CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – це лише диск для читання.
Розмір: 120 мм, товщина 1,2 мм (5”) 640-700 МБ (з них 8 МБ службова інформація)
Структура диска:
Полікарбонатна пластмаса (Back layer)
Тонкий шар алюмінію
Захисний шар (лакове покриття/лакування)
Етикетка диска (декоративне покриття)
Інформація на диску записується вздовж однієї спіральної доріжки (як у грамплатівці), початок доріжки відраховується від центру диска до краю, тобто. Доріжки диска мають форму спіралі. Лазерний промінь визначає цифрову послідовність 0 і 1, записаних на CD, формою мікроскопічних ямок (Pit-шар) на його спіралі.
Принцип зчитування інформації з CD-ROM 4 етапи:
Лазерний промінь, потрапляючи на світло, що відображає острівець (піднесеність), відхиляється на фотодетектор, інтерпретує його як двійкову 1. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається, фотодетектор фіксує двійковий 0.
- промінь слабкого лазера дисководу рухається через систему лінз і фокусується на спіралі диска
- промінь «зчитує», відбиваючись від pit-шару диска з різною інтенсивністю
- відбитий промінь потрапляє в групу призм, переломлюється та відбивається на фотодетекторі
- фотодетектор визначає інтенсивність світлового потоку і передає мікропроцесору дисководу, який перекладає все в цифрову послідовність (0 або 1).
Принцип запису на CD-ROM:
CD-ROM виготовляються лише у заводських умовах на спеціалізованому промисловому устаткуванні у 2 етапи:
- Створюється майстер-диск (матриця). На заготівлі диска (рельєфна підкладка з полікарбонату, на яку нанесений тонкий шар металу, що відбиває світло — алюмінію) формується спіралеподібна доріжка вздовж якої лазерний промінь «пропалює» в ній крихітні ямки. (Pit-ділянки).
- Штампування тиражу з майстер-диска. Матриця вирушає у виробничий цех, де з неї штампується безліч копій. Потім рельєфна основа металізується, додається ще один тонший шар лаку, що захищає металеву поверхню, зверху наносяться малюнки (етикетка).
Інформація з лазерного диска зчитується за допомогою приводу (CD-дисковода) Конструкція приводу:
- Плата електроніки (Розміщені всі схеми приводу, що управляють, інтерфейс з контролером комп'ютера, роз'єми інтерфейсу і виходу звукового сигналу)
- Шпиндельний двигун (електродвигун) - служить для обертання диска в дисководі з постійною або змінною лінійною швидкістю
- Оптична система зчитує головки складається з оптичної головки та системи її позиціонування. У головці розміщено малопотужний лазерний випромінювач, система фокусування, фотоприймач та попередній підсилювач.
Система завантаження диска може бути у двох варіантах:
- спеціальний футляр для диска (caddy), що вставляється в приймальний отвір приводу (як floppy-disk)
- висувний лоток таця (tray-механізм), який висувається з накопичувача після натискання кнопки Eject. На нього встановлюється диск, диск засувається повторним натисканням кнопки Eject (засувати tray-механізм «в ручну» не слід, можна пошкодити дисковод.
На передній панелі дисководу є:
- кнопка Eject для вивантаження та завантаження диска
- гніздо для підключення навушників (з електронним або механічним регулятором гучності)
- індикатор звернення до приводу
- у ряді моделей може бути кнопка Play/Next –для відтворення звукових дисків (при цьому кнопка Eject використовується для зупинки відтворення). Якість відтворення музичних дисків поступається стаціонарному плеєрі, т.к. це допоміжна функція CD-ROM, а не основна – якість близька до програвача.
- невеликий отвір для аварійного виймання диска (наприклад, при виході з ладу лотка дисковода, при аварійному відключенні живлення). В отвір потрібно вставити шпильку (розпрямлену скріпку) і акуратно натиснути, при цьому знімається блокування лотка і його можна висунути вручну і вийняти диск.
На задній панелі:
Багато CD-приводів мають на задній панелі додатково до звичайного аналогового виходу (у вигляді імпульсів струму) цифровий вихід для прямого підключення до звукової карти, що дозволяє обійти звукову частину приводу і використовувати відповідні схеми звукової карти (звук якісніший).
Характеристики дисководу:
Головною характеристикою є швидкість читання данихзалежить від швидкості обертання диска, збільшивши швидкість обертання можна підвищити швидкість читання даних. У CD-ROM (2,4,8 швидкісних) постійна лінійна швидкість (CLV - Constant Linear Velocity), частота обертання є змінною величиноюі назад пропорційна відстані від головки, що зчитує, до центру. Приклад: 2-х швидкісний привід 200 об/хв (внутр. доріжка) 530 об/хв (зовнішня доріжка) Починаючи з 12 швидкісних CD-приводів діапазон частот становить 2400-6360 об/хв, цю швидкість на змінному носії реалізувати важко, тому використовується інший режим CAV (Constant Angular Velocity)- Режим з постійною кутовою швидкістю, в якому частота обертання постійна і близька до max, а швидкість читання пропорційна радіусу. На цьому режимі працюють 16, 24, 32, 40, 50 швидкісні CD-диски. Швидкість винесена в маркування дисковода - це max швидкість читання, а не усереднена - а це означає, що перед вами не 24 швидкісний дисковод, а 14-16 швидкісний (за середнім значенням). Рада високошвидкісними приводами захоплюватися, т.к. Чим вище швидкість читання даних, тим менше якість, надійність читання, тим більше вилазить помилок (особливо з піратських копій). 40-50 швидкісних приводівцілком достатньо.
Інтерфейс підключення CD-приводу до материнської плати:
- EIDE (другий з вінчестером на одному шлейфі) або окремо в IDE
- SCSI (встановлюється в гніздо розширення ПК материнської плати) Разом з CD-ROM.- поставляється дискета з програмним забезпеченням для встановлення CD-ROM під операційну систему; спеціальний шнур для підключення до звукової карти;
Фірми-виробники: NEC, ASUSTEK, Toshiba, Sony, Pioneer, Panasonic Правила експлуатації дисководів та дисків:
- Бояться пилу та бруду на поверхні дисків, це може пошкодити систему лінз і призведе до відмови від читання (проскакування доріжок). Неприпустимі мітки від рук (відбитки), подряпини, бруд.
- Не можна хапати пальцями за поверхню диска, тільки за бічні поверхні.
- Якщо диск брудний, існує єдиний спосіб його очистити: диск змочити складом, що чистить (на основі ізопропілового спирту), провести серветкою з мікрофібри від центру до краю, ні в якому разі по колу, вздовж доріжок.
- Існують спеціальні платформи (приводи) для чищення дисків.
- Обережно ставиться до експлуатації у дисководі дисків сумнівного виробництва (випадки розриву дисків у дисководі під час розкручування та як наслідок поломка приводу)
CD-R — Compact Disk Recordable – диск з одноразовим записом та багаторазовим читанням
Для запису інформації на такий диск необхідні: спеціальний привід, заготовка диска (болванка або матриця CD-R), спеціальне ПЗ. Ці диски використовуються для створення архіву даних, аудіо-відео-диски, дистрибутив програмного забезпечення Ємність така сама як у CD-ROM. Існує 780-800 МБ для запису звуку 74 хв по 176 КБ
Структура диска:
Прозорий захисний шар
Барвник (реєструючий шар - ціанін або фталоціанін)
Підкладка
Металеве покриття (алюміній, срібло, золото та ін. сплави)
Захисний шар лаку з етикеткою
Ціаніновий барвник має синьо-зелений (колір «морської хвилі») або насичено синім відтінком робочої поверхні, фталоціанін, в більшості випадків, практично безбарвний, з блідим відтінком салатового або золотистого кольору. Ціаніновий барвник більш терпимий до граничних поєднань потужності читання/запису, ніж золотий фталоціаніновий, тому часто диски на основі ціанінового шару простіше зчитувати на деяких дисководах. Фталоціанін - трохи більше сучасна розробка. Диски на основі цього активного шару менш чутливі до сонячного світла та ультрафіолетового випромінювання, що сприяє збільшенню довговічності записаної інформації та дещо надійнішому зберіганню в несприятливих умовах.
