光盤與光驅(qū)

1、1,5.5 光 盤,5.5.1 光盤結(jié)構(gòu) 光盤是光存儲設(shè)備的信息載體。光盤形狀通常是厚度為1.2mm、直徑為120mm或80mm的圓盤片，我們最常見的是直徑為120mm的光盤。 按照存放數(shù)據(jù)的作用可將光盤由里向外分成三個區(qū)。第一個區(qū)稱為導(dǎo)入?yún)^(qū)（Lead-In），接下來的范圍稱為數(shù)據(jù)區(qū)或稱節(jié)目區(qū)（Program），最后一個區(qū)稱為導(dǎo)出區(qū)（Lead-Out）。,2,光盤數(shù)據(jù)軌道則是一

2、條由里向外，順時針方向的螺旋線，其軌道的各個區(qū)域尺寸和密度都是一樣的，我們稱這條線為光盤軌道。我們可以用刻錄機(jī)在光盤軌道上刻出一個個極小的凹點，這些不同的凹點與平面被激光照射時，產(chǎn)生不同的反射光，形成對應(yīng)的數(shù)據(jù)“0”和“1”，如圖5-1所示。 對光盤而言沒有簇的概念，但有扇區(qū)的說法，如每扇區(qū)有2048字節(jié)。不同類型的光盤有不同的扇區(qū)數(shù)，存放數(shù)據(jù)的容量也就有所不同了。從目前光盤的存儲數(shù)據(jù)方式上看可將光盤分為CD（

3、Compact Disc）光盤和DVD（Digital Video Disc）光盤兩大類。,3,5.5.2 CD光盤 1．CD數(shù)字音樂光盤CD-DA CD-DA也就是我們經(jīng)常說的CD音樂光盤，因此也稱之為Audio CD，是其它光盤的始祖。 2．CD只讀式光盤CD-ROM　　 CD-ROM稱為只讀式光盤，是使用最廣泛的一種光盤。它具有容量大，價格十分低廉的優(yōu)點。CD-ROM有兩種不同

4、形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Mode-1與Mode-2。每張Mode-1的CD-ROM可存放的數(shù)據(jù)容量650MB。每張Mode-2的CD-ROM可存放的數(shù)據(jù)容量742MB。 CD-ROM的印刷面不含數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存放在銀白色的一面。,4,3．CD可記錄式光盤CD-R CD-R稱為可記錄式光盤，它可以用光盤刻錄機(jī)將數(shù)據(jù)一次寫入CD-R光盤中，但是寫入后的數(shù)據(jù)不能更改和刪除，對數(shù)據(jù)的保存有較高的安全性。

5、 CD-R的工作原理是利用大功率激光束的熱效應(yīng)使激光焦點照射記錄層的有機(jī)染料產(chǎn)生不可逆的物理化學(xué)變化，形成具有與CD-ROM光盤凹點相同的光學(xué)反射特性。 4．CD重復(fù)擦寫式光盤CD-RW CD-RW稱為可重復(fù)擦寫式光盤，光盤上的數(shù)據(jù)可自由更改或刪除，目前使用壽命可達(dá)1000次左右，使用彈性比CD-R更大。但是CD-RW光盤的價格比CD-R高得多。,5,5.5.3 DVD 光盤

6、 DVD光盤與CD光盤相比具有很大的優(yōu)勢。 1．DVD光盤特點 雖然DVD光盤與CD-ROM光盤的外觀很相似，其直徑為120mm，厚度為1.2mm，光盤數(shù)據(jù)軌道也是一條由里向外，順時針方向的螺旋線，扇區(qū)長度為2048字節(jié)。但DVD光盤的存儲方式與CD-ROM光盤存儲方式有很大區(qū)別。DVD光盤實際上是由兩層厚度分別為0.6mm盤片組成的，而且每個盤片的兩個面都可以用來存放數(shù)據(jù)，如圖5-6所

7、示。這是DVD光盤的存儲容量要比CD-ROM光盤存儲容量大的原因之一，一張DVD-5的存儲容量就是一張CD-ROM存儲容量的7倍。,6,,CD光盤和DVD光盤的軌道間距與坑點長度有很大差別，如圖5-1、5-2所示，這使得DVD光盤數(shù)據(jù)存儲密度大大提高。,圖5-1 CD軌道 圖5-2 DVD軌道,7,DVD的速度也是CD無法比擬的，DVD的1倍速參數(shù)比CD大的多，即DVD的1X＝1.35MB/s

8、，而CD的1X＝150KB/s，并且目前所有DVD驅(qū)動器都可以讀取CD光盤，所以我們可以看到DVD終將會淘汰CD這一事實。 2．DVD光盤分類 （1）DVD音樂光盤DVD Audio。DVD-Audio發(fā)布于2000年中期，類似于CD-Audio，但聲音采樣范圍更寬闊，包括在44.1到192 KHz的16、20和24位采樣。與CD-Audio不同的是DVD-Audio支持視頻、字幕、菜單、屏保等。

9、 （2）DVD 視頻光盤DVD Video。DVD-Video用途類似LD（激光視盤機(jī)）或Video CD。,8,這是最早的DVD產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣的一種DVD光盤，即人們所說的DVD影碟。 （3）DVD只讀光盤DVD-ROM。DVD-ROM 是用來存儲計算機(jī)數(shù)據(jù)、文件的只讀光盤，用途類似CD-ROM，是CD-ROM光盤的換代產(chǎn)品。任何的數(shù)據(jù)信息都可以存放在DVD-ROM光盤上。

10、 （4）DVD可記錄式光盤DVD-R。DVD-R（或稱 DVD-Write-Once）用途類似于CD-R。因數(shù)據(jù)寫入后就不能再被修改，所以也稱它為一次性寫入式DVD光盤。 （5）可多次讀寫DVD光盤?？啥啻巫x寫DVD 現(xiàn)在有三種：DVD-RAM 、DVD-RW、 DVD+RW。 DVD-RAM的最大優(yōu)勢是可以重寫100000次以上缺點是兼容性較差，價格昂貴；DVD-RW的優(yōu)勢就是兼容性好；DV

11、D+RW最大的特色就是它的速度快，缺點是價格高。,9,3．DVD光盤存儲規(guī)格 由于DVD光盤有單面-單/雙層和雙面-單/雙層的規(guī)格，所以可將DVD分成四種規(guī)格， DVD-5規(guī)格：單面單層，也就是在DVD光盤的一個層的一個面上存放數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄量為4.7GB，目前市場中以這種規(guī)格的DVD光盤居多。 DVD-9規(guī)格：單面雙層，是分別在DVD光盤的兩個層的同一個方向的面上存放數(shù)據(jù)。,圖5-3

12、DVD-5規(guī)格 圖5-4 DVD-9規(guī)格,10,DVD-l0規(guī)格：雙面單層，是在DVD光盤的兩個層的不同方向的兩個面上分別存放數(shù)據(jù)，也就是在DVD光盤的正反兩個面上儲存數(shù)據(jù)，所以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄量為9.4GB。,圖5-5 DVD-10規(guī)格 圖5-6 DVD-18規(guī)格,11,5.5.4 光盤維護(hù) 使用

13、劣質(zhì)光盤是造成目前光驅(qū)使用壽命較短的一個重要原因，因此，注意選用優(yōu)質(zhì)光盤和光盤的正確維護(hù)是十分重要的。 1．光盤的存放環(huán)境 2．光盤的使用 3．注意對光盤內(nèi)道的保護(hù) 4．對光盤上灰塵的處理 5．對光盤變形的處理 6．對光盤劃痕的處理,12,5.6 光盤驅(qū)動器,5.6.

14、1 光驅(qū)的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 光驅(qū)是一個融合光學(xué)、機(jī)械及電子技術(shù)為一體的產(chǎn)品。激光光源來自于一個激光二極管，對于 CD光驅(qū)來說，它可以產(chǎn)生波長約0.65微米的激光束，并且能被精確地控制。在光驅(qū)讀取光盤上的數(shù)據(jù)時，激光束是由光驅(qū)中的激光頭發(fā)射出的。激光束由內(nèi)到外，即從光盤的導(dǎo)入?yún)^(qū)引導(dǎo)激光束進(jìn)入數(shù)據(jù)區(qū)，并通過對TOC表（光盤存儲信息的目錄表，Table of Content）訪問將激光束定位在需要訪問數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容所在的位

15、置，再由光盤反射回來，經(jīng)過光檢測器捕獲信號。,13,光盤上有兩種狀態(tài)，即凹點和平面點。當(dāng)激光束在這些凹點與平面的區(qū)域上移動時，反射的光也會有強(qiáng)弱變化。當(dāng)激光束照在凹點時，反射光散射；當(dāng)照在平面區(qū)域時，反射光就會無改變的反射回來。它們的反射信號有明顯差異，很容易被光檢測器識別出來。如果將前一種反射光表示為二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的0，后一種反射光表示為二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的1，光驅(qū)中光電轉(zhuǎn)換部件對反射光進(jìn)行轉(zhuǎn)換和校驗，這樣就能得到實際的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。然后把這些

16、數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)系統(tǒng)中，由計算機(jī)處理。 激光頭，它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取工作。激光頭實際上是一個整體，由激光管（又稱激光二極管）、聚焦線圈、半反光棱鏡、物鏡、透鏡以及光電二極管等部件組成，外觀上看起來像一個黑色的方形盒子。,,14,在激光頭讀取數(shù)據(jù)的整個過程中，尋跡和聚焦是激光頭工作時最重要的兩個環(huán)節(jié)。 尋跡就是保持激束能夠始終正確地對準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)的軌道上。當(dāng)激光束正好與軌道重合時，尋跡誤差

17、信號就為0，否則尋跡誤差信號就可能為正數(shù)或者負(fù)數(shù)，激光頭會根據(jù)尋跡誤差信號對姿態(tài)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 聚焦就是指激光頭能夠精確地將激光束打到盤片上并接收到最強(qiáng)的反射信號。當(dāng)激光束從盤片上反射回來時會同時打到4個光電二極管上。它們將信號疊加并最終形成聚焦誤差信號。只有當(dāng)聚焦誤差信號為0時，才能準(zhǔn)確聚焦。如果聚焦不準(zhǔn)確，顯然是不能順利地讀取光盤的。,,15,光驅(qū)的物理結(jié)構(gòu)通常由主體支架、光盤托架、激光頭組件、電路控制

18、板等組成。 光驅(qū)中一般有三個電機(jī)，它們分別是控制進(jìn)出盒倉的進(jìn)出盒電機(jī)、固定光盤并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)和使激光頭沿光盤的半徑方向運動的進(jìn)給電機(jī)。了解這三個電機(jī)的作用，有助于對光驅(qū)工作過程的理解。 5.6.2 光驅(qū)外部結(jié)構(gòu) 我們先來看看它的面板結(jié)構(gòu)。 耳機(jī)插孔、音量控制、緊急退出孔,,16,使用指示燈倉門播放/跳躍停止/退出接下來我們看一下光驅(qū)的后部接口。電源插口。40針

19、的IDE接口。是設(shè)置光驅(qū)為主、從設(shè)備的跳線 CD音頻接口 數(shù)字音頻輸出端,,17,5.6.3 光盤驅(qū)動器性能 1．光驅(qū)的傳輸速度 平常說的40速、50速光驅(qū)等就是指光驅(qū)讀取光盤數(shù)據(jù)軌道最外圈數(shù)據(jù)的速度。在制定CD-ROM標(biāo)準(zhǔn)時，把讀取速度為150KB/s的傳輸率定為單倍速標(biāo)準(zhǔn)（或?qū)懗?X），。50倍速光驅(qū)動器理論上的傳輸率應(yīng)該是：150×50= 7500KB/s，但由于光驅(qū)的制造技術(shù)不足，

20、在實際使用中是達(dá)不到這么高的速度。 需要注意的是單倍速的DVD光驅(qū)讀DVD光盤的速度是1350KB/s，當(dāng)用DVD光驅(qū)讀CD光盤時，讀CD盤的速度大約是讀DVD光盤速度的三分之一，現(xiàn)在流行的16倍速的DVD光驅(qū)讀CD光盤時的速度為7200KB/s，大致相當(dāng)于48倍速CD-ROM光驅(qū)。,,18,2．平均尋道時間 平均尋道時間是指激光頭定位并讀取數(shù)據(jù)所需的平均時間。這段時間主要指激光頭尋找并移動到指定的數(shù)據(jù)

21、的位置，再發(fā)射光波到反射光波經(jīng)過折射輸出到解碼電路，最后將數(shù)據(jù)傳送到光驅(qū)緩沖區(qū)的時間。 3．光驅(qū)的緩存 由于光驅(qū)中的電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度不可能無限的提高，使激光頭讀取數(shù)據(jù)受到影響，可以在光驅(qū)中增加緩存來彌補(bǔ)速度上的不足。增加光驅(qū)緩存可以減少光驅(qū)對光盤數(shù)據(jù)的反復(fù)讀取次數(shù)，提高光驅(qū)速度，這在讀取小型文件和隨機(jī)文件可以明顯看出效果?，F(xiàn)在的光驅(qū)一般都帶有高速緩存。,,19,4．光驅(qū)的糾錯能力 光驅(qū)的糾錯能力

22、是指光驅(qū)正確讀取光盤數(shù)據(jù)的能力。 5．噪音和震動 華碩采用了雙油壓動態(tài)減震系統(tǒng)，宏基采用懸掛減震系統(tǒng)，有的光驅(qū)還使用消音棉來減少噪音來降低了光驅(qū)的噪音和震動。 5.6.4 光盤驅(qū)動器技術(shù) 1．CLV技術(shù) CLV技術(shù)是恒定線速度讀取方式，通過改變主軸電機(jī)的速度，使激光頭從盤的內(nèi)圈移動到外圈時單位時間內(nèi)讀過的軌道弧長相同。,,20,2．CAV技術(shù) CAV技術(shù)是恒定角

23、速度讀取方式，主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，即恒角速度旋轉(zhuǎn)。3．PCAV技術(shù) PCAV技術(shù)是區(qū)域恒定角速度讀取方式。它是吸收了CLV和CAV的優(yōu)點，在讀外圈數(shù)據(jù)時使用CLV技術(shù)，而在讀內(nèi)圈數(shù)據(jù)時使用CAV技術(shù)。4．True X技術(shù) TrueX技術(shù)實際就是一光多道激光技術(shù)。它將傳統(tǒng)的三道激光增加到了七道，中間一道專門負(fù)責(zé)尋軌和對焦，其余六道則用來讀取數(shù)據(jù)。這種讀取數(shù)據(jù)的方式可使光驅(qū)讀取數(shù)據(jù)的信息量成倍提高。

24、,,21,5．人工智能糾錯技術(shù) 人工智能糾錯技術(shù)（AIEC）有點類似于模糊控制技術(shù)，它由廠家事先在市場上收集光盤的質(zhì)量信息，對有缺陷的光盤進(jìn)行參數(shù)分析和計算，如記錄下偏心、密度不均、劃痕、發(fā)射層薄、溝槽不整等缺陷狀況，并研究開發(fā)出相應(yīng)的糾錯方法存儲到光驅(qū)的BIOS中，在遇到某些讀盤不好的具體情況時，就用事先制定好的方案進(jìn)行糾錯工作。 6．智能變功糾錯技術(shù) VIPC技術(shù)使光驅(qū)激光頭在讀正

25、常光盤時保持低能耗的工作狀態(tài)，當(dāng)讀到光盤的非正常區(qū)域而不能通過時，光驅(qū)內(nèi)部的智能芯片通知光驅(qū)啟動AIEC糾錯技術(shù)進(jìn)行糾,,22,錯。如果糾錯失敗，此時的智能芯片就會通知相關(guān)控制電路，提高電路的電流，從而使激光頭以中等功率發(fā)射超高能激光束使其通過讀盤采用VIPC技術(shù)的光驅(qū)的糾錯能力可以大幅度提高光盤正確讀取數(shù)據(jù)的能力，同時也延長了光驅(qū)的使用壽命。7． ABS自動平衡系統(tǒng) ABS自動平衡系統(tǒng)是在光驅(qū)托盤下安上一具鋼銖

26、軸承，光驅(qū)震動時，鋼珠在離心力的作用下移到質(zhì)量輕的部分，起到平衡作用，加大讀盤能力。,,23,8．雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng) 雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng)（DDSS）技術(shù)是為了有效地吸收主軸電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的震動，該技術(shù)使用兩個抗震動裝置與動態(tài)阻尼器，并可根據(jù)光盤的優(yōu)劣自動調(diào)整電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，保持光盤的平衡性和保護(hù)主軸電機(jī)，能有效地減小光驅(qū)在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動和噪音，從而提高光驅(qū)使用壽命。 9．全鋼機(jī)芯技術(shù)

27、 “全鋼機(jī)芯”的光驅(qū)在抗高速、抗高溫方面表現(xiàn)良好，能保證光驅(qū)的讀取速度穩(wěn)定，減少光驅(qū)的機(jī)械老化。但是，鋼質(zhì)機(jī)芯的光驅(qū)在工作時產(chǎn)生的噪音要比塑料機(jī)芯的光驅(qū)大一些。,,24,5.7 DVD驅(qū)動器,5.7.1 DVD驅(qū)動器特點 1．DVD激光頭工作原理與CD激光頭工作原理基本相同。目前，DVD光驅(qū)普遍采用的是紅色半導(dǎo)體激光器。藍(lán)色半導(dǎo)體激光器是以后DVD激光源的發(fā)展方向。 2．DVD必須兼容播放

28、CD和VCD光盤。不同的光盤因為結(jié)構(gòu)不同，對激光的要求也有所不同，這就要求DVD激光頭在讀取不同盤片時要采用不同的光功率。,25,3．我們知道由于DVD盤片所存放信息的物理坑點能做的更小，排布得更加緊密，這樣DVD驅(qū)動器所發(fā)出的激光波長要比CD-ROM發(fā)出的激光波長短。 4．DVD采用的糾錯方式也比較特殊，比以往的CD方式要強(qiáng)數(shù)十倍。即使DVD盤片質(zhì)量較差時，也可以比較容易地讀出數(shù)據(jù)。 5．DVD是

