Скорость накопителей на компакт-дисках

При поиске определенного сектора данных или музыкальной дорожки на диске накопитель находит адрес данных в оглавлении TOC, которое записано на нулевой дорожке компакт-диска, после чего лазерный луч перемещается к нужному витку спирали и ожидает появления необходимой последовательности битов.

Компакт-диски первоначально разрабатывались для записи звуковых файлов, поэтому скорость считывания данных накопителем должна быть постоянной. Для того чтобы поддерживать постоянную скорость считывания, данные на дисках CD-ROM записываются с использованием метода, получившего название записи с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity - CLV). Это означает, что дорожка (и соответственно данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещаются с одной и той же скоростью, равной 1,3 м/с (метров в секунду). Дорожка представляет собой спираль, витки которой по мере приближения к центру диска располагаются более компактно. Поэтому для обеспечения постоянной линейной скорости необходимо, чтобы скорость вращения диска изменялась по определенному закону. Другими словами, при считывании данных с внутренней дорожки диск должен вращаться быстрее, а при считывании информации с внешней - медленнее. Скорость вращения диска в накопителе 1х (линейная скорость накопителя 1х ра вна 1,3 м/с) изменяется от 540 об/мин при считывании данных, расположенных в начале дорожки (на внутренней части диска), до 212 об/мин при чтении дорожки на внешней части диска.

Одним из способов повышения эффективности CD-ROM стало увеличение скорости дисководов, т.е. повышение частоты вращения. Дисководы, скорость вращения которых стала вдвое или вчетверо выше первоначальной, получили название накопителей 2х и 4х. Последним устройством, созданным по этой технологии, стал дисковод 12х, скорость вращения диска в котором изменялась в пределах от 2 568 до 5 959 об/мин, что позволяло поддерживать постоянную скорость передачи данных. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего быстро изменять скорость при считывании данных с различных частей диска. Именно поэтому большинство дисководов со скоростью выше 12x имеют постоянную скорость вращения (при этом линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается неизменно постоянной, этот метод получил название записи с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity - CAV).

Дисководы CAV, как правило, работают тише, чем дисководы CLV. Это связано с тем, что двигателю не приходится постоянно увеличивать или уменьшать частоту вращения. Дисководы (в основном перезаписывающие), использующие технологии CLV и CAV, получили название Partial) CAV или PCAV (частично постоянная угловая скорость). Например, большинство перезаписываемых дисководов при записи диска работают в режиме CLV, а при считывании данных - в режиме CAV.

Сравнительная характеристика технологий CLV и CAV
	CLV	CAV
Скорость вращении диска	Различная в зависимости от положения данных на диске (быстрее на внутренних дорожках, медленнее на внешних)	Постоянная
Скорость передачи данных	Постоянный	Различная в зависимости от положения данных на диске (быстрее на внутренних дорожках, медленнее на внешних)
Уровень шума	Высокий	Низкий

Cкорости дисководов CD-ROM могут быть самыми разными - от 1х до 56х и выше. В не-перезаписываемых накопителях, скорость которых не более 12х, как правило, используется технология CLV; большинство накопителей со скоростью 16x и выше являются устройствами CAV.

Вибрации, возникающие при чтении дисков, могут привести к снижению скоростей быстродействующих накопителей до уровня, обеспечивающего их минимальную надежность. Часто причиной разбалансировки CD-ROM становится маленькая бумажная этикетка с серийным номером, наклеенная на поверхность компакт-диска. Поэтому во многие высокоскоростные накопители CD и DVDвстраиваются механизмы автобалансировки или амортизации, позволяющие решить подобные проблемы. Единственный недостаток таких механизмов состоит в том, что при возникновении вибрации они замедляют вращение диска, снижая тем самым скорость передачи данных.

