3. CD-ROM і DVD-ROM диски

Компакт-диск CD

Компакт-диски були винайдені в 1980 р. інженерами фірм Sony і Philips. Спочатку компакт-диски використовувалися для запису аудіофонограм. Стандарт аудіодисків називається CD-DA (Compact Disk — Digital Audio, компакт-диск — цифровий звук). Головна перевага компакт-диска перед традиційними носіями звуку (грамплатівки, магнітна стрічка) полягає в надзвичайно високій якості звучання при відтворенні фонограм. При програванні компакт-дисків зчитувальним пристроєм є лазерний промінь, тобто, між ним і диском немає механічного контакту. Тому у відтвореній фонограмі повністю відсутні сторонні шуми, шурхіт і тріск, властиві звичайним грамплатівкам.

З розвитком комп'ютерної техніки компакт-диски почали використовувати як пристрій для зберігання інформації. Такі диски одержали назву CD-ROM (Compact Disk — Read-Only Memory, компакт-диск — постійний запам'ятовуючий пристрій). З погляду фізичної побудови CD-ROM-диск повністю ідентичний до звукового CD-DA-диска й відрізняється лише логічною структурою доріжки (доріжок).

Стандартний компакт-диск (CD) складається з трьох шарів: основи, відображуючого й захисного. Основа виконана з прозорого полікарбонату, на якому методом пресування сформований інформаційний рельєф. Поверх рельєфу напилюється металевий відображуючий шар (алюміній, золото, срібло, інші метали і сплави). Відображуючий шар вкривається зверху захисним шаром полікарбонату або нейтрального лаку — так, щоб уся металева поверхня була захищена від контакту із зовнішнім середовищем. На захисний шар наносять написи й малюнки (методом шовкографії спеціальною хімічно нейтральною фарбою). Загальна товщина  диска — 1,2 мм.

Інформація записана на диск у вигляді спіральної доріжки, яка йде від центра до краю диска, на якій розташовані заглиблення (так звані піти). Інформація кодується чергуванням пітів (умовно — логічної 1) і проміжків між ними (умовно — логічних 0). Відстань між витками доріжки вибирається від 1,4 до 2 мкм, стандарт визначає відстань у 1,6 мкм. Інформація на диску закодована завадостійким кодом Ріда—Соломона з використанням чергування — так що дрібні збої при читанні доріжки ніяк не відбиваються на вірогідності прочитаної інформації. Доріжка може бути неперервною, або поділятися на фрагменти (наприклад, сесії у мультисесійних дисках).

 

Будова приводу CD-ROM

Звичайний привод складається з плати електроніки, шпиндельного двигуна, системи оптичної зчитувальної головки й системи завантаження диска.

На платі електроніки розміщені всі керуючі схеми приводу, інтерфейс із контралером комп'ютера, роз'єми інтерфейсу й виходу звукового сигналу. Більшість приводів використовує одну плату електроніки, однак у деяких моделях окремі схеми виносяться на допоміжні невеликі плати.

Шпиндельний двигун служить для обертання диска з постійною або змінною лінійною швидкістю. Зазвичай диск обертається з постійною лінійною швидкістю, що означає, що швидкість проходження диска під головкою повинна бути постійною. Для цього шпиндель змінює частоту обертання в залежності від радіуса доріжки, з якої у цей момент зчитує інформацію оптична головка. При переміщенні головки від зовнішнього радіуса диска до внутрішнього диск повинен швидко збільшити швидкість обертання приблизно вдвічі, тому шпиндельний двигун повинен характеризуватися високою динамічною характеристикою. Двигун використовується як для розгону, так і для гальмування диска.

 

Рис. 53. Будова CD-ROM.

 

На осі шпиндельного двигуна закріплена підставка, до якої після завантаження притискається диск. Поверхня підставки зазвичай вкрита гумою або м'яким пластиком для усунення ковзання диска. Притискання диска до підставки здійснюється за допомогою шайби, розташованої з іншого боку диска; підставка і шайба містять постійні магніти, сила притягання яких притискає шайбу через диск до підставки. У деяких конструкціях для цього використовуються спіральні або плоскі пружини.

