Содержание
| Тип носителя | |
|---|---|
| Название | Compact disc read-only memory |
| Сокращение | CD-ROM |
 |
|
| Общая информация | |
| Дата разработки | 1979 |
| Разработчики | Philips, Sony |
| Размеры | 120 × 1,2 мм |
| Ёмкость | 650—879 Мб |
| Скорость чтения (1×) | 150 Кб/с (данные с CD-ROM Mode 1) 172,3 Кб/с (аудио с CD-DA) |
| Наибольшая скорость чтения | 72× (10,8 Мб/с) |
| Срок службы | 10—50 лет |
| Работа с оптическими дисками |
|---|
|
| Типы оптических дисков |
|
| Форматы |
|
| Технологии защиты |
|
CD-ROM (англ. Compact Disc Read-Only Memory , читается: «сиди-ро́м») — разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory — память «только для чтения»). CD-ROM — доработанная версия CD-DA (диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочие цифровые данные (физически от первого ничем не отличается, изменён только формат записываемых данных). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM стали DVD-ROM.
CD-ROM — популярное и самое дешёвое средство для распространения программного обеспечения, компьютерных игр, мультимедиа и прочих данных. В начале 2000-х годов CD-ROM (а позднее и DVD-ROM) стал основным носителем для переноса информации между компьютерами, вытеснив с этой роли флоппи-диск. Начиная с середины 2000-х, он уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям.
Формат записи на CD-ROM также предусматривает запись на один диск информации смешанного содержания — одновременно как компьютерных данных (файлы, ПО, чтение доступно только на компьютере), так и аудиозаписей (воспроизводимых на обычном проигрывателе аудио компакт-дисков), видео, текстов и картинок. Такие диски, в зависимости от порядка следования данных, называются усовершенствованными (англ. Enhanced CD ) либо Mixed-Mode CD.
Зачастую термин CD-ROM ошибочно используют для обозначения самих приводов (устройств) для чтения этих дисков (правильно — CD-ROM Drive, CD-привод).
Содержание
Технические детали [ править | править код ]
Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.) и защитным слоем лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку был принят, поскольку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм. Вес диска без коробки составляет приблизительно 15,7 г. Вес диска в обычной (не «slim») коробке приблизительно равен 74 г.
Компакт-диски имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 Мбайт информации. Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение стали получать диски объёмом 700 Мбайт, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также 8-сантиметровые диски, на которые вмещается около 140 или 210 Мб данных и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).
Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом. Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм.
Различают диски только для чтения («алюминиевые»), CD-R — для однократной записи, CD-RW — для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах.
CD-визитка [ править | править код ]
CD-визитка — оптический диск, выполняемый в формате визитной карточки (повторяет её размер 90×50 мм).
Предназначен для хранения персональных данных, дополняющих контактную информацию, отпечатанную на лицевой стороне CD-визитки.
Диск визитки предназначен для воспроизведения в компьютерном приводе, его проигрывание обеспечивается расположением в её нижней части выпуклостей, фиксирующих диск в 8-см углублении для mini-DVD и mini-CD. В отличие от CD-открыток, диск выполнен из более плотного материала и имеет меньший радиус, поэтому существует меньше возможностей его разрыва в компьютерном приводе.
Для вариантов, выполненных на базе CD-технологии, характерен объём 20 Мб.
Обратная сторона диска допускает нанесение на неё меток и изображений, хотя в центре диска присутствует отверстие.
Стандарты [ править | править код ]
Существует несколько стандартов хранения данных на цифровых оптических дисках. В совокупности они называются «Радужными книгами». Они включают в себя «Красную книгу» — стандарт для аудиодисков, «Белую книгу» — стандарт хранения видео данных, «Жёлтую книгу» — стандарт хранения компьютерных данных, а также «Зелёную книгу» — стандарт хранения мультимедийной информации на диске, объединяющий три предыдущих стандарта (см.: CD-i).
Устpойство пpивода CD-ROM.
