Восстановление и принципы хранения данных на лазерных дисках
Восстановление данных с лазерных дисков Принципы хранения данных на лазерных дисках Виды носителей и технологии Приводы оптических дисков Стандарты и совместимость Логическая организация данных Восстановление данных с лазерных дисков Принципы хранения данных на лазерных дисках Причины потери данных Восстановление данных при физических повреждениях Программное восстановление данных
Принципы хранения данных на лазерных дисках
Лазерные диски — неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Изначально они были задуманы как носители музыкальных записей, но очень скоро стали основным средством долгосрочного резервного копирования и хранения архивной информации.
Иногда встает задача восстановить данные с диска, выпущенного в конце XX века. Лазерные диски заводского изготовления редко бывают в единственном экземпляре, ведь тиражи достигают десятков и сотен тысяч экземпляров, однако отыскать дубликат подчас сложнее, чем извлечь данные с того диска, который наконец найден. Тем не менее именно на возможности найти несколько одинаковых компакт-дисков, даже поврежденных, но по-разному, основан один из методов восстановления.
Актуальным является восстановление архивов мультимедиа с записываемых и перезаписываемых дисков, ведь с появлением записывающих приводов многие пользователи стали хранить на таких носителях уникальные семейные альбомы, считая их практически вечными. На записываемых дисках нередко оказываются и резервные копии корпоративных данных, и с течением времени компакт-диск может стать единственным местом хранения устаревшей, но вдруг понадобившейся информации. Как правило, из исходного расположения файлы уже давно удалены.
На лазерных, или оптических, дисках информация записывается благодаря разной отражающей способности отдельных участков такого диска. Все оптические диски схожи тем, что носитель (диск) всегда отделен от привода, который является стандартным устройством компьютера. В отличие от жестких дисков или flash-накопителей аппаратных проблем с лазерными дисками гораздо меньше, и решаются они намного легче — простой заменой привода. Физическое расположение данных на лазерном диске строго стандартизировано, а сведения обо всех стандартах общедоступны, хотя спецификаций создано много.
Виды носителей и технологии
Первые лазерные диски были созданы в 1980 году компаниями Sony и Philips для записи звука. Эти диски (CD-DA) воспроизводились на бытовых проигрывателях. С тех пор внешний вид и геометрические размеры любых лазерных дисков остаются неизменными. Диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, в центре которой находится отверстие диаметром 15 мм. На диск нанесена спиральная дорожка, начинающаяся в центральной части и идущая к периферии. Первоначально существовали лишь диски, тиражируемые промышленным способом со специально изготавливаемых матриц, но впоследствии были разработаны технологии, позволяющие записывать лазерные диски на компьютерных приводах CD-R, а затем и CD-RW
В начале XXI века были разработаны стандарты DVD, которые постепенно должны заменить CD. Эти диски отличаются от CD возросшей в несколько раз плотностью дорожек, а для их чтения и записи используется лазер с меньшей длиной волны. Появились двухсторонние (Double-Sided — DS) и двухслойные (Double Layer — DL) диски, которые содержат два отражающих слоя и обладают почти удвоенной, по сравнению с обычными дисками, емкостью. Последние разработки — стандарты Blu-Ray и HD-DVD позволили еще больше увеличить объем данных, хранящихся на лазерном диске, хотя принцип записи остался почти тем же. Большое значение придается обратной совместимости стандартов и форматов, чтобы более современные приводы могли работать и со старыми дисками.
На заводских, или штампованных, дисках дорожка образована чередованием впадин и выступов, выдавливаемых на поверхности пластины в процессе штамповки диска. На эту поверхность впоследствии напыляется тонкий отражающий слой алюминия. Поскольку выступы и впадины отражают лазерный луч по-разному, становится возможным считывание получившегося узора.
На записываемых и перезаписываемых дисках («болванках») обе поверхности пластины совершенно гладкие, а запись и считывание информации связаны с изменением физико-химических характеристик тонкого записываемого слоя, нанесенного на верхнюю сторону пластины (рис. 5.1). Записываемый слой в дисках однократной записи (CD-R или DVD-R) состоит из органического красителя, необратимо изменяющегося под воздействием мощного лазерного луча, а в перезаписываемых дисках (CD-RW или DVD-RW) он образован пленкой специального сплава, способного менять свою отражающую способность в зависимости от условий нагрева и остывания. Так или иначе, физическое качество записи всецело зависит от качества самой болванки и характеристик привода, на котором производилась запись: скорости, точности фокусировки и мощности луча.
Во всех случаях на верхнюю, дальнюю от лазера, поверхность диска наносится ряд защитных слоев, предохраняющих отражающий слой от повреждений. Хотя защитные слои довольно прочны, с этой стороны диск гораздо уязвимее, чем со стороны подложки. Особенно незащищенными являются перезаписываемые диски — активный слой близок по своим свойствам к жидким кристаллам и реагирует даже на незначительное давление или сгибание диска.
От центра к периферии диск разбит на несколько концентрических областей, или зон (рис. 5.2). Диаметр каждой области строго стандартизирован:
Рис. 5.2. Зоны лазерного диска
□ область посадки, или фиксации, не содержит каких-либо данных и ложится на шпиндель привода. Неровности и грязь в этой области могут повлиять на балансировку и биения диска при его вращении;
□ область калибровки мощности (Power Calibration Area — PC А) присутствует только на записываемых дисках и служит для пробной записи и автоматической регулировки мощности записывающего лазера в зависимости от индивидуальных особенностей диска и привода;
□ программируемая область памяти (Program Memory Area — РМА) также существует только на записываемых дисках. В ней предварительно записывается временная таблица оглавления (Table of Content — ТОС). При завершении сеанса записи эта информация переписывается на нулевую дорожку;
□ нулевая дорожка (Lead-in) содержит оглавление диска или сеанса записи. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек, общую длину области данных и информацию о каждом из сеансов записи. Если диск записывается в несколько сеансов, своя нулевая дорожка создается для каждого из сеансов. Стандартный размер нулевой дорожки — 4500 секторов, или около 9,2 Мбайт данных;
□ область данных содержит полезные данные. Это основная часть диска;
□ конечная зона (Lead-Out) служит маркером конца сеанса записи. Если диск записан в один сеанс, размер конечной зоны составляет 6750 секторов. Если диск записывался в несколько сеансов, для каждого последующего сеанса создается своя конечная зона размером 2250 секторов.
Информация при записи на компакт-диск является многократно избыточной. Это нужно для коррекции возможных ошибок. Хотя считается, что емкость диска CD-ROM составляет около 700 Мбайт, в действительности такой диск несет около 2,5 Гбайт информации!
Спиральная дорожка разделена на секторы, длина одного сектора CD-ROM составляет 17,33 мм, а на стандартном диске помещается до 333 000 секторов. Для диска DVD стандартное количество секторов составляет 2 298 496 (однослойный DVD, DVD-R(W)) или 2 295 104 (однослойный DVD+R(W)). Каждый сектор состоит из 98 блоков, или фреймов (frames). Фрейм содержит 33 байта информации, из которых 24 байта несут полезные данные, 1 байт содержит служебную информацию, а 8 байтов служат для контроля четности и коррекции ошибок. Эти 8 байтов содержат так называемый код Рида — Соломона, вычисляемый на основании 24 полезных байтов. Таким образом, объем сектора составляет 3234 байта, из которых 882 байта являются избыточными. По ним микропрограмма привода способна воссоздать истинные значения остальных 2352 байтов в случае возникновения ошибок. Более того, из оставшихся 2352 байтов 304 байта отведены для синхронизирующих кодов, битов идентификации, кода коррекции ошибок ЕСС и кода обнаружения и исправления ошибок EDC. В результате в одном секторе полезными являются 2048 байтов.
Чтобы минимизировать влияние царапин и других физических дефектов, используется перекрестное чередование блоков между смежными секторами. Благодаря этому любой ограниченный дефект, скорее всего, затронет блоки, относящиеся к разным секторам, и не окажется на двух или трех последовательных блоках. В таком случае коррекция ошибок может оказаться весьма эффективной.