Принцип запису на CD-R:
Сфокусованим потужним лазерним променем (CD-рекодером) нагріваються невеликі області шару барвника. Барвник зраджує тепло суміжній з ним підкладці, під дією тепла підкладка змінює свої властивості і починає розсіювати світло (темніє і стає непрозорою). В областях, що не нагріваються лазером, підкладка залишається прозорою і при зчитуванні даних пропускає промінь. Останній проходить до металевого шару, відбивається від нього і через підкладку потрапляє на світлочутливий датчик. Спосіб запису інформації відрізняється від CD-ROM, результат же один і той же - послідовність ділянок, що відбивають і не відображають (Утворюються pit-ділянки подібно до CD-ROM), які читає будь-який CD-ROM Зчитуються такі CD-R трохи гірше, ніж звичайні CD-ROM ROM диски, через наявність додаткового шару, що зменшує коефіцієнт відбиття. Велике значеннямає і якість формування «питів» на диску, що залежить як від властивостей органічного барвника, так і від CD рекордера. Конструкція приводу така сама, відмінність структура диска і потужність лазера. Як вибрати CD-R дискПри виборі болванки для запису найкраще орієнтуватись на виробника диска. Саме на виробника, а не на торгову марку продавця (наприклад, диски Taiyo Yuden (TY) продаються під торговими маркамияк самої Taiyo Yuden, так і Sony, Philips, Hewlett Packard, TDK, Basf та інших). На нашому ринку найбільш поширені диски наступних виробників (у дужках вказані деякі торгові марки):
- Taiyo Yuden Company Limited (Taiyo Yuden, Sony, Philips, Hewlett Packard, TDK, Basf)
- Mitsui Chemicals (Hewlett Packard, Mitsui, Philips, Sony)
- TDK Corporation (3M, TDK)
- SKC Company Limited (SKC)
- Multi Media Masters & Machinery SA (Mirex, BASF)
- Mitsubishi Chemicals Corporation (Traxdata, Verbatim)
- Ritek Co. (Dysan, FujiFilm, Memorex, MMore, Philips, BASF, TDK, Samsung, Targa, Traxdata)
- Fuji Photo Film Co, Ltd. (FujiFilm)
- Kodak Japan Limited (BASF & Kodak)
- Princo Corporation (BTC, Princo & KingTech)
- CMC Magnetics Corporation (BASF, MMORE, Imation, Memorex)
Для запису аудіодисків варто звернути увагу на якісні ціанінові CD-R. При виборі CD-Rдля запису даних, щоб інформація зберігалася на них максимально довгий час, слід віддати перевагу якісним фталоціаніновим дискам.
CD-RW - Compact Disk ReWritable - диск, що багаторазово записується.
Структура диска:
Захисний прозорий шар
Комбінований шар
Металеве покриття (алюміній та ін.)
Захисний шар
Принцип запису на CD-RW:Запис інформації виконується спеціальним комбінованим шаром, який реверсивно змінює свої характеристики. Записуючий шар змінює свій стан (з кристалічного - прозорого в аморфний непрозорий). Такий процес називається фазовим переходом і широко застосовується у магнітооптичних пристроях. Запис на CD-RW заснований на зміні здатності поверхні, що відбиває. Ці диски «капризні» під час читання, т.к. зміна відбивних властивостей вони набагато нижче, ніж у CD-R CD-RW показують нижчу швидкість роботи, на відміну CD-R, але справляється з усіма завданнями як і CD-R і додатково можна перезаписувати диски. Швидкість 4-8-12-16-24x Запис на CD-R (RW) може виконуватись у 2-х режимах:
- режим (односеансний) DAO(Disk At Once – весь диск за один сеанс) – записується (нарізається) весь диск за 1 сеанс без перерв. Після запису на диск на нього неможливо буде дописати нові дані.
- режим (багатосеансний) TAO(Track At Once – одна доріжка за один сеанс) – даними заповнюється за кілька сеансів, інформація у вигляді окремих томів чи пакетів (пакетний режим).
Існують CD-рекордери – це привід здатний писати на CD та читати їх. Усі сучасні рекордери працюють з CD-R та CD-RW. Швидкість обертання вказується в трьох числах: Наприклад 50x/24х/16x/50х - швидкість читання CD 24x - швидкість запису на CD-R 16x - швидкість запису на CD-RW
DVD-диски Digital Video Disk (цифровий відеодиск)
Дисковий DVD-накопичувач має більш короткохвильовий лазер, ніж CD, тому доріжки на диску розміщуються ближче один до одного, а також збільшується обсяг інформації, що зберігається на ділянці доріжки даної довжини. В результаті на одній стороні DVD-диска можна записати до 4,7 Гб даних. Існують двошарові диски з можливістю запису 8,5Гб даних на одній стороні, а також двосторонні "перекидні" (Flippy) диски із записом на обох сторонах ємність 17Гб.
Існують такі структурні типи DVD:
1. Single Side/Single Layer (односторонній/одношаровий)- Найпростіший тип дисків ємність 4,7 Гб
2. Single Side/Dual Layer (односторонній/двошаровий). Диски мають два шари даних, один із яких напівпрозорий. Обидва шари зчитують з одного боку і на такому диску можна розмістити 8,5 Гб даних, тобто на 3,5 Гб більше ніж на одношаровому/односторонньому диску
3. Double Side/Single Layer (двосторонній/одношаровий). На такому диску міститься 9,4 Гб даних. Не важко помітити, що на такому диску вдвічі більше ємності. Дані розташовуються з двох сторін, доведеться перевертати диск або використовувати пристрій, який може прочитати інформацію з обох сторін диска самостійно
4. Double Side/Double/Layer (двосторонній/двошаровий). Найскладніший варіант. Забезпечує можливість розміщення на диску 17 Гб даних. Зрозуміло, що такий диск по суті є двома складеними разом односторонніми/двошаровими.
Запис DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable) DVD-R – формат одноразового запису, розроблений компанією Pioneer. Технологія запису аналогічна використовуваної CD-R і базується на незворотній зміні під впливом лазера спектральних характеристик інформаційного шару, покритого спеціальним органічним складом. Односторонні диски DVD-R містять 4,7 або 3,95 ГБ на сторону. Двосторонні диски випускаються лише загальною ємністю 9,4 ГБ (4,7 ГБ набік).
Для захисту від нелегального копіювання розроблено дві специфікації: DVD-R(A) та DVD-R(G). Ці дві версії однієї специфікації використовують різну довжину хвилі лазера при записі інформації. DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW.
Всі відомі специфікації DVD-дисків, що перезаписуються, використовують технологію багаторазового запису, засновану на фізичному принципізміни фазового стану (кристалічний/аморфний) інформаційного шару під впливом лазера з довжиною хвилі 650 (635) нм (phase-change recording). Зчитування інформації здійснюється шляхом визначення оптичних характеристик інформаційного шару різних його фазових станах при відображенні променів лазера (того ж, що і при записі).
DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random Access Memory)— формат, що перезаписується, розроблений компаніями Panasonic, Hitachi, Toshiba. Формат схвалений DVD-форумом у липні 1997 р. На сьогодні це найпоширеніший DVD формату комп'ютерній промисловості. Диски сучасного – другого – покоління несуть 4.7 ГБ на стороні або 9.4 ГБ для двосторонньої модифікації. Головною особливістю DVD-RAM є спеціальні мітки, нанесені на матрицю диска під час його виробництва. Ці позначки відзначають початок секторів. Особливість DVD-RAM полягає в тому, що його можна відформатувати у звичайну файлову систему FAT32. Для запису диск DVD-RAM повинен бути в картриджі, причому часто картриджі намертво запаяні. Якщо все ж таки витягти диск DVD-RAM з картриджа, то з'являється можливість використовувати його у звичайному приводі DVD-ROM.
DVD-RW (Digital Versatile Disc ReWecordable)— зустрічаються інші назви цього формату: DVD-R/W та рідше DVD-ER. DVD-RW – формат багаторазового запису, розроблений компанією Pioneer. Диски формату DVD-RW вміщують 4,7 ГБ на один бік, випускаються в односторонній та двосторонній модифікаціях та можуть бути використані для зберігання відео, аудіо та інших даних.
DVD+RW.Цей стандарт без благословення DVD Форуму, є конкуруючим форматом, що перезаписується, пропонованим Philips, Sony, Hewlett-Packard та іншими, заснована на технології CD-RW. Диски DVD+RW читатимуть диски DVD-ROM і CD, але не сумісні з DVD-RAM. Диски DVD+RW, здатні зберігати 2.8 гігабайти (3G) даних, використовують технологію зміни фази. DVD+RWприводи підтримують запис у кілька сеансів. Завдяки більш точного позиціонуваннялазера в процесі запису привод дозволяє перезаписувати будь-яку частину вмісту диска прямо на верх, не стираючи старого вмісту. Це ж дозволяє здійснити і унікальну корекцію помилок при записі - сектор, що погано записався, автоматично перезаписується заново.
