Устройства для чтения компакт дисков

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….….3

1. Принципы чтения   Компакт  дискОВ ………………………….…4

2. Производительность  дисководов CD-ROM……………………..8

3. Подключение дисководов CD-ROM………………………………10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….…………12

ПРИЛОЖЕНИЕ 1……………………………………………………………..…14

ПРИЛОЖЕНИЕ 2………………………………………………………………..19

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….…22

ВВЕДЕНИЕ 

       В начале 80-х годов голландская  фирма «Philips» объявила о совершенной  ею революцией в области звуковоспроизведения.

       Ее  инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и проигрыватели.

       За  последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически

необходимой частью любого компьютера. Это произошло потому, что разнообразные программные продукты стали занимать значительное

количество  места, и поставка их на дискетах оказалась  чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD

(таких  же, как и обычные музыкальные).

       Лазерные  дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact Disk, компакт диск)

и DVD (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а

интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки  и приобретает значения 0 или 1.

       Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.

       На  лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в  процессе изготовления. Запись на них  новой информации

невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана или перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.

       Запись  на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна. Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых возможны чтение - однократная запись и чтение-запись-перезапись. Эти устройства обладают достаточно мощным лазером,

позволяющем менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска.

       Информационная  ёмкость CD-ROM достигает 700 Мбайт, а скорость считывания информации (до 7.8 Мбайт/с) зависит  от скорости

вращения  диска. DVD-диски имеют гораздо большую информационную ёмкость (однослойный односторонний диск - 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Так же

существуют  двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски. В настоящее время скорости считывания 16-скоростных DVD-дисководов

достигает 21 Мбайт/с.

1. Принципы чтения   Компакт дискОВ 

     Устройство  чтения дисков CD и DVD состоит из двигателя, вращающего компакт-диск, системы загрузки дисков, оптической считывающей системы и устройства управления. Все эти компоненты размещаются в едином корпусе, который вставляется в пятидюймовый отсек корпуса компьютера. Внешние дисководы CD-ROM, а также DVD-ROM выполнены в виде отдельного устройства.

     В бытовых устройствах двигатель  должен вращать компакт-диск с постоянной линейной скоростью, чтобы скорость считывания информации не менялась. Современные  компьютерные устройства меняют скорость считывания в зависимости от качества используемого диска. На оси двигателя находится площадка, к которой прижимается диск. Диски вращаются со значительными скоростями, что вызывает достаточно громкий неприятный шум. В последнее время ведутся работы по снижению шума скоростных дисководов СD-ROM.

     Для изучения устройства и принципа работы устройства для чтения компакт дисков рассмотрим общую структурную схему CD-Drive.

     1. Лазер генерирует пучок (маломощный), который, проходя через красную  направляющую призму и разделитель  x луча, попадает на плоское отражающее  зеркало.

     2. Серводвигатель по командам с  микропроцессора перемещает вспомогательную  каретку с отражающим свет  зеркалом к нужной ему дорожке  на компакт-диске.

     3. Луч, света попав на CD-диск, отражается  от него и, далее отразившись  от зеркала, луч попадает на  разделитель. Разделительный куб также отражает луч на другую вспомогательную пружину, направляющую призму.

     4. Из призмы белый луч попадает  в фотодатчик, сигналы от которого  декодируются встроенным электронным  микропроцессором и передаются  в компьютер в виде потока данных.

     Имеется несколько вариантов загрузки дисков. Чаще всего используется выдвижной  лоток, называемый tray - лоток. С помощью  специального двигателя лоток выезжает и убирается внутрь после того, как на него положили нужный компакт-диск (Рис. 1.2). 
 
 

     Рис. 1.2. Дисковод компакт-дисков 

     В некоторых устройствах имеются  дополнительные фиксаторы, позволяющие  устанавливать дисковод в корпус компьютера вертикально. Эти фиксаторы  удерживают диск при загрузке и выгрузке.

