Оптические накопители

Оптические накопители предназначены для чтения и, как правило, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit — ямка, углубление). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы  оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD, DVD, Blu-ray.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. Первые диски использовали формат «Красной книги», при котором время звучания одной кассеты составляло 74 минуты 33 секунды, что соответствует времени звучания 9-й симфонии Бетховена, очень популярной в то время в Японии. Частота выборки звучания сигнала составляет 44 Кгц для стереозвука и разрядность 16 бит. Они имели емкость 650 мбайт и позволяли хранить 75 минут музыки (начиная с 200 годов появились диски с более тонкими дорожками для записи, что позволило учеличить емкость до 700 Мбайт с записью 80 минут музыки). CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

Технология создания CD-ROM дисков следующая. Вначале изготовляется диск, на котором выжигаются только те места, где находится единица информации, и остаются без изменения места с нулевыми значениями. После этого изготовляется матрица, с помощью которой происходит штампование заготовок, напыление на информационную поверхность слоя металла (аллюминий, серебро, золото и т.д.) для увеличения отражающей способности лазерного луча, покрытие их прозрачным пластиком  (лаком) для защиты данных. Когда диск вставляется в накопитель, по концентрической окружности диска скользит луч лазера и по отраженному свету определяется, что записано: ноль или единица.

Как правило, накопитель CD-ROM поддерживает режимы: Audio CD, Music Disc, Super Audio CD, CD-ROM (mode 1 & mode 2), CD-ROM/XA (mode 1, form 1 & form 2), Super Video CD, CD-Text, Video CD, CD-I/FMV, Photo-CD (Single & multisession), CD-i и другие. Первые накопители могли работать только с определенными форматами, но со временем со всеми форматами. Поэтому пользователю знать формат не обязательно. Как правило, достаточно знать, что существуют аудио, видео диски и диски с программами (или текстом).

Далее был разработан стандарт «Желтой книги», в котором имеется заголовок, при помощи которого определяется тип диска: музыкальный или программный. Музыкальный формат был уже хорошо разработан, а программный формат каждая фирма-производитель определяла сама. В силу быстрого развития этой технологии, разнобой в стандарте не мог долго продолжаться, поэтому возник рекомендательный стандарт High Sierra, на основе которого вскоре появился стандарт ISO 9660. По этому стандарту на диске имеется оглавление и область данных. Первая дорожка содержит параметры синхронизации привода и диска между собой, далее идет оглавление, в котором описание каждого файла содержит прямой адрес на диске.

Существует три вида таких дисков:

CD-ROM диск записывается обычно промышленным образом, и в дальнейшем его можно только читать. Имеет размеры 120х1.2 мм, имеет емкость 650-879 Мбайт. Срок службы 10-50 лет. Такие диски часто поставляются с устройствами для компьютера, на них находится программное обеспечение, бывают музыкальные диски и пр.

CD-R диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяют записывать на них один раз информацию.

Для работы с ними использовались CD-накопители, которые имеют несколько видов:

CD-R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, но также позволяет однократно записывать CD-R диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная.  

В таких устройствах лазерный луч выжигает на поверхности диска канавки, при этом отражающие свет участки называются «лэндами», а неотражаемые участки – «питами». Сочетание этих участков и позволяет закодировать информацию в двубитовом представлении.

В силу разных причин на практике при записи невозможно добиться идеального расположения выжженных канавок и при воспроизведении появляются дефекты звука, его дрожание, что носит название «джиттер» (jitter). В определенной степени избавится от таких нежелательных искажений позволяет применение специального режима Audio Master, когда выжигаемые канавки принудительно увеличивают в длине. Этот режим применяют в тех случаях, когда нужно добиться улучшения качества записываемого звука.

Обычно запись производится с постоянной угловой скоростью (CAV). Однако при изменении скорости вращения в разы (х2, х4, х8 и т.д.) запись приостанавливается и образуются так называемые «точки связи», что ухудшает качество записи. В таких случаях используется защита от опустошения буфера, называемого SafeBurn. Как правило, она включается только в момент изменения скорости вращения диска, а в основном используется режим записи с постоянной угловой скоростью (CAV). Такой способ повышения качества воспроизводимого звука называется зонной записью с постоянной линейной скоростью (Z-CLV).

