Kako laserski snop čita ili upisuje disk? CD-R - Compact Disk Recordable - disk sa jednim zapisom i višestrukim čitanjem. Sesija praktične magije na video CD-u

Pažnja! Ne podržavaju svi diskovi čitanje/upisivanje "sirovih" podataka podkanala. Uvjerite se da su "Opcije profila" na CD-u Clone postavljene na "čitanje podkanala sa staza podataka" i da je poništeno polje za potvrdu "ne vraćaj podatke podkanala". U suprotnom, nećete uspjeti.

Dodatak: Testiranje pouzdanosti pogona

Zaključak

Glavni primjer rada poluvodičkih lasera je magnetno-optički pogon(MO).

MO pogon je izgrađen na kombinaciji magnetnog i optički princip skladištenje informacija. Informacije se pišu pomoću laserskog snopa i magnetnog polja, a čitanje se vrši samo pomoću lasera.

U procesu pisanja na MO disk, laserski snop zagrijava određene tačke na disku, a pod utjecajem temperature otpor promjene polariteta za zagrijanu tačku naglo opada, što omogućava magnetskom polju da promijeni polaritet tačke. . Nakon završetka zagrijavanja, otpor se ponovo povećava, ali polaritet grijane točke ostaje u skladu s magnetskim poljem primijenjenim na nju u vrijeme zagrijavanja. U trenutno dostupnim MO uređajima za pohranu, dva ciklusa se koriste za pisanje informacija, ciklus brisanja i ciklus pisanja. Tokom procesa brisanja, magnetno polje ima isti polaritet, što odgovara binarnim nulama. Laserski snop uzastopno zagreva čitavo područje koje se može izbrisati i tako upisuje niz nula na disk. U ciklusu pisanja, polaritet magnetnog polja je obrnut, što odgovara binarnoj jedinici. U ovom ciklusu laserski snop se uključuje samo u onim područjima koja bi trebalo da sadrže binarne jedinice, a područja sa binarnim nulama ostaju nepromijenjena.

U procesu očitavanja sa MO diska koristi se Kerrov efekat koji se sastoji u promjeni ravnine polarizacije reflektiranog laserskog snopa, ovisno o smjeru magnetskog polja reflektirajućeg elementa. Reflektirajući element u ovom slučaju je tačka na površini diska magnetizirana tokom snimanja, koja odgovara jednom bitu pohranjene informacije. Prilikom čitanja koristi se laserski snop niskog intenziteta, koji ne dovodi do zagrijavanja područja za očitavanje, pa se pri čitanju ne uništavaju pohranjene informacije.

Ova metoda, za razliku od uobičajene koja se koristi kod optičkih diskova, ne deformiše površinu diska i omogućava ponovno snimanje bez dodatna oprema. Ova metoda također ima prednost u odnosu na tradicionalno magnetsko snimanje u smislu pouzdanosti. Budući da je obrt magnetizacije diska moguć samo pod djelovanjem visoke temperature, tada je vjerovatnoća slučajnog preokretanja magnetizacije vrlo niska, za razliku od tradicionalnog magnetskog snimanja, koje se može izgubiti zbog nasumičnih magnetnih polja.

Opseg MO diskova je određen njegovim Visoke performanse u smislu pouzdanosti, obima i prometa. MO disk je potreban za zadatke koji zahtijevaju veliki prostor na disku, to su zadaci kao što su CAD, obrada audio slike. Međutim, mala brzina pristupa podacima ne omogućava korištenje MO diskova za zadatke sa kritičnom reaktivnošću sistema. Stoga se korištenje MO diskova u takvim zadacima svodi na pohranjivanje privremenih ili rezervnih informacija na njima. Za MO diskove, vrlo povoljna upotreba je sigurnosna kopija kopiraj tvrdo diskove ili baze podataka. Za razliku od pogona trake koji se tradicionalno koriste u ove svrhe, pohranjivanje rezervnih podataka na MO diskove značajno povećava brzinu oporavka podataka nakon kvara. To je zato što su MO diskovi uređaji sa slučajnim pristupom, što vam omogućava da oporavite samo podatke za koje je utvrđeno da nisu uspjeli. Osim toga, s ovom metodom oporavka, nema potrebe da se prije potpuno zaustavi sistem potpuni oporavak podaci. Ove prednosti, u kombinaciji sa visokom pouzdanošću skladištenja informacija, čine upotrebu MO diskova za backup isplativo, iako skuplje u odnosu na streamere.

