Оптические приводы. Основные типы и их различия
Федеральное агентство по образованию
Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения
Электротехнический факультет
Кафедра: «Информационные и вычислительные системы»
Оптические приводы. Основные типы и их различия
Курсовая работа
Выполнил: |
Студент II курса группы ПВБ-111 Заяц Евгений Андреевич |
Научный руководитель: |
Федянин Василий Васильевич |
Санкт-Петербург
2013
Содержание
Введение 1
Основные понятия 2
Устройство и принцип работы 3
Интерфейсы 3
Основные параметры 3
Характеристика CD-ROM/RW 5
Принципиальная и структурная схемы приводов чтения и записи CD 3
Характеристика DVD-ROM/RW 5
Скорость передачи и время доступа 3
Blu-ray приводы 5
Известные модели и их характеристики 3
Заключение 8
Список источников 9
Введение
Оптический привод ― «электрическое устройство для считывания и возможно записи информации с оптических носителей (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray)». В качестве носителей оптический привод использует плоские многослойные диски диаметром 8 или 12 мм.
Цель работы состоит в изучении особенностей оптических приводов.
Достижение цели предполагает решение ряда задач:
1) дать понятие оптического привода;
2) выделить особенности CD, DVD, Blu-ray приводов;
3) рассмотреть характеристики данных приводов;
4) сравнить рассмотренные характеристики.
Оптический привод может быть в виде составляющей конструкции в составе более сложного оборудования (например, бытового DVD-проигрывателя) либо выпускаться в виде независимого устройства со стандартным интерфейсом подключения (PATA, SATA, USB), например, для установки в компьютер. Разработанный в конце 1970-х первоначально для чтения компакт-дисков, для абстрагирования от формата и типа диска, в обиходе называется обобщающим названием, по принципу чтения информации с носителя.
Основные понятия
Оптический привод ― «электрическое устройство для считывания и возможно записи информации с оптических носителей (CD-ROM, DVD-ROM)».
В качестве носителей оптический привод использует плоские многослойные диски диаметром 8 или 12 мм.
Существуют следующие типы приводов:
- СD-ROM ― предназначен для чтения CD-ROM и др. совместимых оптических дисков. Возможность записи на диск не предусмотрена
- CD-RW ― чтение CD-ROM и др. совместимых дисков и запись CD-R, CD-RW.
- DVD-ROM ― чтение DVD, CD-ROM и др. дисков. Не предусмотрена запись не только на DVD, но и на другие типы дисков.
- DVD+ СD-RW ― самый распространенный на сегодняшний день тип. Предусмотрено чтение разнообразных дисков от DVD до СD-ROM, CD-RW и т.д. Некоторые модели поддерживают чтение двухсторонних, а также двухслойных DVD-дисков. Возможность записи CD-R и CD-RW.
- DVD-RW ― в основном те же возможности, что и у предыдущего типа. Кроме того, предусмотрена возможность записи на DVD-R и DVD-RW диски.
- BLU-Ray ― новый тип привода и оптических дисков. На Blu-Ray диск возможна запись до 50 Гб информации. Приводы достаточно дороги, ими оснащены считанные единицы моделей ноутбуков.
Сам по себе, оптический привод может быть в виде составляющей конструкции в составе более сложного оборудования (например, бытового DVD-проигрывателя) либо выпускаться в виде независимого устройства со стандартным интерфейсом подключения (PATA, SATA, USB), например, для установки в компьютер. Разработанный в конце 1970-х первоначально для чтения компакт-дисков, для абстрагирования от формата и типа диска, в обиходе называется обобщающим названием, по принципу чтения информации с носителя.
