Принципы чтения и записи на лазерные диски

Устройство чтения дисков CD и DVD состоит из двигателя, вращающего компакт-диск, системы загрузки дисков, оптической считывающей системы и устройства управления. Все эти компоненты размещаются в едином корпусе, который вставляется в пятидюймовый отсек корпуса компьютера. Внешние дисководы CD-ROM, а также DVD-ROM выполнены в виде отдельного устройства.

В бытовых устройствах двигатель должен вращать компакт-диск с постоянной линейной скоростью, чтобы скорость считывания информации не менялась. Современные компьютерные устройства меняют скорость считывания в зависимости от качества используемого диска. На оси двигателя находится площадка, к которой прижимается диск. Диски вращаются со значительными скоростями, что вызывает достаточно громкий неприятный шум. В последнее время ведутся работы по снижению шума скоростных дисководов СD-ROM.

Имеется несколько вариантов загрузки дисков. Чаще всего используется выдвижной лоток, называемый tray — лоток. С помощью специального двигателя лоток выезжает и убирается внутрь после того, как на него положили нужный компакт-диск.

В некоторых устройствах имеются дополнительные фиксаторы, позволяющие устанавливать дисковод в корпус компьютера вертикально. Эти фиксаторы удерживают диск при загрузке и выгрузке.

Реже встречается способ загрузки дисков slot-in, что можно приблизительно перевести как «входная щель». При использовании этого способа диск непосредственно вставляется в щель дисковода. Никакие лотки или коробки не используются. Работа с компакт-диском напоминает работу с обычной дискетой. Еще реже используется специальная коробка, называемая caddyпомощник. Диск вставляется в эту коробку, а она, в свою очередь, вставляется в приемное устройство дисковода. Такой способ загрузки надежнее, но менее удобен.

Современные технологии позволяют достичь приемлемой надежности и точности позиционирования при использовании выдвижного лотка.

Оптическая система состоит из оптической головки и системы ее перемещения. В оптической головке расположен лазер, система линз и приемник отраженного сигнала. Основой системы перемещения головки является высокоточный двигатель, позволяющий перемещать оптическую головку точно по информационной дорожке диска. Устройство управления обеспечивает совместную работу всех устройств, распознает команды компьютера и передает полученную с диска информацию.

На передней панели дисковода расположена кнопка открытия и закрытия лотка, а также светодиоды, показывающие режим текущей работы устройства. Кроме того, на передней панели расположено гнездо для подключения наушников и регулятор громкости. Следует отметить, что качество звука, получаемого с этого разъема, достаточно посредственное. В некоторых моделях на передней панели расположены дополнительные органы управления.

Многие дисководы имеют на передней панели небольшое отверстие для аварийного извлечения диска. Разогнув канцелярскую скрепку и вставив ее конец в отверстие, вы приоткроете дисковод, после чего сможете вручную достать диск. Разогнутый конец скрепки должен быть достаточно длинным, чтобы достать до механизма. Этим способом следует пользоваться только в случае поломки дисковода и невозможности достать диск обычным путем. В обычной работе использовать данный способ извлечения диска недопустимо.

Устройства для работы с компакт-дисками могут быть внутренними и внешними. Наиболее распространены внутренние устройства с интерфейсом IDE, но иногда используются устройства с интерфейсом SCSI. Внешние устройства подключаются через шину USB, USB 2.0 или FireWire. Ранее использовался еще параллельный порт, но в настоящее время он не используется из-за низкой скорости. Некоторые внешние модели подключаются по интерфейсу SCSI.

Все внутренние дисководы компакт-дисков имеют звуковой выход, подключаемый к звуковой плате компьютера. При воспроизведении аудиодисков звуки передаются именно через этот интерфейс. Современные устройства имеют дополнительно цифровой выход в стандарте SPDLF. Если ваша звуковая плата имеет вход этого стандарта, лучше подключить дисковод по данному интерфейсу. При этом качество воспроизведения звука может несколько повыситься.

