Конструкция привода CD-ROM и принципы его работы

Типичный привод CD-ROM состоит из печатной платы с электрони­кой, шпиндельного двигателя, считывающей системы с оптической го­ловкой, системы загрузки CD-диска и механизма перемещения рамы с механикой привода. На плате с электроникой размещены:

• все схемы управления работой привода;

• разъем интерфейса для подключения к компьютеру;

• аналоговый звуковой выход (Analog Audio);

• цифровой звуковой выход S/PDIF (Digital Audio - может отсутствовать в некоторых моделях).

Шпиндельный двигатель служит для вращения диска с постоянной линейной (CLV - Constant Linear Velocity) или угловой (CAV - Constant Angular Velocity) скоростью. Поддержка постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положе­ния оптической головки.

На оси шпиндельного двигателя крепится подставка, к которой при­жимается нижняя сторона диска (при горизонтальной загрузке). На конце оси шпиндельного двигателя крепится намагниченный металли­ческий наконечник, имеющий конусообразную форму. С другой сторо­ны диска - верхней в случае горизонтальной загрузки, то есть над дис­ком, - размещается намагниченный маховик, который притягивает ме­таллический наконечник, в результате чего диск оказывается зажатым между подставкой и маховиком, что обеспечивает фиксацию диска по вертикали и хорошее сцепление диска с вращающейся подставкой во время работы привода.

Считывающая система состоит из оптической головки и механизма ее позиционирования. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с длиной волны от 770 до 830 нм (обычно - около 780 нм) и мощностью 0,2-0,5 мВт, система фокусировки лазерного пучка, фотоприемник и предварительный уси­литель. Система фокусировки представляет собой набор подвижных линз, приводимых в движение электромагнитной системой типа «voice coil» (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной систе­мой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля приводит к передвижению линз и перемещению точки фокусировки лазерного луча.

Благодаря малой инерционности такая система эффективно отсле­живает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Механизм позиционирования оптической головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой или червячной передачи.

Система загрузки диска бывает трех типов:

• Caddy - с использованием специального футляра для диска, вставляемого в приемное отверстие привода;

• Tray - с использованием выдвижного лотка, на который кла­дется диск;

• Slot-in - загрузка диска непосредственно в приемную щель привода.

В приводах типа Caddy и Slot-in диск может загружаться как гори­зонтально, так и вертикально - то есть при горизонтальном и, соответ­ственно, вертикальном монтаже привода.

После загрузки диск не касается никаких деталей дисковода, кроме подставки и маховика, после чего его уже можно раскручивать.

На передней панели привода обычно расположены:

• кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска;

• индикатор обращения к диску Busy (в некоторых моделях -Disk On/Busy, индикатор сигнализирует не только об обращении к диску, но также о том, что в приводе находится диск);

• гнездо для подключения наушников с электронным или меха­ническим регулятором громкости.

Для считывания информации с диска используется полупроводни­ковый лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне - длина волны составляет около 780 нм. Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой. Отраженный луч регистрируется фотоприемником. По зарегистрированному сигналу определяется прохождение оптической головки над питами и промежутками диска, а также проверяется качество фокусировки пятна лазерного луча на поверх­ности диска и его ориентации по центру дорожки.

На выходе фотоприемника получается цифровой поток бит, который декодируется c удалением дополнительных нуле­вых бит. B результате этого получает­ся битовый поток, который представляет собой исходный поток дан­ных, кодированный по CIRC с добавленными субкодами. Поэтому далее производится отделение субкодовых каналов и CIRC-декодирование. На этапе CIRC-декодирования обнаруживается и ис­правляется большая часть ошибок, вызванных дефектами при штам­повке, неоднородностью материалов диска, царапинами на его по­верхности, нечетким определением лита/промежутка в фотоприемни­ке и т.д. Полученный поток бит представляет собой полезную инфор­мацию, хранящуюся на диске.

DVD-технология

Развитие компьютеров и вычислительных систем позволило начать активное применение мощных алгоритмов сжатия, позволяющих вместить на один диск не час с четвертью, а от 5 до 10 часов музыки практически без потери качества. Однако для видеоиндустрии размер одного диска оказался маловат даже при использовании сжатия, да и компьютерные приложения уже переросли воз­можности накопителей на CD-дисках. Решить все эти проблемы была призвана DVD-технология.

В соответствии с этим был принят единый стандарт, названный DVD, или Digital Video Disc (впоследствии приняли расшифровку Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск). Далее была опуб­ликована первая версия спецификации для DVD-ROM и DVD-Video и принята схема защиты цифровой копии от несанкциони­рованного тиражирования.

В настоящее время существуют стандарты для DVD-Video, DVD-ROM, DVD-Audio. Звуковое сопровождение на DVD поддерживается стандартами Mono, PCM Stereo, Dolby Surround (Prologic), Dolby Digital AC-3, THX, DTS. Звуковые стандарты Dolbv Digital AC-3, THX, DTS определяют шестиканальный звук, т.е. звуковое сопровождение по схеме: фронтальные колонки, центр, тыловые ко­лонки и саббуффер. Обычно для обозначения шестиканального звука используется аббревиатура «5.1», что означает использование основ­ных пяти источников звука и отдельно - низкочастотного блока - саббуффера. Dolby ProLogic и Doiby Digital АС-3 отличаются тем, что Dolby Digital АС-3 имеет шесть независимо записанных звуковых до­рожек, a Dolby ProLogic лишь специальным образом обрабатывает стереосигнал и является имитацией шестиканального звука.

Таким образом, звук на DVD-дисках записывается в самых различных форматах, все они воспроизводят несколько независимых каналов пространственного компрессированного звука, создавая тем самым реалистичную картину происходящего.

DVD-видео - это цифровое видео, сжатое по алгоритму MPEG-2 и записанное на DVD-диск. Формат - 25 кадров в секунду с разрешением 720 х 576 то­чек при глубине цвета 24-бит (PAL) или 30 кадров 720 х 480 х 24-бит (NTSC). В несжатом виде это поток 3О МБайт в секунду, а двухчасовой фильм будет занимать более 100 гигабайт.

DVD-диски имеют емкость от 4,7Gb до 17Gb в зависимости от типа. При этом меняется не плотность записи, а тип размещения информа­ции. Диски бывают односторонние однослойные, односторонние двух­слойные, двухсторонние однослойные и двухсторонние двухслойные. Кроме того, бывают комбинированные диски, у которых с одной стороны два слоя, а с другой - один.

Способ хранения информации на DVD-ROM практически такой же, как и у CD-ROM: вдоль металлической подложки по спирали располо­жены канавки, составляющие так называемые треки. Эти канавки не­сут в себе информацию, которая считывается лучом лазера, преобра­зовывая канавки в единички и нули. Сама отражающая подложка покрыта защитным слоем пластика, предохраняющего диск от повреж­дения.

Отличие DVD-диска от CD - плотность записанной информа­ции. Так, например, односторонний и одноуровневый DVD-диск хранит приблизительно 4,7 Гбайт информации (технология DVD-5), а обычный CD-диск - лишь 650 Мбайт. Был разра­ботан новый полупроводниковый лазерный излучатель, использующий для работы меньшую длину волны (650-635 нм), чем лазер дис­ковода CD-ROM (780 нм). После этого расстояние между треками ста­ло меньше, да и сами канавки на диске (хранители информации) значительно уменьшились в размерах.

Вслед за одноуровневыми дисками появились двухуровневые, вмещающие до 8,54 Гбайт информации. Здесь первый уровень нахо­дился под вторым, а считывание происходило путем фокусировки лу­ча лазера по уровням (технология DVD-9). По технологии DVD-10 счи­тывание происходит с двух сторон по одному уровню. Хранимый объ­ем достиг 9,4 Гбайт. Двухуровневый DVD-18 обеспечивает хранение 17,08 Гбайт. Чтение происходит с двух сторон, каждая из которых имеет два уровня.

Существенными являются такие характеристики привода, как Access Time (время доступа), CPU Utilization (загрузка центрального процессора), Transfer Rate Inside/Outside (внутренняя и внешняя ско­рость передачи данных).

Показатель Access Time (время доступа) отражает сумму среднего времени поиска, необходимую приводу DVD-ROM для позициониро­вания на нужный трек и среднего времени «запаздывания» (латентности), в течение которого диск подводится под нужный сектор для счи­тывания. Соответственно, чем ниже значение Access Time, тем лучше. Показатель CPU Utilization (загрузка CPU) говорит о том, насколько DVD-ROM использует ресурсы процессора.

Скорость передачи данных характеризуется двумя показателями: внутренней (Inside) и внешней (outside) скоростью. Внутренняя скорость передачи представляет со­бой передачу между DVD-диском и внутренним буфером DVD-ROM непосредственно.

Она определяется многими параметрами: качеством и плотностью записи, скоростью вращения и т. д. На эти параметры влияет конст­руктивная особенность привода. Внешняя же скорость передачи дан­ных полностью зависит от ис­пользуемого режима передачи.