5. Optički mediji

• Magnetski diskovi

• Zapisivanje na magnetski medij

• Klasteri i fragmentacija

• Klasično i zonsko snimanje podataka

• Logička i fizička geometrija

• Performanse

• Sučelje

• ATA naredbe i standardi, Ultra DMA

• Datotečni sustavi

Optički audio CD (CD-DA)

• snimanje od sredine spiralno prema rubu

• 22.188 staza dužine oko 5,7 km

• trag je skup uzastopnih sektora koji predstavljaju

jednu cjelinu, npr. jednu datoteku (pjesmu)

• brzina čitanja 1,2 – 1,4 m/s (CLV)

• ispupčenja visine 125 nm• Ispupčenje: 1 mm -> Polikarbonat 9,6 metara

• širina staze: 1 mm -> promjer diska : 75 m

Presjek medija:

1. polikarbonski nosivi supstrat2. aluminijski refleksni sloj3. zaštitni lak4. folija za natpis

Čitanje

• Laserska zraka u dodiru s površinom aluminijskog refleksivnogsloja široka približno 1,7 µm a na površini polikarbonata približno0,7-1 mm, odnosno približno 600 puta šira.

• Neosjetljivo na čestice prašine koje se nakupe na CD-u. Kodispupčenja širokih približno 0,5 µm laserska zraka širine 1,7 µm osvjetljava i dio okolnog prostora što je za otkrivanje ispupčenjavrlo važno.

Zapisivanje na optički medij

3054 nm100000000000T11

2777 nm10000000000T10

2499 nm1000000000T9

2221 nm100000000T8

1944 nm10000000T7

1666 nm1000000T6

1388 nm100000T5

1111 nm10000T4

833 nmm1000T3

Duljina zapisaBinarna vrijednostkod

EFM modulacija (eight to fourteen modulation)

Zapisivanje na optički medij

Lasersko svjetlo valne dužine 780 (790)nm

• Na difrakcijskoj rešetci se zraka cijepana tri malo razmaknute zrake.

• Prolazeći kroz sustav leća, zrake se fokusiraju na stazu i međuprostorelijevo i desno od nje.

• Zrake se reflektiraju od aluminijskepovršine CD-a i vraćaju istim putemnatrag.

• Optička glava je kod čitanja udaljenaod CD-a približno 1 mm.

• Reflektirane zrake se projiciraju kroz• konveksnu leću na spot detektore. • Srednji detektor služi za detektiranje• podataka, detektori sa strane za

navođenje laserske glave.

Zapisivanje na optički medij

Zapisivanje na optički medij

• Ako svjetlo padne na ispupčenje počne se reflektirati na više strana i slabi

• Drugi dio slabljenja reflektiranog svjetlapočiva na koherentnosti laserskog vala.

• Laserska zraka širine 1,7 µm reflektira istu količinu svjetla s ispupčenja širine 0,5 µm i okoliša

• Reflektirane zrake su u protufazi te se poništavaju jer:

• Valna duljina lasera u polikarbonatu je 500 nm, a ispupčenje je debljinepribližno 125 nm (λ/4).

• Put svjetla koje se odbije od ispupčenja je u pomaku za 250 nm (λ/2) u odnosu na svjetlo reflektirano od ravnog dijelarefleksivne površine.

• U takvom slučaju nema refleksije, senzordetektira tamu iako je i ispupčenje i okolinaispupčenja od istog materijala – visokoreflektirajućeg aluminija.

CD – DVD usporedba

Brzina čitanja

• Kod glazbe nema razloga za brže čitanje CD-a. Do brzina 12x je korišten CLV postupakčitanja.

Kod većih brzina se rabi CAV (jeftiniji motori). Da bi dekodirala kodove T3 do T11 elektronika mora dakle, točno znati nakojem se dijelu diska nalazi i ovisno o tome preračunati njihove dužine.

Prostor za ubrzanja je DVD, Blue Ray iliHolografski medij.

Organizacija zapisivanja

• CD-DA je organiziran u 1-99 tragova (pjesama) minimalne dužine 300 sektora.

• Jedan sektor traje 1/75 sekunde a obuhvaća 98 okvira (engl. frame). Svaki okvir sadrži 6 stereo uzorakaod 16 bita što je jednako 24 bajta (8 bitna) ili ukupno 192 bita.

• CIRC izračunava korekcioni koddugačak 2x4 bajta za ispravljanjepogrešaka, te ih pridružuje uz 24 bajta audio podataka. K tome dolazijedan bajt s kontrolnim i upravljačkim podatcima kojezovemo subkanal. (33 bajta). NakonEFM kodiranja dodaju se 3 odvojnabita. Time dobivamo 561 bita što s 24+3 EFM sinkronizacijska bita(početak svakog okvira) činisveukupno 588 bita. Dakle, da bismopohranili 192 bita glazbe, potrebnonam je na CD smjestiti 588 bita. Imamo dakle nadgradnju (eng. overhead) faktor 3,0625 (588/192) ili preko 306%.