Физически на диск записываются последовательности «темных» и «светлых» участков, получаемых в результате EFM-модуляции. Eight-to-Fourteen Modulation — еще один уровень, призванный обеспечить избыточность и сохранность данных. Вместо каждого байта, то есть 8 битов, записывается последовательность из 14 двоичных значений (битов). К этим 14 битам добавляются по три объединяющих бита (merge bits), и длина последовательности возрастает до 17 битов. В начало каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации.
Схематично описанные здесь алгоритмы являются стандартными и заложены в микропрограмму любого привода. В процессе чтения диска микропрограмма привода осуществляет при необходимости коррекцию ошибок и показывает через интерфейс уже чистые секторы по 2048 байтов каждый.
Приводы оптических дисков
Конструкция любых приводов лазерных дисков практически не изменилась с XX века (рис. 5.3). Все существенные различия приводов CD или DVD, читающих или записывающих, состоят только в лазерах, датчиках и оптических элементах. Разумеется, поддержка новых стандартов потребовала и новых алгоритмов коррекции ошибок, закладываемых в микропрограммы дисководов.
Рис. 5-3- Схема привода лазерных дисков
Диск вращается на оси шпинделя. Частота вращения может доходить до 12 000 об/мин. Под диском перемещается по направляющим каретка, на которой закреплены миниатюрный полупроводниковый лазер, система линз, призм и зеркал, а также приемник-фотоэлемент. В современных комбинированных приводах может быть несколько лазеров. Лазерный луч проходит через оптическую систему, фокусируется на нижней поверхности вращающегося диска, отражается от нее и через те же линзы и призмы вновь попадает на приемник. Приемник преобразует световой луч в электрические сигналы, которые поступают на предварительный усилитель и далее в электронную схему привода.
Верхняя линза является фокусирующей. Она закреплена на очень легких подвесах и может немного смещаться относительно остальных деталей оптической системы. Положением этой линзы управляет сложная автоматика, поэтому луч всегда должен точно фокусироваться на отражающем слое компакт-диска. За счет перемещения каретки лазерный луч можно направить на любой участок диска.
По стандарту на компакт-дисках ширина дорожки составляет около 0,6 мкм, расстояние между соседними дорожками — около 1,6 мкм. Каждый элемент дорожки (впадина или площадка либо участок, отличающийся по отражающей способности от соседнего на записываемом диске) должен иметь протяженность от 0,9 до 3,3 мкм. Для DVD эти размеры значительно меньше. Разница в отражающей способности «темных» и «светлых» участков совсем невелика и составляет не более нескольких десятков процентов. При чтении привод лазерных дисков улавливает довольно незначительные колебания яркости отраженного луча. Когда лазерный луч сфокусирован на отражающем слое диска, создаваемое им пятно должно примерно соответствовать геометрическим размерам дорожек. Если пятно больше, колебания яркости отраженного луча становятся еще меньше, а отклонения в позиционировании усугубляют ситуацию.
Мощность лазера, точность фокусировки, скорость реакции фокусирующей системы, а также степень вибрации и биения диска различны у разных моделей приводов. Кроме того, в работу конкретного экземпляра устройства вносит свой отрицательный вклад износ подшипников и направляющих, а также старение подвесов.
Этим объясняется знакомый всем случай, когда на одном приводе диск читается нормально, на другом читается, но неуверенно, а на третьем не читается вовсе с выводом сообщения об ошибке. Парадоксально: вовсе не обязательно, что диск будет лучше всего читаться на том же приводе, на котором он был записан! Разнообразие параметров, как самих дисков, так и приводов, достаточно велико. О дешевых болванках от неизвестных производителей и доле брака среди них даже не стоит говорить. Существуют и изначально неудачные модели приводов.
Качество привода — понятие весьма расплывчатое. К нему можно отнести тщательность и точность изготовления и сборки механики и оптики, конструктивные особенности, в том числе механизмы балансировки и компенсации люфта, свойства лазерного излучателя, а также особенности микропрограммы.
