CD-ROM

更新时间:2024-06-03 08:36

CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory)即只读光盘,是一种在电脑上使用的光碟。这种光碟只能写入数据一次,信息将永久保存在光碟上,使用时通过光碟驱动器读出信息。CD的格式最初是为音乐的存储和回放设计的,1985年,由SONY和飞利浦制定的黄皮书标准使得这种格式能够适应各种二进制数据。有些CD-ROM既存储音乐,又存储计算机数据,这种CD-ROM的音乐能够被CD播放器播放,计算机数据只能被计算机处理。

定义

CD-ROM ,光盘只读存储器,一种能够存储大量数据的外部存储媒体,一张压缩光盘的直径大约是4.5英寸,1/8英寸厚,能容纳约660兆字节的数据。所有的CD-ROM盘都是用一张母盘压制而成,然后封装到聚碳酸酯的保护外壳里。记录在母盘上的数据呈螺旋状,由中心向外散开,磁盘表面有许许多多微小的坑,那就是记录的数字信息。读CD-ROM上的数据时,是利用激光束扫描光盘,根据激光在小坑上的反射变化得到数字信息。盘中的信息存储螺旋形光道中。

读取

CD-ROM驱动器的速率以“X倍速”表示,其速率的标准有2倍速,4倍速,8倍速等,目前可达到50倍速。随着技术的发展,已出现了数字多功能磁盘(DVD),它的存储容量更大,现已达到9.4千兆字节,还有更高的,而且图像清晰度更好,高保真效果也更好。

CD-ROM 为计算机所使用的光盘规格,其读取光盘片的设备就称为光驱(CD-ROM),储存在光盘片上的数据是以雷射光读取的,而非磁性方式读取,所以光盘的保存可长达数十年。计算机所使用的光盘片格式与普通家中镭射唱盘所播放的音乐光盘(CD)格式相同,一片光盘片的数据容量高达650MB (74 min),约为450片的1.44MB软盘片之多。一般软盘片是可擦写的,但光盘片只能读取数据,而不能写入数据 (如果有CD-R可烧录式光驱及CD-R空白片加上烧写软件,则可以在光盘片上写入数据)。目前大多数的计算机都将CD-ROM列为标准配备,而 CD-ROM的转速从1倍、2倍.....24倍、32倍,到现今最快的40倍...,速度的世代交替非常快,另计算机系统所使用的光盘片也称为CD-Title。

规格

CD-ROM规格的黄皮书由PhilipsSony微软于1983年推出,经历了多次修正,黄皮书采用了CD-DA红皮书)的物理格式,并添加了一层错误检测和纠正的标准,以保证数据存储的可靠性。另外还增加了同步和标示信息以便更加准确地定位。黄皮书规定了两种模式,分别提供了不同的检错和纠错机制,这是因为存储数据文档(计算机文件)不允许有任何错误,而视频影像和声音等数据则可以允许少许错误。1989年,黄皮书被ISO接受为120mm只读光盘(CD-ROM)数据交换国际标准-ISO/IEC 10149。

CD-ROM是一种只读光存储介质,能在直径120mm(4.72英寸)、1.2mm(0.047英寸)厚的单面盘上保存74~80分钟的高保真音频,或682MB(74分钟)/737MB(80分钟)的数据信息。CD-ROM与普通常见的CD光盘外形相同,但CD-ROM存储的是数据而不是音频。PC里的CD-ROM驱动器读取数据和CD播放器方式相似,主要区别在于CD-ROM驱动器电路中引进了检查纠错机制,保障读取数据时不发生错误。

原理

CD-ROM光盘由碳酸脂做成,中心带有直径15mm的孔洞。在盘基上浇铸了一个螺旋状的物理磁道,从光盘的内部一直螺旋到最外圈,磁道内部排列着一个个蚀刻的“凹陷”,由这些“凹坑”和“平地”构成了存储的数据信息。由于读光盘的激光会穿过塑料层,因此需要在其上面覆盖一层金属反射层(通常为铝合金)使它可以反射光,然后再在铝合金层上覆盖一层丙烯酸保护层

