CD-ROM-y wywodzą się z rewolucyjnego rozwiązania wprowadzonego w technice zapisu dźwięku opracowanego wspólnie przez firmy Philips i Sony. W jego wyniku powstały płyty kompaktowe audio o zapisie cyfrowym /ang. Compact Disc Digital Audio/. Szybko okazało się, że zapis ten nadaje się doskonale do zastosowania w technice komputerowej. W ten sposób powstały CD-ROM-y Chromy ich napędy.
Budowa CD-ROM-u i zasada zapisu
Nośnikiem jest przeźroczysta warstwa poliwęglanowa, w której wytłoczone są wgłębienia. Warstwa ta pokryta jest napyloną warstwą aluminium odbijającą światło. Całość zabezpieczona jest od góry lakierem, na którym są wykonane ewentualne nadruki.
Płyta jest oświetlana od spodu wąską wiązką światła laserowego. Wiązka światła laserowego podając na płytę odbija się od warstwy aluminium. Jeżeli odbija się ona od obszaru zwanego landem /brak wgłębienia/, jej natężenie jest znacznie większe niż w przypadku, gdy odbija się od pitu /wgłębienia/. W przypadku pitu wiązka jest po prostu znacznie mocniej rozpraszana, czego powodem jest jej niższe natężenie. Stąd przy przejściach pomiędzy pitami i landami występują skoki natężenia światła i w konsekwencji skokowe zmiany sygnału elektrycznego z elementów światłoczułych. Wiązka światła laserowego odbita jest dzielona przez soczewkę pryzmatyczną na dwie części i kierowana na zespół czterech diod. Zespół ten ma trzy zadania:
Dostarcza sygnału danych /suma sygnałów A+B+C+D/.
Tworzy sygnały błędu ogniskowania wiązki /sygnał (A+D)-(B+C) – jeżeli wiązka jest np.: zbyt silnie zogniskowana, sygnał B+C będzie większy niż A+D/.
Tworzy sygnały błędu pozycjonowania wiązki /sygnał (A+B)-(C+D) – przykładowo, jeżeli wiązka jest przesunięta w lewo, sygnał A+B będzie większy niż C+D/.
Ścieżka na płycie CD-ROM, inaczej niż w przypadku twardych dysków, ma kształt spiralny i jej początek znajduje się przy jej wewnętrznym otworze. Własność ta wywodzi się prawdopodobnie z muzycznego rodowodu płyt CD, w których był odtwarzany ciągły strumień danych.
W systemach zapisu danych na CD-ROM-ach stosuje się najczęściej zmienną szybkość płyty w celu osiągnięcia stałej szybkości liniowej, co jest oznaczone skrótem CLV (ang. Contanst Linear Velocity). Bez takiej kompensacji, im dalej od środka płyty, tym większa jest prędkość liniowa.
Wymienione wyżej fakty powodują jednak, że czas zmiany miejsca odczytywania informacji /czyli inaczej mówiąc, czas swobodnego dostępu/ w przypadku CD-ROM-u jest znacznie dłuższy niż dla dysków twardych. W jego skład wchodzi pozycjonowanie układu kierującego promieniem lasera oraz zmiany prędkości obrotowej silnika napędzającego płytę.
Kodowanie informacji
Informacja zapisywana na CD-ROM-ie kodowana jest tak zwaną metodą EM. (ang. Eight to Fourteen Modulation). W ramach tej metody każde 8 bitów (jeden bajt) jest zastępowane 14-bitowym słowem. Kodowanie ma przebiegać tak, aby dwie kolejne jedynki były rozdzielone nie mniej niż dwoma i nie więcej niż dziesięcioma zerami (2-10). Przypomina to metodę RLL i bierze swój początek tych samych powodów: z jednej strony możliwie duża gęstość zapisu (zapisujemy bity metodą NRZ), a z drugiej, zapewnienie odpowiedniej częstotliwości impulsów utrzymujących synchronizację. 14-bitowe słowo zapewnia 214 różnych kombinacji, z czego wykorzystanych jest 256 (bo tyle kombinacji daje 1 bajt). Pozostałe zaś są nieużywane lub nie nadają się do stosowania w ramach metody EFM. Przed zapisaniem 14-bitowych słów dodawane są do nich tzw. słowa sklejające o długości 3 bitów. Dwa z nich są dobierane w ten sposób, aby zachować regułę 2-10, trzeci bit ma wartość, która zapewnia w zapisie NRZ brak składowej stałej (co oznacza, że w słowie 14-bitowym wraz ze słowem sklejającym powinna być parzysta ilość jednostek).
Kodowanie informacji za pomocą pitów i landów zgodnie z metodą NRZ. Medoda ta koduje każdą jedynkę zmianą stanu. Pamiętamy, że dla pitów i landów zmiana natężenia odbitej wiązki światła następowała na przejściu pomiędzy nimi. Tak więc jedynki ustawiają na przemian początek i koniec pitu. Odpowiedni dobór słów sklejających zapewnia, że każdy pit należy do jednego kodowanego bajtu.
Zastosowana metoda kodowania wydaje się mało efektywna. Jeżeli jednak przyjmiemy, że na 17 bitów (kod jednego bajtu) przypadnie średnio 6 zer ((10+2)/2=6 zer na słowo 17-bitowe),to wówczas średnia ilość jednak w tym słowie wynosi 4(bo musi być parzysta). Daje to dwa pity na bajt, co jest bardzo dobrym wynikiem.
Format zapisu
Fizyczny format zapisu
Informacja na CD-ROM-ie zapisywana jest w tak zwanych ramkach, składających się z 584 bitów (33 zakodowane bajty, ponieważ każdy bajt jest zapisany za pomocą 17 bitów oraz 27-bitowe słowo synchronizujące)
Ramka rozpoczyna się 27-bitową sekwencją synchronizującą (trzy jedynki oddzielone jedna od drugiej dziesięcioma zerami plus cztery zera). Kombinacja ta nie występuje nigdy w zakodowanych danych, stąd jest używana jednocześnie do sygnalizacji początku ramki. Dalej następuje bajt informacyjno-sterujący. Bajty z 98 kolejnych ramek są łączone w bloki zawierające przykładowo tabelę zawartości dysku. Następnie następują dwa 12-bajtowe bloki danych ,przy czym po każdym z nich następuje 4-bajtowy blok kontrolny. Bloki kontrolne wraz z odpowiednim rozmieszczeniem informacji w ramce umożliwiają korekcję błędów metodą oznaczoną jako CIRC (ang. Cross-Interleave Reed-Solomon Coding). Opis tej metody jest zbyt skomplikowany.
Logiczny format zapisu
Informacje podane powyżej dotyczyły w równym stopniu płyt audio, jak i CD-ROM. Na tych ostatnich stosowane jest łączenie ramek w sektory.
Sektor jest tworzony przez połączenie 98 ramek. Daje to łącznie 98 x 24 = 2352 bajtów danych. Sektor może być zapisywany w trybie 1 (z korekcją błędów - 2048 bajty w sektorze bajty służą do korekcji) lub w trybie 2 (bez korekcji-wówczas w sektorze mieszają się 2352 bajty).
Adres informacji ma format zapożyczony z audio: min: sek: numer_bloku. Na płytach tych dźwięk był zapisywany z częstotliwością 44,1 kHz, przy czym słowa miały długość 32 bitów (4 bajtów).Stąd ilość ramek na sekundę czytania przez system audio lub napęd CD-ROM o pojedynczej prędkości wynosi 44100Hz*4B =7350Hz. 24B
Ponieważ na sektor przypada 98 ramek, oznacza to, że wciągu sekundy odczytywanych jest 75 sektorów. Numer_bloku podaje, który z 75 sektorów przypadających na jedną sekundę jest odczytywany.
Oczywiście dla odczytu nie musi zachowywać prędkości, jaka jest stosowana dla odczytu (i również dla zapisu) audio. Jeżeli dysponujemy przykładowo 60-krotnym napędem CD-ROM,oznacza to ,że odczytuje on dane z szybkością 60-krotnie większą od odczytu audio.