От микропрограммы зависит поведение привода при неустойчивом чтении проблемных дисков. В общем случае, чем ниже скорость, тем больше шансов успешно считать диск с плохими оптическими характеристиками. При возникновении большого количества ошибок привод должен ступенчато снижать скорость чтения до тех пор, пока чтение не станет устойчивым, но этот механизм по-разному реализован в различных приводах. Чем ниже скорость вращения диска, тем проще требования, предъявляемые к его качеству. Практика показывает, что о качестве привода CD или DVD можно косвенно судить по соотношению пластмасса/металл, то есть по весу устройства и его цене. При этом речь идет о ценах на модели одного поколения.
Хорошо известны приводы от компании Plextor. Они имеют стоимость, превышающую среднюю цену для распространенных приводов вдвое или втрое, однако отличаются стабильностью работы и долговечностью. Кроме того, способностью прочитать даже сильно поцарапанный диск или самую некачественную болванку обладают некоторые модели дисководов марки LG. Стабильным чтением характеризовались и приводы Теас, однако модели выпуска после 2006 года по каким-то причинам стали вызывать нарекания. Опытные компьютерные пользователи, которым по роду занятий часто приходится извлекать данные с нестабильно читающихся дисков, обычно долго выбирают, а затем бережно используют привод. Иногда такой привод подключают к компьютеру лишь для того, чтобы прочитать проблемный диск, а в остальное время отключают физически во избежание лишнего износа.
Стандарты и совместимость
Лазерные носители информации и работающие с ними приводы описаны множеством стандартов и спецификаций, а также их модификаций, расширений и дополнений. Пока пользователь записывает и читает диски на конкретном приводе отдельно взятого компьютера, эти вопросы почти никогда его не интересуют. Проблемы возникают, когда неизвестно, какого типа этот диск, на каком оборудовании и как именно он был записан. Конструктивно все лазерные диски почти идентичны, и, если на поверхности отсутствуют этикетка или метки, по внешнему виду отличить CD-RW от DVD-RW практически невозможно. То, что привод отказывается распознать и прочитать этот диск, еще не говорит о дефекте диска или привода. Попробуем схематично разобраться во всем многообразии спецификаций.
«Железный» уровень — это физические характеристики диска, особенно его записываемого слоя, а также конструкция лазера, оптической системы привода и его датчика. Другими словами, конструкция привода должна допускать работу с дисками с определенными физическими параметрами. Здесь можно выделить основные спецификации.
□ CD-ROM — штампованный диск, самый старый носитель, который должен читаться практически на любом дисководе.
□ CD-R — диск однократной записи с записываемым слоем на основе цианина, азокрасителя или фталоцианина. Развитие технологии последовательно привело к появлению двух разновидностей записываемых дисков, рассчитанных на повы шенную, по сравнению с первоначальной спецификацией, скорость записи:
■ Hi-Speed — отличается материалом и худшей отражающей способностью записываемого слоя;
■ Ultra-speed — отличается материалом и еще более низкой отражающей способностью записываемого слоя.
□ CD-RW — перезаписываемый диск с записываемым слоем на основе сплавов серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Те). Так же, как и в случае дисков однократной записи, среди перезаписываемых дисков последовательно появились две более «скоростные» разновидности:
■ Hi-Speed — отличается материалом и низкой отражающей способностью записываемого слоя;
■ Ultra-speed — отличается материалом и еще более низкой отражающей способностью записываемого слоя.
Таким образом, внутри стандарта CD уже существует семь «железных» вариантов, каждый из которых требует аппаратной поддержки. Совместимость «сверху вниз» соблюдается почти всегда: более новые приводы могут работать со всеми более старыми дисками, но не наоборот. Видимо, стандарт CD уже завершил свое развитие и постепенно уходит в прошлое, однако на дисках CD за много лет накоплено огромное количество архивной информации.
К спецификации DVD относятся:
□ DVD-ROM — штампованный диск, самый первый из поколения дисков DVD;
□ DVD-R — одна из технологий дисков DVD однократной записи;
□ DVD+R — другая технология дисков DVD однократной записи;
□ DVD-RW — одна из технологий перезаписываемых дисков DVD;
□ DVD+RW — другая технология перезаписываемых дисков DVD;
□ DVD-RAM — третий вариант, отличающийся и организацией дорожек, и, частично, свойствами записываемого слоя.
