Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Конструкции CD-дисководов.Стандарты и характеристики компакт-дисков

Стандарты и характеристики компакт-дисков

Как и в ситуациях со многими другими периферийными устройствами персональных компьютеров, в первые годы после появления компакт-дисков стали возникать многочисленные проблемы, связанные с их стандартизацией. Нельзя просто записать данные на CD- ROM — это надо сделать таким образом, чтобы информацию можно было воспроизвести на любом дисководе. Стандартные форматы записи данных на CD-ROM разрабатывались консорциумами авторитетных производителей персональных компьютеров и заинтересованными в этом издателями компакт-дисков. Такое сотрудничество привело к тому, что компакт-диски стали общепризнанными носителями информации, а дисководы — одними из наиболее стандартизированных периферийных устройств персональных компьютеров. В настоящее время получили широкое распространение дисководы с возможностью записи и многократной перезаписи компакт-дисков, поэтому вам, как специалисту по компьютерной технике, необходимо представлять себе принципы их работы. В этом разделе речь пойдет о стандартах записи компакт-дисков и идеях, положенных в их основу.

Стандарт High Sierra

В 1984 году, еще до появления первых CD-ROM, компьютерное сообщество пришло к пониманию того, что для компакт-дисков необходим стандартный метод чтения оглавления тома (VTOC — Volume Table of Contents). В противном случае на рынке появилось бы множество различных несовместимых друг с другом версий компакт-дисков и дисководов. В результате представители фирм-производителей персональных компьютеров, издатели компакт-дисков и разработчики программного обеспечения собрались в отеле High Sierra в городке Лейк-Тахо (Lake Tachoe, Калифорния) и приняли решение о начале разработки вышеупомянутого стандарта. К 1986 году стандартный формат файлов на CD-ROM (названный форматом High Sierra) был принят и утвержден. Он действовал на протяжении нескольких лет, но впоследствии был заменен стандартом ISO 9660.

Стандарт ISO 9660

Формат High Sierra был вполне работоспособен, но он разрабатывался в первую очередь для использования внутри США. После представления в Международную организацию по стандартизации (ISO— International Standards Organization) High Sierra был доработан и улучшен в соответствии с международными требованиями. С незначительными изменениями он был преобразован в стандарт ISO 9660. Хотя многие специалисты пользуются этими названиями как синонимами, необходимо иметь в виду, что это все-таки два разных стандарта. В этой книге термином ISO 9660 обозначаются современные файловые форматы дисков CD-ROM и CD-R. Во всех дисководах CD-ROM, CD-R и CD-RW могут быть прочитаны диски в формате ISO 9660, и, кроме того, в любом пишущем дисководе (CD-R и CD-RW) может быть однократно записан диск в этом формате (т.е. только диск типа CD-R). При создании перезаписываемого диска в дисководе CD-RW используется более совершенный формат U DF (Universal Data Format—универсальный формат данных).


Стандарты CD-ROM («книги»)

Когда компании Philips и Sony разработали свои стандарты, положившие начало практическому использованию звуковых компакт-дисков, CD-ROM и т.д., соответствующие документы были переплетены в обложки разных цветов. И сегодня по традиции определенному цвету соответствует тот или иной уровень стандартизации.

В Красной книге (официальное название: Compact Disc Digital Audio Standard — Стандарт на компакт-диски с цифровой записью звука; CEI IEC 908) описываются носители, процессы записи и создания мастер-дисков, а также принципы построения устройств для воспроизведения звуковых компакт-дисков. Таким образом, слушая свою любимую музыку, вы в полной мере можете оценить преимущества стандартизации. Компакт-диски, соответствующие стандартам Красной книги, обычно обозначаются как CD-DA (Compact-Disk Digital Audio), и эта аббревиатура (или просто надпись «digital audio») помещается под логотипом диска. В настоящее время на таких компакт-дисках, помимо звуковых, могут размещаться и другие данные, а также программы.

