Ноу Інти, лекція, зовнішні пристрої, що запам'ятовують
накопичувачі DVD
DVD за структурою даних бувають трьох типів:
технологія DVD
Технологія цифрових універсальних дисків (DVD) дуже схожа на технологію компакт-дисків. В обох технологіях використовуються штамповані полікарбонатні диски одного і того ж розміру (зовнішній діаметр 120 мм, діаметр центрального отвору 15 мм, товщина 1,2 мм) зі спіральними доріжками, що складаються з западин і майданчиків. На відміну від звичайних компакт-дисків, DVD можуть мати два шари запису на кожній стороні і бути одно- або двосторонніми. Кожен шар диска штампується окремо, після чого вони об'єднуються, утворюючи в результаті диск товщиною 1,2 мм. Технологічний процес виготовлення дисків практично не відрізняється, крім того що шари і сторони DVD штампуються з окремих полікарбонатних заготовок, які потім з'єднуються один з одним, формуючи закінчений диск. Основною відмінністю стандартних компакт-дисків та DVD є більш висока щільність запису даних, які зчитуються лазером з коротшою довжиною хвилі (червоний лазер з довжиною хвилі 650 нанометрів). Кожен шар DVD містить одну фізичну доріжку, яка починається на внутрішній частині диска і доходить по спіралі до зовнішньої частини. Цифровий універсальний диск, якщо дивитися на нього з боку зчитування (знизу), обертається проти годинникової стрілки. Кожен записаний шар покривається тонкою металевою плівкою відбиває лазерний промінь. Зовнішній шар має більш тонке покриття, промінь проходить через нього і зчитує дані, які записані на внутрішньому шарі. Етикетка зазвичай розташовується на верхній частині одностороннього диска; на вухстороннем диску для цього відводиться вузька кільцева поверхню в центральній частині.
Зчитування інформації являє собою процес реєстрації коливань променя малопотужного лазера, відбитого від металевого шару диска. Лазер посилає сфокусований промінь світла на нижню частину диска, а світлочутливий рецептор вловлює вже відбитий промінь. Промінь лазера, що потрапив на майданчик (плоску поверхню доріжки), відбивається назад; в свою чергу, промінь, що потрапив в западину на доріжці, назад не відбивається.
Глибина окремих западин, що утворюють доріжку компакт-диска, дорівнює 0,105 мікрона, а ширина - 0,4 мікрона. Мінімальна довжина западин або майданчиків становить приблизно 0,4 мікрона, максимальна - 1,9 мікрона (на одношарових дисках).
Для збільшення ємності DVD можна змінювати такі параметри:
- зменшувати довжину штриха (
1,06х, від 2 048/2 352 до 2 048/2 064 байт).
Доріжки і сектори DVD
Западини (штрихи) утворюють єдину спіральну доріжку (в кожному шарі) з відстанню 0,74 мікрона між витками, що відповідає щільності доріжок 1 351 виток на міліметр, або 34 324 витки на дюйм. В цілому це становить 49 324 витки, а загальна довжина доріжки досягає 11,8 км (або 7,35 милі). Доріжка розбита на сектори, кожен з яких містить 2 048 байт даних. Диск розділений на чотири основні області.
Спіральна доріжка стандартного DVD починається з нульової області і закінчується кінцевою (середньої) зоною, розташованої на відстані 58,5 мм від центру диска або 1,5 мм від його зовнішнього краю. Довжина однієї спіральної доріжки досягає 11,84 км (або 7,35 милі). При зчитуванні зовнішньої частини доріжки за допомогою накопичувача 20x CAV, який має постійну кутову швидкість (Constant Angular Velocity - CAV). переміщення даних по відношенню до лазеру відбувається зі швидкістю 156 миль / год (251 км / ч).
Існують одношарові і двошарові, а також односторонні і двосторонні версії DVD. Двосторонні диски, по суті, являють собою два одностороннім диском, склеєних тильними сторонами один з одним. Між двох- і одношарові версіями є більш істотна відмінність. Довжина западин (штрихів) двошарових дисків трохи більше, що призводить до незначного зменшення ємності диска.
Кадри даних, що містять код корекції помилок, перетворюються в кадри ЕСС. Кожен кадр ЕСС містить 2 064-байтовий кадр даних, а також 182 баша верхнього (РО) і 120 байт нижнього контролю парності (PI), що становить в цілому 2 366 байт для кожного кадру ЕСС.
Кадри ЕСС перетворюються окремими групами розміром 91 байт в фізичні сектори диска. У цифрових універсальних дисках, на відміну від стандартних компакт-дисків, підкоди не використовуються. Замість цього кожен кадр даних містить ідентифікаційні байти (ID), що використовуються для зберігання номера сектора та іншої інформації, що відноситься до сектору.
