Unitati cu discuri tip compact (CD)

Descrierea in detaliu a utilizarii unui disc optic, sub forma video discului (VLP - Video Long Play), exista din anul 1973. Acest tip de disc video nu a avut un succes comercial prea mare, desi mai exista pe piata o serie de discuri optice inscriptibile o singura data (Write-Only Video Discs), de diferite dimensiuni si formate. Aceste incercari de inceput erau bazate pe tehnici analogice cu specificatii de inalta calitate video si preturi moderate.

Zece ani mai tarziu, spre sfarsitul anului 1982, companiile Sony si Philips au introdus compact discul digital audio (CD-DA), stabilindu-i specificatiile tehnice si tehnologia de fabricatie in asa numita Carte rosie (Red Book). Aceste discuri permit stocarea digitala a informatiei audio-stereo la un inalt nivel de calitate. Numai in primii cinci ani de la lansare, s‑au vandut aproximativ 30 de milioane de unitati de inscriptionare CD-DA si peste 450 de milioane de discuri CD-DA.

Anuntarea extinderii tehnologiei discurilor compact pentru stocarea datelor digitale a fost facuta in 1983 tot de catre companiile Sony si Philips, iar in noiembrie 1985 a avut loc prima lansare pe piata a discurilor compact de tip ROM (CD-ROM, Compact Disc - Read Only Memory). Specificatiile acestora fac obiectul Cartii galbene (Yellow Book), fiind impartite in specificatii fizice (standardul ECMA-119) si specificatii logice (standardul ISO-9660).

Pana in prezent au aparut o multime de alte standarde si tehnologii de compact discuri: CD-I (Compact Disc - Interactive) anuntat in 1986 din nou de catre firmele Sony si Philips si specificat in cadrul Cartii verzi (Green Book), DVI (Digital Video Interactive) prezentat public in 1987, CD-MO (Compact Disc - Magneto Optical) si CD-WO (Compact Disc - Write Once in 1990 si CD-ROM/XA (Compact Disc - Read Only Memory/Extended Architecture) anuntat in 1998.

In septembrie 1995, un consortiu format din 10 companii de frunte din domeniile tehnicii digitale si productiei de film (Sony, Philips, Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Pioneer, Thomson, Toshiba si Time Warner) a anuntat aparitia tehnologiei DVD (Digital Video Disc sau Digital Versatile Disc), permitand astfel stocarea unor filme intregi in format digital de inalta fidelitate pe suport de tip disc compact.

Cu toate acestea, au existat nenumarate jocuri, aplicatii software, enciclopedii, prezentari si alte programe multimedia care erau disponibile pe CD-ROM. Initial, CD-urile au fost proiectate sa redea 74 min de inregistrare audio digitala de inalta calitate, iar acum pot inmagazina 650 MB de date, sau 100 de imagini scanate publicabile sau chiar 74 de minute de VHS (film video -audio). Multe discuri ofera o combinatie a acestora.

1 Standardele uzuale

Specificatiile diferitelor standarde de compact discuri alcatuiesc asa-numitele 'carti colorate' (rainbow books

Red Book este cel mai raspandit standard CD si descrie proprietatile fizice ale discului compact si a codificarii digitale audio. 'Cartea rosie - CD-DA" (Red Book, Compact Disc - Digital Audio) contine specificatiile stocarii sunetului stereo de inalta calitate in format digital pe discuri compact. Red Book a fost creat de catre Sony impreuna cu Philips in 1980 si sta la baza multor alte standarde CD. Un disc CD-DA poate contine pana la 74 de minute de sunet stereo utilizand metoda de compresie PCM (Pulse Coded Modulation) pentru a comprima doua canale stereo intr-un spatiu de peste 600 MBytes.

Cartea rosie contine:

specificatia audio pentru 16 biti PCM[1]

specificatii de disc, inclusiv parametri geometrici

parametri optici

deviatiile si erorile de bloc

sistemul de modulare si de corectare a erorilor

sistemul de control si afisare.

Fiecare piesa (oricat de mica) care a fost inregistrata pe CD se conformeaza cu standardele Cartii rosii.

