Napęd dysków optycznych Odczytem informacji z nośnika danych zapisanych na płytach CD i DVD zajmuje się głowica odczytująca. Odczyt różnych obszarów płyty CD/DVD możliwy jest dzięki wprawieniu nośnika (umieszczonego w napędzie) w ruch obrotowy, podobnie jak ma to miejsce np. w przypadku stacji dyskietek czy dysków twardych, a także dzięki ruchom głowicy przesuwającej się pod powierzchnią płyty.

Napęd dysków optycznych O ile jednak np. w przypadku głowicy dysku twardego przesuwalny nad powierzchnią nośnika magnetorezystywny element półprzewodnikowy zajmuje się odczytem danych, o tyle pod powierzchnią płyty CD/DVD przesuwa się jedynie zespół luster i soczewek. Elementy te nie dokonują faktycznego odczytu danych.

Napęd dysków optycznych Najpierw silnik napędu rozpędza umieszczony w nim nośnik, następnie niskoenergetyczny promień wyemitowany z nieruchomej diody laserowej pada na lustro umieszczone w ruchomym zespole głowicy, poruszającym się liniowo pod powierzchnią obracającej się płyty. Światło odbite od lustra przechodzi przez zespół soczewek skupiających promień na powierzchni płyty.

Napęd dysków optycznych Część światła padającego na powierzchnię płyty zostaje odbita. Odbite światło przechodzi przez kolejny zespół soczewek i luster, trafiając w efekcie do fotodetektora zamieniającego fale świetlne na impulsy elektryczne. Na koniec owe impulsy elektryczne trafiają do mikroprocesora napędu, skąd w postaci zrozumiałej dla interfejsu komunikacyjnego przesyłane są do komputera jako dane.

Napęd dysków optycznych Większość z elementów biorących udział w procesie odczytu płyty jest nieruchoma, to czyni każdy napęd CD/DVD relatywnie prostym w produkcji i co za tym idzie – tanim. W uzyskiwaniu coraz niższych cen napędów „pomaga” także masowość produkcji. Wykorzystanie optycznej technologii odczytu zastosowanej w głowicach napędów CD/DVD-ROM pozwala uniknąć wielu problemów, jakie są udziałem magnetycznych pamięci masowych. Pomiędzy głowicą a nośnikiem nie ma fizycznego kontaktu – w przeciwieństwie np. do stacji dyskietek. Dzięki temu zyskuje się wysoką trwałość nośnika. Nie ma także konieczności zachowania minimalnych odległości pomiędzy nośnikiem a głowicą, jak ma to miejsce w przypadku dysków twardych, to zaś z kolei nie wymusza stosowania wyrafinowanych mechanizmów antywstrząsowych ani hermetyzacji wnętrza napędu.

Napęd dysków optycznych Pamiętać jednak trzeba, że optyczny charakter odczytu danych wprowadza pewne ograniczenia: jakiekolwiek zabrudzenia nośnika bądź – co jest znacznie poważniejsze – zespołu soczewek i luster wewnątrz napędu mogą powodować niemożność prawidłowego odczytu danych.

Płyta audio Standardowa płyta CD-DA (Compact Disc Digital Audio), która jako pierwsza pojawiła się masowo na rynku, to płaski krążek poliwęglanowy o średnicy 12 cm (dokładnie 4¾”) i grubości ok. 1,2 mm, pokryty warstwą aluminium (stąd jej przydomek „srebrna” – odnoszący się do barwy, a nie materiału ją pokrywającego) oraz lakieru ochronnego. Płyty CD-ROM pod względem budowy nie różnią się praktycznie niczym. Jedyną różnicą jest format zapisanych na nich danych.

