Диски cd-cd, CD-R, cd-rw

План лекції

Лекція №2.2

Енергонезалежна пам'ять с послідовними інтерфейсами

Для мікросхем енергонезалежної пам'яті малого обсягу, від яких не потрібно високої продуктивності обміну даними, часто застосовують послідовний інтерфейс. Двухпроводной (вважаються тільки сигнальні лінії, загальний провід мається на увазі) інтерфейс 1²С забезпечує низьку швидкість передачі (частота до 100, 400 КГц і 1 МГц у найшвидших пристроїв). Тр-провідний інтерфейс SPI (Serial Peripheral Interface) з лінією синхронізації SCK і розмежувальними лініями вхідних (SI) і вихідних (S0) даних забезпечує більш високу швидкість, чим I²C: SPI Mode 0 — частота 2,1 МГц, Mode 3 — 5 Мгц.

“Будова і принцип роботи оптичного накопичувача”

1. Диски CD-R

2. Диски CD-RW

3. Диски DVD

4. Файлові системи для CD і DVD

5. Запис на оптичні диски

В оптичних дисках збереження інформації засноване на зміні оптичних властивостей (в основному, ступеня відображення) поверхні носія. У процесі зчитування при висвітленні треку лазерним променем виникає модуляція інтенсивності відбитого променя, сприйманого фотоприймачем. У модульованому промені закодована двоичная інформація, розміщена на треку. На цьому принципі засновані диски CD, а також їх «нащадки» — DVD і диски, що коштують особняком, PD. Докладно внутрішня організація компакт-дисків різного призначення розглянута в [6], тут же зупинимося на прикладній стороні.

У комп'ютер компакт-диск (Compact Disk, CD) прийшов з цифрового аудиозапису. Аудиокомпакт-диски, називані Audio-CD, були розроблені фірмами Sony і Philips у 1982 році. Діаметр компакт-диску — 120 мм, товщина — 1,2 мм. Як і грамплатівки, диски мають одну спіральну доріжку, але, на відміну від грамплатівок, що починається від центра диска. Ця спіраль має 22 188 витків (поперечна щільність — близько 600 витків на 1 мм) і довжину більш 5 кілометрів. Область з діаметром 46-50 мм є вступною (Lead-in Area, LIA), а область 116-117 мм — вивідною зоною (Lead-Out Area, LOA). Область між цими зонами називається програмної (program area). Доріжка являє собою ланцюжок «ямок» (pits) у прозорій основі диска, за якої розташований світловідбиваючий шар. Поперечний крок витків спирали — 1,6 мкм, ширина доріжки (ямок) — 0,5 мкм, глибина ямок — 0,125 мкм. Краю ямок відповідають двійковим одиницям канальної інформації, що кодує записану на диску корисну інформацію. Ділянка без зміни глибини (як ямка, так і «рівнина») відповідає двійковим нулям, число нульових бітів визначається довжиною цієї ділянки. Довжина ямок лежить у межах 0,83-3,56 мкм. Для зчитування застосовують інфрачервоний лазер з довжиною хвилі 780 нм (у повітрі). Глибина ямок обрана рівної 1/4 довжини хвилі променя лазера в прозорому матеріалі основи диска. Завдяки цьому промінь, відбитий від дна ямки, повертається в приймач у протифазі з променем, відбитим від поверхні (він в обидва боки проходить зайві 1/2 хвилі), — вони взаємнознищуються, що підвищує контрастність сприйняття ямок. Для вирівнювання подовжньої щільності запису диск обертається з перемінною кутовою швидкістю, а привід забезпечує сталість лінійної швидкості носія, що проходить під голівкою. Цим обумовлене великий час доступу, оскільки додатковий час іде на розгін (гальмування) диска при досить швидкому переміщенні голівки. Диск здатний зберігати інформацію 74 хвилин звучання стереосигнала з частотою квантування 44,1 КГц і 16-розрядними вибірками. На диску використовується тільки одна поверхня. Кожен музичний добуток (або його частина) записується на одному треку, усього на диску може бути до 99 треків. В вступній зоні розміщена таблиця вмісту (Table Of Content, ТОС), у якій описані координати кожного треку і вивідної зони. Усередині кожного треку можуть бути розставлені індекси, що маркірують визначені крапки в записі, — завдяки їм можна швидко знаходити і виконувати відтворення з заданого місця. Крім основного інформаційного каналу, що несе звукову інформацію, на диску маються службові субканали (канали субкода Р, Q, R, S, T, U, V, W) із пропускною здатністю 1/192 від основного каналу кожний. З цих субканалв широко використовуються лише Р и Q, що служать для навігації по диску, збереження короткої інформації (ідентифікаторів) про вміст диска і треків, а також збереження ТОС.

У такому виді з'явилися і перші компакт-диски, орієнтовані на збереження даних, для зчитування яких застосовуються приводи CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — компакт-диск, призначений тільки для читання). Вони базуються на тих же методах організації і кодування даних на фізичному рівні, що й аудиодиски, але відрізняються способом організації і використання збереженої інформації.

Спіральний трек CD-ROM, як і CD-DA, починається з вступної зони (LIA), у якій розміщається низькорівнева таблиця ТОС з координатами початку всіх треків і вивідної зони. За нею випливає зона даних, що може містити до 99 треків. Завершує диск вивідна зона (LOA). Адресація інформації на треку походить від аудиодисків: адреса інформаційного блоку складається з номера хвилини (0-73), номера секунди (0-59) і номера фракції (0-74). Кожна фракція (блок даних) несе 1/75 секунди аудиоданних: при частоті 44,1 кгц два 16-бітних канали вимагають 44100 х 2 х 2/75 - 2352 байт. Такий блок на треку записується як послідовність 98 кадрів (frame). У кожнім кадрі мається поле синхронізації, власне дані, контрольний код і субкод. Контрольний код кадру забезпечує виявлення і виправлення помилок з рівнем, цілком прийнятним для відтворення аудиозаписей, але недостатнім для надійного збереження даних. В аудиозаписи кадр, у якому помилка виявлена, але виправити її не удалося, ігнорується (відтворюються інтерпольовані дані). Для збереження даних такий підхід неприйнятний. Субкод формує субканали (Р, Q,..., W), використовувані для навігації і службових цілей. Поля даних 98 кадрів блоку в сумі складають 2352 байт, захищених (з виправленням помилок) на рівні кадрів.

Обсяг стандартного диска CD-DA (74 хвилини) складає 74 х 60 х 75 -= 333 000 блоків. Якщо в блоці використовувати по 2048 байт (з додатковим захистом), то це складає 681 984 000 байт; якщо по 2336 байт (без додаткового ЕСС) - 777 888 000 байт.

Мініатюрні диски (CD Single) діаметром 80 мм мають ємність близько 200 Мбайт. Для цих дисків на лотках приводів CD мається невелике поглиблення, що забезпечує можливість їхнього використання нарівні з «великими». Їх не слід плутати з міні-дисками (Sony MiniDisk), що є перезаписуваними магнитооптическими дисками.

Швидкість передачі даних стандартного аудиодиска складає 75 блоків у секунду, у CD-ROM (а також CD-R і CD-RW) ця швидкість називається 1х і при розмірі 2048 байт складає 150 Кбайт/з (1ДО - 1024). Для пристроїв збереження така швидкість малувата, і були визначені швидкості 2х, 4х, 8х,..., 56х. Приводи зі швидкостями до 12-16х забезпечують постійну лінійну швидкість по всій робочій поверхні ⁽Для CD-DA (CD-ROM lx) швидкість обертання складає приблизно 200-400 про /хв)

. Високошвидкісні приводи для режимів вище 12-16х забезпечують постійну кутову швидкість. Більш висока кратність швидкості реально забезпечується тільки на зовнішній частині спирали (нагадаємо, що це ближче до її кінця).

Приводи CD мають велику величину часу доступу — 75-500 мс; така повільність викликається і необхідністю розгону і гальмування диска при доступі до різних ділянок носія.

Спочатку технологія запису на оптичні диски була дуже дорогою, і в комп'ютерах використовували только пристрою читання і диски CD-ROM. Згодом були розроблені диски CD-R (Recordable CD — записуваний компакт-диск), записувані користувачем, і пристрою запису (рекордери) CD-Writer, CD-Recorder (природно, здатні і зчитувати інформацію). Ці диски і пристрої забезпечували лише однократний запис, їх ще називали CD-WORM (Write Once, Read Many — однократний запис, багаторазове читання) або CD-WO (Write Once). Пристрою з можливістю багаторазового запису на оптичний диск спочатку назвали CD-E (Erasable — що стираються). Однак з маркетингової точки зору така назва показалася непривабливим (від того, що дані можуть бути стерті, захват мало хто випробує), і його замінили на CD-RW (Rewritable CD — перезаписуваний компакт-диск), хоча фізична суть та ж. Особливу привабливість CD-R і CD-RW додає сумісність цих дисків зі звичайними приводами CD-ROM і навіть аудиоплеерами ⁽Старі моделі приводів не працюють з CD-RW). Існують також і оптичні диски PD (Phase change Disk), що допускають багаторазовий перезапис, але ніяк не сумісні з приводами CD-ROM. Правда, маються комбайни CD/PD, що працюють з різними типами дисків. Більш нові і ємні диски DVD (Digital Video Disk — цифровий відеодиск, або Digital Versatile Disk — універсальний цифровий диск) сумісності з CD не мають. Але і тут з'явилися комбайни, що дозволяють працювати і з DVD, і з CD.

Дата добавления: 2014-01-04