     Реже  встречается способ загрузки дисков slot-in, что можно приблизительно перевести как «входная щель». При использовании этого способа диск непосредственно вставляется в щель дисковода. Никакие лотки или коробки не используются. Работа с компакт-диском напоминает работу с обычной дискетой. Еще реже используется специальная коробка, называемая caddy -помощник. Диск вставляется в эту коробку, а она, в свою очередь, вставляется в приемное устройство дисковода. Такой способ загрузки надежнее, но менее удобен.

     Современные технологии позволяют достичь приемлемой надежности и точности позиционирования при использовании выдвижного лотка.

     Оптическая  система состоит из оптической головки  и системы ее перемещения. В оптической головке расположен лазер, система  линз и приемник отраженного сигнала. Основой системы перемещения головки является высокоточный двигатель, позволяющий перемещать оптическую головку точно по информационной дорожке диска. Устройство управления обеспечивает совместную работу всех устройств, распознает команды компьютера и передает полученную с диска информацию.

     На  передней панели дисковода расположена  кнопка открытия и закрытия лотка, а  также светодиоды, показывающие режим  текущей работы устройства. Кроме  того, на передней панели расположено  гнездо для подключения наушников  и регулятор громкости. Следует отметить, что качество звука, получаемого с этого разъема, достаточно посредственное. В некоторых моделях на передней панели расположены дополнительные органы управления.

     Многие  дисководы имеют на передней панели небольшое отверстие для аварийного извлечения диска. Разогнув канцелярскую скрепку и вставив ее конец в отверстие, вы приоткроете дисковод, после чего сможете вручную достать диск. Разогнутый конец скрепки должен быть достаточно длинным, чтобы достать до механизма. Этим способом следует пользоваться только в случае поломки дисковода и невозможности достать диск обычным путем. В обычной работе использовать данный способ извлечения диска недопустимо.

     Устройства  для работы с компакт-дисками  могут быть внутренними и внешними. Наиболее распространены внутренние устройства с интерфейсом IDE, но иногда используются устройства с интерфейсом SCSI. Внешние устройства подключаются через шину USB, USB 2.0 или Fire Wire. Ранее использовался еще параллельный порт, но в настоящее время он не используется из-за низкой скорости. Некоторые внешние модели подключаются по интерфейсу SCSI.

Все внутренние дисководы компакт-дисков имеют  звуковой выход, подключаемый к звуковой плате компьютера. При воспроизведении  аудиодисков звуки передаются именно через этот интерфейс. Современные устройства имеют дополнительно цифровой выход в стандарте SPDLF. Ьсли ваша звуковая плата имеет вход этого стандарта, лучше подключить дисковод по данному интерфейсу. При этом качество воспроизведения звука может несколько повыситься. 

2. Производительность  дисководов CD-ROM. 

Производительность  CD-ROM   обычно   определяется   его   скоростными характеристиками  при  непрерывной  передаче  данных  в  течение  некоторого промежутка  времени  и  средним  временем  доступа  к  данным,   измеряемыми соответственно в Кбайт/с и мс. Существуют  одно-,  двух-,  трех-,  четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие  считывание  данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200  Кбайт/с  соответственно.  В настоящий момент распространены двух- и четырехскоростные дисководы. В  общем случае  дисководы  с  четырехкратной  скоростью   обладают   более   высокой производительностью,  однако  оценить  чистое   преимущество   дисковода   с четырехкратной скоростью по сравнению с дисководом  с удвоенной скоростью бывает не так просто. Прежде всего это зависит от того с какой  операционной системой  и  с  каким  типом  приложения   ведется   работа.   При   высокой интенсивности  повторяющегося  доступа  к  CD-ROM  и считывании  небольшого количества  данных  (например  при  работе  с  базами  данных)  “импульсная” скорость считывания информации приобретает  важное  значение.  Например,  по данным журнала InfoWorld,  производительность  дисководов  с  четырехкратной скоростью, по сравнению  с  дисководами  с  удвоенной  скоростью,  в  случае

операции  доступа  к  базе  данных  в  среднем  повышается  вдвое.  В  случае

простого  копирования  данных  выигрыш  составляет  от  10  до  30%.  Однако наибольшее преимущество получется при работе с полноформатным видео.

Для  повышения  производительности  дисководов  их  снабжают  буферной памятью (стандартные объемы кэша: 64, 128,  256,  512,  1024  Кбайт).  Буфер дисковода представляет собой память для  кратковременного  хранения  данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем  в ЦП. Такая  буферизация  дает  возможность  дисковому  устройству  передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать  его  время  медленной пересылкой  постоянного  потока  данных.  Например,   согласно   требованиям стандарта  MPC  уровня  2  накопитель  CD-ROM  удвоенной  скоростью   должен занимать не более 60% ресурсов ЦП.

Важной  характеристикой дисковода является степень  заполнения  буфера, которая  влияет  на  качество  воспроизведения  анимационных  изображений  и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа  блоков  данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем  до  момента  начала  их выдачи на системную шину, к общему числу блоков,  которые  способен  вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может  привести  к  задержкам  при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком  малой  степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны  процессора.  Обе  эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения. 
 

4. Подключение дисководов CD-ROM. 

     На  сегодняшний  день  существует   несколько   способов   подключения дисководов CD-ROM. Первый способ основан на том, что один  канал  интерфейса IDE  может поддерживать  два встроенных  устройства.   Накопитель   CD-ROM подключают к плате ввода-вывода через интерфейс IDE вместе с жестким  диском по принципу master/slave. Однако в этом  случае  снижается  скорость  обмена данными   с  жестким   диском.  Одним  из  способов  решения  этой  проблемы является подключение устройств CD-ROM к различным каналам одного  интерфейса EIDE  или к двум  различным котроллерам IDE.  Если  CD-ROM  имеет   SCSI интерфейс, то его  соответственно  подключают  к  SCSI  контроллеру.

     Другим подходом является применение 32- битных драйверов дисководов  CD-ROM  вместо используемых в настоящее время  16-  битных.  Существует  также  возможность подключения дисководов CD-ROM через  контроллер  звуковой  карты.  Также  не следует  забывать,  что  современные  материнские  платы   могут   содержать встроенные контроллеры  SCSI и IDE, что  вообще  исключает  необходимость  в дополнительной плате ввода-вывода для подключения дисководов CD-ROM.

     Практически  каждый  дисковод  CD-ROM   обладает   встроенным   цифро- аналоговым преобразователем (ЦАП), а  также  выходным  разъемом  для  вывода стереофонических сигналов. На внешней панели дисководы CD-ROM  (как  внешние так  и  внутренние),  кроме  того,  имеют  разъем,  для  головных  телефонов (наушников).  Если   на   компакт-диске   находится   аудиоинформация,   ЦАП преобразует  ее  в   аналоговую   форму   и   подает   сигнал   на   разъем, предназначенный для головных телефонов, а так же на  выходные  аудио-разъемы дисковода, с которых  в  свою  очередь,  сигнал  поступает  на  усилитель  и аккустическую   систему   непосредственно   или   через   звуковую    карту.

     Преимущество  активного выхода заключается в  том, что аудиосигнал   с  CD-ROM дополнительно обрабатывается звуковой картой.

     Одной из основных, встречающихся при работе с аудиосигналами,  проблем является  физическая  несовместимость   аудио-разъемов   для   встраиваемого дисковода CD-ROM и звуковой карты.  Как  правило,  и  дисковод,  и звуковая карта имеют аудио-разъемы с четырьмя   выводами  (два  стереоканала  и  по одному заземляющему контакту  для  каждого  из  них).  Назначение  контактов обычно одинаково на обоих типах устройств, однако, проблема состоит  в  том, что эти  разъемы  могут  иметь  различные  размеры.  Еще  одна  неприятность связана  с  тем,  что,  если  ЦАП  конструктивно  расположен  внутри  самого дисковода,  это  может  негативно  отразиться  на  качестве  воспроизведения звука. В свою очередь  физическое  разделение  дисковода  CD-ROM  и  ЦАП,  с которым он работает, позволяет избежать дополнительных шумов.

