Параметры накопителей CD-ROM. BenQ выпускает "Pro" версию своего "двухслойного" привода DW1620

Накопители CD-ROM с момента своего появления в 1984 г. прошли не менее славный путь, чем флоппи-дисководы. Сейчас найти ПК, в котором не было бы нaкопителя, способного читать диски CD-ROM, даже труднее, чем ПК без НГМД. Максимальные скорости вращения дисков выросли до 12 тыс. об./мин. Немногие из современных жестких дисков могут похвастаться такими скоростями, а ведь в CD-ROM с такой скоростью вращается сменный носитель большего диаметра, который может быть не слишком хорошо сбалансирован. При подобных скоростях повышенную вибрацию и, как следствие, увеличение частоты ошибок могут вызвать даже неравномерность нанесения типографской краски в надпечатке диска или надпись, сделанная фломастером на одной из его половинок. Поэтому "гонка за X" прекратилась по достижении отметки 60Х, а на практике "надежной и достаточной" считается скорость 40Х. При этом следует понимат ь, что 40 или 60Х (6 или 9 Мбайт/с) - всего лишь максимальная скорость передачи данных, которая достигается только на внешних дорожках диска. Исключение составляли накопители, выполненные по разработанной компанией Zen Research технологии TrueX, когда читаются одновременно несколько дорожек. Благодаря этой технологии компании Kenwood удалось Д1 вести "X" до 72, однако выпуск таких устройств оказался экономически невыгодным и ныне прекращен.

Накопленный в процессе совершенствования накопителей CD-ROM опыт не пропал даром. В первых таких устройствах использовался режим постоянной линейной скорости (constant linear velocity, CLV), пришедший из индустрии аудио-CD. Скорость передачи данных в дисководе IX равнялась 150 кбайт/с и была постоянной на всех дорожках, для чего при перемещении головки от центра диска к его периферии скорость вращения пропорционально уменьшалась. Поскольку диск с данными не обязательно должен читаться на постоянной скорости, изготовители CD-ROM для уменьшения времени доступа стали применять также присущие жестким дискам режим постоянной угловой скорости (constant angular velocity, CAV) или комбинацию эта двух режимов. Называется эта технология partial-CA\ или zoned-CLV и предполагает разбиение диска по ра диусу на несколько зон, в каждой из которых исполь зуется своя скорость вращения, а чтение может про исходить как в режиме CAV, так и в CLV. Теперь эта технология широко используется в записывающих накопителях.

Общее устройство трехлучевой оптической системы накопителя CD-ROM

Важным этапом в обеспечении совместимости четырех главных форматов компакт-дисков - CD-Digital Audio (CD-DA), CD-ROM, CD-Recordable (CD-R) и CD-Rewritable (CD-RW) - стало принятие ассоциацией изготовителей оптических устройств хранения данных (Optical Storage TechHeTlogy Association, OSTA) спецификации MultiRead. Устройства, помеченные соответствующим логотипом, гарантируют возможность чтения дисков всех четырех форматов.

Интересную новинку представила на прошедшей недавно в Ганновере выставке CeBIT"2002 компания flexs-torm GmbH - первый в мире гибкий CD-диск. 0,1-миллиметровый flexCD может считываться существующими накопителями с помощью специального адаптера, представляющего собой два кружка из твердого пластика.

Утверждается, что время изготовления flexCD в 10 раз меньше, чем традиционного CD-ROM, и составляет всего 0,3 с при значительно меньших производственных затратах. Предполагается, что он найдет широкое применение для распространения рекламных и других информационных материалов. Его легко можно будет вшивать в журналы, рассылать в конвертах или даже распространять в виде этикеток на упаковке каких-либо продуктов.

CD-R, CD-RW

Носители CD-R не полностью отвечают определению WORM (однократная запись, многократное чтение), поскольку часть II "Оранжевой книги" предусматривает возможность многосеансовой записи. Каждый сеанс состоит из одной или нескольких дорожек данных, начального и конечного "пустых" участков и соответствующей записи в "содержании" (ТОС) диска. Наличие неиспользуемых участков приводит к потере при записи каждого следующего сеанса 13,5 Мбайт пространства на CD-R.

В конце прошлого века накопители CD-R, достигшие к тому времени скоростей по записи/чтению 8Х/24Х, были вытеснены более универсальными накопителями CD-RW, позволяющими записывать не только диски с однократной записью, но и перезаписываемые.

В отличие от органических красителей, используемых для формирования активного слоя в дисках CD-R, в CD-RW активным слоем является специальный поликристаллический сплав (серебро-индий-сурьма-теллур), который переходит в жидкое состояние при сильном (500-700°С) нагреве лазером. При последующем быстром остывании жидких участков они остаются в аморфном состоянии, поэтому их отражающая способность отличается от поликристаллических участков. Возврат аморфных участков в кристаллическое состояние осуществляется путем более слабого нагрева ниже точки плавления, но выше точки кристаллизации (примерно 200 °С). Выше и ниже активного слоя располагаются два слоя диэлектрика (обычно двуокиси кремния), отводящих от активного слоя излишнее тепло в процессе записи; сверху все это прикрыто отражающим слоем, а весь "сэндвич" нанесен на поликарбонатную основу, в которой выпрессованы спиральные углубления, необходимые для точного позиционирования головки и несущие адресную и временную информацию.

В накопителе CD-RW используются три режима работы лазера, отличающиеся мощностью луча: режим записи (максимальная мощность, обеспечивающая переход активного слоя в неотражающее аморфное состояние), режим стирания (возвращает активный слой в отражающее кристаллическое состояние) и режим чтения (самая низкая мощность, не влияющая на состояние активного слоя).

Разрез носителя CD-RW или DVD+RW

Самая большая проблема, которая всегда преследовала изготовителей устройств записи на оптические диски, - опустошение буфера. Поскольку запись идет с постоянной (линейной или угловой) скоростью, в буфере дисковода постоянно должны присутствовать данные для записи. Если по каким-либо причинам (перегрузка ЦП другими задачами, проблемы в интерфейсе, сбой программы и т. п.) данные начинают поступать слишком медленно, может возникнуть ситуация, когда в буфере накопителя нет данных для записи следующего блока. В накопителях первых поколений это приводило к безвозвратной порче "болванки" в случае CD-R или необходимости стирать и заново записывать CD-RW. В конце 2000 г. Sanyo запатентовала технологию BURN-Proof (Buffer UndeRuN-Proof, т. е. защита от опустошения буфера), которая позволяла останавливать запись, если объем данных в буфере становился меньше определенного порога, и возобновлять ее с того же места при заполнении буфера. Сейчас вариации этих технологий (каждая фирма называет их по-своему: у Yamaha это "SafeBurn", у Acer - "Seamless Link", у Ricoh - "JustLink") применяются практически всеми изготовителями накопителей CD-RW.

Plextor использует комбинацию технологии Sanyo и своей собственной под названием "PoweRec" (Plextor Optimised Writing Error Reduction Control). При этом процесс записи периодически приостанавливается по методике BURN-Proof и производится проверка качества записи, чтобы установить, возможно ли наращивание скорости.

Похоже, что процесс роста "X" в накопителях CD-RW, шедший в последние год-два семимильными шагами, приближается к своему логическому завершению, как это случилось в свое время с CD-ROM. Во всяком случае, недавно компания ТЕАС выпустила накопитель со скоростями записи/перезаписи/чтения 40Х/12Х/ 48Х. Кроме 8-Мбайт буфера и времени доступа к данным всего 72 мс, новый накопитель - один из первых на рынке, поддерживающих технологию EasyWrite, основанную на разработанных группой Mount Rainier (в нее входят Philips, Microsoft, Compaq и Sony) спецификациях, которая позволяет осуществлять пакетную запись на CD-RW (путем переноса файлов аналогично записи на флоппи-диск) легко и быстро, без применения специальных драйверов типа Direct CD.

Совсем недавно появилась информация о том, что разработанная калифорнийской компанией Calimetrics технология многоуровневой записи ML (MultiLevel) получила реальное воплощение в созданном корпорацией TDK прототипе накопителя CD-RW, позволяющем на те же самые носители и без изменения оптической части дисковода записывать до 2 Гбайт информации, т. е. утроить информационную емкость носителей. Скорость записи на CD-R при этом может достигать 48Х. Для этого достаточно лишь установить в накопитель разработанную и уже выпускаемую компанией Sanyo микросхему кодека ML ENDEC. TDK входит в созданный в конце 2000 г. ML Alliance, в который кроме Calimetrics вошли Sanyo, Mitsubishi Chemical, Plextor, ТЕАС, Yamaha и Verbatim. ML-диски будут поддерживать также основные изготовители ПО для записи CD-R и CD-RW Ahead Software (Nero) и Roxio (EasyCD Creator).

Предполагается, что использование этой технологии позволит также поднять емкость и скорость передачи записывающих накопителей DVD+RW как минимум в два раза.

Недостаточная емкость (650 или 700 Мбайт) CD-ROM и невозможность дальнейшего повышения производительности заставили задуматься о новом формате оптических дисков. История его возникновения, в отличие от простой и ясной истории создания CD, полна противоречий, столкновений и интриг. По первоначальному замыслу новый диск должен был прийти на смену видеокассетам VHS. У истоков DVD (первоначально эта аббревиатура расшифровывалась как "Digital Video Disk", т. е. "цифровой видеодиск", а позднее, когда на DVD стали записывать не только видео, превратилась в "Digital Versatile Disk", т. е. "цифровой многофункциональный диск"), стояли, с одной стороны, Matsushita Electric, Toshiba и кинокомпания Time/Warner, разработавшие технологию Super Disc (SD), а с другой - "родители" компакт-диска Sony и Philips со своей технологией Multimedia CD (MMCD). Поскольку два этих формата были абсолютно несовместимы друг с другом, в 1995 г. под давлением гигантов индустрии ИТ (Microsoft, Intel, Apple и IBM) для выработки единого стандарта была создана организация DVD Consortium, в которую вошли основные изготовители накопителей и носителей к ним, общим числом 11; впоследствии название было изменено на DVD Forum.

Аналогично разноцветным "книгам", определяющим форматы компакт-дисков, существует 5 документов, описывающих форматы DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R (однократно записываемый DVD) и DVD-RAM (DVD с возможностью многократной записи). В последнее время появилось также два новых формата многократно записываемых дисков - DVD-RW и DVD+RW и один - однократно записываемых DVD+R.

В отличие от CD-ROM, которые бывают только односторонними и однослойными, DVD могут быть также двухслойными и двусторонними. Таким образом, существует 4 варианта DVD-дисков: DVD-5 (односторонний однослойный, емкость 4,7 Гбайт), DVD-9 (односторонний двухслойный, 8,5 Гбайт), DVD-10 (двусторонний однослойный, 9,4 Гбайт) и DVD-18 (двусторонний двухслойный, 17 Гбайт).

Каким же образом удалось разместить на точно таком же по размерам диске в 7-25 раз больше информации? Прежде всего благодаря применению вместо ИК-лазера с длиной волны 780 нм лазера красного диапазона с длиной волны 635 или 650 нм. Уменьшение длины волны позволило сократить минимальный размер "ямок" (углублений на покрытой отражающим слоем поверхности поликарбонатной основы диска, несущих информацию) с 0,83 до 0,4 мкм, а шаг дорожек - с 1,6 до 0,74 мкм, что дало общий выигрыш в емкости в 4,5 раза. Остальное было получено за счет применения более эффективных кодов коррекции ошибок, которые позволили значительно уменьшить процент, отводимый на эти коды в каждом пакете данных.

Возможность изготовления двухслойных дисков (отражающий материал первого слоя является полупрозрачным, так что можно фокусировать лазер на лежащем над ним втором отражающем слое) позволила поднять емкость еще почти в два раза (на самом деле несколько меньше, поскольку в полупрозрачном слое не удается достичь такой же плотности записи, как в полностью отражающем). Двухсторонний диск, который представляет собой как бы два односторонних, склеенных отражающими слоями внутрь (общая толщина диска при этом остается равной 1,2 мм), еще в два раза увеличил возможную емкость DVD, хотя в этом случае возникает определенное неудобство: диск приходится переворачивать вручную.

Прямая перезапись в DVD+RW

Повышение плотности размещения данных на диске привело к автоматическому увеличению скорости передачи данных при той же скорости вращения носителя. Так, в накопителе CD-ROM IX данные передаются со скоростью 150 кбайт/с, тогда как в DVD-ROM IX скорость передачи достигает 1250 кбайт/с, что соответствует 8Х CD-ROM. Современные накопители DVD достигли скоростей 16Х, что, как несложно подсчитать, дает 128Х для CD-ROM! Для обеспечения совместимости накопителей DVD с носителями CD применяются различные технические решения, в том числе смена фокусирующих линз, два лазера с длинами волн 780 и 650 нм или специальный голографический элемент, обеспечивающий правильную фокусировку для каждого типа носителя. Принятие в качестве основного формата файловой системы DVD разработанной OSTA спецификации UDF (Universal Disc Format), а точнее, ее подмножества, называемого MicroUDF, сняло проблемы, связанные с необходимостью разработки новых форматов всякий раз, когда появляется новый класс данных, которые необходимо записывать на диск. Поскольку эта спецификация включает и стандартную для CD-ROM файловую систему ISO-9660, решаются проблемы совместимости с ОС, поддерживающими эту систему. Диски DVD-ROM используют промежуточный формат UDF Bridge (в этом формате отсутствует поддержка разработанного Microsoft для работы с длинными и Unicode-именами файлов расширения ISO 9660, названного Joliet), тогда как для дисков DVD-Video применяется полный формат UDF. Файлы DVD-Video не должны превышать по размеру 1 Гбайт, не должны фрагментироваться (каждый файл должен занимать одну связную область диска), а ссылки на них, записанные в формате 8.3, должны располагаться в каталоге VIDEO_TS, который должен быть первым на диске. Аудиофайлы размещаются в отдельной области диска (DVD-Audio zone), а ссылки на них - в каталоге AUDIO_TS.

Видео записывается на DVD обычно в формате MPEG-2. Диски DVD-Video могут использовать несколько различных систем защиты от копирования, самая известная и простая из которых, доставляющая массу неудобств пользователям, - региональное кодирование. Весь мир разбивается по этой системе на семь регионов (страны бывшего СССР попадают в пятый регион вместе с Индией, Африкой, Северной Кореей и Монголией). Диск DVD-Video, предназначенный, скажем, для первого региона (США), по идее, не должен считываться дисководом или плейером для пятого региона. На практике, однако, в России чаще всего используются многорегиональные дисководы и диски.

DVD-R for General, DVD-R for Authoring, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD+R

Важнейшее преимущество формата DVD+RW (и его разновидности для носителей с однократной записью DVD+R) - совместимость записанных в нем носителей с подавляющим большинством обычных накопителей DVD-ROM и бытовых DVD-плейеров. Диски формата DVD-RW обладают таким свойством только при записи их в "совместимом" режиме, в котором невозможна запись с переменной битовой частотой и требуется так называемая "финализация" диска, занимающая до 15 мин. Еще одна ценнейшая возможность - использование этих накопителей для записи (и, разумеется, чтения) дисков CD-R и CD-RW.

DVD+RW представляет собой развитие технологии DVD-RW. Для записи используется технология фазового перехода, полностью аналогичная используемой в CD-RW. Точное позиционирование головки обеспечивается волнистыми канавками, проложенными вдоль всей спиральной дорожки диска. Благодаря им появляется возможность так называемого связывания без потерь, т. е. обеспечения связности записываемого видеофайла даже при больших перерывах в передаче данных от ПК. Можно даже редактировать отдельные участки уже записанного файла!

Прямая перезапись в DVD+RW

Накопители DVD+RW позволяют записывать одно-и двухсторонние диски емкостью соответственно 4,7 и 9,4 Гбайт. Двухслойные диски не поддерживаются.

Формат однократной записи DVD+R, в отличие от CD-R, который предшествовал CD-RW, появился совсем недавно, после успешного старта перезаписываемого DVD+RW. Первые накопители DVD+RW/+R начали появляться только весной 2002 г. Один из первых таких накопителей, Ricoh MP5125A, записывает диски DVD+RW и DVD-R на скорости 2,4Х, диски CD-R на скорости до 12Х, CD-RW - до 10Х. Максимальные скорости чтения составляют для DVD 8X, а для CD 32X, времена доступа соответственно 140 и 120 мс. Совместимость - проблема, которая преследовала накопители DVD с самого их рождения. Только в конце 1999 г. на рынке появились накопители третьего поколения, в которых были решены проблемы совместимости с дисками CD-R, CD-RW, DVD-RAM и DVD+RW. В приведенной ниже таблице обобщены данные о совместимости оптических носителей и дисководов различных форматов ("Чт." означает возможность чтения носителя данного типа в соответствующем накопителе, "Зап." - возможность записи). Заметим, что "Да" не означает, что любой накопитель данного типа будет читать (записывать) любой диск соответствующего типа. Это означает лишь, что сказанное будет выполняться как правило.

В конце 1997-го - начале 1998 года на рынке стали появляться диски и приво­ды DVD. Этот стандарт был создан с расчетом на то, чтобы заменить разные носи­тели сразу в нескольких областях - в индустрии видео, в сфере информационных технологий, в звуковых записях и даже, возможно в индустрии игровых картрид­жей. По замыслу разработчиков, это должен быть некий «универсальный» носи­тель, необычайно вместительный и надежный.

DVD (Digital VersatileDisk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск - тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма. Почти все уже уверены, что DVD скоро вытеснят как CD-ROM, так и обычные VHS-видеокассеты. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для вы­пуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя.

По размерам же диски CD и DVD абсолютно одинаковы - DVD лишь немного тоньше. Естественно, так же как и CD-диски, DVD производится в двух форм-фак­торах: 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма). Наиболее распространенным, как и в случае с CD, скорее всего, будет форм-фактор 12 см - ведь именно на него рас­считано большинство дисководов и DVD-плейеров.

В чем же заключаются различия между DVD и CD? В первую очередь у DVD-дисков меньший диаметр углублений, на дорожке они расположены с меньшим «шагом» и самих дорожек на диске гораздо больше. Использование насечек меньшего размера стало воз­можным благодаря применению лазера с меньшей длиной волны, посылающего более «плот­ный» луч. В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 нанометров, устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 или 635 нм, что позволя­ет покрывать лучом в два раз больше насечек на одной дорожке и в два раза больше дорожек. Кроме того, поверхность диска, отведенная для хранения данных, немного больше, чем у CD-ROM; DVD также предусматривает другой формат секторов и более надежный код коррекции ошибок. Все эти нововведения позволили достичь примерно в семь раз большей емкости дисков DVD, чем традиционных CD.

Но семикратный прирост емкости диска - это далеко не предел. Пожалуй, самое инте­ресное в спецификациях DVD - это возможность создания двухсторонних и двухслойных дисков.

Двухсторонний диск делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм (половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два дис­ка тыльными сторонами и получить двухсторонний DVD. Правда, вам придется вручную пе­реворачивать его, но с развитием технологий DVD появятся приводы, способные читать обе стороны без вмешательства пользователя (вспомним те же самые трехдюймовые дисково­ды для floppy-дисков).

Технология создания двухслойных дисков чуть более сложна: данные записываются в двух слоях - нижнем и полупрозрачном верхнем. Работая на одной частоте лазер считывает данные с полупрозрачного слоя, работая на другой - получает данные «со дна»,

Всевозможные комбинации всех вышеперечисленных технологий породили довольно много типов дисков DVD.

Существуют односторонние (SS - Single Sided) и двухсторонние DVD (DS), однослойные (SL - Single Layer) и двухслойные (DL).

Стоит отметить, что вместимость двухслойных DVD-дисков не в два раза больше, чем у однослойных, как следовало бы ожидать, а немного меньше: чтобы минимизировать помехи, возникающие при прохождении луча лазера через внешний слой, минимальный размер уг­лублений на дорожках был повышен с 0,4 мм до 0,44 мм. Кстати, в результате немного повысилась скорость считывания информации с таких дисков.

С пользовательской точки зрения программы и данные записаны на диске в формате DVD-ROM аналогично традиционному диску CD-ROM. Для считывания таких дисков в компьютере должен быть установлен накопитель DVD-ROM, кото­рый внешне похож на привод CD-ROM, использует тот же интерфейс IDE (ATAPI) и точно так же устанавливается. Причем DVD-ROM может читать и старые CD-ROM, a также воспроизводить звуковые компакт-диски. Однако не все приводы DVD-ROM одинаковы, и, хотя технология DVD разработана сравнительно недавно, в продаже проходили уже несколько поколений накопителей DVD-ROM.

Дисководы первого поколения не были рассчитаны на чтение записываемых компакт-дисков CD-R и CD-RW (и, кстати, плохо читали некачественные диски CD-ROM), но дисководы DVD последующих поколений корректно работают уже со все­ми форматами. В общем же следует отметить, что скорость передачи данных у дисководов DVD-ROM первого поколения приблизительно девятикратная (по от­ношению к однократной скорости чтения CD-ROM), однако скорость вращения дис­ков у первых приводов DVD-ROM была только в три раза выше, чем у CD, так что диски CD-ROM они читали только на трехкратной скорости. Основная масса со­временных приводов DVD-ROM читает диски CD-ROM уже на 40-кратных скорос­тях. Поэтому можно с большой уверенностью сказать - смена приводами DVD-ROM дисководов CD-ROM в ближайшем будущем несомненно произойдет. Неко­торые изготовители дисководов CD-ROM уже планируют прекратить их выпуск в пользу приводов DVD-ROM.

Все DVD-плейеры и компьютерные приводы должны читать двухслойные диски - этого требует спецификация. Все плееры и дисководы также проигрывают дву­сторонние диски, но, как правило, их надо переворачивать, так как двухголовочных моделей, которые могли бы воспроизводить обе стороны без переворачивания, пока нет, хотя практически все диски ранних выпусков -двусторонние, а двухслой­ная продукция распространяется только в последнее время.

Когда в начале 80-х годов прошлого века компании Sony и Philips выпустили звуковые компакт-диски (Compact Disc - CD), никто не мог предположить, каким ценным носителем информации они станут в недалеком будущем. Долговечность, возможность произвольного доступа и высокое качество звука CD привлекли к ним всеобщее внимание и способствовали их широкому распространению. Первый накопитель CD-ROM (CD-ROM drive) для РС был выпущен в 1984 г., но прошло несколько лет прежде чем он стал почти обязательным компонентом высококачественных РС. Сейчас же на CD-ROM распространяются игры, программные приложения, энциклопедии и другие мультимедийные программы (образно говоря, сейчас "из дорогой роскоши накопитель CD-ROM превратился в дешевую необходимость"). Собственно, "мультимедийная революция" многим обязана дешевым CD-ROM большой емкости. Если звуковой CD был рассчитан на воспроизведение высококачественного цифрового звука в течение 74 минут, то компьютерный CD-ROM может хранить 660 МБ данных, более 100 фотографий высочайшего качества или телефильм продолжительностью 74 минуты. Многие диски хранят все эти виды информации, а также и другую информацию.

Накопители CD-ROM играют важную роль в следующих аспектах вычислительной системы:

• Поддержка программного обеспечения : Самая важная причина того, что современный РС должен иметь накопитель CD-ROM, является огромное число программных приложений, распространяемых на компакт-дисках. Сейчас гибкие диски для этого практически не применяются.
• Производительность : Поскольку сейчас много программ используют накопитель Cd-ROM, важное значение приобретает производительность накопителя. Конечна, она не столь критична, как производительность жесткого диска и таких компонентов РС, как процессор и системная память, но все же имеет важное значение.

Благодаря массовому производству современные накопители CD-ROM стали быстрее и дешевле, чем раньше. Сейчас на CD-ROM распространяется подавляющее большинство программных приложений, а многие программы (например, базы данных, мультимедийные приложения, игры и фильмы) можно выполнять непосредственно с CD-ROM, причем часто в сети. Современный рынок накопителей CD-ROM предлагает внутренние, внешние и портативные устройства, однодисковые и многодисковые устройства с автоматической сменой дисков, накопители с интерфейсами SCSI и EIDE, а также множество стандартов.

