запису поки говорити не доводиться. Однією з найбільш гострих проблем, що стояли до Неда-нього часу перед розробниками накопичувачів CD-R і CD-RW, була проблема можливої ??нестачі даних у буфері, що приводить до помилки, іменованої Buffer Underrun. Причиною цієї помилки можуть бути недостатня потужність комп'ютера або одночасне виконання декількох завдань, через що він не встигає доставляти в буфер таку кількість даних, яка необхідна для забезпечення гладкої безперервної зйомки. Ну а результат добре відомий тим, хто з Buffer Underrun стикався не з чуток, - диск стає непридатним для запису.

Зазначена помилка за визначенням не може виникати, якщо обсяг записуваних даних не перевищує ємності буфера. Однак навряд чи розумно збільшувати обсяг буфера до 650 Мбайт. Інше рішення проблеми - технологія BURN-Proof, яка стає все більш популярною у виробників пристроїв CD-R і CD-RW. Суть її полягає в тому, що, постійно контролюючи вміст буфера, CD-рекордер може зупиняти процес запису, якщо обсяг даних в буфері різко падає (у типовому випадку - до позначки 10% від максимальної ємності буфера). При цьому пристрій продовжується запитувати дані від комп'ютера і буфер може заповнюватися. Тим часом контролер BURN-Proof визначає, де знаходиться останній записаний сектор. Оптична головка переміщається в потрібне місце, і після заповнення буфера запис інформації на диск поновлюється. Природно, враховується в технології BURN-Proof і обмеження на відстань між останнім записаним і новим секторами. У відповідності зі специфікаціями "Помаранчевої книги" воно не повинно перевищувати 100 мкм.

Торгова марка BURN-Proof належить японській компанії Sanyo Electric. Вона ж заправляє і процесом авторизації накопичувачів інших фірм, в яких реалізована ця технологія. Крім того, Sanyo робить зусилля, щоб BURN-Proof була включена в якості стандарту в "Помаранчеву книгу". Сьогодні, вже всі друкарські дисководи випускаються за цією технологією. Крім уже перерахованих способів використання дисководів CD R / RW, останні дозволяють також копіювати CD носії, записувати аудіо диски в форматі CD-DA, а також CD-диски в інших форматах: Hybrid CD, CD Extra, CD Text, Video CD і т. д. Природно, всі пристрої CD-R/CD-RW можуть працювати і як звичайні дисководи CD-ROM - тобто читати CD диски. Тут згадуються CD-RW, тому що все описане вище (включаючи "запис пакетами") відноситься і до них.

Взагалі, накопичувачі CD-RW відрізняються від накопичувачів CD-R лише додатковою можливістю (окрім запису на диски CD-R) записувати багаторазово перезаписувані диски CD-RW. Докладніше про них ми поговоримо далі. Причому слід зазначити, що сьогодні накопичувачі тільки CD-R (без можливості RW) вже практично не випускаються.

CD-RW накопичувачі на перезаписуваних дисках Сім років тому на комп'ютерному ринку з'явилися накопичувачі, які дають можливість працювати з перезаписуваними CD-RW (CD-ReWritable), відомими також як CDE. Такі пристрої дозволяють заносити інформацію на існуючі недорогі компакт-диски з можливістю до запису (CD-R ціною близько 0,4 $), а при використанні перезаписуваних CD-RW-дисків можуть прати старі дані і записувати замість них нові.

Ємність носія CD-RW (вартість близько 1 $) складають 650 Мбайт і дорівнює ємності дисків CD-ROM і CD-R.

CD-RW привод автоматично розпізнає тип завантажуваного носія. CD-R-диски сумісні з більш ніж 600 млн. різноманітних CD-ROM-носіїв і плеєрів звукових компакт-дисків, які існують сьогодні у світі, вони можуть працювати і в деяких DVD ROM-приводах (не у всіх). Диски CD-RW зчитуються лише на сучасних уні-сальна CD-ROM-пристроях і DVD-ROM, розрахованих на роботу з різними носіями (задовольняють специфікації MultiRead). CD-RW випускаються і для IDE / ATAPI-інтерфейсу, і для SCSI. Всі пристрої забезпечують режими запису Track at Once і Disc at Once, багатосеансовий запис (MultiSession), фіксований та змінний пакетні режими запису, а також всі стандартні формати запису компакт-дисків (в тому числі і музичних). Запис CD-R заснована на "випалюванні" лазером кожного біта інформації на записуючому шарі. Відповідно змінюються відображає здатність диска, яку лазерний промінь фіксує при зчитуванні. Рівень запису (відображає здатність) в CD-RW визначається спеціальним комбінованим шаром, який реверсивно змінює свої характеристики. Запис проводиться при зміні стану речовини записуючого шару, коли речовина під нагріванням переходить з кристалічного стану в аморфне. Такий процес називається фазовим переходом і широко застосовується в магнітооптичних пристроях. Але на відміну від магнітооптики запис на CD-RW визначається зміною відбиває здатності поверхні. У зв'язку з цим CD-RW-диски більш "капризні", при читанні, так як зміна відбивних властивостей у них набагато менше, ніж в CD-R.

Зовсім недавно дисководи CD-RW були дуже дорогими, сьогодні їх ціна знизилася до 80 дол. Причинами популярності даних носіїв інформації можна вважати єдиний стандарт, сумісність з CD-ROM, доступність дисководів і відповідного ПЗ, доступність компакт-дисків, тривалий термін (до 10 років) і низька собівартість зберігання інформації. У приводах CD-RW вказується три числа, як правило, в такому порядку: перше - швидкість запису, друге - перезапису, третє - читання. Але зустрічається і інший порядок. У цьому разі керуйтеся наступним: найменше значення відповідає швидкості перезапису, середнє - швидкості первісного запису, а найбільше - швидкості читання.

Технології оптичних дисків, Лазерні накопичувачі CD-ROM, CD-R і CD-RW - Характеристика оптичних носіїв інформації

Лазерні накопичувачі CD-ROM, CD-R і CD-RW

Похожие статьи