Оптические и магнитно-оптические накопители (стр. 1 из 5)

Хакасский государственный университет имени Н.Ф. Катанова

Институт Информатики и Телематики

Р Е Ф Е Р А Т

На тему:

«Оптические и магнитооптические диски»

Выполнил: студент 1-го курса ИИТ гр. 10

Рябцев Г.В.

Проверил: Глущенко Н.В.

Абакан, 2001

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ: ПРИНЦИПЫ, УСТРОЙСТВО, ПЕРСПЕКТИВЫ

3. ТИПЫ СЕКТОРОВ

4. ДОРОЖКИ, СЕАНСЫ, ДИСКИ

5. ФАЙЛОВАЯ СТРУКТУРА CD-ROM

6. ФОРМАТЫ CD

7. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТИПЫ CD

8. DVD – СКОЛЬКО ГДЕ И КАК?

9. СТАНДАРТЫ, ФОРМАТЫ, ФАЙЛЫ

10. МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ

11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение

Мой реферат посвящен оптическим дискам и их потомкам (CD-R; DVD; Магнитно-оптическим дискам и т.д.). Информация найденная мной датируется 96-ым годом поэтому возможно некоторые примеры будут выглядеть с точки зрения сегодняшнего гня весьма забавно.

ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ: ПРИНЦИПЫ, УСТРОЙСТВО, ПЕРСПЕКТИВЫ

Самым мелким (и на сегодня независимым от типа диска) элементом формата служит EFM-фрейм (Eight to Fourteen Modulation - кодирование 8 в 14). Он содержит 33 байта: первый байт - управления и идентификации - и 32 байта, полученных путем помехоустойчивого кодирования 24 полезных байтов данных (см. рис. 1). 98 таких фреймов собирают вместе и образуют аудио-сектор, содержащий 24*98=2352 байта данных и 98 байтов управления и идентификации.

Байты управления и идентификации аудио-сектора путем объединения одноименных разрядов байтов управления образуют восемь фреймов подканала (Subcode Channel), обозначаемых латинскими буквами P, Q,..., W. Каждый фрейм подканала начинается с двух битов синхронизации, кроме которых содержит еще 12 байтов. Два последних байта используются для подсчета собственной контрольной суммы, так как механизм коррекции ошибок в информационном фрейме не распространяется на байты управления и идентификации (эти байты при записи предшествуют уже закодированной информационной части фрейма).

Фреймы подканала образуют основной механизм хранения служебной информации, как то: идентификационные номера диска и дорожки, номер дорожки на диске, временные параметры отдельных фрагментов записи и т.д. P-фрейм используется для хранения флажков паузы, которые имеются, в частности, между музыкальными фрагментами. Этот фрейм подканала предназначался для самых простых аудио-проигрывателей, устройство управления которых не обладало достаточным быстродействием для реализации других механизмов поиска требуемого фрагмента. Фреймы подканалов от R до W могут использоваться различными приложениями, в частности, для вывода текста на "экран" одновременно со звуком или для выдачи команд MIDI (musical instrument digital interface) - цифрового интерфейса управления музыкальными инструментами. К более подробному рассмотрению структуры Q-фрейма подканала мы вернемся позже.

24 байта данных каждого EFM-фрейма, собранные вместе (всего 2352 байта), образуют данные аудио-сектора, иногда называемого сектором Красной книги. (Напомним, что в CD-технике стандарты принято именовать по цвету обложки публикации). Способ использования этих данных в значительной степени определяет тип диска (количество различных типов диска перевалило за полтора десятка). Обычно выделяют пять типов секторов.

Между аудио-сектором (наименьшим форматно- зависимым элементом) и диском (самым "крупным" элементом формата) существует еще две ступени. Это дорожки (tracks) и сеансы (sessions).

Деление на дорожки довольно старое и связано с разделением аудио- диска на отдельные музыкальные фрагменты для облегчения поиска фрагментов и управления воспроизведением звука. Тем не менее деление на дорожки сохранилось и в CD-ROM, так как обеспечивает удобный доступ к фрагментам записи и позволяет сгруппировать сектора одного типа для упрощения работы системы управления накопителем на CD-ROM.

