Неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM

Массовое распространение получили CD-ROM. Компакт-диск представляет со­бой пластиковый поликарбонатовый круг диаметром 4,72 дюйма (встречаются компакт-диски и диаметром 3,5; 5,25; 12 и 14 дюймов) и толщиной 0,05 дюйма, с отверстием в центре диаметром 0,6 дюйма и имеет двухслойное покрытие: тончайший отражающий металлический (обычно алюминиевый) слой и лаковое покрытие. Эти диски поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией (в частности, с программным обеспечением). Запись инфор­мации на них возможна только вне ПК, в лабораторных условиях, лазерным лучом большой мощности, который оставляет на поликарбонатной основе CD след — дорожку с микроскопическими впадинами (питами, pits). Питы имеют ширину около 0,5 микрон и следуют друг за другом, образуя единую спиральную дорожку с шагом 1,6 микрона (для сравнения: тонкий человеческий волос имеет диаметр 75 микрон). Каждый пит в зависимости от своей длины может кодиро­вать несколько битов информации. Таким образом создается первичный «мас­тер-диск». Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер-диску» вы­полняется путем литья под давлением.

Дорожка на CD, в отличие от магнитных дисков, спиральная и очень узкая; Впа­дины имеют глубину примерно 5 миллиардных долей дюйма и ширину в 24 мил­лиардные доли дюйма; плотность дорожек — 16 000 дорожек на дюйм. Длина всей спиральной дорожки около 5 км. В оптическом дисководе ПК информация с дорожки читается лазерным лучом существенно меньшей мощности. Лазерный луч фокусируется на дорожке диска и отражается от выпуклостей питов, меняя свою интенсивность. Отраженный луч улавливается фотоприемником (фото­диодом) оптической читающей головки.

CD-ROM ввиду весьма плотной записи информации имеют емкость от 250 Мбайт до 1,5 Гбайт (наиболее распространенная емкость 650 Мбайт), время доступа (access time) в разных оптических дисках колеблется от 50 до 350 мс, скорость считывания информации — от 150 до 6000 Кбайт/с. Приводы CD-ROM сущест­венно отличаются по скорости передачи данных. Она зависит от двух факто­ров: плотности записи информации на поверхности диска и скорости вращения диска. Последняя является параметром, указываемым в марке дисковода в виде Nx-коэффициента кратности (data-transfer rate), сообщающего, во сколько раз ли­нейная скорость дисковода превышает так называемую «единичную» скорость, равную 150 Кбайт/с. Сейчас имеются модели с любыми четными значениями этого коэффициента от двух (2х) до 56 (56х), последние обеспечивают транс­фер более 6 Мбайт/с. Следует заметить, что прямой линейной зависимости меж­ду коэффициентом кратности и трансфером нет, например реальная скорость CD-ROM с кратностью 50х оказывается обычно намного ниже теоретической — часто соответствующей 40х. Дисководы CD-ROM менее чем с двадцатикратным увеличением скорости не позволят качественно реализовать многие современ­ные технологии мультимедиа, да и многие программные приложения вообще, поэтому они сейчас не выпускаются.

Глава 6. Запоминающие устройства ПК

Дисковод обеспечивает считывание информации «из глубины» диска, для этого лазер фокусируется не на внешней поверхности, а непосредственно на инфор­мационном слое. Грязь и царапины на покрытии, таким образом, оказываются не в фокусе и до определенного предела игнорируются. Кроме того, для обеспе­чения надежной работы информация на компакт-дисках кодируется с боль­шой избыточностью с использованием корректирующего кода Рида-Соломона (Reed-Solomon code), обеспечивающего возможность восстановления исходной информации при значительном числе ошибок ее считывания.

К первым, не очень скоростным накопителям предъявлялось требование обеспе­чения минимальной постоянной линейной скорости считывания данных: CD используются для хранения аудио- и видеоинформации, а для нормального про­слушивания аудиоданных она должна быть не менее 150 Кбайт/с. Это обуслав­ливало переменную угловую скорость. При считывании информации с внутрен­ней части диска она должна быть 500 оборотов/мин, против 200 оборотов/мин при считывании с внешней, то есть должна меняться в 2,5 раза. Таким образом, для обеспечения быстрого переключения между областями диска двигатель дол­жен обладать хорошей динамикой. Скоростные CD-ROM, начиная с коэффициен­та кратности 12х, обеспечивают трафик нужной минимальной величины в любом месте диска даже при постоянной угловой скорости вращения. Поэтому совре­менные высокоскоростные накопители имеют постоянную угловую скорость и, тем самым, непостоянную линейную.

