5.4.5. Накопители cd -rom
Накопитель CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) состоит из привода CD-ROM (считывателя компакт-дисков) и оптического диска. Привод CD-ROM состоит из загрузочного устройства, системы управления приводом, оптико-механического блока, блока систем автоматического регулирования, универсального декодера и интерфейсного блока. Типовая схема привода CD-ROM приведена на рис.5.51.
Рис.5.51. Схема накопителя CD – ROM
В блоке системы автоматического регулирования предусмотрены системы управления механизмами привода: САР-Ф – управления фокусировкой луча; САР-М – система управления мощностью лазерного луча; САР-РС – система, обеспечивающая радиальное слежение за поверхностью и дорожкой; САР-ЛС – система слежения за линейной скоростью. ФАПЧ – система фазовой автоподстройки частоты.
Алгоритм функционирования привода CD – ROM состоит в следующем. После помещения оптического диска в загрузочное устройство, электромеханическое устройство приводит диск во вращение. Оптико – механический блок обеспечивает перемещение оптической головки считывания по радиусу диска и считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 – 5,0 мВт), который попадает на отражающее зеркало.
Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужному участку диска. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, далее отражается от зеркала и поступает на разделительную призму, которая направляет луч через вторую фокусирующую линзу на фотодатчик. Фотодатчик преобразует световой поток в поток электрических импульсов. Далее сигнал поступает на универсальный декодер. Высокая достоверность считывания информации обеспечивается сложными системами слежения за поверхностью диска и дорожки записи, алгоритмами декодирования входного потока данных и последующей цифровой обработки. Преобразованные и обработанные данные в виде последовательности кодов передаются в память компьютера через один из стандартных интерфейсов.
Современные накопители выпускаются с интерфейсами SCSI, АТА (ATAPI), USB, PCMCIA. Для блокнотных ПК имеются малогабаритные накопители, размещаемые в их корпусах.
Вслед за первыми моделями, имеющими скорость считывания 150 Кбайт/с, появились устройства с удвоенной и учетверенной скоростью считывания – Double–Speed, Quadro–Speed. Для устройств с большей кратностью, скорости обозначают числами: 2–х, 4–х, … 16–х, 20–х, 24–х ,48–х... Теоретически накопитель, например, 10-х, должен обеспечивать скорость передачи данных при чтении 10x150 Кбайт/с, однако из-за возможных повторных считываний неустойчиво воспроизводимых данных реальная скорость может оказаться ниже. Чем выше кратность скорости накопителя, тем меньше, как правило, и время доступа. Высокоскоростные накопители часто более критичны к носителям.
В оптических дисках для хранения информации используется изменение оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении дорожки лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD (Compact Disk), как и грампластинки, имеют одну спиральную дорожку, начинающуюсяся с периферийной стороны диска. Эта спираль имеет 22188 витков (поперечная плотность около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров. Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку время уходит и на разгон (торможение) диска при относительно быстром перемещении головки. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для звуковоспроизведения в реальном масштабе времени, соответствует информационной скорости 150 Кбайт/с. Диск способен хранить информацию на несколько часов звучания стереофонического аудиосигнала с частотой квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске диаметром 120 мм используется только одна поверхность. В таком виде и появились первые компактдиски для хранения данных.
Запись дисков может производиться как печатью с матрицы (заготовки), так и непосредственной записью на носитель в устройстве CD-R. Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже.
Независимо от способа записи, оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (при использовании качественного носителя и записывающей аппаратуры).
Уже отмечалось, что вместо концентрических дорожек обычных дисков оптический диск имеет одну спиральную дорожку. Минимальной адресуемой единицей хранимой информации является сектор. Сектор кроме служебной информации может содержать 2048 байт данных, защищенных от ошибок ЕСС-кодом, или 2324 (или 2336) незащищенных байт аудио/видео информации. Последовательность секторов одного назначения (формата) объединяется в понятие ”дорожка”. В аудиодисках ”дорожке” соответствует одна музыкальная запись. Минимальный размер ”дорожки”- 300 секторов, максимальный - весь диск. На диске может быть до 99 дорожек. Для каждой дорожки имеются биты состояния (флаги), определяющие его характеристики. Чтобы аудиоплейер не пытался воспроизводить установленный по ошибке диск с данными, для дорожки, содержащей данные, устанавливается флаг ”Data”. Начальная дорожка хранит информацию об организации диска – VTOC (Volume Table Of Contents).
Существует ряд стандартов, описывающих компакт-диски. Часть из них коротко называется по цвету, обложки исходного документа, другие имеют более официальные названия. Большинство стандартов описаны в [12].
Диски могут быть записаны в разных физических форматах. В традиционном режиме CD-ROM (Mode 1) диск имеет емкость около 650 Мбайт, в режиме (Mode 2) - 780 Мбайт. Меньшая емкость в режиме M1 обусловлена большой избыточностью кодирования хранимых данных, необходимой для коррекции неизбежных ошибок.
В режиме Mode 2 CD-ROM на диск записываются данные без кодов ЕСС, причем здесь могут чередоваться, например, области аудиоинформации и данных. Забота об обеспечении достоверности считываемых данных, записанных в М 2, ложится на внешнее программное обеспечение.
Поначалу CD-ROM поддерживались операционными системами только с помощью специальных драйверов. Со временем разнообразие интерфейсов сократилось до трех – SCSI, ATAPI, USB. Функциональные потребности возросли и поддержку CD-ROM стали встраивать в BIOS. При этом для устройств АТА в BIOS Setup тип указывать не надо - устройство будет опознано автоматически. В дисковый сервис INT 13h ввели новые функции, позволяющие для накопителя CD-ROM эмулировать дискету или жесткий диск LBA, а также загружать ОС с CD-ROM.