Nagrywarki CD-R i CD-RW
Od strony elektronicznej, sposobu kodowania i formatu zapisu danych, nagrywarki CD-R i CD-RW niczym nie różnią się od klasycznych napędów CD. Różnice związane są z technologią i materiałami zastosowanymi do produkcji płyt. W płytach CD-R warstwa poliwęglanowa pokryta jest specjalną substancją, na przykład tak zwaną cyjaniną, która mętnieje pod wpływem promieniowania laserowego o określonej mocy. Na warstwę tą napylona jest tak jak w zwykłych płytach, warstwa aluminium, odpowiednio zabezpieczona. W trakcie nagrywania płyty promień lasera o zwiększonej mocy powoduje zmętnienie warstwy cyjaniny, co odpowiada obszarowi pitu na zwykłej płycie, gdyż powoduje zmniejszenie natężenia wiązki odbitej. Odczyt płyty dokonywany jest wiązką 0 ,,zwykłej”, mniejszej mocy, co nie powoduje zmian przeźroczystości warstwy cyjaniny.
Kolejnym krokiem było zastosowanie substancji, która w zależności od długości fali światła laserowego na nią padającego, mętnieje (staje się amorficzna) bądź staje się na powrót przeźroczysta (wraca do postaci krystalicznej). Zastosowanie takiej substancji w miejsce cyjaniny umożliwia wielokrotną zmianę informacji zapisywanej na płycie. Powodem niezbyt dużej, aczkolwiek stale rosnącej popularności płyt CD-RW jest ich cena oraz kłopoty z odczytem tych płyt w starszych napędach CD-ROM (spowodowane prawdopodobnie zbyt małą energią wiązki lasera).
Napędy DVD
Zasada zapisu informacji na DVD (ang. Digital Versatile Disk lub Digital Video Disco) nie rożni się od zasady zapisu na płycie CD. Różnice są w zasadzie ilościowe, powodują one jednak powstanie pewnej nowej jakości. Ilość informacji zgromadzona na pojedynczym krążku DVD może sięgać nawet kilkunastu GB. Obecnie głównym ich zastosowaniem jest przemysł wideo. Należy sądzić, że w przyszłości sytuacja ta ulegnie zmianie.
Swoje wielkie pojemności dyski DVD zawdzięczają między innymi temu, że odległość pomiędzy ich ścieżkami jest o połowę mniejsza niż na płycie CD. Kolejną nowością jest zapis dwuwarstwowy. W dysku dwuwarstwowym pierwsza warstwa odbijająca jest półprzeźroczysta. Ponadto przy odczycie wiązka lasera jest ogniskowana na pierwszej lub drugiej warstwie. Pojemność płyty jednowarstwowej wynosi około 4,7 GB. Przy płycie dwuwarstwowej łączna pojemność wynosi 8,5 GB /pojemność drugiej warstwy jest nieco mniejsza niż pierwszej/. Poprawiono też metody kodowania i korekcji błędów.
Napędy magnetooptyczne
Dyski magnetooptyczne są mobilnymi nośnikami informacji o względnie dużych pojemnościach, rzędu kilkuset MB. Wada ich jest wysoka cena zarówno ich samych, jak ich napędów.
Do zapisu informacji na dyskach magnetooptycznych wykorzystuje się zmiany pewnych materiałów w zakresie ich własności polaryzacji światła, zachodzące pod wpływem pola magnetycznego. Dlatego też przed wyjaśnieniem zasady zapisu magnetooptycznego musimy krótko wyjaśnić zagadnienie polaryzacji światła.
Światło jest fala elektromagnetyczna z określonego zakresu długości. Drgania elektromagnetyczne mogą zachodzić w różnych płaszczyznach /co ma miejsce choćby w przypadku bezpośredniego światła słonecznego/ lub w jednej płaszczyźnie /np.: światło odbite od lustra pod określonym kątem/. W pierwszym przypadku mamy do czynienia ze światłem niespolaryzowanym, w drugim zaś ze spolaryzowanym.
Określone materiały bądź urządzenia powodują, że światło niespolaryzowane po przejściu przez nie staje się światłem spolaryzowanym. Urządzenia te zwiemy filtrami polaryzacyjnymi. Jednym z ich parametrów jest płaszczyzna polaryzacji, czyli płaszczyzna, w której drga fala elektromagnetyczna światła po przejściu przez Filtr.
Oddziaływanie na światło filtrów polaryzacyjnych
Jeżeli światło przepuścimy przez dwa filtry polaryzujące, których płaszczyzny polaryzacji są ustawione do siebie pod kątem prostym, uzyskamy całkowite wytłumienie fali świetlnej /co jest oczywiste – drgania nie mogą zachodzić w żadnej płaszczyźnie/.
Wygenerowano: 2006-03-30
informatyka
darmowe wypracowania i ściągi - szkoła i studia