需要注意的是CD-ROM光盘的表面变脏和划伤时都会降低其可读性。尽管光盘是从下方读取的,尽量避免使用圆珠笔之类的硬制笔在光盘正面写字,容易划伤保护层下的数据层

速度

CD-ROM读取速度是指光存储产品在读取CD-ROM光盘时,所能达到最大光驱倍速。因为是针对CD-ROM光盘,因此该速度是以CD-ROM倍速标称,不是采用DVD-ROM的倍速标称。目前CD-ROM所能达到的最大CD读取速度是56倍速;DVD-ROM读取CD-ROM速度方面要略低一点,达到52倍速的产品还比较少,大部分为48倍速;COMBO产品基本都达到了52倍速。

对于50倍速的CD-ROM驱动器理论上的数据传输率应为:150×50=7500K字节/秒。其实光驱读盘的速度快慢差别并非十分重要。这是因为在高倍速光驱的时代,各种光驱在读盘速度上都有长足进步,已经不再是计算机系统中拖后腿的部件。而且,目前高倍速光驱的标称值只是在理想情况下读外圈的最高速度,实际应用中多数时间达不到这个理想状态,一般也就是24速的样子。因此不管是36速、40速还是50速的光驱,实际使用起来主观感觉差别不是很大。当然,高速的光驱可能更有优势,但它也有CPU占用率高、噪声大、振动大、耗电量大、发热量大等副作用。某些品牌的光驱,高速的品种反而不如低速的品种好,因此在选购光驱时我们不必强求光驱的速度。如果实在囊中羞涩的话,建议大家还是选择较低倍速的光驱,因为其价格便宜,而且性能也不会太差。但是只有在高速光驱(24速以上CD-ROM)才能读出CD-RW光盘的数据,在选购光驱时应当注意。

发展

纸的发明极大地促进了人类文明的进步,它记载了人类文明的发展史,造就了一批新兴的工业。 从信息存储的角度看,CD-ROM完全可以看成一种新型的纸。一张小小的塑料圆盘,其直径不过12厘米(5英寸),重量不过20克,而存储容量却高达600多兆字节。如果单纯存放文字,一张CD-ROM相当于15万张16开的纸,足以容纳数百部大部头的著作。

但是,CD-ROM在记录信息原理上却与纸大相径庭,CD-ROM盘上信息的写入和读出都是通过激光来实现的。激光通过聚焦后,可获得直径约为1微米(μm)的光束。据此,荷兰飞利浦(Philips)公司的研究人员开始使用激光光束来进行记录和重放信息的研究。1972年,他们的研究获得了成功,1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘(LD,Laser Vision Disc)系统。

从LD的诞生至今,光盘有了很大的发展,它经历了三个阶段:①LD-激光视盘;②CD-DA激光唱盘;③CD-ROM。下面简单介绍这三个阶段性的产品特点。

LD-激光视盘

它就是通常所说的LCD,直径较大,为12英寸,两面都可以记录信息,但是它记录的信号是模拟信号模拟信号的处理机制是指模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FM(Frequency Modulation)频率调制线性叠加,然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。

CD-DA激光唱盘

LD虽然赢得了成功,但由于事先没有制定统一的标准,使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。1982年,由飞利浦公司和索尼(Sony)公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书(Red Book)标准。由此,一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同,CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM脉冲编码调制)数字化处理,再经过EFM(8~14位调制)编码之后记录到盘上。数字记录代替模拟记录的好处是:对干扰和噪声不敏感;由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。

CD-ROM

CD-DA系统取得成功以后,这就使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到,利用CD-DA作为计算机大容量只读存储器。但要把CD-DA作为计算机的存储器,还必须解决两个重要问题:①建立适合于计算机读写的盘的数据结构;②CD-DA误码率必须从现有的10-9 降低到10-12 以下。由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Yellow Book)标准。这个标准的核心思想是:盘上的数据以数据块的形式来组织,每块都要有地址。这样做后,盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上迅速找到。为了降低误码率,采用增加一种错误检测和错误校正的方案。错误检测采用了循环冗余检测码,即所谓CRC;错误校正采用里德-索洛蒙(Reed Solomon)码。

