光盤

目錄
·光盤概述
·光盤原理
·光盤為何如此薄？
·光盤尺寸
·光盤讀取技術
·光盤分類
·光盤的發(fā)展





光盤概述
　　由于軟盤的容量小，光盤憑借大容量得以廣泛使用。我們聽的CD是一種光盤，看的VCD也是一種光盤。
　　現在一般的硬盤容量在3GB到3TB之間，軟盤的容量為1.44MB多，CD光盤的最大容量大約是650MB，DVD盤片單面4.7GB(雙面8.5GB)，藍光的則比較大，其中HD DVD單面單層15GB、雙層30GB；BD單面單層25GB、雙面50GB。
　　光盤的存儲原理比較特殊，里面存儲的信息不能被輕易地改變。也就是說我們常見的光盤生產出來的時候是什么樣，就一直是那樣了那我們有沒有辦法把自己寫的文章存在光盤上呢？
　　有一種特殊的光盤CD-R是可以寫的，但需要使用"光盤刻錄機"才能把文章寫到CD-R光盤上。
　　說到這里，我們來想一下，光盤是屬于內存儲器還是外存儲器呢？要記住，我們所說的內部存儲器就是內存，而外部存儲器都是可以電腦中拆卸下來的。常見的外部存儲器有硬盤、光盤、軟盤。
光盤原理
　　光盤是如何造出來的？面對這個問題，可能很多人都沒有辦法回答出來。我們的臺式電腦，可以通過組裝的形式來制造，例如把處理器、內存、硬盤、主板等配件，安裝在機箱里，就形成了一臺電腦。而一塊主板則是通過電路板布線、貼片、焊接、插件、再焊接等步驟完成的。然而，一張薄薄的光盤，它又如何才能制造出來呢？
　　要了解光盤的制造原理，首先就要了解光盤的結構，其結構同制造過程密切相關。大家都知道，光盤只是一個統稱，它分成兩類，一類是只讀型光盤，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一類是可記錄型光盤，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD＋R、DVD＋RW、DVD-RAM、Double layer DVD＋R等各種類型。
　　根據光盤結構，光盤主要分為CD、DVD、藍光光盤等幾種類型，這幾種類型的光盤，在結構上有所區(qū)別，但主要結構原理是一致的。而只讀的CD光盤和可記錄的CD光盤在結構上沒有區(qū)別，它們主要區(qū)別在材料的應用和某些制造工序的不同，DVD方面也是同樣的道理�，F在，我們就以CD光盤為例進行講解。
　　我們常見的CD光盤非常薄，它只有1.2mm厚，但卻包括了很多內容。從圖1中可以看出，CD光盤主要分為五層，其中包括基板、記錄層、反射層、保護層、印刷層等�，F在，我們分別進行說明。
　　1.基板
　　它是各功能性結構(如溝槽等)的載體，其使用的材料是聚碳酸酯(PC)，沖擊韌性極好、使用溫度范圍大、尺寸穩(wěn)定性好、耐候性、無毒性。一般來說，基板是無色透明的聚碳酸酯板，在整個光盤中，它不僅是溝槽等的載體，更是整體個光盤的物理外殼。CD光盤的基板厚度為1.2mm、直徑為120mm，中間有孔，呈圓形，它是光盤的外形體現。光盤之所以能夠隨意取放，主要取決于基板的硬度。
　　在讀者的眼里，基板可能就是放在最底部的部分。不過，對于光盤而言，卻并不相同。如果你把光盤比較光滑的一面(激光頭面向的一面)面向你自己，那最表面的一面就是基板。需要說明的是，在基板方面，CD、CD－R、CD－RW之間是沒有區(qū)別的。
　　2.記錄層(染料層)
　　這是燒錄時刻錄信號的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上專用的有機染料，以供激光記錄信息。由于燒錄前后的反射率不同,經由激光讀取不同長度的信號時,通過反射率的變化形成0與1信號，借以讀取信息。目前市場上存在三大類有機染料：花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO) 。
　　目前，一次性記錄的CD-R光盤主要采用(酞菁)有機染料，當此光盤在進行燒錄時，激光就會對在基板上涂的有機染料，進行燒錄，直接燒錄成一個接一個的"坑"，這樣有"坑"和沒有"坑"的狀態(tài)就形成了‘0&＃039;和‘1&＃039;的信號，這一個接一個的"坑"是不能回復的，也就是當燒成"坑"之后，將永久性地保持現狀，這也就意味著此光盤不能重復擦寫。這一連串的"0"、"1"信息，就組成了二進制代碼，從而表示特定的數據。
