Zasada działania czytnika płyt CD-R

Prezentacja na temat: "Zasada działania czytnika płyt CD-R"— Zapis prezentacji:

1 Zasada działania czytnika płyt CD-R
Wykonał: Sebastian Wieczorek

2 Dysk optyczny lub CD-ROM (ang
Dysk optyczny lub CD-ROM (ang. Compact Disc Read Only) to srebny dysk o grubości około dwóch milimetrów i średnicy około dwunastu centymetrów. Dysk rzechowuje okło 74 minut dźwięku o najwyższej jakości, lub 650 mebebajtów danych, co odpowiada około stron maszynopisu lub 100 obrazom zapisanym w najwyższej rozdzielczości. Dane na dysku CD-ROM zachowywane są w formacie binarnym jak mikroskopijne wgłębienia (ang. pits) w powierzchni dysku (ang. Land) za pomocą bardzo cienkiej wiązki lasera emitowanej przez napęd CD-ROM dane mogą być odczytywane, lecz ponowny zapis informacji na standardowej, raz wytłoczonej płycie jest niemożliwy

3

4 Podstawowa zasada działania napędów CD-ROM w zasadzie się nie zmieniła od czasu skonstruowania pierwszych urządzeń tego typu. Każdy czytnik składa się z czterech elementów. Najbardziej widoczna jest solidna metalowa rama, na której osadzona jest obudowa. Wewnątrz znajduje się blok napędowy zawierający zawsze trzy silniki. Pierwszy z nich wprawia płytę w ruch obrotowy, drugi odpowiada za pozycjonowanie głowicy odczytującej a trzeci do wsuwania i wysuwania tacki, na której umieszcza się krążek. Ramię z układem optycznym przesuwane jest zwykle wzdłuż dwóch solidnych, stalowych prowadnic. Od precyzji ich wykonania zależy między innymi szybkość pozycjonowania głowicy. Czwartym istotnym elementem są układy elektroniczne odpowiedzialne za sterownie silnikami krokowymi, mechanizm korekcji błędów i interfejs komunikacyjny. Aby zrozumieć zasadę działania napędu CD-ROM, trzeba poznać budowę samego nośnika. Płyta CD o średnicy 12 cm (rzadziej 8) i grubości 1.2 mm wykonana jest z kilku warstw. Promień lasera przenika przez dolną, poliwęglanową powlokę silnika i dociera do warstwy, na której zapisane są dane. Odczyt odbywa się w sposób bezkontaktowy za pomocą promienia świetlnego, który odbija się od dolnej, aluminiowej powłoki.

5 Aby dokładnie wychwycić minimalne różnice w strukturze ścieżki, wykorzystywany do odczytu laser diodowy musi emitować strumień światła o wyjątkowo małej długości fali. Z tego powodu stosuje się promieniowanie podczerwone (780 nm). Warstwa danych ma strukturę spiralnej ścieżki, w której wytłoczone są małe zagłębienia (pits). Gdy promień lasera trafi na obszar bez zagłębień (land), odbija się, a mały pryzmat kieruje go do fotodiody, w której zamieniany jest w prąd elektryczny. Jeżeli promień trafi w obszar z wgłębieniem, zostanie rozproszony i nie powróci do odbiornika sygnału. Impulsy prądowe powstające podczas odczytu danych tworzą zakodowany ciąg informacji docierający do specjalnego układu elektronicznego. Kolejne zmiany obszarów pit i land nie oznaczają jednak sekwencji pojedynczych bitów. Dane na płycie CD-ROM odczytywane są według innego schematu. Fotokomórka przechwytująca odbity od powierzchni promień laserowy rozpoznaje przejście od stanu jasnego do ciemnego. Nośnikiem informacji nie jest więc sama wartość lecz jej zmiana. Normalną sytuacją na płycie CD jest ciągła zmiana pomiędzy obszarami pit i land. Jedynie odstępstwo od tej reguły oznacza logiczną jedynkę. Regularne następowanie po sobie kolejnych wartości pit i land mechanizm odczytujący interpretuje natomiast jako ciąg zer. Logiczna jedynka stanowi zatem zamierzoną nieprawidłowość w regularnym ciągu pit – land.