Устройство и принцип работы
Как известно, большинство накопителей бывают внешними и встраиваемыми (внутренними). Приводы компакт-дисков в этом смысле не являются исключением. Большинство предлагаемых в настоящее время накопителей CD-ROM относятся к встраиваемым. Внешний накопитель, как правило, стоит заметно дороже. Форм-фактор современного встраиваемого CD-ROM определяется двумя параметрами: половинной высотой (Half-High, HH) и горизонтальным размером 5.25 дюйма. Таким образом, для установки подобного накопителя в компьютер требуется свободный монтажный отсек 5.25 дюйма.
На передней панели каждого
накопителя имеется доступ к механизму
загрузки компакт-диска в привод.
Также там расположены
На задней панели практически всех без исключения приводов CD-ROM находятся, по крайней мере, три разъема: интерфейсный, питания и аудио. Назначение первых двух, видимо, не вызывает вопросов. Разъем для вывода звука позволяет подключать привод к звуковой карте. Это удобно при прослушивании аудиодисков, поскольку не требует переключения акустической системы или наушников с одного гнезда на другое.
Кроме этих разъёмов при использовании SCSI-интерфейса с задней панели привода доступны также резисторы-терминаторы устройства и набор перемычек (jumpers), или переключателей (switches), которые определяют номер устройства и режим работы. Не следует забывать, что резисторы-терминаторы должны быть установлены на host-адаптере SCSI и приводе компакт-дисков, если к шине интерфейса не подключены другие устройства.
В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.
И так, считывание информации
с компакт-диска, так же как и
запись, происходит при помощи лазерного
луча, но, разумеется, меньшей мощности.
Сервомотор по команде внутреннего
микропроцессора привода
В отличие от, например, винчестеров, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.
В то время, как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обусловливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.
В последнее время появились так называемые перезаписываемые компакт-диски CD-R (CD-Recordable). Носители типа CD-R могут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-диска под действием луча лазера. Кстати, надо заметить, что перезаписываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется уже не алюминий, а золото (подобные диски обычно служат как мастерные для дальнейшего тиражирования). Читать CD-R-диски можно на обычном приводе, но, разумеется, только первый сеанс записи.
Интерфейсы
Довольно часто фирмы производители поставляют привод CD-ROM с обязательной картой контроллера, на которой реализован так называемый (собственный) proprietary-интерфейс. Обычно это собственная реализация одной из версий интерфейсов IDE или SCSI. Часто при покупке накопителя на CD-ROM в составе Multimedia Kit на звуковой карте находится именно proprietary-интерфейс. Стандартами де-факто для интерфейсов приводов компакт-дисков стали спецификации Mitsumi, Panasonic и Sony. Одним из популярных интерфейсов всех приводов, включая приводы CD-ROM, является SCSI или SCSI-2.
Как известно, отличительной особенностью интерфейса IDE является реализация функции контроллера в самом накопителе. Именно поэтому подключение подобных приводов к компьютеру выполняется через достаточно простую плату адаптера. Данный интерфейс поддерживает, как правило, программный ввод-вывод. Подсоединение привода к плате интерфейса выполняется посредством плоского кабеля, который отличается обычно по числу контактов в зависимости от фирмы-производителя накопителя (Sony - 34-контактный, Panasonic - 40-контактный кабель).
Компания Western Digital разработала так называемую спецификацию Enchanced IDE. Этот документ поддержали практически все ведущие компании по производству накопителей. Новый интерфейс позволяет подключать одновременно до четырех приводов жестких дисков. Но самое главное, спецификация Enchanced IDE позволяет не только увеличить количество подключаемых устройств, но и использовать другие типы устройств, например приводы CD-ROM или стримеры. В частности, Western Digital для поддержки накопителей CD-ROM с интерфейсом IDE предлагает протокол ATAPI (ATA Packed Interface). ATAPI является расширением протокола ATA и требует незначительных изменений в системной BIOS. В общем случае используется специальный драйвер. В последнее время появились накопители, которые поддерживают не только интерфейс IDE, но и EIDE/ATAPI.