Большинство накопителей CD-ROM имеют на лицевой панели удобные органы управления, позволяющие использовать накопитель для воспроизведения и прослушивания звуковых компакт-дисков. Обычно имеются такие органы управления:

• Выход на стерео-наушники : Небольшое гнездо (джек - jack) для подключения наушников и прослушивания звукового CD.
• Поворотная ручка для управления громкостью : Для регулировки громкости звукового выхода.
• Кнопки Start и Stop : Предназначены для того, чтобы начать и остановить воспроизведение звукового CD. В некоторых накопителях эти кнопки являются единственными органами управления.
• Кнопки Next Track и Previous Track : Эти кнопки позволяют перейти к следующей дорожке и предыдущей дорожке звукового CD.

Накопители CD-ROM появились после того, как отсеки накопителей в РС были стандартизованы, поэтому они рассчитаны на стандартный отсек накопителя 5.25". Высота накопителя CD-ROM составляет 1.75", что соответствует стандартному отсеку "половинной высоты" (half-height). Большинство накопителей имеют металлический кожух, в котором имеются отверстия для крепящих винтов, что обеспечивает простой монтаж накопителя в отсеке. Для установки диска обычно применяется выдвижной лоток (tray).

Структура диска CD-ROM

Накопитель CD-ROM можно сравнить с накопителем на гибком диске, так как в обоих накопителях применяется сменный (removable) носитель. Его можно сравнить и с накопителем на жестких дисках, так как оба накопителя имеют большую емкость. Однако CD-ROM не является ни гибким, ни жестким диском. Если в накопителях на гибком и жестких дисках используется магнитный (magnetic) носитель, то в CD-ROM применяется оптический (optic) носитель. Базовый CD-ROM имеет диаметр 120 мм (4.6") и представляет собой своеобразный "сэндвич" толщиной 1.2 мм из трех покрытий: задний слой прозрачного поликарбонатового пластика, тонкая алюминиевая пленка и лаковое покрытие для защиты диска от внешних царапин и пыли.

В традиционном производственном процессе на чистом поликарбонатовом пластике штампуются миллионы крошечных впадин, называемых питами (pits), на спирали, которая разворачивается от центра диска наружу. Затем питы покрываются тонкой алюминиевой пленкой, которая придает диску характерный серебряный цвет. Типичный пит имеет ширину 0.5 мкм, длину от 0.83 до 3 мкм и глубину 0.15 мкм. Расстояние между дорожками (шаг дорожек - pitch) составляет всего 1.6 мкм. Плотность дорожек составляет более 16 000 дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI); для сравнения - у гибкого диска TPI равно 96, а у жесткого диска 400. Длина развернутой и вытянутой спирали составляет около четырех миль.

Конечно, с компакт-дисками необходимо обращаться аккуратно. Наиболее чувствительна к повреждениям рабочая сторона диска. Несмотря на то, что алюминиевый слой защищен от повреждений и коррозии лаковым покрытием, толщина этого защитного слоя составляет всего 0.002 мм. Неосторожное обращение или пыль могут привести к появлению небольших царапин и тончайших трещин, через которые проникает воздух и окисляет алюминиевое покрытие, превращая диск в неработоспособный.

Принцип работы накопителя CD-ROM

За исключением очень сложных способов контроля ошибок работа накопителя CD-ROM очень похожа на работу плейера звуковых компакт-дисков. Данные хранятся так же, как на всех CD. Информация хранится в секторах емкостью 2 КБ на спиральной дорожке, которая начинается в центре диска и "раскручивается" к внешнему краю диска. Секторы можно считывать независимо.

Плейер считывает информацию с питов и лэндов (lands) спиральной дорожки CD, начиная от центра диска и двигаясь к внешнему краю. Для считывания используется инфракрасный лазерный луч с длиной волны 780 нм, который генерирует маломощный арсенид-галлиевый полупроводник. Луч проходит через слой прозрачного покрытия на металлическую пленку. Несмотря на то, что лазер маломощный, он может повредить сетчатку, если попадет в незащищенный глаз. При вращении диска со скоростью от 200 до 500 оборотов в минуту (Rotations Per Minute - RPM) луч отражается от питов и частота света изменяется.

Области вокруг питов, называемые лэндами , также участвуют в процессе считывания. Отраженный свет проходит через призму на фотодатчик, выходной сигнал которого пропорционален объему воспринятого света. Свет, отраженный от питов, отличается по фазе на 180 градусов от света, отраженного от лэндов, и разности в интенсивности измеряются фотоэлектрическими ячейками и преобразуются в электрические импульсы. В результате последовательность питов и лэндов переменной длины, отштампованная на поверхности диска, интерпретируется как последовательность единиц и нулей, из которых восстанавливаются хранящиеся на диске данные (с помощью цифро-аналогового преобразователя цифровые данные звукового CD превращаются в звуковые сигналы). Так как поверхности носителя непосредственно "касается" только лазерный луч, износа носителя не происходит.

Все было бы относительно просто, если бы поверхности дисков CD-ROM были абсолютно плоскими и могли вращаться без горизонтальной девиации. Фактически же в составе накопителя потребовались сложные электронные схемы, обеспечивающие фокусировку лазерного луча на поверхности диска и направления его точно на считываемую дорожку.

Было разработано несколько методов обеспечения радиального слежения за дорожкой, но наиболее распространен трехлучевой метод. Лазерный луч не просто направляется на поверхность диска, а излучается полупроводниковым устройством и проходит через дифракционную решетку, которая формирует два дополнительных источника света с каждой стороны основного луча. При пропускании через коллиматорные линзы три луча становятся параллельными, а затем они проходят через призму, которая называется поляризующим расщепителем луча (polarised beam splitter). Расщепитель разрешает прохождение входящих лучей, а возвращающиеся отраженные лучи поворачиваются на 90 градусов на фотодиод, который интерпретирует сигнал.

Измеряются интенсивности двух боковых лучей, которые должны быть одинаковыми пока лучи остаются на каждой стороне дорожки. Любое боковое смещение диска приводит к разбалансу и серво-двигатель корректирует объектив. Вертикальное смещение учитывается разделением приемного фотодиода на четыре квадранта и размещением их посередине между горизонтальными и вертикальными фокальными точками луча. Любое отклонение диска приводит к тому, что пятно становится эллиптическим, вызывая разбаланс токов между противоположными парами квадрантов. При этом объектив перемещается вверх или вниз, обеспечивая круговую форму пятна.

Технология компакт-дисков предусматривает встроенные системы исправления ошибок, которые способные скорректировать большинство ошибок, вызываемых физическими частицами на поверхности диска. В каждом накопителе CD-ROM и каждом плейере звуковых компакт-дисков для обнаружения ошибок применяется перекрестно-перемежающийся код Рида-Соломона (Cross Interleaved Reed Solomon Code - CIRC), а стандарт CD-ROM обеспечивает второй уровень исправления с помощью алгоритма Layered Error Correction Code. В коде CIRC кодер добавляет информацию о двумерном паритете для исправления ошибок, а также перемежает данные на диске для защиты от пакетных ошибок. Возможно исправлять пакеты ошибок до 3500 битов (длина 2.4 мм) и компенсировать пакеты ошибок до 12 000 битов (длина 8.5 мм), вызываемые небольшими царапинами.

Цифровой звук

На пластинках и магнитофонных кассетах звуковой сигнал записывается как аналоговый сигнал . Поэтому все несовершенства записи мы слышим как помехи (шипение и свист) или другие дефекты. Для устранения этих дефектов в компакт-дисках применяются цифровые способы хранения "отсчетов" (samples) как чисел. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой называется дискретизацией (sampling), или оцифровкой (digitising). Аналоговый сигнал опрашивается много раз в секунду и при каждом опросе амплитуда измеряется и округляется до ближайшего представимого значения. Очевидно, чем выше частота дискретизации (sampling rate) и чем точнее присваиваемые амплитудам значения (динамический диапазон - (dynamic range), тем лучше представление оригинала.

Для CD применяются частота дискретизации 44.1 кГц и 16-битовый динамический диапазон. Это означает получение 44 100 отсчетов в секунду и амплитуда сигнала в момент каждого отсчета описывается 16-битовым числом, что дает 65 536 возможных значений. Такая частота дискретизации обеспечивает частотную характеристику, достаточную для звуков с высотой 20 кГц. Однако некоторые "аудиофилы" (audiophiles) считают, что этого недостаточно для передачи психоакустических эффектов, которые возникают за пределами восприятия слухом человека. Звук записывается на двух дорожках для достижения стереоэффекта.

Несложные вычисления показывают (44 100 отсчетов в секунду * 2 байта * 2 канала), что одна секунда звука описывается 176 400 байтами с соответствующей скоростью передачи данных 176.4 КБ/с. Односкоростной накопитель CD-ROM передает данные именно с такой скоростью, но часть потока данных содержит информацию для исправления ошибок, что уменьшает эффективную скорость передачи данных до 150 КБ/с. Компакт-диск может хранить 74 минуты закодированных данных стереозвука, что с учетом служебных потерь на обнаружение и исправление ошибок дает стандартную емкость компакт-диска 680 МБ. В таблице приведены все рассмотренные параметры.

Скорость вращения

Постоянная линейная скорость

Первое поколение односкоростных накопителей CD-ROM опиралось на конструкцию плейеров звуковых CD. Для вращения диска применялась технология постоянной линейной скорости (Constant Linear Velocity - CLV), т.е. диск вращался так же, как звуковой CD, что обеспечивало скорость передачи данных 150 КБ/с. Дорожка данных должна проходить под головкой считывания с одной и той же скоростью на внутренних и внешних частях диска. Для этого приходится изменять скорость вращения диска в зависимости от позиции головки. Чем ближе к центру диска, тем более быстрее должен вращаться диск, чтобы обеспечить постоянный поток данных. Скорость вращения диска в плейерах звуковых CD составляет от 210 до 540 об/мин.

Поскольку на внешнем краю диска имеется больше секторов, чем в центре, в технологии CLV используется серво-двигатель, который замедляет скорость вращения диска при переходе на внешние дорожки, чтобы поддерживать постоянную скорость передачи данных от лазерной головки считывания. Внутренняя буферная память накопителя управляет скоростью вращения, используя кварцевый генератор для тактирования данных на выходе буфера с определенной скоростью и поддержания буфера заполненным на 50%, когда в него считываются данные. Если данные считываются слишком быстро, порог заполнения 50% превышается и посылается команда замедления скорости вращения шпиндельного двигателя.

Если звуковые CD необходимо считывать с постоянной скоростью, то такое требование для дисков CD-ROM совсем не обязательно. По существу, чем быстрее считываются данные, тем лучше. По мере совершенствования технологии CD-ROM скорость постоянно повышалась и в 1998 г. появились накопители с 32-кратной скоростью передачи данных в 4.8 МБ/с.

Например, четырехскоростной накопитель, использующий технологию CLV, должен вращать диск со скоростью около 2120 об/мин при считывании внутренних дорожек и 800 об/мин при считывании внешних дорожек. Переменная скорость вращения необходима также при считывании звуковых данных, которые всегда считываются с постоянной скоростью (150 КБ/с) независимо от скорости передачи компьютерных данных. Важнейшими факторами в накопителях с переменной скоростью вращения диска являются качество шпиндельного двигателя, вращающего диск, и программа, которая управляет работой накопителя, а также система позиционирования, которая должна быстро и точно перемещать головку считывания в нужную позицию для доступа к данным. Простого повышения скорости вращения недостаточно.

Еще одним фактором оказывается уровень использования времени центрального процессора: при повышении скорости вращения и, следовательно, скорости передачи данных, увеличивается и то время, которое процессор должен расходовать на обработку данных от накопителя CD-ROM. Если одновременно время процессора требуют и другие задачи, то накопителю CD-ROM доступны меньшие возможности обработки данных и скорость передачи данных будет снижаться. Правильно спроектированный накопитель CD-ROM должен минимизировать время использования процессора при заданных скорости вращения и скорости передачи данных. Ясно, что внутренняя производительность быстрого накопителя должна быть больше, чем у медленного.

Для накопителей CD-ROM всегда приводится емкость буфера данных. Конечно, буфер емкостью 1 МБ определенно лучше буфера емкостью 128 КБ с точки зрения скорости передачи данных. Однако без хорошей программы управления накопителем незначительное повышение производительности почти не оправдывает расходов на дополнительную буферную память.

Постоянная угловая скорость

Технология CLV оставалась доминирующей технологией накопителей CD-ROM до тех пор, пока компания Pioneer, выпустившая первый четырех-скоростной накопитель, не выпустила в 1996 г. десяти-скоростной накопитель DR-U10X. Этот накопитель работал не только в режиме с обычной постоянной линейной скоростью, но и в режиме с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV). В этом режиме накопитель передает данные с переменной скоростью, а шпиндельный двигатель вращается с постоянной скоростью, как жесткий диск.

На общую производительность сильное влияние оказывает время доступа (access time). По мере повышения скорости CLV-накопителя время доступа часто ухудшается, так как труднее обеспечить резкие изменения скорости вращения шпиндельного двигателя, необходимые для поддержания постоянной и высокой скорости передачи данных из-за инерции самого диска. В CAV-накопителе поддерживается постоянная скорость вращения, что повышает скорость передачи данных и снижает время поиска, когда головка перемещается к внешнему краю. Если в первых CLV-накопителях время доступа составляло 500 мс, то в современных CAV-накопителях оно уменьшилось до 100 мс.

Революционная конструкция накопителя компании Pioneer позволяла работать в режимах CLV и CAV, а также в смешанном режиме. В смешанном режиме режим CAV применялся для считывания вблизи центра диска, а при подходе головки к внешнему краю накопитель переключался в режим CLV. Накопитель компании Pioneer означал конец эры накопителей только с режимом CLV и переход к так называемым накопителям Partial CAV как основному виду накопителей Cd-ROM.

Такое положение сохранялось до разработки нового поколения цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor - DSP), которые могли обеспечить 16-кратную скорость передачи данных, и осенью 1997 г. компания Hitachi выпустила первый накопитель CD-ROM, использующий только технологию CAV (Full CAV). В нем были преодолены многие проблемы накопителей Partial CAV, в частности, необходимость контролировать позицию головки и изменять скорость вращения для поддержания постоянной скорости передачи данных и поддерживать примерно постоянное время доступа. В новом накопителе не требовалось ожидать успокоения скорости вращения шпиндельного двигателя между переходами.

Большинство 24-скоростных Full CAV накопителей CD-ROM в конце 1997 г. использовало постоянную скорость вращения диска 5000 об/мин со скоростью передачи данных 1.8 МБ/с в центре и повышением ее до 3.6 МБ/с на внешнем краю. К лету 1999 г. была достигнута 48-кратная скорость передачи данных с внешней дорожки в 7.2 МБ/с при скорости вращения диска 12 000 об/мин, которая соответствовала скорости вращения многих скоростных жестких дисков.

Однако при вращении диска с такой высокой скоростью возникли проблемы чрезмерного шума и вибрации часто в виде свистящего звука, вызываемого выбрасыванием воздуха из корпуса накопителя. Поскольку диск CD-ROM зажат в центре, самая сильная вибрация возникает на внешнем краю диска, т.е. там, где скорость передачи данных максимальна. Так как только в небольшом числе CD-ROM данные хранятся на внешнем краю, большинство скоростных накопителей на практике редко обеспечивали теоретическую максимальную скорость передачи данных.

Применения

Вскоре возник вопрос о том, какие приложения используют достоинства скоростных накопителей CD-ROM. Большинство мультимедийных дисков были оптимизированы на использование 2-скоростных и, в лучшем случае, 4-скоростных накопителей. Если видео записано так, чтобы воспроизводиться в реальном времени при скорости передачи данных 300 КБ/с, то превышать двукратную скорость не нужно. Иногда более быстрый накопитель мог быстро считывать информацию в буферный кэш, откуда затем она воспроизводилась, освобождая накопитель для другой работы, но этот прием применялся редко.

Считывание огромных изображений с дисков PhotoCD оказывается идеальным применением скоростного накопителя CD-ROM, но необходимость распаковки изображений при считывании с диска требует только 4-кратной скорости передачи данных. Фактически единственным применением, в котором действительно необходима высокая скорость передачи данных, является копирование последовательных данных на жесткий диск, т.е., другими словами, инсталлирование программных приложений.

Быстрые накопители CD-ROM оказываются действительно быстрыми только при передаче последовательных данных, но не произвольном доступе. Идеальным применением для высокой продолжительной скорости передачи данных является высококачественное цифровое видео, записанное с соответствующей высокой скоростью. Видео стандарта MPEG-2, реализованное в цифровых универсальных дисках (Digital Versatile Disc - DVD), требует скорости передачи примерно 580 КБ/с, а стандарт MPEG-1 согласно Белой Книге для VideoCD требует скорость всего 170 КБ/с. Таким образом, стандартный CD-ROM емкостью 660 МБ будет считан всего за 20 минут, поэтому высококачественное видео будет иметь практический интерес только на дисках DVD со значительно большей емкостью.

Интерфейсы

Сзади накопителей CD-ROM имеются три основных подключения: питание, звуковой выход на звуковую карту и интерфейс данных.

Сейчас в большинстве накопителей CD-ROM применяется интерфейс данных IDE, который теоретически можно подключить к IDE-контроллеру, имеющемуся практически в каждом РС. Оригинальный жесткий диск с интерфейсом IDE был рассчитан на шину AT и старый интерфейс IDE позволял подключать два жестких диска - ведущий (master) и ведомый (slave). Впоследствии спецификация ATAPI разрешила одному из них стать накопителем IDE CD-ROM drive. Интерфейс EIDE сделал еще один шаг вперед, добавив второй канал IDE еще для двух устройств, которыми могли быть жесткие диски, накопители CD-ROM и ленточные накопители.

Работа с одним из этих устройств должна быть закончена до обращения к любому другому устройству. Подключение накопителя CD-ROM к тому же каналу, к которому подключен жесткий диск, снизит производительность РС, так как более медленный накопитель CD-ROM будет блокировать обращения к жесткому диску. В РС с двумя жесткими дисками IDE накопитель CD-ROM необходимо изолировать, подключая его ко вторичному каналу IDE, а жесткие диски следует подключить как ведущий и ведомый к первичному каналу. Жесткие диски будут конкурировать друг с другом, но без участия медленного накопителя CD-ROM. Недостаток интерфейса EIDE состоит в ограничении числа подключаемых устройств четырьмя и все устройства должны монтироваться как внутренние, поэтому возможность расширения может быть ограничена размером корпуса РС.

Стандарт SCSI-2 допускает подключение к одному хост-адаптеру до 12 устройств, которые могут быть внутренними и внешними. SCSI позволяет всем устройствам на шине быть активными одновременно, хотя передавать данные может только одно устройство. Физическая локализация данных в устройствах требует относительно много времени, поэтому пока одно устройство использует шину, любое другое устройство может позиционировать головки для производства операций считывания и записи. Новейшая спецификация Fast Wide SCSI поддерживает максимальную скорость передачи данных 20 МБ/с по сравнению со скоростью EIDE 13 МБ/с, а благодаря наличию встроенного "интеллекта" SCSI-устройства требуют меньшего внимания процессора по сравнению с IDE-устройствами.

Преимущества интерфейса SCSI по сравнению с IDE проявляются и при использовании ресурсов РС, в частности линий запросов прерываний IRQ. Из-за большого числа дополнительных карт и устройств современные РС предъявляют повышенные требования к использованию IRQ, оставляя мало места для дальнейшего расширения. Для первичного интерфейса EIDE обычно выделяется линия IRQ 14, а для вторичного IRQ 15, поэтому четыре устройства добавляются за счет двух линий прерываний. Интерфейс SCSI менее требователен к ресурсам, так как независимо от числа устройств на шине требуется только одна линия IRQ для хост-адаптера.

В общем, интерфейс SCSI предоставляет больший потенциал для расширения РС и обеспечивает лучшую производительность, но он значительно дороже интерфейса IDE. Современное предпочтение внутренним EIDE-накопителям оказывается более удобным и дешевым, чем техническое совершенство, поэтому интерфейс SCSI выбирается только для внешних накопителей CD-ROM.

Сравнение DMA и режима PIO

Традиционно в накопителях CD-ROM для передачи данных применялся программируемый ввод-вывод (Programmable Input/Output - PIO), а не прямой доступ к памяти (Direct Memory Access - DMA). Это было оправдано в первых разработках, потому что аппаратная реализация была проще и подходила для устройств с малой скоростью передачи данных. Недостаток этот способа заключается в том, что передачей данных управляет процессор. По мере повышения скорости передачи данных в накопителях CD-ROM возрастала и нагрузка на процессор, поэтому 24- и 32-скоростные накопители полностью занимали процессор в режиме PIO. Нагрузка на процессор зависит от нескольких факторов, в частности, от используемого режима PIO, схемы моста IDE/PCI в компьютере, емкости и схемы буфера накопителя CD-ROM и драйвера устройства накопителя CD-ROM.

Передача данных с использованием DMA всегда эффективнее и занимает только несколько процентов времени процессора. Здесь специальный контроллер управляет передачей данных прямо в системную память и от процессора требуется только начальное распределение памяти и минимальное квитирование (handshaking). При этом производительность зависит от устройства, а не от системы. DMA-устройства должны обеспечивать одну и ту же производительность независимо от системы, к которой они подключены. DMA давно был стандартным средством большинства SCSI-систем, но только недавно он стал широко применяться для интерфейсов и устройств IDE.

Технология TrueX

Чтобы разрешить пользователям выполнять приложения прямо с компакт-диска без передачи на жесткий диск, компания Zen Research при разработке технологии TrueX предприняла оригинальный подход для повышения производительности накопителей CD-ROM - улучшить скорость передачи данных и время доступа, а не просто вращать диск быстрее. В обычном CD-ROM используется один сфокусированный лазерный луч для считывания цифрового сигнала, закодированного дорожками крошечных питов на поверхности диска. В методе компании Zen Research применяются специализированная большая интегральная схема (Application-Specific Integrated Circuit - ASIC) для освещения нескольких дорожек, одновременного обнаружения их и параллельного считывания с дорожек. В составе ASIC имеются аналоговые интерфейсные элементы, например цифровая фазовая подстройка частоты (Digital Phase-Locked Loop - DPLL), цифровой сигнальный процессор, контроллер серво-двигателя, преобразователь параллельных данных в последовательные и интерфейс ATAPI. При необходимости можно подключить внешнюю схему интерфейса SCSI или IEEE 1394.

Расщепленный лазерный луч, используемый совместно с матрицей детекторов нескольких лучей, освещает и обнаруживает несколько дорожек. Обычный лазерный луч пропускается через дифракционную решетку, которая расщепляет его на семь дискретных лучей (такие накопители называются многолучевыми - multibeam), освещающих семь дорожек. Семь лучей подаются через зеркало на объектив и далее на поверхность диска. Фокусировка и слежение обеспечиваются центральным лучом. Три луча с каждой стороны от центра считываются матрицей детекторов, когда центральный луч находится на дорожке и сфокусирован. Отраженные лучи возвращаются по тому же тракту и направляются зеркалом на матрицу детекторов. В многолучевом детекторе имеются семь детекторов, выровненных с отражающими дорожками. Для фокусировки и слежения предусмотрены обычные детекторы.

Несмотря на то, что механические элементы накопителя CD-ROM несколько изменены (вращение диска и движение головки считывания остались теми же самыми), формат носителя диска соответствует стандарту CD или DVD, а для поиска и слежения применяется обычный подход. Технологию TrueX можно использовать в накопителях CLV и CAV, но компания Zen Research ориентируется на CLV, чтобы обеспечить постоянную скорость передачи данных для всего диска. В любом случае, более высокая скорость передачи достигается при меньшей скорости вращения диска, что снижает вибрацию и повышает надежность.