6

7 Precyzja dzięki trzem silnikom i laserowemy układowi optycznemu
Napęd CD-ROM składa się z czterech podstawowych elementow. Jeden z nich stanowi solidna rama, na ktorej osadzona jest metalowa obudowa. Wewnątzr znajduje się blok napędowy zawierający silnik krokowy napędzający płytę, drugi silnik przeznaczony do przesuwania głowicy odczytującej oraz trzeci- do wysuwania i swuwania szuflady. Do tego bloku wprowadzona jest wspomniana szuflada, która transportuje płyte CD-ROM w stronę osi napędowej i mechanizmu dociskowego. Czwartym składnikiem jest płytka drukowana zawierająca wszystkie układy elektroniczne, m.in.. system sterowania silnkikami, mechanizm korekcji błędów, interfejs komunikacyjny oraz system kontroli podzespołów napędu. Najbardziej skomplikowanym elementem mechanicznym jest układ dociskowy, który łączy płytę CD z małym talerzem obrotowym i przyciska ją do łożyska u góry obudowy napędu. Wózek z czytnikiem laserowym przesuwa się zwykle po dwóch stalowych szynach, które muszą być wykonane tak precyzyjnie, aby jego ruch przebiegał idealnie równo. Właściwa procedura odczytu danych jest oparta na zasadzie odbicie swiatła. W tym celu wózek głowicy przemieszcza laserowy układ optyczny poniżej obracającej się płyty CD-ROM pod kątem prostym do zwojów spirali danych.

8 Czas potrzebny do prowadzenia takiego pozycjonowania głowicy ma istotny wpływ na szybkość dostępu do danych. Sprzedawane obecnie modele napędów są w stanie rozpocząć transmisje danych do interfejsu komputera w czasie krótszym niż 80 milisekund (tzw. średni czas dostępu). Aby uzyskać taki wynik, mechanizm wózka z czytnikiem laserowym musi działać nie tylko szybko ale, i bardzo dokładnie. Na szybkość pozycjonowania głowicy wpływa również precyzja układu napędowego oraz jakości wykonania stalowych szyn prowadzących wózek.

9 Wewnętrzny system korekcji błędów
CD-ROM przechowuje dane w oddzielnych sektorach, z których każdy ma standardowo wielkość 2 kilobajtów, przy czym nie wszystkie dane na krążku są przeznaczone do zapisywania aplikacji i innych plików użytkowych. Sekwencja obszarów pit i land zawiera bowiem wiele informacji potrzebnych dla systemu korekcji błędów. Ten wewnątrz by system zabezpieczający jest bezwzględnie koniczny. Nawet prawie nowy krążek może być zanieczyszczony np. plamami kleju lub odciskami palców. Z czasem na nośniku zaczyna się także osadzać kurz oraz pojawiają się zarysowania, których przy normalnej eksploatacji nie sposób uniknąć. Układ logiczny systemu korekcji błędów musi być więc w stanie zniwelować błędy odczytu spowodowane uszkodzeniem lub zabrudzeniem powierzchni płyty. W nowoczesnych czytnikach takie obliczenia właściwej sekwencji bitów w uszkodzonych obszarach nośnika powinny trwać bardzo krótko, gdyż w przypadku rosnących szybkości obrotowych napędów dane znacznie szybciej docierają do laserowej głowicy odczytującej.