Upotreba MO diskova je takođe preporučljiva kada radite sa velikim količinama privatnih informacija. Jednostavna zamena diskova vam omogućava da ih koristite samo tokom rada, bez brige o zaštiti računara tokom rada neradno vrijeme, podaci se mogu pohraniti na zasebnoj, sigurnoj lokaciji. Isto svojstvo čini MO diskove nezamjenjivim u situacijama kada je potrebno prenijeti velike količine od mjesta do mjesta, na primjer, od posla do kuće i nazad.

Glavni izgledi za razvoj MO diskova prvenstveno su povezani sa povećanjem brzine snimanja podataka. Spora brzina je prvenstveno određena dvoprolaznim algoritmom pisanja. U ovom algoritmu nule i jedinice se pišu u različitim prolazima, zbog činjenice da magnetsko polje koje određuje smjer polarizacije određenih tačaka na disku ne može dovoljno brzo promijeniti svoj smjer.

Većina prava alternativa Dvoprolazno snimanje je tehnologija zasnovana na promjeni faze. Takav sistem su već implementirali neki proizvođači. Postoji nekoliko drugih razvoja u ovom pravcu koji se odnose na polimerne boje i modulacije magnetnog polja i snage laserskog zračenja.

Tehnologija zasnovana na promeni faznog stanja zasniva se na sposobnosti supstance da pređe iz kristalnog u amorfno stanje. Dovoljno je osvijetliti određenu tačku na površini diska laserskim snopom određene snage, jer supstanca u ovom trenutku prelazi u amorfno stanje. Ovo mijenja reflektivnost diska u tom trenutku. Pisanje informacija je mnogo brže, ali ovaj proces deformiše površinu diska, što ograničava broj ciklusa ponovnog pisanja.

Tehnologija bazirana na polimernim bojama također omogućava ponovno pisanje. Ovom tehnologijom površina diska je prekrivena sa dva sloja polimera, od kojih je svaki osjetljiv na svjetlost određene frekvencije. Za snimanje se koristi frekvencija koju gornji sloj zanemaruje, ali izaziva reakciju u donjem. Na mjestu upada zraka, donji sloj nabubri i formira izbočinu koja utječe na reflektirajuća svojstva površine diska. Za brisanje se koristi druga frekvencija, na koju reaguje samo gornji sloj polimera, tokom reakcije izbočina se izglađuje. Ova metoda, kao i prethodna, ima ograničen broj ciklusa pisanja, jer se površina deformiše tokom pisanja.

Trenutno se već razvija tehnologija koja vam omogućava da promijenite polaritet magnetnog polja na suprotan u samo nekoliko nanosekundi. Ovo će omogućiti sinhronu promjenu magnetnog polja sa pristizanjem podataka za snimanje. Postoji i tehnologija bazirana na modulaciji laserskog zračenja. U ovoj tehnologiji, pogon radi u tri načina rada - režim čitanja niskog intenziteta, režim pisanja srednjeg intenziteta i režim pisanja visokog intenziteta. Modulacija intenziteta laserskog snopa zahtijeva složeniju strukturu diska i dopunu pogonskog mehanizma inicijalizacijskim magnetom postavljenim ispred magneta za prednapon i koji ima suprotan polaritet. U najjednostavnijem slučaju, disk ima dva radna sloja - inicijalizaciju i snimanje. Inicijalizacijski sloj je napravljen od takvog materijala da inicijalizacijski magnet može promijeniti svoj polaritet bez dodatnog laserskog djelovanja. Tokom procesa snimanja, inicijalizacijski sloj se ispisuje nulama, a kada je izložen laserskom snopu srednjeg intenziteta, sloj za snimanje se magnetizira inicijalizirajućim, kada je izložen snopu visokog intenziteta, sloj za snimanje se magnetizira u skladu s sa polaritetom magneta za pristrasnost. Dakle, snimanje podataka može se odvijati u jednom prolazu, kada se uključi lasersko napajanje.

Naravno, MO diskovi su obećavajući uređaji koji se brzo razvijaju i koji mogu riješiti nove probleme s velikim količinama informacija. Ali njihov dalji razvoj zavisi ne samo od tehnologije snimanja na njih, već i od napretka u oblasti ostalih medija za skladištenje podataka. I ako više ne bude izmišljeno efikasan metod skladištenje informacija, MO diskovi mogu preuzeti dominantnu ulogu.

