Технология записи дисков CD-ROM

Технология записи дисков CD-ROM. 

 

 

 СD-ROM изготавливается методом штамповки. Со стеклянной матрицы изготавливают пластиковую основу, после этого поверх пластика для отражения лазерного луча наносится слой алюминия, который в свою очередь покрывается защитным слоем лака. В CD-R для увеличения коэффициента отражения лазерного луча на пластик наносят слой серебра или золота, который покрывают красителем, затем на краситель наносят защитный слой лака.

В отличие от CD-R запись информации на CD-ROM производится в момент его  изготовления, т.е. штамповки. На СD-R информация записывается при помощи CD-рекордера. Луч лазера выжигает на диске отверстие колоколообразной формы (пит), что дает преимущество перед обычным CD-ROM, так как в такой ямке луч лазера рассеивается сильнее и меньшая часть излучения попадает в приемник. Однако после записи информации на  CD-R, он фактически становится обычным компакт диском.

Когда смотришь на не полностью  записанный CD-R, область с информацией выглядит более темной и она легко различима. Писать информацию привод начинает от внутренних логических дорожек к внешним (от меньших по диаметру к большим). 

 

 

 Как делается запись на CD-R и CD-RW? 

 

Запись дисков CD-R выполняется  при помощи специальных программ - Easy CD, CD Creator, CD Publisher, Direct CD и т.п. Процесс записи одной дорожки представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в котором (Underrun) приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, работой системы виртуальной памяти (swapping), захватом процессора "нечестными" драйверами устройств, зависанием программы или ОС. К сбою записи приводят также механические толчки привода.

Различается два основных режима записи CD-R: DAO (Disk At Once - весь диск за один прием) и TAO (Track At Once - одна дорожка за один прием). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается в ее конце; в точках включения и выключения лазера формируются серии специальных блоков - run-in, run-out и link, предназначенные для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких блоков (2 секунды). При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска.

Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и  считывается любыми CD-ROM с любым  файловым диспетчером, однако после  записи невозможно дописывание новых  данных на диск, а режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами. Этот режим также желателен для  записи мастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки - большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы.

Реализованная в приводе  поддержка режима DAO может не работать при некоторых сочетаниях привода, его микропрограммы (firmware), интерфейса, драйверов интерфейса и записывающей программы. Если известно, что в других сочетаниях DAO поддерживается, нужно попытаться обновить прошивку, сменить драйверы или записывающую программу.

В режиме TAO пишутся многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных; это также наиболее простой способ записи CD-DA с паузами между дорожками. Сессия может быть как полностью записана за один прием - с формированием TOC, файловой системы (для CD-ROM) и зон Lead-In/Lead-Out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных TOC в элементах PMA (запись с оставлением открытой сессии).

Накладные расходы на первую сессию составляют 11250 блоков (22.5 Мб), на каждую последующую - 6750 (13.5 Мб), и проявляются  не в ограничении доступного пространства в очередной сессии, а в его  уменьшении для последующих сессий. Это означает, что все без исключения свободные блоки пользовательской области могут быть заняты новой  сессией, однако число свободных  блоков после записи сессии окажется меньшим еще на 11250 или 6750. Если при  этом пользовательская область не будет  исчерпана - останется возможной  запись дополнительных сессий.

При закрытии сессии в ее Lead-In записывается указатель на свободную область диска непосредственно за Lead-Out, что дает возможность дописывания на диск новых сессий. Однако, по наиболее универсальным стандартам CD-DA и CD-ROM, чтобы нормально считываться во всех устройствах, диск должен быть полностью закрыт - в этом случае указателя на свободную область не создается, и диск становится недоступным для последующей записи. Подавляющее большинство современных приводов не обращают внимания на закрытость диска.

Перед началом записи необходимо сформировать полный список входящих в сессию файлов; последующее добавление файлов на диск возможно лишь в виде дополнительных сессий. Приводы CD-ROM, не поддерживающие многосессионную запись, считывают с диска только первую TOC (сессию) - соответственно, с их помощью можно считывать лишь файлы первой сессии. Многосессионные CD-ROM считывают только последнюю TOC, поэтому последняя сессия на многосессионном диске должна содержать в своем оглавлении ссылки и на файлы предыдущих сессий. Для этого при записи очередной сессии применяется опция импортирования сессий (Import Track) для создания полного общего оглавления. Совпадающие по именам каталоги при этом объединяются, как при дописывании на обычный диск. Адресация файлов в любом случае ведется в пределах всего диска, поэтому объединению подвергаются только оглавления. Файлы сессий, которые не были импортированы при создании очередной, в результирующем каталоге присутствовать не будут и обычное обращение к ним будет невозможным, однако многие программы записи на CD-R позволяют выборочно считывать отдельные сессии диска. То же самое позволяет делать одна из версий MSCDEX - MDCDEX, или Adaptec Session Selector (из комплекта Easy CD Creator), при условии поддержки со стороны привода.

Перед началом собственно процесса записи привод выполняет калибровку лазера, используя область PCA. Теоретически, таких калибровок может быть не более 100, однако ряд современных приводов записывают в PCA вместе с параметрами  оптимального режима записи свой номер  модели, так что при последующих  операциях над этим диском в приводах этого же типа калибровка выполняться  не будет.

Если запись на однократный  многосессионный диск по какой-либо причине была прервана, в ряде случаев имеется возможность использовать оставшееся свободным пространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытия сессии (Close Track/Session), после чего нужные данные записываются очередной сессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут быть импортированы).

Поскольку конечная видимость  каждого файла определяется процессом  импорта оглавления, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочная замена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставаться на диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог  помещается ссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий в каталог новой сессии дает эффект их "удаления". Видимость "удаленных" таким образом файлов впоследствии может быть "восстановлена" путем их импорта в новые сессии.

Для записи CD-RW, кроме сессионного  метода, может применяться их предварительное  форматирование - разбивка на секторы, подобно магнитным дискам. После  форматирования диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск - стандартные  файловые операции копирования, удаления и переименования преобразуются  драйвером привода CD-RW в серии  операций перезаписи секторов диска. Благодаря  этому для работы с дисками CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF (например, Adaptec DirectCD) и программы начальной разметки.

Некоторые версии записывающих программ (например, CDR Publisher, WinOnCD с версии 3.0 или Adaptec Easy CD Creator с версии 3.0) позволяют записывать загружаемые диски. Для загрузки с таких дисков BIOS компьютера должен поддерживать эту возможность (последние версии AWARD и Phoenix BIOS). Загружаемая часть CD-ROM записывается в виде образа загрузочной дискеты или винчестера, из которого при загрузке BIOS системной платы эмулирует диск A:. 

 

Чем диск CD-R/CD-RW отличается от штампованного? 

 

Прежде всего, эти диски  изготовляются со вспомогательной  разметкой (pregroove) в которой закодирована временнАя сетка (ATIP - Actual Time In Pregroove, действительное время по разметке), которая одновременно служит и для разбивки диска на кадры (блоки), и дополнительная информация о диске - коды, рекомендуемые значения скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разметка используется для нахождения служебных и пользовательских областей диска и для для облегчения слежения за информационной дорожкой в процессе записи. При считывании слежение производится, как обычно, по записанной информационной дорожке.

Кроме этого, диск содержит две служебные области: PCA (Power Calibration Area - область калибровки мощности) и PMA (Program Memory Area - область памяти программы), расположенные внутри от "официального" радиуса начала записи. PCA используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а PMA - для временного хранения TOC в случае записи одной сессии в несколько приемов.

PCA и PMA являются таблицами  фиксированной длины емкостью  по 100 элементов каждая, что ограничивает  как общее количество случаев  записи, так и этапов формирования  незакрытых сессий.

Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один прием, является дорожка (track) в формате CD-DA или CD-ROM. Минимальная длина дорожки - 300 блоков (600 кб, 4 сек). В начале каждой дорожки формируется служебный зазор (pre-gap), содержащий ее параметры, размером 150 блоков (300 кб, 2 сек) для однотипных дорожек и 225 блоков (450 кб, 3 сек) для дорожек разных типов.

Одна или несколько  дорожек образуют программную область (Program Area); которая может формироваться в несколько приемов, между которыми адреса и параметры дорожек (TOC) сохраняются в PMA. На этом этапе доступ к записанным дорожкам имеют только приводы CD-R, так как обычные приводы CD-ROM не знают о PMA и требуют, чтобы программная область была обрамлена зонами Lead-In (4500 блоков - 9 Мб, 1 мин) и Lead-Out (2250 блоков - 4.5 Мб, 30 сек), а также наличия TOC в Lead-In. Структура из Lead-In, Program Area и Lead-Out называется сессией, а процесс записи Lead-In и Lead-Out вокруг области данных - закрытием сессии.

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы и устройство дисковода CD-ROM 

 

В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых  элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

 

Принцип работы дисковода  напоминает принцип работы обычных  дисководов для гибких дисков. Считывание информации с компакт-диска, так  же как и запись, происходит при  помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Поверхность оптического  диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью,  а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия, серебра или золота на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в  ямку (пит), он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические; яркое излучение преобразуется в  единицы, слабое – в нули. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Отметим, что сформированные лазерным лучом питы очень малы по размеру. Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм.