第2章 外存储器及驱动器 2.3 光盘和光盘驱动器,2.3.1 光盘,多媒体信息被数字化后形成五种类型的数据：图像（Images）、声音（Audio）、MIDI文件（电子音乐）、文本（Text）和动画（Animation）， 保存这些数据需要巨大的存储空间，软盘和硬盘都难以胜任，只能使用光盘进行存储和传播。光盘（Compact Disk，简写为CD）也称为光碟，具有存储密度高、容量大、抗恶劣环境、数据保存时间长、工作稳定可靠、便于携带、单位价格低廉等优点。尤其是存储容量大和数据保存时间长更是其他存储介质所不能比拟的，如一片12cm的CD-ROM光盘，存储容量约为650MB，保存时间可以长达100年。,2.3.1 光盘,光盘的数据存储 光盘是用盘面上有无凹坑来存储1、0信号的，光盘的上表面不存储信息，通常印刷商标、信息说明等。信息记录在下表面，用平坦（lands）记录0，用凹坑（pits）记录。下表面外覆盖一层保护涂层，这样可以保护盘片不被划伤。,光盘上、下表面,2.3.1 光盘,光盘的数据读取光盘驱动器发出一束很细的（直径1m）激光束照射光盘表面，由于写1的凹坑和记0的平坦处的反射系数不同，所以接收器接收到的反射激光强度便不同，从而达到读取数据的目的。光盘的记录格式光盘的数据记录格式与磁盘不同，是把数据记录在一条由内向外、连续的螺旋形路径上，称为光道。螺旋形光道对于顺序读取大块数据，例如音频信号是极理想的，而且使光盘可以充分利用激光唱片的成熟技术。但与环形磁道的磁盘相比，随机检索的速度要慢得多。光盘可以逻辑地划分为若干个轨道（track），轨道的长度可以不等，最多可分成99个轨道。每个光盘划分了270000或330000个扇区，每个扇区2048字节。光盘把图像、文字、MIDI文件、动画等非声音数据都放在第一道中，第二道以后存放声音数据。第一道的数据格式与MS-DOS格式兼容，也就是说，可以像对磁盘一样用普通的DOS命令处理光盘上的数据（但不能写入）。,2.3.1 光盘,光盘的种类只读型光盘CD-DA（Compact Disk-Digital Audio，即数字化音频唱片），我们通常称为激光唱片或CD唱片，单面、数字方式、声音信号未经压缩，可播放74分钟。这是最早的光盘标准，称为红皮书（Red Book）标准。CD-ROM（Compact Disk Read Only Memory，只读式紧凑光盘）简称只读光盘，只能读取数据，不能写入。CD-ROM的国际标准称为黄皮书（Yellow Book ）标准。CD-ROM除了保留CD-DA的数据模式外，又增加了两种光道格式， 可以用来存储计算机数据和压缩的声音图像数据。最常见的CD-ROM的直径为12cm（4.75英寸），少数为14cm（5.25英寸）或 8cm（3.5英寸），如图2.15即为12cm的CR-ROM。CD-ROM上的数据是在制造时生成的，以后不能再改变，因此也不存在存储数据丢失的问题。从理论上讲，从光盘读取数据是无损的，所以其读取次数也是无限的。CD-I（交互式光盘）与前两种光盘标准不兼容，用于存放压缩的立体声视频信号。CD-I的国际标准称为绿皮书（Green Book）标准。,2.3.1 光盘,CD-ROM/XA（eXpanded Architecture，扩展结构）是Philips、Microsoft、SONY公司联合制定的一种标准，与CD-I光盘类似，将图像和声音交叉存放在一起，VCD（Video CD），称为白皮书（White Book）标准。 由于采用了数字图像压缩编码技术，可以将长达74分钟的视频活动图像录制在光盘上，称为VCD或小影碟，可在CD-ROM光驱中直接播放。LD（Laser Disk，激光视盘）又称为镭射影碟，图像、声音是以模拟方式存储的，未采用压缩处理技术，正反面均刻有信息，可播放两小时，其图像分辩率比VCD要高。只能在激光影碟机中播放，不能直接在计算机上播放。Photo CD称为图片光盘或照片光盘，是柯达公司推出的一种基于CD- ROM/XA的光盘读取格式， 一张640KB标准光盘可存入700张电视分辩率的照片和60 分钟的声音。,2.3.1 光盘,DVD（Digital Versatile Disk），也采用12cm的光盘，最早出现的DVD（Digital Video Disc）只是一种数字影碟，而现在的DVD不只局限在数字影碟这个范畴。DVD采用MPEG-2标准，存储容量为4.7GB，可储存133 分钟的高分辩率全动态影视节目，其中还包括七个杜比数字化环绕声音轨道。由于光源不同，DVD 光盘不能在普通的CD-ROM光驱中使用，如右图所示。,2.3.1 光盘,追记型光盘WORM（Write Only Read Many，一次写入、多次可读）光盘也称为CD-R，所有的存储空间都允许用户写入一次信息，但一旦写入了信息便不可擦除或更改。对于未写完的空间，可以继续写入信息，使用寿命约30年。,2.3.1 光盘,可擦写型光盘可擦写型（Rewritable）光盘有磁光型（MO）和相变型（PL）两种。相变型光盘利用激光与介质薄膜相作用时，激光的热和光效应使介质在晶态、非晶态之间的可逆相变来实现反复擦写，但晶相转变速度慢、存取时间长。磁光型光盘则是利用热磁效应使磁光介质微量磁化取向向上或向下来实现信号记录或读出，存储速度快、介质寿命长。目前磁光型光盘在实用方面相比相变型光盘来说处于领先地位 。,2.3.2 光驱,光盘驱动器又称为光盘机，是专门用来在光盘上读写数据的光盘驱动设备。按其使用的光盘可分为：CD-ROM驱动器、CD-R光盘刻录机（可读CD-ROM、读写WORM）和MO驱动器（可对MO盘反复读写，但不兼容CD-ROM和WORM）、DVD光驱。CD-ROM驱动器，习惯上称为光盘驱动器或光驱，是多媒体计算机必须配备的设备。在系统中，CD-ROM驱动器的盘符一般在微机系统中所有的物理、逻辑硬盘盘符之后。,光驱的种类光驱有外置式和内置式两种，微机上通常使用内置式光驱 。,2.3.2 光驱,目前光驱的接口类型主要有四类：（1）IDE接口此类光驱可以接在多功能卡或主板上的IDE接口，安装简单、经济实用，是目前最为流行的光驱。（2）SCSI接口 此类光驱兼容性较好、接口速度快，是光驱的发展方向，但需要另外配置SCSI接口卡，由于SCSI卡价格昂贵，目前在微机上使用不多。（3）并行接口 即把光驱接在并行打印接口上，这类接口的光驱都是外置式光驱。（4）USB接口 这是最新的外置式光驱。,SCSI接口光驱、SCSI接口卡和SCSI数据电缆。,2.3.2 光驱,CD-ROM的性能指标数据传输率（data transfer rate）数据传输率是光驱最基本的性能指标，它是指光驱在1s内所能读取的最大数据量。平均访问时间（Average access time）平均访问时间又称“平均寻道时间”，是指光驱的激光头从原来的位置移动到指定的数据扇区，并把该扇区上的第一块数据读入高速缓存所花费的时间。CPU占用时间（CPU Loading）CPU占用时间是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间。数据缓冲区（Buffer）数据缓冲区是光驱内部的数据存储区，主要用于存放读出的数据。数据缓冲区的工作原理和作用与主板上的Cache相类似，可以有效地减少读取盘片的次数，提高数据传输率。光盘格式兼容性（CD format compatibilities）根据MPC3标准，光驱应支持CD-DA、CD-ROM/XA、CD-I、Photo CD、CD-R、VCD等光盘格式。,2.3.3 光盘刻录机,CD-R及CD-RW的刻录原理在刻录CD-R盘片时，通过大功率激光照射CD-R盘片的染料层，在染料层上形成一个个平面（Land）和凹坑（Pit），光驱在读取这些平面和凹坑的时候就能够将其转换为0和1。由于这种变化是一次性的，不能恢复到原来的状态，所以CD-R盘片只能写入一次，不能重复写入。