DVD+R.Технологія запису DVD+R побудована на тих же принципах, що DVD+RW. Єдина відмінність полягає в тому, що для шару, що відбиває, використовується матеріал, подібний з використовуваним на простих CD-R. У порівнянні з DVD+RW недоліком DVD+R є те, що на них не працює корекція помилок, заснована на простий перезапис збійного сектора. Зате диски DVD+R краще читаються на стаціонарних плеєрах і простих DVD-ROM за рахунок більш високої здатності, що відображає записуваного шару. Kodak Japan Limited.
ЛАЗЕРНИЙ ДИСК
(laser disk)Диск із сріблястою поверхнею, на якому накопичується , що зчитується лазером. Поверхня диска покрита круговими доріжками, що складаються з їх крихітних заглиблень, що містять інформацію. При записі інформації використовується потужний лазерний промінь, що випалює ці поглиблення. зчитується, коли лазерне світло прямує на доріжки при обертанні диска. Є лазерні диски, призначені лише для читання або з одноразовим записом; однак є й диски, що стираються. Найпоширенішими прикладами лазерних дисків є компактні диски з високоякісним записом музики та відеодиски. Вони використовуються і для зберігання комп'ютерної інформації, у разі їх зазвичай називають оптичними дисками (optical disks) (магнітний диск (magnetic disk), й у друкування великих банків даних.
Бізнес. Тлумачний словник. - М: "ІНФРА-М", Видавництво "Весь Світ". Грехем Бетс, Баррі Брайндлі, С. Вільямс та ін. Загальна редакція: д.е.н. Осадча І.М.. 1998 .
Синоніми:Дивитись що таке "ЛАЗЕРНИЙ ДИСК" в інших словниках:
Лазерний диск оптичний диск, зчитування інформації, з якого проводиться лазером: Лазерний диск інша назва оптичних носіїв інформації, таких як CD, DVD і Blu Ray. Лазердиск історично перший комерційний ... Вікіпедія
- (CD ROM), оптичний пристрій для зберігання комп'ютерних даних та програм. Нагадує компакт диск, який використовують у системах hi fi (високої якості). На лазерний диск можна помістити набагато більше інформації, ніж на аналогічний…
Сущ., кількість синонімів: 7 компакт (7) компакт диск (15) лазерник (7) … Словник синонімів
лазерний диск- — EN CD ROM Compact disc on which a large amount of digitalised read only data can be stored. Тематики охорона навколишнього середовища. Довідник технічного перекладача
OPTICAL DISK - оптичний диск, лазерний диск- носій даних у вигляді диска, зчитування з якого проводиться за допомогою лазерного променя. Словник електронного бізнесу
лазерний програвач- Універсальний лазерний звуко та відеопрогравач для відтворення записів з компакт-дисків та відеодисків. Універсальний лазерний звуко і відеопрогравач для відтворення записів з компакт- і відеодисків всіх розмірів, що випускаються. лазерний… … Енциклопедія «Житло»
Пристрій для відтворення інформації (звукової, образотворчої, комп'ютерних даних та програм їх обробки), що записана на оптичних дисках (компакт дисках, відеодисках). Основний вузол лазерного програвача - оптико-механічний блок, ... Енциклопедія техніки
диск лазерний- ріс. диск лазерний англ. CD, compact диск диск, призначений для запису, тривалого зберігання та відтворення інформації, у якому для запису та читання використовуються оптично лазерні технології. На відміну від жорсткого магнітного диска лазерний. Толковий словник з інформатики та інформаційних систем для економістів
КОМПАКТ ДИСК, диск, призначений для високоякісного відтворення текстів або звуку в цифровому записі. Він є пластиковим диском з нанесеним на нього блискучим шаром металу і прозорим захисним пластиковим покриттям. Науково-технічний енциклопедичний словник
Млинець, диск, відео диск, аудіо сиди, аудіо диск, відео сиди, сиди ром диск, сидюха, сиди ром, сидюшка, сидюк, сиди, лазерник, компакт, лазерний диск Словник російських синонімів. компакт диск сущ., кіл у синонімів: 15 аудіо диск (2) … Словник синонімів
Вступ Пам'ятаєте, за часів MS-DOS існував драйвер, що дозволяє записувати на звичайну 740 Кб дискету до 800 Кб інформації? А 900.com пам'ятаєте? Про часи про звичаї! Сьогодні, коли дискети давно вийшли з моди, а ємність масових носіїв інформації переступила через позначку 650 Мб, старі ідеї дають нові сходи...
Ємність CD-R/RW болванок, що оголошується виробником, завжди набагато менше фізичної ємності даного диска і дорівнює обсягу інформації, який можна записати в режимі MODE 1. Зрозуміло, крім MODE 1 існують і інші режими запису даних, що відрізняються один від одного в першу чергу ємністю та надійністю.
Якщо цілісність даних не є превалюючим фактором, місткість лазерного диска можна істотно збільшити, вигравши близько 15% додаткового простору за рахунок відмови від надлишкових коригуючих кодів Ріда-Соломона. Використання незадіяних каналів підкоду дає ще 4% ємності, а відмова від вивідної області – 2%. Нарешті, не варто забувати про таку корисну можливість як overburn ("перепропал" диска).
Таким чином, на звичайний 700 Мб лазерний диск за бажання можна вмістити від 800 Мб до ~900 Мб даних, а на 90-хвилинний - від 900 Мб до 1 Гб. Нижче буде розказано – як.
Скільки біт у байті? Правильно, вісім. А скільки біт у семистах мегабайтах? А це – дивлячись у яких мегабайтах! Так, наприклад, стандартна 700 Мб CD-R/RW болванка вміщує щонайменше 23 мільйони біт або близько трьох гігабайт "сирої" інформації, більша частина їх якої витрачається на службові структури даних, що забезпечують лазерному диску працездатність. Колосальна надмірність прийнятої системи кодування пояснюється фізичними властивостями світлового променя, який у силу своїх хвильових властивостей, поодинокі "пити" та "ленди" просто огинає. Мінімальною "гірською формацією", що впевнено розпізнається лазерним променем, є послідовність з трьох "пітів" ("лендів"), що відповідає трьом логічним нулям. Перехід від піта та ленду чи навпаки – відповідає логічній одиниці. Оскільки дві сусідні одиниці завжди виявляються розділені щонайменше трьома нулями, доводиться вдаватися до складної системи перекодування, що перетворює будь-який 8-бітний символ вихідних даних на 15 бітне EFM-слово (від англійського Eight to Fifteenth Modulation - Модуляція Вісім у П'ятнадцять), причому -слова не можуть слідувати впритул один за одним (задумайтеся, що відбудеться, якщо за EFM-словом, що закінчується на одиницю, спробувати записати EFM-слово з тієї ж самої одиниці і починаються) і змушені розділятися трьома merging-бітами. Таким чином, на кожні 4 біти вихідних даних припадає 9 біт фізичних. Очевидно, що стандартна схема модуляції не є ідеальною та залишає достатній запас для її вдосконалення (див. розділ "Резерв-6 або додаткові джерела ємності").
Мінімальною порцією даних, що безпосередньо адресується на програмному рівні, є сектор (або в термінології Audio CD - блок). Один блок складається з 98 фреймів, кожен з яких, у свою чергу, містить 24 байти корисних даних, 8 байт кодів Ріда-Соломона, часто званих CIRC-кодами, хоча з технічної точки зору це і не зовсім правильно, 3 синхробайти і 8 біт каналів підкоду - по одному біту на кожен з восьми каналів, що умовно позначаються латинськими літерами P, Q, R, S, T, U, V та W відповідно. Q-канал зберігає службову інформацію про розмітку диска, P-канал служить для швидкого пошукупауз, інші канали – вільні.
Таким чином, ефективна ємність одного блоку становить 2352 байти або навіть 2400 байт з урахуванням каналів підкоду (з 98 байт субканальних даних - 34 байти віддано під службові потреби). Коригувальні коди Ріда-Соломона дозволяють виправляти до 4 зруйнованих байт на кожен кадр, що становить 392 байт на цілий блок.
Диски з даними (CD-Data), що ведуть свій родовід від Audio-дисків, підтримують два основних режими обробки даних: MODE 1 і MODE 2. У режимі MODE 1 з 2352 байт сирої ємності сектора, лише 2048 байт віддано безпосередньо під дані користувача. Інші розподілені між заголовком сектора (16 байт), контрольною сумою сектора (4 байти) і додатковими коригуючими кодами, що збільшують стійкість диска до фізичних ушкоджень (276 байт). Решта 8 байт не задіяні і зазвичай проініціалізовані нулями.