В конце 1990-х годов компания Zen Research разработала технологию, получившую название TrueX, которая позволяла за счет использования нескольких лазерных лучей достигать постоянно высокой скорости передачи данных при низких скоростях вращения диска. К сожалению, накопители TrueX, изготовлением которых занимались Kenwood и другие компании, не имели обещанных рабочих характеристик и отличались низкой надежностью. В середине 2002 года компания Zen Research прекратила свое существование, поэтому накопители TrueX больше не выпускаются. Вместо TrueX обычно используется технология Z- CLV (zoned CLV - зонированная постоянная линейная скорость) или P- CAV (partial CAV - частично постоянная угловая скорость), которая помогает повысить среднее быстродействие считывания данных, контролируя скорость вращения диска.

Скорость накопителей DVD

Подобно компакт-дискам, DVD вращаются против часовой стрелки (если смотреть со стороны считывающего лазера) и обычно записываются с постоянной скоростью передачи данных, называемой CLV (Constant Linear Velocity). Это означает, что дорожка (а значит, и данные) по отношению к считывающему устройству всегда перемещается с одной и той же скоростью, равной 3,49 м/с (или 3,84 м/с на двухсторонних дисках).

Одним из способов повышения эффективности стало увеличение скорости дисководов, что выразилось в повышении частоты вращения. Дисковод, скорость вращения которого стала вдвое выше первоначальной, получил название накопителя 2х; дисковод, скорость вращения которого была увеличена в четыре раза, был назван накопителем 4х и т.д. При дальнейшем увеличении скорости вращения производители столкнулись с определенными проблемами, связанными с созданием двигателя, позволяющего очень быстро изменять скорость работы при считывании данных с различных частей диска. Это стало причиной того, что большинство быстрых накопителей DVD имеют постоянную скорость вращения (причем линейная скорость не является постоянной). Так как угловая скорость (скорость вращения) остается постоянной, этот метод, как уже упоминалось, получил название записи с постояннойугловой скоростью - CA).

Накопители, имеющие более высокую скорость, больше подходят для считывания данных, чем для воспроизведения видеофрагментов. Высокая скорость накопителя позволяет при считывании диска сократить время перехода с одного слоя на другой, при этом совершенно не влияя на качество видеоизображения.

Практически все существующие DVD-ROM, имеющие скорость 20х и более, являются накопителями CAV, поэтому объявленная скорость передачи достигается только при считывании данных, расположенных на внешней части диска.

Время доступа

Время доступа к данным для накопителей CD-ROM/DVD определяется так же, как и для жестких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в миллисекундах, и его стандартное паспортное значение для накопителей 24x приблизительно равно 95 мс. При этом имеется в виду среднее время доступа, поскольку реальное время зависит от расположения данных на диске. При чтении внешних дорожек время доступа больше, чем при чтении внутренних дорожек. Время доступа к данным DVD обычно на 10-20 мс больше, чем для компакт-дисков.

Кэш-память

Во многих накопителях CD/DVD-ROM имеются встроенные буфера, или кэш-память. Эти буфера представляют собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для записи считанных данных, что позволяет передавать в компьютер за одно обращение большие массивы данных. Обычно емкость буфера составляет 256 Кбайт, хотя выпускаются модели как с большими, так и с меньшими объемами (чем больше - тем лучше!). Емкость буфера накопителей перезаписываемых CD/DVD дисков достигает 2-8 Мбайт и более, что позволяет избежать проблем с "недобором" данных и обеспечить более плавное выполнение записи. Hакопители, в которых есть буфер (кэш-память), обладают рядом преимуществ. Благодаря буферу данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью.

Загрузка процессора

Любая аппаратная или программная часть компьютера использует процессор. Загрузкой процессора называют время, которое процессор затрачивает на выполнение определенной задачи. Низкая загрузка процессора при выполнении задачи говорит о том, что остальные устройства и программы быстрее получат к нему доступ. Применительно к накопителям CD/DVD-ROM на загрузку процессора влияет три фактора: скорость накопителя CAV, размер буфера и тип интерфейса.

Прямой доступ к памяти

В настоящее время практически во всех компьютерах устанавливается контроллер Bus Master IDE, который позволяет помещать данные непосредственно в оперативную память, минуя процессор. При использовании подобных контроллеров загрузка процессора накопителем CD/DVD-ROM (независимо от типа интерфейса) снижается до 11%.

Практически все современные накопители CD-ROM (12x и выше) и системные платы поддерживают передачу данных непосредственно в память. Чтобы определить, есть ли в вашей системе поддержка прямого доступа к памяти, щелкните на пиктограмме Система (System) в окне Панель управления (Control Panel). Во вкладке Устройства (Device Manager) щелкните на знаке "+" возле группы устройств Контроллеры жестких дисков (Hard Disk Controllers). Если в списке есть устройство Bus Master, значит, в вашей системе поддерживается прямой доступ к памяти. Для установки прямого доступа к памяти недостаточно иметь контроллер Bus Master IDE, нужны еще устройства (жесткие диски и накопители CD-ROM), которые будут поддерживать этот режим. Узнайте тип установленных в вашей системе накопителей и проконсультируйтесь у производителей о поддерживаемых свойствах. Жесткие диски и накопители CD-ROM, которые поддерживают режимы MultiWord DMA Mode 2 (16,6 Мбайт/с), UltraDMA Mode 2 (33 Мбайт/с), UltraDMA Mode 4 (66 Мбайт/с) или более быстрые, могут использовать прямой доступ к памяти.

Для того чтобы активизировать прямой доступ к памяти жесткого диска или накопителя CD-ROM, дважды щелкните на нем во вкладке Устройства диалогового окна Свойства: Система и в появившемся окне свойств данного устройства во вкладке Настройка (Settings) установите флажок DMA.

Интерфейс

Под интерфейсом накопителя CD-ROM понимается физическое соединение накопителя с шиной расширения. Поскольку интерфейс - это канал, с помощью которого данные передаются от накопителя к компьютеру, его значение чрезвычайно велико. Для подключения накопителя CD-ROM к компьютеру используются следующие типы интерфейсов:

· SCSI/ ASPI (Small Computer System Interface/Advanced SCSI Programming Interface);

· IDE/AT API (Integrated Device Electronics/AT Attachment Packet Interface);

· параллельный порт;

· порт USB;

· Fire Wire (IEEE-1394).

Механизм загрузки

Существует три принципиально разных типа загрузки компакт-дисков: в контейнеры накопителя, в выдвижные лотки и механизмы автозагрузки.

Выдвижные лотки

В большинстве простых накопителей на компакт-дисках для установки диска используются выдвижные лотки. Для того чтобы заменить диск, необходимо выдвинуть лоток из накопителя, вынуть диск, положить его в прозрачную пластмассовую коробочку, вынуть новый диск из другой такой же коробочки, положить в лоток и задвинуть его обратно.

Контейнеры

Когда-то этот механизм загрузки дисков использовался в большинстве высококачественных накопителей на компакт-дисках, а также в дисководах CD-R и DVD-RAM. Диск устанавливается в специальный, плотно закрывающийся контейнер с подвижной металлической заслонкой. У него есть крышка, которую откидывают исключительно для того, чтобы поместить диск в контейнер или вынуть его; все остальное время крышка остается закрытой. При установке контейнера в накопитель металлическая заслонка специальным механизмом сдвигается в сторону, открывая лазерному лучу путь к поверхности компакт-диска.

Механизм автозагрузки

В некоторых моделях накопителей используется механизм автозагрузки, т.е. вы помещаете компакт-диск в щель на передней панели, а механизм автозагрузки самостоятельно "засасывает" его внутрь. Однако этот механизм не позволяет использовать диски диаметра 80 мм, а также прочие диски с модифицированными физическими форматами или формами.