Устройства накопителей информации на оптических накопителях

.

ОГБОУ СПО

«Рязанский колледж  электроники»

 

 

 

 

 

Контрольная работа по предмету

Технические средства информации

По теме

«Устройства накопителей  информации

на оптических накопителях»

 

 

 

 

 

Выполнил студент

Заочного отделения

Группа ЗКС- 402

Живоглядов П. А.

 

Проверил

Фатеев Д. А.

 

 

 

Рязань 2013

Содержание

 

1. Введение
2. Появление CD-ROM
3. Внешний вид и устройство CD-ROM
4. Технические характеристики CD-ROM
5. Принцип действия CD-ROM приводов
6. Компакт диски: CD/R/RW
7. Преимущества оптических носителей и их устройство
8. Форматы и стандарты компакт дисков
9. Виды стандартов компьютерных CD-ROM
10. Перспективы развития CD-ROM приводов и компакт дисков
11. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Всеобщее развитие технологий повлекло компьютеризацию производства и быта. В настоящее время невозможно представить повседневную жизнь и современную науку без цифровых технологий, которые тесно связаны со всеми современными разработками. Компьютеры проникли в производственные и повседневные дела людей и открыли новые возможности для их развития. Быстродействие и возможность длительное время хранить информацию – вот главные качественные характеристики компьютеров в целом.

Представление о развитии этих технологий было бы не полным, без  упоминания огромного вклада Жореса Ивановича Алфёрова, который стал автором фундаментальных работ в области физики полупроводников, открыл первые «идеальные» гетероструктуры арсенид алюминия – арсенид галлия (AlAs-GaAs). Предложил и создал полупроводниковые лазеры на основе двойных гетероструктур и реализовал непрерывный режим генерации при комнатной температуре.

Появляются новые технологии, которые превосходят предшествующие на несколько порядков. Ярким примером служит создание компакт дисков и DVD, которые превзошли дискеты и  постепенно вытесняют их с современного рынка. Качественные характеристики и техническая реализация моделирования любой ситуации в режиме реального времени существенно выросли, причем виртуальную реальность бывает очень сложно отличить от реального мира.

Многогранное освещение  данной темы необходимо для полного представления современного мира цифровых технологий.

 

 

 

 

Появление CD-ROM

 

В начале 80-х годов  голандская фирма " Philips "объявила о совершенной ею революцией в  области  звуковоспроизведения.

 Ее  инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью – это лазерные диски и проигрыватели.

   В чем же состоит главное  преимущество лазерного или компакт-диска?  Прежде всего, это необычайно  высокое качество звучания при  воспроизведении лазерных фонограмм. Поскольку при проигрывании компакт-дисков считывающим устройством является лазерный луч, а, следовательно, между ним и диском нет механического контакта, то полностью отсутствуют посторонние шумы,  шуршанье и треск, свойственные обычным грампластинкам.

 

Внешний вид и устройство CD приводов

 

 CD-привод предназначен. Для считывания информации с дисков CD-ROM, CD-R, CD-RW и для проигрывания обычных аудио-дисков (CD-DA). Управление приводом осуществляется зачастую с помощью только одной кнопкой Eject; на некоторых моделях имеется кнопка Play, позволяющая прослушивать звуковые композиции с аудио-дисков даже без подключения интерфейсного кабеля. Обычно эта кнопка является двухфункциональной (например, Play/Next) и служит еще для перехода между звуковыми дорожками. Изредка встречаются модели, имеющие широкий выбор управления проигрыванием аудио-CD (перемотки песен в обе стороны, пауза, стоп), фирма Creative выпускает также серию приводов Infra с дистанционным ИК-пультом. На передней панели также располагаются разъем для подключения наушников и регулятор громкости. На задней располагаются разъемы для подключения питания, интерфейсного шлейфа, звуковой и иногда цифровой (S/PDIF) выходы. Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно - напpимеp, пpи пpопадании питания и т.п. В отверстие нужно вставить шпильку, иглу или pаспpямленную скрепку и аккуратно нажать - пpи этом снимается блокировка лотка и его можно выдвинуть вручную. Система загрузки диска выполняется в трех вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отвеpстие привода, с использованием выдвижного лотка (tray) - таких, кстати большинство - на который кладется сам диск, и с применением механизма щелевой загрузки диска резиновыми роликами (Slot-In).

 Как же устроен  CDD-ROM (здесь и далее CDD-ROM означает CD-привод от Compact Disk Drive, в отличие  от CD-ROM - Compact Disk)? Привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, оптической системы со считывающей головкой и системы загрузки диска. На плате электроники размещены процессор, ПЗУ, в котором находится служебная программа (firmware), схема управления лазерной головкой, силовые микросхемы для управления двигателями и интерфейс с контpоллеpом компьютера. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной линейной (CLV) или угловой (CAV) скоростью. Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки (удалённости её от края диска).

Система оптической головки  состоит из собственно самой головки  и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфpакpасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и пpедваpительный усилитель. Лазерный луч имеет длину волны 780 нанометров. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой Voice Coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и пеpефокусиpовку лазерного луча.

 

Технические характеристики CD-ROM.

Максимальная емкость  обычного компакт-диска приблизительно равна 700Mb. 24x, 32x, 36x, 40x, 45x, 48x, 50x, 52x" - это скорость чтения (или скорость вращения диска), которая рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной 150Kb/sec. Это скорость передачи данных, соответствующая скорости вращения стандартного аудиодиска. Как правило, скорости 4x вполне достаточно для большинства программ. Но дисководов CD-ROM с такой скоростью уже не встретишь. Более того, в настоящее время устройства со скоростью менее 32x уже не производят.

Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации с лазерного компакт-диска благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity- постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной, соответственно на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4-7.8Mb/sec). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей.

На реальных задачах  разница в производительности приводов, имеющих скорости в диапазоне 24-40x, для пользователя практически неощутима и может быть измерена только специальными тестами. Более скоростные приводы обладают преимуществом лишь в случае считывания большого объема непрерывно расположенных данных, например, при установке программного обеспечения. В настоящее время производители CDD-ROM достигли скоростей свыще "50x (52х, 56х). Например 50х - привод имеет максимальную скорость считывания 7500Kb/sec. Эта величина соответствует частоте вращения 10400 оборотов в минуту. На таких скоростях начинают сильно сказываться дефекты производства дисков - искажения геометрии, неравномерность массы. Чтобы уменьшить паразитные биения, производители прибегают к различным ухищрениям, например, оборудуют приводы CDD-ROM специальными демпфирующими устройствами.

Поскольку дальнейшее повышение  производительности CDD-ROM за счет увеличения частоты вращения крайне затруднено из-за ограничений по механике, сейчас ведутся исследования в других направлениях.

Следует отметить, что скорость чтения зависит не только от модели дисковода CD-ROM, но и от качества диска и уровня проработки контроллера дисковода. Если контроллер при чтении обнаруживает ошибку, он или несколько раз перечитывает сбойный участок, или уменьшает скорость вращения диска. Чем хуже диск, тем меньше средняя скорость чтения.

 Скорость доступа (access  time) определяет  среднее время (в миллисекундах), необходимое для обнаружения  и  загрузки  первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт  MPC  1  устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большенство современных приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Разумеется, этот параметр не включает в себя время, необходимое для выхода  двигателя на рабочий режим.

  Скорость передачи данных (dats-transfer rate) зависит от  двух факторов - плотности данных и скорости вращения диска. Под  плотностью в данном случае понимают количество бит (впадин)  на  дюйм (или миллиметр). Так, для 16-битного стереосигнала  качества  аудио-CD (частота 44.1 кГц) скорость должна быть 1.4 Мбита/с.  Разделив это значени на число бит в  байте  (8),  мы  получим  176.4 Кбайта/с - усредненное значение  для  скорости  передачи  данных.

Стандарт МСР1 определяет скорость передачи данных как 150 Кбайт/с,  МСР 2 - 300 Кбайт/с. В настоящее время  наибольшее  распространение получили приводы, использующие технологию удвоения  скорости вращения диска. Именно в этом случае скорость передачи достигает значения 300 Кбайт/с.  Подобные  устройства  удовлетворяют спецификации МСР 2, поскольку имеют время поиска  менее  400  мс.

Сравнительно недавно  появились модели приводов с утроенной, учетверенной и даже ушестеренной скоростью вращения. Пионером в  технологии увеличения скорости являются, например,  фирмы  NEC  и Plextor.

