 |
Ремонт и upgrade компьютеров своими рукамиТЕХНОЛОГИЯ DVD |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если у вас появятся вопросы, не освещенные на нашем сайте, вы можете задать вопрос непосредственно нашим специалистам по электронной почте: upgradecomputer@yandex.ru
|
Технология цифровых универсальных дисков (DVD) очень похожа на технологию компакт-дисков. В обеих технологиях используются штампованные поликарбонатные диски одного и того же величины (наружный диаметр 120 мм, диаметр центрального отверстия 15 мм, толщина 1,2 мм) со спиральными дорожками, состоящими из впадин и площадок. Диски DVD, в отличие от обычных компакт-дисков, могут иметь два слоя записи на каждой стороне и быть одно — или двухсторонними. Каждый слой диска штампуется отдельно, после чего они объединяются, образуя в итоге диск толщиной 1,2 мм. Технологический процесс изготовления дисков практически не отличается, помимо того, что слои и стороны DVD штампуются из отдельных поликарбонатных заготовок, которые затем соединяются друг с другом, формируя законченный диск. Основным различием стандартных компакт-дисков и DVD является более высокая плотность записи данных, которые считываются лазером с более короткой длиной волны. Как уже отмечалось, компакт-диски являются односторонними и имеют только один слой записи. В отличие от них, диски DVD могут быть двухсторонними и иметь два слоя записи на каждой стороне. По аналогии с компакт-дисками каждый слой DVD содержит одну физическую дорожку, которая начинается на внутренней части диска и доходит по спирали к внешней части. Цифровой универсальный диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Спиральные дорожки, как и на компакт-дисках, образованы впадинами (штрихами) и площадками (плоскими участками). Каждый записанный слой покрывается тонкой металлической пленкой, отражающей лазерный луч. Благодаря тому, что внешний слой имеет более тонкое покрытие, луч проходит через него и считывает данные, которые записаны на внутреннем слое. Этикетка обычно располагается на верхней части одностороннего диска; на двухстороннем диске для этого отводится узкая кольцевая поверхность в центральной части. Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлического слоя диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный рецептор улавливает уже отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается. Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,105 микрона, а ширина — 0,4 микрона. Минимальная длина впадин или площадок составляет примерно 0,4 микрона, максимальная — 1,9 микрона (на однослойных дисках). Для получения дополнительной информации о способах считывания штрихов и их преобразования в цифровые данные, а также о принципах работы накопителей, обратитесь к разделу «Технология записи компакт-дисков» в начале главы. Для увеличения емкости DVD-диска можно изменять такие параметры: ■ уменьшать длину штриха (~2,25х, от 0,9 до 0,4 мкм); ■ уменьшать расстояние между дорожками (~2,16х, от 1,6 до 0,74 мкм); ■ увеличивать область данных (~1,02х, от 8,605 до 8,759 мм2); ■ обеспечивать более эффективную модуляцию (~1,06х);
Рис. 13.7. Размеры штрихов диска DVD уменьшены по сравнению
с обычными дисками CD-R и CD-RW
■ повышать эффективность кода коррекции ошибок
(~1,32х);
■ уменьшать секторы (~1,06х, от 2 048/2 352 до 2 048/2
064 байт).
На рис. 13.7 сравниваются диски CR-ROM и DVD.
В накопителе DVD используется лазер с меньшей длиной волны,
что позволяет считывать более короткие штрихи. Для удвоения величины в
накопителе DVD можно использовать две стороны диска и, кроме того, записывать
данные на два отдельных слоя каждой из сторон.
Дорожки и секторы DVD Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку (в каждом слое) с расстоянием 0,74 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 1 351 витков на миллиметр или 34 324 витков на дюйм. В целом это составляет 49 324 витков, а общая длина дорожки достигает 11,8 км (или 7,35 мили). Дорожка разбита на секторы, каждый из которых содержит 2 048 байт данных. Диск сайтен на четыре основные области. ■ Область фиксирования (посадки) диска. Представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Эта область не содержит какой-либо информации или данных. ■ Начальная область. Включает в себя буферные зоны, код ссылки, а также, главным образом, зону служебных данных, содержащую информацию о диске. Зона служебных данных состоит из 16 секторов, продублированных 192 раза, что составляет в целом 3 072 сектора данных. В этих секторах расположены данные о диске, в частности указана категория диска и номер версии, размер и структура диска, максимальная скорость передачи данных, плотность записи и распределение зоны данных. В целом начальная область занимает до 196 607 (2FFFFh) секторов диска. Базовая структура всех секторов DVD, в отличие от компакт-дисков, одинакова. Секторы буферной зоны начальной области содержат только символы 00h (шестна-дцатеричные нули). ■ Область данных. Содержит видео-, аудио — или другого типа данные и начинается с сектора под номером 196608 (30000h). В общей сложности область данных однослойного одностороннего диска может содержать до 2 292 897 секторов. ■ Конечная (или средняя) зона. Отмечает завершение области данных. Секторы конечной зоны содержат только значения 00h. В том случае, если диск имеет два слоя 
Рис. 13.8. Области диска DVD (в разрезе)
записи и записан в режиме обратного считывания (Opposite
Track Path — ОТР), где второй слой начинается с внешней стороны диска и
считывается в противоположном по отношению к первому слою направлении, эта зона
называется средней.
Центральное отверстие диска DVD имеет диаметр 15 мм, т. е. его края расположены на радиусе 7,5 мм от центра диска. Область фиксирования диска (Hub
Clump Area — НСА) начинается от края центрального отверстия и заканчивается на
расстоянии 16,5 мм от центра диска. Начальная (или нулевая) область начинается
в 22 мм от центра диска. Область данных начинается на радиусе 24 мм и завершается конечной (или средней) областью, расположенной на расстоянии 58 мм от центра диска. Формально дорожка диска заканчивается на расстоянии 58,5 мм от его центра; затем рекомендуется буферная зона шириной 1,5 мм. Описанные области диска DVD, представленные в относительном масштабе, отображены на рис. 13.8.
Как правило, спиральная дорожка стандартного DVD начинается
с нулевой области и заканчивается конечной (средней) зоной, расположенной на
расстоянии 58,5 мм от центра диска или 1,5 мм от его внешнего края. Длина одной спиральной дорожки достигает 11,84 км (или 7,35 мили). Интересно то, что при считывании внешней части дорожки посредством накопителя 20х CAV,
имеющего постоянную угловую скорость (Constant Angular Velocity — CAV),
перемещение данных по отношению к лазеру происходит со скоростью 156 миль/ч (251 км/ч). И несмотря на столь высокую скорость перемещения данных, лазерный датчик безошибочно
считывает значения битов (переходы впадина/площадка), размеры которых не
превышают 0,4 микрона, или 15,75 миллионной доли дюйма!
Существуют однослойные и двухслойные, а также односторонние
и двухсторонние версии дисков DVD. Двухсторонние диски, в сущности,
представляют собой два односторонних диска, склеенных тыльными сторонами друг с
другом. Между двух — и однослойными версиями имеется более существенное
различие. Длина впадин (штрихов) двухслойных дисков немного больше, что
приводит к незначительному уменьшению емкости диска. В табл. 13.17 приведены
основные параметры одно — и двухслойных дисков DVD.
Как видите, спиральная дорожка сайтена на секторы, частота
следования которых при чтении или записи составляет 676 секторов в секунду.
Каждый сектор содержит 2 048 байт данных.
Секторы организованы в кадры данных, содержащие 2 064 байт,
из которых 2 048 байт являются общими данными, 4 байта содержат
идентификационную информацию, 2 байта — код обнаружения ошибок ID (IED), 6 байт
— данные относительно создательского права
Таблица 13.17. Технические параметры дисков DVD
Обработка ошибок Диски DVD отличаются от обычных компакт-дисков более совершенными кодами коррекции ошибок. Как уже отмечалось, компакт-диски имеют различные уровни коррекции ошибок, которые зависят в первую очередь от характера записанных данных (аудио/видео или информационные данные). Цифровые универсальные диски, в свою очередь, обрабатывают всю информацию одинаково, применяя полный цикл коррекции ошибок ко всем секторам. В дисках DVD обработка ошибок происходит главным образом в кадрах ЕСС. Для выявления и исправления ошибок в кадры данных были введены биты верхнего (столбец) и нижнего (строка) контроля четности. Несмотря на кажущуюся простоту такого решения, оно достаточно эффективно. Информация, находящаяся в кадрах данных, вначале разбивается на 192 строки по 172 байт в каждой. После этого с помощью полиномиального уравнения высчитываются 10 байт контроля четности PI, которые добавляются к каждой строке, увеличивая тем самым их длину до 183 байт. С помощью второго полиномиального уравнения вычисляются 16 байт контроля четности РО, которые, в свою очередь, добавляются к каждому столбцу. Таким образом, при добавлении байтов контроля четности PI и РО объем кадров ЕСС, содержавших вначале 192 строки по 172 байт в каждой, увеличивается до 208 строк по 182 байт. Для того чтобы объяснить функцию байтов верхнего (РО) и нижнего (PI) контроля четности, воспользуемся следующим примером. Рассмотрим два байта, в которых записаны символы «N» и «О» (N = 01001110, О = 01001111). Чтобы ввести код коррекции ошибок, указанные байты организованы в строки следующим образом. Биты данных 12 3 4 5 6 7 8 Байт 1 0 10 0 1110 Байт 2 0 10 0 1111 Теперь с помощью функции проверки на нечетность к каждой строке добавляется 1 бит PL Это значит, что нужно подсчитать количество единичных битов, а затем прибавить бит, имеющий соответствующее значение. Количество единиц в первой строке равно 4, следовательно, для получения нечетной суммы значение бита контроля четности должно быть равно 1. Сумма битов второй строки является нечетными числом, поэтому значение бита контроля четности должно быть равно 0. Вот что получается в результате. Биты данных
Емкость дисков DVD (слои и стороны) В настоящее время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифицируются по количеству сторон (одно — или двухсторонние) и слоев (одно — и двухслойные). ■ DVD-5 — односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие. ■ DVD-9 — односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя находятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев используется один лазер с изменяемой фокусировкой. ■ DVD-10 — двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных друг с другом тыльными сторонами. Записанный слой (нулевой слой на каждой стороне) обычно имеет алюминиевое покрытие. Обратите внимание, что диски этого типа являются двухсторонними; считывающий лазер находится в нижней части накопителя, поэтому для чтения второй стороны диск необходимо извлечь и перевернуть. ■ DVD-18 — двухсторонний двухслойный диск емкостью 17,1 Гбайт. Объединяет в себе два слоя записи на каждой стороне. Стороны диска, каждая из которых формируется двумя штампованными слоями, соединяются вместе тыльными частями друг к другу. Внешние слои (слой 0 на каждой стороне диска) покрыты полупрозрачной золотой пленкой, внутренние слои (слой 1 на каждой стороне) имеют алюминиевое покрытие. Отражательная способность однослойного диска составляет 45–85%, двухслойного — 18–30%. Различные отражающие свойства компенсируются схемой автоматической регулировки усиления (АРУ). Конструкция дисков DVD различных типов отображена на рис. 13.9. Обратите внимание, что хотя на рис. 13.9 изображены два лазера, считывающие данные нижней части двухслойных дисков, фактически используется только один. Для чтения данных, расположенных на разных слоях, изменяется только фокусировка лазера. Существует два способа записи слоев двухслойных дисков: противоположное (ОТР) или параллельное (РТР) направление дорожек. Метод ОТР позволяет минимизировать время, затрачиваемое во время чтения диска, при переходе с одного слоя на другой. При достижении внутренней части диска (конца слоя 0), лазерный датчик остается практически в том же положении и лишь немного перемещается для фокусировки на слое 1. Конечная область диска при его записи в режиме ОТР называется средней зоной. Запись (и чтение) спиральных дорожек дисков DVD, записанных в режиме РТР, происходит по-другому. При переходе от слоя 0 к слою 1 лазерный датчик должен переместиться с наружной части диска (т. е. с конца первого слоя) на его внутреннюю часть (на начало второго слоя). Кроме того, необходимо изменить фокусировку лазера. Для ускорения перехода практически все диски DVD записываются в режиме ОТР. Отличается и направление спиральных дорожек различных слоев, записанных в режиме РТР. Это позволяет упростить процесс считывания дорожек, расположенных одна над другой. Спиральная дорожка слоя 0 направлена по часовой стрелке, а дорожка слоя 1, в свою очередь, — против часовой стрелки. Поэтому для чтения второго слоя необходимо изменить направление вращения диска, но в дисках ОТР считывание спирали происходит снаружи внутрь. Таким образом, спиральная дорожка слоя 0 направлена изнутри наружу, а дорожка слоя 1 — снаружи внутрь. Различия между дисками DVD, записанными в режимах РТР и ОТР, отображены на рис. 13.10. 
Рис. 13.10. Диски DVD, записанные в режимах РТР иОТР
Емкость цифровых универсальных дисков зависит от их типа и
достигает 17,1 Гбайт. Емкость дисков DVD различных типов приведена в табл.
13.19.
Емкость двухслойных дисков, если вы заметили, немногим
меньше емкости двух однослойных дисков, даже несмотря на то, что слои дисков
занимают примерно одинаковое пространство (длины спиральных дорожек дисков
разных типов одинаковы). Это было
Таблица 13.19. Емкость дисков DVD
Кодирование данных на диске Как и в компакт-дисках, значения битов не определяется непосредственно параметрами впадин и площадок, образующих спиральную дорожку. Для этого используются переходы от впадины к площадке и от площадки к впадине или, иначе говоря, изменение отражательной способности. Дорожка диска сайтена на одноразрядные регистры или временные интервалы (Т), а длина впадины или площадки, используемой для представления данных, должна составлять не менее ЗТ и не более 11Т интервалов (регистров). Впадина (или площадка) длиной ЗТ имеет значение 1001, а впадина (или площадка) длиной 11Т — 100000000001. Запись данных выполняется посредством модуляции 8/16, которая является модифицированной версией EFM-модуляции (модуляции 8/14), используемой в компакт-дисках. Поэтому метод иногда называется EFM+. Модуляция EFM представляет собой процесс преобразования каждого байта (8 бит) в 16-разрядное значение для снижения плотности впадин на оптическом диске. 16-разрядные коды преобразования разработаны таким образом, что не могут содержать менее 2 и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с ограничением длины поля записи (Run Length Limited — RLL) получила название RLL 2,10 (в общем виде RLL х,у, где х — минимальное, а у — максимальное значение поля записи нулевых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоту переходов, существующих на носителе записи. В отличие от EFM-модуляции, применяемой при записи компакт-дисков, в этом случае объединяющие биты не используются. 16-разрядные коды модуляции рассчитаны на то, чтобы не нарушать форму RLL 2,10 при отсутствии объединяющих битов. Уже упоминалось о том, что EFM-модуляция требует не менее 17 бит для представления каждого байта на компакт-диске (из-за дополнительных объединяющих байтов и байтов синхронизации). Модуляция EFM+ несколько превосходит предыдущий метод, так как для представления каждого кодированного байта требуется только 16 бит. Несмотря на то что в модуляции, сгенерированной EFM+, допускается не более 10 смежных нулей, биты синхронизации, добавленные при записи диска, могут содержать до 13 нулей (0). Таким образом, временной период между единицами (1), записанными на диске, может достигать 14Т; т. е. длина впадины или площадки в этом случае составляет 14 временных интервалов или одноразрядных регистров. Скорость накопителей DVD Диски DVD, как и компакт-диски, вращаются против часовой стрелки (если смотреть со стороны считывающего лазера) и обычно записываются с постоянной скоростью передачи данных, называемой CLV (Constant Linear Velocity). Это означает, что дорожка (и, соответственно, данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещается с одной и той же скоростью, равной 3,49 м/с (или 3,84 м/с на двухсторонних дисках). Дорожка представляет собой спираль, витки той располагаются более компактно по мере приближения к центру диска. Поэтому для обеспечения постоянной линейной скорости дорожки, скорость вращения диска должна изменяться по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращаться быстрее, а при считывании информации с внешней — медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х равна 3,49 м/с) изменяется от 1515 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 570 об/мин при чтении конца дорожки (на внешней части диска). Односкоростные (1х) накопители DVD-ROM обеспечивают скорость передачи данных, равную 1,385 Мбайт/с, что эквивалентно скорости передачи данных 9х CD-ROM (скорость передачи данных дисковода lx CD-ROM составляет 153,6 Кбайт/с или 0,1536 Мбайт/с). Хотя это не означает, что накопитель lx DVD-ROM может читать компакт-диски в девять раз быстрее: скорость вращения накопителей DVD лишь в три раза больше скорости вращения подобных накопителей CD-ROM. Таким образом, накопитель lx DVD имеет примерно ту же скорость вращения, что и накопитель 2,7х CD-ROM. В технических характеристиках DVD-ROM обычно указываются два параметра, один из которых определяет скорость чтения DVD, а второй — скорость чтения компакт-дисков. к примеру, если накопитель DVD-ROM имеет параметр 16х/40х, то он определяет скорость чтения дисков DVD и компакт-дисков соответственно. Одним из способов повышения эффективности стало увеличение скорости дисководов, что выразилось в повышении частоты вращения. Дисковод, скорость вращения того стала вдвое выше первоначальной, получил название накопителя 2х; дисковод, скорость вращения того была увеличена в четыре раза, был назван накопителем 4х и т. д. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего очень быстро изменять скорость работы при считывании данных из различных частей диска. Это стало причиной того, что большинство быстрых накопителей DVD имеют постоянную скорость вращения (причем линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается постоянной, то этот метод получил название записи с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity — CAV). Накопители, имеющие более высокую скорость, больше подходят для считывания данных, чем для воспроизведения видеофрагментов. Высокая скорость накопителя позволяет при считывании диска уменьшить время перехода с одного слоя на другой, при этом совершенно не влияя на качество видеоизображения. Практически все существующие DVD-ROM, имеющие скорость 20х и более, являются накопителями CAV, поэтому объявленная скорость передачи достигается только при считывании данных, расположенных на внешней части диска. В табл. 13.20 приведены скорости передачи данных накопителей DVD-ROM, достигаемые при считывании дисков DVD, а также их соотношение со скоростью дисководов CD-ROM. ■ Столбец 1. Объявленная скорость накопителя, которая представляет собой постоянную скорость дисководов CLV или максимальную скорость накопителей CAV (большинство накопителей DVD-ROM являются устройствами CAV). ■ Столбцы 2–3. Время, затрачиваемое накопителем CLV на считывание всех данных указанного диска. Для накопителей CAV эти значение будут больше, так как средняя скорость считывания данных ниже, чем объявленная. В столбце 4 приведена скорость передачи данных, которая при использовании накопителей CAV достигает своего максимального значения только во время чтения конечных данных диска. ■ Столбцы 4–8. Фактическая минимальная скорость накопителей CAV, минимальная скорость передачи, достигаемая при считывании данных, расположенных в начале диска, а также оптимизированная средняя скорость (приведенные значения справедливы только при чтении полностью записанного диска; при других условиях средняя скорость значительно ниже). Значения минимальной скорости передачи данных выражены в байтах в секунду (байт/с), остальные параметры приведены в формате «х». ■ Столбцы 9–10. Максимальные линейные скорости, достигаемые накопителем, выраженные в метрах в секунду (м/с) и милях в час (миль/ч). Эти скорости поддерживаются накопителями CLV на всем пространстве диска; накопители CAV достигают указанных скоростей только на внешней части диска. ■ Столбцы 11–12. Скорости вращения накопителя. В первом столбце приведены значения скорости вращения диска при считывании данных, расположенных в его Таблица 13.20. Скорости накопителей DVD-ROM и скорости передачи данных
.
Вся информация собрана из открытых источников. При испльзовании материалов, размещайте ссылку на источник. |
