Реферат: Компакт-диски. Классификация. Принципы чтения и записи

Министерство образования РФ

Иркутский государственный техническийуниверситет

Кафедра АС

Курсоваяработа

«Компакт-диски.Классификация. Принципы чтения и записи»

Выполнил: ст. гр. АСУ-99-1

Беляев В. А.

Принял: Бахвалов С. В.

Иркутск, 2002 год

Содержание

Общие сведения о компакт-дисках………………3

Формат компакт-диска……………………………4

Классификация…………………………………….5

Принцип записи CD-R…………………………….6

Принцип записи CD-RW………………………….7

Способы записи……………………………………8

Литература…………………………………………11

В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматомCD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках.Принцип работы этих дисков – оптический. Чтение и запись осуществляетсялазером. В компакт-диске данные кодируются и записываются в видепоследовательности отражающих и не отражающих участков. Отражениеинтерпретируется как единица, «впадина» — как ноль. Приведу некоторые техническиепараметры компакт-дисков. Рабочая длина волны лазера — 780 нм. Диаметркомпакт-диска 120 мм. Толщина диска 1,2 мм. Объем диска 680 Мб (74 мин аудио).Вес 14-33 г. Цепочка углублений (pits) расположена по спирали как в грампластинке,но в направлении от центра (фактически CD является устройством последовательногодоступа с ускоренной перемоткой). Интервал между витками — 1.6 мкм, ширина пита- 0.5 мкм, глубина — 0.125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальнаядлина — 0.83 мкм (рис. 1).

Рис. 1. Поверхность компакт-диска.

Существуют модификации в 80 минут (700 МБ), 90 минут (791 МБ) и 99минут (870 MB). Номинальная (1x) скорость передачи данных — 150 КБ/сек (176400байт/сек аудио или «сырых» данных, 4.3 Мбит/сек«физических» данных). В то время как все магнитные диски вращаются спостоянным числом оборотов в минуту, то есть с неизменной угловой скоростью(CAV, ConstantAngularVelocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловойскоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV,ConstantLinearVelocity).Таким образом, чтение внутренних сторон осуществляется с увеличенным, анаружных — с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливаетсядостаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению,например, с винчестерами.

Рассмотрим формат компакт-диска.

Поверхность диска разделена на области:

·

PCA(Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающимустройством. 100 элементов.

·

PMA(Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и концакаждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытиясессии. 100 элементов.

·

Вводнаяобласть (Lead-in Area) — кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центрудиска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track).Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность- 1 секунда).

·

Областьданных(program area,user data area).

·

Выводнаяобласть (Lead-out) — кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB).Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе(кодировка EFM). Символы отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так,чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битовносителя, не считая промежутков:

·

синхронизация(24 бита носителя)

·

символсубкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)

·

12символов данных

·

4символа контрольного кода

·

12символов данных

·

4символа контрольного кода

При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаруженияи исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежностикоррекции).

Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352 информационныхбайта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя.Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time — mm:ss:ff (минуты: секунды: доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается сначала программной области, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные.Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала (из них 2бита — синхронизация). Используются субканалы:

·

P — маркировка окончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей (min 150секторов).

·

Q — дополнительная информация о содержимом дорожки:

o

число каналов

o

данные или звук

o

можно ли копировать

o

признак частотных предыскажений(pre-emphasis): искусственный подъем высоких частот на 20 дБ

o

режим использования подканала

§

q-Mode 1: во вводной области здесь хранитсяTOC, в программной области — номера дорожки, адреса, индексы и паузы

§

q-Mode 2: каталоговый номер диска (тот же,что на штрих-коде) — 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)

§

q-Mode 3: ISRC (International Standard RecordingCode) — код страны, владельца, год и серийный номер записи

o

CRC-16

Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку(трек) от 300 секторов (4 секунды, см. субканал P) до всего диска. На дискеможет быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебныеобласти:

·

пауза- только информация субканалов, нет пользовательских данных

·

pre-gap- начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов:первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет «отстроиться»от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторовтрека

·

post-gap- конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первыйцифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровойтрек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержитпредзазора.

Существует множество стандартов и форматовкомпакт-дисков – в зависимости от назначения и производителей. Приведудляпримерадалеконевсесуществующие: AudioCD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA(CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I(CD-Interactive), СD-I-Ready,CD-Bridge, Photo CD (single & multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra,I-Trax, Enhanced CD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once). Полное описание их займет слишком многоместа, и это не является целью написания данной работы.

В зависимости же от количества возможныхопераций записи компакт-диски разделяются на: CD-ROM(readonlymemory), CD-R(recordable), они же CD-WORM(writeoncereadmany), CD-RW(rewritable). Соответственно, СD-ROMизготавливается на заводе, и дальнейшая запись на негоневозможна; CD-Rпредназначен для однократной записи вдомашних условиях; CD-RWдопускает множество операций записи. ДискиCD-ROMпредставляют собой поликарбонат, покрытый с одной стороныотражающим слоем (алюминий или — для ответственных применений — золото) изащитным лаком с другой. Смена отражающей способности осуществляется за счетштамповки углублений в металлическом слое. На заводе их просто штампуют сматрицы. Это для нас не очень интересно, и мы подробнее остановимся на дисках,запись на которые можно сделать на домашнем компьютере.

