光盘存储设备

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早在20世纪70年代初,荷兰Philips公司的研究人员便开始使用激光束来记录和存放信息。1972年9月,Philips公司向国际新闻界展示了第一张激光视盘和光盘系统LV(Laser Vision),第一次实现了信息存储技术由磁记录方式向光记录形式的转变,进而造就了一个新兴产业----光盘存储设备生产制造业。

随着光盘价格的不断下降,光盘已成为价格最低的计算机数据存储介质。特别是2003年国际蓝光光盘标准的统一,单盘存储量可达50GB,越来越多的政府机构以及公司的资料室在线查询等都将信息(书刊、数据、计算机程序)用光盘形式存储发行。

光盘存储原理

无论是CD光盘还是DVD光盘,其存储方式与磁盘一样,都是以二进制数据的形式来存储信息。要在这些光盘上存储数据,需要借助激光把二进制数据刻在扁平、具有反射能力的盘片上。为了识别数据,定义激光刻出的小坑就代表二进制的“1”,而空白处则代表二进制的“0”。DVD的记录凹坑比CD小,且螺旋存储凹坑之间的距离也更小。

CD光驱或DVD光驱的主要部分就是激光发生器和光监测器。激光发生器实际上就是一个激光二极管,可以产生对应波长的激光光束,然后经过一系列的处理后照到光盘上。经由光监测器捕捉反射信号而识别实际的数据。若光盘不反射激光则代表有一个小坑,那么计算机记为“1”;如果有激光反射回来,计算机记为“0”。然后计算机就可以将这些二进制代码转换成为原来的数据或程序。当光盘在光驱中作高速旋转,激光头在电机的控制下作径向移动,数据就这样源源不断地读取出来。

光盘及其分类

光盘是在聚碳酸脂基片上覆以极薄铝膜制作而成,薄膜层之外还有一层起保护作用的塑料层。通常基片的尺寸是直径12cm或8cm,厚1mm。

CD(Compact Disk)

CD光盘有CD-ROM、CD-R、CD-RW等三种基本类型。

CD-ROM表示的是只读CD,只能读取光盘上已经记录的信息,不能修改或写入新的内容。例如,电子图书光盘、视频录像光盘以及数字式音响光盘等均属于此类。

CD-R表示可写CD,用户只可以写一次,多次读出,适用于对长期保存用的数据作不可擦除的一次性写入。例如文档、图像的存储和检索等。

CD-RW表示的是可重复读写CD,读取次数没有限制。

DVD(Digital Video Disk)

DVD的含义是数字视频光盘,从本质上说,它是一种超级的高密度光盘。与CD- ROM相比,DVD使用波长更短的红色激光,可读取更小的凹坑和更密的光道。因此,同样大小的光盘,CD-ROM可存储680MB的数据,而DVD却可存储4.7GB的数据,相当于7张CD-ROM盘的总容量。

DVD的基本类型有DVD-ROM、DVD-R、DVD-RAM和DVD-RW等。

DVD-ROM表示只读DVD,总共有4种容量,分别为4.7GB、8.5GB、9.4GB和17GB。

DVD-R表示用户可以写一次。此后就只能读取,读取次数没有限制。

DVD-RAM为一种可重复读写数字信息的DVD规格。

DVD-RW为另一种可重复读写数字信息的DVD规格。DVD-RW与DVD-RAM擦写方式不同,应用的领域也不相同。DVD-RAM的记录格式也是采用CD-R中常见的相变技术。但是DVD-RW不能与DVD-ROM兼容。

根据容量的不同可将DVD分成4种规格,分别是DVD-5、DVD-9、DVD-10与DVD-18,表1为CD-ROM与DVD四种规格盘片容量的比较。

表1  CD-ROM与DVD四种规格盘片容量的比较

盘片类型

直径/cm

面数/层数

容量

CD-ROM

12

单面

680MB

DVD-5

12

单面单层

4.7GB

DVD-9

12

单面双层

8.5GB

DVD-10

12

双面单层

9.4GB

DVD-18

12

双面双层

17GB

光盘驱动器

读光盘的设备称为光盘驱动器,简称光驱。按照光驱在计算机上的安装方式来分,可分为内置式光驱和外置式光驱。内置式光驱安装在主机箱中,用IDE数据线连接到主板的IDE接口上。外置式光驱都有专门的保护外壳,不用安装到机箱内,一般通过USB电缆连接到主机上。