Весьма интересна имеющаяся на некоторых устройствах для записи на диски цифровой информации возможность выжигания на поверхности лазерного диска текста, будь то список музыкальных файлов или свои данные. Для этого используется режим DiscT2, в котором набирается любой текст, достойный воспроизведения на поверхности созданного своими руками музыкального или иного вида диска.

CD-RW (Compact Disc-ReWritable) накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, однократно записывать CD-R диски, но и записывать и дозаписывать, а также перезаписывать записанные ранее CD-RW-диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная. Могла быть также скорость дозаписи.

CD-RW устройство работает по-другому принципу, то есть при записи на них луч не выжигает, а переводит подложку в аморфное состояние, что позволяет установить другой отражающий эффект. Поэтому они могут записывать данные многократно. Однако диски рассеивают информацию хуже, чем стандартные CD-ROM диски, поэтому их не всегда удается прочитать на стандартных носителях.

Чем больше устройство имеет возможностей, тем больше оно имеет ограничений. Чем проще диски, тем больший отражающий эффект они имеют. Самый лучший отражающий эффект имеют CD-ROM диски, которые могут читаться в CD-ROM, CD-R и CD-RW накопителях.

Диски формата CD-RW имеет еще меньшую отражательную способность и могут читаться не на всех старых CD-ROM и CD-R накопителях (на старых накопителях). Определенно сказать, на каких накопителях будет читаться, а на каких не будет, довольно трудно, так как это зависит от модели устройства. В настоящее время продаются компакт-диски CD-R, на которых можно записать информацию. Если после записи на диске осталось свободное пространство, то на диск можно дозаписать информацию и так далее. Диски CD-RW позволяют не только записать информацию, но и удалить ненужные данные, то есть многократно записывать данные и стоит несколько дороже, чем диски CD-R.

В 1996 году появились DVD-диски (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск, первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Сейчас никак не расшифровывается), которые имели емкость 4.7 Гигабайт за счет уплотнения дорожек с записью, то есть в 7 раз больше емкости CD-ROM дисков. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Однако, существуют диски, у которых на одной стороне находится два слоя и они имеют емкость 8.5-8.7 Гигабайт (они могут иметь название DVD 9, цифра означает округленную емкость), существуют диски с одним слоем, но с записью на двух сторонах емкостью 9.4 Гигабайт(они могут иметь название DVD 10), двухслойные и двухсторонними емкостью 17.08 Гигабайт(они могут иметь название DVD 18). Двухслойные диски имеют два полупрозрачных слоя с мощной фокусировкой луча, позволяют считывать информацию либо с первого, либо со второго слоя. Более высокая плотность данных достигается за счет уменьшения области на диске для одного бита и применения методов сжатия. Но на практике наиболее распространены односторонние, однослойные.

После создания единого стандарта DVD для записи на них видеофильмов, весь мир был поделен на шесть зон, чтобы кинофильмы, записанные для одной зоны, не могли читаться в других. Поэтому на старом DVD приводе может быть нанесена пиктограмма, где показано изображение земного шара с цифрами, обозначающими, с какими зонами работает данный привод или ALL (все) – для работы с дисками во всех зонах. В современных DVD-накопителях такого разбиения не имеется.

Информация на дисках находится в секторах, которые содержат данные и 882 байт для кода коррекции ошибок, что позволяет увеличить надежность считывания информации, так как при сбоях вычисляются значения по коду коррекции. При наличии испорченных секторов скорость считывания замедляется и происходит повторное считывание и так до определенного числа попыток. В результате или код будет считан, или на экране появится сообщение о невозможности считывания информации с данного диска, после чего снова происходит переключение на максимальную скорость.

