Napędy optyczne
Napędy optyczne
1
• Napęd optyczny jest to urządzenie, które za
pomocą wiązki lasera odczytuje dane z
następujących nośników: CD (-R, -RW) lub
DVD (-R, -RW, +R, +RW). Napędy optyczne
mogą być połączone z komputerem za
pomocą interfejsów ATA jak i SCSI. Prędkość
napędów optycznych podaje się w
wielokrotnościach podstawowej prędkości 1x,
która odpowiada przepustowości 150 kB/s
(napędy CD) lub 1350 kB/s (napędy DVD).
Np. maksymalny transfer CD-ROMu o
prędkości 8x wynosi 1,2 MB/s.
Popularne prędkości napędów
\
Prędkość
CD
DVD
kB/s
MB/s
kB/s
MB/s
1x
150
0,15
1350
1,32
2x
300
0,29
2700
2,64
4x
600
0,59
5400
5,27
8x
1200
1,17
10800
10,55
16x
2400
2,34
21600
21,09
24x*
3600
3,52
32400
31,64
40x*
6000
5,86
54000
52,73
42x*
6300
6,15
56700
55,37
48x*
7200
7,03
64800
63,28
52x*
7800
7,62
70200
68,55
Zasada działania napędów
optycznych
.
• Płyta składa się z kilku nałożonych na siebie powierzchni. Na jednej z
nich, sprasowanej poliwęglanowej znajdują się miniaturowe
zagłębienia o wielkości zaledwie tysięcznych części milimetra.
Podobnie jak ma to miejsce w tradycyjnej płycie długogrającej,
elementy te tworzą spiralną ścieżkę, która jednak, biegnie od środka
płyty do jej brzegu i w tym właśnie kierunku jest odczytywana.
Odczyt danych następuje w sposób bezkontaktowy za pomocą
promienia świetlnego(laser). Na powierzchnię płyty napyla się
cienką warstwę aluminium, która nadaje jej charakterystyczny
srebrzysto-tęczowy połysk. Gdy promień laserowy natrafi na gładką
powierzchnię dysku (tzw. Land, czyli pole), odbija się od niej jak od
lustra i wraca tą samą drogą do lasera. Umieszczony tu mały
pryzmat kieruje strumień świetlny do foto-diody, która pochłania tak
uzyskaną energię i zamienia ją w prąd elektryczny. Cała sytuacja
wygląda inaczej, gdy promień laserowy natrafi na zagłębienie w
płycie (tzw. Pit, czyli dół). Zagłębienie to powoduje odbicie
strumienia świetlnego w innym kierunku, w związku z czym nie trafia
do fotodiody i prądu nie ma. Tak zakodowany ciąg informacji jest
odczytywany przez skomplikowany układ elektroniczny, który
następnie przekształca go w standardowe zbiory danych.
• Gdyby do oznaczania pojedynczych bitów na CD-ROM-ie
wykorzystywane były kolejne zmiany obszarów pit i land, to w
przypadku większości nośników ich odczyt byłby praktycznie
niemożliwy. Już bowiem niewielkie zarysowania płyty, utrudniające
odczyt nośnika, powodowałyby zniekształcenie zapisanych informacji. Z
tego też względu dane na płycie CD są zapisywane według innego
schematu. Ogólnie rzecz ujmując, jeśli obszary pit i land zmieniają się
regularnie, to elektroniczny układ interpretuje je jako kolejne zera
logiczne. Dopiero zmiana sekwencji powoduje zdekodowanie logicznej
jedynki.
• Napęd CD-ROM odczytuje spiralną ścieżkę danych od środka do
krawędzi płyty. W przypadku bardzo szybkich napędów rozwiązanie to
stwarza jednak pewien problem, gdyż szybkość transmisji danych
wyraźnie wzrasta wraz z przesuwaniem się lasera ku brzegowi płyty.
Wynika to z faktu, ze odległości pomiędzy obszarami pit i land są stałe,
natomiast ścieżka zewnętrzna jest znacznie dłuższa od wewnętrznej.
Jednak biorąc pod uwagę szybkość transmisji zjawisko to ma również
swoje dobre strony.
Spiralna ścieżka płyty CD-ROM jest podzielona na sektory, z których
każda zawiera 2 kilobajty rzeczywistych informacji. Oprócz nich na
nośniku znajduje się jeszcze cały szereg dodatkowych bajtów
odgrywających istotną rolę przy synchronizacji dostępu do danych i
korekcji błędów. W praktyce obowiązuje ogólna reguła, zgodnie z którą
napęd CD-ROM, odczytuje i analizuje około czterokrotnie więcej
danych w stosunku do informacji ostatecznie przekazywanych do
interfejsu komputera.
Budowa napędu optycznego
• Napęd CD-R0M składa się z czterech podstawowych
elementów:
• Solidna rama, na której osadzona jest metalowa obudowa.
• Blok napędowy zawierający silnik krokowy napędzający
płytę, drugi silnik przeznaczony do przesuwania głowicy
odczytującej oraz trzeci - do wysuwania i wsuwania
szuflady.
• Do tego bloku wprowadzana jest wspomniana szuflada,
która transportuje płytę CD-ROM w stronę osi napędowej i
mechanizmu dociskowego.
• Płytka drukowana zawierająca wszystkie układy
elektroniczne, m.in. system sterowania silnikami,
mechanizm korekcji błędów, interfejs komunikacyjny oraz
system kontroli podzespołów napędu.
• Najbardziej skomplikowanym elementem mechanicznym
jest układ dociskowy, który łączy płytę CD z małym
talerzem obrotowym i przyciska ją do łożyska,
umieszczonego u góry obudowy napędu. Wózek z
czytnikiem laserowym przesuwa się zwykle po dwóch
stalowych szynach, które muszą być wykonane tak
precyzyjnie, aby jego ruch przebiegał idealnie równo.
Właściwa procedura odczytu danych jest oparta na zasadzie
odbicia światła. W tym celu wózek głowicy przemieszcza
laserowy układ optyczny poniżej obracającej się płyty CD-
ROM, pod kątem prostym do zwojów spirali danych.
Czas potrzebny do przeprowadzenia takiego
pozycjonowania głowicy ma istotny wpływ na szybkość
dostępu do danych. Sprzedawane obecnie modele napędów
są w stanie rozpocząć transmisję danych do interfejsu
komputera w czasie krótszym niż 80 milisekund (tzw. średni
czas dostępu). Aby uzyskać taki wynik, mechanizm wózka z
czytnikiem laserowym musi działać nie tylko szybko, ale i
bardzo dokładnie. Na szybkość pozycjonowania głowicy
wpływa również precyzja układu napędowego oraz jakość
wykonania stalowych szyn prowadzących wózek.
• Szybkość liniowa i kątowa.
• Aby napęd CD-ROM mógł transmitować dane ze stałą szybkością,
odczytywana płyta musiałaby obracać się ze zmienną szybkością. W
momencie, gdy głowica odczytuje wewnętrzny obszar płyty, nośnik musi
obracać się nieco szybciej, natomiast w przypadku zewnętrznego obszaru -
nieco wolniej. Zmienną szybkość obrotową wykorzystywało w swojej pracy
wiele napędów CD-ROM (technologia ta nosiła nazwę CLV - Constant
Linear Velocity, czyli stałej prędkości liniowej). Rozwiązanie to ma jednak
pewne istotne wady. Silnik napędu musi stale zwiększać i zmniejszać
szybkość obracania płyty, w zależności od tego, która ścieżka jest
odczytywana przez promień laserowy. Mechanizm taki z jednej strony
wprowadza dodatkowe wibracje, z drugiej - niepożądany czas oczekiwania,
gdyż głowica odczytująca jest uaktywniana dopiero wtedy, gdy szybkość
obrotowa kompaktu będzie zbliżona do optymalnej. Z tych też względów na
rynku rozpowszechniła się inna technologia, nosząca nazwę CAV
(Constant Angular Velocity). W tym przypadku napęd CD-ROM pracuje
zawsze z tą samą szybkością obrotową - bez względu na położenie głowicy
odczytującej. Konsekwencja takiego rozwiązania jest większa szybkość
transmisji danych, jeśli są one odczytywane z zewnętrznych obszarów
płyty. Aby zmniejszyć nieco ten efekt, należy stosować rozwiązanie
kompromisowe, któremu nadano nazwę Partial CAV. Płyta CD obraca się
wówczas ze stałą prędkością kątową do chwili, w której laser będzie chciał
odczytać zewnętrzne ścieżki nośnika (20 procent całego obszaru danych).
W tym momencie silnik obniży automatycznie swoją szybkość obrotową.
Zastosowanie takiego mechanizmu pozwala na utrzymanie stosunkowo
dużych szybkości transmisji, które nie będą jednak zbyt wyraźnie odbiegać
od wartości średniej.