Устройство накопителей на CD-ROM

Накопители на CD-ROM отличаются от проигрывателей музыкальных дисков, в основном, устройствами декодирования электрических сигналов. В звуковых проигрывателях записанных на компакт-диске цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, поступающие затем на стереоусилитель. При этом некоторые погрешности вполне терпимы – главное, чтобы они лежали за пределами чувст­вительности человеческого слуха. Но при считывании информации с CD-ROM такие вольности недопустимы. Каждый бит данных должен быть воспроизведен совершенно достоверно. Поэтому довольно значительную часть всего объема CD-ROM занимают коды коррекции ошибок (ECC). С их помощью можно в большинстве случаев обнаружить и восстановить неправильно считанные данные (если, конечно, ошибки не слишком велики), что позволяет снизить вероятность сбоя до приемлемой вели­чины.

Принцип считывания информации с CD-дисков иллюстрирует рис. 9.18.

Рис. 8.18. Принцип считывания информации с CD-дисков

Серводвигатель по командам, поступающим со встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с зеркалом к нужному витку спиральной дорожки и записи.

На рис. 8.19 приведено в упрощенном виде устройство накопителя на СD-ROM.

Рис. 8.19. Устройство накопителя на CD-ROM

Луч от маломощного полупроводникового инфракрасного лазера проходит через разделительную призму и попадает на зеркало, направляющее его через фокусирую­щую линзу на поверхность диска. Отраженный от диска луч снова фокуси­руется линзой, расположенной под дис­ком, отражается от зеркала и возвраща­ется на разделительную призму. Разделительная призма перенаправляет отраженный луч на другую фокусирую­щую линзу, расположенную непосредст­венно перед фотодатчиком. Фотодатчик преобразует падающее на него излучение в электрические сигналы. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и переда­ются в компьютер в виде данных.

Штрихи, нанесенные на поверхность диска, отличаются по длине. Интенсивность отраженного луча изменяется при его переходе со штри­ха на плато и наоборот. Соответствующий фронт падающий или нарастающий) электрического импульса с фотодатчика совпадает по времени с этими переходами. (Отметим, что при записи компакт-диска формируется такой сигнал уп­равления лазером, что переход от штриха к плато и обратно происходит при появлении в исходной последовательности двоичных данных единичного бита. Таким образом, при считыва­ли данных каждый единичный бит представляется фронтом сигнала, а нулевой – отсутст­вием такового).

Поскольку для программных файлов (да и любыхфайлов вообще) важен каждый бит, в накопителях на CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы поиска и исправления оши­бок. Благодаря ним вероятность того, что ошибка «проскочит» не обнаруженной, удалось снизить до 10^-25 – 10^-26, т.е. безошибочно могут быть считаны данные с более чем 10¹⁵ CD-ROM. Вы­сота стопки из такого количества дисков будет около 2 млрд. километров.

Для реализации упомянутых методов кор­рекции ошибок к каждым 2048 полезным битам добавляется 288 контрольных. Это позволяет восстанавливать даже весьма существенно по­врежденные последовательности данных – в том числе «провалы» длиной до 1000 бит. Ис­пользование столь сложных методов контроля и коррекции ошибок связано, во-первых, с тем, что CD весьма подвержены внешним воздейст­виям (пыль, грязь, дефекты поверхности), а, во-вторых, потому, что подобные носители изна­чально разрабатывались лишь для записи зву­ковых сигналов, требования к точности, воспроизведения которых не столь высоки.

Если данные в проигрывателе звуковых дис­ков считаны неверно, то они интерполируются. Пусть, например, два последовательных значе­ния сигнала выражаются числами 10, 13 и 20, и среднее значение из-за повреждения или загрязнения поверхности носителя прочитано не­правильно (и пропущено в соответствии с алго­ритмом обработки сигнала). С высокой степенью достоверности его можно вычислить («угадать») как среднее между предыдущим и последую­щим значениями (в данном случае оно будет принято равным 15). Хотя такое приближение и не обеспечивает абсолютной точности, тем не менее, слушатель не заметит подмены. Если же такая ситуация возникнет при считывании с CD-ROM, например, программного файла, то пропущенный бит может с равной вероятностью быть нулевым или единичным, и интерполиро­вать его значение, естественно, невозможно.

Именно из-за столь высоких требований к точности воспроизведения накопители на CD-ROM для компьютеров явились позже своих музыкальных братьев, а их первые образцы были очень дорогими для массового потребителя. Кроме того, фирмы-изготовители несколько запоздали с принятием соответствующих стандартов, что сдерживало производство CD-ROM.