Кроме того, внутри каждой из спецификаций DVD существуют одно- и двухслойные диски: двухслойные диски требуют возможности перефокусировки лазера на каждый из слоев и большего диапазона регулировки мощности луча. Это же касается одно-и двухсторонних дисков — при одинаковой общей толщине отражающий слой (слои) двухстороннего диска оказывается ближе к линзе. Скоростные характеристики DVD R/RW особо не оговариваются, но более старые приводы нередко отказываются работать с новыми болванками, рассчитанными на большую максимальную
Принципы хранения данных на лазерных дисках
скорость записи: им просто недостаточно мощности лазера. Таким образом, внутри стандарта DVD существует более двадцати возможных «железных» вариантов.
Диски DVD сегодня являются наиболее распространенным типом лазерных носителей. Однако на смену уже идут два новых стандарта:
Q Blu-гау Disc — новая технология, которая продолжает развиваться. В ней применяется синий лазер с меньшей длиной волны, что позволяет вдвое увеличить плотность записи. Внутри стандарта уже выделены спецификации BD-R, BD-RE и BD-ROM. Кроме того, существуют одно- и двухслойные диски, а в разработке находятся четырех- и шестислойные. Каждая из этих спецификаций требует чисто аппаратной поддержки со стороны привода;
□ HD DVD — прямой конкурент спецификации Blu-гау, который также использует коротковолновой лазер. Вместе с тем стандарт предусматривает те же самые структуры секторов и блоков ЕСС, алгоритмы коррекции ошибок и модуляцию, что и стандартные DVD. Внутри этого стандарта, который тоже находится в развитии, выделяют спецификации HD DVD-ROM, HD DVD-Rewritable 1.0, HD DVD-R 0.9, HD DVD-RAM. Существуют одно- и двухслойные диски.
Даже совершенно новый записываемый диск не является абсолютно пустым: на нем уже есть служебная дорожка с сервометками ATIP (Absolute Time In Pregroove — абсолютное время в служебной дорожке). Эта служебная дорожка нужна для системы позиционирования, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи. Служебная дорожка содержит также информацию о производителе диска, материале записываемого слоя, длине дорожки для записи и т. д. Служебная дорожка не затрагивается при записи данных на диск. Некоторые системы защиты от копирования используют ее, чтобы отличить оригинал от копии.
Информацию служебной дорожки можно просмотреть, используя многие программы, например Nero Info Tool из стандартного пакета Nero (http://www.nero.com) или другие утилиты, предназначенные для получения развернутых сведений об аппаратной конфигурации компьютера. Проблема состоит лишь в том, что для чтения этой служебной дорожки привод должен хотя бы поддерживать данный физический тип дисков, иначе появится сообщение «диск отсутствует».
ПРИМЕЧАНИЕ
При вставке диска в привод последний раскручивает диск и сразу же пытается считать содержимое служебной и нулевой дорожек. Лазер (в комбинированных приводах) переключается в соответствующий режим, и проверяются позиционирование и фокусировка. Считанное содержимое вводной дорожки кэшируется электроникой привода и остается в памяти, пока диск находится в приводе. Микропрограмма интерпретирует полученную информацию и в результате выдает в интерфейс сообщение о готовности привода. Если физическое повреждение, например трещина, пришлось на эти области, находящиеся вблизи центрального отверстия, привод вообще не распознает диск. Это серьезная проблема: обычными способами заставить привод читать такой диск нельзя.
Следующий аспект совместимости касается поддержки приводом различных спецификаций, относящихся к форматам низкого уровня. Такие форматы связаны с расположением на диске дорожек, служебных записей в них и характером кодирования информации. Для CD эти спецификации описаны «цветными книгами», названными по цветам обложек официальных изданий данных стандартов. Так, «Красная книга» (Red Book — CD-DA) описывает формат аудиодисков, «Оранжевая книга» (Orange Book) содержит требования к одно- и многосеансовой записи записываемых и перезаписываемых дисков и т. п. Применительно к дискам DVD и более новым носителям подобных спецификаций меньше: все они включены в единые стандарты для этих типов дисков.
