《多媒体存储设备》PPT课件.ppt

多媒体硬件设备,昆明理工大学计算中心,存储技术,物理单元之所以能够存储数据，是因为它的某种性质能够发生变化，以此反映出所存储的数据。通过识别这种性质上的变化，可读出数据，而用某种编码方法改变性质则可将数据写入介质。光存储技术通过光技术对数据进行读写。由于使用的是激光，因而对应的存储介质-盘称作光盘。磁存储技术利用磁技术对数据进行读写。对应的存储介质为磁盘，磁带等。,磁存储介质的优缺点,磁盘系统单靠磁场来更改已储存的数据，磁盘系统是通过磁头以感应的方式从磁盘读写数据，磁头与高速旋转的磁盘必须保持一定的间隙。这种方式容易造成磁头碰撞盘片而损坏数据。存储密度高、易于读写，但长期保存也存在着风险性，气候环境、磁环境、人为因素都有可能破坏磁记录，造成不可挽回的损失。,光存储介质特点,密度高,存储容量大采用非接触方式读/写信息能自由更换光盘不易划伤无磨损可长期保存信息,光盘容量,分:073秒:059地址扇区号:074秒划分成75个扇区333000(扇区)*2048(字节/扇区)=681984000(字节)1M=1048756共650M,光盘系统是利用磁场和激光光束来更改已储存的数据，一般不会发生光头碰撞，安全性能好。,使用光盘应注意的地方,忌将光盘夹在书中忌将不干净的或变形的光盘放如CD-ROM驱动器忌在光盘上贴标签、用笔书写忌强行取出忌日晒忌触摸光盘表面忌用有油渍、污垢的手拿光盘,光盘的ISO标准,红皮书:CDAudio激光唱盘标准由荷兰Philips公司和日本Sony公司共同制订内容为记录音频的标准。黄皮书:CD-ROM标准由荷兰Philips公司和日本Sony公司等几家公司共同制订规定了CD盘上记录数据的方式。绿皮书:CD-I交互式光盘标准为面向教育或家庭娱乐应用的CD-ROM制订的可将音频，文本和图像混合存储在CD盘上。白皮书:用于存放视频图像和电影。该标准使用MPEG压缩技术可在普通的CD-ROM盘上存储74分钟的全动态视频图像和CD音质的同步声音。橙皮书:可写入光盘标准。根据这个标准将数据一次或多次写入空白的CD盘。,光盘系统,光盘系统是由光盘驱动器和光盘片组成。驱动器是用于读/写信息的设备，而光盘片是用于存储信息的介质。,光盘片结构,光盘驱动器的分类,只读光盘(CD-ROM)一次写多次读光盘(CD-R,WORM)可擦写光盘(CD-R/W)DVD只读光盘驱动器（DVD-ROM）可反复擦写DVD光盘存储器（DVD-RAM）。,CD-ROM驱动器的外观,CD-ROM驱动器的内部结构,光盘及驱动器的主要指标,存储容量:存储的数据量(字节)数据传输率:驱动器将数据从CD-ROM传送到系统存储器的速度。单速为150KB/S。平均存取时间:驱动器在盘上定位、存取一段需要的信息所用的时间高速缓存:暂存读入的数据(64K,256K,512K)接口标准:IDE接口、SCSI接口旋转方式(1)恒定线速度（ConstantLinearVelocity，简称CLV）方式(2)恒定角速度（ConstantAngularVelocity，简称CAV）方式(3)局部恒定角速度PCAV纠错能力CPU占用率,DVD技术,DVD是“DigitalVideoDisc”的缩写，中文名称为“数字视频光盘”。DVD有以下优点：容量大，单面单层光盘容量高达4.7GB，双面双层光盘容量高达17GB；视频图像质量好；采用DolbyDigital格式，通过DolbyAC-3系统的5.1声道设计，能够产生5个声道的高品质环绕立体声；可以兼容已有的CD-Audio、CD-ROM、CD-R等多种格式的光盘，性能价格比高。,DVD盘片,DVD的碟片的大小与CD-ROM相同，由两个厚0.6mm的基层粘成，最大的特点之一在于可以单面存储，也可以双面存储，所以DVD的碟片分为四种：单面单层（DVD-5）容量为4.7GB、单面双层（DVD-10）容量为9.4GB、单面双层（DVD-9）容量为8.5GB、双面双层（DVD-18）容量为17GB。,DVD-ROM驱动器的光头,目前的DVD-ROM驱动器，有单激光头和双激光头之分。单激光头也就是用同一个光头读取DVD和CD-ROM信号，双激光头是分别用两个光头读取DVD和CD-ROM信号。有人认为单激光头较易损耗，而双激光头可靠性较好。为了防止盗版现象的出现，DVD采用了分区制。即将全球分为6个区域，规定各个区域的DVD机只能播放区号相同的DVD碟片。我国为第6区。,光存储的类型,只读型光存储系统只读型光盘包括LV和CD-ROM等。CD-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）只读式压缩光盘，其技术来源于激光唱盘，形状也类似于激光唱盘，能够存储650MB左右的数据。用户只能从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。,只读型光驱,只读型光盘,光存储的类型,一次写型光存储系统一次写（WORM）光存储系统可一次写入，任意多次读出。与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定记录内容的优点。,一次写型光驱,一次写型光盘,光存储的类型,可重写型光存储系统可重写光盘（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盘一样可任意读写数据。分为两种磁光型（MagneticOptical，简称MO）相变型（PhaseChange，简称PC）两种形式。,相变型可重写光驱与光盘,磁光型可重写光驱,光存储系统的技术指标,尺寸LV的直径为12英寸（300mm）CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸（120mm）WORM一次写光盘为14.12英寸和5.25英寸可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。,光存储系统的技术指标,容量格式化容量格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。对于SONY的SMO-D501光盘，若格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只有297MB。,光存储系统的技术指标,容量用户容量用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。CD-ROM的容量为550MB和680MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM的容量标为550MB。,磁盘与光盘的比较,1.传输速率不同：磁盘系统的传输率一般是恒定的，而光盘系统的传输速率则与激光输出功率息息相关。激光输出功率为2030mW时光盘系统的传输速率为每秒26MB，激光输出功率升至40mW时光盘系统的传输速率可达每秒10MB。就是说，激光输出功率愈高，数据传输速率就愈快。2.存储容量不同:磁盘系统的容量为磁盘的格式所限定，光盘系统的容量则视激光波长而定，激光波长愈短，便能缩短间距而提高存储容量。光盘系统的主要优点是数据盘不易损坏，使用寿命长；存储容量大且拆卸方便；性能价格比高，每兆字节的价格仅为软盘的百分之一。不足之处是目前速度还没有硬盘快，相信光盘的速度赶上硬盘只是个时间早晚的问题。,光盘参数,存储容量:光盘驱动器的容量指它所能读写光盘盘片的容量。光盘盘片的容量又分为格式化容量和用户容量。格式化容量指按某种标准格式化后的容量，采用不同的格式就会有不同的容量。用户容量一般比格式化容量小。平均存取时间:在光盘上找到需要读写的数据的位置所需要的时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令到光盘驱动器可以接受读写命令为止的时间。一般取光头沿半径移动l3所需时间为平均寻道时间，盘片旋转一周的一半时间为平均等待时间，二者加上光头稳定时间即为平均存取时间。数据传输率:有多种传输率的定义。一种是从光盘驱动器送出的数据率，它可以定义为单位时间内从光盘的光道上传送的数据比特数；另一种定义是指控制器与主机间的传输率。我们一般指的是第一种定义。,光存储系统的技术指标,平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读/写的信息的位置并接受读/写命令为止的一段时间。平均寻道时间光学头沿半径移动全程1/3长度所需的时间为平均寻道时间。,光存储系统的技术指标,平均存取时间平均等待时间盘片旋转半周的时间为平均等待时间。把平均寻道时间、平均等待时间和读/写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间。,光存储系统的技术指标,数据传输率数据传输率数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速和存储密度有关。CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KB/s提高到6MB/s。