Сеансы - позднее нововведение, связанное с подготовкой в 1990 году CD-R (CD Recordable - записываемые CD). CD-R появились на рынке в 1992 году. Сеанс объединяет все необходимые компоненты, обеспечивающие возможность работы с CD-R обычных проигрывателей ("читающих" накопителей). Таким образом, сеанс является своего рода "квантом" записи. Данные незавершенного сеанса записи не могут быть прочитаны обычными средствами. До 1990 года понятие сеанса было тождественно понятию диска, однако с появлением CD-R стало возможно записывать диски порциями. Типичный пример Photo-CD - компакт-диск для хранения изображений, подразумевающий, по идее создания, что данные будут дописываться на него по мере накопления. Чтобы рассмотреть интересующую нас классификацию дисков, придется описать типы секторов, дорожек и сеансов.

Типы секторов

Первым типом сектора, естественно, был и остается аудио-сектор, иначе называемый сектором Красной книги. Это просто 2352 байта, рассматриваемых как 16-разрядные отсчеты двух или четырех звуковых каналов, то есть как 588 стерео- или 294 квадро-отсчета. Мнемоническое правило: "цвет дорожки не меняется" - подразумевает, что в пределах одной дорожки все сектора должны определяться одним стандартом. Если это стандарт Красной книги, то мы получаем дорожку, содержащую только аудио-сектора. Использовать такие дорожки в компьютерных приложениях крайне невыгодно (аудио-данные можно неплохо сжать для экономии места).

Все остальные типы секторов имеют одинаковое начало: 12 байтов синхронизации (00h, 10 байт FFh, 00h) и четырехбайтовый заголовок. Оставшиеся 2336 байтов используются по-разному, что определено в двух стандартах: Желтой и Зеленой книгах.

Принятая в 1985 году Желтая книга определила CD-ROM, а позднее дополнилась и CD-ROM XA (Compact Disc Read Only Media eXtended Architecture). В этом стандарте определились два типа секторов данных: вид 1 (mode 1) и вид 2 (mode 2). Причиной разделения секторов данных на два вида явились различные требования к достоверности воспроизведенной информации. Такие требования для аудио- и видео- информации значительно мягче, чем для программ (в самом деле, случайная ошибка в воспроизведении музыкального фрагмента может быть замаскирована, а в худшем случае вызовет щелчок в динамике, тогда как искажение даже одного байта программы обычно вызывает ее необратимое разрушение). Для программ, архивов (в общем случае, для произвольных файлов данных) нужны дополнительные средства коррекции ошибок. С другой стороны, жалко тратить дополнительные усилия и расходовать место на диске для коррекции ошибок в аудио- и видеоданных.

Для обеспечения повышенной достоверности в секторе Желтой книги первого вида (далее сектор второго типа; первый - аудио) выделяется 4 байта кода, обнаруживающего ошибки (EDC - Error Detection Code), и 276 байтов кода, корректирующего ошибки (ECC - Error Correction Code). Эти дополнительные средства борьбы с ошибками, используемые после того, как данные обработаны кодами уровней C1 и C2, называют третьим уровнем коррекции ошибок (C3). В результате обеспечивается снижение вероятности ошибки до уровня 10-15...10-16 (разумеется, имеются в виду случайные источники ошибок: пыль, незначительные повреждения или дефекты материала основы и т.п., а не коррекция ошибок от разрушающих повреждений диска).

Таким образом, сектор второго типа имеет вид, показанный на рис. 2.

Рис.2. Сектор второго типа (первый вид сектора Желтой книги)

Рис.3. Сектор третьего типа (второй вид сектора Желтой книги)

Сектор третьего типа (второй вид сектора Желтой книги) отличается отсутствием средств коррекции ошибок, и таким образом объем полезных данных удается довести до 2336 байтов (рис. 3).

Именно сектора второго типа и образовали первые CD-ROM. Этот тип секторов применяют и сейчас. Что касается секторов третьего типа, то их постигла неудача: современные приложения их практически не используют. Накопители хотя и способны выполнить чтение таких дисков, но для дальнейшей работы требуются специальные программные средства, которые обеспечили бы декодирование и взаимодействие с этими данными.

Сектора второго и третьего типа не могут находиться на одной дорожке. Вероятно, это и послужило основной причиной постепенного отказа от таких секторов в пользу секторов CD-ROM XA, совпадающих по структуре с секторами данных Зеленой книги (CD-I: compact disc interactive system) - рис. 4, 5.

