CD ROM Mechaniky. Popis:

Transkript

1 CD ROM Mechaniky Úvd: Můj referát pjednává jedntce CD-ROM, zmíním se dále také dalších typech médií jak jsu CD-R, CD-RW a dalších. Je sice pravděpdbné, že většina z vás už jedntce CD-ROM ledasc ví, ale snad můj referát přinese aspň nějaké nvé infrmace. Na úvd bych rád řekl něc z histrie. Pčátky CD-ROM (Cmpact Disc-Read Only Memry) se datují d rku 1979, kdy splečnsti Philips a Sny specifikvaly zvukvý systém CD (Kmpakt Disc), a dva rky pzději h také zavedly d praxe. Půvdně byl ttiž systém CD určen pr záznam a reprdukci zvuku a byl specifikván frmátem CD-DA. Ppis: Jedntka CD-ROM je na rzdíl d třeba pevnéh disku zalžena na ptickém principu, infrmace je na disku zaznamenána v pdbě "důlků"(u CD-ROM) (pitů) a plch (land) a je čtena pmcí zastřenéh paprsku laseru (většinu červené případně ranžvé barvy - klem 760 nm). Tím všem během čtení (i případnéh zápisu) nedchází ke kntaktu mezi čtecí hlavu a čteným médiem a nedchází prt k ptřebení média. Dalším rzdílem prti magnetickým pevným diskům, je že data nejsu zaznamenána v sustředných kruzích, ale v jedné téměř 6km dluhé spirálvité stpě a disk se táčí knstantní bvdvu rychlstí aby byla data na disku ulžena stále stejně hustě, t ale vyžaduje elektrniku, která reguluje úhlvu rychlst táčení v závislsti vzdálensti čtecí hlavy d středu disku. Obr 1. Řez CD médiem

2 Na předchzím brázku je znázrněn řez CD médiem, na kterém je vidět předlisvaná drážka, pmcí které se laser zastřuje na jedntlivé stpy. Ta je nejen u médií typu CD-ROM, ale i u statních médií typu CD-R i CD-RW (viz dále) Obr 2. Princip čtení dat z ptickéh disku Princip čtení (zápisu) je znázrněn na předcházejícím brázku: paprsek z laservé didy prchází přes plprůhledné zrcadl a přes sustavu bjektivu a ččky dpadá na pvrch disku. Zde se dráží d pvrchu disku a plprůhlednéh zrcadla a dpadá d snímače. Paprsek se d pvrchu disku dráží buď ve stejném směru zpět pkud dpadne na rvnu plchu, neb se dráží šikm mim su čček (případně je phlcen) při dpadu na pit a tent rzdíl je elektrniku vyhdncen jak změna. Jedničky a nuly nedpvídají přím těmt změnám, ale jsu pmcí nich kódvány, aby byl zaručen dstatečný pčet změn a tedy i synchrnizačních impulsů. Obr 3. Ukázka ptiky a mechaniky CD-ROM Přensvá rychlst Přensvá rychlst se u CD-ROM udává v násbcích rychlsti čtení audi CD, cž je 150kB/s. Velikst přensvé rychlsti se tedy phybuje d 150kB/s u dnes již