CD-ROM

• Sektor kod audio CD-DA-a nema header pa nije mogućeizravno pronaći jedan sektor.

• Kod CD-ROM-a od 48-50 mm je lead-in dio u kojemusu smješteni TOC podaci (Table Of Content)

• TOC sadrži broj tragova, početne položaje tragova, brojprvog traga, broj zadnjeg traga i položaj početka lead-outa.

• Lead-in sadrži digitalnu tišinu u području korisničkihpodataka a u upravljačkim P- i Q-subkanalima imapohranjen TOC.

• Lead-in se na CD upiše kada je snimanje CD-a završeno, a može biti dugačak maksimalno 4.500 sektora (9 MB). On sadrži i informaciju o tome da li je disk isprženodjednom ili višekratno (multisession), kada su mogućadodatna snimanja podataka.

CD-ROM

• 50 mm – 116 mm je smješten korisnički zapis

• U području od 116 mm pa dalje se nalaze lead-out podaci

• Lead-out nema korisničkih podataka. Upravljačkeinformacije smještene su u P- subkanalu i daju uređaju zareprodukciju na znanje da se nalazi u lead-out području

• Digitalna tišina u korisničkom kanalu deklarira krajprograma. Prvi lead-out je dugačak 6750 sektora

• Svaki dodatni lead-out, kod multisession snimki, je dugačak2250 sektora

• Iz toga je jasno da kod "prženja" CD-a treba obratiti pažnjuna činjenicu da svaka nova seansa prženja donosi novi lead-in i lead-out koji zajedno potroše od 13- 23 MB.

CD-ROM – DAO i TAO snimanje

• DAO snimanje predviđa snimanje SVIH podataka u jednom postupku, bez prekida, sa dodanim zaključnim lead-inom i lead-outom tako da dodavanje daljnih trackovabez obzira na dovoljno praznog mjesta na disku, nije moguće. Zaključni lead-in nema adresu na kojoj bi se nastavilo snimanje.

TAO omogućava "prženje" diska u više navrata. (multisession). Minimalan trag ima300 (600 za data CD) sektora. Na kraju svakog snimanja se snimi lead-out i lead-in s adresom gdje će početi snimanje slijedećeg traga. CD nije zaključen.

• .

CD-ROM - formati

• Jednokratno snimljeni podaci napočetku imaju lead-in i na kraju lead-out. I ovdje nakon unesenog lead-ina i lead-outadaljnje snimanje više nije moguće.

• Multisession podaci su snimani u višenavrata. Postoje odvojeni lead-out odnosnolead-in između paketa s podacima. Prvakombinacija lead-out/lead-in duga je gotovo23 MB (13,5 MB + 9 MB). Svaka daljnjatakva kombinacija je kraća i iznosi nešto višeod 13 MB. Svako etapno snimanje je završeno kada se upiše TOC, lead-in i lead-out. Na preostali prazan prostor diska se mogu dodavati daljnji podaci sve dok se disk definitivno ne zatvori lead-inom u kojemnema adrese na koju se može dodati daljnjasnimka.

• MIXED kao prvi session na unutrašnjemdijelu diska pohrani audio tragove, a u drugom sessionu na rubu diska pohranidigitalne podatake.

• Paketno snimanje je slično disketi, uz gubitak > 100 MB. Program za snimanjeformatira disk i omogućava paketnosnimanje.

CDFS

Level 1 ISO 9660 definira npr. imena datoteka u obliku 8+3 kao što to čini MS-DOS. Dozvoljenialfanumerički znakovi su A-Z, 0-9, ".", i "_". Level 1 ISO 9660 zahtjeva da datoteka mora biti zapisanau jednom kontinuiranom području uzastopnih sektora. Na taj način se datoteka može pohraniti ako je poznata početna adresa i broj sektora koje će datoteka za pohranu trebati. Najveća dubina imenika je osam razina.

Level 2 ISO 9660 dozvoljava duža imena, te na taj način prestaje biti upotrebljiv za DOS operacijskisustav.

Level 3 ISO-9660 dozvoljava da datoteka ne mora biti u jednom neprekidnom području. Pohrana možebiti u nekoliko područja koja ne moraju nužno biti susjedna. Na taj način su otvorena vrata za eng. packet writing software.

Microsoftov Joliet mijenja pravila o formatu imena datoteka, koja od tada mogu biti duža i nisu vezanaza ASCII kod te je tako postao kompatibilan sa Windows 95 i dolazećim generacijama Windowsima.

Od 1999. kad je donijeta zadnja dopuna standarda 9660 dopuštena su imena duga do 207 alfanumeričkihznakova te dublji imenici.

