Inside: CD-ROM/R/RW

Xakep, номер #047, стр. 047-028-1

Никита "Nikitos" Кислицин (nikitos@real.xakep.ru)

CD-ROM

Компакт-диски первоначально разрабатывались как носители аудиоинформации, но эта технология нашла также широкое применение в области хранения компьютерных данных. Этому способствовала низкая себестоимость носителя и его высокая вместимость - на современные диски влезает до 700 мегабайт информации.

Толщина диска составляет 1.2 мм, диаметр - 12 см. Выполняется он из жесткого поликарбоната, на одну сторону которого нанесен тонкий металлический отражающий слой (чаще всего алюминиевый, реже - золотой), покрытый сверху специальным оптически прозрачным защитным лаком. Информация на диске записана в виде чередований углублений в поверхности металлического слоя. Логично было бы предположить, что нулю соответствует углубление (так называемый пит), а единице - ровная поверхность (так называемый ленд). Но, увы, не все так просто. Записываемая на диск информация в двоичном коде может иметь произвольный вид - хаос единичек и ноликов. Как же их записать на диск-то? Ведь у дорожки есть только два постоянно меняющихся состояния - пит и ленд. Получается, что записать можно только 101010101 и т.д. Ерунда получается. Для решения этой и множества других серьезных проблем фирма Philips разработала специальный алгоритм кодирования исходных данных, называемый EFM-кодом (Eight to Fourteen Modulation). Суть его в том, что из каждого байта информации он делает 14-битные слова, прибавляя к ним еще три так называемых соединительных разряда. В результате кодирования получается непрерывная последовательность бит, причем между двумя единицами никогда не может быть больше десяти и меньше двух нулей. После чтения информации она декодируется и принимает прежний вид произвольного слова в двоичном алфавите. Таким образом, для кодирования одного байта исходной информации на диск пишется 17 бит. Логической единице соответствует граница между питом и лендом, пит и ленд интерпретируются как слово некоторой длины, состоящее лишь из нулей, причем разрядность этого слова зависит от длины пита или ленда. Питы появляются на гладкой поверхности поликарбонатной основы диска в результате действия мощного лазера, который прожигает в ней углубления. Это делается ДО нанесения отражающего металлического слоя, т.е. фактически в процессе производства самого диска.

Несколько слов о логической организации CD-ROM. Базовая информационная единица - кадр (Frame), содержащий 558 бит (24*17 + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры образуют секторы и блоки, сектор состоит из 3234-х байтов (2352 информационных, остальные для коррекции ошибок). Такая сложная система обеспечивает довольно высокое качество чтения информации, неверно читается лишь один бит из десяти миллиардов, причем эта ошибка исправляется благодаря кодированию записываемой на диск информации. Вся поверхность диска логически поделена на три области:

Входная директория - ближайшее к центру диска кольцо шириной 4 мм, где хранится опознающая диск информация (название диска, объем записанной информации, адреса записей, и т.д.).

Область данных - тут хранится записанная информация.

Выходная директория - дорожка, имеющая метку конца диска.

CD-R/RW

С недавнего времени в наш обиход плотно вошли так называемые "болванки" - cd-r/rw диски, на которых можно самостоятельно, не имея сложного аппаратного обеспечения, размещать информацию. В чем отличие между ними и обычными дисками? Если в CD-ROM дисках питы создаются на стадии производства самого диска, то в CD-R/RW вариациях существует возможность создавать их в домашних условиях! Ниже мы рассмотрим структуру и строение такого диска. Основой для него служит все та же поликарбонатная пластина, но вот рельеф ее значительно сложнее, чем у записанного cd-rom диска. Все дело в том, что, по определению, диск без информации - диск без питов. Тут-то и кроется основная проблема. Питы в обычном диске служат не только как носители информации, но и как источник данных для так называемой следящей системы, которая отыскивает дорожки с информацией и направляет луч лазера аккурат на них. Следует сказать, что логическая дорожка имеет ширину всего 0.6 мкм, а расстояние между двумя соседними треками всего 1.6 мкм. Почему я сказал про дорожку, что она "логическая"? Дело в том, что физически совокупность всех этих дорожек представляет собой спираль, идущую от внутреннего диаметра к внешнему. Теперь представим, что поверхность абсолютно ровная - в этом случае следящей системе не за что зацепиться. Поэтому на стадии производства диска его поверхность покрывают спиральной канавкой (Pregroove), которая служит ориентиром для системы слежения. Канавка заполняется специальным органическим красителем - так называемым "регистрирующим слоем", который темнее основной поверхности диска. Однако и слишком темным он быть не может - иначе не будут различимы питы, которые позже появятся на спирали. Мощность лазера, в зависимости от скорости вращения диска и режима его работы, колеблется от 0.7 мВт (при считывании) до 30 мВт (при записи). Энергия лазерного луча, точнее, его квантов, поглощается органическим веществом, в результате чего оно довольно сильно нагревается - до температуры, превышающей температуру плавления поликарбоната, из-за чего сама основа диска в данной точке плавится и деформируется. В результате количество света, которое отражает такой участок, значительно ниже количества света, которое отражают остальные, не прожженные участки. А темные пятна - это и есть "питы", правда, уже несколько другие. Тут вообще некоторая путаница возникает - после записи информации питы и ленды появляются на месте прежнего одного большого пита - той самой спирали-канавки, заполненной красителем. Чтобы этой путаницы избежать, мы отбросим все эти подробности с канавкой и будем, как и в случае с cd-rom, рассматривать только два положения поверхности диска: пит и ленд. В действительности же, как я уже говорил, там все несколько сложнее и требует введения новых терминов, чего я себе в рамках рубрики позволить не могу - да и не так это важно. Что касается перезаписываемых дисков, то они устроены, в принципе, так же. За исключением маленькой детали. В качестве регистрирующего слоя у них используется вещество, способное при нагревании выше определенной отметки переходить в аморфное состояние и оставаться там после остывания, в результате чего меняется цвет вещества - оно темнеет, образуя пит. При повторном же нагреве вещество переходит в прежнее состояние и восстанавливает былой цвет.

Содержание  Вперед на стр. 047-028-2