Существует много режимов записи и чтения, то есть способов размещения служебной информации на нулевой дорожке записываемых и перезаписываемых дисков. Они различаются тем, когда и куда в процессе записи помещается оглавление диска и как выглядят ссылки на сессии и дорожки. В каком-то смысле эти свойства можно сравнить с таблицей разделов жесткого диска: они связывают всю дальнейшую структуру диска с универсальной для всех форматов записью, всегда находящейся на фиксированном месте в самом начале диска. Среди режимов записи выделяют четыре основных и целый ряд их модификаций:
□ Packet — пакетная запись, позволяющая пользоваться перезаписываемым диском подобно жесткому диску или flash-накопителю;
□ ТАО, Track-At-Once, «дорожка за раз» — этот режим применяется только при записи аудиодисков, поскольку не поддерживает ни одну из существующих файловых систем;
□ DAO, Disc-At-Once, «диск за раз» — на диск записывается одна служебная область, содержащая сведения обо всем диске;
□ SAO, Session-At-Once, «сессия за раз» — диск может записываться в несколько приемов — сессий, и для каждой сессии создается своя служебная область;
□ RAW SAO, RAW DAO, RAW SAO 16, RAW SAO 96, RAW DAO 16, RAW DAO 96 — расширения предыдущих режимов.
Способность привода работать с разными физическими типами носителей (CD-ROM/ R/RW, DVD-ROM/±R/±RW/RAM, HD-DVD, одно- или многослойными и т. д.) однозначно определяется его «железной» конструкцией. Это устройство лазера и оптической системы, механизмов позиционирования и фокусировки. Поддержка разных режимов, в том числе одно- и многосеансовой записи, либо чтения дисков, записанных такими способами, осуществляется на уровне микропрограммы или прошивки привода. От прошивки зависит, где и как привод будет искать служебную информацию на диске, как он ее интерпретирует при чтении либо куда и как он будет помещать эту информацию при записи.
Практический вывод оптимистичен: путем обновления прошивки нередко удается наделить привод способностью поддерживать новые форматы. Главное — он изначально должен работать с определенными физическими типами носителей! Для восстановления данных всегда желательно иметь под рукой привод или несколько приводов с поддержкой максимального количества типов носителей, режимов и функций. Подробные сведения о приводе можно получить на вкладке Привод программы Nero InfoTool, а на вкладке Диск этой же утилиты — найти все данные о типе носителя, находящегося в дисководе, а также о логической структуре записанных на нем данных (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Вкладки программы Nero InfoTool
Если в компьютере установлено несколько приводов, для просмотра информации о каждом из них выберите нужный привод в раскрывающемся списке в верхней части окна программы. Подобные сведения сообщают и другие приложения диагностики и инвентаризации системы, например Everest или Fix-It Utilities.
Логическая организация данных
Под логической организацией лазерных дисков понимаются файловые системы, создаваемые на их дорожках. Для лазерных дисков, в отличие от винчестеров, дискет или полупроводниковых накопителей с их системами FAT и NTFS, используются особенные файловые системы. Отчасти это связано с историей появления лазерных дисков — сначала почти все их типы предназначались для хранения аудио- и видеоинформации, а запись компьютерных (файловых) данных становилась дополнительной сферой применения этих носителей. Создание файловой системы неразрывно связано и зависит от операционной системы и программ для записи дисков.
Самая старая и распространенная файловая система — ISO 9660 (ЕСМА-119). Это базовый стандарт файловой системы для CD-ROM. В терминах данной файловой системы дорожка называется томом. Том разбивается на логические секторы с логическими адресами (LSN — Logical Sector Number). Размер логического сектора равен 2048 байтам. В начале тома находится системная область длиной 15 секторов, в которой хранятся так называемые дескрипторы тома и загрузочная запись. С 16-го сектора начинается область данных, которая продолжается до конца дорожки. Внутри тома (в области данных) находятся собственно данные:
□ разделы тома;
□ таблицы путей;
□ дескрипторы директорий;
□ директории;
□ сами файлы.