CD-ROM привод — это сложное электpонно-оптико-механическое устpойство для считывания инфоpмации с лазеpных дисков. Типичный дpайв состоит из платы электpоники (иногда двух и даже тpех плат — схема упpавления шпинделем и усилитель оптопpиемника отдельно), шпиндельного узла, оптической считывающей головки с пpиводом ее пеpемещения и механики загpузки диска.
Hа плате электpоники pазмещены:
- схема усиления и коppекции сигнала с оптоголовки;
- схемы ФАПЧ сигнала и САР шпинделя;
- пpоцессоp обpаботки кода Reed-Solomon;
- схемы САР фокусиpовки луча и динамического слежения за доpожкой;
- схема упpавления пеpемещением оптоголовки;
- пpоцессоp упpавления (логики);
- буферная память;
- интерфейс с контроллером (IDE/SCSI/прочие);
- разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала;
- блок переключателей режимов (перемычек/джамперов).
Типовой пpивод состоит из платы электpоники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загpузки диска. Hа плате электpоники pазмещены все упpавляющие схемы пpивода, интеpфейс с контpоллеpом компьютеpа, pазъемы интеpфейса и выхода звукового сигнала. Большинство пpиводов использует одну плату электpоники, однако в некотоpых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.
Узел шпинделя (двигатель и собственно шпиндель с держателем диска) служит для вращения диска. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которого в данный момент считывает информацию оптоголовка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.
На оси шпиндельного двигателя (или в собственных подшипниках) закреплен собственно шпиндель, к которому после загрузки прижимается диск. Поверхность шпинделя иногда покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска, хотя в более прогрессивных конструкциях обрезинивают только верхний прижим — чтобы увеличить точность установки диска на шпиндель. Прижим диска к шпинделю осуществляется при помощи верхнего прижима, расположенного с другой стороны диска. В некоторых конструкциях шпиндель и прижим содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает прижим через диск к шпинделю. В других конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.
Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.
Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче — подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой — подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней. В качестве двигателя обычно используется шаговый двигатель, и гоpаздо pеже — коллектоpный двигатель постоянного тока.
Система загpузки диска бывает тpех ваpиантов: с использованием специальной кассеты для диска (caddy), вставляемого в пpиемную нишу пpивода (аналогично тому, как вставляется 3′ дискета в дисковод), с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и с использованием втяжного механизма. Системы с Tray обычно содержат специальный двигатель, обеспечивающий выдвижение лотка, хотя встречаются конструкции (например, Sony CDU31) без специального привода, задвигаемые рукой. Системы с втяжным механизмом применяются как правило в компактных CD-Changer-ах на 4-5 дисков, и обязательно содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель.
На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регуля- тором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками.
Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно — например, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие обычно нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную (хотя существуют приводы, например Hitachi, в которых в такое отверстие надо вставлять небольшую отвертку и вращать ей находящуюся за передней панелью драйва ось с шлицем).
Структурная схема CD-ROM
Функциональная схема CD-ROM
Весьма важным компонентом устройства является оптико-электронная система считывания информации. Несмотря на небольшие размеры, система эта — очень сложное и точное оптическое устройство.
- сервосистемы управления вращением диска;
- сервосистемы позиционирования лазерного считывающего устройства;
- сервосистемы автофокусировки; сервосистема радиального слежения;
- системы считывания;
- схемы управления лазерным диодом.
Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. При этом угловая скорость вращения диска зависит как от расстояния головки считывания до центра диска, так и от условий считывания информации.
Структура связей оптико-электронной системы считывания информации
Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Перемещение головки считывания, а вместе с ней и лазерного луча, по полю диска осуществляется двигателем головки. Работа двигателя контролируется сигналами прямого и обратного перемещения, поступающими с процессора управления, а также сигналами, вырабатываемыми процессором радиальных ошибок.
Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации. Работа системы основана на методе трех световых пятен. Суть метода заключается в разделении основного луча лазера с помощью дифракционной решетки на три отдельных луча, имеющих незначительное расхождение. Центральное световое пятно используется для считывания информации и для работы системы автофокусировки. Два боковых луча располагаются впереди и позади основного луча с незначительным смещением вправо и влево. Сигнал рассогласования этих лучей от датчиков позиционирования воздействует на привод слежения, вызывая при необходимости коррекцию положения центрального луча.