　　在這里，需要特別說明的是，對于可重復擦寫的CD-RW而言，所涂抹的就不是有機染料，而是某種碳性物質，當激光在燒錄時，就不是燒成一個接一個的"坑"，而是改變碳性物質的極性，通過改變碳性物質的極性，來形成特定的"0"、"1"代碼序列。這種碳性物質的極性是可以重復改變的，這也就表示此光盤可以重復擦寫。
　　3.反射層
　　這是光盤的第三層，它是反射光驅激光光束的區(qū)域，借反射的激光光束讀取光盤片中的資料。其材料為純度為99.99%的純銀金屬。
　　這個比較容易理解，它就如同我們經常用到的鏡子一樣，此層就代表鏡子的銀反射層，光線到達此層，就會反射回去。一般來說，我們的光盤可以當作鏡子用，就是因為有這一層的緣故。
　　4.保護層
　　它是用來保護光盤中的反射層及染料層防止信號被破壞。材料為光固化丙烯酸類物質。另外現在市場使用的DVD+/-R系列還需在以上的工藝上加入膠合部分。
　　5.印刷層
　　印刷盤片的客戶標識、容量等相關資訊的地方，這就是光盤的背面。其實，它不僅可以標明信息，還可以起到一定的保護光盤的作用。
光盤為何如此��？
　　從主要結構來講，CD、DVD光盤的結構是一致的，只不過，它們的厚度和用料有所不同。在上面的介紹中，我們提到CD光盤的厚度為1.2mm，這個厚度是否可以改變？回答是否定的。
　　在實際應用中，讀取和燒錄CD、DVD、藍光光盤的激光是不同的。大家都知道，CD的容量只有700MB左右，而DVD則可以達到4.7GB，而藍光光盤更是可以達到25GB。它們之間的容量差別，同其相關的激光光束的波長密切相關。
　　一般而言，光盤片的記錄密度受限于讀出的光點大小，即光學的繞射極限(Diffraction Limit) ，其中包括激光波長λ，物鏡的數值孔徑NA。所以傳統光盤技術要提高記錄密度，一般可使用短波長激光或提高物鏡的數值孔徑使光點縮小，例如CD(780nm，NA：0.45)提升至DVD(650nm，NA：0.6)，再到Blu-ray Disc盤片(405nm，NA：0.85)，如圖2所示。
　　對于CD光盤，其激光波長為780nm，物鏡的數值孔徑NA為0.45，激光束會集到一點的距離需要1.2mm，這就決定了CD光盤基板的厚度為1.2mm。不管是CD光盤的基板過厚，還是過薄，激光束都不能會集到一點，從而嚴重影響數據的燒錄和讀取。
　　從圖2中我們可以看到，DVD光盤的激光波長為650nm，物鏡的數值孔徑NA為0.6，而激光束會集到一點的距離只需要0.6mm，這決定DVD光盤基板的厚度為0.6mm。不過，0.6mm的厚度太薄，其制造出來的光盤也會因為太薄而容易折斷。因此，在DVD的實際制造過程中，會把兩片0.6mm厚的基板迭合在一起，共同組成1.2mm的厚度。當然，在這種情況下，只有一片基板在記錄數據，而另一片基板則完全起保護的作用。
　　光盤的發(fā)展趨勢是向高容量存儲(如去年開始面世的DVD+R DL產品)，業(yè)界的技術研發(fā)也以此為導向。
　　現在，已經出現了單面雙層的DVD盤片。單面雙層盤片(DVD+R Double Layer)是利用激光(Laser beam)聚焦的位置不同，在同一面上制作兩層記錄層，單面雙層盤片在第一層及第二層的激光功率(Writing Power)相同(激光功率為<30mW)，反射率(Reflectivity)也相同(反射率為18%～30%)，刻錄時，可從第一層連續(xù)刻錄到第二層，實現資料刻錄不間斷。
光盤尺寸
　　普通標準 120 型光盤
　　尺寸：外徑 120mm、內徑 15mm
　　厚度：1.2mm
　　容量：DVD 4.7GB；CD 650MB/700MB/800MB/890MB
　　
　　小團圓盤 80 型光盤
　　尺寸：外徑 80mm，內徑 21mm
　　厚度：1.2 mm
　　容量：39--54MB 不等
　　名片光盤
　　尺寸：外徑 56mmX86mm，60mmX86mm 內徑 22mm
　　厚度：1.2 mm
　　容量：39--54MB 不等
　　雙弧形光盤
　　尺寸：外徑 56mmX86mm，60mmX86mm 內徑 22mm
　　厚度：1.2 mm
　　容量：30MB/50MB
　　異型光盤
　　尺寸： 可定制
　　厚度： 1.2mm
　　容量： 50MB/87MB/140MB/200MB
光盤讀取技術
　　1）CLV技術：（Constant-Linear-Velocity）恒定線速度讀取方式。在低于12倍速的光驅中使用的技術。它是為了保持數據傳輸率不變，而隨時改變旋轉光盤的速度。讀取內沿數據的旋轉速度比外部要快許多。