3 histrických single speed mechanik, přes 300kB/s u duble (2x) CD-ROM (standard d r. 1995) a 600kB/s u Quad-Speed (4x) CD-ROM drive (standard d r. 1996), p sučasné mechaniky s přensvými rychlstmi 4800kB/s u 32x CD-ROM a 7800kB/s u 52x CD-ROM. Tyt přensvé rychlsti jsu však puze teretické a je t hdnta maximální. Přístupvá dba Přístupvá dba u datvých CD-ROM disků je závislá na čase nutném k regulaci táček a také čase ptřebném na nastavení čtecí ptiky. Je tedy velmi nevhdné číst data ulžená v různých částech disku, prtže je neustále nutné přizpůsbvat rychlst táčení. Tent prblém plně nedstraňují ani mechaniky s vyšší přensvu rychlstí, i když samzřejmě mechaniky s vyšší rychlstí čtení mají i nižší přístupvu dbu. Přístupvá dba se u CD-ROM mechanik phybuje d 300ms p 80ms u v sučasnsti prdávaných mechanik. Připjení V sučasné dbě je asi nejrzšířenější a pr připjení CD-ROM nejpužívanější rzhraní IDE, které je dnes v každém PC a není nutný žádný přídavný řadič. Dalším pužívaným rzhraním je SCSI, které byl dříve téměř výlučně pužíván především u vypalvacích mechanik pr jeh vyšší přensvu rychlst, větší splehlivst a nižší nárky na výkn pčítače. Jelikž je však pr něj nutný přídavný řadič a výkn pčítačů velmi pstupil, je dnes i u vypalvacích mechanik stále více pužíván rzhraní IDE. Typy disků Read Only (klasický čtecí typ) Write Once (čte + zapisuje na čistý disk) ReWritable (čte + zapisuje + přepisuje i zapsané disky) CD-DA - CD-Digital Audi "hudební" CD CD-I - CD-Interactive multimediální CD určené d CD-I přehrávačů připjvaných k televizi. Většinu lze přečíst také v CD-ROM mechanikách na PC. Neprsadil se a nepužívá se. CD-R - jednrázvé zaznamenání infrmace neb vícenásbné nahrávání, které umžňuje přidávat na disk infrmace pstupně, Write-Once CD-ROM - klasické datvé CD, Read-Only CD-ROM XA - CD-ROM extended Architecture zvláštní druh CD, kmbinace CD- ROM a CD-DA., Read-Only CD RW - Mžnst pakvanéh zápisu na CD médium. ReWritable Tabulka shrnující nejdůležitější infrmace: průměr média 12 cm (8 cm) tlušťka média 1,2 mm velikst tvru 1,5 cm váha CD 18 g délka stpy necelých 6 km hlubka pitu 0,12 µm šířka pitu 0,6 µm délka pitu 0,8-3,3 µm

4 šířka mezi stpami 1,6 µm mnžství dat 650, 700, 790, 860MB přensvá rychlst kb/s přístupvá dba ms Tabulka přensvých rychlstí Označení 1x 2x 4x 8x 12x 16x 24x 32x 48x 52x Přensvá rychlst [kb/s] Dba kpírvání 650MB média 1h 14mi n 37mi n 18mi n 30s 9min 15s 6min 10s 4min 37s 3min 5s 2min 19s 1min 32s 1min 25s Pr zajímavst, hustta záznamu je na CD tpi (track per inch - stp na palec). Flppy disk má husttu 96 tpi a pevný disk průměrně 400 tpi. Zápis na CD (Vypalvání): Pr zapisvání se pužívají média značvaná jak CD-R (WORM - Write Once Read Many times), případně přepisvatelná média CD-RW (Read-Write). Základní jedntku je 1minuta záznamu plnhdntnéh stere signálu. Prdávané disky se značují dbu audi záznamu, který je mžné na CD zaznamenat a případně také mnžstvím dat,které na něj můžeme ulžit: průměr 120 mm - 74 min 650MB - 80 min 700MB - 90 min 790MB - 99 min 860MB průměr 80 mm - 21 min 180MB Média s velikstí 90 a 99 min se nedají zapisvat nrmálním způsbem, ale je nutné pužít tzv. verburn, nebť v systémvé blasti je i u těcht CD zaznamenána délka 80 min (je zde vyhrazen mál bitů pr zaznamenání infrmace délce média, z důvdů kmpatibility není mžné tent pčet bitů zvětšit) Data se zaznamenávají d sektrů, Sektr má velikst 2352B. Data mhu být zaznamenána 3 způsby: 1. Mde 1, má 2048 užitečných BYTE/SECTOR (STANDARD) 2. Mde 2, 2336 B/sectr 3. Audi, 2352 B/sectr Sektr se skládá z 98 rámců. Každý rámec začíná 24 synchrnizačními bity a pak následují 2 blky s 12ti uživatelskými byty a 4mi byty CIRC- krekce. Každý bajt začíná trjicí spjvacích nulvých bitů a 14ti bitvým kódem bajtu. Při zakódvání nesmí být dvě jedničky vedle sebe. Aby tt nenastal při spjvání bajtů jsu prlženy 3mi spjvacími nulvými bity. Z výše uvedenéh je jasné, že je u datvéh CD velké mnžství redundantních infrmací, z důvdu chrany pmcí pravných kódů a přidání synchrnizačních bitů. Každý sektr bsahuje tedy asi 2kB a základní kapacita je pr 74 min 650MB.