Описанные в Желтой книге (ISO 10149:1989) методы коррекции ошибок и необходимые для этого дополнительные данные, записываемые на компакт-диск, определяют формат CD-ROM. Кроме того, в этой книге перечислены требования к аппаратным средствам и встроенному программному обеспечению дисковода, необходимым для проведения такой коррекции. Если компакт-диск соответствует стандартам Желтой книги, то под логотипом диска помещается надпись «data storage» («для хранения данных»). Определенный в Желтой книге так называемый Режим 1 (Mode 1) является основным форматом компакт-дисков с компьютерными данными. Режим 2 (Mode 2), известный также как формат ХА (extended Architecture—расширенная архитектура), позволяет записывать на одном носителе (и воспроизводить с него), помимо обычных двоичных данных, статические и движущиеся изображения и сжатый звук. Стандарты Желтой книги построены на основе стандартов Красной книги, поэтому практически на всех дисководах CD-ROM можно воспроизводить звуковые компакт-диски.

В Оранжевую книгу (официальное название: Recordable Compact Disc Standard — Стандарт на записываемые компакт-диски) включены основные требования к устройствам для записи компакт-дисков CD-R. Она является дополнением к Красной и Желтой книгам; внее включены описания магнитооптических накопителей (часть 1), устройств CD-R для однократной записи компакт-дисков (часть 2), а также устройств CD-RW для многократной перезаписи компакт-дисков (часть 3).

Стандарты, включенные в Зеленую книгу, представляют собой набор дополнительных требований к форматам записи данных и основных принципов построения систем с поддержкой интерактивных компакт-дисков (CD-I— Compact-Disc Interactive), используемых в некоторых информационных системах. Стандарт CD-1 включает кодирование и декодирование неподвижных изображений (фотографий) в реальном времени, описание CD-RTOS — операционной системы реального времени, а также поддержку полноэкранного MPEG-видео. Диск в этом формате может содержать 19 часов звука, 7500 изображений или 72 минут полноэкранного видео. Обычно этот формат используется в информационных системах (киосках), но в последнее время стандарт выходит из употребления.

Голубая книга содержит стандарты на Enhanced Music CD — формат, позволяющий сочетать на одном диске аудиоинформацию и данные. Другие названия этого стандарта — CD-Extra или CD-Plus. Компакт-диски, в этом формате совместимы со стандартом ISO 9660 и могут быть использованы как в аудиоплейерах (воспроизведение звука), так и в персональных компьютерах (чтение данных).

Белая книга (стандарт CD-I Bridge) посвящена видео-CD. Это формат поддерживает хранение звуковых и видеоданных, а также совместим со спецификациями CD-ROM ХА и ISO 9660. Видеодиски могут быть использованы как в соответствующих плеерах, так и в стандартных CD-ROM, поддерживающих данный стандарт.

Выделение цифровых звуковых данных (DAE)


После появления дисководов с возможностью записи любители музыки достаточно быстро разобрались в ситуации и занялись созданием собственных компакт-дисков и различных сборников и антологий. При такой работе на одном из этапов обычно возникает необходимость в перезаписи музыки со звукового CD на жесткий диск компьютера в виде WAV-файлов. Эти файлы можно редактировать и группировать в нужном порядке для последующей перезаписи на другой компакт-диск. Однако при выполнении этих операций следует учитывать одно обстоятельство, имеющее отношение ко всем дисководам компакт-дисков. Несмотря на то, что практически все они в состоянии воспроизводить цифровые звукозаписи (в аналоговом виде, через звуковую плату или головные телефоны. — Прим. ред.), далеко не всегда удается наилучшим образом перенести эти аудиопрограммы на жесткий диск в виде WAV-файлов. Еще раз повторим: практически все дисководы компакт-дисков (обычные или с возможностью записи) позволяют воспроизводить звуковые CD, удовлетворяющие стандартам Красной книги, но не каждый из них позволяет непосредственно считывать и записывать на жесткий диск звуковую информацию, т.е. извлекать ее из непрерывного потока битов и представлять в необходимом формате. Этот процесс называют выделением цифровых звуковых данных (CD-DA extraction или DAE — Digital Audio Extraction).

