光驱和可移动存储设备

6.16.26.36.4CD光盘介质DVD光盘光盘驱动器可移动存储器6.1.1CD的种类CD自1980年诞生以来，衍生出多种类型的标准规格。这些标准规格书的封面皆以不同颜色分类，包括红、黄、绿、橘、白和蓝皮书，分别定义了CD-DA（DigitalAudio）、CD-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）、CD-I（CompactDiscInteractive）、CD-Recordable、VideoCD、Enhanced-CD等标准，如图6.1所示。图6.1不同CD标准规格的Logo1．CD的尺寸和材质CD虽然有多个标准规格，但它们的结构和工作原理大同小异。最常见的CD光盘外径为120mm，厚度1.2mm，如图6.2所示为80mm和120mm两种尺寸的光盘。按数据写入的方式，分为大批量生产的CD盘（工厂CD）和个人计算机制作的刻录盘（CD-R或CD-RW）。（a）（b）图6.280mmCD光盘（a）和120mmCD光盘（b）2．CD记录容量的计算下面以一张工厂CD为例介绍CD的数据记录方法。工厂CD的第二层（即反射层）的制作材料是铁或铝，数据存储在这里，光盘上存储的信息是按一定规则排列的，其形状像条条“轨道”，称为“光轨”，光轨由内至外呈螺旋线形状（类似蚊香圈，见图6.3），而不是硬盘磁道那样的同心圆。例如，数据光盘内在目录（TOC，TableofContents）中记录有起始地址的多个连续逻辑扇区为一轨；而音乐光盘内一首歌曲对应一条光轨，如一张音乐CD有15首歌曲，则对应15条光轨（也称CD音轨），光轨最多可达99条。图6.3光盘螺旋形光轨CD光轨分为许多“扇区”（或称“块.”），标准速度（1X倍速）下，光驱的激光头每秒读取75个扇区。光盘规格不同，每个扇区储存的信息（用户数据）量也不同。表6.1为常见的几种光盘规格的扇区大小。以CD-ROM的扇区大小2048B来计算，CD的1X倍速就是每秒读取2048B×75=150KB的数据，即1X倍速=150KB/s。光盘类型扇区中用户数据（字节）CD-DA2352CD-ROM2048VIDEOCD2336表6.1光盘扇区大小3．CD记录数据的原理光轨上凹陷下去的部分称为“坑”或“凹坑”（Pit），没有凹陷的平面部分称为“岸”或“平面”（Land），如图6.4所示。图6.4光盘反射层上的“坑”和“岸”CD驱动器依据激光在Pit/Land上反射信号的变化情况读取相应的二进制数据，例如，Pit/Land之间反射信号变化时表示二进制位1，信号保持不变表示0（见图6.5）。这样，“坑”和“岸”就具有了记录二进制信息的作用。图6.5Pit和Land记录数据的方法根据CD盘面上的信息分布方式，CD数据记录面分为导入区、数据记录区和导出区三部分。如图6.6所示，CD光盘中间沿径向到边缘可分为以下区域：图6.6CD光盘的区域划分中孔：15mm直径，用来在光驱托盘上固定光盘。固定区：15～46mm的透明圆环区域，该部分为空白，可以打印一些品牌信息。导入区：有一条信息光轨，称为导入光轨（Lead-inTrack），其中存放数据记录区的索引地址和光盘规格等信息，如音乐光盘中的歌曲目录、长度等，该部分损坏将导致无法定位数据记录区。数据记录区：存储相应的数据，如计算机程序、影像资料、音乐歌曲等。导出区：只有一条信息光道，称为导出光道（Lead-outTrack），表示数据记录区到此结束，导出区后没有其他信息。1．CD-R的工作原理CD-R具有刻录功能，CD-R刻录盘径向截面从反面（即亮面，或数据面）到正面共有4～5层，如图6.7所示。图6.7CD-R光盘的结构第一层是聚碳酸酯注塑成型的透明基盘。第二层是在衬盘上镀的一层很薄的有机染料层，也称记录层，该层决定了CD-R是否能够记录数据。第三层是用抗腐蚀材料，如金箔或银箔制作的反射层。第四层是涂漆保护层，用来保护反射层。