5 Obr 4. Vrstvy CD-R média Výše uvedená struktura je jen jedna z mžných struktur CD-R média, na které se prvádí zápis ve vypalvací mechanice. Zápis se prvádí pmcí laseru, který pmcí výknnéh paprsku "prpálí" záznamvé barviv, čímž vznikne pit drážející čtecí paprsek(d pd záznamvu barvu umístěnéh drazivéh materiálu). Pr zápis je ptřeba laser s výknem 14 mw i více (záleží na rychlsti vypalvání) - pr čtení stačí laser s výknem 0,5 mw. Další mžnstí je, že záznamvu vrstvu tvří materiál, v němž lze laserem vyvlat lkální pticky detekvatelné změny. Nejstarším způsbem je vypalvání tvrů d tenké vrstvy - tzv. ablativní metda (lat. ablati - dnášení, dnímání). Otvr vznikne tehdy, když teplta ve středu světelné stpy překrčí bd tání vrstvy. Vlivem pvrchvéh napětí se rztavený kv stáhne k nerztaveným krajům a ztuhne ve tvaru kráteru. Nejběžnějším médiem pr tent způsb záznamu je kvvá vrstva tlušťky mikrmetrů vakuvě nanesená na neprůhlednu pdlžku. Vlastnsti tht záznamvéh média se výrazně zlepšily p zavedení třívrstvé struktury: na pdlžku se nejprve nanese vrstva s vysku drazivstí (zpravidla hliníkvá, tlušťka asi 100 nm). Dále se nanese vrstva průhlednéh izlačníh materiálu, a naknec velmi tenká vrstvička kvvéh záznamvéh materiálu. Ten musí mít pr každu danu vlnvu délku vysku antireflexivitu (phltí až 90% dpadající světelné energie). Krátery se, vzhledem k nízké tepltě tání a vyskému pvrchvému napětí, vytvří ppsaným způsbem. Jak vhdný se pr tenku záznamvu vrstvu ukázal tellur, čast s příměsemi antimnu a selenu, nebť ty zvyšují jeh dlnst prti xidaci. Na izlační vrstvu se pužívají různé plymery. Další technlgie WORM záznamu pracuje také s třívrstvu strukturu. Vrchní vrstvu však tvří vysktající kv, jak je titan, slitiny platiny a zlata. Plymervé dielektrikum je zvlen tak, aby jeh teplta vypařvání ležela hlubk pd bdem tání danéh kvu. Vlivem laservéh impulsu se vrchní vrstva hřeje natlik, že se pd ní ležící plymer vypaří a tlak plynu vrchní kvvu vrstvu vybulí. Tut metdu značujeme jak metdu bublinvu. V místě defrmace půvdní reflexní vlastnst zanikne, takže se uplatní reflexe d spdní hliníkvé vrstvy. Vhdnu kmbinací tlušťky dielektrika lze pr danu vlnvu délku vytvřit takvé reflexní pdmínky, že se laservé světl dráží s jinu fází a tak se detekuje zapsaná infrmace. Třívrstvu strukturu pkrývá i v tmt případě pměrně silná vrstva průhlednéh materiálu, která záznam chrání před prachvými částicemi. Usadí-li se na pvrchu a nejsu-li při táčení smeteny dstředivu silu, jsu již dalek d hniskvé rviny čtecíh zařízení a čtení nevlivní.

