CD-ROM是光盘中的一种，直径为12cm，存储容量可达650MB-740MB，存贮量可达6亿个数据字符以上，如果单纯存放文字，一张光盘相当于15万张16开的纸。而光盘驱动器已成为计算机系统必备的外部存储设备之一。 8.1 光盘驱动器的基本结构及原理
滨蛇床 8.1.1 光盘驱动器的结构
光驱由机械器件、电子器件和光学器件三部分组成。其结构包括光盘头、激光器、光电检测器、光学器件和伺服控制系统等。如图8-1所示。
1．光盘头
光盘头是光盘的读出系统，它发射出来的激光束照射到光盘的凹凸反光面上，被反光层反射后，经光电检测器将反射回的激光束转换为电信号，再经电子线路处理后得到信号编码，编码经译码后便得到读出的数据。
光盘头得到从光盘表面反射回的激光束信号，还可判断出聚焦误差、光道跟踪误差，这些误差信号使聚焦伺服系统和径向光道跟踪伺服系统动作，将激光束调整到最佳位置。光盘头的结构原理如图8-2所示。
2．激光器
激光器由激光二极管和聚焦透镜等组成。砷化镓半导体激光器可发射出波长为0.78祄、输出功率为0.5mW的激光束。
3．光电检测器
光电检测二极管将从光盘表面反射回的激光束转换为电信号，由电信号强弱的变化，便可检测出该信号是来自光盘的凹区、凸区还是两区交界处，并得到聚焦误差、光道跟踪误差及速度误差等，从而由伺服控制系统进行实时调整。
4．光学器件
如图8-3所示，包括光栅、激光束分离器、放大镜等，准直透镜将激光束变成圆柱形光束。
激光束分离器(半反镜)使反射回的激光束射向光电检测二极管，物镜由音圈电机带动下上下移动和沿盘片的径向微量移动，使激光束焦点始终落在光盘的光道上。
5新福林．伺服控制系统
在光盘驱动器中，有三个基本伺服控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统和光盘转速控制系统。
(1)聚焦伺服系统的目的是进行自动聚焦。聚焦误差检出方式一般采用非点收差法，非点收差法就是根据光盘反射面位置的变化，反射光的聚焦位置移动，通过圆柱面透镜对投影光形状进行变化，用4分割PD差动检出，如图8-4所示。利用该误差信号去控制光学头中的音圈电机，音圈电机带动物镜上下移动，使激光束焦点(直径约1祄)始终落在光盘的信息面上。 聚焦误差检出信号=(A+C)-(B+D)/(A+B+C+D)
(2)径向光道跟踪伺服系统的目的是使激光束始终落在光盘的光道上。由于光盘上光道很密(每英寸16000条)，若光学头的激光束径向移动读另一光道信息时，有可能会使激光束移
动到两光道之间，而未对准光道。径向光道跟踪伺服系统采用了与聚焦伺服系统同一个音圈电机，此电机不但可以上下移动，还可以沿光盘径向微量移动。所以物镜也可作径向微量移动，以使得激光束始终落在光盘的光道上。如图8-6所示。
寻道误差检出信号=(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D)
(3)光盘转速控制系统的目的是用来控制光盘的转速。光盘转速的快慢是通过单位时间读出的编码多少来得知的，当读出的编码比标定的多时，表示转速快了，反之转速慢了。因而，可用这信号去控制光盘驱动马达的转速，使其保持在要求的速度上。
为了获得较高的数据传输率，光驱多采用CAV和PCAV的数据读取技术和一光多道技术。
CAV(恒定角速度)技术采用始终恒定的马达速度读取光盘数据，使其外圈的数据传输率大大提高。高倍速光驱的标称值如52X，是指CAV技术所能达到的最大数据传输率为52倍速，即7800Kbit/s。
CAV(部分恒定角速度)技术则是早期低速(12速以下)光驱采用的CLV(恒定线速度，即保持单位时间读出的编码不变)技术和CAV技术的结合，读取内圈数据时用CLV方式，此时转速很快。而当马达的速度达到一定速度向外圈读取时，则采用CAV方式达到最大的读取速度，保持内外圈数据读取的稳定。24X以上的光驱都普遍采用CAV和PCAV的数据读取方式。
“一光多道”技术是激光束可以同时阅读光盘上的多条光道，因此，它比普通的单束技术读取信息范围大。而且，它所增加的数据传输率在整个光盘上都是恒定的。
8.1.2 CD-ROM光盘结构和盘中数据的存放方式
1．CD-ROM光盘结构
CD-ROM光盘的直径为4.75in(12cm)，中心装卡孔为15毫米，厚度为l.2mm，重量约为14～18g。其结构见图8-7。标有字符一面为盘片的最上层，其实是一层涂了漆的保护层；第二层是铝膜反射层，可反射激光束；第三层是聚碳酸脂透明基片。
光盘制作时，是将数据从模片上转移到塑料基片上。将光学等级的塑料所制成的熔化树脂
注入在一个高精度的注塑模具空腔内，模具的一面是模片。 南京栖霞区疫情这一过程只需要几秒钟，其产品是一个其中一面有预刻槽和数据点的塑料盘，预刻槽用来对光道进行径向定位。然后塑料盘载有数据的一面用溅镀法镀上一层极薄纯铝(在真空中利用辉光放电将氩气离子撞击铝表面, 铝原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜)，形成反光层。最后是在铝表面再加上一层坚固的漆膜。这一层漆保护铝膜不会被划伤，不会氧化，并可作为标签印刷的工作表面。
2．CD-ROM盘中数据的存放方式
1）光道
CD-ROM盘上的光道也是用来存储信息的，光道是用凸坑、凹坑及凸坑和凹坑形成的坑边，对激光束的反射率不同来区别“1”和“0”信息。
CD-ROM的光道是一个完整的螺旋形(为等距螺旋线)，如图8-8所示，螺旋线开始于CD-ROM的中心，光盘的光道上不分内外圈，其各处的存储密度相同(等密度存储方式)。
CD-ROM上径向道密度比磁盘大得多，每英寸有16000条，即径向道密度为16000TPI，
螺旋线圈与圈之间的距离为1.6μm，螺线宽度为0.6μm，螺线上代表信息的凹槽深度仅为0.12μm。CD-ROM上的螺旋线总长度可达5km。
2）扇区
CD-ROM上的扇区要复杂得多，CD-ROM是在CD-DA(数字音频光盘)基础上发展起来的，数据存放的物理格式类似于CD-DA。CD-ROM定义了三种物理扇区方式，即扇区方式0(Sector Mode 0)、扇区方式1(Sector Mode 1)、扇区方式2(Sector Mode 2)，三种扇区方式的结构如表8-1、表8-2、表8-3所示。
从表中可以看出CD-ROM中每扇区有2352个字节，每个扇区有12个同步字节，4个扇区头字节。在4个扇区头字节中，1个字节用于存放扇区方式识别码，另3个字节用于表示扇区地址，格式为：分(0-59或更大)：秒(0-59)：扇区号(0-74)。CD-ROM中的光道为螺线形，采用“分+秒+扇区号”格式。
在CD-ROM中，每秒读出75(0到74)个扇区数据的原因是CD-ROM采用CD-DA技术，在CD-DA中，对音频信号的采样频率为44.1KHz，采样值用16位二进制表示，于是音频信号的数据率为：44.1?(16位，即2个字节)?(左右声道各采样一个)=176.4KB/s
而一个扇区含有2352个字节，因此：176.4?000／2352=75个扇区
在扇区方式0中，除12个同步字节和4个扇区头字节内容不恒为零外，剩余的2336个用户字节的内容全为零。显然，该方式不是用于存放用户数据，在CD-ROM中，用作导人区和导出区。
在扇区方式海淀走读大学1中，安排了4个字节的错误检测码(EDC)和276个字节的错误控制码(ECC)，此外还有8个字节未定义(即保留8个字节)，只有2048个用户字节。由于扇区方式氟化钾1具有很强的检错和纠错能力，因此方式1适用于保存误码率很低的信息，如计算机程序、用户数据等。
扇区方式2与扇区方式0的结构相似，但其中的2336个字节用户可以用于存放用户数据，但由于没有安排检错和纠错码，适用于存放误码率要求不高的信息，如声音、图像等。
3）CD-ROM存储容量的计算方法
对于60分钟的标准CD-ROM，可以算出CD-ROM总扇区数：
总扇区数=60(分钟)?0(每分钟代理服务60秒)?5(每秒读出75个扇区)=270000个扇区
如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式1，则CD-ROM的总容量为：
270000?048/1024/1024=527MB
如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式2，则CD-ROM的总容量为：
270000?336/1024/1024=601MB
标准CD-ROM外沿有5mm区域未使用，如果在该区域也录有数据，则CD-ROM可达74分钟。不过这一区域处于CD-ROM外沿，录人数据较困难，也不易保持清洁，因此一般不用。
对于74分钟的CD-ROM，扇区总数=74?0?5=333000
如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式1，则CD-ROM的总容量为：
333000?048/1024/1024=650MB
如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式2，则CD-ROM的总容量为：
333000?336/1024/1024=742MB
因此说CD-ROM的容量为527MB到742MB，但CD-ROM上的信息不一定达到这个数，即CD-ROM盘未必是满的。
8.1.3 光盘驱动器读盘原理
从激光器发出的激光束经透镜准直和聚焦后，射向光盘铝反射层。当激光束照射到光盘的凹槽边界时，反射光束强弱发生变化，这时读出的为“1”数据信息，反之，当激光照射到槽底或凸面的平坦部分时，反射光强度没有变化，认为读出的是“0”数据信息。反射光导入光电检测二极管，由光电检测二极管根据反射光的强弱不同转换为用1、0表示的电信号。从而得到光盘中存储的编码信息，编码信息再经译码后，便可得到其所存的信息状态。图8-9给出了读盘过程中光束路径的变化。
8.1.4 光盘刻录机
光盘刻录机CD-R(CD-Recordable)指的是一种允许对CD进行一次性刻写的特殊存储技术；而CD-RW(CD-ReWritable)指的是另外一种允许对CD进行多次重复擦写的特殊存储技术。
CD-R的工作原理是：CD-R盘片上涂抹一些用激光就可以改变其反光特性的特殊材料。目前，市场上常见的材料有三种，它们由于颜的不同而相对应的盘片被分别称为金盘、蓝盘、绿盘。它采用一次写入技术，刻录数据时，利用高功率的激光束射到CD-R盘片，使盘片上的介质层发生化学变化，模拟出二进制数据0和1的差别，把数据正确地存储在光盘上。CD-R可以被几乎所有CD-ROM读出和使用。
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