第9章光盘驱动器

1、-1-第第9章章 光盘和光盘驱动器光盘和光盘驱动器9.1 光盘光盘9.2 光盘驱动器光盘驱动器9.3 光盘驱动器的使用光盘驱动器的使用-2-9.1 光盘 9.1.1 光盘结构光盘结构 厚度厚度为1.2mm,直径直径为120mm或80mm,中心带有直径15mm的孔，CD-ROM光盘由碳酸脂做成。顶层(涂漆保护层)铝合金(反衬金属层)预刻层底层(聚碳酸酯)-3-由里向外分成三个区由里向外分成三个区:导入区导入区（Lead-In）数据区或称节目区（数据区或称节目区（Program）导出区导出区（Lead-Out）。 光盘数据轨道则是一条由里向外，顺时针方向的螺螺旋线旋线:光盘轨道光盘轨道。每扇区有每

2、扇区有2048字节。字节。用刻录机在光盘轨道上刻出一个个极小的凹点刻录机在光盘轨道上刻出一个个极小的凹点，不同的凹点与平面被激光照射时，产生不同的反射光，形成对应的数据“0”和“1”-4-5-从光盘的存储数据方式上看可将从光盘的存储数据方式上看可将CD（Compact Disc）光盘）光盘DVD（Digital Video Disc）光盘）光盘9.1.2 光盘分类光盘分类-6-一、一、CD（Compact Disc）光盘）光盘1CD数字音乐光盘数字音乐光盘CD-DA CD-DA(Compact Disc-Digital Audio,精密光盘数字音频）标准：红皮书标准,CD音乐光盘，也称Audi

3、o CD，是其它光盘的始祖。-7-2CD只读式光盘只读式光盘CD-ROMCD-ROM称为只读式光盘,容量大，价格低廉。CD-ROM有两种数据结构：Mode-1与Mode-2。每张Mode-1的CD-ROM可存放的数据容量650MB。每张Mode-2的CD-ROM可存放的数据容量742MB。-8- 3CD可记录式光盘可记录式光盘CD-R CD-R称为可记录式光盘，用光盘刻录机将数据一次写入CD-R光盘中，但写入后数据不能更改和删除，对数据的保存有较高的安全性。 -9-4CD重复擦写式光盘重复擦写式光盘CD-RW CD-RW称为可重复擦写式光盘可重复擦写式光盘，光盘上的数据可自由更改或删除，可达可

4、达1000次左右次左右，使用弹性比CD-R大，价格比CD-R高得多。-10-二、二、DVD（Digital Video Disc）光盘）光盘1DVD光盘特点光盘特点(1)直径为120mm，厚度为1.2mm，光盘数据轨道也是一条由里向外，顺时针方向的螺旋线，扇区长度为2048字节。(2)存储方式存储方式与CD-ROM光盘有很大区别有很大区别。DVD光盘实际上是由两层厚度分别为由两层厚度分别为0.6mm盘片组成的，盘片组成的，且每个盘片的两个面都可以用来存放数据且每个盘片的两个面都可以用来存放数据。-11-(3)存储容量存储容量要比CD-ROM光盘存储容量大大(4)DVD的速度也是的速度也是CD无

5、法比拟的无法比拟的，即DVD的的1X1.35MB/s，而，而CD的的1X150KB/s，(5)有DVD驱动器都可以读取CD光盘-12-13- 2DVD光盘分类光盘分类 （1）DVD音乐光盘音乐光盘:DVD Audio。类似于CD-Audio，但声音采样范围更宽阔，包括在44.1到192 KHz的16、20和24位采样。与CD-Audio不同的是DVD-Audio支持视频、字幕、菜单、屏保等。 -14-（2）DVD 视频光盘：视频光盘：DVD Video。用途类似Video CD。是最早的DVD产品，是目前应用最广的一种DVD光盘，即DVD影碟。-15- （3）DVD只读光盘只读光盘DVD-RO