Jedno od ograničenja je veličina datoteke. Kod 32 bitnih sustava je to 232-1 ili 2 GB. To je maksimalnaadresa koja se sa 32 bita može ostvariti. Windows XP je u stanju datoteke veće od 2 GB podijeliti u komade manje od 2 GB i tako ih pohraniti. Neki sustavi koji podržavaju samo ISO 9660 level 2 i 3 to ne mogu.

CD-R

Između refleksivnog sloja i polikarbonata smješten optički aktivan sloj AZO refleksivnostiod 40% do 70%.

Valna dužina laserskog svjetla je zbog kompatibilnosti ista kao kod audio CD-DA.

Snima i čita se CLV metodom

CD-R prazan i djelomično snimljen medij

Vijugavošću spirala u nesnimljen medij se utiskuju informacije: oznaka proizvođača, preporučena snaga lasera i dužina medija.

PCA (Power Calibration Area)je dio diska nakojem se s laserom snimi probna sekvenca iodabire optimalna snaga lasera.

PMA (Program Memory Area) je dio diska nakojem se spremaju podaci o izvršenimsnimanjima. Tek nakon što su sva snimanjazavršena, PMA se prenosi u TOC i time disk finalizira.

CD-R potpuno snimljen medij

• PCA i PMA više nisu vidljive jerinformacije o njima nisu stavljeneu TOC.

• Raspored snimljenog materijalana CD-R i CD-DA identičan

CD-R snimanje

CD-RW

•Optički aktivan sloj - legura srebra, indija, kositra i telura koja u kristalnom stanju ima srebrenkasto-ljušturastu površinurelativno visokog sjaja.

•Legura ima dva agregatna stanja, može naime biti i amorfna, kada je znatno tamnija i slabo reflektira svjetlo.

•Ta razlika u refleksivnosti ta dva stanja se rabi za stvaranje zapisa u obliku svjetlo, tama ili nula i jedan.

CD-RW – snimanje i brisanjePredviđeno mjesto se zagrije jednim kratkim ali snažnim infracrvenimlaserskim impulsom valne dužine 780 nm a tipične snage približno14 mW (kod pogona 2x). To je dovoljno da trenutno temperaturaskoči i do 700° C, što je dovoljno da se legura otopi, i zbog veliketemperaturne razlika prema okolini, vrlo brzo ohladi. Zbog brzoghlađenja ne uspije se oformiti kristalna rešetka, nastane amorfni materijalslabe refleksivnosti.

Kod brisanja se materijal zagrije laserskim impulsom niže snage, uobičajeno približno 8 mW (kod pogona 2x), ali tako da se ne postignetemperatura taljenja. Proces hlađenja je nešto duži, tako da materijal imavremena kristalizirati, što je prikazano na donjem dijelu slike. Iz opisanogamožemo odmah shvatiti da je novina laserski snop koji se rabi s nekoliko razina snage, što kod CD-DA i kod CD-ROMa nije bilo potrebno

CD-RWRazlika u svjetlini je relativno mala.Refleksivnost takvog materijala je tek 15- 25 % što je mnogo manje nego kod prve generacije CD-DA s aluminijskim refleksivnim slojem koji se ponaša kao zrcalo s visokomrefleksivnošću. Ta činjenica je važna ako promatramo kompatibilnostCD-RW medija. Mnogi stariji pogoni te informacije ne mogu čitati.

CD-RW - brisanjePun disk: laserskom zrakom u kontinuitetu zagrijati cijelu spiralu namediju do ispod točke taljenja i na taj način pretvoriti sve njene segmenteu kristalnu masu više refleksivnosti, dakle obrisati zapisano. ("blancking")

Djelomično pun disk, a želimo dio podataka izbrisati, možemo to učiniti u TOC (eng. table of content).Da bi se sada na te postojeće ali nepotrebne podatke mogli zapisati novipodaci (i to bez prethodnog brisanja), rabi se kombinirani postupakistodobnog brisanja i pisanja u jednom kontinuitetu.

kompatibilnostPitanje sukladnosti (kompatibilnosti) postaje kod CD-RW medija važno. Taj medij ima refleksivnost samo 15-25%, laserska zraka ima tri intenziteta, kod zapisa se koriste PCA i PMA, te osim CLV, uvedena je i CAV (eng. constant angular velocity).

CD-RW - brisanjeKao i obično su prvi pogoni za snimanje i mediji na tržištu dobilibrzinsku oznaku 1x. Uskoro su se pojavili pogoni sa brzinama 2x i 4x. Njih je industrija nazvala "Low Speed", "Normal Speed" ili "Multi-Speed". Kasnije modele s brzinama 4-10x ili 4-12x su nazvali modelima"High Speed ", modele s brzinama 10-24 "Ultra Speed" i na koncumodele sa brzinama 16-32x i većim "Ultra speed +". Organski CD-R ima trajnost od 50 do 200 godina, a anorganski CD-RW od 20 do 100 godina. Svatko bi očekivao obratan rezultat.