6 CD-RW Dříve platil, že rychlst zápisu byla mnhem pmalejší než rychlst čtení, tt pravidl již v pdstatě neplatí. Dnes prdávané vypalvací mechaniky mají rychlst vypalvání na CD-R stejně jak čtení 52x, rychlst zápisu na CD-RW (přepisu) média je sice pmalejší - puze 24x - ale ne nijak výrazně. Mazání se prvádí buď rychlé, při kterém se smaže puze hlavička s infrmacemi zapsaných datech, cž trvá puze asi 15-30s, neb se maže celý spirálvitě zapsaný i nezapsaný disk a pak mazání trvá stejně dluh, jak zapsání celéh disku a záleží na rychlsti mechaniky. Mechaniky jsu dlišné d CD-ROM neb CD-R, pněvadž je u těcht disků menší drazivst. Zápis CD-RW se prvádí zahřátím na 700 C (amrfní tvar), mazání na 200 C (krystalický - drazivý) a čtení je prváděn laserem malém výknu. Odrazivst RW disků je pdstatně menší než ROM a R disků. Knstrukce CD-ROM mechanik: U disků CD ROM d 12ti násbné rychlsti (včetně) se pužívá technika CLV - Cnstant Linear Velcity, která znamená, že na vnějším kraji disku jsu táčky pmalejší, aby bvdvá rychlst (a tedy i přensvá rychlst) zůstala knstantní. Při výskytu chyby se u některých mechanik snižuje rychlst na dvjnásbnu neb dknce na jednduchu. CAV Cnstant angle velcity ddržuje knstantní táčky. Tent systém řízení se aplikuje na CD ROM i DVD s rychlstmi nad 12ti násbek základní rychlsti, tj pr disky s 16ti, násbnu rychlstí. Tent způsb ale výrazně zpmaluje tk dat při vnitřních stpách a udávané přensvé rychlsti dsahuje až u vnějšíh kraje.(například u 24x mechaniky má uvnitř jen 8-10x). Někdy je pužita kmbinace bu systémů řízení CLV a CAV v tzv. PCAV (Partitin CAV). Například vnější stpy jsu čteny pmcí CLV a vnitřní d 2/3 disku CAV (ale i zde dchází ke snižvání přensvé rychlsti) Pr disky s rychlstmi kl 7000t/min je nutné individuelně vyvažvat disky, nebť i ppis způsbuje jejich rzvážení. Prvádí se t pmcí lžisek vlžených kl hřídele na magnetické desce. Tyt lžiska se rtací rzprstřu tak, aby vyvážily disk. Knihy frmátů: Frmáty CD jsu uspřádány d knih 1. Červená kniha (Digital Audi) ISO je první standard a je určen pr zvukvý záznam CD audi (DA frmat)! f=44,1khz, 2kanály,! sektr=2352b a dpvídá 1/75s,! přens je B/s (single speed),! hrací dba max 74 min,

7 ! každá skladba na 1 stpě,! max stp (tracks)= 99! pravný kód EDC neb ECC! disk se dělí na 3 blasti! LEAD-IN bsahuje seznam nahraných tracků! data! LEAD-OUT bsahuje uknčení disku - 90s ticha. CD+G - cmpact disk + graphic! umžňuje ukládat i textvá a grafická data, pr něž je v každém sektru vyhrazen 48B. (například zde jme ulžen text písničky) CD - MIDI (nepužívá se)! v pdkanálech jsu ulžena data pr řízení MIDI CD + text! (philips) - umžňuje na viderekrdéru přehrávat i text a grafiku ulžené na byčejném CD -DA disku. CD Karake! text je ulžen splečně s audi v sektrech a tedy lze plynule přehrávat. Frmát rzšířen v Japnsku. 2. Žlutá kniha CD - ROM; ISO a CD XA Nrma pr pčítače. CD ROM se sektrvým dělením určená pr uchvání dat. Krekce chyb je mnhem prpracvanější. Nrma předpkládá 4vrstvu architekturu disku.! Vrstva 0 - bitvá architektura - identická s Red bk! Vrstva 1 - struktura sektru, detekce a krekce chyb! Vrstva 2 - lgická rganizace sektru - umžňuje přizpůsbení pžadavkům! Vrstva 4 - lgická rganizace subrvé struktury Velikst sektru je 2352B, z th 12B pr synchrnizaci a 4B pr hlavičku. Dále se rzdělení sektru liší pdle módů. CD ROM Mde 1 - (Režim 1) s pravu chyb! ISO 9660