CD-RW的刻录原理与CD-R大致相同，只不过盘片上镀的是一层200500（110-8cm）厚的薄膜，这种薄膜的材质多为银、铟、硒或碲的结晶层，这种结晶层能够呈现出结晶和非结晶两种状态，等同于CD-R的平面和凹坑。通过激光束的照射，可以在这两种状态之间相互转换，所以CD-RW盘片可以重复写入。刻录机的接口规格刻录机与主机相连的接口主要有IDE、SCSI、USB和IEEE1394等，内置式的多为IDE或SCSI接口，外置式刻录机则为IEEE1394接口或USB接口。早期的刻录机大多是SCSI接口，SCSI接口的刻录机占用系统资源少，刻录时相对稳定，不过必须安装SCSI卡，过程比较烦琐，价格也较高。目前安装简单、价格低廉的IDE、USB接口刻录机成为主流。,2.3.3 光盘刻录机,刻录机的速度刻录机和普通光驱一样也有倍速之分，只不过刻录机有三个速度指标：刻录速度、复写速度和读取速度。比如说某刻录机标称速度为401248，如右图所示。说明此刻录机刻录CD-R盘片的最高速度为40，复写和擦写CD-RW盘片的最高速度为12，读取普通CD-ROM盘片（包括CD-R和CD-RW）的最高速度为48。,SONY外置刻录机及外包装,2.3.4 DVD光驱,DVD读取原理与速度DVD的读取原理和CD一样，利用激光照射盘片表面，随着表面上有无坑洞、反射不同表现出0、1信号，只是DVD的读取技术比现有的CD更精密。DVD激光波长：DVD的激光波长为650nm，比现有CD的780nm更精细，因此DVD可以用更紧致的方式排列光轨与坑洞，以达到容量倍增的目的。DVD盘片密度：光盘密度的衡量，是比较光道间距与最小坑长，以往CD的光道间距为1.6m，而DVD则是0.74m，同样直径的光盘片下，DVD的轨道数至少可比CD多2 倍。而光坑的长度越短，则每单位长度的光道可以写入更多的数据，如CD的最小坑长为0.83m，DVD则为0.4m，超越CD近两倍。因激光光波长短、光道间距小、光坑短，使DVD容量超越CD，在同样转速下读取速度也快。1倍速DVD光驱读取数据量约为1358KB/s，远超过1倍速光驱的150KB/s。单双层面：CD、VCD光盘只能在背面记录数据，而DVD与LD正反面都可储存，DVD每一面还可以设计成双层架构，只要DVD光驱的光盘读写将焦距移至第二数据层，就可以读取第二层的数据，不过因为藏于深层，为排除信号干扰，其储存量不如外部第一层多。,2.3.4 DVD光驱,DVD的主要特点DVD具有其他影音产品无可比拟的特点：大容量、高画质、高音质、高兼容性。（1）大容量DVD光盘与CD光盘直径均为12cm，从表面上看两者很相似，但实质上有着本质的差别。DVD可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种。CD盘的容量为680MB，仅能存放74分钟VHS质量的动态视频图像，而单面单层DVD光盘的容量为4.7GB（约为CD光盘容量的7倍），能够存放接近于广播级电视图像质量的133分钟长的整部电影。双面双层DVD光盘的容量更是高达17GB（约为CD光盘容量的26倍）。（2）高画质DVD采用国际通用的活动图像压缩标准MPEG-2，现阶段DVD-Video产品选用MPEG-2的11种规范中的主型主级规范MPML（即NTSC制式电视720像素/行576行/帧，30帧/秒；PAL制式电视720像素/行488行/帧，25帧/秒，数据传输速率最大为15Mbps），达到广播级电视图像质量（其水平分辨率为500线以上）。要实现更高清晰度的画质，还可选用MPEG-2中对应的高级规范。DVD还具有多结局（欣赏不同的多种故事情节发展）、多角度（从9个角度观看图像）、变焦（Zoom）和父母控制（切去儿童不宜观看的画面）等新功能。画面的长宽比有3种方式可选择：全景扫描、4:3普通屏幕和16:9宽屏幕方式。,2.3.4 DVD光驱,