光盤

光盤
CD-ROM.png
傳統的CD-ROM
媒體類型光盤
編碼各種各樣的
容量194MB(8厘米),553–900 MB(12厘米)
機制600-780NM激光二極管,150kb/s(1×; 150×210),10,800 kb/s(72×)
機制壓黴
標準ISO/IEC 10149[1]
用法數據存儲

一個光盤/ˌs一世d一世ˈrɒm/緊湊的光盤只讀內存)是預壓的光學壓縮碟片其中包含數據。計算機可以讀取(但不擦除或擦除)cd-roms,即這是一種類型只讀記憶。一些CD,稱為增強的CD,同時保留計算機數據和音頻,後者能夠在激光唱機,雖然數據(例如軟件或數字視頻)僅在計算機上使用(例如ISO 9660[2]格式PC CD-ROM)。

在1990年代,CD-ROM通常用於分發軟件數據用於計算機和第五代視頻遊戲機.

歷史

有關光盤存儲的最早的理論工作是由美國獨立研究人員完成的大衛·保羅·格雷格(David Paul Gregg)(1958)和詹姆斯·羅素(1965-1975)。特別是,格雷格的專利被用作Laserdisc在之間共同開發的規範MCA飛利浦MCA購買了Gregg的專利以及他創立的公司Gauss Electrophysics之後。[3]LaserDisc是CD的直接前體,主要區別是LaserDisc通過模擬過程編碼信息,而CD使用的數字編碼。

數字化光盤的關鍵工作由Toshi DoiKees Schouhamer Immink在1979年至1980年期間,他為索尼和菲利普斯。[4]結果是緊湊型唱片數字音頻(CD-DA),定義於1980年。CD-ROM後來設計了CD-DA的擴展,並改編了這種格式以持有任何形式的數字數據,初始存儲容量為553MB.[5]索尼和飛利浦創造了技術標準這定義了1983年CD-ROM的格式,[6]在所謂的黃色書。 CD-ROM於1984年宣布[7]並引入Denon索尼在第一個日語comdex1985年的計算機節目。[8]1985年11月,包括微軟飛利浦索尼蘋果數字設備公司滿足以創建一個規範來定義文件系統CD-ROM的格式。[9]1986年5月出版了所得規範,稱為“高塞拉”格式。[9]它最終被標準化,並進行了一些更改,因為ISO 96601988年標準。Grolier學術百科全書,在微軟CD-ROM會議於1986年3月。[9]

CD-ROM開始使用家庭視頻遊戲機PC發動機CD-ROM²(Turbografx-CD)在1988年,CD-ROM驅動器也可用於家用計算機到1980年代末。在1990年,數據東展示了一個街機系統板支持CD-ROM,類似於1980年代LaserDisc視頻遊戲但是,使用數字數據,比較舊的LaserDisc遊戲更具靈活性。[10]到1990年初,日本售出了約300,000個CD-ROM驅動器,而在美國,每月生產125,000個CD-ROM碟片。[11]一些在1990年代銷售的計算機被稱為“多媒體“計算機是因為它們合併了CD-ROM驅動器,該驅動器可以傳遞數百兆字節的視頻,圖片和音頻數據。

CD-ROM圓盤

媒體

部分打開的DVD-ROM驅動器的托盤中的CD-ROM。

CD-ROM的外觀相同音頻CD,數據以非常相似的方式存儲和檢索(僅與用於存儲數據的標準中的音頻CD不同)。圓盤由1.2毫米厚的圓盤製成聚碳酸酯塑料,薄層做一個反射表面。 CD-ROM最常見的大小是直徑120毫米,儘管較小迷你CD直徑80毫米的標準形狀緊湊型盤在許多非標準尺寸和模具中(例如,名片大小的媒體),也存在。

數據作為一系列稱為“凹坑”的微觀凹痕存儲在光盤上,它們之間的非指標空間稱為“土地”。一個激光在光盤的反射表面上發光,以讀取坑和土地的模式。因為凹坑的深度大約是用於讀取盤的激光光的波長的四分之一到六分之一光束階段相對於傳入光束有所移動,導致破壞性干擾並降低反射光束的強度。這將轉換為二進制數據。

標準

幾種格式用於存儲在緊湊盤上的數據,稱為彩虹書。這黃色書,創建於1983年,[6][12]定義CD-ROM的規格,在1988年標準化為ISO/IEC10149[1]標準和1989年ECMA-130[13]標準。 CD-ROM標准在原始的基礎上建立紅色的書CD-DACD音頻的標準。其他標準,例如白皮書為了視頻CD,進一步根據CD-ROM規範定義格式。這黃色書本身不是免費的,但是可以從ISO或ECMA免費下載具有相應內容的標準。

有幾種標准定義瞭如何在CD-ROM上構造數據文件。ISO 9660定義標準文件系統用於CD-ROM。ISO 13490是對該標準的改進,增加了對非順序的支持寫入和可重新編寫的光盤,例如CD-RCD-RW, 也多個會議。 ISO 13346標準旨在解決ISO 9660的大多數缺點,[14]它的一個子集進化為UDF格式,採用DVD。可引導CD規範,稱為El Torito,於1995年1月發行,以使CD效仿硬盤或者軟盤.

生產

預貼的CD-ROM是通過製作玻璃主盤製作和用於製作“壓桿”的沖壓過程來生產的,這些過程又用於製造最終光盤的多個副本,其中已經存在凹坑。可記錄(CD-R)並重寫(CD-RW)椎間盤是通過不同的方法製造的,從而通過更改染料或相變在通常稱為“燃燒”。

CD-ROM格式

存儲在CD-ROM上的數據遵循標準CD數據編碼紅色的書規格(最初定義為音頻CD只要)。這包括跨交流的蘆葦 - 溶膠編碼(Circ),,八到四個調製(EFM),以及坑和土地用於將碎屑編碼到CD的物理表面。

用於在CD-ROM上進行分組數據的結構也從紅色的書。像音頻CD(CD-DA)一樣部門包含2,352字節用戶數據,由98個幀組成,每個幀由33個字節組成(用戶數據的24個字節,8個字節用於誤差校正,子代碼為1個字節)。與音頻CD不同,這些扇區中存儲的數據對應於任何類型的數字數據,而不是根據音頻CD規範編碼的音頻樣本。為了構建,解決和保護此數據,CD-ROM標准進一步定義了兩個扇區模式,模式1和模式2,其中描述了扇區內數據的兩個不同佈局。[2]一個追踪(一組扇區)CD-ROM內部僅包含同一模式的扇區,但是如果在CD-ROM中存在多個軌道,則每個軌道都可以將其扇區與其他軌道不同。他們還可以與音頻CD軌道共存,這就是混合模式CD.

部門結構

模式1和2扇區都使用前16個字節標題信息,但由於使用而在其餘2336個字節上有所不同糾錯字節。與音頻CD不同,CD-ROM不能依靠錯誤隱藏插值;需要更高的檢索數據可靠性。為了獲得改進的誤差校正和檢測,模式1主要用於數字數據,添加了32位循環冗餘校驗(CRC)錯誤檢測代碼,第三層蘆葦 - 索洛蒙誤差校正[n 1]使用類似蘆葦的溶劑型代碼(RSPC)。因此,模式1包含每個部門的288個字節,以進行錯誤檢測和校正,而每個扇區可用於數據的2,048個字節。模式2,更適合圖像或視頻數據(其中完美的可靠性可能略有重要性),不包含其他錯誤檢測或校正字節,因此每個扇區具有2,336個可用的數據字節。請注意,兩種模式,例如音頻CD,仍然從中受益較低的誤差校正層在框架級別。[15]

在使用上述技術將每個CD-ROM扇區拼湊出來以防止某些有問題的模式出現之前,將其存儲在光盤上。[13]然後,這些炒扇區遵循在此處描述的相同的編碼過程紅色的書為了最終存儲在CD上。

下表顯示了CDA和CD-ROM中扇區結構的比較:[13]

格式←2,352個字節扇區結構→
CD數字音頻:2,352(數字音頻)
CD-ROM模式1:12(同步模式)3(地址)1(模式,0x01)2,048(數據)4(錯誤檢測)8(保留,零)276(錯誤校正)
CD-ROM模式2:12(同步模式)3(地址)1(模式,0x02)2,336(數據)

基於與CD-DA音頻標準比較的模式-1 CD-ROM的淨字節率為44,100 Hz×16位/樣品×2頻道×2,048 / 2,352 / 8 = 150kb/s(150×210)。該值150 kbyte/s定義為“ 1×速度”。因此,對於模式1 CD-ROM,1×CD-ROM驅動器每秒讀取150/2 = 75連續扇區。

標準CD的播放時間為74分鐘或4,440秒,包含333,000個塊或部門。因此,模式-1 CD-ROM的淨容量為650MB(650×220)。對於80分鐘的CD,容量為703 MB。

CD-ROM XA擴展

CD-ROM XA是延伸黃色書結合壓縮音頻,視頻和計算機數據的CD-ROM的標準,可以同時訪問所有內容。[16]它的目的是在CD-ROM和CD-I綠書),由索尼飛利浦,由微軟,1991年,[17]1988年9月首次宣布。[18]“ XA”代表擴展體系結構。

CD-ROM XA定義了兩個新的扇區佈局,稱為模式2表1和模式2表格2(與原始模式2不同)。 XA模式2表1與上述模式1結構相似,並且可以與XA模式2形式2個扇區交織在一起。它用於數據。 XA模式2表格2具有2,324個字節的用戶數據,並且類似於標準模式2,但是添加了錯誤檢測字節(儘管沒有校正)。它可以與XA模式2表格1個扇區交織在一起,並用於音頻/視頻數據。[15]視頻CD超級視頻CD照片CD增強的音樂CDCD-I使用這些部門模式。[19]

下表顯示了CD-ROM XA模式中扇區結構的比較:

格式←2,352個字節扇區結構→
CD-ROM XA模式2,表格1:12(同步模式)3(地址)1(模式)8(副標題)2,048(數據)4(錯誤檢測)276(錯誤校正)
CD-ROM XA模式2,表格2:12(同步模式)3(地址)1(模式)8(副標題)2,324(數據)4(錯誤檢測)

光盤圖像

當一個光盤圖像創建了CD-ROM的圖像,這可以在“原始”模式(提取2,352個字節,每個部門,獨立於內部結構),也可以僅獲得該部門的有用數據(2,048/2,336/2,352/2,324字節CD-ROM模式)。以原始模式創建的光盤映像的文件大小為總是2,352字節的倍數(塊的大小)。[20]存儲原始CD-ROM扇區的光盤圖像格式包括CCD/IMG提示/垃圾箱, 和MDS/MDF。從扇區中數據創建的光盤映像的大小將取決於其正在使用的扇區的類型。例如,如果僅通過提取每個扇區的數據來創建CD-ROM模式1圖像,則其大小將為2,048的倍數;通常是這樣ISO光盤圖像.

在74分鐘的CD-R上,可以使用原始模式擬合較大的光盤圖像,最多333,000×2,352 = 783,216,000字節(〜747 MB​​)。這是在74分鐘或≈650MB上創建的原始圖像的上限紅色的書光盤。 14.8%的增加是由於丟棄了誤差校正數據。

容量

CD-ROM可以輕鬆存儲紙質百科全書的單詞和圖像,以及音頻和視頻片段

CD-ROM容量通常用二進制前綴,減去用於誤差校正數據的空間。 CD-ROM的容量取決於向外數據軌道的距離如何擴展到光盤的外邊緣。[21]標準的120毫米,700 MBCD-ROM實際上可以容納大約703 MB的數據,並具有誤差校正(或總計847 MB​​)。相比之下,單層DVD-ROM可以容納4.7 GB(4.7×109)受錯誤保護的數據,超過6個CD-ROM。