Как известно, интерфейс SCSI стал одним из важнейших промышленных стандартов для подключения таких периферийных устройств, как, например, винчестеры, стримеры, лазерные принтеры, приводы CD-ROM и т.п. Необходимо отметить, что SCSI - интерфейс более высокого уровня, нежели IDE. Физически SCSI-шина представляет собой плоский кабель с 50-контактными разъёмами, через которые можно подключить до восьми периферийных устройств. Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов - синфазный и дифференциальный. Версии шины SCSI с дифференциальной передачей сигнала позволяет увеличить длину шины. Чтобы гарантировать качество сигналов на магистрали SCSI, линии шины должны иметь согласование с обеих сторон (набор согласующих резисторов, или терминатор).
Версия интерфейса SCSI-2 позволяет повысить пропускную способность магистрали за счет увеличения тактовой частоты обмена и сокращения критических временных параметров шины, применения новейших БИС и высококачественных кабелей. Таким образом, реализуется "скоростной" вариант SCSI-2 - Fast SCSI-2. "Широкий" (Wide SCSI-2) вариант магистрали, предусматривает наличие дополнительных 24 линий данных благодаря подключению второго 68-проводного кабеля (для приводов CD-ROM не применяется). Обычно скорость передачи данных по шине SCSI(-2) для приводов CD-ROM достигает от 1.5-2 до 3-4 Мбайт/с.
Несмотря на стандартность интерфейса SCSI, проблема совместимости приводов с SCSI-адаптерами по-прежнему остается. В случае реализации собственного интерфейса подключение других устройств, кроме привода CD-ROM, достаточно проблематично. Здесь следует отметить, что существует спецификация ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), которую разработала фирма Adaptec - ведущий производитель адаптеров SCSI. ASPI определяет стандартный программный интерфейс для основного (host) адаптера SCSI. Программные модули ASPI достаточно легко стыкуются друг с другом. Основным программным модулем ASPI является ASPI-хост-менеджер. С ним связываются программы-драйверы ASPI, например, для таких устройств, как приводы CD-ROM и сменные жесткие диски, сканеры и т.д.
В том случае, если производитель SCSI-устройства поставляет ASPI-совместимый драйвер, то он совместим со всеми хост-адаптерами или интерфейсными картами Adaptec и большинства других производителей.
К сожалению, в ряде случаев
производители приводов CD-ROM поставляют
свою карту контроллера с
Какой же из интерфейсов предпочтительней использовать в IBM PC-совместимых компьютерах для приводов CD-ROM? Хотя теоретически интерфейс SCSI может обеспечить скорость обмена несколько выше, нежели IDE, на практике все обстоит несколько сложнее. Не следует забывать, например, тот факт, что IDE-интерфейс использует в основном программный ввод-вывод, а SCSI-устройства в большинстве случаев - передачу данных по прямому доступу к памяти. В однопользовательских системах программный ввод-вывод часто оказывается гораздо эффективнее. Это особенно четко проявляется при использовании улучшенных алгоритмов кэширования. Преимущество SCSI-адаптеров неоспоримо в первую очередь в многозадачных и многопользовательских системах. Дело в том, что команды для SCSI-устройства могут быть построены в очередь, что освобождает процессор для выполнения других операций. Кроме того, если привод CD-ROM используется в локальной сети как коллективное устройство, альтернативы SCSI, пожалуй, пока нет.
С другой стороны, установка IDE-привода достаточно проста. В большинстве случаев справедлив принцип "включай и работай". Для нормальной работы в файлы конфигурации системы обычно не требуется добавлять никаких дополнительных программных драйверов.
Для SCSI-адаптера процесс установки более сложен. Во-первых, следует помнить о разделяемых системных ресурсах: портах ввода-вывода, прерываниях IRQ, каналах прямого доступа к памяти DMA, областях в верхней памяти UMB. Во-вторых, требуется верно определить SCSI ID для конкретного устройства, в-третьих, не следует забывать, сигнале четности (запретить или разрешить), установке терминаторов и т.д. Кроме того, файлы конфигурации обязательно должны быть дополнены соответствующими программными драйверами адаптера и устройств.