Обробка помилок
DVD обробляє помилки в кадрах ЕСС. Для виявлення та виправлення помилок в кадри даних були введені біти верхнього (стовпець) і нижнього (рядок) контролю парності. Інформація, що знаходиться в кадрах даних, спочатку розбивається на 192 рядки по 172 байта в кожній. Після цього за допомогою поліноміальною рівняння вираховуються 10 байт контролю парності PI, які додаються до кожного рядка, збільшуючи тим самим їх довжину до 183 байт. За допомогою другого поліноміальною рівняння обчислюються 16 байт контролю парності PO, які, в свою чергу, додаються до кожному колонку. Таким чином, при додаванні байтів контролю парності PI і PO обсяг кадрів ЕСС, що містили спочатку 192 рядки по 172 байта в кожній, збільшується до 208 рядків по 182 байта.
Для того щоб пояснити функцію байтів верхнього (РО) і нижнього (PI) контролю парності, скористаємося наступним прикладом. Розглянемо два байта, в яких записані символи "N" і "O" (N = 01001110, О = 01001111). Щоб ввести код корекції помилок, зазначені байти організовані в рядки.
Після за допомогою функції перевірки на непарність до кожного рядка додається 1 біт PI. Це означає, що потрібно підрахувати кількість одиничних бітів, а потім додати біт, що має відповідне значення. Кількість одиниць в першому рядку дорівнює 4, отже, для отримання непарної суми значення біта контролю парності має дорівнювати 1. Сума бітів другого рядка є непарними числом, тому значення біта контролю парності має дорівнювати 0.
Значення бітів контролю парності для кожного стовпця обчислюються точно так же, після чого додаються до колонку. Іншими словами, значення біта контролю парності має бути таким, щоб сума одиниць кожного стовпця була непарним числом.
Тепер код завершений і додаткові біти збережені разом з даними. Таким чином, до 2 байтам даних додані ще 11 біт, призначених для корекції помилок. Під час зчитування даних відбувається повторне обчислення бітів корекції помилок і перевірка відповідності умовам непарності. Тепер в якості прикладу змінимо значення одного з бітів даних (тим самим припустимо, що сталася помилка зчитування) і повторимо обчислення бітів корекції помилок.
Ємність DVD (шари і сторони)
Диски DVD, записані в режимах РТР і ОТР
Зверніть увагу, що, хоча на схемі DVD-18 зображені два лазера, що зчитують дані нижній частині двошарових дисків, фактично використовується тільки один. Для читання даних, розташованих на різних шарах, змінюється тільки фокусування лазера.
Існує два способи запису шарів двошарових дисків: протилежне (ОТР) або паралельне (РТР) напрямок доріжок. Метод OTP дозволяє мінімізувати час, що витрачається під час читання диска, при переході з одного шару на інший. При досягненні внутрішньої частини диска (кінця шару 0) лазерний датчик залишається практично в тому ж положенні і лише трохи переміщається для фокусування на шарі 1. Кінцева область диска при його записи в режимі OTP називається середньої зоною.
Запис (і читання) спіральних доріжок DVD. записаних в режимі РТР, відбувається по-іншому. При переході від шару 0 до шару 1 лазерний датчик повинен переміститися з зовнішньої частини диска (тобто з кінця першого шару) на його внутрішню частину (на початок другого шару). Крім того, необхідно змінити фокусування лазера. Для прискорення переходу практично всі диски DVD записуються в режимі OTP.
Відрізняється і напрямок спіральних доріжок різних верств, записаних в режимі РТР. Це дозволяє спростити процес зчитування доріжок, розташованих одна над іншою. Спіральна доріжка шару 0 спрямована за годинниковою стрілкою, а доріжка шару 1 проти годинникової стрілки. Тому для читання другого шару необхідно змінити напрямок обертання диска, але в дисках OTP зчитування спіралі відбувається зовні всередину. Таким чином, спіральна доріжка шару 0 спрямована зсередини назовні, а доріжка шару 1 - зовні всередину.
Кодування даних на диску
Як і в компакт-дисках, значення бітів не визначається безпосередньо параметрами западин і майданчиків, що утворюють спіральну доріжку. Для цього використовуються переходи від западини до майданчика і від майданчика до западини або, інакше кажучи, змінюється відбивна здатність. Доріжка диска розділена на однорозрядні регістри або тимчасові інтервали (T), а довжина западини або майданчика, використовуваної для представлення даних, повинна становити не менше 3T і не більше 11T інтервалів (регістрів). Западина (або майданчик) довжиною 3Т має значення 1001, а западина (або майданчик) довжиною 11T - 100000000001.
