VII.1 NGUYÊN TẮC LƯU TRỮ QUANG
Thơng tin được lưu trữ trên đĩa quang dưới dạng thay đổi tắnh chất quang của bề mặt đĩa. Tắnh chất này được phát hiện qua lượng phản xạ một tia sáng của bề mặt đĩa. Tia sáng này thường là tia sáng Laser với bước sĩng cốđịnh 790 -850nm. Đĩa quang (Compact Disc - CD) ghi dữ liệu dưới dạng số thơng qua các "pit" và "mặt phẳng" vật lý trên đĩa. Tia laser được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên mặt đĩa. Vì thếđĩa quang cĩ dung lượng lưu trữ lớn hơn nhiều lần so với đĩa mềm nhưng nhược điểm là tốc độđọc chậm hơn đĩa mềm.
VII.2 CẤU TẠO ĐĨA QUANG
Đĩa quang là một đĩa nhựa cĩ đường kắnh 120 mm, dày 1,2 mm. Đường kắnh lỗ trục quay là 15 mm. Lỗ thơng tin (pit) cĩ đường kắnh 0,6Ìm, sâu 0,12Ìm. Các quỹđạo cách nhau 1,6Ìm. Khác với đĩa từ, dữ liệu ghi trên đĩa quang đi từ trong ra ngồi theo hình xoắn ốc, vì thế thơng tin rãnh ID và sector khơng áp dụng ở đây. Dữ liệu trên CD-ROM được chia thành từng khối. Mỗi khối gồm :
-12 byte đồng bộ. - 4 byte địa chỉ khối. - 2048 byte dữ liệu. - 288 byte mã sửa lỗi.
Thay vào đĩ, thơng tin chia dưới dạng 0 đến 59 phút được ghi ở đầu mỗi khối (CD Audio) hoặc tối đa 79 phút dữ liệu. Ở 2048 byte dữ liệu/khối, dung lượng đĩa 552.950.000 byte (553 Mb). Nếu dùng hết 79 phút thì cĩ 681.984.000 byte (681 Mb) trong 333.000 khối. Hiện nay đã cĩ loại đĩa 850 MB và 1 GB.
Tốc độ cơ sở của một đĩa quang là 150 Kbyte/giây. Nhưng hiện nay tốc độ của các đĩa đọc nhanh là bội số của tốc độ cơ sở này : 24X, 32X, 36X, 40X, 50X, thời gian truy cập là 150 ns.
- Đĩa quang được chia thành các loại đĩa sau :
+ CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) : Thơng tin được lưu trữ ngay sau khi sản xuất đĩa.
+ CD-R (Compact Disk Recordable) dùng tia laser để đọc/ghi dữ liệu. Đĩa này cĩ cấu trúc và hoạt động tương tự như đĩa CD thường. Điểm khác nhau là bề mặt đĩa được phủ một lớp kim loại mỏng. Trạng thái lớp kim loại được thay đổi dưới tác dụng của tia laser (đĩa chỉ được ghi một lần).
Đĩa này cĩ cấu trúc và hoạt động tương tự như CD thường cịn được gọi là WORM (Write Once Read Multiplec). Đĩa CD-R gồm các lớp sau :
* Lớp phủ chống xước.
* Lớp phim bảo vệ tia tử ngoại.
* Lớp phim phản xạ (vàng hay hợp kim màu bạc 50 - 100 nm). * Lớp màu polyme hữu cơ (lớp lưu trữ dữ liệu).
* Lớp polycarbonat trong suốt (lớp nền) * Lớp nhãn đĩa
Lớp màu polyme là lớp chưá dữ liệu. Khi bị tia laser đốt cháy, lớp màu chuyển sang màu đen và đĩng vai trị là các "pit" dữ liệu.
+ CD-RW (Compact Disk ReWritable) gồm các lớp sau : * Lớp phủ chống xước (phải cĩ).
* Lớp phim bảo vệ tia tử ngoại.
* Lớp phim phản xạ (vàng hay hợp kim màu bạc 50 - 100 nm). * Lớp cách điện trên.
* Lớp kim loại lưu trữ dữ liệu. * Lớp cách điện dưới.