Таким образом, в низкоскоростных накопителях при считывании (записи) угло­вая скорость меняется в зависимости от местонахождения считываемого (запи­сываемого) участка дорожки с целью обеспечить постоянную линейную скорость носителя под головкой — этим обуславливается возможность работы с постоян­ной оптимальной плотностью записываемых данных и высокая емкость дисков. Высокоскоростные устройства лишены этой благоприятной особенности, но вы­сокая емкость дисков обеспечивается в них иными технологическими приемами, в частности, благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity — постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной, соответственно на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4-7,8 Мбайт/с). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинает­ся с внутренних областей.

При выполнении реальных задач разница в производительности приводов, имею­щих скорости в диапазоне 24х-50х, для пользователя практически не ощутима и может быть измерена только специальными тестами. Более скоростные приво­ды обладают преимуществом лишь в случае считывания большого объема непре­рывно расположенных данных, например, при установке программного обеспе­чения. В настоящее время максимальная достигнутая скорость составляет 56х, то есть примерно 8000 Кбайт/с. Эта величина соответствует частоте вращения 12 000 оборотов/мин. На таких скоростях начинают сильно сказываться дефекты производства дисков — искажения геометрии, неравномерность массы. Чтобы уменьшить паразитные биения, производители прибегают к различным ухищре-

Внешние запоминающие устройства

ниям, например оборудуют приводы CD-ROM специальными демпфирующими устройствами.

Следует отметить, что большинство дисководов способно автоматически сни­жать скорость вращения при появлении большого количества ошибок считыва­ния данных (и не все модели, кстати, способны в дальнейшем при уменьшении числа ошибок ее повышать). Номинальная же скорость, указываемая на диско­воде, определяется на эталонном, безошибочном диске, не требующем снижения оборотов. Снижение скорости частично компенсируется наличием в устройствах большого кэша, который, кроме того, хорошо помогает при работе с большим ко­личеством мелких файлов, требующим многократного позиционирования голов­ки считывания-записи. Размер внутренней кэш-памяти, в который считываюгся данные перед их передачей, в современных накопителях достигает 1 Мбайт, но удовлетворительной величиной является и кэш емкостью 128 Кбайт.

Устройство позиционирования оптической системы ориентируется на специаль­ные метки диска и не требует прецизионной механики, что делает это весьма вы­сокотехнологичное устройство достаточно дешевым в производстве. Изначально приводы CD-ROM имели свой интерфейс, обычно устанавливаемый на звуко­вой карте, и умели работать только с ним. Современные дисководы CD-ROM имеют IDE-ATAPI или SCSI-интерфейсы и могут подключаться непосредственно к разъему на материнской плате как IDE- или SCSI-устройства. IDE-ATAPI — более распространенный интерфейс. Большинство современных приводов CD-ROM с данным интерфейсом поддерживает протокол Ultra DMA/33 (UDMA), имеющий скорость передачи 33 Мбайт/с. SCSI-интерфейс обеспечивает скоро­сти передачи данных до 80 Мбайт/с (для спецификации SCSI-3) и подключение максимум до 16 устройств. Область применения дисководов CD-ROM с интер­фейсом SCSI — графические станции, серверы и другие мощные системы. Пока только SCSI способен поддержать надежное функционирование систем с подклю­чением нескольких дисководов CD-ROM и их работу в многозадачном режиме.

Типовой дисковод состоит из блока электроники, шпиндельного двигателя, систе­мы оптической считывающей.головки и системы загрузки диска. В блоке электро­ники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или перемен­ной угловой скоростью. Система оптической головки включает в себя саму голов­ку и устройства ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприем­ник и предварительный усилитель. Лазер имеет длину волны 780 нанометров.

Конструкции дисководов предусматривают возможность загрузки как одного, так одновременно и нескольких компакт-дисков. Последний вариант иногда бо­лее удобен, но рекомендовать его безоговорочно нельзя: часто в этом случае сни­жается качество воспроизведения записи и надежность устройства.

Наконец, нужно иметь в виду, что все современные модели CD-ROM позволяют качественно воспроизводить и музыкальные записи. Для этого следует устано­вить в ПК необходимые драйверы (при работе в среде MS DOS, например, это

Глава 6. Запоминающие устройства ПК

специальная постоянно находящаяся в памяти (резидентная — TSR) программа; при работе под Windows — драйвер CD Audio). В ряде моделей есть кнопка Play для запуска проигрывания аудиодисков. Чаще эта кнопка является двухфунк-циональной (например, Play /Next) и служит также для перехода между звуко­выми дорожками. Другая кнопка, Eject, при проигрывании аудиодисков обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. В обычном режиме кнопка Eject служит для загрузки-выгрузки диска. Слушать диски мож­но как через выход для наушников на передней панели CD-ROM, так и через внешнюю акустическую систему. В последнем случае необходима звуковая кар­та с усилителем.