29、利用數(shù)字方式存儲數(shù)據(jù)，在畫面上，它采用MPEG II解壓縮標(biāo)準(zhǔn)，DVD的畫面已經(jīng)徹底消除了馬賽克、鋸齒等現(xiàn)象，清晰度有很大的提高。 6．在所有的DVD影碟都提供了杜比數(shù)碼環(huán)繞立體聲效果，就是我們常說的Dolby AC-3，5.1聲道效果（左、中、右、左環(huán)繞、右環(huán)繞和超重低音，簡稱為5.1聲道）。,26,5.7.2 DVD的加密防復(fù)制技術(shù)1．?dāng)?shù)碼加密（CSS） 就是所有存入DVD影片內(nèi)容的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過

30、編碼程序，而要播放這些影片數(shù)據(jù)時必須先經(jīng)過相應(yīng)的解碼程序才能播放。所以我們在DVD影片里看的影像必須經(jīng)過“解碼授權(quán)”，也就是用合法的解碼程序才能播放。2．類比加密（APS） DVD影片的另一個加密保護(hù)的重點就是防止用錄像機(jī)拷貝。如果用計算機(jī)播放DVD影片，而把它接到電視機(jī)上欣賞時，假如你的顯卡沒有APS Macrovision認(rèn)證的話，就無法在電視上享受DVD影片的優(yōu)質(zhì)畫面。,27,5.7.3 DVD區(qū)碼

31、 美國電影協(xié)會要求各DVD驅(qū)動器生產(chǎn)廠加裝“防拷貝系統(tǒng)”。同時在DVD盤片上編注不同的區(qū)碼，只有符合區(qū)碼條件限制的地區(qū)才能播放相應(yīng)的DVD盤?，F(xiàn)在DVD影片分成了6個區(qū)，它們分別是：第一區(qū)：美國、加拿大、東太平洋島嶼； 第二區(qū)：日本、西歐、北歐、埃及、南非、中東； 第三區(qū)：臺灣、香港、南韓、泰國、印尼等東南亞國家； 第四區(qū)（：澳洲、紐西蘭、中南美洲、南太平洋島嶼； 第五區(qū)：俄羅斯、蒙古、中亞、東歐、北韓

32、、北非等； 第六區(qū)（Region6）：中國大陸。,28,5.7.4 DVD驅(qū)動器讀取技術(shù)  1．單頭雙眼技術(shù) 它采用一個激光頭兩組聚焦鏡的結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)換不同的聚焦鏡來分別讀取DVD和CD光盤。它讀取信號質(zhì)量較高，但由于要轉(zhuǎn)換聚焦鏡，所以認(rèn)盤速度較慢，容易發(fā)生機(jī)械故障。2．雙頭雙眼技術(shù) 雙頭雙眼技術(shù)就是采用2組完全獨立的DVD、CD讀取激光頭，并擁有2套完全獨立的聚焦鏡。這種方案讀取信

33、號質(zhì)量最高，兼容性最好。當(dāng)然缺點也不少，如成本最高、認(rèn)盤速度慢、激光頭容易發(fā)生機(jī)械故障、技術(shù)層次較低等。,29,3．單頭單眼技術(shù) 它采用特別的全息綜合透鏡，通過透鏡中間部分的激光束形成CD的聚焦點，通過透鏡邊緣部分的激光束形成DVD的聚焦點。這種結(jié)構(gòu)降低了讀盤精度，也降低了成本，不會產(chǎn)生機(jī)械故障，還提高了認(rèn)盤速度。 4．單頭雙波長技術(shù) 單光頭雙波長技術(shù)采用芯片智能控制，讀DVD盤

34、片時發(fā)射650nm的激光束，讀CD盤片時發(fā)出780nm的激光束，節(jié)約內(nèi)部空間，減少了機(jī)械轉(zhuǎn)換磨損，從而保障了精確的讀盤效果。它綜合了單激光器方式和雙激光器方式的優(yōu)點，提高了讀盤性能和認(rèn)盤速度，成本最低，技術(shù)層次最高，是目前最優(yōu)秀的讀取技術(shù)。,30,5.8 光盤刻錄機(jī),5.8.1 光盤刻錄機(jī)工作原理 光盤刻錄機(jī)就是能對光盤進(jìn)行讀寫的光盤驅(qū)動器，它與普通的光盤驅(qū)動器基本相同，只是增加了向光盤寫數(shù)據(jù)的功能。