Компания Kenwood Technologies выпустила первый 40-скоростной накопитель TrueX CD-ROM в августе 1998 г., а через полгода разработала 52-скоростной накопитель. В зависимости от рабочей среды и качества носителя накопитель Kenwood 52X TrueX CD-ROM обеспечивает скорость передачи данных 6.75 - 7.8 МБ/с (45х - 52х) по всему диску. Для сравнения укажем, что обычный 48-скоростной накопитель CD-ROM обеспечивает на внутренних дорожках скорость 19х и достигает скорости 48х только на внешних дорожках. При этом его скорость вращения более чем в два раза выше по сравнению с накопителем компании Kenwood Technologies.

Стандарты CD-ROM

Чтобы разобраться в самих компакт-дисках и в том, какие накопители их могут читать, необходимо прежде всего познакомиться с форматами дисков. Обычно стандарты на CD выпускаются в виде книг с цветными обложками и сам стандарт называется по цвету обложки. Все накопители CD-ROM совместимы со стандартами Желтой Книги (Yellow Book) и Красной Книги (Red Book), а также имеют встроенные цифро-аналоговые преобразователи (Digital-to-Analog Converter - DAC), что позволяет прослушивать звуковые диски Красной Книги через наушники или звуковой выход.

Красная Книга (Red Book)

Красная Книга является самым распространенным стандартом CD и описывает физические свойства компакт-диска и кодирование цифрового звука. Он определяет:

• Спецификацию звука для 16-битовой импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation - PCM).
• Спецификацию диска, включая его физические параметры.
• Оптические стили и параметры.
• Отклонения и частоту блоковых ошибок.
• Систему модуляции и исправления ошибок.
• Систему управления и отображения.

Каждый фрагмент музыки, записанный на CD, удовлетворяет стандарту Красной Книги. Он, в основном, допускает звучание в течение 74 минут и разбиение информации на дорожки (tracks - трэки). Более позднее добавление к Красной Книге описывает опцию CD Graphics с использованием каналов субкода (subcode) от R до W. Добавление описывает различные применения каналов субкода, включая графику и MIDI.

Желтая Книга (Yellow Book) Желтая Книга выпущена в 1984 г. для описания расширения CD для хранения компьютерных данных, т.е. CD-ROM (Compact-Disc Read-Only Memory). Эта спецификация содержит следующее:

• Спецификацию диска, которая является копией части Красной Книги.
• Систему модуляции и исправления ошибок (из Красной Книги).
• Оптические стили и параметры (из Красной Книги).
• Систему управления и отображения (из Красной Книги).
• Структуру цифровых данных, которая описывает структуру сектора, ECC и EDC для диска CD-R OM.

CD-ROM XA

Как отдельное расширение Желтой Книги спецификация CD-ROM XA содержит следующее:

• Формат диска, включая канал Q и структуру сектора при использовании секторов Режима 2.
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660, включая чередование файлов, которое недоступно для Режима данных 2.
• Кодирование звука с использованием уровней В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование видеоизображений, т.е. неподвижных изображений.

Сейчас применяются только такие форматы CD-ROM XA, как форматы CD-I Bridge для Photo CD VideoCD plus системы Playstation компании Sony.

Зеленая Книга (Green Book)

Зеленая Книга описывает диск CD-Interactive (CD-I), плейер и операционную систему и содержит следующее:

• Формат диска CD-I (структура дорожки и сектора).
• Структура поиска данных, опирающаяся на формат ISO 9660.
• Звуковые данные с использованием уровней А, В и С модуляции ADPCM.
• Кодирование в реальном времени неподвижных видеоизображений, декодер и визуальные эффекты.
• Compact Disc Real Time Operating System (CD-RTOS).
• Базовая (минимальная) спецификация системы.
• Расширение для видеофильмов (картридж MPEG и программное обеспечение).

Диск CD-I может хранить 19 часов звука, 7500 неподвижных изображений и 72 минуты полноэкранного полнодвижущегося видео (MPEG) в стандартном формате CD. Сейчас диски CD-I устарели.

Оранжевая Книга (Orange Book)

Оранжевая Книга определяет диски CD-Recordable с многосеансовой (multisession) возможностью. Часть I определяет магнитооптические перезаписываемые диски CD-MO (Magneto Optical); часть II определяет однократно записываемые диски CD-WO (Write Once); часть III определяет перезаписываемые диски CD-RW (Rewritable). Все три части содержат следующие разделы:

• Спецификация диска для незаписанных и записанных дисков.
• Pre-groove модуляция.
• Организация данных, включая связывание.
• Многосеансовые и гибридные диски.
• Рекомендации по измерению отражательной способности, управлению мощностью и др.

Белая Книга (White Book)

• Формат диска, включая использование дорожек, информационную область VideoCD, область воспроизведения сегмента, аудио/видео дорожки и дорожки CD-DA.
• Структура поиска данных, удовлетворяющая формату ISO 9660.
• Кодирование MPEG аудио/видео дорожки.
• Кодирование элемента сегмента воспроизведения для видео-последовательностей, неподвижного виде и дорожек CD-DA.
• Дескрипторы последовательности воспроизведения для запрограммированных последовательностей.
• Поля пользовательских данных для сканирования данных (допускается быстрое сканирование вперед и назад).
• Примеры последовательностей воспроизведения и управления воспроизведением.

До 70 минут полнодвижущегося видео закодированы в стандарте MPEG-1 со сжатием данных. Белая Книга называется также Digital Video (DV). Диск VideoCD содержит одну дорожку данных, записанную в режиме CD-ROM XA Mode 2 Form 2. Она всегда является первой дорожкой на диске (Track 1). На этой дорожек записываются структура файла ISO 9660 и прикладная программа CD-I, а также VideoCD Information Area, которая содержит общую информацию о диске VideoCD. После дорожки данных записывается видео на одной или нескольких последующих дорожках во время одной и той же сессии. Эти дорожки также записываются в режиме Mode 2 Form 2. Сессия закрывается после записи всех дорожек.

Синяя Книга (Blue Book)

Синяя Книга определяет спецификацию Enhanced Music CD для многосессионных прессованных дисков (т.е. незаписываемых дисков), содержащих сессии звука и данных. Диски могут воспроизводиться любым плейером звуковых компакт-дисков и на РС. Синяя Книга содержит следующее:

• Спецификация диска и формат данных, включая две сессии (звук и данные).
• Структура каталогов (ISO 9660), включая каталоги для информации CD Extra, изображения и данные. Определяются также формат информационных файлов CD Plus, форматы файлов изображений и другие коды и форматы файлов.
• Формат данных неподвижных изображений MPEG.

Компакт-диски, соответствующие спецификации Синей Книги, называются также CD-Extra или CD-Plus. Они содержат смесь данных и звука, записанных в отдельных сессиях для предотвращения воспроизведения дорожек данных и возможного повреждения высококачественных домашних стерео-систем.

CD-I Bridge

CD-I Bridge представляет собой спецификацию компаний Philips и Sony для дисков, предназначенных для воспроизведения на плейерах CD-I и в РС. Она содержит следующее:

• Формат диска, определяющий диски CD-I Bridge как удовлетворяющие спецификации CD-ROM XA.
• Структура поиска данных в соответствии с ISO 9660. Обязательно требуется прикладная программа CD-I, которая хранится в каталоге CDI.
• Кодирование звуковых данных, которое включает в себя ADPCM и MPEG.
• Кодирование видеоданных для совместимости с CD-I и CD-ROM XA.
• Многосессионная структура диска, включая адресацию секторов и пространство тома.
• Данные для CD-I, так как все плейеры CD-I должны считывать данные CD-I Bridge.

Photo CD

Спецификация Photo CD определена компаниями Kodak и Philips на основе спецификации CD-I Bridge. Она содержит следующее:

• Общий формат диска, включая компоновку программной области, индексную таблицу, дескриптор тома, область данных, перекос субкода Q-канала, клипы CD-DA и читаемые микроконтроллером секторы.
• Структуры поиска данных, включая структуру каталогов, файл INFO.PCD и систему читаемых микроконтроллером секторов.
• Кодирование данных изображений, включая описание кодирования изображений и пакеты изображений.
• Файлы ADPCM для одновременного воспроизведения звука и изображений.

Очень много информации по накопителям CD-ROM содержится на сайте http://www.cd-info.com/ .

Давно прошли те времена, когда архив программ идокументов рядового пользователя персональногокомпьютера мог разместиться в несколькихкоробках дискет. Размеры документов сграфическими иллюстрациями могут поразитьвоображение. Дистрибутивы современногопрограммного обеспечения занимают уже сотнимегабайт, и в большинстве случаев поставляютсяна компакт-дисках CD-ROM.

Компьютерная индустрия создала немалоустройств, позволяющих хранить большие объемыинформации. Оставив в стороне стримеры,предназначенные для использования только вкачестве архивной памяти, назовеммагнитооптические накопители, дисководы ZIP и Jazz,сменные магнитные диски, устройства PD-CD,перспективные устройства DVD и так далее. Если вамнадоело стирать пыль с коробок, забитых до отказадискетами, а жесткий диск переполнился, значитпора подумать о приобретении нового устройствавнешней памяти.

Но что выбрать?

Каждое из перечисленных устройств обладаетсвоими достоинствами и недостатками. Поэтомуперед тем как на что-нибудь решиться, следуетподумать о том, как и для чего вы будетеиспользовать это устройство, а также прикинуть,сколько денег вы готовы потратить на егоприобретение.

До последнего времени вам едва ли моглапонравится идея купить для создания личногоархива данных устройство записи компакт-дисковCD-R. Всего год назад его стоимость превышалатысячу долларов, а процедура записи файлов надиски CD-R требовала специальной подготовки исложного в использовании программногообеспечения. Перед записью диска CD-R необходимобыло заранее собрать на жестком диске все файлы,а также создать файл образа компакт-дискаразмером в сотни мегабайт. Помимо устройствазаписи CD-R следовало приобрести еще и быстрыйжесткий диск большой емкости, а также контроллерSCSI. Кроме того, не представлялось никакойвозможности дописать на диск CD-R новые файлы илизаменить старые. Если вы допустили ошибку приподготовке файлов или при записи, диск CD-Rоказывался безвозвратно испорченным.

Сегодня все изменилось. Стоимость устройствзаписи CD-R резко упала и составляет порядка 400-500долларов. При этом чистый компакт-диск CD-R, накоторый помещается до 650 мегабайт данных, выможете купить за 7-8 долларов, что уже совсемнедорого. Разработан новый принцип записи (такназываемая пакетная запись), в результате чегоработать с диском CD-R стало не намного сложнее,чем с обычной дискетой.

Технология записываемых компакт-дисков такжене стояла на месте. В этом году появилсякомпакт-диск CD-RW, который, в отличие от диска CD­R,можно перезаписывать до 1000 раз. Этот диск стоитвсего 20 долларов, поэтому он идеальным образомподходит для резервного копирования информации,создания архивов большой емкости илимакетирования дисков CD-R перед записью. Кстати,устройство для чтения, записи и перезаписидисков CD-RW стоит всего лишь на 100 долларов дорожеаналогичного устройства записи дисков CD-R.

В результате устройство записи CD-R и тем болееCD-RW стало намного привлекательнее дляпользователей. Вот список только некоторыхобластей применения таких устройств:

• макетирование дисков CD-ROM перед изготовлением партии на заводе;
• резервное копирование дисков CD-ROM с дистрибутивами программного обеспечения, а также музыкальных дисков;
• архивирование массивов данных большого объема, например, мультимедийных файлов;
• перемещение данных на большое расстояние (например, в другой город), когда объем данных не позволяет передавать их по сети Internet или через другие электронные каналы;
• создание персональных библиотек программного обеспечения или документации;
• хранение большого количества графических изображений в виде электронных альбомов.

Три технологии записи компакт-дисков

На сегодняшний день наиболее известны дветехнологии изготовления и записи компакт-дисков,сильно отличающиеся друг от друга. Третья, окоторой мы также расскажем в нашей статье, ещетолько начинает завоевывать популярность.

Прессование алюминиевых дисков

Первая и самая старая технология предполагаетиспользование чрезвычайно дорогостоящегозаводского оборудования. Она позволяетсоздавать так называемые алюминиевые диски. Этидиски изготавливаются прессованием сприменением заранее изготовленной матрицы.Рабочая поверхность диска сделана из алюминия.Алюминиевые диски называются также дисками CD-ROM(от слов Read Only Memory — только читаемая память), таккак они допускают только считывание информации,но не ее запсиь.

С алюминиевыми дисками вы наверняка хорошознакомы. По этой технологии делают музыкальныекомпакт-диски и дистрибутивные диски спрограммным обеспечением, играми, базами данных,мультимедийными справочниками. Один такой дискможет содержать до 650 Мбайт данных или до 74 минутмузыки.

Минимальное количество изготовленных назаводе дисков обычно составляет 500-1000 штук.Мелкие партии выпускать невыгодно, так какзатраты на изготовление матрицы диска слишкомвелики. Тем не менее, стоимость изготовленияодного диска CD-ROM при большой партии составляетпримерно 1,5 доллара, что очень дешево.

Компакт-диски CD-ROM достаточно надежны, и если выне будете царапать рабочую поверхность диска,прослужат не один десяток лет. Пусть вас несмущает, что диски CD-ROM, приобретенные напиратском рынке, не всегда хорошо читаются. Впогоне за прибылью они часто изготавливаются снарушением технологии. Мы не слышали о проблемахс чтением лицензионных дисков.

Однократная запись на золотой диск

Вторая технология допускает однократнуюзапись информации на компакт-диск, для чего можноиспользовать относительно недорогие устройства.Запись выполняется на чистые диски золотистогоцвета, которые в обиходе называют золотыми (хотярабочая поверхность диска CD-R Verbatim DataLife имеетсиний цвет). Другое название — диски CD­R (CD Recordable -записываемые компакт-диски). В процессе записитонкий слой золота прожигается вдоль рабочейдорожки мощным лазером. Диск CD-R может бытьпрочитан на обычном устройстве чтения дисковCD-ROM. Если вы записали музыкальный диск CD-R, то егоможно проигрывать в обычном плеерекомпакт-дисков.

В отличие от алюминиевых, золотые компакт-дискибольше подходят как раз для штучногопроизводства. Стоимость чистого диска CD-Rсоставляет примерно 7-10 долларов, а стоимостьустройства записи — от 400 до 1000 долларов, поэтомувы можете организовать мини-производство такихдисков у себя дома или на работе.

Если вас беспокоит надежность дисков CD-R какносителя информации, то обычно изготовителигарантируют сохранность данных в течении 30 лет.Этого вполне достаточно. По прошествии 30 лет высможете переписать содержимое всего вашегоящика с дисками CD-R на какой-нибудь носительнового типа, как сейчас вы можете переписатьсодержимое всех своих дискет на один диск CD-R.

Тем не менее, есть одна проблема с дисками CD-R.Некоторые устройства чтения дисков CD-ROM не всегдахорошо читают диски CD-R. Это связано с тем, чтодорожка, выжженная лазером, выглядит не так, каквыдавленная на алюминиевом диске. Однако вбольшинстве случаев такая проблема не возникает.

Многократная перезапись изменениемфазового состояния

Помимо двух перечисленных технологий, в самоепоследнее время начинает активнораспространяться третья, допускающаямногократную перезапись компакт-дисков. Этатехнология основана на изменении (опять же припомощи лазера) фазового состояния веществарабочей поверхности компакт-диска. Если этовещество находится в аморфном состоянии, онообладает невысокой отражающей способностью, аесли в кристаллическом — высокой. Внешнеперезаписываемые компакт-диски похожи наалюминиевые и называются дисками CD-RW (CD Rewritable, тоесть перезаписываемый компакт-диск).

Технология записи с изменением фазовогосостояния вещества появилась не сегодня. Она ужедавно используется в накопителях PD-CD. Заметим,однако, что в дисках PD-CD применяетсянестандартный формат данных, поэтому их можноиспользовать только в устройствах PD-CD.Аналогичная проблема есть и у магнитооптическихдисков. Что же касается дисков CD-RW, то онистандартизованы и даже совместимы сустройствами чтения дисков DVD, которые, возможно,появятся в этом году.

Компакт-диски CD-RW стоят порядка 20 долларов, чтоненамного дороже по сравнению с дисками CD-R изаметно дешевле по сравнению с дисками длямагнитооптических накопителей. Если вам нужносредство для хранения большого объемаизменяющихся данных, то диски CD-RW помогут вамсэкономить немало денег.

К сожалению, вы не сможете прочитать диски CD-RW вобычных устройствах чтения дисков CD-ROM. Толькосамые новые устройства, работающие в режимеMultiRead, и устройства чтения компакт-дисков DVDспособны читать диски CD-RW. Заметим, однако, чтоэтот недостаток присущ также магнитооптическимдискам и дискам PD-CD.

Возможность записывать диски CD-RW обойдется вамв дополнительных сто долларов, что неразорительно для обычного пользователя. Недавномы приобрели одно такое устройство, типа MP6200S. Оносоздано фирмой RICOH и стоит всего 700 доллароввместе с контроллером SCSI, интерфейсным кабелем идвумя чистыми компакт-дисками. Это изделиеявляется как бы комбинацией двух устройств — длязаписи дисков CD-R, а также для чтения и записидисков CD-RW.

Что можно сказать о скорости работы устройстваMP6200S?

При записи она не слишком высока — такая же, каку устройства чтения CD-ROM с двойной скоростью.Однако диски CD-RW, так же как диски CD-ROM и CD-R,читаются устройством MP6200S с шестикратнойскоростью. Поэтому если вы применяете диски CD-RWне в качестве рабочих, а только для архивированияи резервного копирования данных, такая скоростьбудет вполне достаточна.

Форматы данных, записанных накомпакт-дисках

Фундамент технологии записи данных накомпакт-диски закладывался еще в 1980­х годах. Невникая глубоко в историю, отметим, что с тех порбыло разработано и реализовано несколькостандартов формата хранения данных накомпакт-дисках, причем сегодня вы можетестолкнуться с любым из них. Путаница с форматамиданных обычно приводит к проблемам при записисобственного диска CD-R, поэтому вы должныразобраться в этом вопросе.

Итак, займемся форматами данных.

• CD-DA

Формат CD-DA (CD Digital Audio) был разработан в 1982 году и,как это нетрудно заметить из названия,предназначен для звуковых компакт-дисков. Всоответствии с этим форматом на диске можетсуществовать до 99 дорожек, расположенныхпоследовательно друг за другом (рис. 1). Междудорожками вставляются зазоры длиной 2 секунды.

Рис. 1. Дорожки диска CD-DA

В начале дорожки записывается заголовоксеанса, который называется lead-in. Размер областиlead-in составляет 120 секунд. Дорожка завершаетсяобластью lead-out, содержащей одни нули. Эта областьпредназначена для того, чтобы плееркомпакт-дисков мог обнаружить конец дорожки.

В формате CD-DA данные записываются на дорожкиблоками размером 2352 байта, причем средстваконтроля ошибок при чтении данных непредусмотрены.

Устройство записи дисков CD-R позволяетсоздавать звуковые диски CD-DA, чем могутвоспользоваться любители музыки.

• CD-ROM

На диске CD-ROM существует только одна дорожка,разделенная на блоки данных фиксированногоразмера (рис. 2).

Рис. 2. Дорожка диска CD-ROM

Формат CD-ROM предназначен для хранениякомпьютерных данных и программ, поэтому в нембыли предусмотрены специальные средстваконтроля ошибок. В результате за счет добавленияслужебных областей в блоке данных из 2352 байтосталось только 2048 байт пространства

Первые компакт-диски с данными создавалисьименно в формате CD-ROM. Большинство алюминиевыхкомпакт-дисков с дистрибутивами программ иоперационных систем также изготавливается вэтом формате.

Заметим, что формат CD-ROM предполагаетиспользование секторов двух типов. Первый тип (Mode1) предназначен для хранения компьютерных данных,а второй (Mode 2) — для хранения сжатых графических,звуковых или видео данных. Сектор первого типахранит 2048 байта данных и код коррекции ошибок. Всекторах второго типа коррекция ошибок непредусмотрена, поэтому для данных отведено 2336байт.

• Смешанный формат

В компакт-дисках смешанного формата на одномдиске записываются дорожки типа CD­DA и типа CD-ROM ссекторами Mode 1. Это позволяет хранить вместекомпьютерные и звуковые данные (рис. 3).

Рис. 3. Дорожки диска смешанногоформата

Смешанный формат открывает новые возможностидля программистов, так как позволяет добавить кпрограммам высококачественное звуковоесопровождение. Есть, однако, проблема -устройство чтения CD-ROM не может читатькомпьютерные данные одновременно спроигрыванием звуковых дорожек. Выход простой -перед запуском нужно переписать программу скомпакт-диска на жесткий диск или в оперативнуюпамять.

Еще одна проблема связана с тем, что вкомпакт-дисках смешанного формата первойзаписывается дорожка типа CD-ROM, а за ней — одна илинесколько дорожек CD­DA. Если вставить такой диск вобычный плеер звуковых компакт-дисков, последнийможет выполнить попытку воспроизвести данныекак звук. Это может шокировать слушателя иповредить звуковую аппаратуру, особенно еслизвуковой усилитель включен на полную мощность.Данная проблема успешно решается прииспользовании формата Enhanced CD, о котором мырасскажем немного позже.

• CD-ROM/XA

Через некоторое время формат CD-ROM был расширен,в результате чего появился формат CD-ROM/XA (XA — этоeXtended Architecture, то есть расширенная архитектура).

Что же было расширено?

Появилась возможность чередовать на однойдорожке секторы компьютерных данных, а такжеграфических, звуковых и видео данных, что оченьудобно для мультимедийных программ (рис. 4).Записав на дорожку соответствующим образомподготовленные данные, можно организоватьмногопоточное чтение, когда компьютерные имультимедийные данные читаются одновременно.

Рис. 4. Чередование секторовкомпьютерных и мультимедийных данных

Для хранения компьютерных и мультимедийныхданных используются секторы различного типа.Секторы типа Form 1 (с коррекцией ошибок)применяются для компьютерных данных, а секторыForm 2 (без корректирующего кода) — длямультимедийных.

Вы можете создавать диски смешанного формата,записав первой дорожку CD­ROM/XA с секторами типа Form1 и разместив после нее одну или несколькозвуковых дорожек CD­DA.

• PhotoCD

Записывая диск CD-R в формате CD-ROM, необходимовыполнять запись всех дорожек за один прием, или,как говорят, в одном сеансе. После того как вызаписали данные на компакт-диск, вы не сможете ихдополнить новыми данными, даже если на диске CD-Rосталось свободное пространство. Фирмы Philips и Codakразработали формат PhotoCD, позволяющий устранитьэтот недостаток. Если диск CD-R записывается вформате PhotoCD, то к данным, записанным во времяпервого сеанса, вы можете дописать новые данные,выполнив один или несколько дополнительныхсеансов записи. На физическом уровне формат PhotoCDреализован с использованием формата CD-ROM/XA.Обычно диски PhotoCD применяются для храненияграфических изображений.

Старые устройства чтения компакт-дисков CD-ROM немогут читать такие диски, однако с новымиустройствами такой проблемы не существует.

• Многосеансовые диски CD-ROM/XA

При создании диска для хранения компьютерныхданных в формате CD-ROM/XA существует возможностьзаписывать дорожки не все сразу, а по одной или понесколько за один сеанс записи.

На рис. 5 мы показали структуру диска,содержащего данные двух сеансов. Во времяпервого сеанса была записана одна дорожка, а вовремя второго — еще три.

Рис. 5. Структура диска, содержащегоданные двух сеансов

Обратите внимание, что каждый сеанс начинаетсяс области lead-in и заканчивается областью lead-out,причем размер последней области lead-out в три разаменьше, чем предыдущих. Между дорожками второгосеанса есть зазоры.

Если вы в несколько приемов создалимногосеансный диск в формате CD-ROM/XA, то при чтениион будет выглядеть как диск, записанный за одинсеанс. Данные из разных сеансов объединяются истановятся доступны одновременно. Опять же, как ив случае с форматом PhotoCD, для чтениямногосеансных компакт-дисков устройство чтенияCD-ROM должно быть совместимо со стандартом CD-ROM/XA.

