cd-rom (compact disc read only memory

MAŠINSKI FAKULTET UNIVERZITETA U NIŠU KATEDRA ZA PROIZVODNO MAŠINSTVO

Informacione tehnologije u mašinstvu

CD-ROM 1 Grujovic Milan 9663 2003/04

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)

U proteklih nekoliko godina CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) je prešao put od skupe i luksuzne do jeftine i nezamenljive komponente koja se nalazi u svakom PC racunaru. On je izazvao pravu multimedijalnu revoluciju jer je ponudio relativno veliki kapacitet, dovoljan za razne multimedijalne i ostale primene, po veoma niskoj ceni. Medutim, kako je vreme prolazilo, kapacitet CD-a je postao tesan, pa je izmišljen DVD.

Kratka istorija i standardi CD-ROM-a

1978. godine Philips i Sony korporacije su udružile snage da bi proizvele audio CD. U to vreme Philips je vec razvio komercijalne laser-disk plejere, dok je Sony više od decenije istraživao digitalno snimanje. Ovim udruživanjem je izbegnuta bitka dva potencijalno nekompatibilna audio laser-disk formata ove dve firme. U Sony-ju su se zalagali za 12 incne diskove na koje je moglo da stane zadivljujucih 12 sati muzike, dok su u Philipsu želeli da se koriste diskovi manje velicine. 1982. godine su se ove dve kompanije dogovorile oko standarda (The Redbook) za Audio CD koji je ukljucivao specifikacije za citanje, umnožavanje, povezivanje sa racunarom i formate zapisa. Propisani precnik diskova od 120mm (4.72 inca) sa 15mm otvorom u centru i debljina diska od 1.2mm su bili odabrani tako da na jedan disk može da stane Betovenova Deveta simfonija. Standard propisan ovom "knjigom" (Redbook) se naziva CD/DA (Compact Disc Digital Audio).

Nastavkom saradnje izmedu Sony-ja i Philips-a 80tih godina predstavljene su nove preporuke koje se ticu korišcenja CD tehnologije za smeštanje podataka sa racunara (The Yellowbook, 1984) i koje su ukljucivale detekciju i korekciju grešaka (ECC). Te preporuke su bile osnova da ISO (International Standards Organization) sastavi ISO-9660 specifikaciju, koja je propisivala format zapisa podataka i to da svaki data CD mora da ima tabelu sadržaja (VTOC - Volume Table of Contents).

Princip rada CD-ROM-a

U smislu konstrukcije i osnovnih komponenata CD i DVD uredaji su po mnogim stvarima slicni ostalim uredajima za skladištenje podataka koji koriste rotirajuce ploce. Razlika je u nacinu citanja i upisa informacija na disk - dok hard i flopi diskovi koriste magnetske medije, CD-ROM-ovi koriste opticki metod. Ovde ce biti ukratko izložene osnove konstrukcije CD-ROM drajvova i princip rada da bi u se sledecem poglavlju posvetili detaljima: 1. Laserska dioda emituje infra crveni zrak male snage prema reflektujucem ogledalu, koje je takode deo mehanizma glave, i koje se linearno pokrece iznad površine diska. 2. Kontrolerska logika pomocu servo motora pomera reflektujuce ogledalo tako da zrak odbijen od ogledala prolazi kroz fokusirajuce socivo i pada na tacno odgovarajucu stazu na CD-ROM disku. 3. Kada zrak pogodi disk odredena kolicina svetlosti se odbija od diska. Kolicina odbijene svetlosti zavisi od toga koji deo diska zrak pogodi: svaka pozicija na disku je kordirana kao jedinica ili nula zavisno od toga da li postoji (ili ne postoji) jama (pit).




4. Složen sistem kolektora, ogledala i sociva akumulira i fokusira svetlost reflektovanu od površine diska i šalje je ka fotodetektoru, koji konvertuje laserski zrak u elektricne impulse. 5. Jacina elektricnih impulsa koji izadu iz fotodetektora zavisi od kolicine reflektovane svetlosti. Ovi impulsi se dekoduju od strane kontrolerske logike uredaja i šalju nazad do host racunara. Osnova rada CD-ROM uredaja je da opticki uskladištene podatke sa CD-ROM diska pretvori u elektricne signale.Informacija se cita usmeravanjem laserskog zraka na površinu diska i detekcijom intenziteta refleksije, koji zavisi od postojanja jama (pit) i površi (land - nema jame) na disku. Dubina jame je izabrana da bude jednaka cetvrtini talasne dužine laserskog zraka u providnoj sredini diska (indeks prelamanja n=1,5) i iznosi oko 0.12 mikrona, a širina iznosi oko 0.6 mikrona. Svetlost reflektovana iz jame je fazno pomerena za 180 stepeni u odnosu na svetlost odbijenu sa susedne površi uzrokujuci poništavajucu interferenciju izmedu ove dve refleksije. Kako je precnik laserskog zraka na disku veci od precnika jame, svetlost koja se reflektuje je delimicno iz jame a delimicno sa površi koje su oko nje. Konacno, rezultat svega ovoga je da svetlost reflektovana iz jame ima mnogo slabiji intenzitet od reflektovane svetlosti sa okolnih površi. Reflektovana svetlost sa površi i jama se cita pomocu foto dioda koje

mogu da detektuju razlike u intenzitetu svetlosti i da te razlike pretvore u elektricne signale. Jame su urezane na spiralnu stazu koja pocinje od centra a završava se na 5mm od oboda diska i cije su dve susedne trake razmaknute za 1.6 mikrona, pa se dobija gustina od 16000 traka po incu. Jame i površi su dužine od 0.83 do 3.3 mikrona. Podaci se na CD disk upisuju tehnikom CLV (Constant Linear Velocity) što znaci da se trake pomeraju ispod lasera istom linernom brzinom bez obzira da li su na obodu ili pri centru diska, pa se disk mora okretati brže za unutrašnje, a sporije za spoljnje

trake. Ovo je uradeno zbog toga što se CD na pocetku koristio za smeštanje muzike, pa je svaki disk bio izdeljen u blokove (sektore) koji su se snimali konstantnom brzinom od 75 blokova po sekundi. Novi, višebrzinski CD-ROM-ovi još uvek koriste iste CLV snimljene diskove, ali ih citaju koristeci CAV (Constant Angular Velocity) tehniku, kod koje se disk okrece konstantnom ugaonom brzinom. Ovo ima za posledicu da se podaci brže citaju sa spoljnih nego sa unutrašnjih staza.

Svaki blok na disku sadrži 2352 bajta od kojih se 304 koriste za sinhronizacione, identifikacione i ECC informacije, dok je 2048 bajta (2KB) ostavljeno za podatke. Pošto se blokovi citaju konstantnom brzinom od 75 blokova po sekundi brzina prenosa je 153600 bajta po sekundi ili tacno 150KB/s, što je oznaceno kao referentna, jednostruka brzina (1X - npr. moderni 40X disk ima konstantnu brzinu rotacije (CAV) od 8900RPM i postiže brzine prenosa od oko 6MB/s (150KB/s*40) na spoljnim, odnosno oko 2.6MB/s na unutrašnjim trakama, a srednja brzina iznosi oko 4.5MB/s). Zbog toga što na disk može da se snimi maksimum od 74 minuta (80 minuta), a svaki sekund sadrži 75 blokova od 2048 bajta maksimalni kapacitet CD diska je 681.984.000 bajta (737.280.000 bajta).




CLV CAV

Brzina rotacije

promenljiva fiksna

Brzina prenosa

fiksna promenljiva

Primena stariji CD-ROM uredaji

novi CD-ROM uredaji, hard i flopi diskovi

Mikroprocesor koji dekoduje elektricne impulse predstavlja glavnu razliku izmedu muzickih i data kompakt disk plejera. Audio CD-ovi konvertuju digitalnu informaciju sa diska u analogne signale koji se šalju stereo pojacalu na procesiranje. Za ove primene neke nepreciznosti, tj. greške su prihvatljive, jer je skoro nemoguce primetiti razliku u zvuku ako je, na primer, samo jedan bit pogrešno protumacen. Sa druge strane CD-ROM-ovi ne mogu tolerisati bilo kakvu nepreciznost - svaki bit podataka mora biti pravilno procitan. Zbog toga CD-ROM diskovi imaju dodatne ECC (Error Correcting Code - kod za ispravljanje grešaka) informacije upisane na disk, koje se koriste za detektovanje i korekciju vecine manjih grešaka time popravljajuci pouzdanost i preciznost do nivoa koji su prihvatljivi za sigurno skladištenje podataka.