Устройства для записи компакт-дисков внешне почти не отличаются от устройств чтения. Однако лазер, используемый в оптической системе, может нагревать участки заготовки, чтобы в этом месте регистрирующий слой темнел. Мощность лазера при записи примерно в десять раз больше, чем при чтении.

В настоящее время дисководы CD-R устарели, и им на смену пришли дисководы CD-RW. Технически они мало различаются, однако с помощью дисковода CD-RW можно не только записывать компакт-диски, но и выполнять повторную запись, используя для этого специальные заготовки. Запись на диски CD-RW выполняется с использованием эффекта перехода рабочего слоя диска под действием луча лазера в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражательной способностью.

При записи компакт-диска лазер включается на повышенную мощность. Лазер перемещается вдоль дорожки, записывая нужную информацию. Прервать этот процесс невозможно. Если компьютер не успеет передать очередную порцию информации для записи, процесс будет прерван и используемая заготовка испорчена. Для защиты прерывания потока информации в современных устройствах имеется буфер размером в несколько мегабайт. Кроме того, во многих современных моделях CD-RW используется специальная технология, позволяющая временно прервать запись и возобновить ее после поступления очередной порции данных.

Заготовки для записи компакт-дисков имеют предварительную разметку. Она содержит специальные метки и сигналы синхронизации. Предварительная разметка помогает движению лазера по нужной траектории. Кроме того, перед записью можно прочитать некоторые параметры используемой заготовки. Это поможет точнее настроить программу для записи. Сигналы записаны с пониженной амплитудой и впоследствии перекрываются записываемым сигналом.

Первые дисководы CD-ROM, а также устройства чтения компакт-дисков в музыкальных центрах, считывают информацию со скоростью около 150 килобайт в секунду. Эта скорость принята за единицу. Скорость чтения, записи и перезаписи задается в единицах, кратных данной скорости. Например, если говорят, что запись идет на восьмикратной скорости, это значит, что реальная скорость равна 150×8=1200 килобайт в секунду. Сорокоскоростной CD-ROM читает информацию со скоростью 150×40=6000 килобайт в секунду. Скорость чтения современных скоростных устройств может различаться для различных частей компакт-диска. В характеристиках обычно указывается максимальная скорость. Средняя скорость чтения при этом бывает меньше раза в два.

Для дисководов DVD-ROM принята иная единица скорости чтения. Она равна восьми скоростям чтения CD-ROM. Таким образом, если в документации к устройству указана четвертая скорость чтения DVD, это соответствует скорости передачи 4800 Кб/с.

Для устройств CD-RW указываются три различных скорости. Первой принято указывать максимальную скорость записи компакт-дисков. Для современных CD-RW эта скорость колеблется от 24 до 52. На втором месте стоит скорость перезаписи. Обычно эта скорость несколько меньше, чем скорость записи и равняется от 10 до 24. Последней указывается скорость чтения CD-ROM. У большинства моделей эта цифра колеблется от 32 до 52. Таким образом, устройство с обозначением 52/24/52 может записывать диски на скорости 52×150=7800 Кб/с, перезаписывать на скорости 24×150=3600 Кб/с, а читать компакт-диски со скоростью 52×150=7800 Кб/с. Скорость чтения указана максимальная, достигаемая только на внешней стороне диска. Если скорость записи на диск меньше 24, то она является постоянной и не меняется при записи всего диска. При более высоких скоростях используется технология, когда скорость записи меняется от центра к краю диска.

Устройства для записи DVD-дисков являются обычно комбинированными, то есть позволяют записывать, как DVD, так и CD-R и CD-RW. Скорость записи на DVD в таких устройствах указывается в разах чтения DVD, то есть скорость записи на DVD 2,4 составляет 3312 Кб/с. Типичная формула современных устройств записи на DVD составляет 16/10/2,4, соответственно на CD-R, CD-RW и DVD-RW или DVD+RW. Для устройств записи формата DVD-RAM скорость несколько ниже — от 1 до 1,5. Современные устройства записи DVD-R позволяют писать на скорости 4. Скорость чтения обычно составляет 34 — 48 для CD-R, CD-RW и 6 — 16 для DVD.

