Как устроен привод CD-ROM

Обычный привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска.

На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что скорость прохождения диска под головкой должна быть постоянной. Для этого шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которой в данный момент считывает информацию оптическая головка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке. В некоторых конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и перефокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения.

Система перемещения головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой либо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением: при червячной передаче — подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней. 

Система загрузки диска обычно выполняется в двух вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск. В обоих случаях система содержит двигатель, приводящий в движение лоток или футляр, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя.

При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в вертикальном положении (например, в ноутбуках), конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке.

В настоящее время все большее распространение получают приводы с щелевой загрузкой. Такие системы содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель в передней панели.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец регулятора.

Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно (например, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при выключенном питании и т. п.). В отверстие нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную.

В качестве стандартной скорости вращения для CD-ROM принята скорость вращения аудиодисков в обычных плеерах. При такой скорости вращения диска поток данных с CD-ROM-диска (для формата ISO9660 с сектором 2048 байт) составляет 150 КБ/с. Приводы, обеспечивающие больший поток, соответственно называются Х-скоростными, Например, привод, обеспечивающий Чтение CD-ROM с потоком данных в 600 КБ/с, называется 4-скоростным (так как 600 к/150 к - 4). Достигается ли это за счет увеличения скорости вращения диска или каким-то другим путем (например, использованием двухлучевой оптоголовки) — как для маркировки, так и для пользователя, абсолютно неважно.

В настоящее время скорости приводов достигают 52х—54х. Однако качество чтения дисков в таких приводах значительно хуже, чем, например, в 40х-моделях. Кроме того, центробежные, силы, возникающие при разгоне до таких скоростей, могут вызвать повреждение или даже разрыв диска в приводе. Поэтому дальнейшее наращивание скоростей практически все производители приводов компакт-дисков признали нецелесообразным и переключились либо на повышение качества чтения, либо на удешевление стоимости привода, либо обратили внимание на другие технологии, например записываемых и перезаписываемых дисков.

CD-R и CD-RW Записываемые и перезаписываемые компакт-диски

Кроме CD-ROM, то есть дисков только для чтения, существуют еще системы однократной (CD-R, CD-Recordable -записываемый CD) и многократной (CD-RW, CD-ReWritable -перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. Терминами CD-R и CD-RW обозначаются как устройства для записи, так и сами диски.

Диски CD-R можно использовать для записи в приводах CD-RW, но не наоборот. В настоящее время приводы, позволяющие записывать только CD-R, практически не выпускаются. Вес современные пишущие приводы представляют собой комбинированные устройства, позвеляющие читать CD-ROM/CD-R/CD-RW и записывать CD-R/CD-RW. Скорости чтения и записи указываются в маркировке привода. Например, маркировка 52х/48х/24х говорит э том, что привод может читать диски на скорости 52х, записывать CD-R на скорости 48х и записывать CD-RW на скорости 24х.

Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF (Universal Disk Format — универсальный дисковый формат), позволяющая динамически создавать и уничтожать отдельные файлы на диске.

Примерная оценка долговечности среднего CD-R на основе массовой статистики — около двух-трех и более лет при аккуратном обращении и около года — при интенсивном использовании в сочетании с неаккуратным обращением (удары, перегибы, воздействие тепла, влажности, яркого света и т. п.). Для качественно изготовленных и записанных дисков при полном соблюдении условий хранения и эксплуатации время жизни оценивается минимум в 10 лет.

Привод DVD

Приводы DVD, кроме дисков DVD, умеют также проигрывать и обычные CD-диски. Как и приводы CD-ROM, приводы DVD делятся по скорости чтения, и 1х для DVD привода составляет 1.32 Мб/с. Учитывая, что 1х для CD-привода составляет всего 150 Кб/с, нетрудно подсчитать, что 16х-при-вод DVD должен читать CD-диски на скорости порядка 140х. Естественно, этого не происходит. 16х-приводы DVD читают CD-диски на скоростях 32—40х. Поэтому оптимальными являются 6—8х DVD-привод. Такие приводы способны читать CD-диски на скоростях порядка ЗОх, и для проигрывания DVD-видео (основного занятия при работе с DVD-дисками) их скорости вполне хватает. А более высокоскоростные модели отличаются большим шумом, тепловыделением и ценой.