Начнем с однократно-записываемых дисков (CD-R).

По своему внутреннему строению CD-R дискнапоминает слоеный пирог, «начинка» которого состоит из активного,отражающего и защитного слоев, которые последовательно наносятся на основу изполикарбоната.
При этом основа CD-R диска ничем не отличается от той, что применяется втехнологии изготовления компакт-дисков литьем: характеристики пластмассы должныбыть таковы, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировалсяи не вызывал разрушения диска. На основу наносится активный (илирегистрирующий) слой, на котором, собственно, и происходит запись информации.Во время записи мощный лазерный луч нагревает небольшие участки активного слоя.Под воздействием высокой температуры меняются свойства вещества регистрирующегослоя в месте нагрева, в результате он перестает пропускать свет. В другихместах, которые не разогревались лазером, свет по-прежнему беспрепятственнопроходит через регистрирующий слой. В качестве материалов для регистрирующегослоя обычно используются цианин и фталоцианин.

Осталось разобраться с отражающим слоем. Итак, отражающий слой — это тончайшая пластинка из золота или серебра. Причем из серебра лучше, потомучто у него больший коэффициент отражения. Но, тем не менее, диски с золотымотражающим слоем продолжают выпускаться, хотя они хуже и значительно дороже.Как обычно, приходится жертвовать одним качеством в угоду другому: золото — очень долговечный материал, а серебро со временем окисляется. Поэтому в техслучаях, когда требуется длительное хранение данных, применяются диски сзолотым отражающим слоем. Ну и последний слой, защитный, наносится поверхотражающего, и служит для механической защиты CD-R диска и нанесения на негоэтикетки. Тут тоже возможны варианты: в простейшем случае защитный слой являетсобой покрытие лаком. Не самый лучший вариант защиты. Лак можно ободрать, и,что еще хуже, возможна химическая реакция между лаком и различными веществами,которые на него попадают (например, с чернилами, которыми Вы сделаете надписьна обратной стороне диска). Однако последнее время некоторые производители CD-Rдисков используют специальные устойчивые лаки для покрытия дисков, что сообщаетим дополнительную надежность. Более надежные защитные покрытия — дополнительныйслой специального пластика. Кроме защиты, такой способ еще и делает внешний виддиска более привлекательным по сравнению с лаковым.

Восстановить прозрачность веществ, используемых в качестве активногослоя в дисках CD-R, невозможно. С одной стороны, это дает некоторую гарантиютого, что записанная информация будет надежно сохранена. Действительно,повредить запись, нанесенную на активный слой, можно только одним способом — сделать прозрачные участки непрозрачными. Что и может произойти подвоздействием, например, яркого солнечного света. С другой стороны, один раззаписанный диск переписать невозможно. К сожалению, решить это противоречиепока не удалось. На сегодняшний день мы вынуждены выбирать между возможностьюперезаписи и надежностью хранения информации.

И если мы выбираем перезапись, то придется использовать диск CD-RW.Единственное отличие таких дисков от CD-R заключается в устройстверегистрирующего слоя. У CD-R дисков запись основана на изменении оптическихсвойств слоя под действием температуры — при нагревании слой мутнеет. Принципзаписи CD-RW дисков чуть сложнее, здесь используется явление фазового перехода.Промежуточный слой специального органического материала может пребывать либо в аморфном,либо в кристаллическом виде.

Аморфное вещество, как известно из курса физики, это такоевещество, которое при нагревании не превращается в жидкость, а постепенно размягчаются,становятся все более текучими. Примером такого вещества может быть всемизвестный пластилин. Или мед. Кстати, на примере меда хорошо видно общеесвойство аморфных веществ — с течением времени они переходят в кристаллическуюформу. Поставьте банку прозрачного свежего меда в шкаф, и не трогайте года 2.Потом достаньте, и вы увидите, что мед загустел, а то и вовсе стал твердым,«засахарился». И стал непрозрачным! Вот на этом принципе и основаназапись на CD-RW. Прозрачность регистрирующего слоя CD-RW зависит от того, вкаком состоянии это вещество находится, в аморфном или в кристаллическом. И мыможем управлять процессом перехода из одного состояния в другое. Если нагретьрегистрирующий слой до достаточно высокой температуры и затем резко охладитьего, то вещество переходит в аморфную форму. Именно так происходит процессзаписи. На чистом диске CD-RW регистрирующий слой находится в кристаллическойформе. Мощный луч записывающего лазера разогревает участок поверхности ивыключается, диск быстро остывает и в этом месте часть активного слоя переходитв аморфную форму. Для того, чтобы вернуть вещество активного слоя вкристаллическое состояние, его опять нагревают, но до меньшей температуры(менее интенсивным лучом). И вещество возвращается в кристаллическое состояние.Такую операцию можно проводить около 1000 раз, именно столько циклов перезаписивыдерживают CD-RW диски.

