Опубликован: 17.06.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 4311 / 2372 | Длительность: 17:10:00
Лекция 3:

Внешние запоминающие устройства

Фотодиски

Стандарт PhotoCD, относящийся к дисками и накопителям CD-R, используемым для хранения фотографий, опубликован еще в конце 1990 года. Этот стандарт позволяет просмотра фотографий с помощью телевизора. , но вскоре спрос на эти устройства снизился и возрос на компьютеры с программным обеспечением для декодирования и отображения фотографий.

Типы фотодисков:

  • Профессиональный мастер-фотодиск ( Pro PhotoCD Master ) изображения высокого разрешения (4 096?6 144).
  • oбразцовый фотодиск ( PhotoCD Portfolio ) содержит до 700 изображений высокого разрешения и применяется для создания мультимедийных презентаций.
  • Фотодиск-каталог ( PhotoCD Catalogue ) может содержать более 600 изображений низкого разрешения (миниатюр).
  • Печатный фотодиск ( PhotoCD Print ) предназначен для полиграфистов и содержит изображения высокого разрешения (как и на профессиональном мастер-фотодиске), а также CMYK-изображения.
White Book - Video CD

Стандарт White Book был представлен в 1993 году компаниями Philips, JVC, Matsushita и Sony. Он создан на базе стандартов Green Book (CD-i) и CD-ROM XA и позволяет сохранять видеоданные в формате MPEG-1, а также цифровые звуковые данные в формате ADPCM общим объемом до 74 мин на одном компакт-диске.

Super Video CD

Спецификация Super Video CD 1.0, опубликованная в мае 1999 года, представляет собой расширенную версию спецификации White Book Video CD. В ней используется стандарт сжатия MPEG-2, разрешение экрана NTSC 480x480 и разрешение экрана PAL 480Ч576 ; спецификация также поддерживает систему объемного звучания стандарта MPEG-2 5.1 и многоязычный интерфейс.

Blue Book - CD EXTRA

В 1995 году компании Philips и Sony разработали спецификацию CD EXTRA, определенную стандартом Blue Book. Компакт-диски, отвечающие требованиям этой спецификации, называются CD EXTRA. В этих дисках для разделения звуковых и информационных дорожек используется многосессионная технология, определенная в стандарте CD-ROM XA.

Форматы файловых систем CD
Файловая система DOS/Windows 3.1 Windows 9x/Me Windows NT/2000 Mac OS
High Sierra Да Да Да Да
ISO 9660 Да Да Да Да
Joliet Да Да Да Да
UDF Нет Да Да Да
Mac HFS Нет Нет Нет Да
Rock Ridge Да Да Да Да
Mount Rainier Нет Да Да Да
High Sierra

Стандарт представленный как рабочий документ по вопросам обработки информации: тома и файловая структура оптических дисков CD-ROM, используемых для обмена данными. Этот стандарт позволяет всем накопителям, использующим драйвер (например, MSCDEX.EXE (Microsoft CD-ROM Extensions) , поставляемый вместе с MS DOS ), читать любые диски формата High Sierra, началось массовое тиражирование программ на компакт-дисках. Кроме того, появление этого стандарта позволило создать компакт-диски, ориентированные на различные операционные системы - DOS, UNIX и т.д.

ISO 9660

Стандарт ISO 9660 обеспечивает полную совместимость различных компьютеров и операционных систем. Этот стандарт, созданный на основе формата High Sierra. Стандарт ISO 9660 имеет три уровня обмена, которые определяют параметры, обеспечивающие совместимость с различными системами. Уровень 1 стандарта ISO 9660 представляет собой объединяющий формат файловых систем CD, совместимый практически со всеми компьютерными платформами, включая UNIX и Macintosh. Основным недостатком этой файловой системы является наличие следующих ограничений, относящихся к структуре каталогов и именам файлов:

  • имена файлов могут содержать только прописные буквы A-Z, цифры 0-9 и символ подчеркивания (_);
  • максимальное количество символов имени и расширения файлов - 8.3 (на основе ограничений DOS );
  • максимальная длина имени каталога составляет восемь символов (расширения не допускаются);
  • допускается не более восьми подкаталогов;
  • файлы должны быть непрерывными.

Правила обмена уровня 2 имеют те же ограничения, что и правила уровня 1, и отличаются тем, что допустимая длина имени и расширения файла может достигать 30 символов (общее количество знаков без учета разделителя "."). В свою очередь, правила обмена уровня 3 почти не отличаются от правил уровня 2, за исключением того, что файлы не обязательно должны быть непрерывными.

 Организация данных на компакт -диске формата ISO 9660

Организация данных на компакт -диске формата ISO 9660
Joliet

Это расширение стандарта ISO 9660, разработанное Microsoft для использования с Windows 95 и выше, позволяет записывать компакт-диски, используя файловые имена длиной до 64 знаков, включая пробелы и другие символы международного стандарта кодирования Unicode. Основные свойства стандарта Joliet: имена файлов или каталогов могут быть длиной до 64 символов Unicode (128 байт) ; имена каталогов могут иметь расширения; количество подкаталогов не ограничено; поддержка многосессионной записи.

Универсальный дисковый формат UDF (Universal Disk Format)

UDF формат создан Ассоциацией по технике и технологии оптических запоминающих устройств ( Optical Storage Technology Association - OSTA ) в качестве промышленного стандарта таких оптических носителей, как CD-ROM и DVD. Формат UDF имеет целый ряд преимуществ по сравнению с файловой системой ISO 9660. Этот формат разрабатывался для работы с пакетной записью (запись небольших объемов данных) Файловая система UDF поддерживает имена файлов длиной до 255 символов.

Это файловая система, которая используется операционной системой Macintosh. Она может применяться и в накопителях CD-ROM, однако диски этого формата не совместимы с ПК. В целом можно записать комбинированные диски, использующие одновременно файловые системы Joliet и HFS или ISO 9660 и HFS. В этом случае диски будут читаться как PC, так и компьютерами Mac. Операционная система способна "видеть" только совместимый с ней диск (для PC это диски формата ISO 9660 или Joliet ).

Rock Ridge

Стандарт RRIP (Rock Ridge Interchange Protocol) был разработан промышленным консорциумом, получившим название группы Rock Ridge. Этот стандарт, опубликованный в 1994 году, определяет расширение ISO 9660 для накопителей CD-ROM, что позволяет записывать дополнительную информацию для поддержки файловых систем UNIX/POSIX.

Mount Rainier Основные свойства стандарта Mount Rainier.

  • Встроенная система обнаружения и обработки дефектов. (Накопители DVD-RW не поддерживают систему выявления дефектов, они не совместимы)
  • Прямая адресация на уровне 2-килобайтового сектора, позволяющая минимизировать неиспользуемое пространство диска. В стандартных носителях CD-RW для этого используется блок объемом 64 Кбайт.
  • Базовое форматирование, благодаря которому новый носитель может использоватьсядля записи данных через несколько секунд после его размещения в дисководе. Стандартное форматирование диска CD-RW занимает до 45 мин в зависимости от модели дисковода.
  • Упорядоченное физическое размещение секторов. Различия, существующие в стандартном программном обеспечении UDF, могут усложнить считывание данных с носителей, записанных с помощью других программ.

Первый накопитель Mount Rainier (Philips RWDV1610B) появился в апреле 2001 года, после чего было выпущено множество других моделей.

Стандарты и форматы DVD

Накопители DVD полностью обратно совместимы, а значит, могут использоваться для считывания и проигрывания современных компакт-дисков.

Защита от копирования дисков DVD

В видеодисках используется несколько уровней защиты, которые в основном определяются ассоциацией DVD Copy Control Association (DVD CCA) и компанией Macrovision. Существуют следующие основные системы защиты, которые используются в DVD-Video:

  • контроль регионального воспроизведения ( Regional Playback Control - RPC );
  • система шифрования видеоданных ( Content Scrambling System - CSS );
  • аналоговая система защиты ( Analog Protection System - APS ).
Контроль регионального воспроизведения

Система регионального воспроизведения была разработана для того, чтобы диски, проданные в определенных географических регионах, воспроизводились только на проигрывателях, которые были проданы там же.