Есть все основания предполагать, что со временем DVD-приводы полностью вытеснят приводы CD-ROM. это самая простая структура DVD-диска. На таком диске можно разместить до 4.7 ГБ данных. Кстати, эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM-диска;

— Single Side/DualLayer(односторонний/двухслойный): этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 ГБ данных, т. е. на 3.5 ГБ больше, чем на однослойном/одностороннем диске;

—Double Side/SingleLayer(двусторонний/однослойный): на таком диске помещается 9.4 ГБ данных (по 4.7 ГБ на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD-диска. Между тем из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно;
 структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 ГБ данных (по 8.5 ГБ на каждой стороне).

Из-за более высокой плотности записи на DVD-дисках бытует мнение, что к механическим повреждениям (царапинам и тому подобному) они гораздо более чувствительны, чем обычные CD-диски. Безусловно, повреждения поверхности сказываются на качестве чтения с DVD-дисков, по все-таки они не многим более чувствительны, чем обычные CD-диски.

DVD-R — DVD для однократной записи

DVD-R — формат однократной записи, разработанный компанией Pioneer. Устройства на базе этого формата были первыми, которые записывали на дисках DVD. На диски DVD-R могут быть записаны как компьютерные данные, мультимедийные программы, так и видео/ аудиоинформация. В зависимости от типа записанной информации диски могут быть прочитаны на других, совместимых с записанным форматом типах устройств, включая видеоплееры DVD-Video и большинство DVD-ROM-приводов.

Односторонние диски DVD-R вмещают 4.7 или 3.95 ГБ на сторону. Двусторонние диски выпускаются только общей емкостью 9.4 ГБ (4.7 ГБ на сторону). В настоящее время формат не поддерживает технологию записи в два слоя.

Долговечность дисков DVD-R оценивается сроком более 100 лет. 

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R (А) и DVD-R (G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. Таким образом, диски могут быть записаны только на соответствующем их спецификации оборудовании. Воспроизведение дисков может осуществляться одинаково успешно на любом оборудовании, поддерживающем формат DVD-R.
  
DVD для многократной записи

Все известные спецификации перезаписываемых DVD-дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое/аморфное) информационного слоя под воздействием лазера. Считывание информации осуществляется путем определения оптических характеристик информационного слоя в различных его фазовых состояниях при отражении лучей лазера (того же, что и при записи). Для многократной записи в качестве рабочего используется материал AVIST, созданный компанией TDK в 1995 г Характеристики этого материала практически идеально удовлетворяют требованиям технологии перезаписи DVD-дисков. AVIST выдерживает как минимум 1000 циклов перезаписи даже на скоростях менее 3 м/с. При более высоких скоростях записи количество циклов перезаписи возрастает.

Существует несколько конкурирующих форматов многократной записи на DVD.

DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random Access Memory)

Перезаписываемый формат, разработанный компаниями Panasonic, Hitachi, Toshiba. На сегодня это самый распространенный DVD-формат в компьютерной индустрии. DVD-RAM-приводы читают диски DVD-ROM. В свою очередь диски DVD-RAM могут быть прочитаны только приводами DVD-ROM так называемого третьего поколения, выпускаемыми с середины 1999 г.

Первое поколение дисков DVD-RAM вмещало 2.6 ГБ на сторону. Диски современного — второго — поколения несут 4.7 ГБ на стороне или 9.4 ГБ для двусторонней модификации.

Выпускаются два типа односторонних DVD-RAM-дисков — в картридже и без картриджа. Диски в картридже в основном предназначены для бытовой видеоаппаратуры, где необходимо исключить влияние внешних футоров при интенсивном ручном использовании. Картриджи могут быть двух видов — открываемые и цельные.

Важнейшие достоинства дисков формата DVD-RAM — это возможность перезаписи до 100 000 раз: и наличие механизма коррекции ошибок записи. Самое большое число циклов перезаписи среди всех DVD, механизм коррекции ошибок И произвольный доступ к диску как при записи, так и при чтении предопределили максимальную эффективность этого формата во вторичных устройствах хранения данных.
  
DVD+RW (Digital Versatile Disc Rewritable)

Формат DVD+RW продвигается только его разработчиками — компаниями Hewlett-Packard, Mitsjbishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha. На дисках DVD+RW можно записать как потоковое видео или звук, так и компьютерные данные. Диски формата DVD+RW могут быть перезаписаны около 1000 раз. На базе DVD + RW создан формат записи потокового видео — DVD+RW Video Format. Устройства и диски, работающие в этом формате, позиционируются на рынке как полностью совместимые с оборудованием, работающим в форматах DVD-Video. Это значит, что диски DVD+RW, содержащие видеоматериалы, могут быть воспроизведены на выпущенной ранее бытовой аппаратуре DVD.

DVD-RW (Digital Versatile Disc ReRecordable)

Встречаются другие названия этого формата: DVD-R/W и реже DVD-ER. DVD-RW — формат многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4.7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть и< пользованы для хранения видео, аудио и других данных.

Диски формата DVD-RW могут быть перезаписаны до 1000 раз. В отличие от форматов DVD+RW и DVD-RAM диски DVD-RW могут быть прочитаны на приводах DVD-ROM первого поколения. Долговечность выпускаемые; дисков DVD-RW составляет около 100 лет.

Привод гибких дисков(флоппи-дисковод)

До настоящего времени накопителями на гибких магнитных дисках или флоппи-дисководами (от англ. Floppy (Flexible) Disk Drive) оснащаются практически все персональные компьютеры. 

В качестве носителей информации применяются сменные дискеты с гибкими магнитными дисками (флоппи-дисками).

Считывание информации с гибких магнитных дисков и запись информации на них происходит при помощи специальных магнитных головок записи-чтения. Привод флоппи-дисковода во многом похож на привод жесткого диска. Здесь также имеется два двигателя: один обеспечивает стабильную скорость вращения вставленной в накопитель дискеты, а второй перемещает головки записи-чтения. Скорость вращения двигателя раскручивающего дискету составляет 300-360об/мин. Двигатель перемещения головок записи-чтения у флоппи-дисководов всегда шаговый. С его помощью головки записи-чтения перемещаются по радиусу от края диска к его центру дискретными интервалами. Информация записывается на специальные дорожки-"цилиндры" флоппи-дискеты, которые представляют собой концентрические окружности. В отличие от привода винчестера головки записи-чтения у флоппи-дисковода не "летят" над поверхностью дискеты, а касаются ее.

Работой всех узлов флоппи-дисковода управляет соответствующий контроллер. Он включает и выключает двигатель вращения диска, задерживает его выключение на несколько секунд для ускорения доступа к данным в случае повторного обращения. Контроллер по индексной метке находит нужную дорожку и устанавливает на нее головку записи-чтения. 

Флоппи-дисководы по отношению к компьютеру является внутренним (встраиваемым) устройством, которое крепится в специальном монтажном отсеке (drive bays). Габаритные размеры флоппи-дисководов характеризуются так называемым форм-фактором. Флоппи-дисковод для дискет диаметром 5,25 дюйма имеет форм-фактор "5,25", то есть имеет следующие габариты: ширина - 5,7 дюйма; высота - "половинная" (Half Height, HH) - 1,63 дюйма. Флоппи-дисковод для дискет диаметром 3,5 дюйма имеет форм-фактор "3,5", то есть имеет следующие габариты: ширина - 3,9 дюйма; высота - "низкий профиль" (Third Height или Low Profile, LP) - около 1 дюйма.
 
Флоппи-дисководы называют также устройствами внешней памяти прямого доступа, так как удаленные фрагменты данных могут быть прочитаны без обязательного считывания предшествующих им (менее удаленных) данных.

 Альбом(dvd/cd/floppy приводы)

Вопросы:
1.Что такое CD-ROM?
2.Что такое DVD-ROM?
3.Что такое привод гибких дисков?
4.Чем отличается CD-ROM от DVD-ROM?
5.Как работает CD-ROM?
6.Как работает DVD-ROM?
7.Как работает привод гибких дисков?
8.Какие бывают DVD и CD диски?
9.Каким образом происходит запись на DVD и CD диски?
10.Какие достоинста и недостатки DVD-ROM, CD-ROM, привода гибких дисков?