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

CD

\

DVD

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.