Чаще всего при создании компакт-дисков дляхранения данных вам придется выбирать междуформатами CD-ROM и CD-ROM/XA. Если компакт-диск будетзаписан за один сеанс и в будующем не планируетсявыполнять запись на него дополнительных данных,следует выбрать формат CD-ROM. Если же высобираетесь записывать компакт-диск в несколькоприемов, следует остановиться на формате CD-ROM/XA.

• Enhanced CD

Как мы только что сказали, формат CD-ROM/XAдопускает комбинирование на одном дискезвуковых дорожек и дорожек данных. При этомдорожка данных записывается первой, иначе онабудет недоступна для программ. Здесь возникаетпроблема, связанная с попыткой проигрываниятакого диска в обычном плеере звуковыхкомпакт-дисков, о которой мы уже говорили.

Формат Enhanced CD решает эту проблему, допускаязапись данных не на первой, а на последнейдорожке диска. Первые несколько дорожек дисказаписываются в одном сеансе и могут бытьиспользованы для хранения звуковых данных.Дорожка для хранения компьютерных данныхзаписывается во втором сеансе (рис. 6).

Рис. 6. Формат компакт-диска Enhanced CD

Если вставить диск Enhanced CD в обычный плеерзвуковых компакт-дисков, то он будет выглядетькак обычный музыкальный диск, так как плеер можетпроигрывать дорожки, записанные только во времяпервого сеанса. Что же касается дорожки сданными, то в настоящее время она доступна толькоприложениям операционных систем Windows 95 и Macintosh OS.

В литературе вы можете встретить другиеназвания данного формата — CD Extra или CD Plus.

Формат CD-I (CD Interactive) разработан дляинтерактивных мультимедийных приложений, котрыезапускаются на небольших компьютерах,подключенных к домашнему телевизору.

• CD-I Brige

Формат CD-I Brige представляет собой наборспецификаций, определяющих способ записиинформации в формате CD-I на дисках CD-ROM/XA. Такиедиски, в отличие от дисков CD-I, могут бытьпрочитаны на компьютерах. Формат CD-I Brigeиспользуется для дисков PhotoCD и VideoCD.

• VideoCD

Формат VideoCD появился относительно недавно ииспользуется, как правило, для записи накомпакт-диски обычных видеофильмов.Компакт-диски с видеофильмами представляютсобой альтернативу обычным видеокассетам и приналичии достаточно производительногокомпьютера обеспечивают хорошее качествополноэкранного изображения.

Первая дорожка компакт-диска VideoCDпредназначена для хранения данных и записана вформате CD-ROM/XA. На этой дорожке хранятсяпрограммы, а также информация о самомкомпакт-диске. Следующие несколько дорожексодержат видеоинформацию, которая сжимается постандарту MPEG.

• CD-UDF

Новый формат, предполагающий использованиепакетной записи. Универсальный формат диска CD-UDF(Universal Disk Format) позволяет организовать обращение кдиску CD­R или CD-RW в процессе записи и чтения как кобычному дисковому накопителю или дискете. Мырасскажем об этом формате подробнее чуть позже.

Файловые системы компакт-дисков

Записывая компакт-диск CD-R с компьютернымиданными, вы должны выбрать для него тип файловойсистемы. Выбор делается исходя из того, для какойоперационной системы предназначается диск. Выможете, например, записать компакт-диск сфайловой системой, способной работать с длиннымиименами файлов Windows 95. Учтите, однако, что файлы икаталоги с длинными именами будут недоступны всреде MS-DOS.

Рассмотрим основные типы стандартов дляфайловых систем компакт-дисков. Эти стандартыопределяют логический формат данных, записанныхна диске.

• ISO-9660

Стандарт ISO-9660 разделяется на три уровня. Первыйуровень накладывает серьезные ограничения назаписанные файлы — они не могут бытьфрагментированы, имена файлов и каталогов должнысостоять из 8 символов плюс 3 символа расширенияимени. Второй уровень снимает ограничения наимена файлов и каталогов, но оставляетограничение на отсутствие фрагментированностифайлов. В третьем уровне и это ограничениеснимается.

В чистом виде стандарт ISO-9660 первого уровняприменяется для записи дисков CD-R,предназначенных для чтения в среде MS-DOS. Что жекасается операционных систем Microsoft Windows 95 и MicrosoftWindows NT, то для них разработаны стандарты сромантическими названиями Romeo и Joliet.

• Joliet

Операционная система Windows 95 славится не толькодлинными именами файлов, но и хитроумнымспособом обеспечения совместимости таких имен спрограммами MS-DOS. Для каждого файла с длиннымименем в каталоге создается несколькодескрипторов, один из которых содержитальтернативное имя в формате MS-DOS, а остальные -оригинальное имя, возможно, разделенное нанесколько частей (так как размер дескрипторафиксирован). Приложения Windows 95 работают соригинальным именем файла, а программы MS-DOS — сальтернативным. Внешне альтернативное имявыглядит как сокращение полного имени, в концекоторого находится символ тильда "~" и число.

Стандарт Joliet допускает запись файлов с именамидлиной до 64 символов, а также предполагаетсоздание на компакт-диске описанных вышеальтернативных имен. Дополнительно этотстандарт позволяет записывать имена в кодировкеUnicode.

Если ваш компакт-диск предназначен дляоперационных систем Windows 95 и Windows NT версии 4.0 илиболее старших версий, на него записываются файлыс длинными именами, и при этом требуетсясовместимость с программами MS-DOS, то вам следуетприменять стандарт Joliet. Заметим, что более ранниеверсии Windows NT не могут читать диски Joliet.

• Romeo

Стандарт Romeo предоставляет другую возможностьзаписи файлов с длинными именами на компакт-диск.Длина имени может составлять 128 символов, однакоиспользование кодировки Unicode не предусмотрено.Альтернативные имена в стандарте MS-DOS несоздаются, поэтому программы MS-DOS не смогутпрочитать файлы с такого диска.

Вы можете выбрать стандарт Romeo только в томслучае, если диск предназначен для чтенияприложениями Windows 95 и Windows NT. Если ограничитьдлину имен файлов 31 символом, компакт-диск Romeoбудет читаться и в компьютере Macintosh.

Иерархическая файловая система компьютеровMacintosh несовместима ни с какими другими файловымисистемами и называется Hierarchical File System (HFS). Такаяфайловая система может быть создана и накомпакт-диске.

Заметим, что вы можете записать так называемыйгибридный диск, на котором имеется несколькоразделов с разными файловыми системами. Вчастности, можно создать компакт-диск, которыйбудет читаться в операционной системе Windows и воперационной системе компьютера Macintosh.

Запись диска CD-R за один сеанс

Первоначально разработанный метод записидисков CD-R в формате ISO-9660 требует, чтобы записьвсех дорожек выполнялась в одном сеансе. Этотметод называется disk-at-once, то есть за один раззаписывается весь диск.

Перед тем, как приступить к записикомпакт-диска в стандарте ISO-9660, вы должныразместить все файлы в отдельном каталогежесткого диска. Разумеется, на жестком дискедолжно быть достаточно свободного пространства.В процессе подготовки исходного каталогаследует проверить, соответствуют ли именакаталогов и файлов стандарту ISO-9660.

Далее следует запустить программу созданиякомпакт-дисков, которая поставляется вместе сустройством записи CD-R. Наиболее известныпрограммы Adaptec Easy CD Pro, Corel CD Creator и WinOnCD, хотя есть инесколько других. Этой программе необходимоуказать, какие файлы и каталоги вы собираетесьзаписать на диск. Такая процедура выполняетсяпростым перемещением пиктограмм файлов икаталогов в специально предназначенное дляэтого окно программы при помощи мыши (рис. 7).

Рис. 7. Выбор каталогов для записи накомпакт-диск

После подготовки исходных файлов у вас есть двевозможности для записи диска CD-R.

Во-первых, вы можете создать файл образа диска вформате ISO-9660, с тем чтобы потом, пользуясь этимфайлом как исходным, выполнить запись одного илинескольких дисков CD-R. Этот метод удобен длякопирования дисков CD-ROM, однако требует наличиядополнительного свободного пространства нажестком диске размером до 650 мегабайт.

Во-вторых, можно создать виртуальный образдиска, который содержит только ссылки назаписываемые файлы, но не сами файлы. Такимобразом при записи экономится свободноепространство на жестком диске компьютера.

Почему бы всегда не пользоваться тольковиртуальным образом диска?

Дело в том, что процесс записи диска CD-R долженбыть непрерывным. Это предъявляет серьезныетребования к производительности дисковойсистемы. Если в результате задержки впоступлении данных внутренний буфер устройствазаписи окажется пустым, то процесс записипрервется и вам останется только выброситьиспорченный диск CD-R. Когда вы готовите образдиска в виде файла, данные будут поступать вустройство записи более равномерно, чем прииспользовании виртуального образа диска.

Чтобы уменьшить риск провреждения диска CD-R врезультате недостаточной скорости поступленияданных или возникновения других ошибок, передзаписью рекомендуется выполнить тестирование. Врежиме тестирования программа имитирует записьданных на диск CD-R, но сама запись не выполняется.Хотя тестирование длится достаточно долго,пренебрегать им не следует.

Если в результате тестирования выяснится, чтопроизводительность системы недостаточна длязаписи из виртуального файла образа диска, можнопопробовать создать физический файл образадиска и выполнить тестирование повторно.

После тестирования выбирайте режим записи иждите. В зависимости от скорости устройствапроцедура записи может длиться от десятка минутдо часа.

Когда процесс будет закончен, программа записизакроет сеанс и диск, в результате чего на дискебудет сформирована область оглавления размеромпримерно 13 мегабайт.

Запись диска CD-R за несколько сеансов

Только что описанная процедура записи данныхпредполагает, что вы заранее подготовили всефайлы для записи, а затем перенесли их на диск CD-Rза один прием, или, как говорят, в одном сеансе.Однако это не всегда удобно, так как требуетсяподготовить все данные сразу.

Современные устройства записи дисков CD-Rпозволяют формировать диск постепенно, занесколько сеансов. В каждом сеансе вы можетезаписывать одну или несколько дорожек, при этомпространство на жестком диске будетиспользоваться более экономно.

При завершении сеанса на диск записываютсяобласти lead-in и lead-out. Заметим, что так как этиобласти занимают достаточно много места,многосеансная запись обычно применяется длядобавления на диск CD-R относительно большогоколичества данных. Кроме того, диск ISO-9660 можетсодержать не более 99 дорожек, что накладываетдополнительное ограничение на областиприменения многосеансной записи.

Обращаем ваше внимание на очень важноеобстоятельство, которое нужно учесть присоздании дисков с несколькими сеансами. Когда вызаписываете второй и последующий сеансы,необходимо указывать, что этот сеанс должен бытьсвязан с предыдущим. В этом, и только в этомслучае данные, записанные во время несколькихсеансов, будут выглядеть, как записанные за одинприем.

Как это получается?

При завершении первого сеанса на первуюдорожку помещается оглавление, в котором естьссылки на записанные файлы и каталоги. Когдазавершается второй сеанс, на второй дорожкетакже создается оглавление. Если при записивторого сеанса вы указали связь с первойдорожкой, то в оглавление второй дорожкипомещается ссылка на оглавление первой дорожки.Таким образом, оглавления двух дорожек как быобъединяются в одно общее оглавление.

Когда вы вставляете многосеансный диск вустройство чтения дисков CD-ROM, все эти оглавлениясчитываются и объединяются. В результатепользователь видит диск полностью, как будто онбыл записан за один сеанс.

К сожалению, с многосеансными дисками иногдавозникают проблемы, о которых вы должны знать.

Во-первых, многосеансные диски должны бытьзаписаны в формате CD-ROM/XA. Такие диски могут нераспознаваться как многосеансные старымиустройствами чтения CD-ROM. В этом случае будетдоступны данные только первого сеанса. Вдокументации к устройству должно быть сказано,способно ли оно работать с дисками формата CD-ROM/XA.

Во-вторых, при записи первого сеанса вы можетепо ошибке указать вместо формата CD-ROM/XA форматCD-ROM. В этом случае даже некоторые новыеустройства чтения CD-ROM могут не распознаватьдополнительные сеансы.