第五层是用吸墨材料做的印刷层（也称标签层），用户可用喷墨打印机在CD-R印刷面上打印个性化信息，也可用软笔进行标注；如果该层为特制的“光雕”介质层，则可用光雕刻录机的激光“雕刻”功能在“光雕”介质层上制作光刻封面。2．CD-RW的工作原理CD-RW的记录层介于上、下两个绝缘层之间，下绝缘层用于在刻录期间将相变层多余的热量散发出去。与CD-R光盘使用的基于染料的记录层不同，CD-RW记录层通常使用由银、铟、锑和碲构成的晶状物（相变材料）。CD-RW驱动器采用一种名为光相变的技术，相变材料加热到一定的温度，冷却后会变成晶状物，但如果加热到更高的温度，再次冷却后就会变成非晶体。晶状物区使金属层可以更好地反射激光，而非晶状物部分有效吸收激光，因此不具有反射效应。如图6.8所示为CD-RW光盘的结构。图6.8CD-RW光盘的结构CD-RW设备采用三种不同的激光功率在记录层上实现这些效果：最高功率，称为“WritePower”，在记录层上创建一种非结晶（吸收激光）状态。中间功率，称为“ErasePower”，将记录层熔化，并转换成反射结晶状态。最低功率，称为“ReadPower”，不能改变记录层的状态，用于读取数据。6.2.1DVD与CD的异同DVD（DigitalVideoDisk，数字视频光盘）技术集计算机、光学记录技术和影视技术为一体，其目的是满足人们对大容量、高性能、高质量数字媒体存储的需求。DVD制作技术与CD基本相同，大小一般也为120mm，厚度为1.2mm，但是能存储相当于CD数倍甚至十几倍的数据，速度也有数倍的提高。DVD相比CD的主要区别如下：图6.9CD光盘（a）和DVD光盘（b）的坑间距对比更小的Pit（见图6.9）和更短的波长：CD的最小坑长度为0.834μm，采用波长为780～790nm的激光读取数据，而DVD的最小坑长度仅为0.4μm，采用波长为635～650nm的激光读取数据。更多的光轨：CD光轨间距为1.6μm，DVD光轨间距为0.74μm，这意味着DVD拥有比CD更多的光轨，实际上如果展开盘面上的光轨，CD有5.44km长，而DVD则长达11.84km。两层拼合：实际上，每片DVD数据盘只有0.6mm厚，为了达到标准的1.2mm厚度以保证质量并兼容CD，DVD盘都是两片拼合的。一层0.6mm的DVD盘基加上一层0.6mm的透明保护层，这种单面单层的DVD便是DVD-5，简称D5，它具有标准的DVD容量4.7GB；将两层DVD盘基“背靠背”拼合粘在一起，便成了双面单层的DVD-10，它的容量是4.7GB的两倍，为9.4GB。更快的速度：DVD规定，在1X倍速时，1秒钟要读676个扇区，按每扇区2048B计算，DVD1X倍速=1350KB/s，而CD1X倍速仅为150KB/s。DVD的1X倍速大约相当于CD的8X倍速。1．按DVD的格式分类DVD最初的格式是只读型的，即数据信息只能在工厂里记录一次，包括以下几种格式（见图6.10）。DVD-ROM：用于记录数据，包括计算机应用的多媒体数据，用途类似于CD-ROM。DVD-Video：用于记录家庭影音设备或DVD-ROM驱动器播放的视频信息，用途类似于VideoCD，而DVD-Video格式还具有版权保护功能。DVD-Audio：用于记录高品质多音轨音频，用途类似于AudioCD。图6.10不同规格DVD的Logo2．按盘片的容量分类DVD光盘采用两层拼合，每片DVD盘基只有0.6mm厚，基本存储容量为4.7GB，通过不同的组合，有不同的DVD规格。表6.2为目前较常用的DVD格式及其容量。我国市面上比较常见的是DVD-5和DVD-9格式的DVD影碟（DVD-10和DVD-18在美国居多）。每面2层的DVD盘，为DVD±RDL（DualLayer）、DVD-RDL和DVD+RDL规格。格式类型每面层数容量DVD-Video和DVD-ROMDVD-514.7GBDVD-928.5GBDVD-1029.4GBDVD-18217GBDVD-RAM（DVD-VR）14.7GB29.4GBDVD-R/+R14.7GB29.4GBDVD-RW/+RW14.7GB表6.2常用DVD格式及其容量市场上有三种可擦写DVD规格：DVD论坛（DVDForum）的DVD-RAM和DVD-R/RW，以及DVD联盟（DVDAlliance）的DVD+R/RW。DVD-R（见图6.11（a））的刻录原理与CD-R类似，也是用激光照射光盘染料层，利用反射原理记录数据，不同点在于染料成分不同。不同的染料对激光的敏感程度不一样，因此数据的保存时间和记录精度也不同。目前刻录盘所用的主要染料有PTC（酞菁）和AZO（偶氮）两种，前者价格低廉，市场上常见的CD-R都使用它；后者在数据记录精度和保存时间上有明显的优势，主要用于DVD-R盘片的生产。DVD-RW（见图6.11（b））的刻录原理与CD-RW类似，也采用相位变化的读/写技术。（a）（b）图6.11DVD-R（a）和DVD-RW（b）1．DVD-R/RW规格DVD-R/RW是由日本先锋（Pioneer）公司主导的规格，并得到DVD论坛的大力支持，该产品最初定位于消费类电子产品，主要提供类似VHS录像带的功能，可为消费者记录高品质多媒体视频信息。2．DVD-RAM规格DVD-RAM（见图6.12）是日立、松下和东芝等厂商率先开发的一种可擦写DVD标准，是最先问世的、可擦写的DVD规格，其特点是：格式化时间很短（不足1分钟），容量最高可达9.4GB，最初是为了满足PC用户备份数据的需要而开发的。与连续读取的DVD视频光盘不同，DVD-RAM采用随机访问的读/写方式（同样使用相变记录方式），使用起来更加方便。图6.12DVD-RAM3．DVD+R/RW规格DVD+R/RW是DVD+RWAlliance组织（与DVD论坛相抗衡的另一DVD标准制定组织）研发的，DVD+R被称为DVDRecordable（可记录式DVD），DVD+RW被称为DVDReWritable（可复写式DVD）。DVD+RW标准在制定之初就定位于消费类电子产品及计算机光存储产品，所以它既有DVD-RAM的易用性，又提高了DVD-RW的兼容性。虽然DVD+RW的格式化时间比较长，但是由于其能够在后台格式化，且格式化过程中就可以开始刻录数据，这样就提高了DVD+RW的刻录速度。Blu-rayDisc（BD，俗称蓝光光盘或蓝光DVD），是DVD的下一代光盘格式之一，用以存储高品质的影音及超大容量的数据。蓝光光盘是“蓝光光盘联盟”（Blu-rayDiscAssociation，BDA）策划的光盘规格，并以SONY公司为首于2006年开始全面推出相关产品。Blue-ray（蓝光）由于“在英语国家流于通俗、口语化，并具有说明性意义”而不能构成注册商标申请的许可，因此蓝光联盟将Blue去掉一个e，使用Blu-rayDisc注册商标（见图6.13）。图6.13蓝光DVDLogo蓝光光盘外形和普通DVD、CD相同，不同的是，当前流行的DVD采用波长为650nm的红色激光（称红光DVD）和广角镜头上比率为0.6的数字光圈聚焦镜头，盘片厚度为0.6mm。而蓝光DVD技术采用波长为450nm的蓝紫色激光，通过0.85的数字光圈，成功将聚焦的光点尺寸缩小到更小的程度。此外，蓝光DVD的盘片采用了0.1mm厚的光学透明保护层，以减少盘片在转动过程中由于倾斜而造成的读/写失常，这使得盘片数据的读/取更加容易，并为极大地提高存储密度提供了可能。图6.14为蓝光与红光DVD比较示意图。图6.14蓝光DVD（a）与红光DVD（b）比较示意图HD-DVD（见图6.15）是不同于蓝光的另一种技术，2008年2月19日，随着HD-DVD领导者东芝公司宣布将在3月底退出所有HD-DVD相关业务，持续10年的下一代光盘格式之争正式画上句号，最终由SONY公司主导的蓝光胜出。表6.3为蓝光DVD和HD-DVD的比较。图6.15HD-DVD的Logo6.3.1