　　2) CAV技術：（Constant-Angular-Velocity）恒定角速度讀取方式。它是用同樣的速度來讀取光盤上的數據。但光盤上的內沿數據比外沿數據傳輸速度要低，越往外越能體現光驅的速度，倍速指的是最高數據傳輸率。
　　3) PCAV技術：（Partial-CAV）區(qū)域恒定角速度讀取方式。是融合了CLV和CAV的一種新技術，它是在讀取外沿數據采用CAV技術，在讀取內沿數據采用CAV技術，提高整體數據傳輸的速度。
光盤分類
　　CD：（Compact-Disc）光盤。CD是由liad-in（資料開始記錄的位置）；而后是Table-of-Contents區(qū)域，由內及外記錄資料；在記錄之后加上一個lead-out的資料軌結束記錄的標記。在CD光盤，模擬數據通過大型刻錄機在CD上面刻出許多連肉眼都看不見的小坑。
　　CD-DA：（CD-Audio）用來儲存數位音效的光碟片。1982年SONY、Philips所共同制定紅皮書標準，以音軌方式儲存聲音資料。CD-ROM都兼容此規(guī)格音樂片的能力。
　　CD-G：（Compact-Disc-Graphics）CD-DA基礎上加入圖形成為另一格式，但未能推廣。是對多媒體電腦的一次嘗試。
　　CD-ROM：（Compact-Disc-Read-Only-Memory）只讀光盤機。1986年， SONY、Philips一起制定的黃皮書標準，定義檔案資料格式。定義了用于電腦數據存儲的MODE1和用于壓縮視頻圖象存儲的MODE2兩類型，使CD成為通用的儲存介質。并加上偵錯碼及更正碼等位元，以確保電腦資料能夠完整讀取無誤。
　　CD-PLUS：1994年，Microsoft公布了新的增強的CD的標準，又稱為CD-Elure。它是將CD-Audio音效放在CD的第一軌，而后放資料檔案，如此一來CD只會讀到前面的音軌，不會讀到資料軌，達到電腦與音響兩用的好處。
　　CD-ROM XA：（CD-ROM-eXtended-Architecture）1989年,SONY、Philips、Micuosoft對CD-ROM標準擴充形成的白皮書標準。又分為FORM1、FORM2兩種和一種增強型CD標準CD+。
　　VCD：（Video-CD）激光視盤。SONY、Philips、JVC、Matsu**a等共同制定，屬白皮書標準。是指全動態(tài)、全屏播放的激光影視光盤。
　　CD-I：（Compact-Disc-Interactive），是Philips、SONY共同制定的綠皮書標準。是互動式光盤系統。1992年實現全動態(tài)視頻圖像播放
　　Photo-CD: 1989年，KODAK公司推出相片光盤的橘皮書標準，可存100張具有五種格式的高分辨率照片�？杉由舷鄳�的解說詞和背景音樂或插曲，成為有聲電子圖片集。
　　CD-R：（Compact-Disc-Recordable）1990年，Philips發(fā)表多段式一次性寫入光盤數據格式。屬于橘皮書標準。在光盤上加一層可一次性記錄的染色層，可通進行刻錄。
　　CD-RW：在光盤上加一層可改寫的染色層，通過激光可在光盤上反復多次寫入數據。
　　SDCD：（Super-Density-CD）是東芝(TOSHIBA)、日立(Hitachi)、先鋒、松下(Panasonic)、JVC、湯姆森(Thomson)、三菱、Timewamer等制訂一種超密度光盤規(guī)范。雙面提供5GB的儲存量，數據壓縮比不高
　　MMCD：（Multi-Mdeia-CD）是由SONY、Philips等制定的多媒體光盤，單面提供3.7GB儲存量，數據壓縮比較高。
　　HD-CD：（High-Density-CD）高密度光盤。容量大。單面容量4.7GB，雙面容量高達9.4GB，有的達到7GB。HD-CD光盤采用MPEG-2標準。
　　MPEG-2： 1994年，ISO/IEC組織制定的運動圖像及其聲音編碼標準。針對廣播級的圖像和立體聲信號的壓縮和解壓縮。
　　DVD：（Digital-Versatile-Disk）數字多用光盤，以MPEG-2為標準，擁有4.7G的大容量，可儲存133分鐘的高分辨率全動態(tài)影視節(jié)目，包括個杜比數字環(huán)繞聲音軌道，圖像和聲音質量是VCD所不及的。
　　DVD+RW：可反復寫入的DVD光盤，又叫DVD-E。由HP、SONY、Phioips共同發(fā)布的一個標準。容量為3.0GB，采用CAV技術來獲得較高的數據傳輸率
　　PD光驅：（PowerDisk2）是Panasonic公司將可寫光驅和CD-ROM合二為一，有LF-1000（外置式）和LF-1004（內置式）兩種類型。容量為65OMB，數據傳輸率達5.0MB/s，采用微型激光頭和精密機電伺服系統。
　　DVD-RAM：DVD論壇協會確立和公布的一項商務可讀寫DVD標準。它容量大而價格低、速度不慢且兼容性高。
光盤的發(fā)展
　　光盤的發(fā)展歷程 紙的發(fā)明極大地促進了人類文明的進步，它記載了人類文明的發(fā)展史，造就了一批新興的工業(yè)。 從信息存儲的角度看，CD-ROM完全可以看成一種新型的紙。一張小小的塑料圓盤，其直徑不過12厘米（5英寸），重量不過20克，而存儲容量卻高達600多兆字節(jié)。如果單純存放文字，一張CD-ROM相當于15萬張16開的紙，足以容納數百部大部頭的著作。但是，CD-ROM在記錄信息原理上卻與紙大相徑庭，CD-ROM盤上信息的寫入和讀出都是通過激光來實現的。激光通過聚焦后，可獲得直徑約為1微米（μm）的光束。據此，荷蘭飛利浦(Philips)公司的研究人員開始使用激光光束來進行記錄和重放信息的研究。1972年，他們的研究獲得了成功，1978年投放市場。最初的產品就是大家所熟知的激光視盤（LD,Laser Vision Disc）系統。從LD的誕生至今，光盤有了很大的發(fā)展，它經歷了三個階段：①LD-激光視盤；②CD-DA激光唱盤；③CD-ROM。下面簡單介紹這三個階段性的產品特點。LD-激光視盤 它就是通常所說的LCD，直徑較大，為12英寸，兩面都可以記錄信息，但是它記錄的信號是模擬信號。模擬信號的處理機制是指模擬的電視圖像信號和模擬的聲音信號都要經過FM（Frequency Modulation）頻率調制、線性疊加，然后進行限幅放大。限幅后的信號以0.5微米寬的凹坑長短來表示。 CD-DA激光唱盤 LD雖然贏得了成功，但由于事先沒有制定統一的標準，使它的開發(fā)和制作一開始就陷入昂貴的資金投入中。1982年，由飛利浦公司和索尼(Sony)公司制定了CD-DA激光唱盤的紅皮書（Red Book）標準。由此，一種新型的激光唱盤誕生了。CD-DA激光唱盤記錄音響的方法與LD系統不同，CD-DA激光唱盤系統首先把模擬的音響信號進行PCM（脈沖編碼調制）數字化處理，再經過EFM（8~14位調制）編碼之后記錄到盤上。數字記錄代替模擬記錄的好處是：對干擾和噪聲不敏感；由于盤本身的缺陷、劃傷或沾污而引起的錯誤可以校正。CD-ROM CD-DA系統取得成功以后，這就使飛利浦公司和索尼公司很自然地想到，利用CD-DA作為計算機大容量只讀存儲器。但要把CD-DA作為計算機的存儲器，還必須解決兩個重要問題：①建立適合于計算機讀寫的盤的數據結構；②CD-DA誤碼率必須從現有的10-9 降低到10-12 以下。由此就產生了CD-ROM的黃皮書(Yellow Book)標準。這個標準的核心思想是：盤上的數據以數據塊的形式來組織，每塊都要有地址。這樣做后，盤上的數據就能從幾百兆字節(jié)的存儲空間上迅速找到。為了降低誤碼率，采用增加一種錯誤檢測和錯誤校正的方案。錯誤檢測采用了循環(huán)冗余檢測碼，即所謂CRC；錯誤校正采用里德-索洛蒙(Reed Solomon)碼。 黃皮書確立了CD-ROM的物理結構，而為了使其能在計算機上完全兼容，后來又制定了CD-ROM的文件系統標準，即ISO9660。有了這兩個標準，CD-ROM在全世界范圍內得到了迅速推廣和愈來愈廣泛的應用。在80年代中期，光盤的發(fā)展非�？�，先后推出了WORM光盤、CD-ROM光盤、磁光盤（MOD）、相變光盤（PCD，Phase Change Disk)等新的品種。這些光盤的出現，給信息革命帶來了很大的推動。CD-ROM的復制 CD-ROM的復制并不神秘，可以簡單地分為五個環(huán)節(jié)：（1）預制主片；（2）制主片；（3）電鑄；（4）復制；（5）印刷； （6）包裝預制主片由于CD-R系統的出現，這一過程實際上可以簡化為將CD-ROM節(jié)目的程序和數據刻錄成CD-R盤的過程。 這個過程包括如下幾個步驟： （1）預制：將CD-ROM節(jié)目的程序和數據，利用預制作軟件，在硬盤上按CD-ROM ISO9660格式模擬生成映像文件。該映像文件模擬真實的CD-R盤的文件和目錄結構。（2）優(yōu)化、測試：通過CD-R制作系統軟件，存取CD-ROM映像文件，就像存取已經放在CD-ROM盤片上一樣。這時對CD-ROM節(jié)目的程序和數據進行測試和優(yōu)化，盡量使最頻繁存取的文件放在CD-ROM"盤片"的最前端。 （3）刻錄：將已經生成好的CD-ROM映像文件，利用刻錄軟件刻錄到CD-R盤片上去。 值得注意的是，CD-R的刻錄過程中不允許中斷，一量發(fā)生中斷，盤片就有可能報廢。 一般CD-R軟件支持多種CD格式。在刻錄時，可以選擇你所需要的格式，這也包括CD-I和CD-XA，及允許多個文件系統共處于一個CD-ROM的混合格式（例如ISO和HFS）。 在預制主片的過程中，通常要進行逐字節(jié)的核查，以確保數據毫無差錯地轉換到新的格式。 制主片 這一過程實際上是我們將經過處理后的寫在CD-R盤上的數據，記錄在玻璃盤上的過程。因為任何CD-ROM盤的質量最高只能達到生產該盤所用的主片的質量，所以制主片這一過程被認為是在整個生產過程中最關鍵的一步。在制主片過程中所制出的CD凹點，是所有制造形成物中最小的――每一個只有煙霧的顆粒大小，這就意味著最微小的雜質也會損壞大量數據。所以制造主片及CD-ROM的生產過程中，一個關鍵條件就是空氣中微粒數量要得到嚴格控制，以保證潔凈的工作環(huán)境。盡管現在有多種制作CD主片的方法，但最常用的是感光性樹脂系統。這種方法是將感光性樹脂（一種光敏化學物質，與沖洗黑白照片用的感光乳劑相似）用于一個經特殊處理的玻璃基片上，以制出一個玻璃主片。感光性樹脂通常都是由一個旋轉涂膜系統以大約1／8微米――比人的頭發(fā)細640倍的厚度涂上去的。計算機將格式化后的輸入媒體上的信息，轉化為激光束記錄儀上一系列"開"和"關"的脈沖，通過這一激光編碼過程將數據記錄到感光樹脂涂層上。在一個螺旋形軌道上，激光束記錄儀使部位感光性樹脂在藍光下曝光，這樣就生成了光盤的具體內容。玻璃母盤也要用化學顯像藥水來進行顯影。感光性樹脂上曝光的部分被腐蝕掉以后，就在抗蝕性的表面上形成了上億個微小的凹點。經過顯影之后，要在感光性樹脂表面蒸敷上一層金屬膜（通常是銀），以便其后玻璃主片電鑄時有一個導電的表面。 電鑄 電鑄的最終目的是產生用于復制CD的金屬模子。在制作玻璃主片的這一過程中，由于有一層銀膜而導電的主片，浸浴在含有鎳離子的電解質溶液里。通過一個電路使其通電后，帶有光盤映像的玻璃主片上的曝光區(qū)域不斷吸引鎳離子。鎳層不斷加厚，并與曝光后的感光樹脂表面上腐蝕出的凹點和臺面（凹點之間的部分）的輪廓一致。最終結果是形成一個厚且堅固的鎳片，其金屬表面上留下了與光盤完全相反的印膜。這一片原始的金屬片被稱為金屬主片或是"父片"（Father）。之所以稱其為"父片"，是因為它將被用于生成另外兩個金屬片，分別稱為"母片"（Mother）和"模片"（Stamper）。通過其后的電鑄過程，母片和模片的數量不斷增加。母片是由父片而來的，而模片又是由母片而來的，每一片是另外一片的相反呈像。模片是金屬主片的完全復制品，也是這一生產階段的最終產品。通過金屬模片將進行塑料CD復制品的大規(guī)模生產。 復制 生產CD-ROM成品的第一步，是將數據從模片上轉移到塑料基片上。一個高精度的注塑模具將光學等級的塑料所制成的融化樹脂注入模具空腔。模具的一面是模片。 這一過程只需要幾秒鐘，其產品是一個其中一面印有點的輪廓清晰的塑料盤。其后塑料盤載有數據的一面要鍍上一層極薄純鋁，這是為了形成一個讀出盤上數據所必須的反光表面。典型的給盤鍍金屬的方法是濺鍍（Sputtering）。在濺鍍過程中，每一張盤都被噴射上鋁原子，以產生均勻的鍍層。生產的最后一步是在鋁表面再加上一層堅固的漆膜。這一層漆保護鋁膜不會被劃傷，不會氧化，并可作為標簽印刷的工作表面。 印刷和包裝 通過高速絲網印制或是膠版印刷，可以將圖片印在盤的漆層上。圖片的翻印可以達到八種顏色，不過這還要看復制商的標簽印刷的能力。絲網印刷是最常使用的方法。它是將圖片轉換為一張有孔的網，墨通過網附著在盤上。這一過程與蠟紙印刷相似。膠版印刷使用墨滾及印刷臺轉換圖片。這一方法在傳統商業(yè)印刷中使用廣泛，現在也用于光盤商標的印刷。膠版印刷進行圖片翻版時可以取得更高質量的分辨率，它優(yōu)于絲網印刷的地方是可以印刷增強的四色圖片及其他的復雜圖形。印刷之后，光盤或是自動或手工進行包裝。盡管現在有許多其他可行的并進入應用的包裝方法，但塑料盒子仍然是CD-ROM使用最多、最普遍的包裝方法。這是由于塑料盒堅固耐用，并且全自動化的生產線很普及。其他被普遍使用的包裝方法（其中一些方法可能需要手工操作）包括：（1）輕型包裝，如Tyvek和紙板套；（2）透明塑料套，如Viewpaks；（3）有益環(huán)保的紙板質地的盒子，如Digipaks的Ecopaks。