* Lớp polycarbonat trong suốt (lớp nền) * Lớp nhãn đĩa (khơng nhất thiết cần đến)
Sự khác nhau duy nhất giữa CD-R và CD-WR là lớp chứa dữ liệu. Nguyên tắc ghi dữ liệu dựa theo sự thay đổi trạng thái của lớp kim loại. Quá trình thay đổi trạng thái này cĩ thể thay đổi bất kỳ tuỳ theo cơng suất laser, vì thế CD-RW cĩ thểđược ghi rồi xố đi nhiều lần. Để thực hiện nguyên tắc trên, ổ CD-RW sử dụng 3 mức tia laser khác nhau :
Ễ Cơng suất cao (cơng xuất ghi) dùng để tạo lớp vơ định hình (lớp khơng phản xạ)
Ễ Cơng xuất vừa (cơng xuất xố) dùng để tạo lớp tinh thể (lớp phản xạ)
Ễ Cơng xuất thấp (cơng xuất xố) dùng đểđọc dữ liệu như CD thường. + Đĩa quang mật độ cao DVD (Digital Versatile Disk)
* Là đĩa quang mới sẽ thay thếđĩa CD trong tương lai; cĩ dung lượng lưu trữ dữ liệu lớn hơn và khả năng truy nhập nhanh hơn, do đĩ, DVD cĩ khả năng lưu trữ phim, nhạc số và dữ liệu.
* Nguyên tắc cấu tạo đĩa DVD giống CD nhưng cĩ đặc điểm là : Ễ Kắch thước lỗ nhỏ hơn 2,08 lần (0,4 Ìm) Ễ Khoảng cách giữa các quỹđạo nhỏ hơn 1,02 lần (0,74 Ìm) Ễ Vùng dữ liệu lớn hơn 1,02 lần. Ễ Mã hố dữ liệu tiết kiệm hơn 1,06 lần. Ễ Sửa lỗi hiệu quả hơn 1,332 lần. Ễ Kắch thước phần đầu khối nhỏ hơn 1,06 lần. Như vậy, dung lượng, dung lượng DVD lớn gấp 9 CD.
- Tốc độ truy cập cơ bản (1x) của 1 ổ đĩa DVD là 1,385 Mbyte/giây. Thời gian truy cập 100ms. Như vậy, tốc độ truy cập cơ bản của DVD nhanh 9 lần tốc độ của CD thường (1x). Các ổđĩa DVD 4x cĩ khả năng đọc như CD-ROM 32x.
2. Cấu trúc logic
- Đĩa CD nào cũng cĩ một vùng mục lục TOC (Table Of Content). Vùng này xác định vị trắ bắt đầu và chiều dài của đạo, dữ liệu trên đĩa. Khơng cĩ TOC ổ đĩa sẽ khơng đọc được đĩa. CD-ROM thường dùng hệ tệp chuẩn ISO-9660. Hệ điều hành cần một chương trình biên dịch hệ tệp ISO-9660 thành hệ tệp của hệđiều hành. Hệ FAT 16 dùng cho MS-DOS đến Windows 95 cần chương trình điều khiển MSCDEX để thực hiện chương trình này cịn Windows 98 trở lên thì tự nhận.
VII.3 CẤU TẠO Ổ ĐĨA QUANG
- Ổđĩa quang dùng đểđọc đĩa quang gồm các bộ phận sau :
+ Mạch điều khiển quá trình ghi/đọc, đầu đọc/ghi, cơ cấu quay đĩa, mơtơ điều khiển đầu đọc quang, mơtơ điều khiển khay đĩa (đưa đĩa vào/ra) và giao diện nối với máy tắnh.
1. Bo mạch điều khiển
- Mạch điều khiển cĩ các nhiệm vụ sau :
+ Lái tia laser, hiệu chỉnh tiêu cự, chỉnh vị quỹđạo. + Đọc/ghi dữ liệu từđầu đọc quang.
+ Bộđệm (Ram Buffer).
+ BIOS : Quản lý các thơng số vềổđĩa. 2. Đầu đọc/ghi quang
- Cấu tạo của đầu đọc quang gồm các phần sau : + Diod phát tia laser (nguồn laser)
+ các thấu kắnh và lăng kắnh. + Diod thu (Diod cảm quang). + Bộ phận chỉnh cường độ tai laser.
+ Cáp dẫn dữ liệu đến bo mạch điều khiển
+ Cơ cấu tiếp xúc với mơtơ điều khiển đầu đọc quang. + Bộ chỉnh vị (chỉnh tiêu cự)
3. Các mơtơ trong ổ quang
- Mơtơ điều khiển đầu đọc/ghi quang là dạng mơtơ bước : chuyển động xoay của mơtơ thành chuyển động bước của đầu đọc quang. Mơtơ này điều khiển chắnh xác đầu đọc quang đến các ránh trên mặt đĩa.
- Mơtơ điều khiển quay đĩa :
+ Mơtơ điều khiển đĩa quang làm việc với vận tốc gĩc khơng đổi CAV (gọi là cơng nghệ CAV : Constant Angular Velocity). Đĩa quang được đặt trên trục của mơtơ quay.
+ Đạo dữ liệu quang là đường xoắn ốc liên tục. Vì thếđĩa quang cần quay trong chếđộ vận tốc tuyến tắnh khơng đổi. Như vậy vận tốc gốc ω của mơtơ quay đĩa cần được thay đổi tuỳ thuộc vào vị trắ
đầu đọc để đảm bảo vận tốc tuyến tắnh khơng đổi. Đầu đọc ở gần tâm quay thì tốc độ quay phải càng cao (vì mật độ dữ liệu ở gần tâm cao hơn mật độ bên ngaịi đĩa). Để giữ vận tốc tuyến tắnh khơng đổi, vận tốc gĩc phải thay đổi từ 500 vịng/giây ở bên trong và 200 vịng/giây ở bên ngồi.
Hiện nay ổđĩa CD-ROM sử dụng cơng nghệ CLV (Constant Linear Velocity). - Mơtơ điều khiển khay đĩa :
+ Đĩa quang được đặt trên khay đĩa. Mơtơ này cĩ nhiệm vụđưa đĩa vào hoặc lấy đĩa ra. + Nguyên tắc đọc dữ liệu :
* Lái tai laser : Sau khi ra khỏi nguồn phát, tia laser đi qua một kắnh tán xạ và được chia thành 3 tia. Những tia này dùng để đọc dữ liệu và chỉnh vị. Sau khi tán xạ tia laser đi qua thấu kắnh và hội tụ trên mặt đĩa. Chiều rộng của tia laser khi gặp mặt đĩa là 0,8 mm. Lớp phim bảo vệđĩa cĩ chiều dày 1,2 mm và cĩ chỉ số khúc xạ n=1,5.
* Hiệu chỉnh tiêu cự : Dùng tia phản xạđể kiểm tra và sử lỗi.
- Chỉnh vị rãnh : Vì chiều rộng một "pit" là 0,6 Ìm và khoảng cách giữa hai quỹđạo gần nhất là 1,6 Ìm. Giá trị này rất nhỏ so với độ lệch tâm của đĩa CD. Vì thế cần một bộ phận chỉnh vịđặc biệt để giữ tai laser đi đúng theo đạo quy định. Thấu kắnh hội tụđược lắp trên một bộ phận định vị 2 trục. Cĩ thể dùng gương điều khiển để chỉnh vị tai laser. Cĩ hai phương pháp chuyển động đầu đọc đến rãnh cần tới :
Chuyển động tắnh tiến theo hướng bán kắnh đĩa. Chuyển động xoay lướt qua mặt đĩa.
4. Giao diện với máy tắnh
Giao diện ổđĩa CD là kết nối giữa ổđĩa với bus mở rộng của máy tắnh. Gồm cĩ các kiểu sau : - IDE/ATAPI :
+ Là dạng mở rộng của giao diện ATA dùng để kết nối các ổ cứng.
+ ATAPI là giao diện chuẩn IDE cải tiến cho ổ CD-ROM. Như vậy ổ CD-ROM lắp vào giao diện IDE của ổ đĩa cứng và lắp chung vào cáp của ổ cứng. Tuy nhiên nên lắp giao diện chắnh dành ổ cứng (IDE 1) và (IDE 2) dành lắp cho ổđĩa CD-ROM.
+ SCSI/ASPI : là giao diện bus dành cho các thiết bị ngoại vi với máy tắnh. Nếu ổ CD-ROM cĩ chuẩn SCSI trong khi máy tắnh khơng cĩ chuẩn này thì phải lắp thêm card điều khiển SCSI. Như vậy CD-ROM chuẩn SCSI cũng được kết nối giống nhưổ cứng loại SCSI.
- Giao diện song song (qua cổng LPT) : Nếu dùng một ổ CD ngồi gọi là CD-BOX được kết nối với máy tắnh qua cổng song song (thường cĩ cáp nối và đĩa điều khiển đi kèm và cĩ nguồn riêng). Tốc độ truyền của CD-BOX thấp hơn so với sử dụng giao diện IDE hay SCSI.
- Giao diện ÚB : ổ CD ngồi kết nối qua giao diện song song cĩ tốc độ truyền chậm, lại khĩ kết nối với máy tắnh. Vì vậy, các ổ CD ngồi đã được cải tiến dùng chuẩn giao diện USB dễ kết nối và tốc độ truyền cao.