光盤與光驅實用教案

1、1 光盤數(shù)據(jù)軌道則是一條由里向外，順時針方向的螺旋線，其軌道的各個(gg)區(qū)域尺寸和密度都是一樣的，我們稱這條線為光盤軌道。我們可以用刻錄機在光盤軌道上刻出一個個極小的凹點，這些不同的凹點與平面被激光照射時，產(chǎn)生不同的反射光，形成對應的數(shù)據(jù)“0”和“1”，如圖5-1所示。 對光盤而言沒有簇的概念，但有扇區(qū)的說法，如每扇區(qū)有2048字節(jié)。不同類型的光盤有不同的扇區(qū)數(shù)，存放數(shù)據(jù)的容量也就有所不同了。從目前光盤的 存 儲 數(shù) 據(jù) 方 式 上 看 可 將 光 盤 分 為 C D （ C o m p a c t D i s c ） 光 盤 和 D V D（Digital Video Disc）光盤兩大類

2、。 第1頁/共30頁第一頁，共31頁。2 5.5.2 CD光盤 1CD數(shù)字音樂光盤CD-DA CD-DA也就是我們經(jīng)常說的CD音樂光盤，因此也稱之為Audio CD，是其它光盤的始祖。 2CD只讀式光盤CD-ROM CD-ROM稱為只讀式光盤，是使用最廣泛的一種(y zhn)光盤。它具有容量大，價格十分低廉的優(yōu)點。CD-ROM有兩種不同形式的數(shù)據(jù)結構：Mode-1與Mode-2。每張Mode-1的CD-ROM可存放的數(shù)據(jù)容量650MB。每張Mode-2的CD-ROM可存放的數(shù)據(jù)容量742MB。 CD-ROM的印刷面不含數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存放在銀白色的一面。 第2頁/共30頁第二頁，共31頁。3 3CD

3、可記錄式光盤CD-R CD-R稱為可記錄式光盤，它可以用光盤刻錄機將數(shù)據(jù)一次寫入CD-R光盤中，但是寫入后的數(shù)據(jù)不能更改和刪除，對數(shù)據(jù)的保存有較高的安全性。 CD-R的工作原理是利用大功率激光束的熱效應使激光焦點照射記錄層的有機染料產(chǎn)生不可逆的物理化學變化(binhu)，形成具有與CD-ROM光盤凹點相同的光學反射特性。 4CD重復擦寫式光盤CD-RW CD-RW稱為可重復擦寫式光盤，光盤上的數(shù)據(jù)可自由更改或刪除，目前使用壽命可達1000次左右，使用彈性比CD-R更大。但是CD-RW光盤的價格比CD-R高得多。第3頁/共30頁第三頁，共31頁。4 5.5.3 DVD 光盤 DVD光盤與CD光盤

4、相比具有很大的優(yōu)勢。 1DVD光盤特點 雖然DVD光盤與CD-ROM光盤的外觀 很 相 似 ， 其 直 徑 為 1 2 0 m m ， 厚 度 為1.2mm，光盤數(shù)據(jù)軌道也是一條由里向外，順時針方向的螺旋線，扇區(qū)長度為2048字節(jié)。但DVD光盤的存儲方式與CD-ROM光盤存儲方式有很大區(qū)別(qbi)。DVD光盤實際上是由兩層厚度分別為0.6mm盤片組成的，而且每個盤片的兩個面都可以用來存放數(shù)據(jù)，如圖5-6所示。這是DVD光盤的存儲容量要比CD-ROM光盤存儲容量大的原因之一，一張DVD-5的存儲容量就是一張CD-ROM存儲容量的7倍。 第4頁/共30頁第四頁，共31頁。5 CD光盤(un pn

5、)和DVD光盤(un pn)的軌道間距與坑點長度有很大差別，如圖5-1、5-2所示，這使得DVD光盤(un pn)數(shù)據(jù)存儲密度大大提高。 圖5-1 CD軌道(gudo) 圖5-2 DVD軌道(gudo)第5頁/共30頁第五頁，共31頁。6 DVD的速度(sd)也是CD無法比擬的，DVD的1倍速參數(shù)比CD大的多，即DVD的1X1.35MB/s，而CD的1X150KB/s，并且目前所有DVD驅動器都可以讀取CD光盤，所以我們可以看到DVD終將會淘汰CD這一事實。 2DVD光盤分類 （1）DVD音樂光盤DVD Audio。DVD-Audio發(fā)布于2000年中期，類似于CD-Audio，但聲音采樣范圍

6、更寬闊，包括在44.1到192 KHz的16、20和24位采樣。與CD-Audio不同的是DVD-Audio支持視頻、字幕、菜單、屏保等。 （2）DVD 視頻光盤DVD Video。DVD-Video用途類似LD（激光視盤機）或Video CD。第6頁/共30頁第六頁，共31頁。7 這是最早的DVD產(chǎn)品，也是目前應用最廣的一種DVD光盤，即人們(rn men)所說的DVD影碟。 （3）DVD只讀光盤DVD-ROM。DVD-ROM 是用來存儲計算機數(shù)據(jù)、文件的只讀光盤，用途類似CD-ROM，是CD-ROM光盤的換代產(chǎn)品。任何的數(shù)據(jù)信息都可以存放在DVD-ROM光盤上。 （4）DVD可記錄式光盤D

7、VD-R。DVD-R（或稱 DVD-Write-Once）用途類似于CD-R。因數(shù)據(jù)寫入后就不能再被修改，所以也稱它為一次性寫入式DVD光盤。 （5）可多次讀寫DVD光盤。可多次讀寫DVD 現(xiàn)在有三種：DVD-RAM 、DVD-RW、 DVD+RW。 DVD-RAM的最大優(yōu)勢是可以重寫100000次以上缺點是兼容性較差，價格昂貴；DVD-RW的優(yōu)勢就是兼容性好；DVD+RW最大的特色就是它的速度快，缺點是價格高。 第7頁/共30頁第七頁，共31頁。8 3DVD光盤存儲規(guī)格 由于DVD光盤有單面-單/雙層和雙面-單/雙層的規(guī)格，所以可將DVD分成四種規(guī)格， DVD-5規(guī)格：單面單層，也就是在DV

8、D光盤的一個層的一個面上(min shn)存放數(shù)據(jù)，標準的數(shù)據(jù)記錄量為4.7GB，目前市場中以這種規(guī)格的DVD光盤居多。 DVD-9規(guī)格：單面雙層，是分別在DVD光盤的兩個層的同一個方向的面上(min shn)存放數(shù)據(jù)。 圖5-3 DVD-5規(guī)格(gug) 圖5-4 DVD-9規(guī)格(gug) 第8頁/共30頁第八頁，共31頁。9 DVD-l0規(guī)格(gug)：雙面單層，是在DVD光盤的兩個層的不同方向的兩個面上分別存放數(shù)據(jù)，也就是在DVD光盤的正反兩個面上儲存數(shù)據(jù)，所以標準的數(shù)據(jù)記錄量為9.4GB。 圖5-5 DVD-10規(guī)格(gug) 圖5-6 DVD-18規(guī)格(gug) 第9頁/共30頁第九

9、頁，共31頁。10 5.5.4 光盤維護 使用劣質光盤是造成目前光驅使用壽命較短的一個重要原因(yunyn)，因此，注意選用優(yōu)質光盤和光盤的正確維護是十分重要的。 1光盤的存放環(huán)境 2光盤的使用 3注意對光盤內(nèi)道的保護 4對光盤上灰塵的處理 5對光盤變形的處理 6對光盤劃痕的處理 第10頁/共30頁第十頁，共31頁。115.6 光盤光盤(un pn)驅動器驅動器 5.6.1 光驅的工作原理與內(nèi)部結構 光驅是一個融合光學、機械及電子技術為一體的產(chǎn)品。激光光源來自于一個激光二極管，對于 CD光驅來說，它可以產(chǎn)生波長約0.65微米的激光束，并且能被精確地控制。在光驅讀取光盤(un pn)上的數(shù)據(jù)時，

10、激光束是由光驅中的激光頭發(fā)射出的。激光束由內(nèi)到外，即從光盤(un pn)的導入?yún)^(qū)引導激光束進入數(shù)據(jù)區(qū)，并通過對TOC表（光盤(un pn)存儲信息的目錄表，Table of Content）訪問將激光束定位在需要訪問數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容所在的位置，再由光盤(un pn)反射回來，經(jīng)過光檢測器捕獲信號。第11頁/共30頁第十一頁，共31頁。12 光盤上有兩種狀態(tài)，即凹點和平面點。當激光束在這些凹點與平面的區(qū)域上移動時，反射的光也會有強弱變化。當激光束照在凹點時，反射光散射；當照在平面區(qū)域時，反射光就會無改變的反射回來。它們的反射信號有明顯差異，很容易被光檢測器識別出來。如果將前一種反射光表示為二進制數(shù)據(jù)中

11、的0，后一種反射光表示為二進制數(shù)據(jù)中的1，光驅中光電轉換部件對反射光進行轉換和校驗，這樣就能得到實際的二進制數(shù)據(jù)。然后把這些數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)中，由計算機處理。 激光頭，它主要負責數(shù)據(jù)的讀取工作。激光頭實際上是一個整體，由激光管（又稱激光二極管）、聚焦線圈、半反光棱鏡、物鏡(wjng)、透鏡以及光電二極管等部件組成，外觀上看起來像一個黑色的方形盒子。 第12頁/共30頁第十二頁，共31頁。13 在激光頭讀取數(shù)據(jù)的整個過程中，尋跡和聚焦是激光頭工作時最重要的兩個環(huán)節(jié)。 尋跡就是保持激束能夠始終正確地對準記錄數(shù)據(jù)的軌道上。當激光束正好與軌道重合時，尋跡誤差信號就為0，否則尋跡誤差信號就可能為正數(shù)

12、或者負數(shù)，激光頭會根據(jù)尋跡誤差信號對姿態(tài)進行適當?shù)恼{整。 聚焦就是指激光頭能夠精確地將激光束打到盤片上并接收到最強的反射信號。當激光束從盤片上反射回來時會同時打到4個光電二極管上。它們將信號疊加并最終形成聚焦誤差信號。只有當聚焦誤差信號為0時，才能準確聚焦。如果聚焦不準確，顯然是不能順利(shnl)地讀取光盤的。 第13頁/共30頁第十三頁，共31頁。14 光驅的物理結構通常由主體支架、光盤托架、激光頭組件、電路控制板等組成。 光驅中一般有三個電機，它們分別是控制進出盒倉的進出盒電機、固定光盤并進行旋轉的主軸電機和使激光頭沿光盤的半徑方向(fngxing)運動的進給電機。了解這三個電機的作用，

13、有助于對光驅工作過程的理解。 5.6.2 光驅外部結構 我們先來看看它的面板結構。 耳機插孔、音量控制、緊急退出孔 第14頁/共30頁第十四頁，共31頁。151.使用指示燈2.倉門3.播放/跳躍4.停止/退出5.接下來我們看一下光驅(un q)的后部接口。6.電源插口。7.40針的IDE接口。8.是設置光驅(un q)為主、從設備的跳線 9.CD音頻接口 10.數(shù)字音頻輸出端 第15頁/共30頁第十五頁，共31頁。16 5.6.3 光盤驅動器性能 1光驅的傳輸速度 平常說的40速、50速光驅等就是指光驅讀取光盤數(shù)據(jù)軌道最外圈數(shù)據(jù)的速度。在制定CD-ROM標準時，把讀取速度為150KB/s的傳輸

14、率定為單倍速標準（或寫成1X），。50倍速光驅動器理論上的傳輸率應該是：15050= 7500KB/s，但由于光驅的制造(zhzo)技術不足，在實際使用中是達不到這么高的速度。 需要注意的是單倍速的DVD光驅讀DVD光盤的速度是1350KB/s，當用DVD光驅讀CD光盤時，讀CD盤的速度大約是讀DVD光盤速度的三分之一，現(xiàn)在流行的16倍速的DVD光驅讀CD光盤時的速度為7200KB/s，大致相當于48倍速CD-ROM光驅。 第16頁/共30頁第十六頁，共31頁。17 2平均尋道時間 平均尋道時間是指激光頭定位并讀取數(shù)據(jù)所需的平均時間。這段時間主要指激光頭尋找并移動到指定的數(shù)據(jù)的位置，再發(fā)射光波

15、到反射光波經(jīng)過折射輸出到解碼電路，最后將數(shù)據(jù)傳送到光驅緩沖區(qū)的時間。 3光驅的緩存 由于光驅中的電機旋轉速度不可能無限的提高，使激光頭讀取數(shù)據(jù)受到影響，可以在光驅中增加緩存來彌補速度上的不足。增加光驅緩存可以減少光驅對光盤數(shù)據(jù)的反復讀取次數(shù)，提高光驅速度，這在讀取小型文件和隨機文件可以明顯看出效果?，F(xiàn)在(xinzi)的光驅一般都帶有高速緩存。 第17頁/共30頁第十七頁，共31頁。18 4光驅的糾錯能力 光驅的糾錯能力是指光驅正確讀取光盤數(shù)據(jù)的能力。 5噪音和震動 華碩采用了雙油壓動態(tài)減震系統(tǒng)，宏基采用懸掛減震系統(tǒng)，有的光驅還使用消音棉來減少噪音來降低了光驅的噪音和震動。 5.6.4 光盤驅動

16、器技術 1CLV技術 CLV技術是恒定線速度讀取方式，通過改變主軸電機的速度，使激光頭從盤的內(nèi)圈移動到外圈時單位(dnwi)時間內(nèi)讀過的軌道弧長相同。 第18頁/共30頁第十八頁，共31頁。192CAV技術 CAV技術是恒定角速度讀取方式，主軸電機的轉速不變，即恒角速度旋轉。3PCAV技術 PCAV技術是區(qū)域(qy)恒定角速度讀取方式。它是吸收了CLV和CAV的優(yōu)點，在讀外圈數(shù)據(jù)時使用CLV技術，而在讀內(nèi)圈數(shù)據(jù)時使用CAV技術。4True X技術 TrueX技術實際就是一光多道激光技術。它將傳統(tǒng)的三道激光增加到了七道，中間一道專門負責尋軌和對焦，其余六道則用來讀取數(shù)據(jù)。這種讀取數(shù)據(jù)的方式可使光

17、驅讀取數(shù)據(jù)的信息量成倍提高。 第19頁/共30頁第十九頁，共31頁。20 5人工智能糾錯技術 人工智能糾錯技術（AIEC）有點類似于模糊控制技術，它由廠家事先在市場上收集光盤的質量信息，對有缺陷的光盤進行參數(shù)分析和計算，如記錄下偏心、密度不均、劃痕、發(fā)射層薄、溝槽不整等缺陷狀況，并研究開發(fā)出相應的糾錯方法存儲到光驅的BIOS中，在遇到某些讀盤不好的具體情況時，就用事先制定好的方案進行糾錯工作(gngzu)。 6智能變功糾錯技術 VIPC技術使光驅激光頭在讀正常光盤時保持低能耗的工作(gngzu)狀態(tài)，當讀到光盤的非正常區(qū)域而不能通過時，光驅內(nèi)部的智能芯片通知光驅啟動AIEC糾錯技術進行糾 第2

18、0頁/共30頁第二十頁，共31頁。21錯。如果糾錯失敗，此時的智能(zh nn)芯片就會通知相關控制電路，提高電路的電流，從而使激光頭以中等功率發(fā)射超高能激光束使其通過讀盤采用VIPC技術的光驅的糾錯能力可以大幅度提高光盤正確讀取數(shù)據(jù)的能力，同時也延長了光驅的使用壽命。7 ABS自動平衡系統(tǒng) ABS自動平衡系統(tǒng)是在光驅托盤下安上一具鋼銖軸承，光驅震動時，鋼珠在離心力的作用下移到質量輕的部分，起到平衡作用，加大讀盤能力。 第21頁/共30頁第二十一頁，共31頁。22 8雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng)(xtng) 雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng)(xtng)（DDSS）技術是為了有效地吸收主軸電機高速旋轉時產(chǎn)生的震動，該技