經過這五個環(huán)節(jié)，CD-ROM復制就完成了。但在生產過程中，生產的每一環(huán)節(jié)對質量都應有嚴格的控制，以確保符合工業(yè)生產規(guī)格。這樣才能保證所有光盤的誤差在可以接受的差異范圍之內，即被控制在所有CD-ROM驅動器允許的范圍之內。CD-ROM的結構 對CD唱盤(CD-DA)結構了解的人，從物理上也不難理解CD-ROM。CD-ROM使用了與CD-DA相同規(guī)格的盤和光學技術，以及相同的原版盤制作和壓制方法。這兩種盤的主要差別是盤上的數據結構，以及數據尋址和糾錯能力。下面介紹CD-ROM盤及其物理數據結構。 CD-ROM盤片 標準的CD-ROM盤片直徑為120毫米（4.72英寸），中心裝卡孔為15毫米，厚度為1.2毫米，重量約為14~18克。CD-ROM盤片的徑向截面共有三層：（1）聚碳酸酯(Polycarbonate)做的透明襯底；（2）鋁反射層；（3）漆保護層；CD-ROM盤是單面盤，不做成雙面盤的原因，不是技術上做不到，而是做一片雙面盤的成本比做兩片單面盤的成本之和還要高。因此，CD-ROM盤有一面專門用來印制商標，而另一面用來存儲數據。激光束必須穿過透明襯底才能到達凹坑，讀出數據，因此，盤片中存放數據的那一面，表面上的任何污損都會影響數據的讀出性能。 編碼 為了在物理介質上存儲數據，必須把數據轉換成適于在介質上存儲的物理表達形式。習慣上，把數據轉換后得到的各種代碼稱為通道碼。之所以叫通道碼，是因為這些代碼要經過通信通道。通道碼并不是什么新概念，磁帶、磁盤、網絡都使用通道碼�？梢哉f，所有高密度數字存儲器都使用0和1表示的通道碼。如軟磁盤，它就使用了改進的調頻制（MFM , Modified Frequency Modulation）編碼，通過MFM編碼把數據變成通道碼。CD-ROM和CD-DA一樣，把一個8位數據轉換成14位的通道碼，稱為8－14調制編碼，記為EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)。根據通道碼可以確定光盤凹坑和非凹坑的長度。 數據結構由于CD-ROM產生的技術背景是CD-DA，加上其螺旋形線型光道結構、以恒定線速度（CLV）轉動、容量大等諸多因素，導致CD-ROM的數據結構比硬磁盤和軟磁盤的數據結構復雜得多。CD-ROM盤區(qū)劃分為三個區(qū)，即導入區(qū)(Lead-in Area)、用戶數據區(qū)(User Data Area和導出區(qū)(Lead-out Area)。這三個區(qū)都含有物理光道。所謂物理光道是指360°一圈的連續(xù)螺旋形光道。這三個區(qū)中的所有物理光道組成的區(qū)稱為信息區(qū)（Information Area）。在信息區(qū)，有些光道含有信息，有些光道不含信息。含有信息的光道稱為信息光道（Information Track）。每條信息光道可以是物理光道的一部分，或是一條完整的物理光道，也可以是由許多物理光道組成。信息光道可以存放數字數據、音響信息、圖像信息等。含有用戶數字數據的信息光道稱為數字光道，記為DDT(Digital Date Track)；含有音響信息的光道稱為音響光道，記為ADT(Audio Track)。一片CD-ROM盤，既可以只有數字數據光道，也可以既有數字數據光道，又有音響光道。 在導入區(qū)、用戶數據區(qū)和導出區(qū)這三個區(qū)中，都有信息光道。不過導入區(qū)只有一條信息光道，稱為導入光道（Lead-in Track）；導出區(qū)也只有一條信息光道，稱為導出光道（Lead-out Track）。 用戶數據記錄在用戶數據區(qū)中的信息光道上。所有含有數字數據的信息光道都要用扇區(qū)來構造，而一些物理光道則可以用來把信息區(qū)中的信息光道連接起來。 錯誤檢測與糾正 激光盤同磁盤、磁帶一類的數據記錄媒體一樣，受到盤的制作材料的性能、生產技術水平、驅動器以及使用人員水平等的限制，從盤上讀出的數據很難完全正確。據有關研究機構測試和統計，一片未使用過的只讀光盤，其原始誤碼率約為3×10－4；有傷痕的盤約為5×10－3。針對這種情況，激光盤存儲采用了功能強大的錯誤碼檢測和糾正措施，采用的具體對策歸納起來有三種： (1) 錯誤檢測碼EDC(Error Detection Code)。采用CRC碼(cyclic Redundancy Code)檢測讀出數據是否有錯。CRC碼有很強的檢錯功能，但沒有開發(fā)它的糾錯功能，因此只用它來檢錯。(2) 錯誤校正碼或稱為糾錯碼ECC(Error Correction Code)。采用里德-索洛蒙碼，簡稱為RS碼，進行糾錯。RS碼被認為是性能很好的糾錯碼。(3) 交差里德-索洛蒙碼CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)。這個碼可以理解為在用RS編譯碼前后，對數據進行插值和交叉處理。