同步传输率、异步传输率和DMA传输率数据传输率也指控制器与主机之间的传输速率。它与接口规范和控制器内的缓冲器大小有关。SCSI接口的同步传输率为4MB/s，异步传输率为1.5MB/s。AT总线规定的DMA方式的传输率为1MB/s。,光存储系统的技术指标,数据传输率突发传输率光盘驱动器或控制器中都包含有一个64K、256K或512K的缓冲存储器。为了提高数据传输率，读数据过程中先把数据存入缓冲器，再进行集中传送；如果下次读取同一内容，就不必从光盘上去读取，直接把缓冲器中的数据传送给主机就可以了，这种传输率称为突发传输率。持续传输率当传送的数据量很大时，缓冲器就起不到提高传输率的作用了，这时的传输率称为持续传输率。,光存储系统的技术指标,误码率采用复杂的纠错编码可以降低误码率。存储数字或程序对误码率的要求高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低。CD-ROM要求的误码率为10-1210-16。平均无故障时间(MTBP)要求达到25000小时。,光存储格式标准和类型,什么是CD-DACD-DA（CD-DigitalAudio）是为激光数字音频唱盘制定的规格。它是CD标准的第一个文本，属于红皮书（RedBook）规格。什么是CD-ROMCD-ROM逻辑格式，1988年正式作为国际标准IS09660，黄皮书（YellowBook）。什么是CD-GCD-G（CD-Graphics）是1985年出现的遵循红皮书规格的光盘，主要用于存储静止画面。,光存储格式标准和类型,什么是CD-WORMCD-WORM（CD-WriteOnceReadMany）属于蓝皮书（BlueBook）规格，实现了光盘的一次写多次读的功能。什么是CD-ICD-I（CD-Interactive）属于绿皮书（GreenBook）规格。它在CD-ROM规格的基础上补充了音频、视频和计算机程序方面的规定。1988年出现了CD-I交互式光盘系统，1992年底出现了第二代CD-I，可播放互动式电影。,光存储格式标准和类型,什么是CD-VCD-V（CD-Video）与CD-G一样，是红皮书标准的延伸，用于影碟机，其视频信号可以输出到电视机上。什么是CD-ROMXA（ExtendedArchitecture）它是Philips、SONY和Microsoft制定的CD-ROM扩展结构。CD-ROMXA扩充了对数字音频信号的编码，目的是为了弥补推出CDI规格带来的问题。该规格也称为黄皮书的第二组标准。,光存储格式标准和类型,什么是CD-RCD-R（CD-Recordable）属于橙皮书（OrangeBook）规格。它在黄皮书的基础上增加了可写入的多种CD格式标准。是一种可刻录光盘，可以多次在CD空余部分写入数据。什么是PhotoCDPhotoCD是一种像片光盘，允许多段追入记录，属于白皮书（WhiteBook）标准。该规格也称为黄皮书的第二组标准。,光存储格式标准和类型,CD-ROM光存储系统,光存贮原理光反射,CD-ROM光存储系统,CD-ROM驱动器的系统方框图,CD-ROM光存储系统,光头：光头（opticalpickup）是CD-ROM驱动器的关键部件。聚焦司服：为使激光束的聚点落在光盘的信息面上，CD-ROM驱动器采用自动聚焦伺服系统来实现。EFM解调：从聚焦司服系统输出的数据信号是经过EFM调制后的信号，EFM解调过程是EFM调制过程的逆过程。,CD-ROM光存储系统,道跟踪司服：为了确保聚焦光束能沿着道间距为16um、凹坑宽为0.5um左右的螺旋形光道正确读出信息，CD-ROM采用径向光道跟踪技术，以克服光盘可能多达300um的偏心，使道跟踪精度达到0.1um。聚焦司服：CLV司服：由于CD-ROM盘要以恒定线速度（CLV）旋转，这就意味着，驱动光盘旋转的驱动马达的速度要随光头所处的位置而变化。,CD-R光存储系统,CD-R盘片的物理层次CD-R光盘将反射用的铝层改用24K黄金层（也可以是纯银材料），另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。,CD-R光存储系统,CD-R的刻录和读取原理CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，通过CD-R空白盘的聚碳酸脂（polycarbonate）层照射到有机染料（通常是箐蓝或酞箐蓝染料）的表面上，激光照射时产生的热量将有机染料烧熔，并使其变成光痕（mark）。当CD-ROM驱动器读取CD-R盘上的信息时，激光将透过聚碳酸脂和有机染料层照射镀金层的表面，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改变激光的反射率，CD-ROM驱动器根据反射回来的光线的强弱来分辨数据0和1。,磁光MO存储系统,磁光盘是利用（激）光和磁进行数据读、写和擦除的一种光存储系统。数据记录时使用激光和磁场；读取时仅用激光；激光和磁场分别位于盘片的两面。磁光盘的物理层次磁光盘片用树脂做基盘，其上集积了保护层（氮化硅）、记录层（铽、铁钴合金）和反射层（铝合金）而构成。,CD-ROM读写原理,CD-ROM光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道以一系列凹坑点线的形式存储的。激光光束能在1s内从1m2探测面积上获得满意的信号。利用激光聚焦成亚微米级激光束对轨道上模压形成的凹坑进行扫描，光束扫描凹坑边缘时，反射率发生变化，表示二进制数“1”，在坑内或岸上均为“0”。通过光学检测器产生光电检测信号，从而读出0、1数据。,CD-ROM读写原理,一般坑深约为0.110.13m，光轨道的间距为1.6m，坑宽不足光轨道间距的三分之一，约0.40.5m，光轨道位长度约0.25m。为了提高数据的可靠性，减少误码率，存储数据采用EFM编码，即l字节的8位数据经编码为14位的光道道位，这些光轨道位采用RLL（2，10）规则的插入编码，意即“1”码间至少有两个“0”码，但最多有十个“0”码。CD-ROM盘表面由一个保护层覆盖。这个涂层使你无法触摸到凹坑，它有助于保护盘片不被划伤、印上指纹和粘上杂物。,CD-ROM读写原理,磁光MO存储系统,磁光存储系统擦写原理写入数据：利用凸透镜进行聚焦，将高功率激光以极小的光点照射在磁光盘记录层上，在其表面温度上升到约300的居里点时，用外部磁场改变其原磁化方向。然后中止激光光束让记录层冷却，形成不受外磁场影响的牢固记录层。数据重写：需经过“擦”和“写”两步，先利用中功率激光照射介质段区中的所有数据，使段区中的数据点都沿著与介质表面垂直的方向均匀磁化，即通过写入“0”来抹去原有数据。然后再根据要求用高功率激光在“0”位置写入数据“1”，这样就完成了数据的重写。,磁光MO存储系统,磁光存储系统读原理数据的读取是利用低功率激光探测盘片表面，通过分析反射回來的偏振光的偏振面方向是顺时针或是逆时针，来决定读取的数据是“1”还是“0”。,相变(PD)光存储系统,CD-RW相变记录方式利用物质的状态变化即所谓的相变进行数据的读、写和擦除，相变型光盘用在基盘上沉积电介质层、相变记录层、冷却层和保护层等形成多层结构。,DVD光存储系统,DVD(DigitalVideoDisk)数字视频光盘或数字影盘它利用MPEG2的压缩技术来储存影像DVD-ROM：电脑软件只读光盘DVD-Video：家用的影音光盘DVD-Audio：音乐盘片DVD-R（或称DVD-Write-Once）：限写一次的DVDDVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘,DVD光存储系统,DVD盘片的物理结构分类：单面单层、单面双层、双面单层、双面双层；容量：4.7GB17GB；最小凹坑长度仅为0.4m，道间距为0.74m，采用波长为635650nm的红外激光器读取数据；DVD盘的厚度为1.2mm。对于单面盘而言，只有下层基底包含数据，上层基底没有数据；而双面盘的上下两层基底上均有数据。,光盘库系统,DVD技术简介,DVD是DigitalVideoDisk的缩写，意思是“数字电视光盘（系统）”，这是为了与VideoCD相区别。实际上DVD的应用不仅仅是用来存放电视节目，它同样可以用来存储其他类型的数据，因此又把DigitalVideoDisk更改为DigitalVersatileDisk，缩写仍然是DVD，Versatile是多才多艺的意思。现在谈到DVD时，通常是指DigitalVideoDisk。DVD技术类似于CD-ROM技术，但是可以提供更高的存储容量。从表面上看，DVD盘与CD/VCD盘很相似，其直径为80mm或120mm，厚度为1.2mm。但实质上，两者之间有本质的差别。按单/双面与单/双层结构的各种组合，DVD可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。CD的最小凹坑长度为0.834m，道间距为1.6m，采用波长为780790nm的红外激光器读取数据，而DVD的最小凹坑长度仅为0.4m，道间距为0.74m，采用波长为635650nm的红外激光器读取数据。,DVD技术简介,DVD具有高密度、高