緊湊型光盤類型的能力(90分鐘和99分鐘的光盤不是標準配置)
類型部門數據(模式1)最大尺寸音頻最大尺寸時間
MB大約(1 = 220(MB)最小
8厘米94,500193.536184.570222.26421
553 MB283,500580.608553.711666.79263
650 MB333,000681.984650.391783.21674
700 MB360,000737.280703.125846.72080
800 MB405,000829.440791.016952.56090
900 MB445,500912.384870.1171,047.81699
筆記:Megabyte(MB)和分鐘(最小)值精確; (1 = 220)值近似。

CD-ROM驅動器

CD-ROM驅動器拆卸激光系統的視圖
激光的運動使CD的任何位置都可以閱讀
CD-ROM驅動器的激光系統

使用CD-ROM驅動器讀取CD-ROM光盤。 CD-ROM驅動器可以通過IDE連接到計算機(ATA),SCSI薩塔火線, 或者USB接口或專有接口,例如松下CD接口,LMSI/Philips,Sony和Mitsumi標準。幾乎所有現代CD-ROM驅動器也可以播放音頻CD(也視頻CD和其他數據標準)當與正確的軟件一起使用時。

激光和光學元件

CD-ROM驅動器採用接近紅外線的780nm激光二極管。激光束通過光電跟踪模塊將激光束引向盤上,然後檢測到梁是否已反射還是散射。

轉移率

原始速度

相對於音樂CD,CD-ROM驅動器的評分為速度因子。如果CD-ROM以與一個相同的旋轉速度讀取音頻CD,數據傳輸速率為150 kbyte/s,通常稱為“ 1×”(恆定線性速度,短速度“ CLV”)。按照此數據速率,該軌道以約1.2 m/s的速度沿激光斑的下方移動。為了在光頭移動到不同位置時保持這種線性速度,角速度與約500RPM在內部邊緣的內邊緣處,在外邊緣。 CD-ROM(150 kbyte/s)的1×速度等級與1×速度額定值不同DVD(1.32 Mb/s)。

速度進步

通過提高光盤旋轉的速度,可以以更大的速度傳輸數據。例如,可以以8倍速度讀取的CD-ROM驅動器以1600至4000 rpm的速度將圓盤旋轉,線性速度為9.6 m/s,傳輸速率為1200 kbyte/s。高於12×速度大多數驅動器閱讀恆定角速度(CAV,常數rpm),以使電動機不會從一個速度變為另一種速度,因為頭部從圓盤上尋求位置。在CAV模式下,“×”數字表示最大值的圓盤外邊緣的傳輸速率。由於機械限制,20×被認為是最大速度三星電子設備引入了SCR-3230,這是一個使用球的32x CD-ROM驅動器軸承在驅動器中平衡旋轉光盤以減少振動和噪音的系統。截至2004年,通常可用的最快傳輸速率約為52×或10,400 rpm和7.62 mb/s。較高的自旋速度受到製作盤的聚碳酸酯塑料的強度的限制。在52×時,光盤的最外部的線性速度約為65 m/s。但是,仍然可以使用多個激光拾音器來獲得改進肯伍德TrueX 72×使用七個激光束和大約10倍的旋轉速度。

第一個12×驅動器於1996年末發布。[22]高於12倍的速度,振動和熱量存在問題。 CAV驅動器以與標準相同的旋轉速度在光盤外邊緣的速度最多可達30倍(恆定線性速度,clv)12×或32倍,略有增加。但是,由於CAV的性質(內邊緣處的線性速度仍然只有12倍,在中間平穩增加),實際吞吐量的增加小於30/12;實際上,完全完整的圓盤大約為20×平均值,而部分填充的光盤也更少。

物理局限性

振動的問題,由於對質量生產的媒介的可實現對稱性和強度的限制,這意味著自1990年代後期以來,CD-ROM驅動速度並未大大增加。 10年後,通常可用的驅動器在24倍(Slimline和Portable單元,10倍旋轉速度)和52倍(通常是CD和僅讀取單元,21×旋轉速度)之間變化,所有這些都使用CAV來實現他們的要求”最大速度,最常見的是32×至48倍。即便如此,這些速度也會導致讀數不良(驅動誤差校正已經變得非常複雜),甚至破碎了製造不良或身體受損的培養基,當中心張力以10,000–13,000 rpm的速度壓力時,小裂縫迅速增長成災難性的破裂(即40 rpm) –52×CAV)。高旋轉速度還會產生圓盤振動,猛烈的空氣和主軸電動機本身的不良噪音。大多數21世紀的驅動器允許為安全,準確的閱讀或沉默而強制的低速模式(通過使用小型實用程序),如果遇到許多順序讀取錯誤和重新驗證,則將自動倒退。

