Организация записи. 
Архитектура ЭВМ и систем

Общие принципы записи/считывания

Процессы записи информации на компакт-диск (и считывания с него) базируются на явлениях геометрической (отражение, поглощение, пропускание и преломление света) и волновой (интерференция, дифракция и поляризация света) оптики. Компакт-диск содержит регистрирующий (рабочий) слой, на который при записи с помощью лазерного луча наносится сигналограмма в виде определенных чередований его состояний, соответствующих логическому нулю и логической единице. При этом происходит изменение свойств и оптических характеристик материала регистрирующего слоя. В процессе считывания лазерный луч фиксирует эти изменения и преобразует их в цифровой сигнал. Наибольшее распространение получил способ записи, приводящий к изменению коэффициента отражения материала.

При оптической записи достигается высокая плотность расположения данных на диске. Ее предел обусловлен дифракцией света и определяется минимальным размером метки. Чем меньше длина волны светового потока, излучаемого лазером, тем выше плотность записи.

Оптическая запись (и считывание) данных ведется через прозрачную основу, которая используется также для защиты диска от повреждений. Известны следующие способы записи [14]:

• • абляционный (ablation — отнятие, унос массы) способ однократной записи, при котором путем нагрева материала регистрирующего слоя лазерным лучом удаляются его отдельные участки. В результате абляции в регистрирующем слое образуются отверстия. При этом возможно как увеличение, так и уменьшение коэффициента отражения в отверстиях по сравнению с остальной площадью диска;
• • " пузырьковый" способ однократной записи. При данном способе образуется вспучивание регистрирующего слоя, состоящего из основного и вспомогательного подслоев. При этом основной подслой изготавливается из металла (обычно алюминия, титана) с высокой температурой плавления. Вспомогательный подслой, размещенный под основным подслоем, имеет более низкую температуру плавления. Поэтому при нагреве отдельного участка регистрирующего слоя лазерным лучом вспомогательный слой этого участка испаряется, образуется пузырек, который давит на основной подслой и тем самым приводит к его вспучиванию. При считывании луч, отраженный от вспученного участка регистрирующего слоя, рассеивается и поэтому имеет меньшую интенсивность по сравнению с лучом, отраженным от ровной поверхности слоя;
• • способ многократной записи, при котором с помощью лазерного луча изменяется фазовое состояние или цвет участка регистрирующего слоя для бита данных. От фазового состояния материала регистрирующего слоя зависит коэффициент преломления либо коэффициент поглощения.

Данные на компакт-диске располагаются вдоль дорожки в виде сигналограммы, которую можно представить как совокупность впадин и площадок. Впадины являются областями, в которых коэффициент отражения лазерного луча имеет другое значение по сравнению с окружающей их зеркальной поверхностью диска (площадками). При считывании изменения коэффициента отражения луча преобразуются в электрический сигнал. Форма сигналограммы, или конфигурация меток, зависит от способа кодирования логических уровней. В качестве примера на рис. 12.7 приведены сигналограммы для двух способов кодирования логических уровней при одинаковом исходном коде данных 110 101:

• на рис. 12.7, а логическая 1 кодируется наличием импульса, логический 0 — отсутствием импульса;

Рис. 12.7. Сигналограммы при кодировании 1 наличием импульса, 0 — отсутствием импульса (а) и при кодировании 1 изменением уровня сигнала, 0 — сохранением текущего уровня (б).

• на рис. 12.7,б логическая 1 кодируется изменением уровня сигнала, логический 0 — отсутствием изменения уровня.

Различие форм сигналограмм обусловлено тем, что способ кодирования логических уровней 0 и 1 исходного кода данных влияет на форму сигнала записи.

Для записи данных на компакт-диск CD-R и CD-RW используются программы CD Creator, Easy CD, CD Publisher, Direct CD и др. Эти программы поддерживают различные способы организации, или режимы, записи. Рассмотрим некоторые способы организации записи.

Одна дорожка за один прием (Track-At-Once — ТАО). В этом режиме автоматически происходит выключение лазера после записи каждой дорожки и включение перед записью каждой последующей дорожки. В процессе записи дорожки разделяются промежутками — ввиде специальных блоков, связывающих дорожки между собой. Стандартный промежуток между дорожками содержит 150 таких блоков (300 Кбайт, 2 с). Режим ТАО поддерживают все современные приводы CD-R, а некоторые модели позволяют вручную установить размер промежутка между дорожками.

В режиме ТАО записывают многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных. Сессия может быть записана как полностью, за один прием, с формированием VTOC, файловой системы и зон Lead in/Lead out (запись с закрытием сессии), так и за несколько приемов, с сохранением временных VTOC в РМА (запись, при которой сессия остается открытой).

Весь диск за один прием (Disc-At-Once — DAO). В режиме DAO данные записываются за один прием (без выключения лазера) на одну или большее число дорожек, и диск закрывается. Поэтому для записи требуется чистый диск. После записи новые данные дописывать невозможно. Режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами, однако диск можно считать любым приводом CD-ROM. Этот режим используется при изготовлении дисков-оригиналов.

Пакетная запись (Packet Writing — PW). Пакетная запись применяется для выполнения нескольких записей на одной дорожке, что позволяет более рационально использовать дисковое пространство. В каждом пакете используется 4 сектора для захода, 2 — для выхода и 1 — для связывания.

В режиме пакетной записи не требуется непрерывный поток данных. При отсутствии данных лазер отключается, а при появлении — быстро включается. Запись продолжится с того места, где была прервана. Следовательно, данные на компакт-диск могут поступать небольшими порциями и одна сессия обычного диска CD-R может быть записана за несколько приемов. Благодаря пакетной организации записи исключается порча диска за счет неравномерного поступления данных. Однако этот способ организации записи не спасает от сбоев из-за толчков привода, зависания системы или отключения питания во время записи.

Данные на компакт диск можно записывать:

• • пакетами фиксированной длины (Fixed-length Packets). Такой режим записи больше подходит для перезаписываемых дисков CD-RW, так как в этом случае легко организовать выборочное стирание данных. Однако при использовании пакетов стандартного размера 32 Кбайт нерационально расходуется доступное пространство на диске. Стандартная емкость дисков CD-RW при записи пакетами фиксированной длины составляет около 500 Мбайт;
• • пакетами переменной длины (Variable-length Packets). Поскольку размер пакета может изменяться в зависимости от объема записываемых данных, экономится место на диске. Этот режим целесообразно использовать для дисков CD-R с одноразовой записью. Однако следует иметь в виду, что не все накопители CD-R поддерживают этот режим записи и способны читать диски, записанные пакетами переменной длины.

Предварительное форматирование

Эта операция состоит в разбивке диска на секторы, подобно магнитным дискам. Она используется для перезаписываемых дисков CD-RW в режиме пакетной записи. Для работы с дисками требуется программа начальной разметки и драйвер накопителя CD-RW (например, Adaptec Direct CD). После форматирования диск CD-RW можно использовать в качестве сменного диска. Такие операции, как копирование, удаление и переименование файлов, будут преобразовываться драйвером накопителя в операции перезаписи секторов диска.