8 ! úrveň 1! úrveň 2 a 3! mim mezinárdní standardy Mde 2 - (Režim 2) bez prav chyb neb nízkým stupněm prav CD-ROM-XA mají bdbnu strukturu, ale mají ještě pře daty pdhlavičku 8B (míst prázdnéh blku). Frm 1 Frm 2 Žlutá kniha definuje začátek datvéh záznamu až p 2s. Tím se sníží kapacita 300kB. Zavaděč sptřebuje 6500 sektrů, tj. 13MB Křenvý adresář 1 sektr Tabulky cest 2 sektry Ppis media 2 sektry Systém 16 sektrů Úvd a knec seance 4650 sektrů tedy celkem asi 21MB služebních dat. Při nahrávání dat i audia je vhdné nahrát data na track 1, audi na tracky statní. U CD DA však hrzí zničení zařízení, nebť číslicvá data jsu velmi hlasitá (praskání). 3. Zelená kniha CD-I Interakční disky - je zaměřen na multimedia, řeší prblém synchrnizací separátních audi a vide stp. Zahrnuje zvuk, statické brázky, animaci a full-mtin (celbrazvé vide). Nejstarší frmát d Philips =>NEKUPOVAT CD firmy Philips. Mechaniky musí umět číst (např většina disků

9 Panasnic a Matsushita je NEpdprují) a dále u WIN 95 kmprimvané subry MPEG nejsu MSCDEX pdprvány (i když MSCDEX pr Win3.xx an) CD-I! Frmát 1! Frmát 2 Green bk bsahuje i definici MPEG-1 (11172). Disky se nazývají Vide CD 4. Bílá kniha pužívá MPEG pr vide a CD-ROM XA pr audi. Od r.1994 nejužívanější frmát. Umžňuje základní přehrávací funkce videa (dpředu,vzad,rychle, atd.) Navazuje na CD-I green bk. Vide-CD (nepužívá se, nahrazena videkazetami)! Disky průměru 12, 20, 30 cm vyžadují speciální přehrávač! malá kapacita Kdak Pht CD - hybridní disky v Mde2- Frm1! braz je 2048řádků x 3072bdů, 24bit - tj. 18MB. lze zbrazit ve frmátech! Base/16 128řádků x 192bdů! Base/4 256 x 384! Base 512 x 768! 4Base 1204 x 1536! 16Base 2048 x 3072 bdů 5. Oranžvá kniha zahrnuje Pht CD (pdle M. Bartně - velká kniha vypalvání CD - sem nepatří) Part I MO (magnetptické) přepisvatelné disky Part II CD - R může pužít multisessin (dhrávání disku) Part III CD - RW Nejsu kmpatibilní s CD přehrávači. Datvé ple pdle tét knihy bsahuje navíc kalibrační prgramvé ple - PCA, kterým se kalibruje laservý paprsek. 6. Mdrá kniha

10 Smíšený disk (se zvukvými i datvými stpami) CD-I Ready disk Bridge disk Shrnutí: Pr Pht CD standard Orange bk v režimu multisessin Videnahrávky - White Bk a Green Bk plus XA Zvukvé CD - Red bk Závěr: CD-ROM mechanika je velmi ppulární periferní zařízení a v sučasné dbě není snad nikd, kd by ji ve svém PC neměl. Kapacita CD médií již sice na některá pužití nedstačuje, ale díky svému rzšíření, pměrně velké kapacitě a hlavně velmi nízké ceně za MB zůstane asi ještě dluh v blibě. V sučasné dbě však míst CD-ROM mechanik pmalu zaujímá DVD (Digital Versatile Disk), který se svu kapacitu d 4,7GB u jednvrstvéh a jednstrannéh média p 17GB u dvuvrstvéh a dvustrannéh média kapacitu CD-ROM silně převyšuje. Většímu rzšíření však stále brání především vyšší cena zapisvacích mechanik a také nepřítmnst jedntnéh frmátu pr zápis. V sučasné dbě se pracuje na zvýšení kapacity stávajících CD a také na nvých technlgiích jak je například hlgrafický záznam, který by umžnil ulžit až 100GB na médium rzměrů sučasných CD.