Работоспособность системы радиального слежения можно проконтролировать по изменению сигнала рассогласования, поступающего на привод слежения.
Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска. После загрузки и старта CD начинается настройка фокуса по максимальному уровню выходного сигнала фотодетекторной матрицы и минимальному уровню сигнала ошибки детекторов точной фокусировки и прохождения нуля фокуса. В момент старта диска процессор управления CD-ROM вырабатывает сигналы корректировки, которые обеспечивают многократное (двух- или трехкратное) перемещение фокусной линзы, необходимое для точной фокусировки луча на дорожку диска. При нахождении фокуса вырабатывается сигнал, разрешающий считывание информации. Если после двух-трех попыток этот сигнал не появляется, процессор управления выключает все системы и диск останавливается. Таким образом, о работоспособности системы фокусировки можно судить как по характерным движениям фокусной линзы в момент старта диска, так и по сигналу запуска режима ускорения диска при нахождении фокуса луча лазера.
Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.
Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.
Системы записи, считывания и последующей обработки информации определяют общую функциональную схему CD-ROM, представленную на функциональной схеме. Помимо рассмотренных выше систем, она включает синхрогенератор, обеспечивающий синхросигналами все узлы CD-ROM, и EFM-демодулятор, преобразующий 14-разрядные кодовые посылки с диска в 8-разрядный последовательный код. Далее информация попадает в процессор цифровых данных, который совместно с процессором системного управления является сердцем всего устройства. Здесь происходит обратное перемежение данных и коррекция ошибок. Задачей перемежения данных при записи информации является «растяжка» каждого байта информации на несколько кадров записи. При этом, если и случается потеря даже нескольких кадров информации в результате механического повреждения поверхности диска, результатом обратного перемежения данных будет наличие мелких ошибок в отдельных байтах. Такие ошибки исправляет схема коррекции ошибок.
Устpойство пpивода CD-ROM.
CD-ROM привод — это сложное электpонно-оптико-механическое устpойство для считывания инфоpмации с лазеpных дисков. Типичный дpайв состоит из платы электpоники (иногда двух и даже тpех плат — схема упpавления шпинделем и усилитель оптопpиемника отдельно), шпиндельного узла, оптической считывающей головки с пpиводом ее пеpемещения и механики загpузки диска.
Hа плате электpоники pазмещены:
- схема усиления и коppекции сигнала с оптоголовки;
- схемы ФАПЧ сигнала и САР шпинделя;
- пpоцессоp обpаботки кода Reed-Solomon;
- схемы САР фокусиpовки луча и динамического слежения за доpожкой;
- схема упpавления пеpемещением оптоголовки;
- пpоцессоp упpавления (логики);
- буферная память;
- интерфейс с контроллером (IDE/SCSI/прочие);
- разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала;
- блок переключателей режимов (перемычек/джамперов).
Типовой пpивод состоит из платы электpоники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загpузки диска. Hа плате электpоники pазмещены все упpавляющие схемы пpивода, интеpфейс с контpоллеpом компьютеpа, pазъемы интеpфейса и выхода звукового сигнала. Большинство пpиводов использует одну плату электpоники, однако в некотоpых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.
Узел шпинделя (двигатель и собственно шпиндель с держателем диска) служит для вращения диска. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которого в данный момент считывает информацию оптоголовка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.
На оси шпиндельного двигателя (или в собственных подшипниках) закреплен собственно шпиндель, к которому после загрузки прижимается диск. Поверхность шпинделя иногда покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска, хотя в более прогрессивных конструкциях обрезинивают только верхний прижим — чтобы увеличить точность установки диска на шпиндель. Прижим диска к шпинделю осуществляется при помощи верхнего прижима, расположенного с другой стороны диска. В некоторых конструкциях шпиндель и прижим содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает прижим через диск к шпинделю. В других конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.
Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.
Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче — подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой — подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней. В качестве двигателя обычно используется шаговый двигатель, и гоpаздо pеже — коллектоpный двигатель постоянного тока.