Na laserskim ili optičkim diskovima, informacije se snimaju zbog različite refleksivnosti pojedinih dijelova takvog diska. Svi optički diskovi su slični po tome što je medij (disk) uvijek odvojen od drajva, koji je standardni uređaj u računaru. Za razliku od hard diskova ili fleš diskova, kod laserskih diskova postoji mnogo manje hardverskih problema i mnogo ih je lakše rešiti - jednostavnom zamenom drajva. Fizička lokacija podaci o laserski disk je strogo standardizovan, a informacije o svim standardima su javno dostupne, iako su kreirane mnoge specifikacije.

Vrste medija i tehnologije

Prve laserske diskove su 1980. godine kreirali Sony i Philips za snimanje zvuka. Ovi diskovi (CD-DA) su puštani na kućnim plejerima. Pošto izgled a geometrijske dimenzije bilo kojeg laserskog diska ostaju nepromijenjene. Disk je polikarbonatna ploča prečnika 120 mm i debljine 1,2 mm, u čijem središtu se nalazi rupa prečnika 15 mm. Disk ima spiralnu stazu koja počinje u središnjem dijelu i ide do periferije. U početku su postojali samo diskovi koji su se industrijski replicirali iz posebno proizvedenih matrica, ali su se kasnije razvile tehnologije koje su omogućile snimanje laserskih diskova na kompjuteru. CD-R pogoni a zatim CD-RW

Početkom 21. vijeka razvijeni su DVD standardi, koji bi postepeno trebali zamijeniti CD. Ovi diskovi se razlikuju od CD-a po višestruko povećanoj gustoći staza, a za njihovo čitanje i pisanje koristi se laser kraće talasne dužine. Pojavili su se dvostrani (Double-Sided - DS) i dvoslojni (Double Layer - DL) diskovi koji sadrže dva reflektirajuća sloja i skoro su se udvostručili u odnosu na obični diskovi, kapacitet. Nedavni razvoj, Blu-Ray i HD-DVD standardi, omogućili su dalje povećanje količine podataka pohranjenih na laserskom disku, iako je princip snimanja ostao gotovo isti. Velika važnost u prilogu kompatibilnost unatrag standarde i formate tako da moderniji pogoni mogu raditi sa starijim diskovima.

Na fabrički napravljenim ili žigosanim diskovima, trag se formira naizmjeničnim udubljenjima i izbočinama ekstrudiranim na površinu ploče tokom procesa štancanja diska. Zatim se na ovu površinu nanosi tanak reflektirajući sloj aluminija. Budući da projekcije i udubljenja različito odražavaju laserski snop, postaje moguće očitati rezultujući uzorak.

Na diskovima koji se mogu snimati i ponovno upisivati ​​(„prazne“), obje površine ploče su potpuno glatke, a snimanje i čitanje informacija povezano je s promjenom fizičko-hemijskih karakteristika tankog sloja koji se može snimati nanesenog na gornju stranu ploče ( Slika 5.1). Sloj koji se može snimati na diskovima za jednokratno upisivanje (CD-R ili DVD-R) sastoji se od organske boje koja se nepovratno mijenja pod utjecajem snažnog laserskog zraka, a na diskovima za ponovno upisivanje (CD-RW ili DVD-RW) se formira posebnim slojem od legure koji može mijenjati svoju refleksivnost ovisno o uvjetima grijanja i hlađenja. Na ovaj ili onaj način, fizički kvalitet snimanja u potpunosti ovisi o kvaliteti samog diska i karakteristikama drajva na kojem je snimljeno: brzini, preciznosti fokusiranja i snazi ​​snopa.

U svim slučajevima na gornju, najudaljeniju od lasera, površinu diska nanosi se određeni broj zaštitnih slojeva, koji reflektirajući sloj štiti od oštećenja. Iako su zaštitni slojevi dosta jaki, disk je mnogo ranjiviji na ovoj strani nego na strani podloge. Diskovi koji se mogu ponovo upisivati ​​su posebno nezaštićeni - aktivni sloj blizak po svojim svojstvima tečnim kristalima i reaguje čak i na blagi pritisak ili savijanje diska.

Od centra do periferije, disk je podijeljen na nekoliko koncentričnih regija, odnosno zona (slika 5.2). Prečnik svake oblasti je strogo standardizovan:

Rice. 5.2. Laserske disk zone

Područje za slijetanje, odnosno fiksiranje, ne sadrži nikakve podatke i leži na pogonskom vretenu. Hrapavost i prljavština u ovoj oblasti mogu uticati na ravnotežu i oticanje diska dok se rotira;

Oblast kalibracije snage (PC A) prisutna je samo na diskovima za snimanje i koristi se za probno snimanje i automatsko podešavanje snage lasera za snimanje u zavisnosti od individualnih karakteristika diska i drajva;

Područje programske memorije (PMA) također postoji samo na diskovima za snimanje. On unaprijed snima privremeni sadržaj (Table of Content - TOC). Na kraju sesije snimanja, ova informacija se ponovo upisuje na nultu stazu;

Zero track (Lead-in) sadrži sadržaj diska ili sesije snimanja. Sadržaj sadrži početne adrese i dužine svih staza, ukupnu dužinu područja podataka i informacije o svakoj sesiji snimanja. Ako je disk snimljen u nekoliko sesija, za svaku od sesija kreira se posebna nulta staza. Standardna veličina nulta staza - 4500 sektora, ili oko 9,2 MB podataka;

Područje podataka sadrži korisne podatke. Ovo je glavni dio diska;

Krajnja zona (Lead-Out) služi kao marker za kraj sesije snimanja. Ako je disk napisan u jednoj sesiji, veličina ciljne zone je 6750 sektora. Ako je disk snimljen u nekoliko sesija, svaka naredna sesija stvara svoju krajnju zonu veličine 2250 sektora.

Informacije kada se zapisuju na CD su višestruko suvišne. Ovo je neophodno za ispravljanje mogućih grešaka. Iako se vjeruje da je kapacitet CD ROM je oko 700 MB, u stvari, takav disk nosi oko 2,5 GB informacija!

Spiralna staza je podeljena na sektore, dužina jednog CD-ROM sektora je 17,33 mm, a na standardni disk odgovara do 333.000 sektora. Za DVD disk, standardni broj sektora je 2298496 (jednoslojni DVD, DVD-R(W)) ili 2295104 (jednoslojni DVD+R(W)). Svaki sektor se sastoji od 98 blokova, odnosno okvira (ramova). Okvir sadrži 33 bajta informacija, od kojih 24 bajta nose korisne podatke, 1 bajt sadrži servisne informacije, a 8 bajtova se koristi za paritet i ispravljanje grešaka. Ovih 8 bajtova sadrži takozvani Reed-Solomon kod, izračunat iz 24 upotrebljiva bajta. Dakle, veličina sektora je 3234 bajta, od čega su 882 bajta suvišna. Od njih, firmver pogona može ponovo kreirati prave vrijednosti preostalih 2352 bajta u slučaju grešaka. Štaviše, od preostalih 2352 bajta, 304 bajta su rezervisana za sinhronizacione kodove, identifikacione bitove, ECC kod za ispravku greške i EDC kod za otkrivanje i korekciju greške. Kao rezultat, 2048 bajtova je korisno u jednom sektoru.

Da bi se smanjio uticaj ogrebotina i drugih fizičkih defekata, koristi se unakrsno preplitanje blokova između susjednih sektora. Zbog toga će svaki ograničeni kvar vjerovatno utjecati na blokove koji pripadaju različitim sektorima i neće završiti na dva ili tri uzastopna bloka. U ovom slučaju, ispravljanje grešaka može biti veoma efikasno.

Fizički, sekvence "tamnih" i "svetlih" oblasti, dobijene kao rezultat EFM modulacije, se snimaju na disk. Modulacija od osam do četrnaest je još jedan sloj dizajniran da obezbedi redundantnost i integritet podataka. Umjesto svakog bajta, odnosno 8 bitova, upisuje se niz od 14 binarnih vrijednosti (bitova). Tri bita spajanja se dodaju na ovih 14 bitova, a dužina niza se povećava na 17 bita. 24-bitni sinhronizacijski broj se dodaje na početak svakog bloka.

Algoritmi koji su ovdje shematski opisani su standardni i ugrađeni u firmver bilo kojeg pogona. U procesu čitanja diska, firmver pogona vrši ispravku grešaka ako je potrebno i prikazuje kroz interfejs već čiste sektore od 2048 bajtova svaki.

Optičke disk jedinice

Dizajn bilo kog laserskog disk drajva nije se mnogo promenio od 20. veka (slika 5.3). Sve značajne razlike između CD ili DVD uređaja, čitanja ili pisanja, su samo u laserima, senzorima i optičkim elementima. Naravno, podrška novih standarda zahtijevala je i nove algoritme za ispravljanje grešaka ugrađene u firmver diskova.

Rice. 5.3. Šema laserskog diska

Disk se rotira na osi vretena. Frekvencija rotacije može doseći i do 12.000 o/min. Ispod diska se po vodilicama kreće kolica, na kojima su pričvršćeni minijaturni poluvodički laser, sistem sočiva, prizmi i ogledala, kao i prijemnik fotoćelije. Moderni kombinovani pogoni mogu imati više lasera. Laserski snop prolazi kroz optički sistem, fokusira se na donju površinu rotirajućeg diska, odbija se od njega i ponovo ulazi u prijemnik kroz ista sočiva i prizme. Prijemnik pretvara svjetlosni snop u električne signale koji se šalju pretpojačalo i dalje u elektronsko kolo pogona.

Gornje sočivo fokusira. Postavljen je na vrlo lagane suspenzije i može se lagano pomicati u odnosu na ostatak optičkog sistema. Položaj ovog sočiva kontroliše složena automatizacija, tako da snop uvijek mora biti precizno fokusiran na reflektirajući sloj CD-a. Pomicanjem nosača laserski snop može biti usmjeren na bilo koji dio diska.

Prema CD standardu, širina staze je oko 0,6 µm, a razmak između susednih staza je oko 1,6 µm. Svaki element staze (udubljenje ili platforma, ili dio koji se po refleksivnosti razlikuje od susjednog na disku koji se snima) mora imati dužinu od 0,9 do 3,3 mikrona. Za DVD, ove dimenzije su mnogo manje. Razlika u refleksivnosti "tamnih" i "svjetlih" područja je prilično mala i ne iznosi više od nekoliko desetina posto. Prilikom čitanja, laserska disk jedinica bilježi prilično male fluktuacije u svjetlini reflektiranog zraka. Kada se laserski snop fokusira na reflektirajući sloj diska, mjesto koje stvara treba otprilike odgovarati geometrijskim dimenzijama tragova. Ako je tačka veća, fluktuacije u svjetlini reflektiranog zraka postaju još manje, a odstupanja u pozicioniranju pogoršavaju situaciju.

Snaga lasera, tačnost fokusiranja, brzina odziva sistema fokusiranja, kao i stepen vibracije i udaranja diska su različiti za različiti modeli pogoni. Osim toga, na posao konkretna instanca uređaj negativno doprinosi trošenju ležajeva i vodilica, kao i starenju suspenzija.

Ovo objašnjava svima poznat slučaj kada se disk na jednom disku čita normalno, na drugom čita, ali nesigurno, a na trećem se uopšte ne čita sa porukom o grešci. Paradoksalno, uopšte nije neophodno da se disk najbolje čita na istom drajvu na kome je napisan! Raznolikost parametara, kako samih diskova tako i pogona, prilično je velika. O jeftinim diskovima nepoznatih proizvođača i postotku kvarova među njima ne vrijedi ni govoriti. Postoje i prvobitno neuspješni modeli pogona.

Kvalitet pogona je vrlo nejasan koncept. Uključuje temeljitost i tačnost izrade i montaže mehanike i optike, karakteristike dizajna, uključujući mehanizme za balansiranje i kompenzaciju zazora, svojstva laserskog emitera, kao i karakteristike mikroprograma.

Ponašanje drajva tokom nestabilnog čitanja problematičnih diskova zavisi od firmvera. Općenito, što je manja brzina, veća je šansa za uspješno čitanje diska sa lošim optičkim karakteristikama. Kada se pojavi veliki broj grešaka, pogon mora smanjiti brzinu čitanja dok čitanje ne postane stabilno, ali ovaj mehanizam se različito implementira u različitim pogonima. Što je manja brzina rotacije diska, to su jednostavniji zahtjevi za njegovu kvalitetu. Praksa pokazuje da se o kvaliteti CD ili DVD drajva može indirektno suditi po odnosu plastika/metal, odnosno po težini uređaja i njegovoj cijeni. U ovom slučaju govorimo o cijenama za modele jedne generacije.

Plextor pogoni su dobro poznati. Oni koštaju više nego dvostruko ili trostruko od prosječne cijene uobičajenih diskova, ali su stabilni i izdržljivi. Osim toga, neki LG drajv modeli imaju mogućnost čitanja čak i jako izgrebanog diska ili diska najlošijeg kvaliteta. Teas drives je također karakterizirao stabilno čitanje, međutim, modeli izdanja nakon 2006. godine, iz nekog razloga, počeli su izazivati ​​kritike. Iskusni korisnika računara, čije zanimanje često mora da izvlači podatke sa nestabilnih diskova, obično biraju dugo vremena, a zatim pažljivo koriste disk. Ponekad je takav disk povezan sa računarom samo za čitanje problematičnog diska, a ostatak vremena je fizički isključen kako bi se izbjeglo nepotrebno trošenje.