В стандарте RPC определены семь регионов:.

Регион 1. США (все территории) и Канада.

Регион 2. Япония, Европа, Южная Африка и Ближний Восток.

Регион 3. Юго-Восточная и Восточная Азия.

Регион 4. Австралия, Новая Зеландия, острова Тихого океана, Центральная Америка, Мексика, Южная Америка, Карибские острова.

Регион 5. Восточная Европа, Индийский субконтинент, Африка, Северная Корея, Монголия.

Регион 6. Китай.

Регион 7. Специальные международные или передвижные объекты, например авиалайнеры, круизные суда и т.п.

Система шифрования видеоданных

Основная защита дисков DVD-Video обеспечивается системой шифрования видеоданных ( Content Scrambling System - CSS ), которая была выпущена после того, как Американская киноассоциация ( Motion Picture Association of America - MPAA ) приняла решение о выпуске кинофильмов в формате DVD.

Система CSS, разработанная компанией Matsushita (Panasonic) , используется для цифрового шифрования аудио- и видеоданных на DVD-Video. Для дешифрования необходима пара 40-разрядных (5-байтовых) ключей (числовых кодов). Один из ключей является уникальным кодом диска, а второй необходим для набора заголовков ( VTS -файл). Ключи диска и заголовка находятся в зашифрованном виде на нулевой дорожке диска. Код CSS и запись ключа формируются во время изготовления стеклянного мастер-диска и являются частью технологического процесса.

Файлам видеодиска обычно присваиваются имена формата VTS_xx_yy. VOB (видеообъект), где xx является номером заголовка, а yy - номером раздела. Обычно файлы одного кинофильма имеют один и тот же номер заголовка, причем весь фильм разбивается на несколько фрагментов объемом 1 Гбайт и менее, которые имеют различные номера разделов. Эти фрагменты, представляющие собой файлы с расширением . VOB, содержат потоки шифрованных аудио- и видеоданных, которые чередуются друг с другом. Файлы с расширением . IFO содержат информацию, используемую DVD -проигрывателем для декодирования аудио- и видеоданных в файлы . VOB.

Аналоговая система защиты (APS)

Эта система защиты (называемая также CopyGuard ) разработана компанией Macrovision и предназначена для предотвращения копирования дисков DVD-Video на видеокассеты. Для реализации этой системы на диске необходимо записать дополнительные коды, а также определенным образом модифицировать DVD -проигрыватель. Предопределенные управляющие коды APS вводятся во время записи или изготовления мастер-диска DVD.

При воспроизведении диска микросхема цифроаналогового преобразователя (ЦАП), встроенная в проигрыватель Macrovision, добавляет сигналы APS к аналоговому выходному сигналу, посылаемому на экран. Дополнительные сигналы разработаны таким образом, что они совершенно незаметны во время просмотра кинофильма на экране телевизора или монитора.

Проигрыватели не содержат лицензионных схем Macrovision и попросту игнорируют код, включающий модификации сигнала APS. Кроме того, существуют различные стабилизаторы изображения, ретрансляторы или декодирующие модули, которые при подключении к проигрывателю или видеомагнитофону позволяют снять защиту от копирования и создать качественную копию.

Параметры накопителей

Основные характеристики накопителей CD-ROM/DVD, приводимые в документации к ним, - это скорость передачи и время доступа к данным, наличие внутренних буферов и их емкость, а также тип используемого интерфейса.

Скорость передачи данных

Этот параметр определяет объем данных, который может считывать накопитель с компакт-диска на компьютер за одну секунду. Стандартная скорость передачи данных накопителя CD-ROM равна 153,6 Кбайт/с. Накопители, скорость которых в 2 раза больше, указываются как накопители 2х, в 40 раз - как 40х и т.д. Исходная скорость передачи данных накопителей DVD равна 1,385 Кбайт/с. В соответствии с этим накопители, скорость которых в 20 раз выше, определяются как 20х. Следует заметить, что почти все быстрые современные накопители имеют постоянную угловую скорость ( CAV ), поэтому их скорость, определенная множителем "х", является максимальной, которая достигается при считывании данных с внешней части (с конца) диска. Скорость считывания данных, расположенных на внутренней части диска (в начале), примерно вдвое меньше. Следовательно, средняя скорость передачи данных находится где-то между максимальной и минимальной скоростями.

