第7章-光存储设备和光盘

1、第7章 光存储设备和光盘,理解光存储的基本原理,知识目标,熟悉光存储设备的硬件结构,熟悉光存储设备的性能指标,理解光存储设备的工作原理,熟悉光盘的种类,能够选购合适的光存储设备,技能目标,能够选购合适的光盘,第7章 光存储设备和光盘,7.1 光存储设备概述,7.2 光盘,7.1 光存储设备概述,7.1.1 光存储的基本原理,7.1.2 光存储设备的硬件结构,7.1.3 光存储的分类,7.1.4 光存储设备的性能指标,7.1.5 光存储设备的工作原理,7.1.6 CD、DVD只读光驱的选购,7.1.7 刻录机的选购,7.1.1 光存储的基本原理,光存储与光有密切关系。有一些介质在光线照射下会产生

2、一些物理的或者化学的变化，这些变化通常可使介质具有两种状态，这两种不同的状态可分别用来代表数据“0”和数据“1”，因此就可以用这种介质作为数据存储介质。 激光具有单色性和相干性。如果将这种介质做成光盘，然后对激光加以控制、进行精细聚焦，沿一定轨迹对光盘进行扫描，再通过一个光电接收头对光盘介质因激光照射而产生的反射、吸收或相移做出反应，从而完成了对光盘的读取、写入、擦除等操作。,7.1.2 光存储设备的硬件结构,光存储设备都是利用光盘作为存储体，利用激光头来读写，其硬件结构大体是相同的。如图7.1所示。,图7.1 光存储设备的硬件结构示意图,7.1.2 光存储设备的硬件结构,（1）光头部分 光头

3、包括产生激光的半导体激光器、光学聚焦系统以及光电探测器等，如图7.2所示。,图7.2 光头部分示意图,7.1.2 光存储设备的硬件结构,（2）控制处理电路 伺服系统 为了读取光盘上的数据，要求激光束必须精确聚焦，误差必须非常小，通常要求轴向误差小于1m，径向误差小于0.1m。为了达到这样高的精密程度，就需要伺服系统 主轴电机控制 主轴电机的转速以PWM脉宽调制方式控制，通过霍尔元件组成的码盘来检测转速。 解调、纠错 为了防止数据出错，光盘上的数据信息是经过调制的，当光头读取到这些数据信息后，就需要解调。 接口电路 存储设备都有一个与计算机进行通信的接口，通常是IDE或SCSI接口。,7.1.3

4、 光存储的分类,1.根据光盘存储技术的不同分类： （1）CD-ROM （2）CD-R （3）DVD-ROM （4）DVD+RW （5）DVD-RAM （6）Combo （7）HD-DVD （8）蓝光DVD,7.1.3 光存储的分类,2.按安装方式及结构特点来划分： （1）内置式：内置式光驱目前大多用户普遍采用的安装形式。这种光驱可以安装在电脑机箱的五英寸的固定架上，通过内部连线连接到主板上，如图7.3所示。 （2）外置式：外置式光驱自身带有保护外壳，可以放在电脑机箱外面，通过USB接口与电脑相连接使用，而不必安装到电脑机箱里去。,7.1.3 光存储的分类,7.1.3 光存储的分类,3.按光存储

5、设备的速度分类 读、写、擦写CD/DVD等的速度 4.按光存储设备的接口分类 可分为IDE接口、SATA接口、IEEE1394接口、USB接口,7.1.4 光存储设备的性能指标,1. 数据传输率 数据传输率是指光驱在1S内所能读写的数据量,单位为KB/s或MB/s.它是衡量光驱性能的最基本指标。该值越大，光驱的数据传输率越高。 最初CD-ROM数据传输率只有150KB/s，定义为倍速（1X），DVD-ROM的1X为1358MB/s，DVD-ROM的最高倍速为16X。 CD-RW刻录机速度表示为：写复写读。一款标示523252的CD-RW刻录机表示该款刻录机为52倍速CD-R刻写、32倍速复写速

6、度和52倍速CD-ROM读取能力。 DVD-RW刻录机速度表示为：DVD+/-R写入DVD+RW复写DVD-RW复写DVD+/-R DL写入DVD-RAM写入。 Combo驱动器的速度一般表示为：CD-R写入CD-RW重写CD读取DVD-ROM 读取。,7.1.4 光存储设备的性能指标,1. 数据传输率 数据传输率是指光驱在1S内所能读写的数据量,单位为KB/s或MB/s.它是衡量光驱性能的最基本指标。该值越大，光驱的数据传输率越高。 最初CD-ROM数据传输率只有150KB/s，定义为倍速（1X），DVD-ROM的1X为1358MB/s，DVD-ROM的最高倍速为16X。 CD-RW刻录机速

7、度表示为：写复写读。一款标示523252的CD-RW刻录机表示该款刻录机为52倍速CD-R刻写、32倍速复写速度和52倍速CD-ROM读取能力。 DVD-RW刻录机速度表示为：DVD+/-R写入DVD+RW复写DVD-RW复写DVD+/-R DL写入DVD-RAM写入。 Combo驱动器的速度一般表示为：CD-R写入CD-RW重写CD读取DVD-ROM 读取。,7.1.4 光存储设备的性能指标,2. 平均访问时间（Average access time） 平均访问时间又称为“平均寻道时间”，是指光驱的激光头从原来的位置移动到指定的数据扇区，并把该扇区上的第一块数据读入高速缓存所花费的时间。其值

8、一般在8090 ms。 3. CPU占用时间（CPU Loading） CPU占用时间是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间。这是衡量光驱性能的一个重要指标，光驱的CPU占用时间越少，系统整体性能的发挥就越好。,7.1.4 光存储设备的性能指标,4. 缓存容量 主要用于存放临时从光盘中读出的数据，然后发送给计算机系统进行处理。这样就可以确保计算机系统能够一直接收到稳定的数据流量。缓存容量越大，读取数据的性能就越高。 5. 接口类型 市场上的光驱接口类型主要有SATA、IDE、SCSI和USB。,7.1.4 光存储设备的性能指标,6. 纠错能力 光驱纠错能力是指光盘驱动器对一些

9、质量不好的光盘的数据读取能力。目前，各个品牌的产品都差不多，建议购买品牌产品，这样在售后服务上有保证。 7. 区域代码 区域代码是DVD光驱的特有专利，在DVD光驱的面板上或说明书上一般都有明显的标记或说明。大家选购时要注意购买标有中国区域代码的产品。,7.1.4 光存储设备的性能指标,8. 刻录方式 刻录方式分为4种：整盘、轨道、多段、增量包。 整盘刻录无法再添加数据； 轨道刻录每次刻录一个轨道，CD-R最多支持刻写99条轨道，但要浪费几十MB容量； 多段刻录与轨道刻录一样，也可以随时向CD-R中追加数据，每添加一次数据，浪费数MB容量； 增量包的数据记录方式与硬盘类似，允许在一条轨道中多次

10、添加小块数据，避免了数据备份量少的浪费，刻意避免发生缓存欠载现象。,7.1.4 光存储设备的性能指标,9. 旋转方式 旋转方式是指激光头在光盘表面横向移动读取轨道数据时，光驱主轴电机带动光盘旋转分3种方式： （1）CLV（Constant Line Velocity，恒定线速度）方式。 （2）CAV（Constant Angular Velocity，恒定角速度）方式。 （3）P-CAV（Partial- Constant Angular Velocity，局部恒定角速度）方式。,7.1.5 光存储设备的工作原理,1. CD-ROM驱动器的工作原理 在无光盘状态下，光驱加电后，激光头组件启动。

11、此时，光驱面板指示灯闪亮，同时，激光头组件移动到主轴马达附近，并由内向外顺着导轨步进移动，最后又回到主轴马达附近，激光头的聚焦透镜将向上移动三次搜索光盘。同时，主轴马达也顺时针启动三次，然后，激光头组件复位，主轴马达停止运行，面板指示灯熄灭。光驱中若放入光盘，激光头聚焦透镜重复搜索动作，找到光盘后，主轴马达将加速旋转。此时，若读取光盘，面板指示灯将不停地闪动，步进电机带动激光头组件移动到光盘数据处，聚焦透镜将数据反射到接收光电管，再由数据带传送到系统，微机便可读取光盘数据。若停止读取光盘，激光头组件和马达仍将处于加载状态中，面板指示灯熄灭。,7.1.5 光存储设备的工作原理,2. CD-R/R

12、W驱动器的工作原理 （1）CD-R驱动器的工作原理 CD-R刻录机工作时，由刻录软件控制激光头以一定的规则向CD-R光盘的数据面（有机染料制成的光盘介质）发射很细的激光束，在CD-R光盘的数据面蚀刻出一个个“小坑”，如图7.7所示。就是这些肉眼难以分辨的小坑记录着指定的数据资料，可以被光驱识别。被刻录到CD-R光盘上的数据信息是永久性的，无法被擦写、删改。,图7.7 CD-R原理示意图,7.1.5 光存储设备的工作原理,2. CD-R/RW驱动器的工作原理 （2）CD-RW驱动器的工作原理 CD-RW刻录机是由理光（Rich）公司在1996年首先推出的，它是允许用户反复进行数据擦写操作的刻录机

13、。CD-RW采用相变技术来存储信息，光盘介质采用硫属化合物或金属合金，利用激光的热效应或光效应使介质发生相变，即介质在晶态和非晶态之间相互转变，这两种状态下，介质对光的反射率相差很大（晶态对光线的反射率大，非晶态对光线的反射率小），因而可以用来记录数据。又因为这种相变的过程是可逆的，所以这种光盘可反复擦写。,7.1.5 光存储设备的工作原理,3. DVD光驱的工作原理 DVD-ROM工作原理与CD-ROM差不多，也是先将激光二极管发出的激光经过光学系统形成光束射向盘片，然后从盘片上反射回来的光束照射到光电接收器上，再转变成电信号。 由于DVD必须兼容CD-ROM光盘，而不同的光盘所刻录的坑点和

14、密度均不相同，当然对激光的要求也有不同，这就要求DVD激光头在读取不同盘片时要采用不同的光功率。,7.1.5 光存储设备的工作原理,4. DVD刻录机的工作原理 DVD 刻录机是DVD-R/RW 和DVD+R/RW，它们与CD-R/RW一样是在预刻沟槽中进行刻录。不同的是，这个沟槽通过定制频率信号的调制而成为“抖动”形，被称作抖动沟槽。它的作用就是更加精确地控制马达转速，以帮助刻录机准确掌握刻录的时机，这与CD-R/RW 刻录机的工作原理是不一样的。另外，虽然DVD-R/RW和DVD+R/RW的物理格式是一样的，但由于DVD+R/RW刻录机使用高频抖动技术，所用的光线反射率也有很大差别，因此这

15、两种刻录机并不兼容。,7.1.5 光存储设备的工作原理,5. Combo驱动器的工作原理 Combo驱动器可以实现CD-ROM、DVD-ROM、CD-RW等多种功能，其中的关键在Combo驱动器的激光头。Combo驱动器激光头能够产生不同能量和波长的光源，并且都能做到精确聚焦，从而实现CD-ROM、DVD-ROM的读取以及CD-RW的刻写。 3种不同的光头： （1）三星光头 （2）飞利浦光头 （3）日系光头,7.1.6 CD、DVD只读光驱的选购,1. 速率不是全部 除速率外，缓存大小和平均寻道时间对光驱的总体性能也有着举足轻重的影响。因此，在价格差别不大的情况下，尽量选择高速缓存较大的产品。

16、 2. 稳定性 在当今速度与纠错（指新出厂产品的纠错力）差距并不大的情况下，稳定性的表现显得尤为可贵。选购光驱时不可只图新品，应尽量购买推向市场时间较长，口碑一直不错的产品，这样的光驱往往稳定性较好。,7.1.6 CD、DVD只读光驱的选购,3. 接口 IDE和SATA接口是主流，应尽量选用。 4. 静音 光驱噪声是计算机工作室的噪声源之一。光盘的盘片总处于高速旋转中，这就不可避免地会产生很大的震动，另一方面目前市面上的光盘盘片质量参差不齐，质量差的盘片在高速旋转过程中也会带来震动。而震动会影响激光头的聚焦，从而影响读取数据的正确性。 5. 品牌 目前国内DVD光驱市场知名的品牌有：索尼（SO

17、NY）、先锋（PIONEE）、三星（SAMSUNG）、明基（BenQ）、TPOS 、华硕（ASUS）、LG、飞利浦（PHILIPS）、惠普（HP）、台电（TELECT）等。,7.1.7 刻录机的选购,选购刻录机时，需要考虑以下因素： 1. 工作稳定性和发热量 由于用刻录机刻盘耗时相对较长，要求刻录机有较高的稳定性。另外，还要考虑刻录机的发热量。如果刻录机在短时间发热量过大，容易缩短激光头的使用寿命，使正在刻录中的光盘受热变形，造成刻录失败甚至盘片炸裂。 2. 缓存容量 缓存容量的大小是选购刻录机的一个重要指标。因此，价格差别并不明显，建议优先选择缓存容量大的产品。,7.1.7 刻录机的选购,3