  Под размером блока данных  (data  block  size)  понимают  минимальное количество байт, которые передаются  на  компьютер  черезинтерфейсную карту. Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока  данных в соответствии со спецификацией МРС равен 16  Кбайт.  Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно большие,  то  промежутки между блоками данных ничтожно малы.

   Размер буфера - размер внутреннего буфера (кэш-памяти),в который считываются файлы перед их передачей. Стандарт МРС устанавливает размер буфера в 64 Кбайт, а это в  буфере  будет  находиться около 0.4  секунды  16-битного  стереосигнала  качества  CD-Audio (частоты 44.1 кГц). Для скоростных устройств размер буфера  может достигать 256 Кбайт и даже 1 Мбайта.

  Поддержка проигрывания аудиодисков означает, что с помощью при- вода CD-ROM вы сможете слушать обычные музыкальные компакт-диски. Этой возможностью обладают  практически  все  современные  модели приводов. Некоторые модели не требуют для этого специальных программ - воспризведение аудио-CD выполняется на "аппаратном"  уровне. Для включения этого режима на передней панели привода  имеется специальная кнопка.

  Поддержка формата CD-ROM/XA.Подразумевается использование дисков формата ХА, поддерживающего  хранение  аудио-  и  видеоданных единым блоком, в который также включается информация о  синхронизации звука. Данные на аудиодисках и  CD-ROM  хранятся  на  дорожках, вмещающих 24-байтовые "кадры", проигрываемые со скоростью 75 кадров в секунду. Хранящиеся данные могут включать  звук,  текст, статические и динамическое изображения. При содержании в  обычном

формате каждый тип должен  располагаться  на  отдельной  дорожке, когда в формате ХА данные различного типа могут храниться на  одной дорожке.

   Тип загрузки диска. Существует два  типа  приводов  CD-ROM.  В первом случае диск устанавливается напрямую (например,  в  приводах Mitsumi). Во втором случае для установки  диска  используется специальная кассета, называемая кэдди (caddy).  Недорогие  односкоростные модели с прямой установкой диска обычно представляют собой версии аудио-CD-плэйеров. Для  прослушивания  аудиодисков  на приводе CD-ROM, последний должен  обеспечивать  эту  возможность.

Если есть возможность  выбора, то лучше остановиться на моделях  с автоматической очисткой линз и протиркой диска при его  загрузке. Обычно эти опции существенно не влияют на цену.

 

Принцип действия CD приводов

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Если бы не был изобретен лазер, не было бы и CD-ROM. Своим интенсивным и узким сфокусированным лучом лазер позволяет точно обнаруживать и регистрировать прохождение миллионов крошечных отпечатков на поверхности быстро вращающегося диска. Процесс протекает без трения, так как работа основана на фазовых сдвигах отраженного света. Этот метод позволяет очень плотно упаковывать данные, так как хорошо сфокусированный лазерный луч способен со скоростью света реагировать на мельчайшие изменения на поверхности диска. Процесс создания CD-ROM возможен не только потому, что лазер способен считывать сигналы таким образом, но и прежде всего потому, что лазер можно использовать для точной записи отпечатков на диск, являющейся частью процедуры изготовления диска. Свет, полученный из обычных естественных или искусственных источников, состоит из фотонов, движущихся в хаотичных волновых пакетах, даже когда они получены из луча света одной и той же частоты. Световые лучи такого рода называются некогерентными, что означает распространение волн во всех направлениях. Напротив, луч света от лазера является когерентным. Когерентный луч представляет собой чистые упорядоченные распространяющиеся волны, что делает его полезным для многих научных приложений. Когерентный свет создается благодаря вынужденному излучению, что и отражено в слове лазер (laser - light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света в результате вынужденного излучения). Лазерный луч создается, когда источник энергии вводится в так называемую активную среду. Два зеркала, расположенные по обеим сторонам активной среды, используются для канализации части излучения, испытывающего многократные отражения между зеркалами. В данном устройстве использовался внутренний фотоэффект (увеличение электропроводимости полупроводников или диэлектриков под действием света), вызывающий изменение сопротивления фотодиода, при подаче на него, запирающего напряжения.