Алгоритм работы накопителя CD-ROM

 

Полупроводниковый лазер генерирует маломощныйинфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.

Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Дорожки и секторы

Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на миллиметр или 15 875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22 188 витков. Диск разделен на шесть основных областей.

1. Область фиксирования (посадки) диска. Представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных.
2. Область калибровки мощности (РСА). Существует только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW) и используется только дисководами перезаписываемых дисков для определения мощности лазера, необходимой для оптимального выжигания диска.
3. Программируемая область памяти (PMA). Существует только на перезаписываемых исках (CD-R/RW) и представляет собой зону, используемую для записи временной таблицы оглавления (Table Of Content - ТОС). После завершения сеанса записи информация ТО С переписывается на нулевую дорожку.
4. Нулевая дорожка. Содержит оглавление диска (или сеанса) в кодировочном канале Q. Оглавление включает начальные адреса и длины всех дорожек (музыкальных или дорожек данных), общую длину программной области (области данных), а также информацию о каждом сеансе записи. Нулевая дорожка занимает 4 500 секторов диска (одну минуту, если пользоваться единицами времени, или около 9,2 Мбайт данных). Нулевая строка также указывает, является ли данный диск многосеансовым.
5. Программная (информационная) область. Начинается на расстоянии 25 мм от центра диска.
6. Конечная зона. Отмечает конец программной (информационной) области диска или же завершение сеанса записи на многосеансовом диске. Конечная зона не содержит каких либо данных и используется только в качестве маркера. Первая конечная зона (или единственная, если диск записан в течение одного сеанса или в режиме Disk At Once) занимает 6 750 секторов (эквивалент 1,5 мин или около 13,8 Мбайт данных). Все последующие конечные зоны многосеансового диска занимают 2 250 секторов (0,5 мин или около 4,6 Мбайт данных).

Дискретизация

Во время записи музыкальных компакт-дисков происходит дискретизация данных с частотой 44 100 тактов в секунду (Гц). Каждая выборка (sample) звуковых данных имеет отдельный компонент левого и правого каналов (стерео), причем каждый компонент канала преобразован в 16-разрядное число.

Частота дискретизации определяет диапазон звуковых частот, которые могут быть представлены в цифровой записи. Чем выше частота дискретизации волны, тем ближе полученный результат к оригиналу. Звуковые секторы содержат 98 блоков по 33 байт в каждом, что составляет 3 234 байт. Из них только 2 352 байт фактически являются звуковыми данными. Остальные байты распределены следующим образом: 98 байт подкодовых (по одному байту на каждый блок) и 784 байт, используемых для контроля четности и коррекции ошибок (ECC).

Подкоды

Байты подкода позволяют накопителю находить песни (которые иногда называются звуковыми дорожками (tracks)), расположенные на спиральной дорожке, а также служат для передачи дополнительной информации, относящейся к компакт-диску. В каждом блоке (фрейме) хранится 1 байт подкода, что составляет в общей сложности 98 байт подкода в каждом секторе. Из них два байта используются в качестве маркеров стартового и конечного блоков, а оставшиеся 96 байт применяются для хранения данных подкода. Эти байты, в свою очередь, разделены на восемь 12-байтовых блоков, каждому из которых присваивается буквенное обозначение P-W. Каждый подкодовый канал может содержать около 31,97 Мбайт данных. Блоки подкода P и Q имеются на дисках практически любого типа, а блоки R-W используются только в компакт-дисках формата CD+G или CD TEXT (т.е. графического и текстового типов).

Подкод P используется для идентификации начала звуковых дорожек компакт-диска. Подкод Q, в свою очередь, содержит множество различных данных, которые определяют ряд условий.