Дисководам перезаписываемых компакт-дисков, как правило, определяются скорости передачи различных режимов работы. Для накопителей CD-R обычно указываются две скорости (скорость записи и скорость считывания данных). Скорость дисковода CD-RW указывается в виде A/B/С, где А - скорость записи дисков CD-R ; B - скорость записи дисков CD-RW ; С - скорость считывания данных. Первый накопитель CD-RW имел скорости 2/2/6; скорость современных накопителей достигает 54/24/52.

Скорость накопителей на компакт-дисках

При поиске определенного сектора данных или музыкальной дорожки на диске накопитель находит адрес данных в оглавлении TOC, которое записано на нулевой дорожке компакт-диска, после чего лазерный луч перемещается к нужному витку спирали и ожидает появления необходимой последовательности битов.

Компакт-диски первоначально разрабатывались для записи звуковых файлов, поэтому скорость считывания данных накопителем должна быть постоянной. Для того чтобы поддерживать постоянную скорость считывания, данные на дисках CD-ROM записываются с использованием метода, получившего название записи с постоянной линейной скоростью ( Constant Linear Velocity - CLV ) . Это означает, что дорожка (и соответственно данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещаются с одной и той же скоростью, равной 1,3 м/с (метров в секунду). Дорожка представляет собой спираль, витки которой по мере приближения к центру диска располагаются более компактно. Поэтому для обеспечения постоянной линейной скорости необходимо, чтобы скорость вращения диска изменялась по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращаться быстрее, а при считывании информации с внешней - медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х ра вна 1,3 м/с) изменяется от 540 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 212 об/мин при чтении дорожки на внешней части диска.

Одним из способов повышения эффективности CD-ROM стало увеличение скорости дисководов, т.е. повышение частоты вращения. Дисководы, скорость вращения которых стала вдвое или вчетверо выше первоначальной, получили название накопителей 2х и 4х. Последним устройством, созданным по этой технологии, стал дисковод 12х, скорость вращения диска в котором изменялась в пределах от 2 568 до 5 959 об/мин, что позволяло поддерживать постоянную скорость передачи данных. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего быстро изменять скорость при считывании данных с различных частей диска. Именно поэтому большинство дисководов со скоростью выше 12x имеют постоянную скорость вращения (при этом линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается неизменно постоянной, этот метод получил название записи с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV) .

Дисководы CAV, как правило, работают тише, чем дисководы CLV. Это связано с тем, что двигателю не приходится постоянно увеличивать или уменьшать частоту вращения. Дисководы (в основном перезаписывающие), использующие технологии CLV и CAV, получили название Partial) CAV или PCAV (частично постоянная угловая скорость). Например, большинство перезаписываемых дисководов при записи диска работают в режиме CLV, а при считывании данных - в режиме CAV.

Сравнительная характеристика технологий CLV и CAV
CLV CAV
Скорость вращении диска Различная в зависимости от положения данных на диске (быстрее на внутренних дорожках, медленнее на внешних) Постоянная
Скорость передачи данных Постоянный Различная в зависимости от положения данных на диске (быстрее на внутренних дорожках, медленнее на внешних)
Уровень шума Высокий Низкий

Cкорости дисководов CD-ROM могут быть самыми разными - от 1х до 56х и выше. В не-перезаписываемых накопителях, скорость которых не более 12х, как правило, используется технология CLV ; большинство накопителей со скоростью 16x и выше являются устройствами CAV.

Вибрации, возникающие при чтении дисков, могут привести к снижению скоростей быстродействующих накопителей до уровня, обеспечивающего их минимальную надежность. Часто причиной разбалансировки CD-ROM становится маленькая бумажная этикетка с серийным номером, наклеенная на поверхность компакт-диска. Поэтому во многие высокоскоростные накопители CD и DVD встраиваются механизмы автобалансировки или амортизации, позволяющие решить подобные проблемы. Единственный недостаток таких механизмов состоит в том, что при возникновении вибрации они замедляют вращение диска, снижая тем самым скорость передачи данных.

В конце 1990-х годов компания Zen Research разработала технологию, получившую название TrueX, которая позволяла за счет использования нескольких лазерных лучей достигать постоянно высокой скорости передачи данных при низких скоростях вращения диска. К сожалению, накопители TrueX, изготовлением которых занимались Kenwood и другие компании, не имели обещанных рабочих характеристик и отличались низкой надежностью. В середине 2002 года компания Zen Research прекратила свое существование, поэтому накопители TrueX больше не выпускаются. Вместо TrueX обычно используется технология Z-CLV(zoned CLV - зонированная постоянная линейная скорость) или P-CAV (partial CAV - частично постоянная угловая скорость), которая помогает повысить среднее быстродействие считывания данных, контролируя скорость вращения диска.

Скорость накопителей DVD

Подобно компакт-дискам, DVD вращаются против часовой стрелки (если смотреть со стороны считывающего лазера) и обычно записываются с постоянной скоростью передачи данных, называемой CLV (Constant Linear Velocity) . Это означает, что дорожка (а значит, и данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещается с одной и той же скоростью, равной 3,49 м/с (или 3,84 м/с на двухсторонних дисках).

Одним из способов повышения эффективности стало увеличение скорости дисководов, что выразилось в повышении частоты вращения. Дисковод, скорость вращения которого стала вдвое выше первоначальной, получил название накопителя 2х; дисковод, скорость вращения которого была увеличена в четыре раза, был назван накопителем 4х и т.д. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего очень быстро изменять скорость работы при считывании данных с различных частей диска. Это стало причиной того, что большинство быстрых накопителей DVD имеют постоянную скорость вращения (причем линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается постоянной, этот метод, как уже упоминалось, получил название записи с постояннойугловой скоростью - CA ) .

Накопители, имеющие более высокую скорость, больше подходят для считывания данных, чем для воспроизведения видеофрагментов. Высокая скорость накопителя позволяет при считывании диска сократить время перехода с одного слоя на другой, при этом совершенно не влияя на качество видеоизображения.

Практически все существующие DVD-ROM, имеющие скорость 20х и более, являются накопителями CAV, поэтому объявленная скорость передачи достигается только при считывании данных, расположенных на внешней части диска.

Время доступа

Время доступа к данным для накопителей CD-ROM/DVD определяется так же, как и для жестких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в миллисекундах, и его стандартное паспортное значение для накопителей 24x приблизительно равно 95 мс. При этом имеется в виду среднее время доступа, поскольку реальное время зависит от расположения данных на диске. При чтении внешних дорожек время доступа больше, чем при чтении внутренних дорожек. Время доступа к данным DVD обычно на 10-20 мс больше, чем для компакт-дисков.

Кэш-память

Во многих накопителях CD/DVD-ROM имеются встроенные буфера, или кэш-память. Эти буфера представляют собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для записи считанных данных, что позволяет передавать в компьютер за одно обращение большие массивы данных. Обычно емкость буфера составляет 256 Кбайт, хотя выпускаются модели как с большими, так и с меньшими объемами (чем больше - тем лучше!). Емкость буфера накопителей перезаписываемых CD/DVD дисков достигает 2-8 Мбайт и более, что позволяет избежать проблем с "недобором" данных и обеспечить более плавное выполнение записи. Hакопители, в которых есть буфер (кэш-память), обладают рядом преимуществ. Благодаря буферу данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью.

Марат Хабибуллин
Марат Хабибуллин
Валерий Хан
Валерий Хан
Berkut Molodoy
Berkut Molodoy
Россия
Екатерина Ангел
Екатерина Ангел
Россия, г. Ноябрьск