Płyta audio Płyta CD czy DVD nie zawiera ścieżek w sensie dosłownym, jak ma to miejsce np. na dyskietce lub dysku twardym. W rzeczywistości każdy krążek ma jedną spiralną ścieżkę (w przypadku dwuwarstwowych płyt DVD mamy oczywiście do czynienia z dwoma spiralnymi ścieżkami, po jednej na każdą warstwę). Nasuwająca się w tym momencie analogia do czarnych winylowych płyt gramofonowych jest jak najbardziej słuszna. Ścieżka o długości ok. 6 km (!) ma szerokość 0.6 mikrometra, a odległość między sąsiednimi ścieżkami wynosi 1.6 mikrometra. Dane (bez względu na ich rodzaj), tak jak w przypadku każdego nośnika cyfrowego, reprezentowane są przez bity.

Płyta audio Fotodetektor napędu „zauważa”, kiedy promień lasera (o długości ok.780 nm) odbijany jest od powierzchni nośnika mocno, a kiedy odbicia jest brak. Całkowite wygaszenie (przez interferencję) powodowane jest przez zagłębienia wyciśnięte w płycie CD, natomiast silne odbicie światła wskazuje na brak takiego zagłębienia. Mamy zatem dwa stany, a stąd już prosta droga do odwzorowania bitu – zera i jedynki. Gładka powierzchnia płyty to tzw. land, czyli binarne zero, natomiast wytłoczony rowek (z ang. pit) to binarna jedynka. Na dysku kompaktowym CD dane prezentowane są więc jako pity i landy.

Metody odczytu W starszych napędach CD, odczyt informacji z dysku odbywał się ze stałą prędkością liniową (CLV, Constant Linear Volocity), którą można osiągnąć poprzez zmienną prędkość obrotową. Dysk wirował szybciej, gdy głowica odczytu zbliżała się do środka dysku. Dane były odczytywane z szybkością 150KB/s (prędkość liniowa była stała i wynosiła 1,25m/s). Aby uzyskać stałą prędkość liniową, dysk obracał się z szybkością od 210 do 540 rpm, zależnie od tego czy odczytywana była zewnętrzna czy wewnętrzna ścieżka. Oczywiście proces dostosowywania prędkości obrotowej do położenia głowicy wpływał na zwiększenie czasu dostępu do danych.

Metody odczytu Współczesne czytniki dysków kompaktowych pracują z szybkościami przewyższającymi kilkadziesiąt razy szybkość odczytu protoplasty. Oczywiście aby zwiększyć n-krotnie szybkość odczytu, należy zwiększyć również n-krotnie szybkość obrotową dysków. Jednak przy tak dużych szybkościach obrotowych bezbłędny odczyt staje się praktycznie niemożliwy, dlatego najnowsze napędy podczas odczytu danych pracują wg systemu CAV (Constant Angular Velocity) – ze stałą prędkością kątową. Szybkość odczytu danych jest n-krotna i osiąga maksymalną wartość tylko dla ścieżek zewnętrznych. Odczyt danych ze ścieżek położonych bliżej środka dysku jest zdecydowanie wolniejszy. Oznaczenie CD-ROM jako 50x oznacza, że osiągamy maks. transfer 50x 150KB/s czyli 7500KB/s. Czasy dostępu dla napędów CD wynoszą ok. 70-100ms

Formaty zapisu danych – CD DA Najmniejszą jednostką informacji jaką możemy zaadresować jest sektor (zwany też ramką, ang. frame) zawierający 2352 bajty. CD-DA - płyta audio - ten rodzaj nośnika powstał jako pierwszy i nie był pierwotnie przeznaczony do przechowywania danych komputerowych. Pierwsze płyty CD-DA wyprodukował Philips w 1980 roku i dane audio są zapisywane w próbkach - samplach. Na jedną sekundę nagrania przypada 75 bloków. Natomiast pojedynczy blok płyty audio składa się z 588 sampli. Każdy z sampli jest zapisany za pomocą 4 bajtów co w efekcie daje nam rozmiar pojedynczego bloku (588x4=2352). Format CD-DA stosowany przy zapisie muzyki przeznacza cały sektor na zapis cyfrowego dźwięku – zbędna jest detekcja i korekcja błędów. Płyta zawierająca ewentualne błędy są odtwarzane z reguły normalnie, użytkownik nie jest w stanie usłyszeć różnicy.