Запис даних виконується за допомогою модуляції 8/16, яка є модифікованою версією EFM -модуляціі (тобто 8/14), використовуваної в компакт-дисках. Тому метод іноді називається EFM +. Модуляція EFM являє собою процес перетворення кожного байта (8 біт) в 16-розрядне значення для зниження щільності западин на оптичному диску; 16-розрядні коди перетворення розроблені таким чином, що не можуть містити менше 2 і більше 10 суміжних бітів, що мають нульове значення (0). Ця форма кодування з обмеженням довжини поля записи (Run Length Limited - RLL) отримала назву RLL2,10 (в загальному вигляді RLL x, y. Де x - мінімальне, а y - максимальне значення поля запису нульових бітів). Така схема дозволяє уникнути появи довгих рядків нульових бітів (нулів), які можуть бути лічені неправильно, а також обмежити мінімальну і максимальну частоту переходів, існуючих на носії. На відміну від EFM -модуляціі, що застосовується при запису компакт-дисків, в цьому випадку об'єднують біти не використовуються. Крім того, 16-розрядні коди модуляції розраховані на те, щоб не порушувати форму RLL2,10 при відсутності об'єднують бітів. Уже згадувалося про те, що EFM -модуляція вимагає не менше 17 біт для представлення кожного байта на компакт-диску (через додаткові об'єднують байтів і байтів синхронізації). Модуляція EFM + кілька перевершує попередній метод, так як для подання кожного кодованого байта потрібно тільки 16 біт.
Незважаючи на те що в модуляції, згенерованої EFM +. допускається не більше 10 суміжних нулів, біти синхронізації, додані при записі диска, можуть містити до 13 нулів (0). Таким чином, часовий період між одиницями (1), записаними на диску, може досягати 14T; тобто довжина западини або майданчика в цьому випадку становить 14 тимчасових інтервалів або однорозрядних регістрів.
Стандарт HD-DVD
Даний стандарт, також відомий як Advanced Optical Disc (AOD). - це ще один формат оптичних дисків наступного покоління з використанням синього лазера, розроблений компаніями Toshiba і NEC. Стандарт HD-DVD дуже схожий на стандарт Blu-ray. також використовує синій лазер для забезпечення високої ємності. На записуваних дисках HD-DVD -R може вміститися до 15 Гбайт (на одношаровому диску) або 30 Гбайт (на двошаровому). На перезаписуваних дисках HD- DVD-RW може вміститися до 20 Гбайт (на одношаровому диску) або 32 Гбайт (на двошаровому).
Формати компакт-дисків і накопичувачів
Версії CD-ROM, CD-R, CD-RWс удвеонной щільністю запису (1,3Гбайта) (DD-ROM, DD-R, DD-RW)
чергування фрагментів
багатосесійність запис
Багатосесійність компакт-диск містить кілька сесій, кожна з яких має власну нульову доріжку і кінцеву зону. Наявність нульового й кінцевого доріжок є обов'язковим для кожної сесії, що призводить до зменшення вільного дискового простору.
Стандарт Orange Book підтримує багатосеансним запис і визначає три основні методи (режиму) записи.
Disk-at-Once
Track-at-Once
Для запису багатосесійних дисків зазвичай використовується метод Track-at-Once (TAO). або режим пакетного запису. При виконанні запису методом Track-at-Once кожна доріжка сесії записується окремо (лазер включається і вимикається), після чого сесія закривається. Закриття сесії являє собою процес такого запису кінцевої області, щоб до цієї сесії вже не можна було додати додаткові доріжки. Закриття диска, в свою чергу, означає неможливість запису додаткових сесій.
пакетна запис
Цей метод використовується для виконання декількох записів на одній доріжці, що дозволяє зменшити нераціонально використовується дисковий простір. У кожному пакеті використовується чотири сектори для входу, два для виходу і один для зв'язування. Пакети можуть мати фіксовану або змінну довжину, але більшість накопичувачів, як і програми пакетного запису, використовують фіксовану довжину, спрощуючи тим самим способи обробки пакетів.
При записи пакетів зазвичай використовується файлова система UDF (Universal Disk Format). що дозволяє працювати з компакт-дисками практично так само, як і з гнучкими дисками великої ємності. Файли можна "перетягувати", копіювати на диск за допомогою відповідних команд і т.д. Всім цим керують програмне забезпечення пакетної записи і файлова система UDF.
Більш вдосконалений, сучасний стандарт, отримав назву Mount Rainier. Стандарт Mount Rainier дозволяє ввести метод пакетного запису в операційну систему в якості службової програми, що забезпечує підтримку обробки помилок даних, необхідну для повноцінного використання накопичувачів в якості запам'ятовуючих пристроїв зі змінними носіями.