黄皮书确立了CD-ROM的物理结构,而为了使其能在计算机上完全兼容,后来又制定了CD-ROM的文件系统标准,即ISO9660。有了这两个标准,CD-ROM在全世界范围内得到了迅速推广和愈来愈广泛的应用。在80年代中期,光盘的发展非常快,先后推出了WORM光盘、CD-ROM光盘、磁光盘(MOD)、相变光盘(PCD,Phase Change Disk)等新的品种。这些光盘的出现,给信息革命带来了很大的推动。

结构

对CD唱盘(CD-DA)结构了解的人,从物理上也不难理解CD-ROM。CD-ROM使用了与CD-DA相同规格的盘和光学技术,以及相同的原版盘制作和压制方法。这两种盘的主要差别是盘上的数据结构,以及数据寻址和纠错能力。下面介绍CD-ROM盘及其物理数据结构。

CD-ROM盘片

标准的CD-ROM盘片直径为120毫米(4.72英寸),中心装卡孔为15毫米,厚度为1.2毫米,重量约为14~18克。CD-ROM盘片的径向截面共有三层:

(1)聚碳酸酯(Polycarbonate)做的透明衬底;(2)铝反射层;(3)漆保护层;

CD-ROM盘是单面盘,不做成双面盘的原因,不是技术上做不到,而是做一片双面盘的成本比做两片单面盘的成本之和还要高。因此,CD-ROM盘有一面专门用来印制商标,而另一面用来存储数据。激光束必须穿过透明衬底才能到达凹坑,读出数据,因此,盘片中存放数据的那一面,表面上的任何污损都会影响数据的读出性能。

编码

为了在物理介质上存储数据,必须把数据转换成适于在介质上存储的物理表达形式。习惯上,把数据转换后得到的各种代码称为通道码。之所以叫通道码,是因为这些代码要经过通信通道。通道码并不是什么新概念,磁带、磁盘、网络都使用通道码。可以说,所有高密度数字存储器都使用0和1表示的通道码。如软磁盘,它就使用了改进的调频制MFM ,Modified Frequency Modulation)编码,通过MFM编码把数据变成通道码。

CD-ROM和CD-DA一样,把一个8位数据转换成14位的通道码,称为8-14调制编码,记为EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)。根据通道码可以确定光盘凹坑和非凹坑的长度。

数据结构

由于CD-ROM产生的技术背景是CD-DA,加上其螺旋形线型光道结构、以恒定线速度(CLV)转动、容量大等诸多因素,导致CD-ROM的数据结构比硬磁盘和软磁盘的数据结构复杂得多。

CD-ROM盘区划分为三个区,即导入区(Lead-in Area)、用户数据区(User Data Area和导出区(Lead-out Area)。这三个区都含有物理光道。所谓物理光道是指360°一圈的连续螺旋形光道。这三个区中的所有物理光道组成的区称为信息区(Information Area)。在信息区,有些光道含有信息,有些光道不含信息。含有信息的光道称为信息光道(Information Track)。每条信息光道可以是物理光道的一部分,或是一条完整的物理光道,也可以是由许多物理光道组成。

信息光道可以存放数字数据、音响信息、图像信息等。含有用户数字数据的信息光道称为数字光道,记为DDT(Digital Date Track);含有音响信息的光道称为音响光道,记为ADT(Audio Track)。一片CD-ROM盘,既可以只有数字数据光道,也可以既有数字数据光道,又有音响光道。

在导入区、用户数据区和导出区这三个区中,都有信息光道。不过导入区只有一条信息光道,称为导入光道(Lead-in Track);导出区也只有一条信息光道,称为导出光道(Lead-out Track)。

用户数据记录在用户数据区中的信息光道上。所有含有数字数据的信息光道都要用扇区来构造,而一些物理光道则可以用来把信息区中的信息光道连接起来。

故障

激光盘同磁盘、磁带一类的数据记录媒体一样,受到盘的制作材料的性能、生产技术水平、驱动器以及使用人员水平等的限制,从盘上读出的数据很难完全正确。据有关研究机构测试和统计,一片未使用过的只读光盘,其原始误码率约为3×10-4;有伤痕的盘约为5×10-3。针对这种情况,激光盘存储采用了功能强大的错误码检测和纠正措施,采用的具体对策归纳起来有三种:

