Войти
A CD-ROM (, компакт-диск с постоянным запоминающим устройством ) - это предварительно запрессованный оптический компакт-диск, который содержит данные. Компьютеры могут читать - но не записывать или стирать - CD-ROM, т.е. это тип постоянной памяти.
В течение 1990-х годов CD- ПЗУ широко использовались для распространения программного обеспечения и данных для компьютеров и игровых консолей пятого поколения. Некоторые компакт-диски, называемые расширенными компакт-дисками, содержат как компьютерные данные, так и аудио, причем последние могут воспроизводиться на проигрывателе компакт-дисков, тогда как данные (например, программное обеспечение или цифровое видео) можно использовать только на компьютере (например, на компакт-дисках ПК формата ISO 9660 ).
Самая ранняя теоретическая работа по хранению на оптических дисках была проведена независимыми исследователями в США, включая Дэвида Пола Грегга (1958) и Джеймса Рассела (1965-1975).. В частности, патенты Грегга были использованы в качестве основы спецификации LaserDisc, которая была совместно разработана MCA и Philips после того, как MCA приобрела патенты Грегга, а также основанная им компания Gauss Electrophysics. LaserDisc был непосредственным предшественником компакт-диска, с основным отличием в том, что LaserDisc кодировал информацию посредством аналогового процесса, тогда как компакт-диск использовал цифровое кодирование.
Основная работа по оцифровке оптического диска была выполнена Тоши Дой и Кисом Шухамером Имминком в 1979–1980 годах, которые работали в рабочей группе для Sony и Филлипс. Результатом стал Compact Disc Digital Audio (CD-DA), созданный в 1980 году. CD-ROM позже был разработан как расширение CD-DA и адаптирован для хранения любых форм цифровых данных. с начальной емкостью 553 МиБ. Sony и Philips создали технический стандарт, который определяет формат CD-ROM в 1983 году, который впоследствии стал называться Желтой книгой. Одна из набора книг в цветном переплете, которые содержат технические спецификации для всех форматов компакт-дисков, Желтая книга определяет формат для дисков с максимальной емкостью 650 МБ. Компакт-диск был анонсирован в 1984 году и представлен Denon и Sony на первой японской компьютерной выставке COMDEX в 1985 году.
 Традиционный CD-ROM | |
| Тип носителя | Оптический диск |
|---|---|
| Кодирование | Различное |
| Емкость | 194 МиБ (8 см), 650–900 MiB (12 см) |
| Механизм считывания | лазерный диод 600-780 нм, 150 КиБ / с (1 ×), 10800 КБ / с (72 ×) |
| Механизм записи | Прессованная форма |
| Стандарт | ISO / IEC 10149 |
| Использование | Хранение данных |
CD-ROM в лотке частично открытого привода DVD-ROM. CD-ROM по внешнему виду идентичны аудио компакт-дискам, а данные хранятся и извлекаются в очень похожем способом (отличается от аудио компакт-дисков только стандартами, используемыми для хранения данных). Диски изготавливаются из диска толщиной 1,2 мм из поликарбоната пластика с тонким слоем алюминия для создания отражающей поверхности. Наиболее распространенный размер CD-ROM - 120 мм в диаметре, хотя меньший стандартный Mini CD с диаметром 80 мм, а также компакт-диски формы различных нестандартных размеров и формы (например, носитель размером с визитную карточку ) также доступны.
Данные хранятся на диске в виде серии микроскопических углублений. На отражающую поверхность диска светят лазером для считывания рисунка ямок и площадок («ямок», а промежутки между ними называются «площадками»). Поскольку глубина ямок составляет примерно от четверти до одной шестой длины волны лазерного света, используемого для считывания диска, фаза отраженного луча смещена относительно входящему лучу, вызывая деструктивную интерференцию и уменьшая интенсивность отраженного луча. Это преобразуется в двоичные данные.
Для данных, хранящихся на компакт-дисках, используются несколько форматов, известных как Rainbow Books. Желтая книга, опубликованная в 1988 году, определяет спецификации для CD-ROM, стандартизированные в 1989 году как стандарт ISO / IEC 10149 / ECMA -130. Стандарт CD-ROM основан на оригинальном стандарте Red Book CD-DA для аудио компакт-дисков. Другие стандарты, такие как Белая книга для Видео компакт-дисков, дополнительно определяют форматы, основанные на спецификациях CD-ROM. Сама «Желтая книга» не находится в свободном доступе, но стандарты с соответствующим содержанием можно бесплатно скачать с ISO или ECMA.
Существует несколько стандартов, которые определяют, как структурировать файлы данных на CD-ROM. ISO 9660 определяет стандартную файловую систему для CD-ROM. ISO 13490 является улучшением этого стандарта, который добавляет поддержку непоследовательной однократной записи и перезаписываемых дисков, таких как CD-R и CD-RW, а также несколько сеансов. Стандарт ISO 13346 был разработан для устранения большинства недостатков ISO 9660, и его часть превратилась в формат UDF, который был принят для DVD. Спецификация загрузочного компакт-диска была выпущена в январе 1995 года, чтобы заставить компакт-диск имитировать жесткий диск или гибкий диск и называется El Torito.
Данные, хранящиеся на CD-ROM, соответствуют стандартным методам кодирования данных CD, описанным в спецификации Red Book (первоначально определено только для аудио CD ). Это включает в себя перекрестное чередование кодирования Рида – Соломона (CIRC), модуляцию от восьми до четырнадцати (EFM) и использование питов и площадок для кодирования. биты в физическую поверхность компакт-диска.
Структуры, используемые для группировки данных на CD-ROM, также взяты из Красной книги. Подобно аудио компакт-дискам (CD-DA), сектор CD-ROM содержит 2352 байта пользовательских данных, состоящих из 98 кадров, каждый из которых состоит из 33 байтов (24 байта для пользовательских данных, 8 байтов для ошибок. исправление и 1 байт для подкода). В отличие от аудио компакт-дисков, данные, хранящиеся в этих секторах, соответствуют любому типу цифровых данных, а не аудиосэмплам, закодированным в соответствии со спецификацией аудио компакт-диска. Для структурирования, адресации и защиты этих данных стандарт CD-ROM дополнительно определяет два режима сектора, режим 1 и режим 2, которые описывают два разных макета для данных внутри сектора. Дорожка (группа секторов) на CD-ROM содержит только секторы в одном и том же режиме, но если на CD-ROM присутствует несколько дорожек, каждая дорожка может иметь свои сектора в другом режиме из остальные треки. Они также могут сосуществовать с треками аудио CD, как в случае CD со смешанным режимом.
Оба сектора режима 1 и 2 используют первые 16 байтов для заголовка информации, но отличаются в оставшихся 2336 байтах из-за использования исправления ошибок байтов. В отличие от аудио компакт-диска, компакт-диск не может полагаться на маскирование ошибок с помощью интерполяции ; требуется более высокая надежность полученных данных. Для улучшения исправления и обнаружения ошибок режим 1, используемый в основном для цифровых данных, добавляет 32-битный код циклического контроля избыточности (CRC) для обнаружения ошибок и третий уровень Рида-Соломона. Редактирование данных с использованием кода, подобного продукту Рида-Соломона (RSPC). Таким образом, режим 1 содержит 288 байтов на сектор для обнаружения и исправления ошибок, оставляя 2048 байтов на сектор для данных. Режим 2, который больше подходит для данных изображения или видео (где безупречная надежность может быть немного менее важной), не содержит дополнительных байтов обнаружения или исправления ошибок, поэтому в каждом секторе имеется 2336 доступных байтов данных. Обратите внимание, что оба режима, как и аудио компакт-диски, по-прежнему выигрывают от нижних уровней исправления ошибок на уровне кадра.
Перед сохранением на диске описанными выше способами каждый компакт-диск: Сектор ПЗУ скремблируется, чтобы предотвратить отображение некоторых проблемных шаблонов. Эти скремблированные сектора затем следуют тому же процессу кодирования, который описан в Красной книге, чтобы в конечном итоге быть сохраненными на компакт-диске.
В следующей таблице показано сравнение структуры секторов в CD-DA и CD-ROM:
| Формат | ← Структура секторов 2352 байта → | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Цифровое аудио CD: | 2,352 (цифровой звук) | |||||||
| CD-ROM, режим 1: | 12 (шаблон синхронизации) | 3 (адрес) | 1 (режим, 0x01) | 2,048 (данные) | 4 (обнаружение ошибки) | 8 (зарезервировано, ноль) | 276 (исправление ошибок) | |
| CD -ROM Mode 2: | 12 (шаблон синхронизации) | 3 (Address) | 1 (Mode, 0x02) | 2,336 (Data) | ||||
Чистая скорость передачи байтов CD-ROM Mode-1, основанная на сравнении со стандартами аудио CD-DA, составляет 44100 Гц × 16 бит / выборку × 2 каналов × 2048/2352/8 = 153,6 кБ / с = 150 кБ / с. Это значение, 150 КиБ / с, определяется как «1 × скорость». Следовательно, для CD-ROM в режиме 1 привод 1 × CD-ROM читает 150/2 = 75 последовательных секторов в секунду.
Время воспроизведения стандартного компакт-диска составляет 74 минуты или 4 440 секунд, содержащихся в 333 000 блоках или секторах. Следовательно, чистая емкость CD-ROM режима 1 составляет 682 МБ (650 МБ ). Для 80-минутных компакт-дисков емкость составляет 737 МБ (703 МБ).
CD-ROM XA - это расширение стандарта Yellow Book для CD-ROM, которое объединяет сжатые аудио-, видео- и компьютерные данные, обеспечивая одновременный доступ ко всем. Он был задуман как мост между CD-ROM и CD-i (Green Book ) и был опубликован Sony и Philips, и поддержано Microsoft в 1991 году, впервые анонсировано в сентябре 1988 года. «XA» означает расширенную архитектуру.
CD-ROM XA определяет две новые схемы расположения секторов, называемые Mode 2 Form 1 и Mode 2 Form 2 (которые отличаются от оригинального Mode 2). XA Mode 2 Form 1 аналогична структуре Mode 1, описанной выше, и может чередоваться с секторами XA Mode 2 Form 2; он используется для данных. XA Mode 2 Form 2 содержит 2324 байта пользовательских данных и аналогичен стандартному Mode 2, но с добавленными байтами обнаружения ошибок (без исправления ошибок). Он может чередоваться с секторами XA Mode 2 Form 1 и используется для аудио / видеоданных. Видео CD, Super Video CD, Photo CD, Enhanced Music CD и CD-i используют эти режимы секторов.
В следующей таблице показано сравнение структуры секторов в режимах XA CD-ROM:
| Формат | ← Структура сектора 2352 байта → | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CD-ROM XA Mode 2, Form 1: | 12 (шаблон синхронизации) | 3 (адрес) | 1 (Режим) | 8 (Подзаголовок) | 2,048 (Данные) | 4 (Обнаружение ошибки) | 276 (Исправление ошибок) | |
| CD-ROM XA Mode 2, Form 2: | 12 (шаблон синхронизации) | 3 (Address) | 1 (Mode) | 8 (Подзаголовок) | 2,324 (Данные) | 4 (Обнаружение ошибок) | ||
Когда образ диска на CD-ROM создается, это может быть сделано либо в "сыром" режиме (извлечение 2352 байта на сектор, независимо от внутренней структуры), либо с получением только полезных данных сектора (2048/2336/2352/2324 байта в зависимости от режима CD-ROM). Размер файла образа диска, созданного в необработанном режиме, всегда кратен 2352 байтам (размеру блока). Форматы образов дисков, в которых хранятся необработанные секторы CD-ROM, включают CCD / IMG, CUE / BIN и MDS / MDF. Размер образа диска, созданного из данных в секторах, будет зависеть от типа используемых секторов. Например, если образ CD-ROM в режиме 1 создается путем извлечения только данных каждого сектора, его размер будет кратен 2048; Обычно это имеет место для образов дисков ISO.
На 74-минутном CD-R можно разместить образы дисков большего размера в необработанном режиме, до 333000 × 2352 = 783 216 000 байт (~ 747 МиБ). Это верхний предел для необработанных изображений, созданных на компакт-диске Red Book объемом 74 мин или ≈650 МБ. Увеличение на 14,8% связано с отбрасыванием данных для исправления ошибок.
Предварительно запрессованные CD-ROM производятся серийно путем штамповки, при которой создается стеклянный мастер-диск, который используется для изготовления штампов, которые, в свою очередь, используются для изготовления несколько копий финального диска с уже присутствующими ямами. Записываемые (CD-R ) и перезаписываемые (CD-RW ) диски производятся другим способом, при котором данные записываются на них с помощью лазера, изменяющего свойства красителя или фазовый переход материала в процессе, который часто называют «горением ».
CD-ROM может легко хранить все слова и изображения бумажной энциклопедии, а также аудио- и видеоклипы. Емкость CD-ROM обычно выражается с помощью двоичных префиксов, вычитая пространство, используемое для данных исправления ошибок. Стандартный 120-миллиметровый компакт-диск объемом 700 МБ фактически может вместить около 737 МБ (703 МБ) данных с исправлением ошибок (или всего 847 МБ). Для сравнения, однослойный DVD-ROM может содержать 4,7 ГБ защищенных от ошибок данных, то есть более 6 CD-ROM.
| Тип | Секторы | Данные (режим 1) макс. размер | Аудио макс. размер | Время | |
|---|---|---|---|---|---|
| (MB ) | Прибл. (МиБ ) | (МБ) | (мин ) | ||
| 8 см | 94,500 | 193,536 | 184,570 | 222,264 | 21 |
| 283,500 | 580,608 | 553,711 | 666,792 | 63 | |
| 650 МБ | 333,000 | 681.984 | 650.391 | 783.216 | 74 |
| 700 МБ | 360,000 | 737.280 | 703,125 | 846,720 | 80 |
| 800 МБ | 405,000 | 829,440 | 791,016 | 952,560 | 90 |
| 900 МБ | 445 500 | 912.384 | 870.117 | 1047,816 | 99 |
| Примечание: значения в мегабайтах (МБ) и минутах (мин) являются точными; значения в МБ являются приблизительными. | |||||
вид разобранной лазерной системы привода CD-ROM 
движение лазера позволяет чтение в любом месте CD 
Лазерная система привода CD-ROM Диски CD-ROM читаются с помощью приводов CD-ROM. Привод CD-ROM может быть подключен к компьютеру через IDE (ATA ), SCSI, SATA, FireWire или USB в интерфейс или собственный интерфейс, такой как интерфейс компакт-диска Panasonic, стандарты LMSI / Philips, Sony и Mitsumi. Практически все современные приводы CD-ROM могут также воспроизводить аудио компакт-диски (а также видео компакт-диски и другие стандарты данных) при использовании с правильным программным обеспечением.
приводы CD-ROM используют ближний инфракрасный 780 nm лазерный диод. Лазерный луч направляется на диск через оптико-электронный модуль отслеживания, который затем определяет, был ли луч отражен или рассеян.
Приводы CD-ROM имеют коэффициент скорости относительно музыкальных компакт-дисков. Если CD-ROM читается с той же скоростью вращения, что и аудио CD, скорость передачи данных составляет 150 кБ / с (176,4 кБ / с), обычно называемая «1 ×» (с постоянной линейной скоростью, сокращенно "CLV"). При такой скорости передачи данных дорожка движется под лазерным пятном со скоростью около 1,2 м / с. Для поддержания этой линейной скорости при перемещении оптической головки в разные положения угловая скорость изменяется от примерно 500 об / мин на внутреннем крае до 200 об / мин на внешнем крае. Рейтинг скорости 1 × для CD-ROM (150 КБ / с) отличается от рейтинга скорости 1 × для DVD (1,32 МБ / с).
За счет увеличения скорости вращения диска данные могут передаваться с большей скоростью. Например, привод CD-ROM, который может читать с 8-кратной скоростью, раскручивает диск со скоростью от 1600 до 4000 об / мин, обеспечивая линейную скорость 9,6 м / с и скорость передачи 1200 КиБ / с. При скорости выше 12 × большинство приводов считывают данные при постоянной угловой скорости (CAV, постоянные об / мин), так что двигатель не должен переключаться с одной скорости на другую, когда головка перемещается с места на место на диске. В режиме CAV число «×» обозначает скорость передачи на внешнем крае диска, где она максимальна. 20 × считалось максимальной скоростью из-за механических ограничений, пока Samsung Electronics не представила SCR-3230, 32-кратный привод CD-ROM, в котором используется система с шариковыми подшипниками для балансировки вращения. диск в приводе для уменьшения вибрации и шума. По состоянию на 2004 год самая высокая обычно доступная скорость передачи составляла около 52 × или 10400 об / мин и 7,62 МБ / с. Более высокие скорости вращения ограничены прочностью поликарбонатного пластика, из которого сделаны диски. При 52x линейная скорость самой внешней части диска составляет около 65 м / с. Тем не менее, улучшения все же можно получить, используя несколько лазерных датчиков, как продемонстрировал Kenwood TrueX 72 ×, который использует семь лазерных лучей и скорость вращения приблизительно 10 ×.
Первый привод с 12-кратным увеличением был выпущен в конце 1996 года. Выше 12-кратной скорости возникают проблемы с вибрацией и нагревом. Приводы CAV обеспечивают скорость до 30 × на внешнем крае диска при той же скорости вращения, что и стандартная (постоянная линейная скорость, CLV), 12 × или 32 × с небольшим увеличением. Однако из-за характера CAV (линейная скорость на внутреннем крае все еще составляет всего 12 ×, плавно увеличиваясь между ними) фактическое увеличение пропускной способности составляет менее 30/12: фактически, примерно в 20 × в среднем для полностью полного диска., и тем более для частично заполненного.
Проблемы с вибрацией из-за ограничений достижимой симметрии и прочности в массовых носителях означают, что скорость приводов CD-ROM не сильно увеличилась с конца 1990-х годов. Спустя более 10 лет широко доступные приводы варьируются от 24 × (компактные и портативные устройства, скорость вращения 10 ×) до 52 × (обычно устройства для компакт-дисков и только для чтения, скорость вращения 21 ×), и все используют CAV для достижения заявленной " max "скорости, от 32 × до 48 × наиболее распространенных. Даже в этом случае эти скорости могут вызвать плохое считывание (исправление ошибок привода стало очень сложным в ответ) и даже разрушение плохо сделанного или физически поврежденного носителя, с небольшими трещинами, быстро перерастающими в катастрофические поломки при центростремительной нагрузке на 10 000–13 000 об / мин (т. Е. 40 –52 × CAV). Высокие скорости вращения также вызывают нежелательный шум от вибрации диска, потока воздуха и самого двигателя шпинделя. Большинство приводов 21-го века допускают принудительные низкоскоростные режимы (с помощью небольших служебных программ) в целях безопасности, точного чтения или молчания и автоматически отключаются, если встречаются многочисленные ошибки последовательного чтения и повторные попытки.
Были опробованы другие методы повышения скорости чтения, такие как использование нескольких оптических лучей, увеличение пропускной способности до 72 × при 10 × скорости вращения, но наряду с другими технологиями, такими как 90 ~ 99 минутные записываемые носители, рекордеры GigaRec и компакт-диски двойной плотности (Purple Book стандартный), их полезность была сведена на нет с появлением потребительских DVD- Приводы ROM, поддерживающие 36 эквивалентных скоростей CD-ROM (4 DVD) или выше. Кроме того, с компакт-диском объемом 700 МБ, полностью читаемым менее чем за 2½ минуты при 52 × CAV, увеличение фактической скорости передачи данных оказывает меньшее влияние на общую эффективную скорость привода, если принять во внимание другие факторы, такие как загрузка / выгрузка, распознавание носителей и т. Д. время вращения вверх / вниз и случайное время поиска, что значительно снижает отдачу от инвестиций в разработку. Подобный эффект расслоения с тех пор наблюдался при разработке DVD, где максимальная скорость стабилизировалась на уровне 16 × CAV (с исключительными случаями между 18 × и 22 ×), а емкость - на уровне 4,3 и 8,5 ГиБ (одно- и двухслойные) с более высокой скоростью и емкостью, а не с приводами Blu-ray.
Записываемые компакт-диски часто продаются с тремя различными номиналами скорости: одна скорость для операций однократной записи, одна для операций перезаписи и одна для операций только для чтения. Скорости обычно указываются в таком порядке; то есть привод компакт-дисков 12 × / 10 × / 32 × может, если позволяют ЦП и носитель, записывать на диски CD-R со скоростью 12 × (1,76 МБ / с), записывать на диски CD-RW со скоростью 10 × (1,46 МБ / с). с) и чтение с компакт-дисков на 32-кратной скорости (4,69 МБ / с).
| Скорость передачи | КиБ / с | Мбит / с | МиБ / с | об / мин (от внешнего к внутреннему краю) |
|---|---|---|---|---|
| 1 × | 150 | 1,2288 | 0,146 | 200–530 |
| 2 × | 300 | 2.4576 | 0,293 | 400–1,060 |
| 4 × | 600 | 4,9152 | 0,586 | 800–2,120 |
| 8 × | 1,200 | 9,8304 | 1,17 | 1,600–4,240 |
| 10 × | 1,500 | 12,288 | 1,46 | 2,000–5300 |
| 12 × | 1,800 | 14,7456 | 1,76 | 2,400–6,360 |
| 20 × | 1,200–3,000 | до 24,576 | до 2,93 | 4,000 (CAV ) |
| 24 × | 1,440–3,600 | до 29,491 | до 3,51 | 4,800 ( CAV ) |
| 32 × | 1,920–4,800 | до 39,3216 | до 4,69 | 6,400 (CAV ) |
| 36 × | 2,160–5,400 | до 44,2368 | до 5,27 | 7,200 (CAV ) |
| 40 × | 2,400–6,000 | до 49,152 | вверх до 5,86 | 8000 (CAV ) |
| 48 × | 2,880–7 200 | до 58,9824 | до 7,03 | 9,600 (CAV ) |
| 52 × | 3,120–7,800 | до 63,8976 | до 7,62 | 10,400 (CAV ) |
| 56 × | 3,360–8,400 | до 68,8128 | до 8,20 | 11,200 (CAV ) |
| 72 × | 6,750–10,800 | до 88,4736 | до 10,5 | 2700 (многолучевой) |
Дистрибьюторы программного обеспечения, и в особенности распространители компьютерных игр, часто используют различные схемы защиты от копирования, чтобы предотвратить запуск программного обеспечения с любых носителей, кроме оригинальных компакт-дисков. Это несколько отличается от защиты аудио компакт-дисков тем, что обычно реализуется как на носителе, так и в самом программном обеспечении. Сам CD-ROM может содержать «слабые» сектора, затрудняющие копирование диска, и дополнительные данные, которые может быть трудно или невозможно скопировать на CD-R или образ диска, но которые программа проверяет при каждом запуске. чтобы убедиться, что в дисководе компьютера находится оригинальный диск, а не его несанкционированная копия.
Производители записывающих устройств CD (CD-R или CD-RW ) музыкальная индустрия поощряет к тому, чтобы каждый производимый ими привод имел уникальный идентификатор, который будет закодирован приводом на каждом записываемом им диске: RID или идентификационный код записывающего устройства. Это аналог кода идентификации источника (SID), восьмизначного кода, начинающегося с «IFPI », который обычно штампуется на дисках, производимых предприятиями по записи компакт-дисков.