Таким образом, файлы образуют древовидную структуру каталогов. Для ускорения поиска файлов для каждой директории создается также таблица путей (path table). Она содержит адрес экстента (файла или директории), длину записи расширенных атрибутов, номер родительской директории и идентификатор директории. Каждая директория получает номер, причем корневой директории присваивается номер 1. Директории в таблице путей сортируются по возрастанию глубины иерархии, далее — по возрастанию номера родительской директории и, наконец, по идентификатору директории в алфавитном порядке. Таблицы хранятся в двух вариантах (LSB и MSB) и могут существовать в двух копиях. Это повышает степень устойчивости данных.
Согласно стандарту оглавление отсортировано в алфавитном порядке, директории находятся в начале вне зависимости от реального расположения файлов на диске. Сортировка внутри директории также происходит по именам файлов. Чтобы диски могли читаться различными операционными системами, внутри стандарта ISO 9660 предусмотрены три следующих уровня совместимости.
□ Level 1. Совместимость с MS-DOS: длина имени файла или директории до 8 символов, длина полного пути к файлу — до 256 символов, а глубина вложенности папок и файлов не превышает 8. Файл на диске должен быть непрерывным.
□ Level 2. Совместимость с операционной системой Windows 95/98. Разрешается использовать имена файлов длиной до 30 символов, не считая точки и расширения.
Принципы хранения данных на лазерных дисках
П Level 3. Файл может состоять из нескольких фрагментов. С дисками, файловая система которых соответствует этому уровню, могут работать только операционные системы Windows 2000/XP/Vista/7 и некоторые системы Linux.
На записываемых и перезаписываемых дисках до закрытия сессии создается таблица оглавления (Table of Content — ТОС). При закрытии сессии она переписывается на нулевую дорожку. Эта таблица содержит указания на размещение записей файловой системы. При быстром стирании перезаписываемого диска стирается только таблица, а файлы в области данных не затрагиваются. На этом основано восстановление данных после непреднамеренного стирания диска.
Расширение Rock Ridge Interchange Protocol файловой системы ISO 9660 дополнило список возможных атрибутов директорий и файлов. Эта файловая система полностью поддерживается операционной системой UNIX. На компьютерах с операционной системой Windows такие диски могут читаться, но с некоторыми ограничениями (ограничение касается длинных имен файлов).
Стандарт Joliet был разработан корпорацией Microsoft и также является расширением файловой системы ISO 9660. В этом стандарте обходится ряд ограничений, ранее наложенных стандартом ISO 9660 на длину имен файлов и директорий, вложенность директорий. Имена записываются двухбайтовыми символами Unicode. Таким образом снято ограничение на использование в именах файлов и папок только символов ASCII. Таблицы Unicode хранятся в отдельном дополнительном заголовке, который совместимые с ISO 9660 программы игнорируют, обеспечивая обратную совместимость.
Спецификация загружаемого CD-ROM El Torito определяет формат загрузочной записи, находящейся среди дескрипторов тома файловой системы ISO 9660, и ее интерпретацию в BIOS. Диски, несущие такую загрузочную запись, могут при загрузке с них компьютера эмулировать один из стандартных типов носителей: от гибкого диска 5,25* до винчестера. В остальном на этих дисках используется та же файловая система ISO 9660.
UDF (Universal Data Format) — относительно новая файловая система для CD-RW и DVD. Смысл ее в том, что на диске предварительно размечаются области (пакеты) постоянной или переменной длины. Каждый пакет начинается заголовком и несет в себе файл или часть файла. В результате каждый файл или фрагмент файла хранится в отдельном пакете вместе со своим описанием и может быть стерт или перезаписан независимо от других.
Для работы с этой файловой системой со стороны привода нужна поддержка пакетной записи и чтения на уровне его микропрограммы, а в операционной системе должны быть установлены драйвер UDF и программа для пакетной записи, например Nero In-CD или DirectCD. Полноценная поддержка формата UDF реализована в операционных системах Windows Vista и Windows 7. Для совместимости при чтении на диске может записываться виртуальная таблица содержания VTOC ISO 9660 level 3, как это предусмотрено спецификацией UDF Bridge. Необходимая часть файловой системы UDF, начиная с версии 1.5, — таблица VAT (Virtual Allocation Table). При отсутствии или повреждении этого элемента операционная система не может обнаружить файлы на диске.
