Спиральная дорожка

Промежуток

Рис. 5.16. Структура записи компакт-диска или CD-ROM

Чтобы музыка воспроизводилась с постоянной скоростью, поток питов и про­межутков между ними должен двигаться под лучом лазера с постоянной линей­ной скоростью в 120см/с. Соответственно, по мере продвижения считывающей головки от центра диска к краю, угловая скорость вращения компакт-диска должна постоянно уменьшаться от 530 об/мин до 200 об/мин. В этом принципиальное отличие оптических дисков от магнитных, вращающихся с постоянной угловой ско­ростью, не зависящей от текущего положения головок[VI]. Кроме того, 530 об/мин — это существенно меньше, чем 3600 об/мин или 7200 об/мин, типичная скорость вращения магнитных дисков.

В 1984 году фирмы Philips и Sony осознали потенциал использования компакт - дисков для хранения компьютерных данных, поэтому они опубликовали Желтую книгу, в которой определили точный стандарт того, что теперь называется CD - ROM (Compact Disk Read Only Memory — компакт-дисковое постоянное запоми­нающее устройство). Поскольку ранок аудиокомпакт-дисков к тому моменту был уже весьма широк, было решено сделать CD-ROM точно того же размера, что и аудиокомпакт-диски, а также механически и оптически совместимыми с ними. Помимо возможности проигрывать музыку на устройствах чтения CD-ROM, это также давало возможность использовать для производства CD-ROM те же техно­логические линии, на которых производились аудиокомпакт-диски. В результате себестоимость производства одного CD-ROM оказалась намного ниже одного доллара. Недостатком такого решения явилась необходимость использования в устройствах чтения CD-ROM медленных двигателей, вращающихся с перемен­ной скоростью.

В Желтой книге был определен формат компьютерных данных. Новый стан­дарт также улучшал способность системы исправлять ошибки, что было очень важ­но, так как если на слух почти не заметно искажение одного бита то тут то там, для хранения компьютерной информации требуется значительно более высокая на­дежность. Основой формата CD-ROM является кодирование одного байта 14-раз­рядным числом. Как уже было сказано, 14 разрядов достаточно для кодирования одного байта (8 бит) кодом Хэмминга с запасом в два бита. В действительности используется более мощная система помехоустойчивого кодирования. При чтении преобразование 14-В-8 осуществляется аппаратно при помощи таблицы.

На более высоком уровне группа из 42 последовательных 14-разрядных сим­волов образуют 588-разрядный кадр. Каждый кадр содержит 192 бит данных (24 байт). Оставшиеся 396 бит используются для коррекции ошибок и управле­ния. До сих пор используемая схема одинакова для звуковых компакт-дисков и CD-ROM.

Желтая книга добавляет к этому стандарту группирование 98 кадров в так называемый CD-ROM-сектор, как показано на рис. 5.17. Каждый CD-ROM - сектор начинается 16-байтовым заголовком, первые 12 байт которого содержат OOFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFOO (шестнадцатеричное), чтобы считывающее устрой­ство могло распознать начало CD-ROM-сектора. Следующие три байта содержат номер сектора, что необходимо, так как поиск данных на единственной спирали диска значительно сложнее, чем на магнитном диске, состоящем из концентричес­ких дорожек. При поиске программное обеспечение устройства приблизительно вычисляет, куда переместить головку, а после перемещения головки считывает первый заголовок, проверяя, насколько точно удалось приблизиться к требуемым данным. Последний байт заголовка содержит код режима.

Желтой книгой определяется два режима. В режиме 1 используется формат, показанный на рис. 5.17, с 16-байтовым заголовком, 2048 байт данных и 288-бай­товым кодом исправления ошибок ЕСС (Error Correction Code), для которого используется перемежающийся код Рида—Соломона. В режиме 2 поле данных объединяется с полем ЕСС в 2336-байтное поле данных. Этот режим может ис­пользоваться для тех приложений, которым не требуется (или у них нет на это времени) коррекция ошибок, например аудио или видео. Обратите внимание, что коррекция ошибок осуществляется на трех уровнях: внутри символа, в кадре и в CD - ROM-секторе. Однобитовые ошибки исправляются на нижнем уровне, короткие пакеты ошибок корректируются на уровне кадров, а все остальные ловятся на уровне сектора. В результате 98 кадров по 588 бит (7203 байт) содержат всего лишь 2048 байт полезной нагрузки, что соответствует эффективности около 28 %. Такую цену приходится платить за надежность хранения информации на опти­ческом диске.