(1) 错误检测码EDC(Error Detection Code)。采用CRC码(cyclic Redundancy Code)检测读出数据是否有错。CRC码有很强的检错功能,但没有开发它的纠错功能,因此只用它来检错。

(2) 错误校正码或称为纠错码ECC(Error Correction Code)。采用里德-索洛蒙码,简称为RS码,进行纠错。RS码被认为是性能很好的纠错码

(3) 交差里德-索洛蒙码CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)。这个码可以理解为在用RS编译码前后,对数据进行插值和交叉处理

复制

CD-ROM的复制可以简单地分为五个环节:

(1)预制主片;(2)制主片;(3)电铸;(4)复制;(5)印刷; (6)包装。

其它

光驱速度

通常我们是以多少倍速来描述CD-ROM的速度的。在制定CD-ROM标准时,把150K字节/秒的传输率定为标准,后来驱动器传输速率越来越快,就出现了倍速、四倍速直至现在的32倍速、40倍速或者更高。对于40倍速的CD-ROM驱动器理论上的数据传输率应为:150×40=6000K字节/秒。对于CD-ROM的速度我们要正确认识,目前高倍速光驱的标称值只是在理想情况下的最高速度,实际应用中多数时间达不到这个理想状态。对于24倍速以上的光驱,实际使用起来主观感觉差别不是很大。当然高速的光驱可能更有优势,但它也有CPU占用率高、噪声大、振动大、耗电量大、发热量大等副作用。所以速度不是唯一重要的东西,选购光驱时应从光驱的容错性、稳定性、发热量、噪声等多方面综合考虑。

平均读取时间

也称平均搜寻时间(Average Seek Time)。它也是衡量光驱性能的一个重要标准。它指的是从检测光头定位到开始读盘这个过程所需要的时间,单位是 ms。该参数与数据传输率有关。数据传输率相同的光驱,由于采用不同的控制系统,其平均读取时间可能有很大的差别。一般来说,该指标越小越好。

光驱的接口类型

目前市面上的光驱的接口主要有:IDEEIDESCSI、SCSI-2四种。后两种接口的传输速度较快。但在实际应用中它们的性能差别并不是很大,而且SCSI接口的CD-ROM价格较贵,安装较复杂,需要专门的转接卡。因此对一般用户而言应尽量选择IDE(或EIDE)接口的CD-ROM。现在32速以上的IDE接口光驱均采用了Ultra DMA/33标准,该标准数据传输率为每秒33MB。在传输方式上,Ultra ATA33采用总线主控方式,安装有控制硬盘读写的DMA(Direct Memory Access)控制器,使CPU不用直接参与硬盘的读写,因此可以节省宝贵的CPU 资源。

PCAV技术

现在不同的光驱有三种不同的读取方式。一种是恒定角速度方式CAV(Constant Angluar Velocity),第二种是恒定线速度方式CLV(Constant Linear Velocity),第三种是局部恒定角速度方式PCAV(Partial Constant Angluar Velocity)。CLV技术的优点是可使光驱的数据传输率保持在一个恒定的状态,从而保证了光驱的内外沿读取数据的一致。缺点在于读取光盘内外圈时,光驱的马达速度会经常改变,容易使光驱的寿命降低。CAV技术的优点是读取光驱的转速不变,可使其可靠性和寿命大为加强。缺点在于读取光盘内外圈的数据时,传输速率不一样,这就无法体现高速光驱性能的优越性。PCAV技术综合CLV和CAV技术的优点,在随机读取光盘时采用CLV加速,而一旦激光头无法正确读取数据时,立刻转为CAV方式减速。

CD-ROM的容错性

目前在国内相当多的用户仍在使用非正版光碟,因此光驱的容错性得到了广泛关注。但片面强调光驱的容错性也是不全面的。目前市面上日本光驱的性能稳定,但读盘能力一般;韩国产品的稳定性较差,读盘能力较强;台湾产品读盘能力比日本产品强但比韩国产品稍差,性能稳定较韩国产品好;新加坡产品读盘能力比日本产品强,但低于韩国、台湾产品。

国内一些厂家的产品刚开始用的时候读盘能力很不错,但几个月之后容错能力明显下降,因此对于容错性我们要综合考虑。

光驱的缓存

光驱的缓存是提高光驱综合性能的一个重要因素,其工作原理与主板缓存相似。理论上缓存越大则光驱速度越快,如SCSI光盘的数据缓存一般都在1MB左右,有的甚至达到了2MB。不过对于IDE接口的光驱来讲,由于特殊用途不多,对性能要求不高,其多数产品仍使用128KB或256KB(少数达到了512KB)。

DVD驱动器

DVD驱动器是用来读取DVD盘上数据的设备,从外形上看和CD-ROM驱动器一样。DVD驱动器完全兼容现在流行的VCD、CD-ROM、CD-R、CD-AUDIO等格式,而普通CD-ROM驱动器无法读取DVD格式的光盘。DVD-ROM采用了0.74um道宽和0.41um/位高密度记录线等新技术,单面单层容量为4.7G单面双层DVD为9.4G,而双面双层可以达到17G的海量存储。从目前的情况看,DVD还只是局限在看影碟方面,目前电脑软件使用DVD作为载体还非常少见。由于目前5~6倍速的DVD驱动器(在读普通光盘的时候速度相当于24~32倍速)价格在1000元以上。因此,除非有特别要求,用户可不必购买DVD-ROM。

此外还有一种受人关注的新产品DVD-RAM,可实现重复擦写,而盘片成本比目前的CD成本多不了几美分。同时,DVD-RAM还实现了低成本向下兼容。但由于价格较高,大约在3000元以上,因此尚未进入普通家庭用户。

CD-R

CD-R简单地讲,就是可以一次写入、多次读出的光盘刻录机。CD-R的工作原理就是在空白的CD盘片上烧制出“小坑”,也就是记录数据的反射点。因此,所有经CD-R刻出的盘都可以在普通的CD-ROM上顺利读出。CD-R与普通的光驱一样,也有内置和外置之分。现在国内市场上便宜的CD-R已经降到2000元左右,内置式较外置式便宜四、五百。SCSI接口的CD-R仍是主流产品,不过现在市场上IDE接口的CD-R已经越来越多。CD-R一定要买四速以上的产品,虽然价格稍贵,但刻盘时间却可以节约一半。

CD-RW

CD-RW的全称是CD-ReWritable,代表一种“重复写入”技术。CD-RW刻录机能够反复擦写CD-RW光盘的原理主要是“相变”技术——同CD-R一样利用激光的大功率照射,对光盘本身的感光物质进行瞬间的加温。和CD-R不同的是进行了相位转换,用以记录数据 。由此可以制造出能够被读取的反射点,而且这些类似小“泡”的反射点可以被重复烧制。由于CD-RW盘片可重复写入,因此每张较CD-R盘片贵100元左右,而且只有在高速光驱(24速以上CD-ROM)才能读出。但CD-RW驱动器的价格却并不比CD-R驱动器贵多少。

PD

PD是Phsae Change ReWritable Optical Disk的缩写,它是松下公司采用相变光方式(PhsaeChange)存储的可重复擦写存储设备,是一种比CD-RW性能更好、运行更稳定的光盘介质驱动器。所谓“相变光”主要是利用介质的相变来记录数据。

PD驱动器的运行速度较低,可以兼容CD-ROM。使用专门PD光盘,可重复擦写大约50万次。PD的平均寻址时间为89ms,数据传输率为518~1141KB/s,相当于八速光驱,写入并效验时的数据传输率为300~600KB/s,相当于四速光驱。除了可以读写PD光盘外,也可以当作普通的八倍速CD-ROM使用。

启动设置

(1)启动计算机,当屏幕上显示 Press Del to Enter BIOS Setup提示信息时,按下键盘上的Del键,进放主板BIOS设置界面。进入BIOS后切勿随便改动,因为这里面的东西都是相当重要的,如果改错可能会连系统都进不去。我们只需要改动计算机启动时的盘符顺序就可以了。

(2)选择 Advanced BIOS Features 选项,按Enter键进入设置程序。选择First Boot Device 选项,然后按键盘上的Page Up或Page Down 键将该项设置为CD-ROM,这样就可以把系统改为光盘启动。

(3)退回到主菜单,保存BIOS设置。(保存方法是:按下F10,然后再按Y键即可),弄好后先别急着重启,要把安装盘放进光驱中,再重新启动。

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