光驱的基本结构

光驱通常由激光头、主轴电机、伺服电机、系统控制器等几个部分组成。

激光头由一组透镜和一个发光二极管组成,它发出的激光经过聚集后照在凹凸不平的盘片上,并通过反射光的强度来读取信号。

主轴电机负责为光盘运行提供动力,并在读取盘数据时提供快速的数据定位功能。伺服电机是一个小型的由计算机控制的电机,用来移动和定位激光头到正确的位置读取数据。系统控制器主要协调各部分的工作,是光驱的控制中心。

光驱的技术指标

a) 数据传输率

早期的CD-ROM驱动器的数据传输率是150KB/s,一般把这种速率称为1倍速,记为1X。数据传输率为300KB/s的CD-ROM驱动器称为2倍速光驱,记为2X,依次类推。常见的光驱有48X、52X等。DVD的1倍速为1350KB/s,所以16倍速DVD光驱的数据传输率为21600KB/s。另外,带有刻录功能的光驱还有擦写速度和刻录速度。

一般情况下,速度越快的光驱性能越好。随着光驱速度的提高,容错能力、噪声和震动越严重,在刻录时最好使用低倍速,以便提高刻录的成功率。

b) CPU占用率

CPU占用率是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的比率,该指标是衡量光驱性能的一个重要指标。CPU占用率越低,系统整体性能的发挥就越好。一般光驱在使用质量比较好的盘片时,CPU占用率差别不大,当使用磨损非常严重的光盘时,CPU占用率会有很大的差异。

c) 缓存容量

光驱都带有缓存,这些缓存是实际的存储芯片安装在驱动器的电路板上,它在发送数据给PC之前可能准备或存储更多的数据。CD/DVD典型的缓存容量大小为128KB,可刻录CD/DVD驱动器一般具有2~4MB以上的大容量缓存,用于防止缓存欠载错误,同时可以使刻录工作平稳地写入。一般来说,驱动器越快,就需要更多的缓存,以处理更高的数据传输率。

d) 接口类型

光驱的接口是驱动器与系统主机的物理链接,它是从驱动器到计算机的数据传输途径,不同的接口也决定着驱动器与系统间数据传输速度。连接光驱与系统接口的类型有IDE、SATA、USB、SCSI、IEEE 1394等接口。

光驱的主要产品

光驱是计算机必不可少的设备,从CD-ROM、DVD-ROM到现在的COMBO、DVD刻录机都得到广泛的应用和普及。

CD-ROM是一种只读光盘存储器,它能读取CD、VCD、CD-R、CD-RW格式的光盘,但无法读取DVD格式的光盘。CD-ROM光驱具有较好的兼容性,较快地读取速度,目前最高可达到52倍速的读取速度,是在计算机中应用和普及最早的光驱产品。

COMBO驱动器就是把CD-RW刻录机和DVD光驱结合在一起的驱动器,即COMBO是集CD-ROM、DVD-ROM、CD-RW三位一体的一种光存储设备。

DVD刻录机是可以对DVD可刻录光盘进行DVD数据格式刻录的新型光存储驱动器。在其发展过程中,一共出现了DVD-RAM、DVD-RW及DVD+RW等几种不同规格。

蓝光光驱用来读写蓝光光盘,因为蓝光光盘的英文为Blu-ray Disc,缩写为BD,因此蓝光光驱又称BD光驱。蓝光光驱同样有BD-ROM(只读光驱)、BD-RW(刻录机)和BD-COMBO的区别。蓝光光驱向下兼容DVD,因此BD-ROM具有DVD-ROM光驱的全部功能,而且能够读取蓝光光盘。蓝光刻录机不仅具有DVD-RW刻录机和BD-ROM的全部功能,还有蓝光刻录功能,可以刻录蓝光光盘。