Если вы собираетесь создавать свои собственные музыкальные диски, переписывая на них композиции с существующих звуковых CD, то вы должны подобрать себе дисковод, в котором предусмотрена возможность высококачественного DAE (информацию о том, что дисковод обладает такой возможностью, можно найти либо на упаковочной коробке, либо в описании). При перезаписи звуковых CD с помощью дисковода, не приспособленного для высококачественного DAE, возможны помехи в виде шипения, щелчков и провалов в записанной в виде WAV-файла программе. Как специалист, вы должны знать, что такая проблема иногда возникает, и чаще всего решить ее удается лишь путем замены дисковода — источника программ на устройство, осуществляющее более высококачественное выделение звуковых данных.

Помните, что копирование, музыки и иного содержи», ого ком па л-дисков за i.Hii Инны/ уз юрскими правами, является незаконны*,*  .?ы мо имеете пра^., воспроизводить эти материалы сез разре ;:ения влглельцев авторских пр.-из

Дисководы с повышенными рабочими скоростями

В соответствии со стандартом Красной книги скорость передачи потока данных со звукового компакт-диска на усилитель (или другую подсистему обработки звука) равна 150 Кбайт/с. Эта скорость определяется разрядностью данных и частотой квантования звуковых сигналов, которые, в свою очередь, были выбраны исходя из требований к высококачественному звуковоспроизведению. Однако разработчики прекрасно понимали, что компьютерные данные можно передавать в систему в гораздо более высоком темпе, чем тот, что был определен в Красной книге для звуковых компакт-дисков. Поэтому при разработке стандартов Желтой книги для дисководов CD-ROM скорость считывания была увеличена. В результате появились многоскоростные дисководы, у которых скорость передачи данных составляет 150 Кбайт/с при воспроизведении звуковых компакт дисков и существенно повышается при считывании данных с CD-ROM, соответствующих стандартам Желтой книги.

Первым из доступных рядовым пользователям многоскоростным дисководом CD-ROM стал, естественно, дисковод с двукратной скоростью считывания (2х), т.е. 300 Кбайт/с. Затем появились дисководы 4х (300 Кбайт/с), 8х (1,2 Мбайт/с) и т.д. Современные дисководы 50х (7,5 Мбайт/с) считывают содержимое CD-ROM емкостью 650 Мбайт примерно за 1,5 минуты. Нетрудно понять, насколько существенно в результате повышается производительность в целом, особенно при работе с приложениями, обрабатывающими большие объемы данных — например, видеоклипы или звуковые программы. Еще раз отметим, что даже самые быстродействующие дисководы при воспроизведении звуковых компакт-дисков работают со стандартной скоростью 150 Кбайт/с.

Термин многоскоростной (multi-speed) в последнее время используется очень редко, поскольку давно уже стал излишним. Практически все дисководы на сегодняшний день работают с той или иной кратной скоростью. Например, отнюдь не редкостью являются дисководы CD-RW с 16-кратной скоростью в режиме записи, 10-кратной скоростью в режиме перезаписи и 40-кратной — в режиме чтения.

Мультимедийные команды (ММС)

Большой проблемой, возникшей в последнее время в связи с появлением новых дисководов CD-ROM, CD-R и CD-RW, является то, что их создатели стремятся использовать собственные уникальные наборы команд — языки низкого уровня, позволяющие управлять этими устройствами. Исторически сложилось так, что каждая фирма-производитель дисководов разрабатывала свои наборы команд (причем зачастую эти команды изменялись для каждой новой модели, разработанной той же фирмой). Такая практика привела к тому, что едва ли не самой большой головной болью для программистов стала совместимость драйверов и программного обеспечения, предназначенного для записи компакт-дисков, с многочисленными существующими и вновь появляющимися моделями дисководов — причем с все новыми и новыми наборами команд! В результате программные пакеты, предназначенные для записи компакт-дисков, зачастую разрабатываются годами, а их размеры неоправданно велики.

Чтобы хоть как-нибудь ограничить процесс размножения наборов команд, некоторые разработчики дисководов компакт-дисков избрали в качестве управляющего языка набор мультимедийных команд (ММС — MultiMedia Command). Поскольку этот набор команд пригоден для всех ММС-совместимых дисководов, разработчики программного обеспечения могут на его основе создавать комплекты драйверов и программ, совместимых со всеми устройствами этого типа. Программы, предназначенные для записи компакт-дисков, могут работать с любым ММС-совместимым дисководом, и вам не придется модернизировать или устанавливать дополнительно программное обеспечение при замене или добавлении в системуt нового устройства. Конечно, создание набора команд ММС — большой шаг вперед, однако на сегодняшний день ситуация такова, что его плюсы не слишком очевидны. Дело в том, что сейчас практически все дисководы комплектуются своими драйверами и программным обеспечением, и, выбирая себе устройство, вы, в первую очередь, исходите из соображений быстродействия, совместимости форматов и т.п. Если дисковод при этом еще и окажется ММС-совместимым — хорошо, но не стоит жертвовать прочими характеристиками ради этой совместимости.

Загрузочные дисководы CD-ROM (El Torito)

Традиционно в течение длительного времени дисководы CD-ROM не являлись загрузочными устройствами. Объясняется это тем, что для работы дисковода CD-ROM всегда была необходима программа-драйвер, поэтому компьютер должен был сначала запуститься самостоятельно, и лишь затем появлялась возможность загрузить в память упомянутый драйвер. Поэтому единственно возможными загрузочными устройствами были накопители либо на жестком, либо на гибких дисках. После сборки нового компьютера последовательность действий была следующей: система загружалась с дискеты, устанавливалась DOS и драйверы дисковода CD-ROM, и лишь после этого появлялась возможность установить Windows с инсталляционного компакт-диска. В начале 1995 года появился стандарт El Torito. В нем были определены требования к аппаратным и программным средствам, которым должен удовлетворять загрузочный дисковод CD-ROM и сам носитель. На сегодняшний день практически все дисководы соответствуют этому стандарту, поэтому любой из них (в том числе и дисковод CD-R или CD-RW) может быть определен и распознан как загрузочный. Это означает, что система способна считывать содержимое CD-ROM без загрузки какого-либо драйвера. Кончено, для того чтобы воспользоваться всеми функциональными возможностями дисководов CD-R и CD-RW, вам придется загрузить соответствующие драйверы. Для того чтобы иметь возможность загрузить компьютер с дисковода CD-ROM, должны быть выполнены три условия.

о Конструкция дисковода CD- ROM должна допускать первоначальную загрузку системы (этому требованию удовлетворяют почти все накопители с интерфейсами Ultra-DMA и EIDE).

■     В системной BIOS должна быть предусмотрена поддержка загрузочных дисководов CD-ROM. Выяснить, так ли это, достаточно просто — надо лишь проверить, можно ли в программе установки параметров (Setup BIOS) в пункте выбора последовательности загрузочных дисководов указать дисковод CD-ROM в качестве основного (в BIOS практически всех современных системных плат такая возможность предусмотрена).

■     У вас под рукой должен быть компакт-диск с кодом начальной загрузки и операционной системой. Если у вас пока нет загрузочного (системного) CD-ROM, то рекомендации по его созданию вы сможете найти в разделе «Создание загрузочного компакт-диска».

Совместимость компакт-дисков

Многообразие типов дисководов компакт-дисков и самих носителей привело к тому, что зачастую трудно понять, совместим ли тот или иной диск с выбранным дисководом или нет. В табл. 14.2 перечислены существующие на сегодняшний день типы дисководов и совместимые с ними разновидности носителей. В качестве примера рассмотрим стандартные дисководы CD-ROM старого типа. Они в состоянии воспроизводить компакт-диски CD-DA, но только в некоторых из них предусмотрена поддержка DAE. В них можно считывать все обычные носители CD-ROM и только односеансные носители типа CD-R в стандарте ISO 9660.