18、. 刻录速度 刻录速率越高，刻录时间越短。同时考虑刻录机支持的盘片。 4. 品牌 前国内刻录机市场知名的品牌有：先锋（PIONEE）、索尼（SONY）、三星（SAMSUNG）、明基（BenQ）、华硕（ASUS）、浦科特（PLEXTOR）、飞利浦（PHILIPS）、惠普（HP）、台电（TELECT）、建兴/LITEON等。,8.2 鼠标,8.2.1 鼠标的分类,8.2.2 鼠标参数,8.2.3 鼠标的选购,7.2.1 光盘的类型,1.按照读写类型分类 一种是只读型光盘，它们由生产厂家预先写入信息，用户只能读出不能写入； 第二种是只写一次性光盘，可以由用户写入信息，但只能写一次，可多次读出； 第三

19、种是可擦写型光盘，可以重复读写，类似磁盘。 2.按所使用的激光不同分类 又分为CD、DVD（红光DVD）、BD（蓝光DVD）、HD（高清晰度DVD）。,7.2.2 光盘的容量及记录原理,1.光盘的容量 光盘容量的单位则不同，它以14bit为编码单位，即1Byte=14bit，并且，字节与字节之间还有3bit的间隔，故光盘实际的数据为1Byte=（14+3）bit=17bit。另外，唱片光盘是以时间（分钟）为单位，如一张CD唱片可播放74分钟，一张电影DVD单面光盘可播放133分钟等。 2.光盘的记录原理 光盘是通过其表面上的凹槽来反映信息的，在盘片上用平坦表面表示“0”，用凹坑端部表示“1”。

20、,7.2.3 光盘的结构,1. CD-ROM盘片 CD-ROM盘片直径一般为120mm，盘片中心有一个直径为15mm的孔，其外有一个13.5mm宽的环状区是不保存任何东西的。CD-ROM盘片的径向截面共有三层：聚碳酸脂做的透明衬底（片基）、铝反射层和保护层。 2. CD-R盘片 用高功率CD-R光盘的燃料层，使其发生化学变化，在盘片上产生凹坑，没有照射的地方仍为平面。,7.2.3 光盘的结构,1. CD-ROM盘片 CD-ROM盘片直径一般为120mm，盘片中心有一个直径为15mm的孔，其外有一个13.5mm宽的环状区是不保存任何东西的。CD-ROM盘片的径向截面共有三层：聚碳酸脂做的透明衬底

21、（片基）、铝反射层和保护层。 2. CD-RW盘片 CD-RW盘片内部镀了一层210-6510-6cm的薄膜，薄膜的材质多为银、铟、硒或碲混合物的结晶层。这个结晶层的特色是能呈现出结晶与非结晶的状态，激光照射可使这两种状态相互转换。,7.2.3 光盘的结构,3. DVD盘片 与CD尺寸相同，不过结构完全不同。DVD是由2个厚度为0.6mm的基质层粘贴而成的，并采用了多面多层的技术，即每一面光盘都可以存储双层数据。 4. 蓝光光盘盘片 与CD光盘类似，均为单基层，利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据。层面异常坚固，可以保护光盘中的重要的记录层。,7.2.4 光盘中数据的存储形式,1. CD-RO

22、M （1）光道 光盘上的光道与磁盘上的磁道不同，它是一条从光盘中心开始逐渐向外展开的螺旋线，而非一个个的同心圆。 （2）扇区 扇区方式0：在CD-ROM中作为导入区和导出区。 扇区方式1：用于安排错误检测码（EDC）和错误控制码（ECC），此方式具有很强的检错和纠错能力，因此，适用于保存误码很低的信息，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，用于存放用户数据信息，但由于没有安排检错和纠错码，所以，仅适用于存放误码要求不高的信息，如声音、图像等。,7.2.4 光盘中数据的存储形式,2. DVD-ROM DVD-ROM的线间距为0.74微米，最小凹坑长0.4微米，由两层0.

23、6mm基层黏成，每面可存放两层数据，因此有4种数据存储容量：DVD-5（单面单层），4.7GB； DVD-9（单面双层），8.7GB； DVD-10（双面单层），9.4GB； DVD-18（双面双层），17GB； 3.HD-DVD 以前被称作AOD，采用在凹凸槽上均记录数据的技术，最小凹坑长0.2微米。单面单层容量为15GB，单面双层为30GB，3层可存储45GB。 4.BD（Blu-Ray Disk,蓝光光盘） BD是下一代光盘格式，单层单面盘片的存储容量为23.3GB、25GB和27GB，双层单面的容量为46GB或54GB，4层单面的容量为100GB。,7.2.5 盘片的选择,盘片的选择 ，需要考虑以下因素： 1. CD-ROM盘片的选择 购买光盘时，不仅应注意光盘正面是否洁净，还应对着