У режимі MODE 2 з 2352 байт сирої ємності сектора тільки 16 байт віддано під службові структури (заголовок), а решта 2336 байт містять дані користувача. Легко бачити, що з запису диска в MODE 2 його ефективна ємність стає на ~15% більше, а й надійність зберігання даних у своїй приблизно третину нижче. Однак, при використанні якісних носіїв інформації (від провідних брендів галузі) та дбайливому поводженні з ними, ризик невідновного руйнування даних досить невеликий (див. "Додаток: тестування дисків на надійність"). До того ж, багато форматів даних безболісно переносять навіть множинні спотворення середньої та високого ступенятяжкості. До цієї категорії належать DivX, MP3, JPEG та інші типи файлів. З деякою часткою ризику можна записувати архіви та файли, що виконуються, втратою якої ви не сильно засмутитесь або які можна відновити з основного сховища (наприклад, при переносі файлів між комп'ютерами, дублювання дисків, взятих напрокат і т.д.).
Чистий MODE 2 у живій природі зустрічається вкрай рідко, проте з його похідними нам доводиться стикатися буквально на кожному кроці. Це і CD-ROM XA MODE 2 (який застосовується в багатосесійних дисках), і Video CD/Super Video CD, і CD-I, і багато іншого.
Формат CD-ROM XA, що виник на фундаменті MODE 2, вигідно відрізняється від свого попередника можливістю динамічної зміни типу треку на всій його протязі. Частина треку може бути записана в режимі FORM 1, практично ідентичному режиму MODE 1, але який задіяв вісім раніше пустуючих байт під потреби спеціального заголовка, а частина - в FORM 2, - вдосконаленому MODE 2: 2324 байта даних користувача, 16 байт основ допоміжних заголовків плюс 4 байти контрольної суми для контролю цілісності (але не відновлення!) вмісту сектора. Режим FORM 1 передбачалося використовувати для критичних для руйнування даних (виконуваних файлів, архівів тощо), а FORM 2 - для аудіо/відеоданих. На жаль, цим задумам не судилося збутися і широкого поширення режими FORM 2 так і не отримали. Єдиним більш менш популярним форматом, що спирається на режим XA MODE 2 FORM 2 став Video CD/Super Video CD, що дозволяє записати на звичайному 700 Мб диску до 800 Мб інформації і 900 Мб на 90-хвилинному (плюс overburn), що приблизно на чотири мегабайта менше чистого MODE 2, але такими втратами можна і знехтувати. Натомість, на відміну від чистого MODE 2, формат Video CD/Super Video CD підтримується операційними системами. сімейства Windowsта Linux.
Малюнок 1. "Табель про ранги" - схема розподілу обсягу лазерного диска з різних структур. Як видно, на дані користувача приділяється трохи більше половини загального дискового простору.
2. Поверхня лазерного диска під електронним мікроскопом. Видно чергуються ланцюжки поглиблень - "питів" (від англійського pit - ямка, западина) і пагорбів - "лендів" (від англійського land - рівнина, земля). Ленди відбивають більшу частину падаючого ними світла лазерного випромінювача, а пити через свою віддаленість від точки фокусу не відбивають майже нічого (малюнок взятий із сайту фірми EPOS).
Малюнок 3. "Пити" і "ленди" утворюють ланцюжки з довжиною від трьох до десяти "питів" ("лендів") кожна. Перехід від "піта" до "ленду" (або навпаки) відповідає логічній одиниці, а логічний нуль представляється відсутнім переходів у даному місці. Оскільки діаметр сфокусованої лазерної плями дорівнює трьом "питам", більш короткі ланцюжки вже не розпізнаються лазером, а обмеження довжини ланцюжків зверху обумовлено ступенем точності тактового генератора та рівномірності обертання диска. Насправді, якщо точність такого генератора становить близько 10%, то при вимірі 10-питного ланцюжка ми отримуємо похибку в 1 піт (малюнок взятий з сайту компанії EPOS). Деякі виробники зменшують довжину одного "піта" на 30%, що у стільки ж разів збільшує ефективну ємність диска. Виникає питання: як же у такому разі привід примудряється визначити довжину того чи іншого ланцюжка? Адже у відсутності будь-яких опорних значень, провід змушений порівнювати довжину "питів" зі стандартним еталоном, а це означає, що ланцюжок з N ущільнених "питів" буде інтерпретована як N/2! Дизассемблировав прошивку свого PHILIPS "a", автор з'ясував, що привід має автоматичний регулятор швидкості, що підбирає таке значення T, яке відповідало б найменшій кількості помилок читання.
Малюнок 4. На CD-R дисках ніяких "питів" у прямому розумінні цього слова немає, але їх замінює спеціальний шар барвника, що пропалюється, деформує відбиваючий шар і перешкоджає відображенню лазерного променя в даному місці. Однак, з точки зору CD-ROM приводу, штамповані та CD-R диски виглядають практично однаково, за винятком, що штамповані диски більш контрастні (малюнок взятий з сайту фірми EPOS).
Проблеми
Сам собою MODE 2 ніяких складнощів не викликає. Це стандартний режим, що штатно підтримується всіма приводами, носіями та драйверами. Проблема в тому, що праматір ISO9660 і все її потомство накладають на розмір сектора жорсткі обмеження, вимагаючи, щоб він був ступенем двійки (тобто дорівнював 512, 1024, 2048, 4096... байтам). Розмір користувача області сектора, записаного в MODE 1, задовольняє цій вимогі (211 = 2048), а MODE 2 - ні, і в кінці сектора залишається "хвіст" з 288 невикористовуваних байт (211 + 288 = 2336).Програми професійного "пропалювання" дозволяють записувати диск як у XA MODE 2 FORM 1, так і в XA MODE 2 FORM 2, проте це ні на йоту не збільшує його обсягу, оскільки хвостова частина секторів, записаних у FORM 2, змушена порожні, знижуючи надійність зберігання даних і нічого не даючи натомість.
Теоретично можливо створити драйвер, що транслює n MODE 2 секторів до k*n MODE 1 секторів (і такий драйвер дійсно був створений справжнім автором), однак, доцільність його використання дуже сумнівна, оскільки далеко не кожен користувач погодиться встановлювати в свою систему "кустарний" драйвер - помилки драйверів часто обходяться дуже дорого (аж до втрати всіх даних на жорсткому диску), а програмісти, як і всі люди цього світу, схильні помилятися. Так чи інакше, від ідеї використання драйвера автор відмовився, оскільки його тестування виглядало надто масштабним проектом.
Трохи краще справи і з Video CD/Super Video CD. На перший погляд здається: які тут можуть бути проблеми? Беремо Ahead Nero Burning ROM, у меню діалогового вікна "New Compilation" вибираємо Video CD і ... диск дійсно записується, але тільки MPEG1. Формат Super Video CD у свою чергу відповідає MPEG2. Жодного обману тут немає, - ви отримуєте 800/900 Мб справжнього MPEG1/MPEG2, що на 100 Мб перевищує ємність стандартного CD-R.
У той же час використання DivX (MPEG4) дає значно більший виграш у ємності, стискаючи два Video CD в один CD-ROM. Але що нам заважає записати у форматі Video CD той же MPEG4 або MP3? На жаль, не все так просто! Більшість програм запису (і Ahead Nero Burning ROM у тому числі) здійснюють ретельну перевірку всього записуваного на диск і, зіткнувшись з MPEG-4, або насильно перекодують його в MPEG1/MPEG2, або взагалі відмовляються від запису. Мотивація цього така - Video CD має відповідати Стандарту, інакше це Video CD. Справді, автономні Video-плеєри підтримують суворо диски певних типіві декодування MPEG4 вони вистачить ні розуму, ні апаратної потужності. Персональний комп'ютер – інша справа. За наявності відповідних кодеків він відтворить будь-який мультимедійний формат, незалежно від того, яким способом той буде записаний.
Але навіть якщо чарівним чином "привчити" Ahead Nero Burning ROM ставити зайві питання і змусити його записувати MPEG4 як Video CD, це ні до чого не приведе, оскільки Операційні системисімейства Windows "підтримують" Video CD диски дуже перекрученим чином. "Сирий" відео потік у форматі "справжнього" MPEG1/MPEG2 їх, бачите, не влаштовує, і вони насильно додають до нього свій RIFF-заголовок (Resource Interchange File Format - Формат Файлу для Обміну Ресурсами), який явно специфікує формат файлу. Очевидно, що після таких втручань ніякий нормальний формат не відтворюватиметься, і спроба програти MPEG4 як MPEG1/MPEG2 навряд чи увінчається успіхом.
Глухий кут? Зовсім ні! Із будь-якої ситуації існує вихід, і не один...
Рисунок 5. Запис Video CD/Super Video CD засобами Ahead Nero Burning ROM. Ємність одного такого диска становить близько 800 Мб (900 Мб на 90-хвилинних CD-R), проте вихідні дані мають бути представлені у форматі MPEG1/MPEG2.