Диски DVD-Video и DVD-Audio используют файловую систему micro-UDF (подмножество UDF, ISO 13346). Размер файла должен быть не более 1 Гбайт, а имена файлов могут иметь длину до 255 символов Unicode. Видеофайлы должны лежать в каталоге VIDE0_TS, аудио — AUDIO_TS. В целях защиты от несанкционированного копирования диски DVD-Video и DVD-Audio должны шифроваться системой CSS. Спецификация UDF Bridge является комбинацией ISO 9660 и MicroUDF.
Посекторная, или побайтовая, копия — образ диска — делается независимо от того, какая файловая система на этом диске используется и являлась ли запись пакетной. Все дальнейшие операции по извлечению данных с поврежденного диска должны учитывать особенности файловой системы на нем. Причины потери данных
Все причины потерь данных на компакт-дисках целесообразно разделить на физические и логические, хотя такое деление довольно условно.
Нужно отметить, что нечитаемость диска на конкретном приводе еще не является причиной потери данных. Неважно, что это тот же самый привод, на котором диск записывался. Возможно, со временем сбилась юстировка оптики или уменьшилась мощность лазера. Это обычное явление — многие из современных приводов выходят из строя вскоре после окончания гарантийного срока. Объяснение надо искать в маркетинговой политике фирм-изготовителей: при современных темпах морального устаревания техники и появления новых стандартов нет смысла создавать дорогие и надежные дисководы, как это практиковалось в конце прошлого века.
На работу привода влияют многие факторы. Например, грязь, попавшая на посадочную площадку шпинделя, способна привести к таким биениям вставляемого диска, что система фокусировки просто не успевает установить оптимальное положение фокусирующей линзы. Проблема решается просто: разберите дисковод и тщательно протрите площадку шпинделя спиртом. Загрязнение самой линзы тоже может стать причиной того, что некоторые диски не распознаются и не читаются приводом. Отсюда вывод — для чтения проблемного диска нужен, в первую очередь, хороший и полностью исправный дисковод!
Деградация материалов диска приводит к уменьшению амплитуды отраженного сигнала. Диапазон чувствительности датчика — один из важнейших показателей качества привода CD или DVD. Вполне возможно возникновение ситуации, когда даже Plextor за $300 не сможет прочитать диск — это практически безнадежный случай.
Трещины и сколы тоже очень распространенное явление. Диск со сквозной трещиной восстановлению практически не подлежит, тем более внутри дисковода его легко может разорвать центробежной силой. Менее опасны трещины на периферии.
Царапины на прозрачной поверхности диска приводят к рассеиванию луча, из-за чего лазер не может прочитать отдельные секторы. Радиальные царапины наносят меньший ущерб, чем концентрические. Благодаря чередованию секторов далеко не всякая радиальная царапина способна затенить участки диска так, чтобы микропрограмма привода не смогла их восстановить. За пределами царапины наверняка останется достаточное число секторов, несущих избыточные коды коррекции ошибок. Зато круговая царапина, особенно если она расположена в центральной части, легко может закрыть несколько последовательно идущих секторов, и содержимого соседних секторов окажется недостаточно для компенсации потери. К счастью, многие царапины удается замазать или заполировать разными способами.
Механические повреждения отражающего или записываемого слоя через этикетку и защитный слой являются необратимыми и ведут к безвозвратной потере информации. Самая частая причина таких повреждений — метки и надписи, наносимые неприспособленными для этого маркерами и ручками.
Попытки прочитать диск с грубыми дефектами нередко приводят к зависанию компьютера — это неприятная особенность аппаратного интерфейса и операционной системы Windows. Из этих соображений тестовый привод надежнее подключать на отдельный шлейф IDE или пользоваться приводом с интерфейсом SAT А.
К логическим ошибкам можно отнести последствия программных сбоев при записи диска. В этих случаях искажаются записи ТОС или таблиц файловой системы. Диск определяется приводом, но часть его содержимого бывает недоступна. Однако точно так же могут проявляться последствия физического повреждения секторов, несущих названные структуры.
Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Восстановление и принципы хранения данных на лазерных дисках", 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!
Обсудить статью на форуме