19、術使用兩個抗震動裝置與動態(tài)阻尼器，并可根據(jù)光盤的優(yōu)劣自動調整電機的旋轉速度，保持光盤的平衡性和保護主軸電機，能有效地減小光驅在高速轉動時產(chǎn)生的震動和噪音，從而提高光驅使用壽命。 9全鋼機芯技術 “全鋼機芯”的光驅在抗高速、抗高溫方面表現(xiàn)良好，能保證光驅的讀取速度穩(wěn)定，減少光驅的機械老化。但是，鋼質機芯的光驅在工作時產(chǎn)生的噪音要比塑料機芯的光驅大一些。 第22頁/共30頁第二十二頁，共31頁。235.7 DVD驅動器驅動器 5.7.1 DVD驅動器特點(tdin) 1DVD激光頭工作原理與CD激光頭工作原理基本相同。目前，DVD光驅普遍采用的是紅色半導體激光器。藍色半導體激光器是以后DVD激光源

20、的發(fā)展方向。 2DVD必須兼容播放CD和VCD光盤。不同的光盤因為結構不同，對激光的要求也有所不同，這就要求DVD激光頭在讀取不同盤片時要采用不同的光功率。 第23頁/共30頁第二十三頁，共31頁。24 3我們知道由于DVD盤片所存放信息的物理坑點能做的更小，排布得更加緊密，這樣DVD驅動器所發(fā)出的激光波長要比CD-ROM發(fā)出的激光波長短。 4DVD采用的糾錯方式也比較特殊，比以往的CD方式要強數(shù)十倍。即使DVD盤片質量較差時，也可以比較容易地讀出數(shù)據(jù)。 5DVD是利用數(shù)字方式存儲數(shù)據(jù)，在畫面上，它采用MPEG II解壓縮標準，DVD的畫面已經(jīng)徹底消除了馬賽克、鋸齒等現(xiàn)象，清晰度有很大的提高。

21、 6在所有的DVD影碟都提供了杜比數(shù)碼(shm)環(huán)繞立體聲效果，就是我們常說的Dolby AC-3，5.1聲道效果（左、中、右、左環(huán)繞、右環(huán)繞和超重低音，簡稱為5.1聲道）。第24頁/共30頁第二十四頁，共31頁。255.7.2 DVD的加密防復制技術1數(shù)碼加密（CSS） 就是所有存入DVD影片內(nèi)容的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過編碼程序，而要播放這些影片數(shù)據(jù)時必須先經(jīng)過相應的解碼程序才能播放。所以我們在DVD影片里看的影像必須經(jīng)過“解碼授權”，也就是用合法的解碼程序才能播放。2類比加密（APS） DVD影片的另一個加密保護的重點就是防止(fngzh)用錄像機拷貝。如果用計算機播放DVD影片，而把它接到電視機上

22、欣賞時，假如你的顯卡沒有APS Macrovision認證的話，就無法在電視上享受DVD影片的優(yōu)質畫面。第25頁/共30頁第二十五頁，共31頁。265.7.3 DVD區(qū)碼 美國電影協(xié)會要求各DVD驅動器生產(chǎn)廠加裝“防拷貝系統(tǒng)”。同時在DVD盤片上編注不同(b tn)的區(qū)碼，只有符合區(qū)碼條件限制的地區(qū)才能播放相應的DVD盤?，F(xiàn)在DVD影片分成了6個區(qū)，它們分別是：第一區(qū)：美國、加拿大、東太平洋島嶼； 第二區(qū)：日本、西歐、北歐、埃及、南非、中東； 第三區(qū)：臺灣、香港、南韓、泰國、印尼等東南亞國家； 第四區(qū)（：澳洲、紐西蘭、中南美洲、南太平洋島嶼； 第五區(qū)：俄羅斯、蒙古、中亞、東歐、北韓、北非等； 第六區(qū)（Region6）：中國大陸。第26頁/共30頁第二十六頁，共31頁。275.7.4 DVD驅動器讀取技術 1單頭雙眼技術 它采用一個激光頭兩組聚焦鏡的結構，通過轉換不同的聚焦鏡來分別讀取DVD和CD光盤。它讀取信號質量較高，但由于要轉換聚焦鏡，所以認盤速度較慢，容易發(fā)生(fshng)機械故障。2雙頭雙眼技術 雙頭雙眼技術就是采用2組完全獨立的DVD、CD讀取激光頭，并擁有2套完全獨立的聚焦鏡。這種方案讀取信號質量最高，兼容性最好。當然缺點也不少，如成本最高、認盤速度慢、激光頭容易發(fā)生(fshng)機械故障、技術層次較低等。 第27頁/共30頁第二十七頁，共31頁。28