1. Наличие звуковых (CD-DA) или информационных (CD-ROM) данных сектора. Это позволяет предотвратить попытки "проигрывания" накопителем дисков данных CD-ROM, что может привести к повреждению акустической системы.
2. Наличие двух или четырехканальных звуковых данных. Последние используются очень редко.
3. Возможность цифрового копирования. К накопителям CD-R и CD-RW это не относится. Данный параметр использовался в накопителях DAT (Digital Audio Tape) для предотвращения копирования цифровых аудиокассет.
4. Использование коррекции искажений при записи музыки. Это методика уменьшения шипения или шума.
• Расположение звуковой дорожки (песни) на диске.
• Номер звуковой дорожки (песни).
• Минуты и секунды, а также номер фрейма от начала звуковой дорожки (песни).
• Обратный отсчет в промежутке между звуковыми дорожками (песнями).
• Минуты и секунды, а также номер фрейма от начала первой дорожки (песни).
• Штриховой код компакт-диска.
5. Международный стандартный код записи (International Standard Recording Code - ISRC). Этот код уникален для каждой звуковой дорожки (песни) компакт-диска.

Подкоды R-W используются в графических дисках формата CD+G для хранения графических и текстовых данных. Это позволяет отображать ограниченный объем графической и текстовой информации во время воспроизведения звуковых файлов. В дисках CD TEXT подкоды используются для хранения информации, относящейся к диску и звуковым дорожкам. Данные CD TEXT хранятся в виде символов ASCII в каналах R-W, расположенных на нулевой дорожке, а также в программной области компакт-диска. Подкоды, находящиеся на нулевой дорожке диска CD TEXT, содержат текстовую информацию о содержании диска. Подкоды, включенные в программную область диска, содержат текстовую информацию, относящуюся к воспроизводимой в данный момент звуковой дорожке (песне).

Обработка ошибок

При разработке стандарта компакт-дисков Red Book основное внимание было уделено обработке ошибок. Для уменьшения влияния возможных ошибок в компакт-дисках используются методы контроля четности и чередования, получившие название перемежающего кода Рида-Соломона (CIRC). Эта технология работает на уровне блоков (фреймов). При сохранении информации 24 байт данных каждого блока сначала обрабатываются шифратором Рида-Соломона, создающим 4-байтовый код контроля четности (так называемый Q-контроль четности), который добавляется к исходным 24 байтам данных. Полученные в результате этой операции 28 байт передаются второму шифратору, использующему другую схему, который, в свою очередь, создает дополнительный 4-байтовый код контроля четности (Р-контроль- четности). Этот код добавляется к 28 байтам, полученным в предыдущем кодировании, что составляет 32 байта (24 исходных байта данных плюс байты Q- и Р-контроля четности). Затем вводится дополнительный подкодовый байт данных (информация о дорожке), в результате чего получается 33 байта для каждого блока. Обратите внимание, что байты Р- и Q-контроля четности не имеют никакого отношения к ранее упомянутым подкодам P и Q.

Код коррекции ошибок (ЕСС) позволяет выявлять и исправлять большин-ство мелких ошибок, повышая тем самым надежность и точность обработки данных до уровня, приемлемого для хранения данных.

При воспроизведении музыкального компакт-диска отсутствующие данные могут быть интерполированы, т.е. существует определенный шаблон данных, позволяющий "угадать" отсутствующие значения.

Наряду с основными данными, CD-ROM содержит дополнительную информацию, введенную в каждый сектор и применяемую для выявления и исправления ошибок, а также для более точного определения секторов данных. Для этого из 2 352 байт каждого сектора, используемых первоначально для хранения звуковых данных,304 байт применяются для синхронизации (синхронизирующие биты), идентификации (биты идентификации), кода коррекции ошибок (ЕСС), обнаружения и исправления ошибок (EDC). Фактически в каждом секторе остается 2 048 байт пользовательских данных. За одну секунду считывается 75 секторов, поэтому базовая скорость считывания данных с CD-ROM достигает 2 048? 75 = 153 600 байт/с, что составляет 153,6 Кбайт/с, или 150 KiB/с.

Емкость компакт-диска

За каждую секунду CD обрабатывается 75 блоков по 2 048 байт в каждом. Это позволяет вычислить абсолютную максимальную емкость CD-ROM, которая составляет 681 984 000 байт- 682 Мбайт, или 650 MiB (mebibyte).