В отличие от CD дисков, DVD диски имеют свою собственную файловую систему UDF или для данных ISO-9660. Данные хранятся в секторах размером в 2048 байт. Могут быть диски DVD-видео, DVD-аудио, DVD-Data и смешанного типа.

Диски DVD-ROM также как и CD-ROM используются только для чтения. Они где-то уже были записаны и продаются с записанной информацией.

Стандарт для записи на диск разрабатывался двумя путями, один стандарт под названием MMCD разрабатывали компании Philips и Sony, второй под названием Super Disc – Toshiba и несколько других. Поэтому возникло два формата для записи данных – DVD-R и DVD+R. Эти форматы близки друг к другу, однако, плюсовой формат лучше использовать, так как при перезаписи он требует меньше времени, а записанные данные имеют меньшее количество ошибок. Соответственно имеется и два формата перезаписываемых дисков DVD-RW и DVD+RW.

Диски с однократной записью, имеющие двойной слой на одной поверхности обозначают символами DL, например, DVD-R DL и DVD+R DL. Они имеют емкость до 8.5 гигабайт.

Для работы с DVD используются DVD-накопители, которые имеют несколько видов:

DVD-ROM накопитель позволяет только считывать как DVD так и CD-диски. Одной из важнейших характери­стик данного устройства является скорость считывания информации. Кратность за единицу принята как 1.32 Мбайт/сек, что в 9 раз быстрее скорости CD. Они имеют разные скорости считывания CD и DVD дисков, которая указывается в руководстве к устройству.

DVD-R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD-ROM, CD-R, CD-RW диски, все виды DVD дисков, а также позволяет однократно записывать CD-R диски и DVD+R и DVD-R диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная, причем скорость указывается отдельно для дисков CD, так и для дисков DVD и соответственно отдельно для дисков DVD-R и DVD+R.  

DVD-RW накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать все виды CD и DVD диски и их записывать. Указываются скорости чтения и записи отдельно для CD дисков, DVD-R, DVD+R, DVD+R DL, DVD-R DL, DVD+RW, DVD-RW, DVD+RW DL, DVD-RW DL, то есть те операции, которые может проводить накопитель. Зжесь также лучше использовать плюсовой формат, так как минусовой формат требует сначала стереть информацию, а потом записать, а плюсовой формат позволяет перезаписывать данные в реальном режиме времени.

Стандарт Blu-ray Disc (BD) (blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) был разработан консорциумом BDA, выпущен в 2006 году. У данного стандарта был конкурент – HD DVD компании Toshiba, однако, эта компания отказалась от дальнейшей поддержки HD дисков в 2008 году после "войны форматов". Скорость считывания информации (однократная скорость) составляет 4.5 Мб/с. Повышение объема записываемой информации выполняется за счет использования лазерного луча в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной 405 нм, в то же время как CD и DVD приводы используют красный и инфракрасныйлазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм.

Однослойный диск может хранить 25 Гигабайт, двухслойный – 50 гигабайт, трехслойный – 100 гигабайт, четырехслойный -128. Диск может иметь и более слоев. Так в 2008 году были продемонстрированы 20тислойные диски емкостью 500 гигабайт.

В настоящий момент выпускаются диски BD-ROM для чтения, BD-R однократной записи и BD-RE для многократной записи. Также имеются двухслойные диски имеющие в названии символы DL емкостью до 50 гигабайт.

Накопители для этих дисков бывают Blu-Ray только для чтения дисков, которые позволяют проводить чтение и запись всех видов дисков CD и DVD, а также только читать BD-диски. Соответственно Blu-Ray RE позволяют не только читать, но и записывать все виды дисков CD, DVD и BD-диски (однослойные, для многослойных нужно ознакомиться с инструкцией).

Чтобы вставить CD или DVD диск в привод, нажмите вначале на кнопку на передней панели привода (рисунок ниже). При этом из привода выдвигается лоток, в который нужно положить диск в специальное углубление для него рабочей поверхностью, на которой находятся данные, вниз, или рисунком вверх. После чего снова нажмите на кнопку, при этом лоток задвигается в корпус привода. Теперь можно работать с диском. В лотке имеется второе углубление для дисков, примерно в два раза меньше по диаметру и в настоящее время очень редко используемое (часто их показывают в детективных и фантастических фильмах).

Для нормальной работы привод должен находиться в горизонтальном положении. Существует накопитель, который может работать в вертикальном положении. При этом диск вставляется в щель руками, после чего специальный механизм удерживает его и вводит внутрь накопителя.

В оптическом накопителе имеется отверстие для аварийного выдвижения лотка, если он не выдвигается. Для этого нужно вставить тонкий стержень, например, спрямленную скрепку, и надавить на него. Кроме этого, может присутствовать кнопка для перехода на следующую песню для аудиодисков. Сзади может быть установлен переключатель конфигурации, желательно установить Slave, а также расположен разъем для тестирования накопителя производителем. Некоторые накопители могут поставляться с микрофонами, наушниками, звуковыми платами.

Для загрузки диска нужно:

- включить компьютер;

- нажать кнопку открытия лотка, при этом он выдвигается;

- положить диск надписью вверх на лоток;

- повторно нажать кнопку открытия лотка. Лоток задвигается, после чего можно начинать работу.

Не следует выдвигать и задвигать лоток вручную. Нежелательно держать лоток долго открытым при отсутствии работы, не нужно класть на лоток посторонние предметы, например, ставить чашку с кофе, не следует давить на лоток, когда укладывается диск.

При отсутствии работы накопитель переходит в режим сохранения энергии, при этом шум накопителя прекращается. При поступлении команды на считывание накопитель начинает работу автоматически.

Изготовление диска происходит следующим образом: вначале изготавливается диск, который называется «мать», далее штампуется рабочая копия – «отец», потом на его основе прессуются другие.

Основные характеристики привода:

- тип: внутренний или внешний. Внутренний привод вставляется в системный блок. Внешний имеет корпус прямоугольной формы, подключается к параллельному порту (в старых компьютерах), USB (в современных) и имеет провод, соединяемый с электросетью. Существует также внешний вариант для переносных компьютеров, подключаемый при помощи разъема PCMCIA;

- скорость передачи данных (Data Transfer Rate, DTR), соответственно указывается как двухскоростной, четырех-, тридцати двух- и т.д.;

- объем буферной памяти (Buffer Memory). Кэш-память представляет собой микросхемы оперативной памяти, которая располагается на плате накопителя. Они дают преимущества, поэтому чем больше объем, тем лучше;

- среднее время между поломками (Mean Time Between Failure, MTBF). Данная характеристика имеется у многих устройств, однако не везде описывается;

- тип интерфейса или шины, к которому подключается;

- среднее время доступа (Access Time, AT). Оно у CD-ROM накопителей больше, чем у жестких дисков, что определено принципиальными различиями в конструкции накопителя, и различается в десятки раз, причем чем больше кратность, тем меньше время доступа. Так, у 4-кратного накопителя оно примерно равно 150, а у 32 – 80 мс. Это значение можно узнать из паспорта устройства;

- коэффициент ошибок (Error Time);

- перечень поддерживаемых форматов.

Могут быть также другие параметры, такие, как уровень шумов, вибрации. Кроме того, при покупке нужно посмотреть, мягко ли движется лоток и прочно ли он удерживается в открытом виде.

BIOS последних версий позволяет производить загрузку компьютера с CD и DVD дисков. CD-ROM диск в начале дорожки имеет служебную область, в которой находится информация для синхронизации привода и диска, затем таблицы содержимого тома (Volume Table of Contents или VTOC), в которых находятся данные об организации директорий и файлов на диске, затем данные и метка конца тома. Таким образом, зная путь и имя файла, можно по таблице найти местоположение файла на диске и осуществить прямое позиционирование головки для чтения данных, что сокращает время поиска и операции чтения.