Что же касается стоимости, то SCSI-адаптера обычно в компьютере нет и его приходится покупать дополнительно.
Основные параметры приводов
Скорость доступа (access time) определяет среднее время (в миллисекундах), необходимое для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт MPC 1 устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большинство современных приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Разумеется, этот параметр не включает в себя время, необходимое для выхода двигателя на рабочий режим.
Скорость передачи данных (data-transfer rate) зависит от двух факторов - плотности данных и скорости вращения диска. Под плотностью в данном случае понимают количество бит (впадин) на дюйм (или миллиметр). Так, для 16-битного стереосигнала качества аудио-CD (частота 44.1 кГц) скорость должна быть 1.4 Мбита/с. Разделив это значение на число бит в байте (8), мы получим 176.4 Кбайта/с - усредненное значение для скорости передачи данных. Стандарт МСР 1 определяет скорость передачи данных как 150 Кбайт/с, МСР 2 - 300 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение получили приводы, использующие технологию удвоения скорости вращения диска. Именно в этом случае скорость передачи достигает значения 300 Кбайт/с. Подобные устройства удовлетворяют спецификации МСР 2, поскольку имеют время поиска менее 400 мс. Сравнительно недавно появились модели приводов с утроенной, учетверенной и даже ушестеренной скоростью вращения. Пионером в технологии увеличения скорости являются, например, фирмы NEC и Plextor.
Под размером блока данных (data block size) понимают минимальное количество байт, которые передаются на компьютер через интерфейсную карту. Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией МРС равен 16 Кбайт. Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно большие, то промежутки между блоками данных ничтожно малы.
Размер буфера - размер внутреннего буфера (кэш-памяти),в который считываются файлы перед их передачей. Стандарт МРС устанавливает размер буфера в 64 Кбайт, а это в буфере будет находиться около 0.4 секунды 16-битного стереосигнала качества CD-Audio (частоты 44.1 кГц). Для скоростных устройств размер буфера может достигать 256 Кбайт и даже 1 Мбайта.
Поддержка проигрывания аудиодисков означает, что с помощью привода CD-ROM вы сможете слушать обычные музыкальные компакт-диски. Этой возможностью обладают практически все современные модели приводов. Некоторые модели не требуют для этого специальных программ - воспроизведение аудио-CD выполняется на "аппаратном" уровне. Для включения этого режима на передней панели привода имеется специальная кнопка.
Поддержка формата CD-ROM/XA. Подразумевается использование дисков формата ХА, поддерживающего хранение аудио- и видеоданных единым блоком, в который также включается информация о синхронизации звука. Данные на аудиодисках и CD-ROM хранятся на дорожках, вмещающих 24-байтовые "кадры", проигрываемые со скоростью 75 кадров в секунду. Хранящиеся данные могут включать звук, текст, статические и динамические изображения. При содержании в обычном формате каждый тип должен располагаться на отдельной дорожке, когда в формате ХА данные различного типа могут храниться на одной дорожке.
Тип загрузки диска. Существует два типа приводов CD-ROM. В первом случае диск устанавливается напрямую (например, в приводах Mitsumi). Во втором случае для установки диска используется специальная кассета, называемая кэдди (caddy). Недорогие односкоростные модели с прямой установкой диска обычно представляют собой версии аудио-CD-плейеров. Для прослушивания аудиодисков на приводе CD-ROM, последний должен обеспечивать эту возможность. Если есть возможность выбора, то лучше остановиться на моделях с автоматической очисткой линз и протиркой диска при его загрузке. Обычно эти опции существенно не влияют на цену.