10 Niemal wszystkie dostępne na ryku urządzenia CD-ROM stosują w tej sytuacji pewien sprytny manewr: w momencie, gdy system korekcji błędów przestaje nadążać za strumieniem napływających danych, urządzenie zmniejsza swoją szybkość obrotową. W przypadku mniejszej szybkości ukld logiczny ma więcej czasu na ponowną probę „usunięcia” napotkanego błędu. Przeprowadzone testy wykazały, że czasami szybkość transmisji danych obniża się z 4000 KB/s do poziomu niższego niż 100 KB/s. Taki zbieg ma oczwiście negatywny wpływ na ogolną szybkośc funkcjonowania całego napędu. Niektóre urządzenia po skorygowaniu błędu nie powracają już do swojej maksymalnej szybkości, co w skrajnym przypadku może oznaczać, że napęd 32-, 36-krotny zamieni się w napęd o pojedyńczej prędkości. Wiekszość urządzeń jest jednak w stanie zwiększyć z powrotem prędkość i pracować w ten sposób aż do napodkania kolejnego błędu. Pewne nie liczne modele są wyposażone w zaawansowane układy logiczne. Nawet w razie natrafienia na poważne zarysownia nośnika napędy te nie zmniejszają szybkości odczytu i nie zgłaszają systemowi operacyjneu żadnych błędow.

11 Takie działanie nie zawsze musi być regułą
Takie działanie nie zawsze musi być regułą. Przy maksymalnej szybkości wiele napędów „poddaje się”, rezygnując w ogóle z korekcji błędów. Sytuacja taka może jednak oznaczać że poszczególne aplikacje nie będą nadawały się do instalacji lub nie będzie można wykorzystać żadnych danych, gdyż napęd nie potrafi odczytać całego sektora płyty. W tym przypadku problem można rozwiązać w sposób następujący: wystarczy odczytać uszkodzoną płytę w napędzie o bardzo małej szybkości (np. Czterokrotnej). Jeżeli operacja ta zakończy się powodzeniem, to możemy przegrać odpowiednie dane na dysk twardy, albo- o ile dysponujemy nagrywarką CD-ROM- utworzyć kopię całej uszkodzonej płyty

12 72-krotna szybkość to jeszcze nie koniec możliwości.
Dostępne w sprzedaży napędy o 72-krotnej szybkości umożliwiają przesyłanie do kilobajtów (teoretycznie) danych w ciągu sekundy. Dla użytkownika oznacza to nie tylko możliwości szybkiej transmisji informacji (np.. Bardzo sprawnej instalacji oprogramowania), ale także poważnie skrócenia zasu dostępu do plików w porównaniu za starszymi modelami. Zasadniczy wpływ na szybkość napędu ma jednak nie fizyczny mechanizm napędu, lecz system elektroniczny, co już uwidoczniło się w przypadku korekcji błędów. Jeśli bowiem odczytujący uklad logiczny nie będzie nadążał z przetwarzaniem danych, napęd nie będzie mógł wykorzystać swej maksymalnej szybkości.

13 Mechanizmy zapobiegające wibracją
W przypadku dużych szybkości obrotowych, występujących już w napędach 16-krotnych i szybszych, pojawia się jeszcze dodatkowy problem. Jeżeli kompakt nie jest dokładnie wyważony (otwór nie został umieszczony dokładnie w środku płyty lub istnieją niewielkie różnice w grubości nośnika, to napęd może wpaść w silne wibracje. Pomijając fakt, że taka sytuacja jest dla użytkownika dość irytująca, jej konsekwencją może być wypadnięcie głowicy laserowej z prowadnicy, co oznacza zniszczenie napędu.

14 Mechanizmy zapobiegające wystąpieniu takiego efektu są bardzo proste
Mechanizmy zapobiegające wystąpieniu takiego efektu są bardzo proste. Umieszczony we wnetrzu obudowy napędu uklad mechaniczny producenci nowych modeli wyposażyli w dodatkowe elementy tłumiące drgania: gumowe lub plastikowe złączki. W ten sposób wibracje wywołane przez obracające się płyty nie są tak silne przenoszone na pozostałe elementy mechaniczne oraz cały komputer. Wzmocniona została również konstrukcja silnika krokowego, a oś napędową wyposażono w drugie łożysko. Po włożeniu płyty unieruchamia ono wspomianą oś, dzięki czemu płyta obraca się w obszarze pomiędzy górnym i dolnym łożyskiem. Takie bardziej stabilne umocownie nośnika eliminuje część wibracji występujących przy ruchu obrotowym.