В 1983 году был представлен один из самых удачных потребительских продуктов всех времен — компактная дисковая (CD) цифровая аудиосистема. CD является "нестираемым" диском, который может хранить более 60 минут аудиоинформации на одной стороне. Огромный коммерческий успех CD позволил развить недорогую технологию хранения данных на оптических дисках, что стало революционным шагом в компьютерном хранении данных. Разнообразные системы оптических дисков представлены в табл. 11.8.
Таблица 11.8. Продукты на основе оптической технологии дисков
CD
CD-ROM
CD-R
CD-RW
DVD
DVD-R
DVD-RW
Магнитоопти-ческий диск
Компакт-диск. Нестираемый диск, хранящий аудиоинформацию в цифровом виде. Стандартная система использует 12-сантиметровые диски и может записать более 60 минут непрерывного времени звучания
Компакт-диск с постоянной памятью. Нестираемый диск, используемый для хранения компьютерных данных. Стандартная система использует 12-сантиметровые диски и способна содержать более 650 Мбайт информации
CD с возможностью записи. Подобен CD-ROM. Пользователь может записать информацию на диск только один раз
CD с возможностью перезаписи. Подобен CD-ROM. Пользователь может стирать и производить перезапись данных на диске до 1000 раз
Универсальный цифровой диск. Технология для хранения как цифрового сжатого представления видеоинформации, так и больших объемов других цифровых данных. Используются как 8-, так и 12-сантиметровые диски, с двусторонней записью объемом до 15,9 Гбайт. Базовый DVD — с постоянной памятью (DVD-ROM)
DVD с возможностью записи. Подобен DVD-ROM. Пользователь может записать информацию на такой диск только один раз
DVD с возможностью перезаписи. Подобен DVD-ROM. Пользователь может стирать и перезаписывать информацию на диске до 1000 раз
Диск, использующий оптическую технологию для считывания и технологию магнитной записи при содействии оптической фокусировки. Используются как 3.25-дюймовые, так и 5.25-дюймовые диски. Общий объем хранимой информации — более 5 Гбайт
CD-ROM
Аудио-CD и CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на компакт диске) используют одну и ту же технологию. Главное различие заключается в том, что дисководы CD-ROM являются более грубыми и имеют возможности коррекции ошибок для гарантии корректности данных. Оба типа дисков изготавливаются одинаково. Диск выполняется на пластиковой основе, например поликарбонате, и имеет поверхность с хорошим отражением (обычно алюминиевую). Информация, записанная в цифровом виде (музыкальные или компьютерные данные), отпечатывается в виде серий микроскопических впадин на отражающей поверхности. Это может быть выполнено точно сфокусированным лазером высокой интенсивности для создания исходного диска, называемого мастер-диском. Мастер-диск, в свою очередь, используется для производства штампа, на основе которого изготавливаются копии. Поверхность дисков-копий защищена от пыли и царапин своеобразной "рубашкой" из чистого лака. Извлечь информацию из CD или CD-ROM можно с помощью маломощного лазера, размещенного в дисководе. Луч лазера проходит сквозь чистое защищенное покрытие при вращении диска. Интенсивность отраженного луча лазера изменяется при попадании на впадину. Это изменение фиксируется фотодатчиком и преобразовывается в цифровой сигнал.
Впадина вблизи центра вращения диска проходит мимо зафиксированной точки (такой, как лазерный луч) медленнее, чем впадина на внешнем краю диска, так что нужно найти способ компенсации изменения линейной скорости, необходимый для возможности сканирования информации с одинаковой частотой. Это может быть достигнуто, как и на магнитных дисках, посредством увеличения пространства между битами информации, записанной в сегментах диска. После этого информация может быть сканирована с одинаковой частотой при постоянной угловой скорости. На рис. 11.20,а приведена схема распределения данных на диске при использовании постоянной угловой скорости. Диск делится на концентрические дорожки с определенным количеством секторов. Преимущество использования постоянной угловой скорости заключается в возможности непосредственной адресации отдельных блоков путем указания их дорожки и сектора. Неудобство такой схемы заключается в том, что суммарное количество данных, которые хранятся на внешней дорожке, такое же, как и на внутренней.
Рис. 11.20. Способы размещения данных на диске
Поскольку при размещении малого количества информации на участке внешней дорожки неэкономно расходуется пространство, метод постоянной угловой скорости не используется в CD и CD-ROM. Вместо этого информация равномерно распределяется по всем дисковым сегментам одинакового размера, которые впоследствии сканируются с одной и той же скоростью путем вращения диска с переменной скоростью. Впадины сканируются лазером при постоянной линейной скорости. При обращении ко внешним дорожкам диск вращается медленнее, чем при обращении ко внутренним. Поэтому емкость дорожки и задержка из-за вращения увеличиваются для дорожек вблизи внешнего края диска.
Производятся CD-ROM с различной плотностью записи. Далее представлены типичные величины. Расстояние между дорожками составляет 1.6 mm. Ширина записи CD-ROM — 32.55 mm, поэтому общее количество дорожек равно 20344. Однако фактически мы имеем дело с одной спиральной дорожкой, вычислить длину которой можно путем умножения средней длины окружности на количество витков спирали (эта длина приблизительно равна 5.27 km). Постоянная линейная скорость CD-ROM равна 1.2 m/s, в итоге получается 4391 с (или 73.2 мин), что приблизительно равно стандартному максимальному времени звучания аудио компакт-диска. Поскольку данные пересылаются из диска со скоростью 176.4 Кбайт/с, емкость CD-ROM составляет 774.57 Мбайт.
На рис. 11.20,6 показана схема размещения данных для CD и CD-ROM при работе с постоянной линейной скоростью. Случайный доступ при этом становится более сложным. Перемещение к определенному адресу включает перемещение головки в требуемую область, регулирование скорости вращения и чтение адреса, а после этого выполнение легкой регулировки для поиска и доступа к определенному сектору.
CD-ROM пригоден для распространения большого количества данных среди большого количества пользователей. Он обладает тремя главными преимуществами по сравнению с традиционными магнитными дисками.
• Объем хранимой информации намного больше у оптического диска.
• Оптический диск вместе с сохраненной на нем информацией может быть массово тиражирован при небольших денежных затратах, в отличие от магнитного диска. База данных на магнитном диске может быть воспроизведена путем копирования одного диска за один раз с использованием двух дисководов.
• Оптический диск является переносным, что позволяет использовать его для архивного хранения.
• К недостаткам CD-ROM относятся следующее.
• Режим "только для чтения" не позволяет обновлять информацию.
• Время доступа к диску намного больше, чем у магнитного накопителя.