Подключается устройство при помощи двух кабелей: питания и информационного. Существует три вида накопителей: подключаемых к шине SCSI, к шине IDE или разъему SATA. Лучше иметь накопитель, подключаемый к разъему IDE, если это поддерживает материнская плата. Так как обычно разъемов SATA мало и, если нужно установить несколько оптических или накопителей для жестких дисков, то может возникнуть проблема с наличием свободного разъема.

Ниже описано подключение именно к такой шине. Оптические накопители могут подключаться вместе с жестким диском. Информационный кабель состоит из 40 жил (показан на рисунке выше) и имеет три штекера. Один подключается к контроллеру жестких дисков (на старых платах) или непо­средственно к материнской плате (см. также описание плат и жесткого диска). Второй к оптическому накопителю и третий - к дисководу жестких дисков. Не забудьте, что край кабеля, мар­кированный красным цветом, при подключении штекера должен находиться около маркировки 1, 2, которые обозначают первые жилы провода, противоположный конец - около цифр 33 и 34. Второй кабель пи­тания должен подключаться к маркировке, указанной сверху от штекера, то есть красный (5v), чер­ный, черный и желтый.

При наличии звуковой платы для прослушивания звука с музыкальных дисков необходимо подключить третий шнур, состоящий из четырех прово­дов. Один конец подключается к звуковой плате, другой - к накопителю. На них имеется маркировка с сим­волами R и L. Провод, идущий от звуковой платы с символом R, должен соответствовать R на накопителе. На рисунке ниже изображена задняя сторона накопителя, на которой имеются разъемы для подключения проводов.

Последовательность установки нового оптического дисковода аналогична установке накопителя для гибких дисков. Если установлена система Windows 9х, то на экране появится соответствующее сообщение о нахождении нового устройства. В системе Windows операционная система сама распознает новые устройства, в том числе и оптический накопитель.

При работе с дисками необходимо выполнять следующие правила:

- не трогайте рабочую поверхность, иначе на ней могут остаться жировые следы пальцев;

- берите диск за внешние края, можно брать за края центрального отверстия;

- очистка диска производится от центра диска к внешнему краю мягкой сухой тряпкой. Нельзя использовать сильные растворители такие как, ацетон, моющие средства, антистатические аэрозоли;

- храните диски в специальной коробочке или конверте для дисков;

- не сгибайте диск;

- не пишите на рабочей поверхности диска;

- при хранении диска избегайте попадания на него солнечных лучей, а также сильного нагрева, что может привести к короблению диска.

Диски могут иметь дефекты, которые не позволяют считывать данные. Если имеется смещение концентрических дорожек относительно центра диска, то такой диск будет плохо считывать, а на глаз такой дефект не определяется. Может помочь уменьшение скорости вращения диска, например, попробовать выполнить это на менее скоростном дисководе. Если диск деформированный, то это иногда заметно для глаз, то для чтения таких дисков также может помочь снижение скорости вращения.

Если на диске имеются крапинки, то, в зависимости от их местоположения и размера, использовать такой диск иногда возможно. Царапины, которые идут от края к центру, часто не опасны, в то же время царапины, проходящие вдоль края, могут не позволить считывать данные. Поэтому протирать диск нужно от центра к краю. Для проверки диска используются специальные тестовые программы. При установке используют прерывание (IRQ) - 7 и выше, базовые адреса 300h до 340h, DMA1. Компакт-диски довольно надежные, однако, если на компакт-диске имеются трещины, то рекомендуется сделать копию диска, так как в дальнейшем могут появиться новые трещины и информация на диске будет не читаема.

Установка накопителя. Чтобы установить данное устройство, нужно:

- выключить компьютер;

- снять защитную крышку системного блока;

- вставить дисковод в направляющие системного блока. После установки обязательно завинтите винты по бокам устройства. Иногда для того, чтобы добраться отверткой и закрутить винты, может потребоваться снять другие устройства. После этого подключите провода, как это описано выше, и установите защитную крышку, включите компьютер и проверьте работу накопителя.

Техническая установка оптического накопителя сходна с установкой жесткого диска.

О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О