Yellow Book a fost scrisa in 1984 pentru a descrie extensia CD-ului pentru a inmagazina date pentru calculatoare. 'Cartea galbena - CD-ROM" (Yellow Book, CD - Read Only Memory) dezvolta 'Cartea rosie' in vederea stocarii pe CD a informatiei digitale de orice tip, nu numai sunet. In acelasi timp imbunatateste corectia erorilor (o necesitate in cazul informatiei numerice vehiculate de calculatoare) si viteza de accesare aleatoare a datelor de pe disc. Este de tip 'exclusiv-citire'.

Yellow Book cuprinde:

specificatia de disc, care este copia unei parti din Red Book

parametri optici (din Red Book

sistemul de modulare si corectare a erorilor (din Red Book

sistemul de control si afisare (din Red Book

structura digitala a datelor, care descrie structura sectorului, ECC si EDC pentru un disc CD-ROM.

Formatul de baza al unui CD-ROM consta in codificarea fiecarui octet cu un cuvant de 14 biti. Acesti 14 biti sunt suficienti pentru a codifica Hamming un octet de 8 biti, ramanand inca 2 biti. Corespondenta 14 la 8 pentru citire este implementata hardware prin cautare in tabel.

La urmatorul nivel, un grup de 42 de simboluri consecutive formeaza un cadru (frame) de 558 de biti. Fiecare cadru are 192 de biti de date (24 de octeti). Ceilalti 396 de biti care mai raman sunt folositi pentru corectia erorilor si control. Pana aici schema este identica pentru CD-uri audio si CD-ROM. Ce adauga Cartea galbena este gruparea a 98 de cadre intr-un sector de CD-ROM (figura 2.15). Fiecare sector al CD-ROM-ului incepe cu un preambul de 16 octeti, din care primii 12 sunt 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00 (hexazecimal), pentru a permite dispozitivului de redare sa recunoasca inceputul unui sector de CD-ROM. Urmatorii 3 octeti contin numarul sectorului, necesar deoarece cautarea pe un CD-ROM cu spirala este mult mai dificila decat pe un disc magnetic cu piste concentrice. Pentru a cauta, software-ul din dispozitivul de citire calculeaza aproximativ unde sa se deplaseze, muta capul acolo, dupa care incepe sa caute un preambul, ca sa vada cat de bine a "ghicit". Ultimul octet al preambulului reprezinta modul.

Organizarea fizica a discurilor CD-ROM

Cartea galbena defineste doua moduri de organizare.

Unitatea de date de pe CD-ROM se numeste bloc (fizic). Blocul cuprinde 2352 biti, din care biti utili sunt doar 2048 (pentru Modul 1 - date numerice) sau 2336 (Modul 2 - date audio). Ceilalti biti sunt utilizati pentru control, sincronizare, identificare pentru acces aleator si detectia si corectia erorilor. Fiecare bloc fizic este compus din 32 de cadre de cate 588 biti, a caror format este corespondent cu cel al discurilor audio digitale, CD-DA.

Viteza standard de citire specifica este parcurgerea a 75 de blocuri intr-o secunda.

Figura 2. Organizarea logica a datelor pe CD-ROM

Modul 1 de organizare a blocurilor CD-ROM este modul utilizat pentru stocarea datelor numerice, punand la dispozitie 2048 de biti utili, din totalul de 2352 de biti al fiecarui bloc.

Discurile CD-ROM contin un total de 333000 blocuri care sunt citite in 74 minute. De aici rezulta cei doi parametri ai discului in Modul 1:

Capacitatea CD-ROM Modul 1 = 333000 [blocuri] * 2048 [octeti/bloc] = 681984000 [octeti] = aprox. 660[MB]

Rata de date CD-ROM Modul 1 = 2048 [octeti/bloc]* * 75 [blocuri/s] = 153.6 [KB/s]

Modul 1 foloseste organizarea din figura 2.15, cu un preambul de 16 octeti, 2048 octeti de date si un cod corector de erori de 288 de octeti.

Modul 2 combina campurile de date si ECC intr-un singur camp de date de 2336 de octeti, pentru aplicatiile care nu necesita (sau nu isi pot permite timpul necesar pentru) corectia erorilor, cum ar fi cele audio si video.

Modul 2 de organizare a blocurilor CD-ROM este prevazut pentru stocarea de informatie de orice tip, si este in general utilizat pentru memorarea de informatie audio sau video in format digital. Pune la dispozitie 2336 de octeti din totalul de 2352 octeti/bloc fizic.

Fata de Modul 1 lipsesc codurile de tratare suplimentara a erorilor. Cei doi parametri caracteristici pentru Modul 2:

Capacitatea CD-ROM Modul 2 = 333000 [blocuri] * 2336 [octeti/bloc] = 777888000 [octeti] = aprox. 740 [MBytes]

Rata de date CD-ROM Modul 2 = 2336 [octeti/bloc] * 75 [blocuri/s] = 175 [KBytes/s]

Organizarea logica a datelor pe CD-ROM

Pentru a rezolva si finaliza problema organizarii informatiei (in special a datelor numerice) pe discurile CD-ROM, un grup de reprezentanti din industria discurilor optice s-au intalnit in Del Webb's High Sierra Hotel & Casino din Nevada si au realizat un proiect-propunere. Acesta se numeste 'Propunerea High Sierra' (High Sierra Proposal) si a devenit fundamentul standardului ISO 9660, care specifica cu exactitate formatul datelor memorate pe CD-ROM.

Standardul ISO 9660 defineste o structura de fisiere de tip arborescent, similar sistemului de fisiere intalnit si la sistemul de operare MS-DOS. Denumirile fisierelor sunt limitate la opt caractere (se exclud caracterele speciale, de tipul -', +', ~', etc.), un punct de separare si o extensie de trei caractere.

Structura de fisiere de pe discul CD-ROM este gestionata de un 'arbore de cataloage (directoare)' si, aditional, de un 'cuprins' - o tabela cu caile tuturor fisierelor de pe disc, memorate in forma comprimata. Tabela-cuprins se va incarca in memoria calculatorului gazda la fiecare initializare a discului. Aceasta metoda statica de gestionare a informatiei este eficienta deoarece datele de pe CD-ROM nu se mai pot modifica (mediu exclusiv citire).

Dimensiunea blocurilor logice utilizate este o putere a lui doi, incepand cu 512 octeti, fiind limitata de dimensiunea blocului fizic: 2048 octeti.

Dispozitivele CD-ROM cu viteza simpla (varianta initiala, corespunzatoare CD audio) lucreaza la 75 sectoare/s, de unde rezulta o rata a datelor de 153600 octeti/s in modul 1 si 175200 octeti/s in modul 2. Dispozitivele cu viteza dubla sunt de doua ori mai rapide si asa mai departe. Un CD audio standard poate pastra 74 de minute de muzica, de unde rezulta, daca se foloseste modul 1 de date, o capacitate de 681984000 octeti. Aceasta cifra este raportata de obicei drept 650 MB pentru ca 1 MB are 2²⁰ octeti (1048576 octeti).

CD-ROM XA

Este o extensie separata a Cartii galbene. CD-ROM/XA, propusa de catre firmele Philips, Sony si Microsoft in 1988 prin adaugarea unor idei interesante preluate de la CD-I ('Cartea verde'), in special combinarea pe o aceeasi pista a sunetului si imaginilor. Este nevoie de hardware special pentru a decodifica si separa canalele cu continut diferit pe pista, rezultand impresia de medii multiple interpretate simultan si sincron. Utilizand tehnici de compresie mai eficiente decat cele specificate de Cartea rosie, CD-ROM/XA permite stocarea a de 4 pana la 8 ori mai mult sunet fata de CD-DA.

Specificatiile CD-ROM XA cuprind urmatoarele:

formatul discului incluzand canalul Q si structura de sector folosind sectoare Mode 2;

structura datelor de cautare, redare si refacere a datelor bazate pe ISO 9660 care include fisiere intercalate, ceea ce nu e posibil pentru datele de Mode 1;

codare audio utilizand nivelele B si C din ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation

codarea imaginii video.

Cele mai cunoscute formate ale utilizate CD-ROM-ului XA sunt formatele: CD-I Bridge, Photo CD si Video CD plus statia de redare Sony.

GREEN BOOK

Green Book a fost editata in 1986, prin adaugarea graficii si a posibilitatii de stocare informatii audio, video si date in acelasi sector, o caracteristica esentiala pentru CD-ROM-urile multimedia. Cartea verde, sau CD-I (Green Book, CD - Interactive). Este un derivat al Cartii galbene conceput pentru a permite mixarea de imagini, sunet si film pe aceeasi pista de pe disc. Standardul CD-I presupune existenta unui sistem compus dintr-un cititor CD-I autonom (standalone CD-I player) conectat la un aparat de receptie TV. Citirea datelor de pe discurile CD-I se face de catre un sistem de operare special denumit OS/9. Necesitatea acestor sisteme hardware si software specializate pentru interpretarea discurilor CD-I are ca rezultat o piata limitata si un numar relativ redus de producatori in domeniu.

Green book cuprinde:

formatul discului CD-interactiv (exemplu: nivelul pistei, structura sectorului)

structura datelor de cautare, redare si refacere a datelor bazate pe ISO 9660

folosirea datelor audio la nivelele A,B si C ale ADPCM

codare a imaginii video fixe, decodare si efecte vizuale in timp real

sistemul de operare in timp real al unitatii de compact disc, CD-RTOS (Compact Disc Real Time Operating System

specificatia minima a sistemului de baza

extensia pentru imagini in miscare (MPEG- Moving Pictures Experts Group

CD-I este capabil de a inmagazina 19 ore audio, 7500 de imagini fixe (fotografii) sau 72 minute de film video (MPEG).

ORANGE BOOK

Orange Book (1989) defineste proprietatile discurilor inregistrabile in mai multe sesiuni. Partea 1 defineste discurile cu rescriere CD - MO (magneto - optic), partea 2 defineste discurile CD-WO (inregistrabile o singura data), iar partea 3 discurile care se pot rescrie, CD-RW.

Cartea portocalie, partea I, sau CD-MO (Orange Book part I, CD - Magneto-Optical) specifica o capacitate de memorare mare si posibilitatea de scrieri repetate pe disc. Metoda magneto-optica se bazeaza pe termo-polarizarea magnetica a materialului ce compune discul. Pentru a inscrie datele dorite pe un anumit sector (bloc) al discului, acesta se incalzeste la o temperatura de peste 150sC. Simultan, un camp magnetic de intensitate de zece ori mai mare decat cel terestru orienteaza, corespunzator datelor ce trebuie inscrise, dipolii din cadrul sectorului respectiv. Astfel, craterele (pits) de pe suprafata discului corespund intensitatii scazute a campului magnetic, pe cand restul (lands) corespunde intensitatii ridicate. Citirea se face prin baleierea cu o raza laser a suprafetei discului si interpretarea modului de polarizare a luminii reflectate.

Cartea portocalie, partea II, sau CD-WO, sau CD-R, sau WORM (Orange Book part II, CD - Write Once, CD - Recordable, Write Once Read Many prevede ca inscrierea acestui tip de discuri se poate realiza o singura data prin supraincalzirea la o temperatura de peste 250sC a unui strat special din componenta discului, modificandu-i proprietatile de reflexie a luminii. Proprietatea cea mai remarcabila a discurilor tip CD-WO este ca pot fi citite de catre orice reproducator CD.

Cartea portocalie, partea III, sau CD-RW (Orange Book part III, CD - ReWritable) descrie discuri ce nu pot fi interpretate de cititoarele CD-ROM si CD-DA. Prezentand o diferenta de reflectivitate scazuta, citirea discurilor CD-RW necesita existenta circuitelor de control automat al amplitudinii (AGC - Automatic Gain Control).

Toate cele trei parti contin urmatoarele sectiuni:

specificatii pentru discuri inregistrate si neinregistrate

organizarea datelor, incluzand si legaturile

discuri MultiSession (discuri a caror piste se pot grupa in sesiuni) si hibride

recomandari pentru masurarea reflectivitatii, control curent etc.

White BOOK

Cartea alba, sau VCD (White Book, Video CD) se ocupa de discuri ce pot contine sunet si imagini (film) codificate cu algoritmi de tip MPEG-1. Iesirea dispozitivelor de citire VCD este de tip TV, in standard PAL la o rezolutie de 352x288, sau NTSC la o rezolutie de 352x240.

White Book a fost terminata in 1993 si defineste specificatii ale CD-ului video si contine:

formatul de disc si utilizarea pistelor

structura informatiilor de cautare, redare si refacere a datelor bazate pe ISO 9660

codarea MPEG a pistelor audio / video

codarea secventelor de redare video, imagini si piste CD-DA

descrieri pentru secvente pre-programate

folosirea sectoarelor de date pentru scanarea datelor (dand posibilitatea cautarii rapide inainte/inapoi) si fixarea pe o imagine

exemple de secvente si control play back

Cu o comprimare de imagine video in MPEG-1 se pot codifica pana la 70 de minute pe un astfel de disc.

BLUE BOOK

Blue Book defineste noi specificatii pentru CD-ul muzical pentru inregistrarea in mai multe sesiuni (nu reinregistrabile) de date si muzica. Aceste discuri se vor putea citi de pe orice reproducator (player) audio sau calculator PC. Blue Book contine:

specificatii de disc si formatul de inregistrare pentru doua sesiuni (audio si data)

structura directoarelor (ISO 9660) incluzand informatii asupra directoarelor pentru CD Extra, imagini si date

formatul MPEG.

De altfel cunoscute ca CD Extra sau CD Plus, CD-urile Cartii albastre contin un amestec de date si audio, inregistrate in sesiuni separate pentru a impiedica distrugerea pistelor de date.

CD-I Bridge

CD-I Bridge este o specificatie a Philips Sony pentru echipamente de redare a discurilor, inclusiv de tip PC. CD-I Bridge contine:

formatul de disc CD-I Bridge in conformitate cu specificatiile CD-ROM XA

structura informatiilor de cautare, redare si refacere a datelor bazate pe ISO 9660

codarea audio a datelor incluzand ADPCM si MPEG

codarea video a datelor pentru compatibilitate cu CD-I si CD-ROM XA

structura de disc multi-sesiune.

2 Discul compact (CD)

Discurile tip compact (CD) au diametrul de 120 mm, o perforatie de 15 mm in centru si o grosime de 1,2 mm intr-o structura de tip sandwich formata din trei straturi principale: unul din policarbonat transparent, un strat subtire din aluminiu si un invelis lacuit pentru a proteja discul de zgarieturi si praf. Durata de viata al unui CD este estimata la 100 de ani.

Un CD este pregatit cu ajutorul unui laser in infrarosu, de mare putere, care realizeaza cratere de 0.8 mm diametru intr-un disc acoperit cu sticla. Dupa acest model (master) este turnata o matrita, cu varfuri in locul craterelor. In aceasta matrita sunt injectate rasini policarbonate topite pentru a forma un CD cu acelasi aranjament al craterelor ca si modelul din sticla. Apoi, peste policarbonat se depune un strat foarte subtire de aluminiu reflectorizant, acoperit de un lac protector si, in final, o eticheta. Depresiunile din substratul de policarbonat se numesc cratere (pits), iar zonele dintre cavitati se numesc soluri (lands). Un crater are uzual 0.5µm latime, 0.83 - 3 µm lungime si 0.15 µm adancime.

Fizic, CD-ul audio contine o pista dispusa in spirala (figura 2.16), pe discul cu diametrul de 12 cm corespunzand la aproximativ 20000 de rotatii.

Dispunerea craterelor si a solurilor pe pista respecta urmatoarea regula: valoarea logica '1' determina o tranzitie de la o 'adancitura' la un 'sol' sau invers, iar valoarea logica '0' nu determina nici o tranzitie.

Tehnologia CD-DA specifica preluarea in format digital si stocarea sunetului la urmatorii parametri: sunet stereo pe doua canale audio, esantionat la o rata de 44.1 KHz si cuantizat in semnal numeric pe 16 biti. Rezulta o rata de citire a datelor audio ce poate fi determinata cu relatia:

Rata datelor audio CD-DA = 16 [biti/esantion] * 2[canale audio]*
44100 [esantioane/(s*canal)]=1411200 [biti/s] ≈ 172.3 [KB/s]

Benzile magnetice analogice si discurile de gramofon clasice prezinta un raport semnal/zgomot de 50-60 dB. La discurile CD-DA, rata semnal/zgomot ajunge la 98 dB.

Durata de interpretare a unui disc compact audio normal este de maxim 74 minute. De aici se poate calcula capacitatea de stocare:

Capacitatea CD-DA = 74 [min] * 1411200 [biti/s] ≈ 747 MB

Cavitatile si solurile sunt inscrise intr-o spirala continua, pornind de langa axa discului si acoperind aproape tot discul. Spirala descrie pana la 22188 rotatii (aproximativ 600 pe 1 mm). Spatiul dintre doua piste este de 1.6 µm. Lungimea totala a spiralei, considerata desfasurata, este de circa 5.6 km.

Pentru ca redarea informatiilor audio/video sa se efectueze corect, trebuie ca spirala sa fie parcursa cu viteza lineara constanta. In consecinta, viteza de rotatie a CD-ului trebuie redusa continuu odata cu deplasarea capului de citire dinspre interior catre exterior. In interior, viteza de rotatie este de ~55 rad/s, iar la exterior ea trebuie sa scada la ~21 rad/s pentru a oferi capului aceeasi viteza lineara fata de pista.

   

Figura 2. Structura inregistrarii pe un disc compact audio sau CD-ROM

Mecanic, CD-ul este mai putin vulnerabil decat inregistrarile analogice, dar aceasta nu inseamna ca nu trebuie tratat cu grija. Desi stratul de aluminiu este protejat cu un strat de lac impotriva coroziunii, acesta este foarte subtire, doar 0.002 mm. Impuritatile sau manevrarea neatenta pot conduce la zgarieturi sau crapaturi. In primul rand, durata de viata a unui CD depinde de modul de manufacturare a acestuia: de exemplu, daca marginile laterale ale discului nu sunt lipite bine una de alta, cu timpul va patrunde oxigen la stratul metalic de reflexie, reducand la doar cativa ani viata acelui disc. Daca discul este fabricat corect, el va putea fi utilizat pe durate mai lungi decat o viata de om.

Manevrarea discurilor compact va trebui facuta astfel incat sa se evite atingerea suprafetei inferioare: se vor utiliza marginile exterioara si interioara ale acestuia pentru apucare.

Curatarea discurilor se va face cu o carpa curata si moale, executand miscari radiale - dinspre centru spre extremitatea discului, si nu circulare (cum se procedeaza in cazul discurilor de gramofon).

Cele mai problematice zgarieturi sunt cele de tip circular, care pot afecta un mare numar de elemente de relief (cratere si soluri) consecutive de pe pista. Eticheta discului nu se curata.

Pentru depozitare sau transport se vor utiliza carcase special construite pentru compact discuri. Se va reduce la minim contactul fizic cu discul.

Conditiile de mediu impuse de utilizarea discurilor compact sunt cele normale pentru om: evitarea temperaturilor extreme, a umiditatii excesive si evitarea expunerii la radiatii ultraviolete intense.

3 Mod de operare

Pe CD-uri informatiile sunt stocate in acelasi mod, in secvente de sectoare de 2 KB, care formeaza o singura pista fizica. Sensul de infasurare este dinspre centrul discului spre marginea sa exterioara.

Informatiile stocate pe CD sunt citite in acelasi sens, dinspre centru spre exterior. O dioda laser de mica intensitate trimite unde infrarosii cu lungimea de unda de 0.78 µm peste cavitati si soluri pe masura ce acestea defileaza prin dreptul ei (figura 2.17). Lumina laser este proiectata pe partea de policarbonat, astfel incat cavitatile apar laserului ca varfuri pe suprafata altfel plana (figura 2.18). Deoarece adancimea cavitatilor este de un sfert din lungimea de unda a laserului, lumina reflectata de o cavitate este defazata cu jumatate din lungimea de unda fata de lumina care se reflecta de pe suprafata inconjuratoare. In consecinta, cele doua fascicule interfereaza extractiv si se intoarce mai putina lumina catre fotodetectorul dispozitivului de redare decat lumina returnata de un sol. Astfel distinge dispozitivul de redare o cavitate de un sol. Cu toate ca ar putea parea mai simplu sa se foloseasca o cavitate pentru a memora un 0 si un sol pentru a memora 1, este mult mai sigur sa se foloseasca o tranzitie cavitate/sol sau sol/cavitate pentru 1 si absenta sa pentru un 0.

Unitatile pentru Compact Disc pot functiona cu:

a.       viteza lineara constanta (CLV)

b.      viteza unghiulara constanta (CAV)

Figura 2. Principiul de citire a discurilor CD

Figura 2. Citirea inregistrarilor de pe CD

a) CLV (Constant Linear Velocity

Mentinerea constanta a vitezei este asigurata de un servomotor. Tehnologia CD-ROM a progresat in ultimii ani foarte rapid, astfel ca in anul 1998 au fost deja pe piata unitati cu viteza 32x (de 32 de ori mai mare decat cea standard), cu o rata de transfer de 4.8 MB/s.

Modificarea turatiei este imperios necesara la informatiile audio care sunt mereu citite la viteza unitara, standard (flux de date de 150 KB/s). Performantele depind de:

calitatea motorului

software-ul care controleaza viteza de rotatie

calitatea sistemului de pozitionare a capului.

b)    CAV (Constant Angular Velocity

CLV a ramas tehnologia dominanta pentru CD-ROM, pana cand firma Pioneer a introdus tehnologia cu viteza 10x la unitatea DR-U10X (1996). Noutatea a constat in faptul ca unitatea nu a operat doar cu conventionalul mod CLV, ci si cu modul CAV de transfer al datelor, cu rate de transfer variabile la o viteza unghiulara constanta (ca la discul hard).

Timpul de acces are cea mai mare influenta asupra performantelor. La unitatile cu CLV timpul de acces este de ordinul a 500 ms, pe cand la unitatile moderne CAV, timpul de acces este mai mic de 100 ms.

Solutia revolutionara a firmei Pioneer a permis operarea fie in modul CLV, fie in modul CAV, ori mixt. Modul CAV este utilizat pentru citiri in apropierea centrului discului, iar pentru citirea partii periferice unitatea trece in modul CLV.

Unitatea Pioneer a marcat sfarsitul modului unic CLV si asa numitul CAV partial a devenit tehnica de baza pentru tehnologia CD-ROM.

Cele mai multe unitati CD-ROM Full CAV cu viteza 24x (1997) au permis o rotatie constanta (de 5000 rot/min) realizand o rata de transfer de 1.8 MB/s la centru si de 3.6 MB/s la exterior. In 1999, performantele au crescut ajungand la viteze peste 48x, cu rata de transfer de peste7.2 MB/s si o viteza (de peste 12000 rot/min)- comparabila cu viteza de rotatie a multor unitati de discuri hard de mare performanta.

Aceste viteze mari pot insa crea probleme. Una dintre cele mai importante este zgomotul excesiv si vibratiile, deseori incluzand si un suierat puternic datorat aerului din incinta.

Aplicatiile multimedia sunt optime pentru viteze 2x si chiar 4x. Daca imaginile video sunt inregistrate astfel incat sa redea in timp real cu o rata de transfer de 300 KB/s atunci sunt necesare maxim viteze 2x

Una din aplicatiile recomandate pentru unitatile CD-ROM de mare viteza este cea a redarii informatiilor video digitale de calitate ridicata, de exemplu MPEG-2 video ca implementare pe Digital Versatile Discs (DVD), care necesita o rata de transfer de 580 KB/s, in comparatie cu MPEG-1 cu 170 KB/s precizate in Cartea alba - Video CDs.

4 Interfete

Unitatea CD-ROM are trei conectari principale:

alimentare cu energie;

iesire sunet analogic;

interfata cu sistemul de calcul.

Cele mai uzuale unitati de CD-ROM au o interfata IDE, care teoretic poate fi conectata la controlerul IDE din calculator.

Interfata IDE mai noua permite atasarea a doua unitati de disc hard, o unitate ca master, iar cealalta ca slave (dispozitivul master controleaza dispozitivul slave).

Prin specificatia ATAPI s-a facut posibil ca una dintre unitati sa fie o unitate IDE CD-ROM. EIDE dezvolta aceasta etapa prin adaugarea unui canal IDE pentru alte doua dispozitive, permitand o mixtura de unitati: discuri hard, unitati CD-ROM si unitati de banda magnetica.

Activitatea pe una din unitati trebuie incheiata inainte de accesarea celeilalte. Punand CD-ROM-ul pe acelasi canal ca si hard discul vor fi afectate performantele acestuia (facandu-l mult mai incet) si poate chiar bloca accesul la disc. In sistemul cu doua hard discuri IDE, unitatea CD-ROM ar trebui izolata pe canalul secundar IDE pe cand discurile aranjate ca master si slave pe primul canal

Alte dezavantaje ale EIDE sunt limitarea la 4 a numarului de dispozitive care pot fi atasate si faptul ca dispozitivele trebuie montate intern, ceea ce depinde de marimea calculatorului.

Standardul SCSI-2 permite atasarea a maximum 14 dispozitive la o placa gazda adaptoare si acestea pot fi o combinatie de dispozitive interne si externe. SCSI permite activarea simultana a dispozitivelor desi doar unul poate transmite date.

Fata de IDE, SCSI utilizeaza mai cumpatat resursele calculatorului - prin IRQ. Interfata primara EIDE este uzual alocata la IRQ 14 pe cand cea secundara la IRQ 15, deci patru dispozitive se pot atasa la cele 2 IRQ.

SCSI este de departe mai putin consumator de resurse. Oricate dispozitive se pot atasa la magistrala printr-un singur IRQ, necesar pentru adaptorul gazda.

In concluzie, interfata SCSI are potential de expansiune si performante bune dar este mai scumpa decat IDE. Unitatea interna se prefera EIDE, dar SCSI ramane alegerea optima pentru unitatea externa CD-ROM.

5 Tehnologia TrueX

Cu scopul de a mari performantele unitatilor CD-ROM, firma Zen a cautat o alta cale decat aceea de a mari viteza de rotatie a discului. Spre deosebire de CD-ROM-ul conventional care utilizeaza o raza laser focalizata pentru a citi semnalele digitale, Zen utilizeaza un circuit integrat ASIC (Application Specific Integrated Circuit pentru a lumina mai multe piste si le citeste in paralel. Integratul ASIC este echivalent elementelor de interfata: DPLL (Digital Phase-Locked Loop), DSP (Digital Signal Processor), controler de servomotor, convertor de date din paralel in serial, detector/corector de erori si interfata ATAPI.

Figura 2. Principiul tehnologiei TrueX

O raza laser conventionala (de la o dioda, figura 2.20) este trimisa printr-o grila de difractie care imparte raza in sapte fascicule discrete echidistante pentru a ilumina sapte piste. Cele sapte raze sunt deviate de o oglinda. Prin obiectivul lentilelor ajung pe suprafata discului. Raza centrala este focalizata pe o pista. Trei raze pe fiecare parte sunt citibile de un detector, atata timp cat raza centrala este focalizata pe pista.

Raza reflectata se intoarce pe aceeasi cale si este condusa spre detector de catre oglinda. Detectorul multi-raze contine sapte detectori pentru cele sapte piste reflectate. Detectoarele conventionale sunt prevazute cu sisteme de focalizare si urmarire.

Desi elementele mecanice componente sunt usor modificate, rotirea discului si deplasarea capului de citire raman aceleasi ca la unitatile traditionale. Formatul discului este CD-standard sau DVD standard, cu piste si sectoare. Desi tehnologia TrueX poate fi aplicata pentru CLV sau CAV, firma Zen a optat pentru modalitatea CLV, pentru o rata de transfer constanta pe parcursul intregului disc.

In august 1998, firma Kenwood Technologies a lansat primul CD-ROM TrueX cu viteza 40x, iar 6 luni mai tarziu cu viteza 52x, cu o rata de transfer de 6750 - 7800 KB/s.