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     В настоящий момент емкости CD-ROM не хватает  для мультимедиа  продуктов навого поколения. Для увеличения емкости CD-ROM, способного хранить  больший объем данных, упакованных по  стандарту  MPEG-2,  необходимы  более  высокие скорости считывания. Разрабатываемый сейчас новый формат CD-ROM  (HD-CD  или High Density CD) способен обеспечить пятикратное увеличение объема  компакт- дисков без каких-либо особых технических ухищерений. При  этом  ужесточаются требования на физическую разметку диска,  а  именно  уменьшается  расстояние между соседними  треками  и  размер  ямок.  Длина  волны  считывающего  луча уменьшается с 780 нм до 635 нм, однако возможность использования все тех  же дешевых лазеров, работающих в красной области спектра,  остается.  Структура данных  также  становится  более  эффективной  за  счет  более   совершенной логической системы коррекции ошибок, что увеличивает информационную  емкость диска на  10-15%.  Комбинация  указанных  новшеств  позволит  довести  объем записываемой информации до 3,7 Гбайт.

     В технологию  HD-CD  так  же  вводится  концепция  переменной  скорости считывания информации с компакт-диска. Вместо того чтобы  заносить  на  диск какую-либо короткую видео запись, оставляя на нем  массу  свободного  места, можно   будет   записывать   данные   с   меньшей   плотностью.   При   этом предусматривается возможность динамического  регулирования  этого  процесса.

     Например,   плотность   записи   может   быть   изменена    для    различных последовательностей  битов  в   случае   различной   сложности   кодирования информации.

     По  мнению  специалистов  процесс  производства  HD-CD  мало  чем  будет отличаться от производства обычных компакт-дисков,  за  исключением  гораздо более сложных допусков. Наибольшую трудность, вероятно,  будет  представлять изготовление  матрицы  компакт-диска  высокой  плотности.

В свою очередь основная  идея  дальнейшего  повышения  скорости  работы дисководов CD-ROM связана с использованием двух лазерных  лучей.  Это  может сделать   данные   устройства   значительно   дороже,   поэтому    некоторые производители   считают    целесообразным    усовершенствовать    технологию производства  приводов  CD-ROM  и выпуск  в ближайшее время относительно дешевых  моделей  с  8-ми  кратной  скоростью   при   использовании   одного считывающего луча. Наличие дисков с высокой плотностью  записи  в  сочетании имеющихся дисководов с  четырех-,  шести-  и  восьмикратной  скоростью  
Приложение 1 

Интерфейс управляющих строк MCI

     Для передачи управляющей строки устройству чтения CD ROM вы должны использовать функцию  mciSendString . Вам могут потребоваться и другие функции, описанные во второй главе и предназначенные для работы с интерфейсом MCI.

     Открытие  и закрытие устройства CD ROM

     Перед началом работы с устройством  вы должны его открыть, передав управляющую  строку open . При этом вы должны указать имя устройства как cdaudio (можно использовать алиас):

     open cdaudio alias cd wait

     Так как операция открытия устройства чтения CD ROM может выполняться в течении  нескольких секунд, имеет смысл перед  продолжением работы приложения дождаться  ее завершения, указав параметр wait.

     При открытии драйвера CD ROM можно указать параметр shareable , в этом случае устройством смогут пользоваться одновременно несколько приложений (если они все откроют устройство с параметром shareable).

     Драйвер устройства CD ROM не работает с файлами, поэтому в управляющей строке open путь к файлу не указывается.

     Команда close особенностей не имеет. В качестве параметра вы должны указать имя  устройства cdaudio или алиас (альтернативное имя), если устройство было открыто с использованием алиаса:

     close cd

     Справочные  команды

     Команда sysinfo не имеет особенностей. В качестве имени устройства для этой команды следует указывать строку cdaudio, даже если при открытии был использован алиас.

     Для команды info можно указывать только параметр product.

     С помощью команды capability с параметром can eject вы можете узнать, имеет ли устройство CD ROM возможность автоматического извлечения компакт-дисков. Вы можете также использовать и другие параметры: can play, can record, can save, compound device, device type, has audio, has video, uses files.