6、M。用来存储计算机数据、文件的只读光盘，类似CD-ROM，是CD-ROM光盘的换代产品。任何的数据信息都可以存放在DVD-ROM光盘上。 （4）DVD可记录式光盘可记录式光盘DVD-R。DVD-R（或称 DVD-Write-Once）用途类似于CD-R。因数据写入后就不能再被修改，所以也称它为一次性写入式DVD光盘。 -16-（5）可多次读写）可多次读写DVD光盘光盘可多次读写DVD 现在有三种：DVD-RAM 、DVD-RW、 DVD+RW。DVD-RAM：可以重写10万次以上，缺点是兼容性较差，价格昂贵；DVD-RW：以DVD视频格式来保存数据，可以在影碟机上播放。 DVD+RW：速度快，

7、价格高。光驱最易用、便宜、与现有格式兼容性最好的DVD刻录标准，具有DVD-RAM光驱的易用性，而且提高DVD-RW光驱的兼容性 。-17-18- 3DVD光盘存储规格光盘存储规格DVD光盘有单面-单/双层和双面-单/双层的四种规格。 （1）单面单层（）单面单层（DVD-5规格）规格）：在DVD光盘的一个层的一个面上存放数据，标准的数据记录量为4.7GB。（2）单面双层（）单面双层（DVD-9规格）：规格）：分别在DVD光盘的两个层的同一个方向的面上存放数据。理论上数据记录量可提升到9.4GB，实际上最高数据记录量只达到8.5GB。 DVD-5规格 DVD-9规格 -19- （3）双面单层（）

8、双面单层（DVD-l0规格）：规格）：在DVD光盘的两个层的不同方向的两个面上分别存放数据，即在DVD光盘的正反两个面上储存数据，标准的数据记录量为9.4GB。（4）双面双层（）双面双层（DVD-l8规格）规格）:标准的数据记录量为17GB。 DVD-10规格 DVD-18规格 -20-21-9.2 光盘驱动器光盘驱动器9.2.1光盘驱动器类型光盘驱动器类型一、碟片载入方式一、碟片载入方式指光驱在载入盘片时所采用的方式，目前有托盘托盘式、吸入式和翻盖式三种式、吸入式和翻盖式三种 -22-吸入式光驱：吸入式光驱：无托盘，机体上有插空，手动把盘片插入一半，直接的把插入一半的光盘自动吸入，弹出时把光

9、盘弹出2/3刚好露出光盘中心圆孔方便取出。-23-翻盖式翻盖式翻盖打开，直接把盘片放入机器，合上翻盖就能正常读取，使用方便。 -24-二、二、 按位置分按位置分内置式内置式 外置式外置式强调移动性，性能逊色于内置式光驱。其数据传输率要受到外部接口的限制 -25-三、按接口分三、按接口分IDEUSBSCSI外置并行口外置并行口IEEE1394口口-26-四、按速度分四、按速度分单倍速（单倍速（CD-ROM 150KB/S）、）、2、4、8、16、32、36、40、42、48、50、56-27-五、按功能分五、按功能分1、CD-ROM驱动器：驱动器：（只读光盘）驱动器2、DVD光驱（光驱（DVD-

10、ROM）：可以读取）：可以读取DVD碟碟片的光驱，除了兼容片的光驱，除了兼容DVD-ROM，DVD-VIDEO，DVD-R，CD-ROM等常见的格式外，等常见的格式外，对于对于CD-R/RW，VIDEO-CD，CD-G等都要等都要能很好的支持。能很好的支持。 -28-3、刻录机：、刻录机：CD-R、CD-RW和和DVD刻录机。刻录机。 DVD刻录机（DVD-R/RW、DVD+R/RW、DVD-RAM，可反复擦写DVD光盘存储器）4、康宝（、康宝（COMBO）：集合了）：集合了CD刻录、刻录、CD-ROM和和DVD-ROM为一体的多功能光存储产为一体的多功能光存储产品品 。-29-9.2.2光盘