　　光盤是如何存儲信息的？
　　一，CD-R/CD-RW的來源
　　1、CD的誕生
　　CD代表小型鐳射盤，是一個用于所有CD媒體格式的一般術語�，F在市場上有的CD格式包括聲頻CD，CD-ROM，CD-ROM XA，照片CD，CD-I和視頻CD等等。在這多樣的CD格式中，最為人們熟悉的一個或許是聲頻CD，它是一個用于存儲聲音信號軌道如音樂和歌的標準CD格式。CD數字聲頻信號(CDDA)是由Sony和Philip在1980年期間作為音樂傳播的一個形式來介紹的。因為聲頻CD的巨大成功，今天這種媒體的用途已經擴大到進行數據儲存，目的是數據存檔和傳遞。和各種傳統數據儲存的媒體如軟盤和錄音帶相比，CD是最適于儲存大數量的數據，它可能是任何形式或組合的計算機文件、聲頻信號數據、照片映像文件，軟件應用程序和視頻數據。CD的優(yōu)點包括耐用性、便利、和有效的花費。
　　2 、擴展CD的標準
　　1989年，日本Taiyo Yuden 公司開發(fā)出一種表面包上一薄層金的有機純基CD媒體。這種新媒體不僅提供和銀質壓縮CD同樣的物理特性和容量，而且也具有比商用復制CD較好的反射特性。這種媒體能通過一個可在光盤上寫信息的專門設備進行記錄，并且反過來所寫的光盤能被任何CD-ROM驅動器讀取。記錄信息到媒體上的設備稱為光盤記錄器(CD-記錄器)而媒體稱為一個可記錄光盤CD-R(CD Recordable)。CD-R技術的發(fā)明帶來許多好處如：(1)你可用低花費在一個桌面PC上制造你自己的CD-ROM光盤;(2)你可以選擇任何合適的CD格式記錄你的信息;(3)避免與商務培訓相關的昂貴培訓花費和復制設施。因為典型的CD-R媒體有70-100年的壽命，它對數據長期保存是很理想的。對于壽命短得多的磁性媒體，這是一個顯著的提高。CD-R技術是一個突破，它將引進下一個數據貯存技術的革命，因為在這個信息爆炸時代對大容量的需要是與日俱增的。
　　3、CD的標準
　　ISO9660是個國際上認可的CD媒體邏輯級標準,它定義了CD-ROM上文件和目錄的格式.此標準允許有不同操作系統的不同計算機訪問同樣的數據格式.CD-ROM當前的成功不僅應歸于媒體自身明顯的優(yōu)勢,而且歸于通過ISO9660之類的標準完成了媒體的全世界認同和彼此協作性.所有計算機平臺將數據作為一個文件系統放在光盤.文件系統被設計成為UNIX,VAXVMS,MS-DOS和Mac及它們的各種派生系統所公認,ISO9660意味著與不同操作系統兼容.這種兼容性是通過使用所有目標系統共有功能來實現.因此,ISO9660要求以下幾條限制:
　　1)目錄樹不可超過8級
　　2)沒有長文件名:一文件名包括它的擴展名必須是少于30個字符.但是,對于在MS-DOS下使用,它有更多限制:文件名最多8個字符,而擴展名最多3個字符
　　3)在目錄名里沒有擴展名
　　4)只可是大寫字母
　　5)不允許一些特殊字符,如%或@.
　　光盤刻錄軟件將幫助你在正式傳送數據到CD記錄器進行記錄之前創(chuàng)建一ISO9660映像文件.使用很方便，并且有助于去除運行時記錄錯誤.如緩存區(qū)欠載運行.
　　4、擴展ISO9660----Joliet和Romeo文件系統
　　在ISO9660中有一些限制，如字符設置限制,文件名長度限制和目錄樹深度限制.這些規(guī)定阻礙了用戶復制數據到可被不同計算機平臺讀取的CD-ROM.因此,一些操作系統出售商已經以幾種方式擴展ISO9660.
　　Joliet文件系統是擴展文件系統之一,由Microsoft提出和實現.它以ISO9660(1988)標準為基礎.如果一CD是用Joliet文件系統創(chuàng)建,它只能在window 9x和window NT4.0 或更新版下讀取,但是不能在任何其它平臺上讀取.在Joliet文件系統下,長文件名允許字符數最多為64，長目錄允許數目最多為64.但是,文件名加它的完全路徑總字符數不能超過120.
