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CD-ROM

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光盘制作
Dvd-burning-cutaway2.JPG

唯讀記憶光碟Compact Disc Read-Only Memory縮寫CD-ROM),是一種在電腦上使用的光碟。這種光碟只能寫入數據一次,信息將永久保存在光碟上,使用時通過光碟驅動器讀出信息。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。

增強型CD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。

介质[编辑]

從原子力顯微鏡拍攝到的CD-ROM表面影像裏,可以觀察到凹點的排列圖案是儲存數據的機制。

CD-ROM盘片在外观上与音乐CD完全相同,数据存取的方式也十分类似,区别仅在于它们存储数据的标准。CD-ROM盘片是用1.2毫米厚的聚碳酸酯塑料和一层用作反射面的制作的。直径为120毫米的CD-ROM盘片最为常见,稍小的Mini CD的直径为80毫米,除此之外,还有很多各种非标准尺寸和形状的CD-ROM盘片,例如卡片尺寸的。数据以一系列细小的锯齿的形式记录在盘片中。激光照射反射面时可以读出凹凸的信息。凹点的深度大约为照射激光波长的1/4到1/6,由此,反射光的相位会发生偏移,并造成破坏冲突和削减反射光强度的衰减。反射光强度的变化被转化为二进制数据。

标准[编辑]

在CD上存储数据有多种格式,它们被收集成彩虹书。其中包括最初音乐CD的红皮书标准,此外还有白皮书英语White Book (CD standard)黄皮书ECMA-130标准详细描述了CD-ROM的物理层标准。

CD-ROM格式[编辑]

CD-ROM的每个扇区包含98个24字节的框,共2352字节信息。CD-ROM作为数据盘片,需要对数据有较高的可信任度,不能有错误数据。为了达到增强纠错和检错的目标,CD-ROM有3层的纠错机制。采用模式1型的CD-ROM拥有完整的3层纠错机制,每个扇区记录2048字节信息。模式2型的CD-ROM,每个扇区记录2336字节信息,这类CD-ROM主要用于记录视频文件。CDDA音频标准规定的数据量为:44.1k/s × 4B × 2048 / 2352 = 153.6kB/s,与此比较,模式1型的CD-ROM的播放时间为74分钟,或4440秒,容量为682MB。

1倍速的CD光驱每秒钟能够读取75个连续的扇区,即每秒150KB,x倍速光驱读取速度依此类推。

CD扇区内容[编辑]

  • 一张74分钟的标准CD包含333000个扇区。
  • 每个扇区为2352字节,模式1型的CD-ROM包含2048字节计算机数据,模式2型的CD-ROM包含2336字节PSX/VCD数据,音频包含2352字节信息。
  • 扇区容量的差异来自头信息和纠错编码,计算机数据对精度要求最高,这类信息最多,VCD对精度要求不高,这类信息稍小,音频CD没有这类信息。
  • 如果用RAW格式从盘片中读取数据,无论是什么数据类型,每个扇区都能够读出2352字节信息。因此:
    • 高速刻录数据CD(40倍速)不会丢失信息。但是,由于音乐CD没有3层纠错码,如果高速刻录这类CD,有可能导致不可挽回的错误,并在播放时发出咔哒的声音。
    • 在一张74分钟的CD上,能够用RAW方式刻录更多的信息,这样做容量可以达到333000 × 2352 = 783216000 字节(大约747MB)。这是74分钟650MB的CD的容量的上限。容量增加了14.8%,但是,这样做将失去纠错数据。
  • 当用RAW方式读取光盘时,容量永远为2352字节的倍数。
设计类型 ← 2352字节块 →
音乐CD: 2352字节数字音乐
模式1型CD-ROM: 12 4 2048字节用户数据 4 8 276
模式2型CD-ROM: 12 4 2336字节用户数据
图例(字节)
12 同步
4 扇区ID
数据
4 检错
8 空白
276 纠错


制作[编辑]

预先压制的CD-ROM盘片是通过母盘压制出来的,首先制作一张玻璃的母盘,然后根据它的凸凹批量压制出最终的光盘。可刻录光盘(CD-R)与可重复刻录光盘(CD-RW)的制作过程类似,它们都是通过激光改变染料的特性或者物质相变的方式记录数据,这个过程通常称为刻录

容量[编辑]

CD-ROM能够轻易的记录一部百科全书的所有文字、图像、音频和视频

一张标准的120毫米的CD-ROM盘片能够记录800.1MB数据(不包括纠错和检错数据)。这个容量能够记录700部10万个10个字母长的英文小说。如果每部小说有1厘米厚,那么这些小说加起来有7米长。文本信息通常能够被压缩至原来的1/10大小,这样一张CD-ROM盘片就能够容纳大约100米厚的小说了。

一张单面的DVD的容量为4.4GB,大约为CD-ROM的6倍。

各类CD的容量
类型 扇区 最大数据容量 最大音乐容量 时间
(MB) (MB) 分钟
8 cm 94500 193.536 222.264 21
283500 580.608 666.792 63
650 MB 333000 681.984 783.216 74
700 MB 360000 737.280 846.720 80
800 MB 405000 829.440 952.560 90
900 MB 445500 912.384 1047.816 99

记录CD容量时通常采用二进制,一张700MB的CD名义上有700000KB的容量。而记录DVD容量时通常用采用十进制,一张4.7GB的DVD名义上有4.377GB的容量。

CD-ROM光驱[编辑]

老式4倍速CD-ROM光驱

CD-ROM光驱可以读取CD-ROM光盘,这种设备在个人电脑上已经普及。CD-ROM光驱可以通过IDE(ATA)、SCSISATAFirewireUSB或者专门设备连接至电脑。事实上,结合适当的软件,所有的现代CD-ROM光驱都能够播放音乐CD、VCD和其它数据标准的CD。

激光[编辑]

CD-ROM光驱采用780纳米红外线二极管。激光波通过一个光电跟踪模块射到盘片上,而后检测它是否被反射或者分散。

传输速度[编辑]

CD-ROM光驱的传输速度是以音乐CD的传输速度的倍数作为标准衡量的,1倍速为150KB/s。通过提高盘片的转速,数据的传输速度能够提高。例如,1倍速的光驱的转速为每分钟500转,而8倍速的光驱转速为每分钟4000转,相应的读取速度为1.2MB/s。超过12倍速时,震动和散热成为问题。超过这个速度的光驱通过各种方法解决这些问题。恒定角速度英语Constant angular velocity)光驱中的盘片以恒定的角速度旋转,以较快的速度读取边缘数据,以较慢的速度读取内侧数据。由于受到机械的限制,20倍速曾被认为是光驱读取速度的极限,直至三星推出了32倍速的SCR-3230光驱,它采用球来平衡旋转的盘片以降低震动和噪音。2004年,最快的传输速度通常可以达到52倍速,每分钟10350转,7.62MB/s,不过这个速度只是在读取盘片边缘部分的数据时才能达到。由于受到用于制作CD的多碳酸盐塑料的强度的限制,通过增加转速提高读取速度变得不再可行,但是,可以通过增加激光头的方式进一步提到读取速度,在Kenwood的TrueX 72x演示中,这款光驱采用了7个激光头,转速与10倍速的光驱转速大致相当。

CD刻录光驱通常有3种不同的速度,分别为一次刻录、重复刻录和读取的速度。通常,采用这样的顺序标注,例如12x/10x/32x的光驱能够以12倍速(1.80MB/s)刻录一次刻录光盘,以10倍速(1.50MB/s)刻录可重复刻录光盘,以32倍速(4.80MB/s)读取光盘。

1倍速的定义在不同场合并不相同,CD-ROM的1倍速为150KB/s,音乐CD的1倍速为172.3KB/s,DVD的1倍速为1.32MB/s(1358KB/s)。

从CD-ROM拆卸下的激光系统
可移动的激光头能够读取CD的任何位置
CD-ROM光驱的激光系统

常见传输速度

数据传输速度
传输速度 KB/s Mb/s
1x 150 1.2288
2x 300 2.4576
4x 600 4.9152
8x 1200 9.8304
10x 1500 12.2880
12x 1800 14.7456
20x 3000 24.5760
32x 4800 39.3216
36x 5400 44.2368
40x 6000 49.1520
48x 7200 58.9824
50x 7500 61.4400
52x 7800 63.8976

參看[编辑]