Система загpузки диска бывает тpех ваpиантов: с использованием специальной кассеты для диска (caddy), вставляемого в пpиемную нишу пpивода (аналогично тому, как вставляется 3′ дискета в дисковод), с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и с использованием втяжного механизма. Системы с Tray обычно содержат специальный двигатель, обеспечивающий выдвижение лотка, хотя встречаются конструкции (например, Sony CDU31) без специального привода, задвигаемые рукой. Системы с втяжным механизмом применяются как правило в компактных CD-Changer-ах на 4-5 дисков, и обязательно содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель.
На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регуля- тором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками.
Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно — например, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие обычно нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную (хотя существуют приводы, например Hitachi, в которых в такое отверстие надо вставлять небольшую отвертку и вращать ей находящуюся за передней панелью драйва ось с шлицем).
Структурная схема CD-ROM
Функциональная схема CD-ROM
Весьма важным компонентом устройства является оптико-электронная система считывания информации. Несмотря на небольшие размеры, система эта — очень сложное и точное оптическое устройство.
- сервосистемы управления вращением диска;
- сервосистемы позиционирования лазерного считывающего устройства;
- сервосистемы автофокусировки; сервосистема радиального слежения;
- системы считывания;
- схемы управления лазерным диодом.
Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. При этом угловая скорость вращения диска зависит как от расстояния головки считывания до центра диска, так и от условий считывания информации.
Структура связей оптико-электронной системы считывания информации
Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Перемещение головки считывания, а вместе с ней и лазерного луча, по полю диска осуществляется двигателем головки. Работа двигателя контролируется сигналами прямого и обратного перемещения, поступающими с процессора управления, а также сигналами, вырабатываемыми процессором радиальных ошибок.
Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации. Работа системы основана на методе трех световых пятен. Суть метода заключается в разделении основного луча лазера с помощью дифракционной решетки на три отдельных луча, имеющих незначительное расхождение. Центральное световое пятно используется для считывания информации и для работы системы автофокусировки. Два боковых луча располагаются впереди и позади основного луча с незначительным смещением вправо и влево. Сигнал рассогласования этих лучей от датчиков позиционирования воздействует на привод слежения, вызывая при необходимости коррекцию положения центрального луча.
Работоспособность системы радиального слежения можно проконтролировать по изменению сигнала рассогласования, поступающего на привод слежения.
Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска. После загрузки и старта CD начинается настройка фокуса по максимальному уровню выходного сигнала фотодетекторной матрицы и минимальному уровню сигнала ошибки детекторов точной фокусировки и прохождения нуля фокуса. В момент старта диска процессор управления CD-ROM вырабатывает сигналы корректировки, которые обеспечивают многократное (двух- или трехкратное) перемещение фокусной линзы, необходимое для точной фокусировки луча на дорожку диска. При нахождении фокуса вырабатывается сигнал, разрешающий считывание информации. Если после двух-трех попыток этот сигнал не появляется, процессор управления выключает все системы и диск останавливается. Таким образом, о работоспособности системы фокусировки можно судить как по характерным движениям фокусной линзы в момент старта диска, так и по сигналу запуска режима ускорения диска при нахождении фокуса луча лазера.
Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.
Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.
Системы записи, считывания и последующей обработки информации определяют общую функциональную схему CD-ROM, представленную на функциональной схеме. Помимо рассмотренных выше систем, она включает синхрогенератор, обеспечивающий синхросигналами все узлы CD-ROM, и EFM-демодулятор, преобразующий 14-разрядные кодовые посылки с диска в 8-разрядный последовательный код. Далее информация попадает в процессор цифровых данных, который совместно с процессором системного управления является сердцем всего устройства. Здесь происходит обратное перемежение данных и коррекция ошибок. Задачей перемежения данных при записи информации является «растяжка» каждого байта информации на несколько кадров записи. При этом, если и случается потеря даже нескольких кадров информации в результате механического повреждения поверхности диска, результатом обратного перемежения данных будет наличие мелких ошибок в отдельных байтах. Такие ошибки исправляет схема коррекции ошибок.