　　Romeo只定義為window9x長文件名,最多128字符。
　　4、光盤的規(guī)格
　　在光盤上存儲信息前，必須使用某種特定的方法來壓縮數據，為了統一壓縮方式，各廠商制訂了許多標準，讓刻錄出來的光盤可以在不同機器上使用。這些標準是在不同的年代制訂出來的，以各種顏色的封裝來表示，常見規(guī)格如下：
　　1) 紅皮書(Red Book)
　　它是由Philips和Sony于1980年制定的，是用于存儲音頻聲音軌道的CD-DA光盤標準，此規(guī)格僅包含音頻扇區(qū)的軌道。由于CD-ROM來源于音頻CD,光盤上儲存的大量信息可根據分鐘、秒、楨測定,其中：
　　1分=60秒
　　1秒=75楨
　　1楨=2048字節(jié)(2千字節(jié))模式1用戶數據
　　注意由于扇區(qū)邊界的額外消耗,光盤上文件占用的實際空間通常大于其原大小。光盤的容量是用單倍速（150KB／秒）計算的，一張光盤可以存儲74分鐘音樂或650 MB數據，換算方法為74（分）* 60（秒）* 150（KB）＝666000KB＝650MB，雙速刻錄音樂CD的時間為74／2＝37分鐘，即37分鐘可以刻650MB數據。
　　2)黃皮書(Yellow Book)
　　它是由Philips和Sony于1983年制定的CD-ROM數據光盤標準，此規(guī)格僅包含數據扇區(qū)，其中分為兩種模式。
　　Mode 1
　　在CD-ROM中加入了ECC(Error Checking and Correction，錯誤檢查修正)校驗，每個磁區(qū)可存儲2048 Byte數據，適合存儲常規(guī)資料。
　　Mode 2
　　撤除ECC校驗，增加了文件存儲空間，每個磁區(qū)可存儲2336 Byte，適合存儲圖形和音樂資料。
　　在黃皮書中定義一個2352字節(jié)的單位稱為塊(Block)
　　3)綠皮書(Green Book)
　　于1986年制定，是CD-I互動光盤的標準。
　　4)黃皮書+(Yellow Book Advanced)
　　于1989年制定，補充了CD-ROM/XA(CD－ROM eXtended Architecture)光盤的標準。增加了Mode 2的規(guī)格：
　　form1：加入ECC(Error Checking and Correction，錯誤檢查修正)校驗，每個磁區(qū)可存儲2048 Byte，并能作為Mode 1格式。
　　form 2，撤除ECC校驗，增加了文件存儲空間，每個磁區(qū)可存儲2328 Byte，和Mode 2一樣適合存儲圖形和音樂資料。
　　黃皮書增強版的最大用處是可以交錯地存放數據或音像，避免音像同傳時產生的斷續(xù)現象。
　　5)橙皮書(Orange Book)
　　它包含了CD-R可刻錄光盤的標準，CD的物理結構定義為:扇區(qū)包含在軌道中,軌道包含在數據區(qū)中，且數據區(qū)包含在光盤中。
　　6)白皮書(Write Book)
　　它定義了VCD(Video CD，視頻CD)的標準
　　7)藍皮書(Blue Book)
　　此標準定義了額外模式光盤(CD-Extra)，規(guī)定第一個軌道為CD-DA音樂段，第二個軌道為CD-ROM數據段。
　　4、金質光盤和銀質光盤間的差異
　　金質光盤，也稱為CD-R光盤，是在一空白光盤上包上一薄反射性的金質層。銀質光盤，也稱為商用復制CD，具有一鋁制薄層。因為不同的鍍層方式，物理外觀，特別是顏色，在這二類CD之間是不同的。一個空白金質光盤可用作可記錄媒體，你可以使用一個CD記錄器寫數據和音樂信號到金質光盤，而一個銀質光盤不能作為一個可記錄的媒體使用，因為數據已經被壓縮進聚碳酸酯。銀質光盤的壽命大約是25年而金質光盤的壽命是70--100年。這個事實指出它們的不同用途：銀質光盤是適用于數據傳遞和大量商用復制，而金質光盤對于數據存檔來說是理想的。
　　CD-R、CD-RW光盤按表面涂層的不同，可以分為以下幾種：
　　1) 綠盤
　　由Taiyo Yuden公司研發(fā)，原材料為Cyanine(青色素)，保存年限為75年，這是最早開發(fā)的標準，兼容性最為出色，制造商有Taiyo Yuden、TDK、Ricoh(理光)、Mitsubishi(三菱)。
　　2) 藍盤
　　由Verbatim公司研發(fā)，原材料為Azo(偶氮)，在銀質反射層的反光下，你會看見水藍色的盤面，存儲時間為100年，制造商有Verbatim和Mitsubishi。
　　3)金盤
　　由Mitsui Toatsu公司研發(fā)，原材料為Phthalocyanine(酞菁)，抗光性強，存儲時間長達100年，制造商有Mitsui Toatsu、Kodak(柯達)。
　　4)紫盤(CD-RW)
　　它采用特殊材料制成，只有類似紫玻璃的一種顏色。CD-RW以相變式技術來生產結晶和非結晶狀態(tài)，分別表示0和1，并可以多次寫入，也稱為可復寫光盤。
　　5、CD-ROM、CD-R、CD-RW的不同之處
　　雖然CD-ROM、CD-R、CD-RW都是光盤，但它們的實質大不相同。CD-ROM是最常見的，表面是白色的，也叫銀盤。它由光盤加工線大批量生產出來，一生產出來就已經有內容了，刻錄機是無法做出CD-ROM的。
　　CD-R的表面涂有反射層(綠、藍或金色)，剛生產出來時是無內容的，你可以發(fā)現在刻錄之后，盤片的顏色會改變，此時資料已經存儲進去了�，F在的CD-R/CD-RW無需格式化就可使用，就像軟盤買回來就可以用一樣，非常方便哦！
　　CD-RW(Compact Disc-Rewritable，可重復刻錄光盤)也有反射層(紫色)，并可以多次使用，極限為1千次左右，雖然不能當硬盤，但用于備份也是不錯的

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