Кроме максимальных скоростей записи, устройства записи CD и DVD могут записывать информацию также и на меньшей скорости.

Стандартный компакт-диск, размером 650 Мб, можно записать на восьмой скорости примерно за десять минут. Если же вы используете двадцать четвертую скорость, то для записи потребуется немногим более трех минут. При этом ваш компьютер должен обеспечивать нужную скорость подачи информации для записи. Запись заготовки DVD при скорости 2,4 займет около 20 минут.

Скорость записи зависит не только от используемого устройства, но и от заготовок. Если у вас заготовка, поддерживающая скорости 2, 4 и 8, то на десятой скорости вы записывать не сможете, даже при наличии соответствующего устройства CD-RW. Скорость записи обязательно указывается на упаковке заготовок компакт-дисков.

Различаются несколько разных скоростей современных устройств. Если вместе с цифрой написано обозначение CLV (Constant Linear Velocity — постоянная линейная скорость), то устройство не меняет линейную скорость, для чего приходится менять скорость вращения. Обозначение CAV (Constant Angular Velocity — постоянная угловая скорость) говорит, что скорость вращения постоянна, но меняется линейная скорость. Обозначением ZCLV (Zone Constant Linear Velocity — зонная постоянная линейная скорость) описывается постоянная линейная скорость на некоторых участках диска. Благодаря постоянной линейной скорости достигается высокое качество записи и воспроизведения, а благодаря постоянной угловой скорости достигается быстрый доступ к нужному фрагменту. В характеристиках устройства может быть написано, например, 16х CLV и 18х — 24х CAV, что означает, что в разных режимах поддерживается разная скорость.

Имеется несколько способов записи информации на диск. В зависимости от используемого формата, можно записать диск целиком или по частям. Соответственно, различают три метода записи: Track at Once (Дорожку за раз), Disk at Once (Диск за раз), и Packet Writing (Пакетная запись).

В режиме записи отдельных дорожек записывающий лазер выключается после записи каждой дорожки. Для записи другой дорожки лазер снова включается. Выключение и включение происходит всегда, даже если требуется записать подряд несколько дорожек. Записанные таким образом дорожки разделены промежутками, длительностью две — три секунды. Этот метод является основным для записи большинства дисков. Часто при этом записывается всего одна дорожка.

Если вы записываете диск целиком, лазер не выключается, пока не будут записаны все нужные дорожки. При этом нельзя использовать мультисессионные диски. Весь диск должен быть записан за один раз. Этот режим иногда применяется для записи звуковых компакт-дисков без промежутков между дорожками. Кроме того, часто промышленное оборудование производителя штампованных дисков требует в качестве образца диски, записанные данным способом.

Пакетная запись подразумевает запись информации на компакт-диск небольшими порциями. При этом отсутствуют многие ограничения. Этот метод, вместе с файловой системой UDF, можно использовать для работы с устройством CD-RW как с обычным жестким диском, записывая, редактируя и удаляя файлы и каталоги на компакт-диске.

В последнее время стали появляться устройства, поддерживающие новейший стандарт Mount Rainier, разработанный фирмами Philips, Compaq, Sony и Microsoft. С его помощью можно работать с компакт-дисками, как с обычной дискетой, то есть записывать и читать информацию без использования каких-либо специальных программ. При использовании устройств CD-MRW (Mount Rainier RW) выполняется аппаратное управление дефектными зонами носителя, значительно улучшена адресация, используется фоновое форматирование диска, не заметное пользователю. Стандарт Mount Rainier используется также в новых устройствах DVD+RW — формат DVD+MRW, что позволяет работать с DVD-дисками большого объема, как с обычными сменными носителями информации. Хотя пока этот стандарт слабо распространен, безусловно, он является чрезвычайно перспективным.