Рішення
Вирішення MODE2-проблеми зводиться до запису диска не в режимі ISO 9660. Найпростіше - оформити кожен файл у вигляді самостійного треку, відмовившись від використання файлової системи взагалі. Звичайно, штатними засобамиопераційної системи такий диск читатися не буде, однак, вміст такого треку легко може бути "пограбовано" на жорсткий дискі нормально прочитано звідти. Єдиний мінус такого рішення полягає в неможливості програти записаний файл безпосередньо на самому диску, що створює певні проблеми і нервує Windows-користувачів, які звикли відкривати будь-який файл простим клацанням миші і не згодні виконувати додаткові дії. Щоправда, UNIX-спільнота, що вміло володіє клавіатурою, командними файлами та скриптами, вирішує це завдання без проблем. Дійсно, грабіж треку легко автоматизувати (і пізніше ми покажемо як), причому перед початком програвання файлу зовсім не обов'язково дочекатися отримання всього треку цілком - ці операції можуть виконуватися і паралельно (адже Windows і UNIX - багатозадачні системи!).Як варіант – можна записати диск у форматі Video CD. Для цього нам буде потрібна програма, яка не надто педантично відноситься до вимог Стандарту і слухняно записує все, що їй дають. Природно, якщо формат файлів, що записуються, відмінний від MPEG1/MPEG2, при спробі їх відтворення виникнуть серйозні проблеми, оскільки операційна система Windows примусово "наклеює" на них MPEG1-заголовок, що вводить штатний медіаплейрер у глибоку оману, що часто межує із зависанням. Існує щонайменше два виходи з цієї ситуації: найпростіше (і найуніверсальніше) оснастити систему спеціальним DirectShow – фільтром, що підтримує RIFF/CDXA – розбиття (так само зване "парсингом" від англійського parsing). Прикладом такого фільтра є XCD DirectShow filter/NSIS installer від Alex"а Noe і DeXT"а, який може бути знайдений тут. Інший шлях: використовувати програмне забезпечення, що спокійно переносить "зайвий" заголовок і ігнорує його (наприклад, Freecom Beatman CD/MP3 Player).
Cеанс практичної магії в MODE 2
Серед програм, що підтримують запис диска в режимі MODE 2, в першу чергу слід виділити утиліту CDRWin, яка користується постійним коханням професіоналів. Це надзвичайно потужний інструмент, можливості якого обмежені хіба що фантазією самого марнотратника. Найсвіжішу версію програми можна завантажити, зокрема, звідси. Також нам знадобиться консольна редакція програми, керована з командного рядка, що лежить тут .Процес пропалювання диска ми розпочнемо з підготовки вихідного файлу. Першою і єдиною вимогою, що висувається до нього, буде вирівнювання його довжини до цілої кількості секторів. Нехай довжина файлу дорівнює 777 990 272 байтам, тоді, щоб вкластися в ціле число 2336-байтових секторів, ми повинні або відрізати 1824 байта від кінця файлу, або дописати до нього 512 нулів. Аудіо/відео-файли безболісно переносять як усічення свого тіла, так і "сміття" у хвості. Обидві ці операції можна здійснити в будь-якому HEX-редакторі, наприклад HIEW"e. Усічення файлів виконується дуже просто. Відкриваємо файл, запускам стандартний Windows-калькуляторі, перейшовши в "Інженерний" режим, переводимо десяткову довжину файлу в її шістнадцяткове значення: 777990272 - 1824
Переходимо до другого етапу - створення cue sheet-файлу, що містить у собі всю інформацію про структуру образа, що пропалюється. Типовий cue sheet-файл має виглядати приблизно так:
FILE "my_file.dat" BINARY
TRACK 1 MODE2/2336
INDEX 1 00:00:00
Тут: "my_file.dat" - ім'я файлу, що записується на диск, "TRACK 1" - номер треку, "MODE2/2336" - режим запису, а "INDEX 1" - номер індексу всередині файлу. Докладніше про синтаксис cue sheet-файлів ви можете прочитати в документації, що додається до CDRWin.
Вставляємо CD-R/CD-RW диск у привід, запуску CDRWin, натискаємо "Load Cuesheet" і вказуємо шлях до щойно сформованого cue-файлу. Дочекавшись завершення його компіляції, натискаємо "Record Disk", попередньо переконавшись, що галочка RAW MODE не зведена. Ось, власне, і все. Незважаючи на те, що розмір вихідного файлу набагато перевищує заявлену ємність диска, процес пропалювання протікає без будь-яких проблем.
Малюнок 6. Запис 800/900 Мб диска у режимі MODE 2 засобами CDRWin. Вихідні дані можуть бути представлені в будь-якому форматі, однак штатними засобами операційної системи такий диск не підтримується.
Однак спроба перегляду змісту щойно записаного диска штатними засобами операційної системи ні до чого хорошого не призводить і намагаються переконати нас у тому, що даний дискпорожній. Але ж це не так! Запускаємо CDRWin, вибираємо "Extract Disc/Tracks/Sectors" та у вікні "Track Selection" бачимо наш трек TRACK 1 власною персоною. Бажаєте його програти? Легким рухом миші переміщуємо "Extract mode..." у "Select Track", а в "Reading Options" скидаємо галочку "RAW" (якщо цього не зробити, вміст треку читатиметься в сирому режимі, перемежовуючи корисні дані разом із заголовками, що не входить у наші плани). Вибираємо трек, який ми витягуватимемо і, обравши номінальну швидкість читання, натискаємо на "START" (читання MODE 2-трека на максимальній швидкості часто призводить до численних помилок).
Рисунок 7. Читання диска, записаного в MODE 2 засобами CDRWin шляхом попереднього копіювання одного чи кількох треків на вінчестер.
Повернувши файлу його законне розширення (яке рекомендується записувати на коробці диска фломастером, тому що в процесі запису воно незворотно втрачається), запускаємо "Універсальний Програвач" (або будь-який інший аудіо/відео плеєр на ваш смак) і розслаблюємося на своє задоволення.
За бажанням процес "грабунку" файлу можна автоматизувати, скориставшись утилітою SNAPSHOT.EXE з пакета консольної версії програми CDRWin. Використовуючи утиліту MAKEISO.EXE, що постачається разом із CDRWin, створіть один легальний трек, записаний у форматі MODE 1/ISO9660 і містить командний файл для автоматичного вилучення вибраного користувачем MODE 2-трека. Подробиці цього процесу ви знайдете у документації на CDRWin. Мінімальні навички програмування вам так само не завадять.
Cеанс практичної магії у Video CD
Для запису DivX/MP3 файлів у форматі Video CD нам знадобиться утиліта MODE 2 CD MAKER, безкоштовну копію якої можна знайти тут. Якщо командний рядок викликає у вас зневіру (а MODE 2 CD MAKER - це утиліта командного рядка), скористайтесь спеціальною графічною оболонкою, що завантажується звідси .Інтерфейс програми простий і цілком традиційний: ви перетягуєте мишкою файли, що записуються у велике біле вікно (або натискаєте на "Add Files"), внизу якого відображається індикатор-змійка, що показує використаний об'єм. За замовчуванням програма закладається на MODE 2 FORM 1 (2048 байт на сектор) і для переходу на MODE 2 FORM 2 (2324 байта на сектор) необхідно натиснути на кнопку "Set/Unset Form 2".
Інша шкідлива умовчання - розміщувати кожен файл у "своєму" треку - відключається установкою галочки навпроти пункту "Single Track". Справа в тому, що на створення одного треку витрачається близько 700 Кб дискового простору і роздільна запис великої кількості файлів стає просто невигідною (щоправда, диск, записаний у Single track-mode, не підтримується операційною системою Linux).
Нарешті, коли всі приготування завершені, ви натискаєте "Write ISO" і через деякий час на диску утворюється CUE-образ, для пропалювання якого можна скористатися тим самим CDRWin або Alcohol/Clone CD, - але це вже на любителя.
Рисунок 8. Запис 800/900 Мб Video CD диска засобами MODE 2 CD MAKER"a. За наявності встановлених RIFF/CDXA - фільтрів, такий диск цілком коректно підтримується операційною системою.
Не забудьте встановити спеціальний DirectShow фільтр, без якого ви не зможете працювати з Video CD диском і в штатному режимі!
