Оптический дисковод

редактировать
Компьютерный дисковод CD-RW / DVD-ROM Внешний Apple USB SuperDrive Съемный внутренний Lenovo UltraBay дисковод тонкого типа Компонент компьютера, используемый для чтения и записи данных с и на оптические диски Объектив привода CD / DVD на ноутбуке Acer Линзы записывающего устройства Blu-ray в ноутбуке Sony Vaio серии E

В вычислениях, дисковод оптических дисков (ODD ) представляет собой дисковый накопитель , который использует лазерный свет или электромагнитные волны в видимом световом спектре или вблизи него как часть процесса чтения или записи данных в или с оптических дисков. Некоторые приводы могут читать только с определенных дисков, но последние приводы могут как читать, так и записывать, также называемые записывающими устройствами или записывающими устройствами (поскольку они физически записывают органический краситель на однократно записываемые диски CD-R, DVD-R и BD-R LTH). Компакт-диски, DVD и диски Blu-ray представляют собой распространенные типы оптических носителей, которые могут считываться и записываться такими приводами.

Содержание

  • 1 Типы приводов
    • 1.1 Устройства и функции
  • 2 Ключевые компоненты
    • 2.1 Форм-факторы
    • 2.2 Лазер и оптика
      • 2.2.1 Система оптического считывания
      • 2.2. 2 Носитель только для чтения
      • 2.2.3 Записываемый носитель
      • 2.2.4 Перезаписываемый носитель
      • 2.2.5 Двусторонний носитель
      • 2.2.6 Двухслойный носитель
      • 2.2.7 Фототермическая печать
      • 2.2.8 Многолучевые приводы
    • 2.3 Механизм вращения
      • 2.3.1 Предел
    • 2.4 Механизмы загрузки
      • 2.4.1 Загрузка лотков и щелей
      • 2.4.2 Верхняя загрузка
      • 2.4. 3 Загрузка картриджа
    • 2.5 Компьютерные интерфейсы
    • 2.6 Внутренний механизм накопителя
  • 3 История
  • 4 Совместимость
  • 5 Производительность записи
  • 6 Схемы записи
    • 6.1 Уникальный идентификатор записывающего устройства
    • 6.2 Код идентификации источника
    • 6.3 Совместное использование RID и SID в криминалистике
  • 7 См. Также
  • 8 Примечания
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Типы дисков

Как В 2020 году большинство представленных на рынке приводов оптических дисков - это приводы DVD-ROM и приводы BD-ROM, которые считывают и запись из этих форматов, а также наличие обратной совместимости с CD, CD-R и CD-ROM дисками; приводы компакт-дисков больше не производятся вне аудиоустройств. Также производятся приводы DVD и Blu-ray только для чтения, но они реже встречаются на потребительском рынке и в основном ограничиваются мультимедийными устройствами, такими как игровые консоли и проигрыватели дисков. За последние десять лет портативные компьютеры больше не поставляются с дисководами оптических дисков, чтобы снизить затраты и облегчить устройства, что потребует от потребителей приобретения внешних оптических дисководов.

Устройства и функции

Приводы оптических дисков являются неотъемлемой частью автономных устройств, таких как проигрыватели компакт-дисков, проигрыватели DVD, проигрыватели дисков Blu-ray, DVD-рекордеры, некоторые настольные игровые консоли, такие как Sony PlayStation 4, Microsoft Xbox One, Nintendo Wii U, будущие консоли Sony PlayStation 5 и Xbox Series X, а также в старых консолях, таких как Sony PlayStation 3 и Xbox 360, и некоторые портативные игровые приставки, такие как Sony PlayStation Portable (с использованием закрытых проприетарных устройств UMD ). Они также очень часто используются в компьютерах для чтения программного обеспечения и потребительских носителей, распространяемых на дисках, и для записи дисков с целью архивирования и обмена данными. Дисководы для гибких дисков емкостью 1,44 МБ устарели: оптические носители дешевы и имеют гораздо большую емкость, чтобы обрабатывать большие файлы, используемые со времен гибких дисков, и подавляющее большинство компьютеров и у многих бытовых устройств развлечения есть оптические записывающие устройства. USB-накопители, большой емкости, компактные и недорогие, подходят там, где требуется возможность чтения / записи.

Запись на диск ограничивается хранением файлов, воспроизводимых на бытовой технике (фильмы, музыка и т. Д.), Относительно небольших объемов данных (например, стандартный DVD содержит 4,7 гигабайт, однако существуют форматы большей емкости, такие как многослойные диски Blu-ray ) для локального использования и данные для распространения, но только в небольшом масштабе; массовое производство большого количества идентичных дисков путем прессования (тиражирования) дешевле и быстрее, чем индивидуальная запись (тиражирование).

Оптические диски используются для резервного копирования относительно небольших объемов данных, но резервное копирование целых жестких дисков, которые по состоянию на 2015 год обычно содержат многие сотни гигабайт или даже несколько терабайт, меньше практичный. Вместо этого большие резервные копии часто делаются на внешних жестких дисках, поскольку их цена упала до уровня, делающего это жизнеспособным; в профессиональной среде также используются магнитные ленточные накопители .

Некоторые оптические приводы также позволяют прогнозировать сканирование поверхности дисков на наличие ошибок и обнаружение плохого качества записи.

С опцией в авторинге оптических дисков записывающие устройства оптических дисков могут моделировать процесс записи на CD-R, CD-RW, DVD-R и DVD-RW, который позволяет проводить тестирование, например, наблюдать за скоростью и шаблонами записи (например, постоянная угловая скорость, постоянная линейная скорость и P-CAV и Z-CLV варианты) с различными настройками скорости записи и тестированием максимальной емкости отдельного диска, которую можно было бы достичь с помощью записи с переполнением, без записи каких-либо данных на диск.

Немногочисленные оптические приводы позволяют моделировать флеш-накопитель FAT32 с оптических дисков, содержащих ISO9660 / Joliet и UDF файловые системы или аудиодорожки (моделируются как файлы .wav ) для совместимости с mo st USB мультимедийные устройства.