И все было бы хорошо, если бы не та самая особенность аморфных веществкристаллизоваться со временем. Как бы мы ни хранили CD-RW, через несколько летзапись будет безвозвратно утеряна. К тому же такие диски легко могут бытьстерты простым нагреванием. Зато можно перезаписывать.

Еще одна особенность дисков CD-RW проявляется при чтении. Если вдисках CD и CD-R мы четко выделяли два типа участков поверхности — отражающиесвет и неотражающие, то в CD-RW вся поверхность является отражающей, хотя и вразной степени. Поэтому при чтении диска CD-RW информация считывается в тотмомент, когда луч лазера попадает на участок перехода между кристаллическим иаморфным веществом. Лазер во всем этом процессе используется стандартный, сдлиной волны 780 нанометров. Считывание производится тоже стандартным лазером,но разница в уровнях сигналов: для CD-RW-дисков меньше, чем для CD-ROM.

Рис. 2. Структура дисков CD, CD-R, CD-RW

Рассмотрим способы записи компакт-дисков вдомашних условиях. Для этого необходимо иметь не только записывающий CD-привод, но и специальное программное обеспечение.Они обычно поставляются вместе. Примером таких программ могут служить Easy CD,CD Creator, CD Publisher. В операционной системе WindowsXPвстроена поддержка записи компакт-дисков.

Процесс записи одной сессии представляет собой единую операцию,которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерностипоступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер,исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи.Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов,работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора«нечестными» драйверами устройств, зависанием программы или операционнойсистемы. К сбою записи приводят также механические толчки привода.

Различается два основных режима записи CD-R: DAO (Disk At Once — весь диск за один прием) и TAO (Track At Once — одна дорожка (сессия) за одинприем). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки иотключается в ее конце; в точках включения и выключения лазера формируютсясерии специальных кадров — run-in, run-out иlink, предназначенные для связывания дорожекмежду собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких кадров (2 секунды). Призаписи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска.

Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным исчитывается любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записиневозможно дописывание новых данных на диск, а режим DAO поддерживается невсеми записывающими приводами. Этот режим также желателен для записимастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки — большинствотиповых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывнозаписанные оригиналы.

В режиме TAO пишутся многосессионные диски, допускающие последующуюдозапись данных; при этом для сессии записывается только зона Lead In (открытаясессия). При записи каждой последующей сессии предыдущая закрывается путемзаписи зоны Lead Out, за которой следует Lead In новой сессии. На эти две зонырасходуется дополнительно 13.5 Мб (6750 кадров) дискового пространства.

По стандарту, чтобы нормально считываться во всех устройствах, дискдолжен быть закрыт (Closed) путем записи выводной зоны. Закрытие диска повышаетвероятность его успешного считывания в других приводах (подавляющее большинствосовременных приводов не обращают внимания на закрытость диска), однако лишаетвозможности дописывания дополнительных сессий.

Перед началом записи необходимо сформировать полный список входящихв сессию файлов; последующее добавление файлов на диск возможно лишь в видедополнительных сессий. Приводы CD-ROM, не поддерживающие многосессионнуюзапись, считывают с диска только первую TOC — соответственно, с их помощьюможно считывать лишь файлы первой сессии. Многосессионные CD-ROM считываюттолько последнюю TOC, поэтому последняя TOC в многосессионном диске должнасодержать ссылки и на файлы предыдущих сессий. Для этого при записи очереднойсессии применяется опция импортирования сессий (Import Track) для созданияполной общей TOC. Совпадающие по именам каталоги при этом объединяются, как придописывании на обычный диск. Адресация файлов в любом случае ведется в пределахвсего диска, поэтому объединению подвергаются только TOC. Файлы сессий, которыене были импортированы при создании очередной, в результирующем каталогеприсутствовать не будут и обычное обращение к ним будет невозможным, однако многиепрограммы записи на CD-R позволяют выборочно считывать отдельные сессии диска.Если запись на однократный многосессионный диск по какой-либо причине былапрервана, в ряде случаев имеется возможность использовать оставшееся свободнымпространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытиясессии (Close Track/Session), после чего нужные данные записываются очереднойсессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут бытьимпортированы).

Поскольку конечная видимость каждого файла определяется процессомимпорта TOC, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочнаязамена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставатьсяна диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог помещаетсяссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий вкаталог новой сессии дает эффект их «удаления». Видимость«удаленных» таким образом файлов впоследствии может быть«восстановлена» путем их импорта в новые сессии.

Для записи CD-RW может применяться их предварительное форматирование- разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования дискCD-RW может использоваться, как обычный сменный диск — стандартные файловыеоперации копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером приводаCD-RW в серии операций перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы сдисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кромедрайвера привода с поддержкой UDF и программы начальной разметки.

Некоторые версии записывающих программ позволяют записывать загружаемыедиски. Загружаемая часть CD-ROM записывается в виде образа загрузочной дискетыили винчестера, из которого при загрузке BIOS системной платы эмулирует дискA:.

Литература

1.

people.kstu.edu.ru/CSN/CDR/rab.htm

2.

www.kstu.kz/~yas/theory_lw/opt_70.htm

3.

bog.pp.ru/hard/cdrom.html

4.

www.procd.ru/

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам