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）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。可多次讀寫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 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 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制數(shù)據(jù)中的0，后一種反射光表示為二進制數(shù)據(jù)中的1，光驅(qū)中光電轉(zhuǎn)換部件對反射光進行轉(zhuǎn)換和校驗，這樣就能得到實際的二進制數(shù)據(jù)。然后把這些

16、數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)中，由計算機處理。 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，它們分別是控制進出盒倉的進出盒電機、固定光盤并進行旋轉(zhuǎn)的主軸電機和使激光頭沿光盤的半徑方向運動的進給電機。了解這三個電機的作用，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文件可以明顯看出效果。現(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)整電機的旋轉(zhuǎn)速度，保持光盤的平衡性和保護主軸電機，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．全鋼機芯技術(shù)

27、 “全鋼機芯”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)的機械老化。但是，鋼質(zhì)機芯的光驅(qū)在工作時產(chǎn)生的噪音要比塑料機芯的光驅(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的重點就是防止用錄像機拷貝。如果用計算機播放DVD影片，而把它接到電視機上欣賞時，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,5.8.1 光盤刻錄機工作原理 光盤刻錄機就是能對光盤進行讀寫的光盤驅(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。