Конструкции CD-дисководов

Теперь, имея представление о компакт-дисках и их стандартах, можно более детально рассмотреть конструкции дисководов. Все эти устройства, как с возможностью записи (дисководы CD-R и CD-RW), так и обычные (дисководы CD-ROM), представляют собой весьма сложные инженерные конструкции. Дисковод должен быть в состоянии работать с компакт-дисками хотя и стандартного размера, но выпущенными разными производителями, с разными непредсказуемыми поверхностными отклонениями и дефектами. Устройство должно обеспечивать вращение диска с постоянной линейной скоростью, т.е. частота его вращения должна быть обратно пропорциональна радиусу витка спиральной дорожки, который отслеживается оптической головкой. При перемещении головки к краю диска частота его вращения уменьшается и наоборот. В этом заключается принципиальное отличие дисководов компакт-дисков от накопителей на жестких и гибких дисках, в которых носители вращаются с постоянной угловой скоростью. Необходимость поддержания постоянной линейной скорости обусловлена исключительно тем, что при воспроизведении звуковых компакт-дисков данные должны поступать в декодирующее устройство в постоянном и строго определенном темпе, независимо от того, с какого витка дорожки они считываются. При работе с CD-ROM линейная скорость может быть любой. Погрешность отслеживания спиральной информационной дорожки на вращающемся диске оптической головкой дисковода составляет в радиальном направлении менее одного микрона. Электронная часть дисковода должна в реальном времени обнаруживать и корректировать случайные ошибки считывания данных, надежно работать на протяжении длительного времени, а ее стоимость должна быть приемлемой для пользователей.

Механическая часть CD-дисководов


Основой устройства является жесткий алюминиевый или стальной каркас. Как и в накопителях других типов, каркас является той деталью конструкции, к которой крепятся все остальные узлы, как механические, так и электронные. К ним относятся, в частности, лицевая панель, фальшпанель, регулятор громкости и кнопка извлечения диска, придающие устройству функционально законченный и привлекательный внешний вид. Приемные устройства для носителей могут быть разных типов, и рассчитаны либо на установку компакт-дисков в специальных контейнерах (caddy), либо представлять собой выдвижные лотки, поэтому лицевые панели и фальшпанели, а также и способы их крепления могут быть разными.

Несмотря на то, что в дисководах с возможностью записи (CD-R) и многократной перезаписи {СО-Р\Л/),устанавливаются другие лазерные излучатели и электронные узлы, их конструкция; в принципе, такая же, как и у обычных дисководов CD-ROM.

Основные элементы конструкции механизма привода показаны на рис. 14.6. Выдвигающийся лоток предназначен для установки диска. После того как лоток задвигается внутрь привода, специальный фиксатор (на фотографии он белого цвета) приподнимает диск над лотком, а шпиндельный мотор, расположенный под зажимом, раскручивает диск до заданной скорости. Наиболее ответственной деталью дисководов CD-ROM является оптическая головка, в состав которой входит алюмоарсенидгаллиевый (GaAlAs) лазерный диодный излучатель (длина волны 780 нм, мощность излучения около 0,6 мВт), фотодатчик, оптическая система автоматической фокусировки луча и механизм точного слежения за дорожкой. Оптическая головка перемещается по двум направляющим; лазерный луч попадает на поверхность диска через прорезь в лотке. Узел, состоящий из оптической головки и направляющих, иногда называют салазками (sled).






РИС. 14.6 Внешний вид механической части типичного CD-дисковода
Блок оптической головки
Фиксатор диска
Выдвигающийся лоток
Фальшпанель














В дисководах CD-ROM, CD-R и CD-RW используются лазерные излучатели с различными характеристиками (к ним относятся мощность и рабочая длина волны). Но внешне они практически не отличаются друг от друга


Салазки должны отслеживать положение витков спиральной информационной дорожки на поверхности диска. В отличие от дисководов гибких дисков, в которых магнитные головки записи/воспроизведения можно с достаточной точностью «наводить» на дорожки с помощью обычного шагового двигателя, в подавляющем большинстве дисководов компакт-дисков для этого используются линейные электродвигатели с подвижной катушкой, подобные тем, что используются для перемещения головок в накопителях на жестких дисках. Дело в том, что положения концентрических дорожек на дискетах строго фиксированы, что хорошо согласуется с принципом работы шагового двигателя: его ротор может занимать лишь несколько дискретных положений. Кроме того, сами дорожки достаточно широкие, что исключает необходимость точной подстройки положения головок. Радиус же спирали узкой информационной дорожки CD изменяется непрерывно, поэтому положение головки необходимо постоянно корректировать. Осушествляется это за счет изменения управляющего тока в подвижной катушке линейного двигателя. Тем не менее, в некоторых дисководах компакт-дисков все же используются шаговые электродвигатели с чрезвычайно малым шагом вращения ротора. Электронные узлы, обеспечивающие перемещение салазок в нужном направлении, смонтированы на основной печатной плате дисковода. За счет перемещения салазок осуществляется лишь грубое наведение оптической головки на дорожку. Точное слежение за ней и коррекция быстрых отклонений в ту или иную сторону (возникающих из-за неидеальности носителей) осуществляется оптическим устройством самой головки. Масса салазок слишком велика для того, чтобы они были в состоянии реагировать на такие отклонения.

Электронные узлы CD-дисководов

Электронная начинка дисковода обычно расположена в нижней части привода и закрыта алюминиевым экраном (см. рис. 14.7). Ее основные задачи — управление механикой дисковода, обработка звуковых данных для вывода сигнала на гнездо наушников и реализация интерфейса с компьютером. В настоящее время подавляющее большинство дисководов используют интерфейсы ATAPI IDE или SCSI.



Рис. 14.7 Внешний вид электронной части типичного CD-дисковода


На рис. 14.8 приведена блок-схема типичного дисковода CD-ROM. Ее условно можно разделить на две части — подсистему контроллера и подсистему управления дисководом. Подсистема контроллера осуществляет взаимодействие с интерфейсом периферийных устройств системы, а именно — с контроллером накопителей. Большинство наиболее сложных электронных узлов дисковода имеет отношение к этой подсистеме.

Подсистема управления дисководом вырабатывает команды для его механической части (обеспечивающие прием и извлечение компакт-диска, регулировку частоты его вращения, перемещение салазок и т.п.), а также осуществляет декодирование данных (из EFM в обычный двоичный формат) и коррекцию ошибок. Аналоговые сигналы с выхода фотодатчика преобразуются сначала в EFM-сигналы, а затем в поток двоичных данных и кодов CIRC {Cross-InterleavedReed-Solomon Code — перекрывающиеся коды Рида-Соломона). Все операции по фокусировке лазерного луча, слежению за дорожкой, управлению приводом салазок (с использованием обратной связи), шпиндельным двигателем и механизмом приема и извлечения диска осуществляются схемой управления дисководом и процессором сервопривода.



Рис. 14.8 Блок-схема типичного дисковода CD-дисковода (УРЧ — усилитель рабочей частоты, обрабатывает сигналы с фотодатчика; ФНЧ — фильтр нижних частот)

Если вам понадобится более подробно разобраться в электронных узлах дисководов компакт-дисков, то учтите, что приведенную функциональную схему можно рассматривать лишь как иллюстрацию, поясняющую общие принципы функционирования рассматриваемых устройств. Разновидностей электронных узлов дисководов немного — но они существуют, и это надо учитывать. В первую очередь это относится к интерфейсам. В большинстве устройств используются интерфейсы Ultra-DMA или EIDE (как и показано на рис. 14.8). Некоторые фирмы выпускают дисководы SCSI, и лишь немногие производители разрабатывают собственные интерфейсы (в большинстве случаев они лишь незначительно отличаются от стандартных интерфейсов SCSI и IDE). Но в любом случае постарайтесь, по возможности, найти полную документацию фирмы-изготовителя на интересующий вас дисковод.

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Конструкции CD-дисководов.Стандарты и характеристики компакт-дисков", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2017 Дискета.info