Характеристика CD-ROM/RW
Принципиальная и структурная схемы приводов чтения и записи CD
Для того чтобы понять как происходит считывание и запись CD-дисков, рассмотрим принципиальную схему устройства чтения CD-дисков. В качестве основных узлов привода можно выделить: лазерный диод, который излучает свет с длиной волны 780 нм; разделитель лазерного луча (интерференционный поляризатор); систему из двух фокусирующих линз и приемник отраженного от диска лазерного луча.
Для изучения принципа работы устройства рассмотрим структурную схему CD-Drive. Привод чтения CD-дисков работает следующим образом:
1. Лазер генерирует маломощный пучок, который, проходя через
направляющую призму и разделитель луча, попадает на отражающее зеркало.
2. Серводвигатель по командам микропроцессора перемещает
каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.
3. Луч, попав на диск,
отражается от него и,
4. Из призмы луч попадает в фотодатчик, сигналы от которого
декодируются встроенным микропроцессором и передаются
на компьютер в виде данных.
Из-за вращения диска и движения каретки в приводе возникает вибрация, которая приводит к появлению ошибок. В отличие от обычных аудиодисков, где данные можно восстановить путем интерполяции соседних значений, в CD-ROM используются очень сложные методы обнаружения и исправления ошибок, поскольку любой бит может быть как единицей, так и нулем.
Скорость работы CD-Приводов
Одним из главных параметров, характеризующим приводы чтения и записи CD, является скорость их работы.
Первым стандартом CD (Red Book) определена минимальная скорость (обозначается как 1х) считывания данных с аудио компакт-диска для его качественного воспроизведения. Она равна 150 Кбайт/с, что составляет 75 блоков данных по 2048 информационных байт. В стандарте указана непрерывная скорость считывания последовательно расположенных данных, и не учитывается то, что данные могут быть расположены в разных областях диска. В связи с тем, что на компьютерных компакт-дисках (Data CD) данные можно считывать с большей скоростью, были созданы скоростные приводы чтения CD
Скоростные параметры приводов CD-ROM:
Наименование |
Запись |
Скорость передачи данных, байт/с |
Односкоростной |
1x |
153 600 |
Двухскоростной |
2x |
307 200 |
Трехскоростной |
3x |
460 800 |
Четырехскоростной |
4x |
614 400 |
Шестискоростной |
6x |
921 600 |
Восьмискоростной |
8x |
1 228 800 |
Двенадцатискоростной |
12x |
1 843 200 |
Шестнадцатискоростной |
16x |
2 457 600 |
Восемнадцатискоростной |
18x |
2 764 800 |
Двадцатичетырехскоростной |
24x |
3 686 400 |
Тридцатидвухскоростной |
32x |
4 915 200 |
Тридцатишестискоростной |
36x |
5 529 600 |
Сорокаскоростной |
40x |
6 144 000 |
Сорокавосьмискоростной |
48x |
7 372 800 |
Пятидесятидвухскоростной |
52x |
7 987 200 |
Очевидно, чем выше скорость
считывания, тем выше производительность
всей системы. Однако необходимо учитывать,
что скорость работы приводов также
зависит и от качества самих дисков.
При использовании
Необходимо отметить, что для повседневной работы, когда пользователь использует привод CD для проигрывания музыки, просмотра видеофильмов и игр, вполне достаточно привода со скоростью от 8х до 24х. Конечно, при установке операционной системы (или другой большой программы), а также при копировании содержимого всего диска (например, фильма), скоростные характеристики привода играют очень большую роль. Однако установка программ осуществляется не так часто, поэтому для работы вполне достаточно устройства со скоростями от 8х до 24х.