Резерв-6 або додаткові джерела ємності
Хочете вірте, хочете ні, але 800/900 Мб на диск – це далеко не межа! Крім основного каналу даних, у якому, власне, сирі сектори і зберігаються, існують канали підкоду, у кількості восьми штук. Одне з них використовується пристроєм позиціонування оптичної головки, інші сім - вільні. Загалом ми втрачаємо близько 64 байт на сектор або ~20 Мб на стандартний 700 Мб диск.На жаль, безпосереднє зберіганняданих користувача в каналах підкоду неможливо, оскільки операційні системи сімейства Windows відмовляються підтримувати таку можливість. Відповідних утилітвід сторонніх розробниківтак само не спостерігається. Однак у канали підкоду неважко сховати конфіденційну інформацію, призначену не для чужих очей.
Використовуючи Clone CD або будь-який інший копіювальник дисків аналогічного призначення, зніміть образ диска, що пропалюється, попередньо розмістивши його на CD-RW. Після закінчення операції на жорсткому диску утворюються три файли: IMAGE.CCD, що зберігає вміст диска (вміст TOC"a); IMAGE.IMG, що зберігає вміст основного каналу даних і IMAGE.SUB з субканальними даними всередині. -редактором (наприклад, HIEW) Перші 12 байт належать каналу P, призначеному для швидкого пошуку пауз, його ми чіпати не будемо (хоча переважна більшість сучасних приводів P-канал просто ігнорують) Наступні 12 байт зайняті службовою інформацією Q-каналу Дані розмітки Модифікувати його ні в якому разі не можна, інакше один або кілька секторів перестануть читатися.Байти з 24 по 96 належать незадіяним каналам підкоду і можуть бути використані на наш розсуд.За ними знову йдуть 12 байт P/Q каналів і 72 байта порожніх субканальних даних тощо - чергуючись у вказаному порядку аж до кінця файлу.
Натиснувши
Увага!Не всі приводи підтримують читання/запис "сирих" субканальних даних. Переконайтеся, що в "Параметрах профілю" Clone CD стоїть "читання субканалів з треків із даними" та галочка "не відновлювати субканальні дані" скинута. Інакше у вас нічого не вийде.
Малюнок 9. Використання порожніх каналів підкоду для приховування від сторонніх очейконфіденційної інформації.
Додаткові 13,5 Мб можна отримати за рахунок вивідної області диска, закривати яку загалом і необов'язково. Диски з відсутньою вивідною областю цілком успішно читаються переважною більшістю сучасних приводів та ризик зустрічі з "неправильним" приводом - мінімальний. Просто скиньте галочку "завжди закривати останню сесію" у програмі пропалювання, що використовується.
Але це ще не все! Недоліки стандартного EFM-кодування очевидні (і про це вже говорилося вище), проте нав'язати приводу більше досконалі способимодуляції – неможливо. Поки що - неможливо, але в найближчому майбутньому ситуація може радикально змінитися. Вже з'явилися рекордери, що дозволяють "вручну" формувати біти, що об'єднують (що значно спрощує копіювання захищених дисків), однак, все ще відсутні приводи, що дозволяють читати об'єднуючі біти з інтерфейсного рівня ієрархії управління. Тим не менш, практично будь-який існуючий CD-ROM/CD-RW привід піддається відповідному доопрацюванню - достатньо лише злегка модернізувати мікропрограмну прошивку. Експериментуючи зі своїм раптово померлим PHILIPS"ом - модель CD-RW 2400 ("полетів" автоматичний регулятор швидкостей, в результаті чого привід завжди працює на швидкості 42х, безпомилково читаючи тільки високоякісні диски), автор збільшив фізичну щільність зберігання інформації на 12%, і це практично без зниження надійності, завдяки чому ефективна ємність 700 Мб диска зросла до одного гігабайта, а це, погодьтеся, вже дещо.
Головним (і єдиним) мінусом такого способу запису є його несумісність зі стандартним обладнанням і як наслідок – повна непереносимість. Тим не менш, запропонована технологія виглядає цілком перспективною і перспективною.
Додаток: тестування дисків на надійність
Використання режиму MODE 2 пред'являє досить жорсткі вимоги як якості самих носіїв, так і технологічної досконалості приводу, що пише і читає. В іншому випадку ризик незворотної втрати даних стає занадто великим, а сам режим MODE 2 - недоцільний.Тестувати щойно записані болванки – безглуздо. По-перше, нам необхідно знати характер наростання кількості руйнувань з часом, а, по-друге, - набрати певну статистику надійності за кількома партіями тих самих носіїв.
Для отримання достовірних результатів абсолютно необов'язково досліджувати диски, записані в MODE 2. Адже з фізичної точки зору режими MODE 1 і MODE 2 - абсолютно ідентичні один одному, і все, що нам необхідно знати: чи достатньо здатності, що відновлює CIRC-кодів, чи ні. Використовуючи утиліту Ahead Nero CD Speed або будь-яку іншу аналогічну до неї, протестуйте свою колекцію CD-R/CD-RW дисків на предмет виявлення руйнувань. Квадратики, зафарбовані зеленим кольором, означають хороші сектори, помилки читання яких відновлюються ще на рівні CIRC-декодера. Квадратики, зафарбовані жовтим, символізують частково зруйновані (damaged) сектори, що відновлюються на рівні MODE 1. На CIRC-рівні такі помилки вже непереборні і диск, що містить велику кількість damaged-секторів, для запису в режимі MODE 2 категорично непридатний. Червоні квадратики вказують на повністю зруйновані (unreadable) сектори, які не відновлюються ні на якому рівні. Присутність навіть одного-єдиного unreadable сектора сигналізує про ненормальність ситуації і вимагає переходу на більш якісні болванки або ж вказує на несправність приводу, що читає/пишає (наявність руйнувань в кінці диска цілком припустима, оскільки тут розташовується 150 секторів області пост-зазору, що не містить жодних даних ).
Малюнок 10. Болванка від Verbatim (ліворуч), пропалена на TEAC 552E, демонструє найвищу якість запису, ідеально підходячи для режиму MODE 2. Болванка від безіменного виробника (праворуч), пропалена на тому ж приводі, виявляє велику кількість зруйнованих секторів і для запису у MODE 2 непридатна.
Навіщо все це потрібно. Копійна вартість "болванок" практично повністю знецінює переваги режиму MODE 2. Виходячи із середньої ціни диска в 15 рублів, сотня додаткових мегабайт економить нам трохи більше карбованця п'ятдесят, багаторазово знижуючи надійність зберігання даних, яка на дешевих болванках і так невелика. Навіть при записі 100 Гб даних, ми виграємо близько 20 дисків або трохи менше 300 рублів. Чи коштує овчинка вичинки?
Все залежить від того, що писати. Зокрема, при перекодуванні DVD на CD-R неминуче знижується якість зображення, а записувати фільм на два CD-R диски надто накладно. Сотня додаткових мегабайт у такій ситуації виявляється дуже доречною. З іншого боку, при виборі коефіцієнта стиснення ніколи неможливо заздалегідь розрахувати точну довжину перекодованого файлу і як буває прикро, коли такою працею сформований файл перевищує об'єм CD-R диска на якісь жалюгідні 30-50 мегабайт! Доводиться, скріпивши серце, видаляти файл з диска і повторювати всю процедуру стиснення знову, а це від трьох до дванадцятої години залежно від швидкості вашого процесора. Чи варто говорити, що запис такого файлу в режимі MODE 2 дозволяє заощадити кілька грошей, скільки часу.
Висновок
Лазерний диск - аж ніяк не така проста штука, якою здається на перший погляд і тонка структура спіральної доріжки зберігає в собі чимало таємниць та загадок, лише малу частину яких вдалося розглянути в цій статті. Не бійтеся перетнути кордон усталених догм і думок, експериментуйте! Комбінуйте всілякі режими запису та насолоджуйтесь не тривіальністю отриманих результатів. Можливо, хтось із читачів згодом вирішить пов'язати з оптичними носіями не лише свою професійну кар'єру, а й життя...Зовнішня пам'ять
Оптичні диски
Оптичні (лазерні) диски нині є найпопулярнішими носіями інформації. У них використовується оптичний принцип запису та зчитування інформації за допомогою лазерного променя.
Інформація на лазерному диску записується на одну спіралеподібну доріжку, що починається від центру диска і містить ділянки западин і виступів, що чергуються, з різною здатністю, що відображає.
При зчитуванні інформації з оптичних дисків промінь лазера, встановленого в дисководі, падає на поверхню диска, що обертається і відображається. Так як поверхня оптичного диска має ділянки з різними коефіцієнтами відбиття, відбитий промінь також змінює свою інтенсивність (логічні 0 або 1). Потім відображені світлові імпульси перетворюються за допомогою фотоелементів електричні імпульси.
У процесі запису інформації на оптичні дискизастосовуються різні технології: від простого штампування до зміни відображає здатності ділянок поверхні диска за допомогою потужного лазера.