     Для определения текущего состояния CD ROM следует использовать команду status . Вы можете указать следующие параметры:

     current track

     Номер текущей дорожки 

     length

     Общая длина

     length track track_number

     Длина заданной дорожки 

     media present

     Если  в устройство вставлен компакт-диск, возвращается строка true

     mode

     Текущий режим работы: not ready (не готов), playing (проигрывание), stopped (останов), recording (запись), seeking (позиционирование)

     number of tracks

     Количество дорожек

     position

     Текущая позиция

     position track track_number

     Текущая позиция на заданной дорожке 

     ready

     Если  устройство готово, возвращается строка true

     start position

     Начальная позиция

     time format

     Текущий формат времени 

     Команды установки режима работы

     Команда break не имеет никаких особенностей. Она позволяет определить код виртуальной клавиши, предназначенной для прерывания процесса выполнения команды. По умолчанию используется комбинация клавиш <Control+Break>.

     Для команды set можно указывать следующие  параметры:

     audio all off

     Отключение  звукового выхода

     audio all on

     Включение звукового выхода

     audio left off

     Отключение  левого канала

     audio left on

     Включение левого канала

     audio right off

     Отключение  правого канала

     audio right on

     Включение правого канала

     door closed

     Загрузка  компакт-диска и фиксирование его в устройстве. Этот параметр может поддерживаться не всеми устройствами (так же, как и параметр door open)

     door open

     Извлечение компакт-диска

     time format milliseconds

     В качестве единицы измерения при  позиционировании используются миллисекунды. Строку milliseconds можно также указывать как ms

     time format msf

     В качестве единицы измерения при  позиционировании используются минуты, секунды и фреймы. В качестве разделителя  минут секунд и фреймов используется двоеточие. Этот формат используется по умолчанию

     time format tmsf

     В качестве единицы измерения при  позиционировании используются дорожки, минуты, секунды и фреймы

     Команды для воспроизведения, записи и позиционирования

     С помощью команд этой группы можно  выполнять проигрывание дорожек  звукового компакт-диска, временный или полный останов, позиционирование и т. д.

     play

     Команда play предназначена для запуска  проигрывания. Она имеет следующий формат:

     play device_id [from position [to position]] [notify] [wait]

     Если  не указан параметр from position, проигрывание начинается с текущей позиции. Сразу после открытия текущая позиция устанавливается в начало первой дорожки компакт-диска. Параметр to position позволяет указать конечную позицию, при достижении которого проигрывание прекращается. Перед использованием параметров from и to необходимо установить формат для позиционирования при помощи команды set.

     В качестве примера приведем последовательность команд, с помощью которой выполняется  проигрывание 11-ой дорожки звукового  компакт-диска:

     open cdaudio alias cd wait

     set cd time format tmsf wait

     play cd from 11 to 12 wait

     close cd

     Вы  можете попробовать эту последовательность команд с помощью приложения MCITEST из Microsoft SDK for Windows 3.1. Загрузочный модуль приложения MCITEST есть на дискете, которая  продается вместе с книгой.

     Если  вам нужно указать позицию  внутри дорожки, используйте более  полный формат времени с указанием  минут и секунд. Например, следующая  команда выполнит проигрывание фрагмента 11-ой дорожки, начало которого отстоит  на 10 секунд от начала дорожки, а длительность составляет 5 секунд:

     play cd from 11:0:10 to 11:0:15 wait

     stop

     Останов проигрывания

     stop device_id

     pause

     Временный останов (пауза). Для устройства чтения CD ROM эта команда работает как  команда полного останова stop, при этом команда продолжения работы после временного останова resume не поддерживается

     pause device_id

     seek

     Позиционирование  с последующим остановом. Перед  использованием этой команды необходимо задать формат времени командой set time format

     seek device_id parameter [notify] [wait]

     В качестве необязательного параметра parameter можно указывать одну из следующих  строк:

     to position

     Позиционирование  в заданное место компакт-диска 

     to start

     Позиционирование  в начало

     to end

     Позиционирование  в конец

     Приложение 2 

Таблица 1.

 Характеристики  протестированных дисководов CD-ROM, по данным фирм-производителей.