В-третьих, вы можете забыть связать оглавлениетекущего сеанса с оглавлением предыдущегосеанса. В результате для чтения данных будетдоступны только данные последнего сеанса.

Компакт-диск, с которого можнозагрузить операционную систему

Есть одна область применения обычных дискет,где у них до сих пор не было конкурентов — этозагрузочные дискеты для установки операционныхсистем. У каждого в запасе есть хотя бы однатакая, чтобы можно было восстановитьработоспособность компьютера после крахаоперационной системы или жесткого диска. Однакотеперь появились загрузочные компакт-диски,которые могут отнять у дискет и этот хлеб.

Возможность загрузки операционной системы скомпакт-диска уже давно существует в серверахсерии Proliant, которые поставляются фирмой Compaq.Приобретая такой сервер, вы получаете вместе сним набор компакт-дисков Smart Start Operatng Systems.Пользуясь этим комплектом, можно выполнитьустановку одной из нескольких операционныхсистем непосредственно с компакт-дисков.

Многие современные компьютеры допускаютзагрузку операционной системы с компакт-диска.Эта возможность может быть задействована припомощи программы BIOS Setup. Заметим, чтооперационная система Microsoft Windows NT поставляется накомпакт-диске, с которого можно выполнятьзагрузку, поэтому перед ее установкой на новыйкомпьютер вам не нужны загрузочные дискеты илираздел на жестком диске с операционной системойMS-DOS.

Некоторые программы записи дисков CD-R, например,WinOnCD, позволяют создавать загрузочныекомпакт-диски как образы загружаемых логическихдисков. Изготовив такой компакт-диск, вы можетезабыть про ненадежные загрузочные дискеты.

Копирование дисков CD-ROM

Одно из наиболее распространенных примененийустройств записи дисков CD-R — это копированиедисков CD-ROM. Такое копирование может выполнятьсядвумя способами.

Первый способ предполагает создание образаисходного диска в виде файла ISO и запись этогофайла на жесткий диск. В дальнейшем, пользуясьфайлом образа диска, вы сможете сделать любоеколичество копий. Программы записи дисков CD-Rобычно позволяют создавать файл образа,последовательно читая дорожки исходного диска.Эта процедура выполняется намного быстрее, чемкопирование диска по файлам.

Второй способ — это прямое копированиеисходного диска CD-ROM на чистый диск CD-R. Он удобен,когда вам нужна только одна копия диска, или нетместа на жестком диске для размещения файлаобраза размером 650 Мбайт. Для прямого копированияпомимо устройства записи дисков CD-R ваш компьютеробязательно должен быть оборудован устройствомчтения CD-ROM с интерфейсом SCSI-2. Последнееобстоятельство имеет решающее значение, так какпрограммы записи дисков CD-R не способныиспользовать для прямого копирования широкораспространенные устройства чтения CD-ROM синтерфейсом IDE из-за недостаточной пропускнойспособности этого интерфейса.

Копируя диски CD-ROM, следует поинтересоваться,разрешено ли это лицензионным соглашением.Обычно вам разрешается сделать резервную копиюкомпакт-диска для личного пользования, но такбывает далеко не всегда.

Вам могут встретиться компакт-диски,защищенные от копирования. Один из методовзащиты заключается в записи дополнительныхданных между дорожками, которые потомпроверяются в процессе установки или работызащищенной программы. Далеко не все программызаписи дисков CD-R позволяют копировать такиедиски. В частности, наиболее распространеннаяпрограмма Adaptec Easy CD копирование дополнительныхданных не выполняет. Вы можете скопировать с еепомощью защищенный диск, не получив при этомсообщения об ошибке, но защищенная программаработать не станет.

Новая технология пакетной записи иформат CD-UDF

Если только что описанные способы записидисков CD-R кажутся вам слишком утомительными, томы можем сообщить нечто приятное. Совсем недавнобыл разработан новый формат CD-UDF, которыйпозволяет (при наличии соответствующегоаппаратного и программного обеспечения)обращаться к дискам CD-R и CD-RW как к обычнымдискетам, по их буквенному обозначению.

Для того чтобы устройство записи CD-R моглосоздавать диски формата CD-UDF, оно должно уметьработать в так называемом режиме пакетнойзаписи.

Что это такое?

До изобретения пакетной записи минимальнойединицей информации, сохраняемой на диске CD-R заоднин сеанс, была дорожка. При использованииформата CD-ROM/XA вы могли дописывать дорожки вотдельных сеансах (режим track-at-once), но толькополные дорожки, а не их отдельные части. Пакетныйрежим позволяет сохранять на диске блоки ещеменьшего размера, в результате чего открываетсявозможность дописывать на диск CD-R или CD-RWотдельные файлы.

Владельцы операционной системы Microsoft Windows 95могут установить программу Adaptec DirectCD, которая,пользуясь упомянутой технологией пакетнойзаписи, превращает устройство записи дисков CD-R вобычный дисковый накопитель. Разумеется, самоустройство должно быть совместимым с форматомCD-UDF.

Установив в такое устройство диск CD-R или CD-RW, выможете записывать файлы непосредственно на него,перетаскивая их мышью из папок, окна программыExplorer или даже сохраняя их при помощи строки Save asменю File приложений Windows. Кроме этого, можноудалять или переименовывать файлы и каталоги, атакже перезаписывать файлы (рис. 8).

Рис. 8. Сообщение о возможностипрямого доступа к компакт-диску CD-R

Разумеется, в процессе работы объем свободногопространства на диске постоянно уменьшается, таккак прямая перезапись данных на диске CD-Rневозможна. При перезаписи файла становитсядоступна новая версия, а старая остается лежатьна месте, отнимая свободное пространство. Ничегоне поделать — диск CD-R никогда не будет работатьтак, как магнитооптический диск.

У новой технологии масса преимуществ.Перечислим только некоторые из них.

Во-первых, процедура записи информации на дискиCD-R с использованием Adaptec DirectCD настолько проста,что стала доступной даже для начинающихпользователей компьютера.

Во-вторых, всего за 7-9 долларов вы получаетесменный диск емкостью 650 мегабайт, на которыйможно записывать и дозаписывать отдельные файлы.Это намного дешевле, чем в случае применениялюбых других устройств, таких какмагнитооптические накопители, диски PD-CD илинакопители JAZZ.

В-третьих, выбирая формат CD-UDF, вы обеспечиваетесовместимость с устройствами чтениякомпакт-дисков гигантской емкости типа DVD,которые скоро появятся в продаже.

В-четвертых, так как размер пакета небольшой, онвсегда целиком помещается во внутреннем буфереустройства записи дисков CD-R. Поэтому никогда невозникает проблема опустошения буфера, о котороймы говорили выше.

К сожалению, диск, записанный в форматепрограммы Adaptec DirectCD, нельзя прочесть на обычномустройстве чтения CD-ROM. Однако эта программаможет преобразовать его в формат Joliet, дописавоглавление при извлечении диска (рис. 9). Послетакой процедуры вы сможете получить доступ кзаписанным данным в среде Windows 95 или Windows NT 4.0,вставив диск в устройство чтения CD-ROM.

Рис. 9. При извлечении диска естьвозможность преобразовать его формат

Скоро появятся устройства чтения дисков CD-ROM иDVD, которые будут напрямую работать с дисками CD-R иCD-RW, подготовленными программой Adaptec DirectCD.

В заключение несколько советов для тех, ктособирается записывать диски CD-R или CD-RW, пользуясьспециально предназначенными для этогопрограммами, такими как Easy CD Pro.

• Перед записью диска CD-R всегда выполняйте тестирование, особенно если вы выполняете запись из виртуального образа диска. Это позволит избежать ситуации, когда в результате недостаточной производительности дисковой системы или ошибки диск CD-R оказывается испорчен.
• Выполняйте дефрагментацию жесткого диска, содержащего исходные файлы или файл образа диска. Это снизит вероятность возникновения описанной выше ситуации.
• Если тестирование показало, что запись из виртуального образа диска невозможна по причине недостаточной производительности дисковой системы компьютера, попробуйте снизить скорость записи до одинарной и повторить тестирование.
• Перед тем как приступить к записи диска CD-R, завершите работу всех других приложений. Это относится и к программам предохранения экрана от преждевременного выгорания.
• Никогда не прикасайтесь пальцами к рабочей поверхности компакт-диска.
• Не используйте для подписывания компакт-дисков шариковые ручки. Если вам нужна надпись на компакт-диске, сделайте ее мягким фломастером с несмываемыми чернилами.

Заметим, что при работе с дисками в формате CD-UDFпри помощи программы Adaptec DirectCD вы можетепроигнорировать все перечисленные выше советы,кроме двух последних. Так как пакетный режимисключает возможность несвоевременногоопустошения буфера устройства записи, вам ни кчему предпринимать специальные меры дляповышения производительности дисковой системы.Вы можете записывать файлы на диск CD-UDF, копируяих с дискет, из сети или сохраняя из работающегоприложения — никаких проблем с буфером при этомне возникнет.

(С) Фролов А.В., Фролов Г.В., 1997 , журнал"Hard’n’Soft"

Накопители на оптических дисках

Начиная с 1995 года в базовую конфи-гурацию персонального компьютера вместо дисководов на 5,25 дюймов начали включать дисковод CD-ROM. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD. Цифровая запись на компакт-диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому стандартный CD имеет емкость порядка 650-700 Мбайт. Такие большие объемы характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа. Кроме мультимедийних изданий (электронные книги, энциклопедии, музыкальные альбомы, видеофильмы, компьютерные игры) на компакт-дисках распространяется разнообразное системное и прикладное программное обеспечения больших объемов (операционные системи, офисные пакеты, системы программирования и т.д.)

Компакт-диски изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм. и толщиной 1,2 мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота. В условиях массового производства запись информации на диск происходит путем выдавливания на поверхности дорожки, в виде ряда углублений. Такой подход обеспечивает двоичную запись информации. Углубление (pit - пит), поверхность (land - лэнд). Логический нуль может быть представлен как питом, так и лэндом. Логическая единица кодируется переходом между питом и лэндом. От центра к краю компакт-диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. Поверхность диска разбита на три области. Начальная (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Для штамповки существует специальная матрица-прототип (мастер-диск) будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности. После штамповки, на поверхность диска наносят защитную пленку из прозрачного лака.

Накопитель CD-ROM содержит:

• электродвигатель, который вращает диск;
• оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;
• микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

Основные характеристики CD-ROM:

• скорость передачи данных - измеряется в кратных долях скорости проигрывателя аудио компакт-дисков (150 Кбайт/сек) и характеризует максимальную скорость с которой накопитель пересылает данные в оперативную память компьютера, например, 2-скоростной CD-ROM (2x CD-ROM) будет считывать данные с скоростью 300 Кбайт/сек., 50-скоростной (50x) - 7500 Кбайт/сек.;
• время доступа - время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах.

Основной недостаток стандартных CD-ROM - невозможность записывания данных, но существуют устройства однократной записи CD-R и многоразовой записи CD-RW.

Накопитель CD-R (CD-Recordable)

Внешне похожи на накопители CD-ROM и совместимые с ними по размерам дисков и форматам записи. Позволяют выполнить одноразовую запись и неограниченное количество считываний. Запись данных осуществляется с помощью специального программного обеспечения. Скорость записи современных накопителей CD-R составляет 4х-8х.

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable)

Используются для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск новой информацией (предудущие данные уничтожаются). Как и в случае с накопителями CD-R, для записи данных необходимо установить в системе специальные программы, причем формат записи совместимый с обычным CD-ROM. Скорость записи современных накопителей CD-RW составляет 2х-4х.

Накопитель DVD (Digital Video Disk)

Устройство для чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD-диск похож на обычный CD-ROM (диаметр - 120 мм, толщина 1,2 мм), однако отличается от него тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух - до 9,4 Гбайт. В случае использования двухслойной схемы записи на одной стороне можно разместить уже до 8,5 Гбайт информации, соответственно на двух сторонах - около 17 Гбайт. DVD-диски допускают перезапись информации.

Важнейшим фактором, сдерживающим широкое применение накопителей CD-R, CD-RW и DVD, является высокая стоимость как их самих, так и сменных носителей.