Основные компоненты

Форм-факторы

Оптические приводы для компьютеров бывают двух основных форм: половинной высоты (также известный как настольный накопитель) и тонкого типа (используется в портативных компьютерах и компактных настольных компьютерах ). Они существуют как во внутреннем, так и во внешнем вариантах.

Оптические приводы половинной высоты имеют высоту около 4 сантиметров, а тонкие оптические приводы - около 1 см.

Оптические приводы половинной высоты работают в два раза быстрее, чем оптические приводы тонкого типа, потому что скорости оптических приводов тонкого типа ограничены физическими ограничениями скорости вращения приводного двигателя (около 5000 об / мин ), а не производительность системы оптического датчика.

, потому что на половинной высоте требуется гораздо больше электроэнергии и напряжение постоянного тока, в то время как тонкий оптический приводы работают от 5 вольт, внешние оптические приводы половинной высоты требуют отдельного внешнего источника питания, в то время как внешний тонкий тип обычно может полностью работать от питания, подаваемого через USB-порт компьютера. Приводы половинной высоты также быстрее, чем приводы Slim, так как для вращения диска на более высоких скоростях требуется больше энергии.

Оптические приводы половинной высоты удерживают диски на месте с обеих сторон, а тонкие оптические приводы крепят диск снизу.

Приводы половинной высоты крепят диск с помощью двух шпинделей, каждый из которых содержит магнит, один под лотком, а другой - над лотком. Шпиндели могут быть покрыты флоком или текстурированным силиконовым материалом для создания трения о диск и предотвращения его скольжения. Верхний шпиндель оставлен немного свободным и притягивается к нижнему шпинделю из-за имеющихся у них магнитов. Когда лоток открыт, механизм, приводимый в движение движением лотка, отводит нижний шпиндель от верхнего шпинделя и наоборот, когда лоток закрыт. Когда лоток закрыт, нижний шпиндель касается внутренней окружности риска и немного поднимает диск от лотка к верхнему шпинделю, который притягивается к магниту на нижнем диске, зажимая диск на месте. Только нижний шпиндель моторизован. Лотки в приводах половинной высоты часто полностью открываются и закрываются с помощью моторизованного механизма, который можно толкнуть для закрытия, управлять им с помощью компьютера или управлять с помощью кнопки на приводе. Лотки на дисках половинной высоты и на тонких дисках также могут быть заблокированы любой программой, использующей их, однако их все равно можно извлечь, вставив конец скрепки в отверстие для аварийного извлечения на передней панели привода. Ранние проигрыватели компакт-дисков, такие как Sony CDP-101, использовали отдельный моторизованный механизм для закрепления диска на моторизованном шпинделе.

В тонких приводах используется специальный шпиндель с подпружиненными штифтами особой формы, которые выходят наружу и прижимаются к внутреннему краю диска. Пользователь должен равномерно надавить на внутреннюю окружность диска, чтобы зажать его на шпинделе, и потянуть за внешнюю окружность, одновременно кладя большой палец на шпиндель, чтобы удалить диск, слегка согнув его в процессе и вернувшись к своей нормальной форме. после удаления. Внешний обод шпинделя может иметь текстурированную силиконовую поверхность для создания трения, препятствующего скольжению диска. В тонких приводах большинство, если не все компоненты, находятся на лотке для диска, который выдвигается с помощью пружинного механизма, которым можно управлять с компьютера. Эти лотки не могут закрываться сами по себе; их нужно толкать, пока лоток не остановится.

Лазер и оптика

Система оптического датчика

Головка датчика Оптический датчик с двумя видимыми потенциометрами Головка датчика, вид сбоку Оптический путь

Самая важная часть оптического дисковода - это оптический путь, который находится внутри головки считывания (PUH). PUH также известен как лазерный датчик, оптический датчик, датчик, блок датчика, лазерный блок, лазерный оптический блок, головка / блок оптического датчика или оптический блок. Обычно он состоит из полупроводникового лазерного диода, линзы для фокусировки лазерного луча и фотодиодов для обнаружения света, отраженного от поверхности диска.

Первоначально использовались лазеры CD-типа с длиной волны 780 нм (в инфракрасном диапазоне). Для DVD длина волны была уменьшена до 650 нм (красный цвет), а для дисков Blu-ray она была уменьшена еще больше до 405 нм (фиолетовый цвет).

Используются два основных сервомеханизма, первый из которых поддерживает надлежащее расстояние между линзой и диском, чтобы обеспечить фокусировку лазерного луча в виде небольшого лазерного пятна на диске. Второй сервопривод перемещает головку звукоснимателя по радиусу диска, удерживая луч на пути, непрерывный спиральный путь данных. Оптические диски «читаются», начиная с внутреннего радиуса и заканчивая внешним краем.

Рядом с линзой лазера оптические приводы обычно оснащены от одного до трех крошечных потенциометров (обычно отдельные для CD, DVD и обычно третий для дисков Blu-ray, если поддерживается приводом), который можно повернуть с помощью тонкой отвертки. Потенциометр находится в последовательной цепи с линзой лазера и может использоваться для ручного увеличения и уменьшения мощности лазера в определенных целях.

Лазерный диод, используемый в записывающих устройствах DVD, может иметь мощность до до 100 милливатт такие высокие мощности используются во время записи. Некоторые проигрыватели компакт-дисков имеют автоматическую регулировку усиления (AGC) для изменения мощности лазера для обеспечения надежного воспроизведения дисков CD-RW.

Носитель только для чтения

Оптический датчик вне привода CD / DVD Оптический датчик снаружи привода CD / DVD. Два больших прямоугольника - это фотодиоды для ям, внутренний - для земли. Этот также включает усиление и незначительную обработку.

На фабричных запрессованных носителях, предназначенных только для чтения (ROM), во время производственного процесса дорожки формируются путем вдавливания термопластичной смолы в никелевый штамп, который был изготовлен путем покрытия стеклянного «мастера» с приподнятыми «неровностями» на плоской поверхности, создавая ямки и пятна в пластиковом диске. Поскольку глубина ямок составляет примерно от четверти до одной шестой длины волны лазера, фаза отраженного луча смещается по отношению к входящему лучу, вызывая взаимную деструктивную интерференцию и уменьшая интенсивность отраженного луча. Это обнаруживается фотодиодами, которые создают соответствующие электрические сигналы.

Записываемый носитель

Устройство записи на оптический диск кодирует (также известное как прожиг, поскольку слой красителя постоянно прожигает) данные на записываемый CD-R, Диск DVD-R, DVD + R или BD-R (называемый пустым) путем выборочного нагрева (сжигания) частей органического красителя слой с помощью лазера.

Это изменяет отражательную способность красителя, тем самым создавая метки, которые можно прочитать как ямки и приземления на прессованных дисках. Для записываемых дисков процесс является постоянным, и на носитель можно записать только один раз. Хотя мощность лазера для чтения обычно не превышает 5 мВт, лазер для записи значительно мощнее. Лазеры DVD работают при напряжении около 2,5 В.

Чем выше скорость записи, тем меньше времени у лазера для нагрева точки на носителе, поэтому его мощность должна пропорционально увеличиваться. Лазеры записывающих устройств DVD часто достигают максимальной мощности около 200 мВт, как в непрерывном, так и в импульсном режиме, хотя некоторые из них были доведены до 400 мВт до выхода из строя диода.

Перезаписываемый носитель

Для перезаписываемого CD-RW, DVD-RW, DVD + RW, DVD -RAM или BD-RE, лазер используется для плавления кристаллического металлического сплава в записывающем слое диска. В зависимости от количества приложенной энергии веществу можно дать возможность снова расплавиться (изменить фазу) в кристаллическую форму или оставить в аморфной форме, что позволит создавать знаки с различной отражательной способностью.

Двусторонний носитель

Двусторонний носитель можно использовать, но к ним нелегко получить доступ со стандартным приводом, поскольку они должны быть физически перевернуты для доступа к данным на другой стороне.

Двухслойный носитель

Двухслойный или двухслойный (DL) носитель имеет два независимых слоя данных, разделенных полуотражающим слоем. Оба слоя доступны с одной и той же стороны, но для изменения фокуса лазера требуется оптика. Традиционные однослойные (SL) записываемые носители производятся со спиральной канавкой, отформованной в защитном слое поликарбоната (не в слое записи данных), чтобы управлять и синхронизировать скорость записывающей головки. Двухслойные записываемые носители содержат: первый слой поликарбоната с (неглубокой) канавкой, первый слой данных, полуотражающий слой, второй (разделительный) слой поликарбоната с другой (глубокой) канавкой и второй слой данных. Спираль первой канавки обычно начинается на внутренней кромке и выходит наружу, а вторая канавка начинается на внешней кромке и продолжается внутрь.

Фототермическая печать

Некоторые диски поддерживают Hewlett-Packard LightScribe или альтернативная технология LabelFlash для маркировки дисков со специальным покрытием.

Многолучевые приводы

Zen Technology и Sony разработали приводы, которые используют несколько лазерных лучей одновременно для чтения дисков и записи на них с более высокой скоростью, чем это было бы возможно с одним лазерным лучом. Ограничение с одним лазерным лучом происходит из-за качания диска, которое может происходить при высоких скоростях вращения; при 25 000 об / мин компакт-диски становятся нечитаемыми, а диски Blu-ray не могут быть записаны со скоростью более 5000 об / мин. Единственный способ увеличить скорость чтения и записи с помощью одного лазерного луча - это увеличить скорость вращения диска; поэтому более быстрые приводы вращают диск на более высоких скоростях. Кроме того, компакт-диски со скоростью 27 500 об / мин (например, для чтения внутренней части компакт-диска на 52-кратном увеличении) могут взорваться, что приведет к значительному повреждению окружения диска, а низкокачественные или поврежденные диски могут взорваться на более низких скоростях.

В Дзен система (разработана совместно с Sanyo и лицензирована Kenwood), дифракционная решетка используется для разделения лазерного луча на 7 лучей, которые затем фокусируются в диск; центральный луч используется для фокусировки и отслеживания канавки диска, оставляя 6 оставшихся лучей (по 3 с каждой стороны), которые равномерно разнесены для параллельного считывания 6 отдельных частей канавки диска, эффективно увеличивая скорость считывания при более низких оборотах, снижение шума привода и нагрузки на диск. Затем лучи отражаются от диска, коллимируются и проецируются на специальную матрицу фотодиодов для считывания. Первые диски, использующие эту технологию, могли читать с 40-кратным увеличением, затем с увеличением до 52-кратного и, наконец, до 72-кратного. Он использует один оптический датчик.

В системе Sony (используется в их собственной системе архива оптических дисков, которая основана на архивном диске, который сам основан на Blu-ray) привод имеет 4 оптических диска. звукосниматели, по два с каждой стороны диска, причем каждый звукосниматель имеет две линзы, что в сумме дает 8 линз и лазерные лучи. Это позволяет одновременно читать и записывать обе стороны диска, а также проверять содержимое диска во время записи.

Механизм вращения

Механизм вращения оптического привода значительно отличается от механизма вращения жесткого диска тем, что последний поддерживает постоянную угловую скорость (CAV), другими словами, постоянное число оборотов в минуту (об / мин). При использовании CAV более высокая пропускная способность обычно достигается на внешнем диске по сравнению с внутренним.

С другой стороны, оптические приводы были разработаны с предположением достижения постоянной пропускной способности в приводах компакт-дисков, изначально равной 150 КиБ / с. Это была функция, важная для потоковой передачи аудиоданных, которая всегда требовала постоянного битрейта. Но для того, чтобы емкость диска не была потрачена впустую, головка должна всегда передавать данные с максимальной линейной скоростью, без замедления на внешнем ободе диска. Это привело к тому, что оптические приводы - до недавнего времени - работали с постоянной линейной скоростью (CLV). Спиральная канавка диска проходила под его головкой с постоянной скоростью. Значение CLV, в отличие от CAV, состоит в том, что угловая скорость диска больше не является постоянной, и двигатель шпинделя должен быть спроектирован так, чтобы изменять его скорость от 200 об / мин на внешнем ободе до 500 об / мин на внутреннем.

Более поздние приводы компакт-дисков сохранили парадигму CLV, но эволюционировали для достижения более высоких скоростей вращения, обычно описываемых как кратные базовой скорости. В результате, например, 4-кратный диск будет вращаться со скоростью 800–2000 об / мин, а данные будут стабильно передаваться со скоростью 600 КиБ / с, что равно 4 × 150 КБ / с.

Для DVD-дисков базовая скорость или скорость 1x составляет 1,385 МБ / с, что равно 1,32 МБ / с, что примерно в девять раз выше базовой скорости компакт-диска. Для приводов Blu-ray базовая скорость составляет 6,74 МБ / с, что равно 6,43 МБ / с.

Шаблон записи Z-CLV легко виден после записи DVD-R.

Поскольку сохранение постоянной скорости передачи для всего диска не так важно для большинства современных компакт-дисков, от чистого подхода CLV пришлось отказаться для сохранения низкой скорости вращения диска при максимальной скорости передачи данных. Некоторые приводы работают по схеме частичного CLV (PCLV), переключаясь с CLV на CAV только при достижении предела вращения. Но переход на CAV требует значительных изменений в конструкции оборудования, поэтому вместо этого в большинстве приводов используется схема с зонированной постоянной линейной скоростью (Z-CLV). Это делит диск на несколько зон, каждая из которых имеет свою постоянную линейную скорость. Например, записывающее устройство Z-CLV с рейтингом «52 ×» будет записывать при 20 × в самой внутренней зоне, а затем постепенно увеличивать скорость в несколько дискретных шагов до 52 × на внешнем ободе. Без более высоких скоростей вращения повышение производительности чтения может быть достигнуто путем одновременного считывания более чем одной точки канавки данных, также известной как многолучевой, но приводы с такими механизмами более дороги, менее совместимы и очень редки.

Взорванный диск

Предел

Известно, что как DVD, так и компакт-диски взрываются при повреждении или вращении с чрезмерной скоростью. Это накладывает ограничение на максимальные безопасные скорости (56 × CAV для компакт-дисков или около 18 × CAV для DVD), на которых могут работать приводы.

Скорость чтения большинства приводов оптических дисков половинной высоты, выпущенных примерно с 2007 г., ограничена × 48 для компакт-дисков, × 16 для DVD и × 12 (угловые скорости ) для дисков Blu-Ray. Скорость записи на выбранных носителях с однократной записью выше.

Некоторые оптические приводы дополнительно регулируют скорость чтения в зависимости от содержимого оптических дисков, например макс. 40 × CAV (постоянная угловая скорость) для («DAE») дорожек Audio CD, 16 × CAV для содержимого Video CD и даже более низкие ограничения для более ранних моделей, таких как 4 × CLV (постоянная линейная скорость ) для Video CD.

Механизмы загрузки

Загрузка лотка и слота

В современных оптических приводах используется либо механизм загрузки лотка, либо где диск загружается в моторизованный лоток (используемый в половинной высоте, «настольные» приводы) лоток, управляемый вручную лоток (используемый в портативных компьютерах, также называемый тонким типом) или механизм загрузки с прорезью, где диск вставляется в прорезь и втягивается моторизованными роликами. Оптические приводы со щелевой загрузкой существуют как в форм-факторах половинной высоты (настольный компьютер), так и в форм-факторе тонкого типа (ноутбук).

С обоими типами механизмов, если компакт-диск или DVD-диск остается в приводе после включения компьютера выключен, диск не может быть извлечен с помощью обычного механизма извлечения привода. Однако приводы с загрузкой в ​​лоток учитывают эту ситуацию, предоставляя небольшое отверстие, куда можно вставить скрепку, чтобы вручную открыть лоток привода для извлечения диска.

Приводы оптических дисков со щелевой загрузкой широко используются в игровые консоли и автомобильные аудиосистемы. Несмотря на то, что установка более удобна, они имеют недостатки, заключающиеся в том, что они обычно не подходят для дисков меньшего размера диаметром 80 мм (если не используется адаптер для оптических дисков 80 мм) или любых нестандартных размеров, обычно не имеют отверстия для аварийного извлечения или кнопку извлечения, и поэтому их необходимо разобрать, если оптический диск не может быть извлечен обычным образом. Однако некоторые оптические приводы со щелевой загрузкой были разработаны для поддержки миниатюрных дисков. Nintendo Wii, из-за обратной совместимости с играми Nintendo GameCube и PlayStation 3, могут загружать консоли стандартного размера DVD-диски и 80-мм диски в одном приводе с щелевой загрузкой. Однако его преемник, Wii U, не совместим с миниатюрными дисками.

Были также некоторые ранние приводы CD-ROM для настольных ПК, в которых механизм загрузки лотка слегка выдвигался и Пользователь должен вручную выдвинуть лоток, чтобы загрузить компакт-диск, аналогично методу извлечения лотка, используемому во внутренних дисководах оптических дисков современных ноутбуков и современных внешних тонких портативных дисководах оптических дисков. Как и механизм с верхней загрузкой, они имеют подпружиненные шарикоподшипники на шпинделе.

Верхняя загрузка

Небольшое количество моделей приводов, в основном компактные портативные устройства, имеют механизм верхней загрузки, при котором крышка привода вручную открывается вверх, а диск помещается непосредственно на шпиндель. (например, все консоли PlayStation One, большинство портативных проигрывателей компакт-дисков и некоторые автономные записывающие устройства компакт-дисков оснащены приводами с верхней загрузкой). Иногда они имеют преимущество использования подпружиненных шарикоподшипников для удержания диска на месте, что сводит к минимуму повреждение диска, если привод перемещается во время раскрутки.

В отличие от механизмов загрузки лотков и слотов по умолчанию, оптические приводы с верхней загрузкой можно открывать без подключения к источнику питания.

Загрузка картриджа

Некоторые ранние приводы CD-ROM использовали механизм, при котором компакт-диски нужно было вставлять в специальные картриджи или кейсы, внешне несколько похожий на Микро гибкие дискеты размером 3 ⁄ 2 дюйма. Это было предназначено для защиты диска от случайного повреждения путем заключения его в более прочный пластиковый корпус, но не получило широкого распространения из-за дополнительных затрат и проблем совместимости - такие приводы также неудобно требовали, чтобы «голые» диски вручную вставлялись в открывающаяся корзина перед использованием. Оптический сверхплотный (UDO), Магнитооптические приводы, Universal Media Disc (UMD), DataPlay, Professional Disc, MiniDisc, Архив оптических дисков, а также ранние диски DVD-RAM и Blu-ray используют картриджи для оптических дисков.

Компьютерные интерфейсы

Цифровой аудиовыход выход, аналоговый аудиовыход выход и параллельный интерфейс ATA

Все оптические дисководы используют SCSI -протокол на уровне командной шины, и в начальных системах использовалась либо полнофункциональная шина SCSI , либо, поскольку они были слишком дорогостоящими для продажи потребительским приложениям, проприетарная версия с уменьшенной стоимостью автобуса. Это связано с тем, что обычные стандарты ATA в то время не поддерживали и не предусматривали каких-либо съемных носителей или горячего подключения дисков. Большинство современных внутренних накопителей для персональных компьютеров, серверов и рабочих станций спроектированы с учетом стандартных 5 ⁄ 4 -дюймовых ( также записывается как 5,25 дюйма) отсек для накопителей и подключается к своему хосту через интерфейс шины ATA или SATA, но разговаривает с использованием команд протокола SCSI на программном уровне как согласно стандарту ATA Package Interface, разработанному для обеспечения совместимости интерфейсов Parallel ATA / IDE со съемными носителями. Дополнительно могут быть цифровые и аналоговые выходы для звука. Выходы могут быть подключены через соединительный кабель к звуковой карте или материнской плате, к наушникам или внешнему динамику с помощью кабеля со штекером 3,5 мм AUX, которым оснащены многие ранние оптические приводы. В свое время компьютерное программное обеспечение, подобное проигрывателям компакт-дисков, управляло воспроизведением компакт-дисков. Сегодня информация извлекается с диска в виде цифровых данных для воспроизведения или преобразования в другие форматы файлов.

Некоторые ранние оптические приводы имели специальные кнопки для управления воспроизведением компакт-дисков на передней панели, что позволяло им действовать как автономный проигрыватель компакт-дисков.

Внешние приводы были популярны вначале, потому что приводы часто Требовалась сложная электроника для создания, конкурирующая по сложности с самой компьютерной системой. Существуют внешние накопители, использующие интерфейсы SCSI, параллельный порт, USB и FireWire, большинство современных дисков - это USB. Некоторые портативные версии для ноутбуков питаются от батарей или напрямую от интерфейсной шины.

Накопители с интерфейсом SCSI изначально были единственным доступным системным интерфейсом, но они так и не стали популярными на чувствительном к цене потребительском рынке начального уровня, который составлял большую часть спроса. Они были менее распространены и, как правило, были более дорогими из-за стоимости их наборов микросхем интерфейса, более сложных разъемов SCSI и небольшого объема продаж по сравнению с проприетарными приложениями со сниженной стоимостью, но, что наиболее важно, потому что большинство компьютерных систем потребительского рынка не использовались. иметь в них какой-либо интерфейс SCSI, рынок для них был невелик. Однако поддержка множества различных недорогих проприетарных стандартов шины оптических приводов обычно была встроена в звуковые карты, которые в первые годы часто поставлялись в комплекте с самими оптическими приводами. Некоторые комплекты звуковых карт и оптических приводов даже имели полную шину SCSI. Современные IDE / ATAPI-совместимые наборы микросхем управления приводами Parallel ATA и Serial ATA и их интерфейсная технология сложнее в производстве, чем традиционный 8-битный интерфейс SCSI с частотой 50 МГц, поскольку они обладают свойствами как шины SCSI, так и шины ATA, но в целом дешевле. к экономии за счет масштаба.

Когда впервые был разработан привод оптических дисков, его было нелегко добавить в компьютерные системы. Некоторые компьютеры, такие как IBM PS / 2, были стандартизированы на 3 ⁄ 2 -дюймовых гибких дисках и 3 ⁄ 2 -дюймовых жестких дисках и не имели места для большого внутреннее устройство. Кроме того, ПК и клоны IBM сначала включали только один (параллельный) интерфейс дисковода ATA, который к тому времени, когда был выпущен CD-ROM, уже использовался для поддержки двух жестких дисков и был полностью неспособен поддерживать съемный носитель, выпадение диска или его извлечение из шины при работающей системе может вызвать неисправимую ошибку и привести к сбою всей системы. Ранние ноутбуки потребительского уровня просто не имели встроенного высокоскоростного интерфейса для поддержки внешнего запоминающего устройства. Высокопроизводительные системы рабочих станций и ноутбуки имели интерфейс SCSI, который имел стандарт для внешних подключенных устройств.

HP C4381A CD-Writer Plus 7200 Series, показывая параллельные порты для подключения между принтером и компьютером

Это было решено с помощью нескольких методов:

  • Ранние звуковые карты могли включать CD-ROM интерфейс привода. Первоначально такие интерфейсы были собственностью каждого производителя CD-ROM. Звуковая карта часто может иметь два или три разных интерфейса, которые могут взаимодействовать с приводом CD-ROM.
  • Метод использования параллельного порта для использования с внешними приводами был разработан в какой-то момент. Этот интерфейс традиционно использовался для подключения принтера, но, несмотря на распространенный миф, это не единственное его использование, и для шины IEEE-1278 существуют различные внешние вспомогательные устройства, включая, но не ограничиваясь ими, накопители резервного копирования на магнитную ленту и т. Д. Это было медленным, но возможным вариантом. для ноутбуков низкого и среднего уровня со встроенным SCSI или подключенным к нему шиной расширения PCMCIA.
  • A Интерфейс оптического привода PCMCIA был также разработан для ноутбуков.
  • Карта SCSI может быть установлена ​​в настольные ПК для обслуживания для корпуса внешнего диска SCSI или для работы установленных внутри жестких дисков SCSI и оптических приводов, хотя SCSI обычно был несколько дороже, чем другие варианты, и некоторые OEM-производители взимали за это дополнительную плату.

Внутренний механизм привода

Внутренний механизм привода DVD-ROM. Подробнее см. В тексте.

Оптические приводы на фотографиях показаны правой стороной вверх; диск садился на них. Лазерная и оптическая система сканирует нижнюю сторону диска.

На верхнем фото, справа от центра изображения находится дисковый двигатель, металлический цилиндр с серой центрирующей ступицей и черным резиновым приводным кольцом наверху. Имеется круглый зажим в форме диска, который свободно удерживается внутри крышки и может вращаться; это не на фото. После того, как лоток для диска перестанет двигаться внутрь, по мере того, как двигатель и прикрепленные к нему части поднимутся, магнит около верхней части вращающегося узла контактирует и сильно притягивает зажим, чтобы удерживать и центрировать диск. Этот двигатель представляет собой бесколлекторный двигатель постоянного тока типа «бегун», у которого есть внешний ротор - каждая видимая часть его вращается.

Два параллельных направляющих стержня, которые проходят между верхним левым и нижним правым уголками на фотографии, несут «салазки », движущуюся оптическую головку чтения-записи. Как показано, эти «салазки» находятся близко к краю диска или в том месте, где они читают или записывают. Чтобы перемещать «салазки» во время непрерывных операций чтения или записи, шаговый двигатель вращает ходовой винт, чтобы перемещать «салазки» во всем диапазоне ее перемещения. Сам двигатель представляет собой короткий серый цилиндр слева от самой дальней подвески амортизатора; его вал параллелен опорным стержням. Ходовой винт - это стержень с равномерно расположенными более темными деталями; это винтовые канавки, которые входят в зацепление со штифтом «салазок».

Напротив, механизм, показанный на второй фотографии, который исходит из дешевого DVD-плеера, использует менее точные и менее эффективные щеточные двигатели постоянного тока как для перемещения салазок, так и для вращения диска.. Некоторые старые приводы используют двигатель постоянного тока для перемещения салазок, но также имеют магнитный кодировщик вращения для отслеживания положения. В большинстве приводов компьютеров используются шаговые двигатели.

Серый металлический корпус установлен на амортизаторах по четырем углам, чтобы снизить чувствительность к внешним ударам и снизить шум привода от остаточного дисбаланса при быстрой работе. Втулки для мягкой амортизатора находятся чуть ниже латунных винтов в четырех углах (левый не виден).

На третьей фотографии видны компоненты под крышкой механизма объектива. Видны два постоянных магнита по обе стороны от держателя линзы, а также катушки, которые перемещают линзу. Это позволяет перемещать линзу вверх, вниз, вперед и назад для стабилизации фокусировки луча.

На четвертой фотографии видна внутренняя часть корпуса оптики. Обратите внимание, что, поскольку это привод CD-ROM, есть только один лазер, который представляет собой черный компонент, установленный в нижнем левом углу сборки. Прямо над лазером находятся первая фокусирующая линза и призма, которые направляют луч на диск. Высокий тонкий объект в центре представляет собой посеребренное зеркало, которое разделяет лазерный луч в нескольких направлениях. В правом нижнем углу зеркала находится основной фотодиод , который воспринимает луч, отраженный от диска. Над основным фотодиодом находится второй фотодиод, который используется для определения и регулирования мощности лазера.

Материал неправильного оранжевого цвета представляет собой гибкую протравленную медную фольгу, поддерживаемую тонким листом пластика; это «гибкие схемы », которые соединяют все с электроникой (не показано).

История

Первым лазерным диском, продемонстрированным в 1972 году, стал 12-дюймовый видеодиск Laservision. Видеосигнал хранился в аналоговом формате, например, на видеокассете. Первым оптическим диском с цифровой записью был 5-дюймовый аудио компакт-диск (CD) в формате только для чтения, созданный Sony и Philips в 1975 году.

Первые стираемые приводы оптических дисков были анонсированы в 1983 году компаниями Matsushita (Panasonic), Sony и Kokusai Denshin Denwa (KDDI). В конце концов, в 1987 году Sony выпустила первый коммерческий стираемый и перезаписываемый 5 ⁄ 4 -дюймовый привод оптических дисков с двусторонними дисками, способными вмещать 325 МБ на каждой стороне.

Формат CD-ROM был разработан Sony и Denon, представлен в 1984 году как расширение Compact Disc Digital Audio и адаптирован для хранения любой формы цифровых данных. Формат CD-ROM имеет емкость 650 МБ. Также в 1984 году Sony представила формат хранения данных LaserDisc с большей емкостью данных 3,28. GB.

В сентябре 1992 года Sony анонсировала формат MiniDisc, который должен был объединить чистота звука компакт-дисков и удобство размера кассеты. Стандартная емкость вмещает 80 минут аудио. В январе 2004 года Sony представила обновленный формат Hi-MD, в котором емкость увеличилась до 1 ГБ (48 часов аудио).

Формат DVD, разработанный Panasonic, Sony и Toshiba, был выпущен в 1995 году и мог вмещать 4,7 ГБ на слой; с первыми DVD-плеерами, поставленными 1 ноября 1996 года компаниями Panasonic и Toshiba в Японии, и первыми DVD-совместимыми компьютерами, поставленными на 6 ноября того же года, Fujitsu. Продажа приводов DVD-ROM для компьютеров в США началась 24 марта 1997 года, когда Creative Labs выпустила на рынок свой комплект PC-DVD.

В 1999 году Kenwood выпустил многолучевой оптический привод, который достиг скорости горения до 72 ×, что потребовало бы опасных скоростей вращения для достижения с однолучевым горением. Однако у него были проблемы с надежностью.

Первый прототип Blu-ray был представлен Sony в октябре 2000 года, и первое коммерческое записывающее устройство было выпущено на рынок 10 апреля 2003 г. В январе 2005 г. TDK объявила, что они разработали сверхтвердое, но очень тонкое полимерное покрытие («Durabis ») для дисков Blu-ray; это был значительный технический прогресс, потому что для потребительского рынка требовалась лучшая защита голых дисков от царапин и повреждений по сравнению с DVD. Технически Blu-ray Disc также требовал более тонкого слоя для более узкого луча и более коротковолнового «синего» лазера. Первые проигрыватели BD-ROM (Samsung BD-P1000) были отгружены в середине июня 2006 года. Первые названия дисков Blu-ray были выпущены Sony и MGM <77.>20 июня 2006 г. Первым массовым перезаписываемым приводом Blu-ray Disc для ПК был BWU-100A, выпущенный Sony 18 июля 2006 г.

Начиная с В середине 2010-х производители компьютеров начали отказываться от встроенных приводов оптических дисков в свои продукты с появлением дешевых, надежных (царапины не могут привести к повреждению данных, недоступности файлов или пропуску аудио / видео), быстрых USB-накопителей большой емкости. и видео по запросу через Интернет. Исключение оптического привода позволяет печатным платам в ноутбуках быть более крупными и менее плотными, требовать меньшего количества слоев, сокращать производственные затраты, а также уменьшать вес и толщину, или увеличивать размеры батарей. Производители компьютерных корпусов также перестали включать 5 ⁄ 4 -дюймовые отсеки для установки оптических дисководов. Однако новые приводы оптических дисков по-прежнему (по состоянию на 2020 год) доступны для покупки. Известные OEM-производители оптических приводов включают Hitachi, LG Electronics (объединены в Hitachi-LG Data Storage ), Toshiba, Samsung. Electronics (объединено с Toshiba Samsung Storage Technology ), Sony, NEC (объединено в Optiarc ), Lite-On, Philips (объединено с Philips Lite-On Digital Solutions ), Pioneer Corporation, Plextor, Panasonic, Yamaha Corporation и Kenwood.

Совместимость

Большинство оптических приводов имеют обратную совместимость со своими предками вплоть до компакт-дисков, хотя это не требуется по стандартам.

По сравнению со слоем поликарбоната 1,2 мм на компакт-диске, лазерный луч DVD должен пройти всего 0,6 мм, чтобы достичь поверхности записи. Это позволяет DVD-приводу фокусировать луч на меньшем размере пятна и считывать меньшие ямки. Объектив DVD поддерживает другой фокус для носителей CD или DVD с тем же лазером. В новых дисководах Blu-ray лазер должен проникать через материал толщиной всего 0,1 мм. Таким образом, оптический блок обычно должен иметь еще больший диапазон фокусировки. На практике оптическая система Blu-ray отделена от системы DVD / CD.

Оптический дисководОптический диск или оптический носитель
Прессованный CDCD-R CD-RW Прессованный DVDDVD-R DVD + R DVD-RW DVD + RW DVD + R DL Pressed CAT BDBD-R BD-RE BD-R DL BD- RE DL
Проигрыватель аудио компакт-дисковЧтениеЧтениеЧтениеНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет
CD-ROM приводЧтениеЧтениеЧтениеНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет
Записывающее устройство CD-R ЧтениеЗаписьЧтениеНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет
CD-RW рекордерЧтениеЗаписьЗаписьНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет
DVD-ROM приводЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеНетНетНетНетНет
DVD-R рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеНетНетНетНетНет
DVD-RW рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеЧтениеНетНетНетНетНет
DVD + RW рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЗаписьЧтениеНетНетНетНетНет
DVD + R записывающее устройствоЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЧтениеЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеНетНетНетНетНет
Записывающее устройство DVD ± RWЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЧтениеНетНетНетНетНет
Записывающее устройство DVD ± RW / DVD + R DLЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьНетНетНетНетНет
BD-ROM ЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтениеЧтение
BD-R рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеЧтениеЧтение
Рекордер BD-REЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЧтение
BD-R DL рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЧтениеЗаписьЧтение
BD-RE DL рекордерЧтениеЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЗаписьЧтениеЗаписьЗаписьЗаписьЗапись

Производительность записи

Во времена записывающих приводов компакт-дисков они часто маркируются тремя разными скоростями. В этих случаях первая скорость предназначена для операций однократной записи (R), вторая скорость - для операций перезаписи (RW), а последняя скорость - для операций только для чтения (ROM). Например, записывающий привод компакт-дисков 40 × / 16 × / 48 × способен записывать на носители CD-R со скоростью 40 × (6000 кбит / с), записывать на носители CD-RW со скоростью 16 × (2400 кбит / с) и чтение с носителя CD-ROM со скоростью 48 × (7200 кбит / с).

Во времена комбинированных приводов (CD-RW / DVD-ROM), дополнительный рейтинг скорости (например, 16 × в 52 × / 32 × / 52 × / 16 ×) предназначен для операций чтения носителей DVD-ROM.

Для записывающих приводов DVD, комбинированных приводов дисков Blu-ray и записывающих приводов Blu-ray скорость записи и чтения соответствующих оптических носителей указана в их розничной коробке, руководстве пользователя, брошюрах или брошюрах. брошюры.

В конце 1990-х годов опустошение буфера стало очень распространенной проблемой, так как в домашних и офисных компьютерах стали появляться высокоскоростные записывающие устройства компакт-дисков, которые по разным причинам часто не могли проверьте производительность ввода / вывода, чтобы поток данных на рекордер постоянно подавался. Рекордер, если он закончится, будет вынужден остановить процесс записи, оставив обрезанную дорожку, которая обычно делает диск бесполезным.

В ответ производители CD-рекордеров начали поставки приводов с «защитой от опустошения буфера» (под различными торговыми названиями, такими как Sanyo «BURN-Proof», Ricoh JustLink и Yamaha "Lossless Link"). Они могут приостанавливать и возобновлять процесс записи таким образом, что возникающий при остановке промежуток может быть устранен с помощью логики исправления ошибок, встроенной в проигрыватели компакт-дисков и приводы компакт-дисков. Первый из этих приводов был рассчитан на 12 × и 16 ×.

Первым оптическим приводом, поддерживающим запись DVD со скоростью 16 ×, был Pioneer DVR-108, выпущенный во второй половине 2004 года. Однако в то время не было записываемых DVD дисков носитель еще поддерживает такую ​​высокую скорость записи.

Пока приводы записывают DVD + R, DVD + RW и все форматы Blu-ray, они не требуют восстановления с исправлением ошибок, которое рекордер может Поместите новые данные точно в конец приостановленной записи, эффективно создав непрерывную дорожку (это то, чего достигла технология DVD +). Хотя более поздние интерфейсы могли передавать данные с требуемой скоростью, многие приводы теперь записывают в «зонированную постоянную линейную скорость » («Z-CLV»). Это означает, что привод должен временно приостановить операцию записи, пока он меняет скорость, а затем возобновить ее, как только будет достигнута новая скорость. Это обрабатывается так же, как опустошение буфера.

Внутренний буфер записывающих приводов оптических дисков составляет: 8 МиБ или 4 МиБ при записи носителей BD-R, BD-R DL, BD-RE или BD-RE DL; 2 МБ при записи DVD-R, DVD-RW, DVD-R DL, DVD + R, DVD + RW, DVD + RW DL, DVD-RAM, CD-R или CD-RW носителей.

Схемы записи

Запись компакт-дисков на персональных компьютерах изначально была пакетной задачей, поскольку требовалось специализированное программное обеспечение для создания для создания "образа "данных для записи и записи на диск за один сеанс. Это было приемлемо для архивных целей, но ограничивало общее удобство использования дисков CD-R и CD-RW в качестве съемного носителя данных.

Пакетная запись - это схема, в которой записывающее устройство записывает на диск постепенно. всплески или пакеты. Последовательная пакетная запись заполняет диск пакетами снизу вверх. Чтобы сделать его читаемым на приводах CD-ROM и DVD-ROM, диск можно закрыть в любое время, записав окончательное оглавление в начало диска; после этого пакетная запись на диск невозможна. Запись пакетов вместе с поддержкой операционной системы и файловой системы , такой как UDF, может использоваться для имитации произвольного доступа для записи, как в носителях типа <37.>флеш-память и магнитные диски.

Пакетная запись фиксированной длины (на носителях CD-RW и DVD-RW) делит диск на дополненные пакеты фиксированного размера. Заполнение уменьшает емкость диска, но позволяет записывающему устройству запускать и останавливать запись для отдельного пакета, не затрагивая его соседей. Они достаточно похожи на доступ с возможностью записи, предлагаемый магнитными носителями, так что многие обычные файловые системы будут работать как есть. Однако такие диски не читаются в большинстве приводов CD-ROM и DVD-ROM или в большинстве операционных систем без дополнительных драйверов сторонних производителей. Разделение на пакеты не так надежно, как может показаться, поскольку приводы CD-R (W) и DVD-R (W) могут определять местонахождение данных только в пределах блока данных. Хотя между блоками остаются большие промежутки (упомянутые выше отступы), привод, тем не менее, может иногда пропускать и либо уничтожать некоторые существующие данные, либо даже делать диск нечитаемым.

Формат диска DVD + RW устраняет эту ненадежность, встраивая более точные временные подсказки в канавку данных на диске и позволяя заменять отдельные блоки данных (или даже байты), не влияя на обратную совместимость (функция, дублированная " связывание без потерь "). Сам формат был разработан для прерывистой записи, поскольку ожидалось, что он будет широко использоваться в цифровых видеомагнитофонах. Многие такие DVR используют схемы сжатия видео с переменной скоростью, которые требуют от них записи короткими пакетами; некоторые позволяют одновременно воспроизводить и записывать, быстро переключаясь между записью на хвосте диска и чтением из другого места. Система дисков Blu-ray также включает эту технологию.

Mount Rainier стремится сделать диски CD-RW и DVD + RW с пакетной записью такими же удобными в использовании, как и съемные магнитные носители, за счет того, что микропрограммное обеспечение форматирует новые диски в фоновом режиме и устраняет дефекты носителя (путем автоматического сопоставления части диска, которые были изношены циклами стирания, чтобы зарезервировать место в другом месте на диске). С февраля 2007 г. поддержка Mount Rainier изначально поддерживается в Windows Vista. Все предыдущие версии Windows требуют стороннего решения, как и Mac OS X.

Уникальный идентификатор записывающего устройства

из-за давления со стороны музыкальной индустрии, представленного IFPI и RIAA, Philips разработали идентификационный код записывающего устройства (RID), позволяющий однозначно связать носитель с записывающим устройством, которое его записало. Этот стандарт содержится в Rainbow Books. RID-код состоит из кода поставщика (например, «PHI» для Philips), номера модели и уникального идентификатора рекордера. Цитируя Philips, RID «позволяет проследить для каждого диска до конкретной машины, на которой он был сделан, используя закодированную информацию в самой записи. Использование кода RID является обязательным».

Хотя RID был введенный для музыкальной и видеоиндустрии, RID включен на каждый диск, записываемый каждым приводом, включая диски с данными и резервные копии. Значение RID вызывает сомнения, поскольку (в настоящее время) невозможно найти какое-либо отдельное записывающее устройство из-за отсутствия базы данных.

Идентификационный код источника

Идентификационный код источника (SID) - это восьмизначный код поставщика, который производитель размещает на оптических дисках. SID идентифицирует не только производителя, но и отдельную фабрику и машину, выпустившую диск.

Согласно Филлипсу, администратору кодов SID, код SID предоставляет предприятию по производству оптических дисков средства для идентификации всех дисков, изготовленных или реплицированных на его предприятии, включая специальный сигнал устройства записи лазерного луча (LBR). процессор или пресс-форма, которая произвела конкретный штамп или диск.

Совместное использование RID и SID в криминалистике

Стандартное использование RID и SID означает, что каждый записанный диск содержит запись машины, которая произвел диск (SID) и какой привод записал его (RID). Эти комбинированные знания могут быть очень полезны для правоохранительных органов, следственных органов, а также частных или корпоративных следователей.

См. Также

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

Викискладе есть носители, относящиеся к дисководу оптических дисков.
Последняя правка сделана 2021-06-01 13:34:14
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте