Будова і принцип роботи пристроїв CD-ROM та DVD- ROM

Як відомо, більшість накопичувачів бувають зовнішніми і вбудованими (внутрішніми). Приводи компакт-дисків у цьому сенсі не є винятком. Більшість пропонованих в даний час накопичувачів CD-ROM та DVD ROM відносяться до вбудовуваних (Мал.2.2).

Існуючі приводи оптичних дисків розрізняються по ряду ознак:

- по виконуваних діях: читання, запис, перезапис;

- типу дисків, з якими вони працюють: CD, DVD, комбо-приводи, що дозволяють працювати з дисками різних типів;

- виконання; внутрішні, зовнішні, портативні;

- способу завантаження диска: із завантажувальним лотком, що висувається, з щілинним завантаженням і із завантаженням у футлярі (caddy); - кількості завантажуваних дисків: з одним диском і із зміною декількох дисків (diskchanger);

- за стандартами запису (особливо для DVD дисків) і ін., що реалізовуються ознакам.

- по вигляду інтерфейсу: IDE, SCSI, USB (для зовнішніх)

Типовий привід складається з електромеханічної, оптичної і електронної частин. Мал. 2.3

На платі електроніки розміщені всі керуючі схеми приведення, інтерфейс з контролером комп'ютера, роз`єми інтерфейсу і виходу звукового сигналу.

Електромеханічна частина, загалом аналогічна жорстким дискам, має деякі особливості. Вона включає двигун, що обертає шпиндель, систему позиціонування оптичної головки (головок при використанні двосторонніх дисків) читання ( запису в записуючих приводах) і систему завантаження дисків.

Шпиндельний двигун служить для приведення диску в обертання з постійною або змінною лінійною швидкістю. Крім того, на відміну від жорстких дисків, шпиндель яких обертається з постійним числом оборотів в хвилину (постійною кутовою швидкістю), шпиндель приводу оптичних дисків може обертатися або з постійною лінійною швидкістю (CLV - constant linear velocity), або з постійною кутовою швидкістю (CAV - constant angular velocity). При пошуку потрібних даних (або фрагментів аудіо записів) диск може обертатися з більшою швидкістю, ніж при читанні. Це припускає відповідні динамічні характеристики двигуна: малі часи розгону і гальмування.

Завантаження диска, незалежно від варіанту завантаження (з лотка, щілинна або у футлярі), має двигун для переміщення диска всередину приводу або з нього (Eject). Крім того, в ній є механізм установки диска на шпиндель. У ньому зазвичай після втягування диска всередину, проводиться підйом рами, на якій закріплені двигун шпинделя і оптична система. Після цього диск виявляється на підставці, закріпленій на шпинделі, до якої його притискує розташована зверху пластмасова шайба з постійним магнітом. У разі відключення живлення звільнити диск, що опинився в приводі, можна опустивши раму за допомогою шпильки або скріпки через маленький отвір, що є на лицьовій панелі приводу поряд з кнопкою завантаження/вивантаження диска.

Система оптичної головки складається з самої головки і системи її переміщення. В головці розміщені лазерний випромінювач, на основі інфрачервоного лазерного світлодіода, система фокусування, фотоприймач і попередній підсилювач.

Система фокусування забезпечує фокусування лазерного променя на шарі (зокрема, і в двошарових DVD дисках), що відображає, і складається з пластмасової лінзи, рухомої в напрямі, перпендикулярному площині диска. Для управління переміщенням лінзи використовується котушка із струмом в полі постійного магніту - прийом, аналогічний використовуваному при радіальному позиціонуванні головок в жорстких дисках. Ця система дозволяє відстежувати поперечне биття оптичного диска навіть щодо високих швидкостях його обертання. Електронна частина є контролером, що забезпечує управління всіма процесами роботи приводу і інтерфейс з шинами ЕОМ. Як правило, в ній також є цифро-аналоговий перетворювач, що дозволяє відтворювати звук, записаний на Audio CD.

Форм-фактор сучасного вбудованого CD-ROM (DVD-ROM) визначається двома параметрами: половинною висотою (Half-High, HH) і горизонтальним розміром 5.25 дюйма. Таким чином, для встановлення подібного накопичувача в комп'ютерi має бути вільний монтажний відсік 5.25 дюйма.

На передній панелі кожного накопичувача є доступ до механізму завантаження компакт-диска в привід. Також там розташовані індикатор роботи пристрою (звичайно Busy), гніздо для підключення навушників або стереосистеми (для прослуховування аудіодисків), а також регулятор гучності (також для аудіо-CD). Крім того, при використанні контейнера на передній панелі є отвір, за допомогою якого можна отримати компакт-диск навіть в аварійній ситуації, наприклад, якщо не спрацьовує кнопка Eject.

На задній панелі практично всіх без винятку приводів CD-ROM знаходяться, принаймні три роз'єми: інтерфейсний, харчування й аудіо. Призначення перших двох, мабуть, не викликає питань. Роз'єм для виведення звуку дозволяє підключати привід до звукової карти. Це зручно при прослуховуванні аудіодисків, оскільки не вимагає перемикання акустичної системи або навушників з одного гнізда на інше.

Як бачимо, у приводі компакт-дисків можна виділити кілька базових елементів: лазерний діод, Сервомотори, оптичну систему (що включає в себе розщеплюють призму) і фотодетектора.

Зчитування інформації з диску відбувається наступним чином: лазер генерує інфрачервоний промінь, який відбиваючись від дзеркала потрапляє на поверхню диска. За рахунок того, що поверхня диска, є доріжками з штрихами і пропусками, те віддзеркалення від його поверхні буде не однаковим. Потрапляючи на штрих, промінь буде розсіяний, потрапляючи на чисте місце - промінь буде відбитий. Відбитий промінь сфокусований лінзою відбивається від дзеркала і через розділову призму потрапляє у фотодатчик. Ним реєструються зміни інтенсивності відбитого інфрачервоного променя і перетворюються в електричні сигнали. Потім ці електричні сигнали декодуються спеціальним мікропроцесором

Так, зчитування інформації з компакт-диска, так само як і запис, відбувається за допомогою лазерного променя, але, зрозуміло, меншої потужності. Сервомотори по команді внутрішнього мікропроцесора приводу переміщує дзеркало.

В якості поверхні, що відбиває компакт-дисків зазвичай використовується алюміній. Зрозуміло, вся поверхня компакт-диска покрита прозорим захисним шаром.

Пристрій для запису компакт-дисків зовні майже не відрізняються від пристроїв читання. Проте лазер, використовуваний в оптичній системі, може нагрівати ділянки заготівки, аби в цьому місці реєструючий шар темнів. Потужність лазера при записі приблизно вдесятеро більше, ніж при читанні.

В даний час дисководи CD-R застаріли, і їм на зміну прийшли дисководи CD-RW. Технічно вони мало розрізняються, проте за допомогою дисковода CD-RW можна не лише записувати компакт-диски, але і виконувати повторний запис, використовуючи для цього спеціальні заготовки. Запис на диски CD-RW виконується з використанням ефекту переходу робітника шару диска під дією променя лазера в кристалічний або аморфний стан з різною відбивною здатністю.

При записі компакт-диска лазер включається на підвищену потужність. Лазер переміщається уздовж доріжки, записуючи потрібну інформацію. Перервати цей процес неможливо. Якщо комп'ютер не встигне передати чергову порцію інформації для запису, процес буде перерваний і використовувана заготівка зіпсована. Для захисту переривання потоку інформації в сучасних пристроях є буфер розміром в декілька мегабайт. Крім того, в багатьох сучасних моделях CD-RW використовується спеціальна технологія, що дозволяє тимчасово перервати запис і відновити його після вступу чергової порції даних.

Заготівки для запису компакт-дисків мають попередню розмітку. Вона містить спеціальні мітки і сигнали синхронізації. Попередня розмітка допомагає руху лазера по потрібній траєкторії. Крім того, перед записом можна прочитати деякі параметри використовуваної заготівки. Це допоможе точніше набудувати програму для запису. Сигнали записані із зниженою амплітудою і згодом перекриваються записуваним сигналом.

Перші дисководи CD-ROM, а також пристрої читання компакт-дисків, в музичних центрах прочитують інформацію з швидкістю близько 150 кілобайт в секунду. Ця швидкість прийнята за одиницю. Швидкість читання, записи і перезаписи задається в одиницях, кратних даній швидкості. Наприклад, якщо говорять, що запис йде на восьмикратній швидкості, це означає, що реальна швидкість рівна 150x8=1200 кілобайт в секунду. Сорокоськоростной CD-ROM читає інформацію із швидкістю 150x40=6000 кілобайт в секунду. Швидкість читання сучасних швидкісних пристроїв може розрізнятися для різних частин компакт-диска. У характеристиках зазвичай вказується максимальна швидкість. Середня швидкість читання при цьому буває менше разу в два.

Для дисководів DVD-ROM прийнята інша одиниця швидкості читання. Вона дорівнює восьми швидкостям читання CD-ROM. Таким чином, якщо в документації до устройствту вказана четверта швидкість читання DVD, це відповідає швидкості передачі 4800 Кб/с.

Для пристроїв CD-RW вказуються три різні швидкості. Першою прийнято вказувати максимальну швидкість запису компакт-дисків. Для сучасних CD-RW ця швидкість вагається від 24 до 52. На другому місці коштує швидкість перезапису. Зазвичай ця швидкість декілька менше, ніж швидкість запису і дорівнює від 10 до 24. Останньою вказується швидкість читання CD-ROM. У більшості моделей ця цифра вагається від 32 до 52. Таким чином, пристрій з позначенням 52/24/52 може записувати диски на швидкості 52x150=7800 Кб/с, перезаписувати на швидкості 24x150= 3600 Кб/с,а читати компакт-диски із швидкістю 52x150= 7800Кб/с. Швидкість читання вказана максимальна, така, що досягається лише на зовнішній стороні диска. Якщо швидкість запису на диск менше 24, то вона є постійною і не міняється при записі всього диска. При вищих швидкостях використовується технологія, коли швидкість запису міняється від центру до краю диска.

Пристрою для запису DVD-дисков є зазвичай комбінованими, тобто дозволяють записувати, як DVD, так і CD-R і CD-RW. Швидкість запису на DVD в таких пристроях вказується в разах читання DVD, тобто швидкість запису на DVD 2,4 складає 3312 Кб/с. Типова формула сучасних пристроїв запису на DVD складає 16/10/2,4, відповідно на CD-R, CD-RW і DVD-RW або DVD+RW. Для пристроїв запису формату DVD-RAM швидкість декілька нижче - від 1 до 1,5. Сучасні пристрої запису DVD-R дозволяють писати на швидкості 4. Швидкість читання зазвичай складає 34 - 48 для CD-R, CD-RW і 6 - 16 для DVD.