解決方法

試驗了其他提高讀取速度的方法,例如使用多個光束,以10倍的旋轉速度將吞吐量提高到72倍,但與其他技術一起,例如90〜99分鐘可記錄的媒體,吉爾雷克雙密度緊湊型盤紫色書標準記錄器,通過引入消費者的效用無效DVD-ROM能夠保持一致的36×等效CD-ROM速度(4×DVD)或更高的驅動器。此外,在52×CAV的2.5分鐘內完全可以閱讀700 MB CD-ROM,實際數據傳輸速率的增加對總體有效驅動速度的影響會降低,當時與其他因素(例如加載/卸載,媒體識別,識別,識別,媒體識別,識別)相關。向上/向下旋轉和隨機尋求時間,從而使開發投資的回報大大降低。此後,在DVD開發中已經看到了類似的分層效應,其中最大速度在16×CAV(18×和22×介於22××)和4.3和8.5的容量中穩定在16×CAV中。GB(單層和雙層),具有更高的速度和容量需求,而是由藍光驅動器滿足。

速度評分

CD可償還的驅動器通常以三種不同的速度評級出售,一種用於寫入操作的速度,一個用於重寫操作的速度,另一種用於閱讀操作。速度通常按照該順序列出;即12×/10×/32×CD驅動器罐,CPU和媒體允許,以12倍速度(1.76 MB/s)寫入CD-R光盤,以10倍速度(1.46 MB/ S),並以32×速度(4.69 MB/s)從CD讀取。

速度表

CD-ROM驅動器的通用數據傳輸速度
傳輸速度kb/smbit/sMB/s[n 2]RPM(外邊緣)
1501.22880.146200–530[23][24]
3002.45760.293400–1,060
6004.91520.586800–2,120
12009.83041.171,600–4,240
10×1,50012.2881.462,000–5,300
12×1,80014.74561.762,400–6,360
20×1,200–3,000最多24.576最多2.934,000(騎士
24×1,440–3,600最多29.491最多3.514,800(騎士
32×1,920–4,800最多39.3216最多4.696,400(騎士
36×2,160–5,400最多44.2368最多5.277,200(騎士
40×2,400–6,000最多49.152最多5.868,000(騎士
48×2,880–7,200最多58.9824最多7.039,600(騎士
52×3,120–7,800最多63.8976最多7.6210,400(騎士
56×3,360–8,400最多68.8128最多8.2011,200(騎士[25]
72×6,750–10,800最多88.4736最多10.52,700(多光束)[26][27]

版權問題

軟件分銷商,特別是計算機遊戲的發行商,通常使用各種複制保護方案,以防止除原始CD-ROM之外的任何媒體運行的軟件。這與音頻CD保護通常在媒體和軟件本身中都實現。 CD-ROM本身可能包含“弱”扇區,以使復制光盤更加困難,並且可能很難或不可能將其複製到CD-R或DISC映像的其他數據,但是該軟件每次運行時都會檢查其為了確保計算機的CD-ROM驅動器中存在原始光盤而不是未經授權的副本。

CD作家的製造商(CD-R或者CD-RW音樂行業鼓勵),以確保他們產生的每個驅動器都有一個唯一的標識符,該標識符將由其記錄的每個光盤上的驅動器編碼:RID或錄音機標識代碼。[28]這是源標識代碼(SID)的對應物,一個以八個字符代碼開頭”ifpi“通常在CD記錄植物生產的碟片上蓋章。

也可以看看

筆記

  1. ^請注意循環CD音頻格式中使用的誤差校正系統具有兩個交錯層。
  2. ^到三重要的數字.

參考

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