Характеристики DVD-ROM/RW
Скорость передачи и время доступа
Существующие приводы DVD
имеют несколько более
Видео на DVD прокручивается приблизительно с 9-ти кратной скоростью, в то время, как видеопрограммы на CD обычно рассчитаны на 2-х или 4-х кратную скорость. За счет передачи видеоданных в 2.25-4.5 раза быстрее, видеофильм, показываемый с проигрывателя DVD имеет высокое качество. Если запустить один и тот же фильм с Video CD, VHS или DVD, то разница в качестве будет заметна на глаз, причем однозначно выигрывает DVD. Сейчас на рынке уже появились устройства чтения DVD дисков второго поколения, имеющие уже 2-х кратную скорость. Хотя это и не влияет на качество проигрываемого видео, увеличится скорость загрузки программного обеспечения с DVD-ROM. Практически не изменилось положение только с одним важным параметром, влияющем на производительность: время доступа, или то время, которое требуется лазерному лучу для перехода с одного трека на другой. Имея среднее время доступа между 150 и 200 миллисекунд (ms), приводы DVD-ROM, конечно же, не могут соперничать с жесткими дисками, по скорости запуска приложений или времени поиска разрозненных данных. Но это не существенно, т.к. время доступа не влияет на проигрывание видео, потому что в этом случае данные располагаются на диске последовательно.
Кроме того, DVD-приводы, так же, как и CD, прекрасно подходят для загрузки программ и в качестве большого хранилища данных для приложений, которые не помещаются на жесткий диск.
Форм-фактор
Оптические приводы
Наиболее распространёнными являются внутренние приводы, которые устанавливаются в 5,25-дюймовый отсек обычного настольного корпуса. Такие устройства наиболее популярны и востребованы рынком на текущий момент.
Среди таких устройств можно выделить два так называемых подтипа, которые характеризуются по возможности загрузки: лоточный и щелевой. В первом случае компакт-диск укладывается в выезжающий лоток; во втором просто засовывается в щель, и устройство забирает его.
Есть в продаже и оптические приводы, предназначенные для ноутбуков. Их форм-фактор также можно охарактеризовать как внутренний, однако выполнены они в так называемом Slim-исполнении.
Как и в случае с 5,25-дюймовыми устройствами, Slim-привод имеет несколько вариантов загрузки носителей в драйв: щелевой и лоточный. Принцип тот же, отличие в лишь том, что лоток в Slim-приводах не выезжает автоматически, а лишь приоткрывается и впоследствии выдвигается вручную.
Внутренние приводы оснащаются двумя интерфейсами: Parallel ATA и Serial ATA. При использовании DVD-приводов с интерфейсом Serial ATA особой разницы в быстродействии устройства не замечается, но тонкий шлейф Serial ATA удобнее укладывать в корпусе, нежели 40 или 80-жильные IDE-аналоги. Тенденции к уменьшению IDE-разъёмов в современных материнских платах налицо, производители чипсетов уже не поддерживают Parallel ATA, это делают сами производители материнских плат, оснащая свои продукты чипами сторонних производителей.
Помимо внутренних оптических приводов существуют и внешние. Данные устройства подключаются к персональному компьютеру посредством интерфейса USB или FireWire. Дизайн таких устройств достаточно разнообразен - есть большие, угловатые модели с внешним блоком питания, требующие дополнительного питания от сети, существуют и Slim-модели, которые способны работать без блока питания, питаясь через порт USB.
Доля рынка внешних оптических приводов невелика. Как правило, эти устройства используются вкупе с одношпиндельными ноутбуками, в которых оптический привод вообще отсутствует. Однако стоит оговориться, что таких ноутбуков немного.
Запись на DVD
Существуют устройства DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW которые позволяют хранить данные на специальных записываемых или перезаписываемых дисках DVD.

- Оптические свойства полупроводниковых квантовых точек
- Оптические системы передачи
- Оптические системы связи в телекоммуникациях
- Оптические усилители в волоконно-оптических линиях связи
- Оптические явления
- Оптический метод регистрации излучений
- Оптичні властивості твердих тіл
- Оптимізація фінансових рішень в умовах обмеженості фінансових ресурсів
- Оптимізація фінансового менеджменту туристичного підприємства
- Оптические датчики
- Оптические датчики
- Оптические датчики ДО-х01
- Оптические модульные разьемы
- Оптические преобразователи