Існує два типи оптичних дисків:
CD-диски (CD - Compact Disk, компакт-диск), на який може бути записано до 700 Мбайт інформації; DVD-диски (DVD - Digital Versatile Disk, цифровий універсальний диск), які мають значно більшу інформаційну ємність (4,7 Гбайт), так як оптичні доріжки на них мають меншу товщину та розміщені щільніше.
DVD-диски можуть бути двошаровими (ємність 8,5 Гбайт), при цьому обидва шари мають поверхню, що відбиває, несучу інформацію.
Крім того, інформаційна ємність DVD-дисків може бути подвоєна (до 17 Гбайт), так як інформація може бути записана на двох сторонах.В даний час (2006 рік) на ринок надійшли оптичні диски (HP DVD та Blu-Ray), інформаційна ємність яких у 3-5 разів перевищує інформаційну ємність DVD-дисків за рахунок використання синього лазера з довжиною хвилі 405 нанометрів.
Накопичувачі оптичних дисків поділяються на три види:
- Без можливості запису- CD-ROM та DVD-ROM
(ROM – Read Only Memory, пам'ять тільки для читання).
На дисках CD-ROM та DVD-ROM зберігається інформація, що була записана на них у процесі виготовлення. Запис на них нової інформаціїнеможлива.- З одноразовим записом та багаторазовим читанням -
CD-R і DVD±R (R - recordable, записуваний).
На дисках CD-R та DVD±R інформація може бути записана, але лише один раз. Дані записуються на диск променем лазера підвищеної потужності, який руйнує органічний барвник записуючого шару та змінює його відбивні властивості. Керуючи потужністю лазера, на записувальному шарі отримують чергування темних та світлих плям, які при читанні інтерпретуються як логічні 0 та 1.- З можливістю перезапису- CD-RW та DVD±RW
(RW - Rewritable, що перезаписується). На дисках CD-RW і DVD±RW інформація може бути записана і стерта багаторазово.
Записуючий шар виготовляється зі спеціального сплаву, який можна нагріванням приводити в два різні стійкі агрегатні стани, які характеризуються різним ступенем прозорості. При записі (стиранні) промінь лазера нагріває ділянку доріжки і переводить її в один із таких станів.
При читанні промінь лазера має меншу потужність і не змінює стан записуючого шару, а ділянки, що чергуються з різною прозорістю, інтерпретуються як логічні 0 і 1.Основні характеристики оптичних дисководів:
ємність диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт) швидкість передачі даних від носія в оперативну пам'ять - вимірюється в частках, кратних швидкості
150 Кбайт/сек для CD-дисководів (Така швидкість зчитування інформації була у перших CD-дисководів) та
1,3 Мбайт/сек для DVD-дисководів (Така швидкість зчитування інформації була у перших DVD-дисководів)
В даний час широкого поширення набули 52-швидкісні CD-дисководи - до 7,8 Мбайт/сек.
Запис CD-RW дисків проводиться на меншій швидкості (наприклад, 32-кратної).
Тому CD-дисководи маркуються трьома числами. запису CD-RХ швидкість запису CD-RW» (наприклад, «52х52х32»).
DVD-дисководи також маркуються трьома числами (наприклад, "16х8х6"Час доступу - час, необхідний пошуку інформації на диску, вимірюється в мілісекундах (для CD 80-400мс). При дотриманні правил зберігання (зберігання у футлярах у вертикальному положенні) та експлуатації (без нанесення подряпин та забруднень) оптичні носіїможуть зберігати інформацію протягом десятків років.
Додаткова інформація про структуру дисків
Диск, створений промисловим способом, складається із трьох шарів. На основу диска, створеного із прозорого пластику методом штампування наноситься інформаційний візерунок. Для штампування є спеціальна матриця-прототип майбутнього диска, яка видавлює доріжки на поверхні. Далі на основу напилюється металевий шар, що відбиває, а потім зверху ще й захисний шар з тонкої плівки або спеціального лаку. На цей шар часто наносяться різні малюнки та написи. Інформація прочитується з робочого боку диска через прозору основу.
компакт-диски, що записуються і перезаписуються, мають додатково ще один шар. У таких дисків основа не має інформаційного візерунка, але між основою і шаром, що відбиває розташований реєструючий шар, який може змінювати під впливом високої температури. При записі лазер розігріває задані ділянки реєструючого шару, створюючи інформаційний візерунок.
DVD-диск може мати два реєструючі шари. Якщо один з них виконується за стандартною технологією, то інший - напівпрозорий, наноситься нижче за перший і має прозорість близько 40%. Для зчитування двошарових дисків використовуються складні оптичні головки зі змінною фокусною відстанню. Промінь лазера, проходячи через напівпрозорий шар, спочатку фокусується на внутрішньому інформаційному шарі, а після завершення його читання перефокусується на зовнішній шар.
На лазерних, або оптичних, дисках інформація записується завдяки різній здатності окремих ділянок такого диска, що відображає. Всі оптичні диски схожі на те, що носій (диск) завжди відокремлений від приводу, який є стандартним пристроєм комп'ютера. На відміну від жорстких дисківабо flash-накопичувачів апаратних проблем з лазерними дисками набагато менше, і вирішуються вони набагато легше – простою заміною приводу. Фізичне розташуванняданих на лазерному диску суворо стандартизовано, а інформацію про всіх стандартах загальнодоступні, хоча специфікацій створено багато.
Види носіїв та технології
Перші лазерні диски були створені в 1980 компаніями Sony і Philips для запису звуку. Ці диски (CD-DA) відтворювалися на побутових плеєрах. З того часу зовнішній вигляд та геометричні розміри будь-яких лазерних дисків залишаються незмінними. Диск є полікарбонатною пластиною діаметром 120 мм і товщиною 1,2 мм, в центрі якої знаходиться отвір діаметром 15 мм. На диск нанесена спіральна доріжка, що починається в центральній частині та йде до периферії. Спочатку існували лише диски, що тиражуються промисловим способом зі спеціально виготовлених матриць, але згодом були розроблені технології, що дозволяють записувати лазерні диски на комп'ютерних приводах CD-R, а потім і CD-RW
На початку XXI століття було розроблено стандарти DVD, які поступово повинні замінити CD. Ці диски відрізняються від CD збільшеною в кілька разів щільністю доріжок, а для їх читання та запису використовується лазер із меншою довжиною хвилі. З'явилися двосторонні (Double-Sided - DS) і двошарові (Double Layer - DL) диски, які містять два шари, що відбивають, і мають майже подвоєну, в порівнянні зі звичайними дисками, ємністю. Останні розробки – стандарти Blu-Ray та HD-DVD дозволили ще більше збільшити обсяг даних, що зберігаються на лазерному диску, хоча принцип запису залишився майже тим самим. Велике значення надається зворотної сумісностістандартів та форматів, щоб більш сучасні приводи могли працювати і зі старими дисками.
На заводських, або штампованих дисках доріжка утворена чергуванням западин і виступів, що видавлюються на поверхні пластини в процесі штампування диска. На цю поверхню згодом напилюється тонкий шар алюмінію, що відбиває. Оскільки виступи і западини відбивають лазерний промінь по-різному, стає можливим зчитування візерунка, що вийшов.
На дисках («болванках»), що записуються і перезаписуються, обидві поверхні пластини абсолютно гладкі, а запис і зчитування інформації пов'язані зі зміною фізико-хімічних характеристик тонкого записуваного шару, нанесеного на верхню сторону пластини (рис. 5.1). Записуваний шар в дисках одноразового запису (CD-R або DVD-R) складається з органічного барвника, що незворотно змінюється під впливом потужного лазерного променя, а в дисках, що перезаписуються (CD-RW або DVD-RW) він утворений плівкою спеціального сплаву, здатного змінювати свою здатність, що відображає, залежно від умов нагрівання та охолодження. Так чи інакше, фізична якість запису повністю залежить від якості самої болванки та характеристик приводу, на якому проводився запис: швидкості, точності фокусування та потужності променя.
У всіх випадках на верхню, далеку від лазера, поверхню диска наноситься ряд захисних шарів, що оберігають шар від пошкоджень. Хоча захисні шари досить міцні, з цього боку диск набагато вразливіший, ніж з боку підкладки. Особливо незахищеними є диски, що перезаписуються - активний шар близький за своїми властивостями до рідких кристалів і реагує навіть на незначний тиск або згинання диска.
Від центру до периферії диск розбитий кілька концентричних областей, чи зон (рис. 5.2). Діаметр кожної області строго стандартизований:
Мал. 5.2. Зони лазерного диска
Область посадки, або фіксації, не містить даних і лягає на шпиндель приводу. Нерівності та бруд у цій галузі можуть вплинути на балансування та биття диска при його обертанні;
Область калібрування потужності (Power Calibration Area - PC А) присутня тільки на записуваних дисках і служить для пробного запису та автоматичного регулюванняпотужності записуючого лазера в залежності від індивідуальних особливостей диска та приводу;
Програмована область пам'яті (Program Memory Area - РМА) також існує тільки на дисках, що записуються. У ній попередньо записується тимчасова таблиця змісту (Table of Content - ТОС). Після завершення сеансу запису ця інформація переписується на нульову доріжку;
Нульова доріжка (Lead-in) містить зміст диска або сеансу запису. Зміст включає початкові адреси та довжини всіх доріжок, загальну довжину області даних та інформацію про кожен із сеансів запису. Якщо диск записується в кілька сеансів, нульова доріжка створюється для кожного з сеансів. Стандартний розмір нульової доріжки – 4500 секторів, або близько 9,2 Мбайт даних;
Область даних містить корисні дані. Це основна частина диска;
Кінцева зона (Lead-Out) є маркером кінця сеансу запису. Якщо диск записано в один сеанс, розмір кінцевої зони становить 6750 секторів. Якщо диск записувався на кілька сеансів, для кожного наступного сеансу створюється своя кінцева зона розміром 2250 секторів.
Інформація при записі на компакт-диск є багаторазово надмірною. Це необхідно для корекції можливих помилок. Хоча вважається, що ємність диска CD-ROM становить близько 700 Мбайт, насправді такий диск несе близько 2,5 Гбайт інформації!
Спіральна доріжка поділена на сектори, довжина одного сектора CD-ROM складає 17,33 мм, а на стандартному дискуміститься до 333 ТОВ секторів. Для диска DVDстандартна кількість секторів складає 2298496 (одношаровий DVD, DVD-R(W)) або 2295104 (одношаровий DVD+R(W)). Кожен сектор складається з 98 блоків, або кадрів (frames). Фрейм містить 33 байти інформації, з яких 24 байти несуть корисні дані, 1 байт містить службову інформацію, а 8 байтів служать для контролю парності та корекції помилок. Ці 8 байтів містять так званий код Ріда - Соломона, який обчислюється на підставі 24 корисних байтів. Таким чином, обсяг сектора становить 3234 байти, з яких 882 байти є надмірними. За ними мікропрограма приводу здатна відтворити справжні значення інших 2352 байтів у разі помилок. Більш того, з 2352 байтів, що залишилися, 304 байти відведені для синхронізуючих кодів, бітів ідентифікації, коду корекції помилок ЕСС і коду виявлення та виправлення помилок EDC. В результаті в одному секторі корисними є 2048 байт.
Щоб мінімізувати вплив подряпин та інших фізичних дефектів, використовується перехресне чергування блоків між суміжними секторами. Завдяки цьому будь-який обмежений дефект, швидше за все, торкнеться блоків, що належать до різних секторів, і не виявиться на двох або трьох послідовних блоках. У такому разі корекція помилок може виявитися досить ефективною.
Фізично на диск записуються послідовності темних і світлих ділянок, одержуваних в результаті EFM-модуляції. Eight-to-Fourteen Modulation - ще один рівень, покликаний забезпечити надмірність та збереження даних. Замість кожного байта, тобто 8 бітів, записується послідовність із 14 двійкових значень (бітів). До цих 14 бітів додаються по три об'єднуючі бтз, (merge bits), і довжина послідовності зростає до 17 бітів. На початок кожного блоку додається 24-розрядне число синхронізації.
Схематично описані тут алгоритми є стандартними та закладені у мікропрограму будь-якого приводу. У процесі читання диска мікропрограма приводу здійснює за потреби корекцію помилок і показує через інтерфейс вже чисті сектори по 2048 байтів кожен.
Приводи оптичних дисків
Конструкція будь-яких приводів лазерних дисків мало змінилася з ХХ століття (рис. 5.3). Всі суттєві відмінності приводів CD або DVD, що читають або записують, складаються лише у лазерах, датчиках та оптичних елементах. Зрозуміло, підтримка нових стандартів вимагала і нових алгоритмів корекції помилок, що закладаються у мікропрограми дисководів.
Мал. 5.3. Схема приводу лазерних дисків
Диск обертається на осі шпинделя. Частота обертання може сягати 12 ТОВ про/хв. Під диском переміщається направляючим каретка, на якій закріплені мініатюрний напівпровідниковий лазер, система лінз, призм і дзеркал, а також приймач-фотоелемент. У сучасних комбінованих приводах може бути кілька лазерів. Лазерний промінь проходить через оптичну систему, фокусується на нижній поверхні диска, що обертається, відбивається від неї і через ті ж лінзи і призми знову потрапляє на приймач. Приймач перетворює світловий промінь на електричні сигналиякі надходять на попередній підсилювач і далі в електронну схему приводу.
Верхня лінза є фокусуючою. Вона закріплена на дуже легких підвісах і може трохи зміщуватися щодо інших деталей оптичної системи. Положення цієї лінзи управляє складна автоматика, тому промінь завжди повинен точно фокусуватися на шарі компакт-диска, що відбиває. За рахунок переміщення каретки лазерний промінь можна направити на будь-яку ділянку диска.
За стандартом на компакт-дисках ширина доріжки становить близько 0,6 мкм, відстань між сусідніми доріжками – близько 1,6 мкм. Кожен елемент доріжки (впадина або майданчик або ділянка, що відрізняється за здатністю, що відбиває від сусіднього на записуваному диску) повинен мати довжину від 0,9 до 3,3 мкм. Для DVD ці розміри значно менші. Різниця в здатності «темних» і «світлих» ділянок, що відбиває, зовсім невелика і становить не більше кількох десятків відсотків. При читанні привод лазерних дисків вловлює досить незначні коливання яскравості відбитого променя. Коли лазерний промінь сфокусований на шарі диска, що створюється, пляма повинна приблизно відповідати геометричним розмірам доріжок. Якщо пляма більша, коливання яскравості відбитого променя стають ще меншими, а відхилення в позиціонуванні посилюють ситуацію.
Потужність лазера, точність фокусування, швидкість реакції фокусуючої системи, а також ступінь вібрації та биття диска різні у різних моделейприводів. Крім того, в роботу конкретного екземпляра пристрою робить свій негативний внесок знос підшипників і напрямних, а також старіння підвісів.
Цим пояснюється знайомий усім випадок, коли одному приводі диск читається нормально, іншому читається, але невпевнено, але в третьому не читається зовсім із висновком повідомлення про помилку. Парадоксально: зовсім не обов'язково, що диск найкраще читатиметься на тому ж приводі, на якому він був записаний! Різноманітність параметрів як самих дисків, так і приводів досить велика. Про дешеві болванки від невідомих виробників та частку шлюбу серед них навіть не варто говорити. Існують і спочатку невдалі моделі приводів.
Якість приводу – поняття дуже розпливчасте. До нього можна віднести ретельність і точність виготовлення та складання механіки та оптики, конструктивні особливості, у тому числі механізми балансування та компенсації люфту, властивості лазерного випромінювача, а також особливості мікропрограми.
Від мікропрограми залежить поведінка приводу під час нестійкого читання проблемних дисків. У загальному випадку, чим нижча швидкість, тим більше шансів успішно вважати диск з поганими. оптичними характеристиками. При виникненні великої кількості помилок привід повинен поступово знижувати швидкість читання доти, доки читання стане стійким, але цей механізм по-різному реалізований у різних приводах. Чим нижче швидкість обертання диска, тим простіше вимоги до його якості. Практика показує, що про якість приводу CD або DVD можна побічно судити за співвідношенням пластмаса/метал, тобто за вагою пристрою та його ціною. При цьому мова йдеціни на моделі одного покоління.
Відомі приводи від компанії Plextor. Вони мають вартість, що перевищує середню ціну для поширених приводів удвічі чи втричі, проте відрізняються стабільністю роботи та довговічністю. Крім того, здатністю прочитати навіть сильно подряпаний диск або саму неякісну болванку мають деякі моделі дисководів марки LG. Стабільним читанням характеризувалися і приводи Теас, проте моделі випуску після 2006 року з якихось причин почали викликати нарікання. Досвідчені комп'ютерні користувачі, яким за родом занять часто доводиться витягувати дані з дисків, що нестабільно читаються, зазвичай довго вибирають, а потім дбайливо використовують привід. Іноді такий привід підключають до комп'ютера лише для того, щоб прочитати проблемний диск, а решту часу відключають фізично, щоб уникнути зайвого зносу.