Поскольку сектора четвертого и пятого типов принадлежат к одному виду (только к разным формам), то они могут находиться одновременно на одной дорожке. Таким образом, становится возможным воспроизведение видео- и аудиоданных совместно с секторами данных без междорожечного перемещения головки считывания. Это необходимо для нормальной работы multimedia-приложений в реальном времени.

Рис.4. Сектор четвертого типа: первая форма второго
вида секторов данных CD-ROM XA / Зеленой книги

Рис. 5. Сектор пятого типа: вторая форма второго
вида секторов данных CD-ROM XA / Зеленой книги

Дорожки, сеансы, диски

Следующая ступень группировки данных - дорожки. Наиболее развито это понятие для CD-DA, но существуют дорожки и на Желтых дисках (т.е. дисках, соответствующих стандарту Желтой книги - CD-ROM) и на Зеленых дисках (CD-I). И наконец, совокупность заголовочной области с оглавлением (Lead-In содержащая TOC - Table Of Contents), области данных (совокупности дорожек) и финальной (Lead-Out) области образуют сеанс (Session). В простейшем случае сеанс занимает весь диск (рис. 6)

Рис 6. Компакт диск

Для адресации дорожек в пределах сеансов, секторов в пределах дорожек и сеансов (или диска) используется понятие времени (эта традиция связана с развитием CD первоначально для аудио-приложений). Различают ОТНОСИТЕЛЬНОЕ время (Relative Time), измеряемое в минутах (MIN), секундах (SEC) и фреймах (FRAME) от первого ненулевого аудио-отсчета дорожки, и АБСОЛЮТНОЕ время (Absolute Time), измеряемое в минутах (AMIN), секундах (ASEC) и фреймах (AFRAME) от начала области данных. Во всех случаях под фреймом понимается фрейм подканала, соответствующий сектору. Во всех видах дорожек счет времени происходит в Q-фрейме подканала. Структура такого фрейма показана на рис. 7. Под номер дорожки (TNO) отведены две десятичные цифры (от 01 до 99), которые и определяют максимальное количество дорожек. Значение TNO=00 соответствует паузе, а TNO=AA - финальной области сеанса. В секторах данных информация о времени дублируется в заголовках, в которых также приводится вид сектора: десятичное число от 0 до 2 (см. рис. 2 - 5). Диски CD-ROM XA, кроме того, содержат дополнительное разделение секторов на файлы (для секторов данных - форма 1) или каналы (для секторов с аудио- видеоинформацией - форма 2). Номер файла (от 0 до 255) или канала (от 0 до 15 для аудио- и от 0 до 31 для видеоканала) содержится в подзаголовке, дважды повторяясь в байтах 1, 5 и 2, 6 соответственно. Кроме того, в заголовке содержатся, также повторяясь в байтах 3 и 7, признаки (флаги) типа сектора - данные, аудио, видео- а также метод кодирования (байты 4 и 8 подзаголовка). Сектора, принадлежащие одним и тем же файлам (или каналам), благодаря наличию номеров файла и канала, могут идти не подряд, а перемежая друг друга и обеспечивая необходимую последовательность доступа в реальном времени. Записываемое в заголовочной области оглавление хранится полностью в Q-фреймах, в соответствующих этим фреймам секторах заголовочной области - "аудио-тишина". Формат такого фрейма показан на рисунке 8. Две десятичных цифры (POINT) задают номер дорожки (от 01 до 99; в этом случае параметры PMIN, PSEC, PFRAME задают расположение этой дорожки), либо принимают специальные значения - A0, A1, A2. В последнем случае те же параметры PMIN, PSEC, PFRAME задают номера начальной и конечной дорожки (для аудиодисков и CD-ROM), а так же расположение финальной области. Благодаря универсализации дорожек удается сделать CD-проигрыватели нечувствительными к различиям между аудио- дисками и CD-ROM. Обычный проигрыватель делит CD на три группы: аудио и CD-ROM (Красные/Желтые) - признак: PSEC=00 при POINT=A0; CD-I (Зеленые) - признак: PSEC=10 при POINT=A0; Переходные (Bridge) - признак: PSEC=20 при POINT=A0.