Устройство оптических приводов и носителей

Компакт-диски и DVD состоят из пластиковой подложки, на которую наклеена тонкая металлическая пленка. На металлической пленке находится спиралевид­ная дорожка, на которой расположена последовательность микроскопических углублений, называемых типами. Последовательность питов составляет двоич­ный код, в котором зашифрована информация, записанная на диске.

Устройство CD-привода практически не отличается от устройства DVD-привода. Вся разница между ними заключается в некоторых технических тонкостях, кото­рые не имеют значения в контексте данной книги.

По своему строению оптические приводы немного напоминают накопители на жест­ких магнитных дисках. Они также содержат механический и электронный узлы.

Механический узел включает в себя двигатель, который вращает оптический диск, электропривод головки, которая перемещается от края диска к центру, и электро­привод, осуществляющий загрузку и выгрузку диска из привода.

Самый важный элемент оптического привода — это оптическая головка.Она со­стоит из фокусирующей линзы, под которой расположен лазерный излучатель и фотоприемник. Когда диск вращается над головкой, лазерный излучатель посы­лает серии световых импульсов на поверхность дисков. Световые импульсы отра­жаются от поверхности компакт-диска и, проходя через линзу, попадают на фото­приемник (рис. 2). Фотоприемник получает отраженный сигнал от углубленных питов и прямой поверхности диска и передает полученную информацию элект­ронному контроллеру, который, в свою очередь, сравнивает характер отраженных импульсов и расшифровывает информацию, полученную от фотоприемника. Да­лее электронный контроллер передает расшифрованную информацию материн­ской плате посредством интерфейса.

Рис.2

Запись на диски происходит несколько иным способом. Носители, предназначенные для записи, содержат слой, который в результате нагрева способен менять свои опти­ческие свойства. В момент записи лазерный луч головки нагревает нужные участки на дорожке диска, образуя питы. В результате нагретые участки становятся темнее. Последующее чтение такого диска производится обычным способом (путем сравне­ния отраженного сигнала от светлых и темных питов). Диски для многократной запи­си (CD-RW и DVD-RW) содержат слой, который способен восстанавливать свое ис­ходное состояние под воздействием сильного нагрева. Во время стирания данных лазерный луч нагревает этот слой и как бы «разглаживает» его. В результате диск при­обретает первоначальное состояние и может быть повторно записан.

Стратегии чтения и записи

Понятие "стратегия" по отношению к процессу чтения и записи оптических дисков связано с природой процесса работы оптического привода с носителями. Дорожка с данными закручена на диске по спирали – от центра к краю. Скорость, с которой метки на спиральной дорожке "пролетают" под считывающей головкой, зависит не только от угловой скорости вращения диска, но и от того, в каком месте дорожки (на каком расстоянии от центра) происходит доступ. При равной скорости вращения данные в начале диска читаются и записываются медленнее, чем данные в конце диска, примерно в 2.4 раза.

Первые оптические приводы были предназначены для воспроизведения музыкальных дисков. Для обеспечения стабильной работы необходимо было обеспечить стабильную линейную скорость "пролета" меток под головкой. Поэтому скорость вращения плавно регулировалась таким образом, чтобы скорость чтения оставалась постоянной. Такая стратегия управления вращением диска получила название CLV – Constant Linear Velocity (рис.3). При чтении начала диска обороты диска максимальны, с приближением к внешнему ободку они снижаются.

Когда началось использование дисков CD-ROM для хранения компьютерных данных, разработчики захотели увеличить скорость чтения. Поначалу прирост скорости достигался простым увеличением оборотов двигателя, вращающего диск, без изменения стратегии. Именно так, с использованием CLV, но с повышением оборотов в несколько раз, работали приводы CD-ROM первых поколений. Однако обороты, необходимые для чтения данных на скорости 16х в начале диска, уже подвергают механику оптического привода слишком большим нагрузкам. Да, в конце диска обеспечить высокую скорость можно и на приемлемых оборотах, но в начале этого сделать уже не удается.

Применение стратегии CAV – Constant Angular Velocity – позволило производителям приводов и дальше наращивать скорости. Только теперь уже речь не идет о постоянной скорости чтения. Стратегия CAV предполагает удержание постоянной скорости вращения диска вне зависимости от места, где выполняется чтение. Электроника современного привода автоматически подстраивается под нужный поток данных. При стратегии CAV реальная скорость чтения данных в начале диска отличается от скорости чтения в конце диска, как мы уже говорили, в 2.4 раза.

(Заметим, что удержание высоких оборотов диска возможно только при непрерывном чтении данных. Если необходимо перемещение между различными секторами, например, при запуске программы с диска, то привод обороты понижает, иначе он не сможет "поймать" дорожку. Соответственно падает и скорость работы).

Существуют две гибридных стратегии, используемых при выполнении записи. Стратегия Z-CLV (Zoned CLV) предусматривает удержание постоянной скорости записи (и постоянной мощности лазера) не на всем протяжении диска, а в пределах одной зоны (их обычно 2-4). Это особенно важно для капризных дисков типа RW, которые очень чувствительны к мощности лазера. В пределах каждой зоны скорость вращения изменяется в одинаковом диапазоне, но скорость записи остается постоянной.

Стратегия P-CAV (Partial CAV) предполагает разделение диска на две части. В начальной части диска используется стратегия CAV – с удержанием максимально возможной скорости вращения. С того места диска, где скорость обмена данными достигает заданной цифры, начинает применяться стратегия CLV: обороты снижаются, а скорость обмена остается постоянной. Такое искусственное ограничение необходимо в случае, когда рабочий слой диска не способен воспринимать данные на большой скорости. Применение P-CAV позволяет максимально быстро записать диск, не превысив ни безопасных оборотов, ни безопасной скорости записи.

Рис.3

Современные приводы обычно используют все виды стратегий в зависимости от типа диска и выбранной скорости записи. Для дисков RW обычно применяются стратегии CLV или Z-CLV, диски R записываются либо по стратегии CAV, либо P-CAV. Скорость чтения тоже можно ограничить, воспользовавшись специальными утилитами. Обычно для скоростей ниже 12х выбирается стратегия CLV, для высоких скоростей применяется CAV или P-CAV.