Formaty zapisu danych – CD DA Znając powyższe informacje możemy sprawdzić ile danych mieści się na płycie CD. CD-DA 650MB 74 min 74(min.) x 60 (sekund) x 75 bloków = 333 000 bloków 333000 x 2352 B = 746,9 MB CD-DA 700MB 80 min 80(min.) x 60 (sekund) x 75 bloków = 360 000 bloków 360000 x 2352 B = 807,5 MB

Formaty zapisu danych – mode 1 CD-ROM mode 1 - płyta z danymi. Należy zwrócić uwagę na jedną bardzo istotną różnicę pomiędzy zapisem muzyki i danych komputerowych na płycie CD. Otóż w przypadku muzyki problemy z odczytem danych z uszkodzonej (porysowanej) płyty mogą być dla przeciętnego muzykologa praktycznie niesłyszalne. Niestety takie samo uszkodzenie danych komputerowych spowoduje katastrofę i np. program nie zadziała lub plik z dokumentem nie będzie się nadawał do użytku. W związku z tym zapis danych na płycie CD musiał ulec pewnym zmianom poprzez dodanie mechanizmów korekcji. Zmiany poprawiły bezpieczeństwo danych ale wpłynęły również na zmianę pojemności płyty CD.

Formaty zapisu danych – mode 1 Format MODE 1 używa bloku o pojemności identycznej z płytą audio czyli 2 352 bajtów, jednak część bajtów została zarezerwowana na potrzeby zabezpieczenia danych przed uszkodzeniem. W praktyce wygląda to mniej więcej tak: 12 bajtów używa synchronizacja 4 bajty zajmuje nagłówek 288 bajtów używanych jest na potrzeby korekcji (ECC - Error Correction Code - kod detekcji i korekcji błędów; dodatkowa warstwa naprawiająca błędy; EDC - Error Detection Code – 32-bitowy obszar umieszczony w każdym sektorze pozwalający na wykrycie, że informacja została odczytana błędnie) 2 048 bajtów pozostało na dane

Formaty zapisu danych – mode 1 CD-ROM mode 1 650MB 74 min 74(min.) x 60 (sekund) x 75 bloków = 333 000 bloków 333000 x 2048 B = 650,4 MB CD-ROM mode 1 700MB 80 min 80(min.) x 60 (sekund) x 75 bloków = 360 000 bloków 360000 x 2048 B = 703,1 MB

Podłączanie Czytnik łączony jest z kontrolerem dysków twardych komputera za pomocą 40-stykowego złącza IDE (ewentualnie USB, SCSI). Napęd posiada standardowe 4-stykowe gniazdo służące do zasilania elektroniki i mechanizmu oraz 4-stykowe stereofoniczne wyjście audio. Zworki konfiguracji pozwalają ustawić tryb Master lub Slave. Napęd CD/DVD-ROM zgodny ze standardem ATA (ATAPI) jest obsługiwany przez sterownik standardowo zaimplementowany w systemie operacyjnym i praktycznie w każdym przypadku nie ma potrzeby zastępowania go sterownikami dedykowanymi.

Podłączanie W przypadku CD przeważnie używamy dwóch trybów przesyłu: PIO Mode 4 (maksymalna przepustowość 16,6 MB/s) lub UltraDMA/33 (33,3MB/s). Wbrew pozorom wydajność w trybie PIO nie jest gorsza. Wynika to z faktu, że szybkości faktycznego transferu danych z napędów CD-ROM są znacznie niższe niż granice interfejsu w danym trybie przesyłowym. Przykładowo CD 52x osiąga maks. transfer rzędu 8MB/s - wartość ta jest stosunkowo odległa od granicy 16,6 MB/s wyznaczanej przez tryb PIO Mode 4.

CD vs. DVD