11、驱动器结构和工作原理光盘驱动器结构和工作原理一、一、光驱内部结构光驱内部结构 -30-1 1、激光头组件：由激光头、聚集透镜等组成，配、激光头组件：由激光头、聚集透镜等组成，配合齿轮机构和导轨等机械部分，根据系统信号合齿轮机构和导轨等机械部分，根据系统信号确定读取光盘数据，并通过数据电缆将数据传确定读取光盘数据，并通过数据电缆将数据传输到控制电路。输到控制电路。激光头激光头主要负责数据的读取工作。激光头实际上是一个整体，由激光管（又称激光二激光管（又称激光二极管）、聚焦线圈、半反光棱镜、物镜、透镜极管）、聚焦线圈、半反光棱镜、物镜、透镜以及光电二极管等部件组成，以及光电二极管等部件组成，外观上

12、看起来像一个黑色的方形盒子。 -31-2 2、主轴电机：压紧光盘后，带动光盘高速、主轴电机：压紧光盘后，带动光盘高速旋转。旋转。3、光盘托架：输送光盘。、光盘托架：输送光盘。-32-33-4、启动机构：控制光盘托架的进出和主轴电机的启启动机构：控制光盘托架的进出和主轴电机的启动。加电运行时，启动机构将使包括主轴电机和激动。加电运行时，启动机构将使包括主轴电机和激光头组件在内的伺服机构处于半加载状态。光头组件在内的伺服机构处于半加载状态。 光驱中一般有三个电机光驱中一般有三个电机：控制进出盒仓的进出控制进出盒仓的进出盒电机、固定光盘并进行旋转的主轴电机和使激光盒电机、固定光盘并进行旋转的主轴电机

13、和使激光头沿光盘的半径方向运动的步进电机。头沿光盘的半径方向运动的步进电机。5、电路板（集成有固件、驱动芯片、伺服电路系统）、电路板（集成有固件、驱动芯片、伺服电路系统）及连线。及连线。-34-35-二、光驱的工作原理二、光驱的工作原理CD光驱读盘时，光驱中激光头发射光驱读盘时，光驱中激光头发射波长约波长约0.65微米微米激光束。激光束由内到外，即从光盘的导激光束。激光束由内到外，即从光盘的导入区引导激光束进入数据区，并通过对入区引导激光束进入数据区，并通过对TOC表访问将激光束定位在需要访问数据区内容所表访问将激光束定位在需要访问数据区内容所在的位置，再由光盘反射回来，经过光检测器在的位置，

14、再由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号。捕获信号。-36-37- 光盘上有两种状态，即凹点和平面点光盘上有两种状态，即凹点和平面点。当激光束在激光束在凹点与平面的区域凹点与平面的区域上移动时，反射的光会有强弱反射的光会有强弱变化变化。当激光束照在凹点时，反射光散射凹点时，反射光散射；当照在平面区域平面区域时，反射光就会无改变的反射回来会无改变的反射回来。它们的反射信号有明显差异，很容易被光检测器光检测器识别出来。如果将前一种反射光表示为二进制数据中的0，后一种反射光表示为二进制数据中的1，光驱中光电转换部件对反射光进行转换和校验，这样就能得到实际的二进制数据。然后把这些数据传送到计算机系统中，

15、由计算机处理。 -38- 在激光头读取数据激光头读取数据的整个过程中，寻迹和聚焦寻迹和聚焦是激光头工作时最重要的两个环节。 寻迹寻迹就是保持激束能够始终正确地对准记录数据激束能够始终正确地对准记录数据的轨轨道上道上。当激光束正好与轨道重合时，寻迹误差信号就为当激光束正好与轨道重合时，寻迹误差信号就为0，否则寻迹误差信号就可能为正数或者负数，激光头会根据寻迹误差信号误差信号对姿态进行适当的调整的调整。 聚焦聚焦就是指激光头能够精确地将激光束打到盘片上激光头能够精确地将激光束打到盘片上并接收到最强的反射信号。并接收到最强的反射信号。当激光束从盘片上反射回来时会同时打到4个光电二极管个光电二极管上。

16、它们将信号叠加并最信号叠加并最终形成聚焦误差信号终形成聚焦误差信号。只有当聚焦误差信号为聚焦误差信号为0时时，才能准确聚焦。准确聚焦。如果聚焦聚焦不准确，显然是不能顺利地读取光盘的。 -39-三三 、 光驱外部结构光驱外部结构 光盘托架音量旋钮强制弹出孔指示灯播放/向后搜索键打开/关闭/停止键耳机插孔-40-光驱的背面结构 数字音频输出连接口模拟音频输出连接口数据线插座电源插座主盘/从盘/CSEL 盘模式跳线VCD和多媒体光盘的声音通过CPU处理后再经声音卡输出-41-42-1光驱的传输速度光驱的传输速度 CD-ROM驱动器的速度指的是标称速度，最初的单驱动器的速度指的是标称速度，最初的单倍速

17、相当于倍速相当于Audio CD的标准速度的标准速度150KBps。CD-ROM驱动器的倍速均是指单倍速的倍数，例驱动器的倍速均是指单倍速的倍数，例如，如，2（2倍速）、倍速）、4（4倍速）、倍速）、8（8倍倍速）、速）、24（24倍速）、倍速）、32（32倍速）、倍速）、56（56倍速）等倍速）等 9.2.3 光盘驱动器性能指标光盘驱动器性能指标-43-2数据传输速率数据传输速率CD-ROM驱动器标称速度与数据传输速率的换驱动器标称速度与数据传输速率的换算关系为：数据传输速率算关系为：数据传输速率=标称速度（倍速）标称速度（倍速） 150KBps。例如，。例如，56的数据传输速率为的数据传输

18、速率为56 150KBps=8400KBps。50倍速光驱理论上传输率是：倍速光驱理论上传输率是：15050= 7500KB/s。-44-3平均寻道时间平均寻道时间 平均寻道时间是指激光头定位并读取数据所平均寻道时间是指激光头定位并读取数据所需的平均时间。需的平均时间。这段时间主要指激光头寻找并移动到指定的这段时间主要指激光头寻找并移动到指定的数据的位置，再发射光波到反射光波经过折数据的位置，再发射光波到反射光波经过折射输出到解码电路，最后将数据传送到光驱射输出到解码电路，最后将数据传送到光驱缓冲区的时间。一般为平均随机寻道时间。缓冲区的时间。一般为平均随机寻道时间。寻道时间越短越好，不能超过

19、寻道时间越短越好，不能超过95ms。 -45-4光驱的缓存光驱的缓存作用是提供一个数据的缓冲区域，将读取的数据暂时作用是提供一个数据的缓冲区域，将读取的数据暂时保存起来，然后一次性进行传输和转换，目的是解保存起来，然后一次性进行传输和转换，目的是解决决CD-ROM驱动器与计算机其他部件速度不匹配的驱动器与计算机其他部件速度不匹配的问题。一般是问题。一般是256KB或者或者512KB的。的。 由于光驱中的由于光驱中的电机旋转速度不可能无限的提高电机旋转速度不可能无限的提高，使激，使激光头读取数据受到影响，可以在光驱中增加缓存来光头读取数据受到影响，可以在光驱中增加缓存来弥补速度上的不足。弥补速度

20、上的不足。增加光驱缓存可以减少光驱对增加光驱缓存可以减少光驱对光盘数据的反复读取次数，提高光驱速度，光盘数据的反复读取次数，提高光驱速度，这在读这在读取小型文件和随机文件可以明显看出效果。取小型文件和随机文件可以明显看出效果。-46-5光驱的纠错能力光驱的纠错能力 光驱的纠错能力是指光驱正确读取光盘数据的能力。光驱的纠错能力是指光驱正确读取光盘数据的能力。（1）人工智能纠错技术（）人工智能纠错技术（AIEC）：类似于模糊控制技术，由厂家事先在市场上收集光盘的质量信息事先在市场上收集光盘的质量信息，对有缺陷的光盘进行参数分析和计算，如记录下偏心、缺陷的光盘进行参数分析和计算，如记录下偏心、密度不

21、均、划痕、发射层薄、沟槽不整等缺陷状况，并密度不均、划痕、发射层薄、沟槽不整等缺陷状况，并研究开发出相应的纠错方法存储到光驱的研究开发出相应的纠错方法存储到光驱的BIOS中，中，在遇到某些读盘不好读盘不好的具体情况时，就用事先制定好的方事先制定好的方案进行纠错工作。案进行纠错工作。 -47-（2）智能变功纠错技术）智能变功纠错技术VIPCVIPC使激光头在读正常光盘时保持低能耗的读正常光盘时保持低能耗的工作状态，当读到光盘的非正常区域而不能通过时，光驱内部的智能智能芯片通知光驱启动人工智能纠错技术芯片通知光驱启动人工智能纠错技术AIEC纠错技术进纠错技术进行纠错行纠错。如果纠错失败，智能芯片通

22、知相关控制电路，提高电路的电流，使激光头以中等功率发射超高能激光束使其通过读盘采用VIPC智能变功纠错技术智能变功纠错技术的光驱纠错能力可以大幅度提高正确读取数据的能力，同时也延长了光驱的使用寿命。-48-6噪音和震动噪音和震动 华硕采用了双油压动态减震系统，宏基采用悬挂华硕采用了双油压动态减震系统，宏基采用悬挂减震系统，有的光驱还使用消音棉来减少噪音来降减震系统，有的光驱还使用消音棉来减少噪音来降低了光驱的噪音和震动。低了光驱的噪音和震动。双动态抗震悬吊系统（双动态抗震悬吊系统（DDSS）技术是为了有效地吸）技术是为了有效地吸收主轴电机高速旋转时产生的震动，该技术使用两收主轴电机高速旋转时产

23、生的震动，该技术使用两个抗震动装置与动态阻尼器，并可根据光盘的优劣个抗震动装置与动态阻尼器，并可根据光盘的优劣自动调整电机的旋转速度，保持光盘的平衡性和保自动调整电机的旋转速度，保持光盘的平衡性和保护主轴电机，能有效地减小光驱在高速转动时产生护主轴电机，能有效地减小光驱在高速转动时产生的震动和噪音，从而提高光驱使用寿命。的震动和噪音，从而提高光驱使用寿命。-49-7机芯品种机芯品种光驱主要有光驱主要有“塑料制塑料制”和和“全钢制全钢制”两种机芯。两种机芯。“塑料塑料”机芯具有价格低廉，会逐渐老化甚至机芯具有价格低廉，会逐渐老化甚至变形，时间稍长，读盘能力就会自然下降。变形，时间稍长，读盘能力就

24、会自然下降。“全钢机芯全钢机芯”的光驱在抗高速、抗高温方面表现的光驱在抗高速、抗高温方面表现良好，能保证光驱的读取速度稳定，减少光驱良好，能保证光驱的读取速度稳定，减少光驱的机械老化。的机械老化。钢质机芯的光驱在工作时产生的噪音要比塑料机钢质机芯的光驱在工作时产生的噪音要比塑料机芯的光驱大一些。芯的光驱大一些。-50-8、Ultra DMA 33/66Ultra DMA 33/66数据传输标准首先被广泛数据传输标准首先被广泛使用在硬盘上，其优点是可以减少使用在硬盘上，其优点是可以减少CPU的的占用率，突发数据传输速率可以达到占用率，突发数据传输速率可以达到33MBps，比，比PIO Mode 4模式快了一倍。模式快了一倍。如今的高倍速如今的高倍速CD-ROM驱动器都支持这驱动器都支持这个标准。个标准。-51-9、读盘（旋转）方式、读盘（旋转）方式（1）恒定线速度（）恒定线速度（Constant Linear Velocity，CLV）方式）方式通过改变主轴电机的速度，使