Система оптичної головки складається із самої головки й системи її переміщення. У головці розміщені лазерний випромінювач на основі інфрачервоного лазерного світлодіода, система фокусування, фотоприймач і попередній підсилювач. Система фокусування являє собою рухливу лінзу, що приводиться в рух електромагнітною системою voice coil (звукова котушка), зробленою за аналогією з рухливою системою гучномовця. Зміна напруженості магнітного поля викликає переміщення лінзи й перефокусування лазерного променя. Завдяки малій інерційності така система ефективно відслідковує вертикальні биття диска навіть при значних швидкостях обертання.

Система переміщення головки має власний двигун, що рухає каретку з оптичною головкою за допомогою зубчастої або черв'ячної передачі. Для уникнення люфту використовується з'єднання з початковою напругою: при черв'ячній передачі — підпружинені кульки, при зубчастій — підпружинені в різні боки пари шестерень.

Система завантаження диска як правило виконується у двох варіантах: із використанням спеціального футляра для диска (caddy), що вставляється в прийомний отвір привода, і з використанням висувного лотка (tray), на який кладеться сам диск. В обох випадках система має двигун, що рухає лоток або футляр, а також механізм переміщення рами, на якій закріплена вся механічна система разом зі шпиндельним двигуном і приводом оптичної головки, у робоче положення, коли диск лягає на підставку шпиндельного двигуна.

При використанні звичайного лотка привод неможливо встановити в інше положення, крім горизонтального. У приводах, що допускають монтаж у вертикальному положенні (наприклад у ноутбуках), конструкція лотка передбачає фіксатори, які утримують диск при висунутому лотку.

Зараз усе більше поширення одержують приводи з щілинним завантаженням. Такі системи містять двигун для втягування й викидання дисків через вузьку зарядну щілину в передній панелі.

На передній панелі приводу зазвичай розташовані кнопка Eject для завантаження/розвантаження диска, індикатор звертання до приводу й гніздо для підключення навушників з електронним або механічним регулятором гучності, у ряді моделей додана кнопка Play/Next для запуску програвання звукових дисків і переходу між звуковими доріжками; кнопка Eject при цьому зазвичай використовується для зупинки програвання без викидання диска. На деяких моделях з механічним регулятором гучності, виконаним у вигляді ручки, програвання й перехід здійснюються при натисканні на торець регулятора.

Більшість приводів також має на передній панелі невеликий отвір, призначений для аварійного витягання диска в тих випадках, коли звичайним способом це зробити неможливо — наприклад, при виході з ладу приводу лотка або всього CD-ROM, при вимкнутому живленні й т. ін. В отвір потрібно вставити шпильку або розпрямлену скріпку й акуратно натиснути — при цьому знімається блокування лотка або дискового футляра, і його можна висунути вручну.

Через те що фізичні параметри диска (нерівномірність товщини, геометричний ексцентриситет і т. д.) були стандартизовані, виходячи з припустимих вібрацій на стандартній (їх) швидкості обертання, зі збільшенням швидкостей виникають значні вібрації диска, які погіршують надійність зчитування. Деякі приводи при багаторазових помилках читання можуть автоматично знижувати швидкість обертання диска, однак чимало з них після цього не можуть повернутися до своєї максимальної швидкості аж до зміни диска. На швидкостях обертання понад 4000—5000 об/хв через вібрації надійне зчитування без кардинальної зміни конструкції шпинделя й оптоголовки стає практично неможливим, тому багато моделей швидкісних CD-ROM або обмежують верхню межу швидкості обертання, або зменшують швидкість обертання при виникненні вібрацій. При цьому на зовнішніх доріжках швидкість передачі зазвичай досягає номінальної, а з наближенням до внутрішніх — значно падає.

Рис. 54. Оптичний привід CD-ROM.

 

Сьогодні швидкості приводів сягають 52х—54х. Однак якість читання дисків у таких приводах значно гірша, ніж, наприклад, у 40х-моделях. Крім того, відцентрові сили, які виникають при розгоні до таких швидкостей, можуть викликати ушкодження або навіть розрив диска в приводі. Тому подальше нарощування швидкостей практично усі виробники приводів компакт-дисків визнали недоцільним і переключилися або на підвищення якості читання, або на здешевлення вартості приводу, або взагалі на інші технології, наприклад перезаписуваних дисків.