Laser CD-ROM-a

Laser koji se koristi u CD-ROM uredaju je poluprovodnicki, male snage i služi da proizvede svetlosni zrak potreban za citanje podataka sa diska. Poluprovodnicki laser je veoma slican LED diodi s tim da je svetlo emitovano iz lasera jedne talasne dužine i koherentno je, a svetlo LED diode ima više talasnih dužina i nije koherentno. Za laser se koristi AlGaAs kombinacija koja emituje svetlost talasne dužine 790 nanometara (635-650 nm za DVD). Treba napomenuti da su laseri koji se koriste za CD-ROM uredaje (kao i vecina poluprovodnickih lasera) laseri male snage i nisu posebno opasni. Ipak ako bi ovaj laser bio uperen direktno u oko, ono bi pretrpelo ozbiljnija oštecenja. Zbog toga se na CD-ROM uredaje ugraduju sigurnosne brave koje iskljucuju laser cim se fioka uredaja otvori iako je gotovo nemoguce direktno pogledati u laser CD-ROM uredaja. Intenzitet svetla koje izlazi iz lasera može varirati zbog promena temperature ili zbog starosti lasera. Da bi se predupredili ovakvi problemi pored lasera se ugraduje fotodioda, koja ima zadatak da prati vrednost intenziteta svetla emitovanog iz lasera. Izlazni signal fotodiode dolazi na jedan kraj komparatora, a na drugi kraj komparatora dolazi fiksan referentni napon. Ova dva napona se porede i odreduju izlazni signal komparatora, koji koriguje snagu napajanja lasera. Tako da ako, recimo, opadne intenzitet svetla lasera, izlazni signal fotodiode takode opada, pa se menja izlazni signal komparatora. Zbog toga se povecava snaga napajanja lasera, što uzrokuje njegovo pojacano emitovanje svetla. Suprotan proces se odvija u slucaju povecanja intenziteta svetla. Sklop za za citanje podataka Sklop za citanje podataka ima znatno više elemenata od poluprovodnickog lasera, jer CD-ROM koristi komplikovan opticki sistem koji koristi razlicite karakteristike laserskog svetla da bi ispravno procitao podatke i da bi zadržao lasersku tacku fokusiranu i na traci.




Posle emitovanja iz lasera, zrak prvo prolazi kroz difrakcionu rešetku da bi se formirala dva mala zraka sa obe strane glavnog zraka, koji služe za pracenje i pozicioniranje na aktuelnu traku (inžinjeri Philips-a su uspeli da stvore sistem koji koristi samo jedan zrak za citanje i pracenje, ali se taj sistem malo koristi). Nakon difrakcije, svetlo prolazi kroz kolimatorsko socivo koje cini svetlosne zrake paralelnim tako da mogu biti ispravno fokusirani na površinu diska. Sledeci u sistemu je polarizator, koji bez prelamanja propušta samo horizontalno polarisanu svetlost, dok vertikalno polarisanu odbija pod uglom od 90 stepeni ka fotodiodama gde ce biti obradena na odgovarajuci nacin. Njegova uloga je da bez promene pravca i smera propusti horizontalno polarisanu lasersku svetlost do pomeraca faze koji joj daje fazni pomeraj od 90 stepeni. Svetlost se dalje odbija od ogledala i dolazi do sociva, koje u saradnji sa providnim materijalom od kog je napravljen disk fokusira svetlosni zrak da bude dovoljno mali da detektuje površi i jame, ali ne i isuviše mali da mu ne bi smetala prljavština i male ogrebotine na disku. Svetlosna tacka na površini diska ima precnik od 0.8 mm. Debljina diska je 1.2 mm i ima indeks refleksije od 1.5 što znaci da ce 0.8 milimetarska tacka sa površine diska biti umanjena na tacku precnika 1.7 mikrometara na refleksivnoj površini diska. Sva prašina ili ogrebotine sa površine diska koji su se našli na putu svetlosnog zraka umanjeni su 6 puta na reflektivnoj površini diska, pa svaka cestica prašine manja od 0.5mm nece uticati na citanje. Svetlost odbijena od diska preko sociva i ogledala dolazi do pomeraca faze, gde dobija fazni pomeraj od još 90 stepeni. Pošto je ukupni pomeraj 180 stepeni u odnosu na prvobitnu fazu svetlosti, ova svetlost je vertikalno polarisana, pa joj polarizator ne dozvoljava da pravolinijski prode i reflektuje je ka fotodiodama kroz konveksno i cilindricno socivo. Konveksno i cilindricno socivo, zajedno sa socivom objektiva, koriste se da bi održala odgovarajuce fokusiran zrak. Velicina fokusa na optickom prijemu je samo 4 mikrometra, zbog cega bi, ukoliko disk ne bi bio idealno ravan, došlo do pojave grešaka. Ispostavilo se da pogon diska može uzrokovati razlike




u razdaljini površine diska od sociva izmedu 500 i 1000 mikrometara. Zbog ovoga u svakom uredaju mora postojati uredaj za automatsku korekciju fokusa.

Mehanizam za uvlacenje diska (Loading mechanism )

Ovaj mehanizam obuhvata sve mehanicke komponente odgovorne za uvlacenje diska u CD-ROM uredaj. Generalno, postoje tri popularna mehanizma za uvlacenje diska: pomocu kedija (caddy loading), pomocu nosaca (tray loading) i sa otvorom (slot loading).

Najveci broj starih CD-ROM-ova kao i po neki high-end drajvovi danas koriste sistem kedija (caddy), koji predstavlja plasticnu kasetu sa metalnim zatvaracem u koju se postavlja CD disk pre nego što se ubaci u drajv. CD disk zajedno sa kedijem cini neku vrstu "virtuelnog kertridža", ciji je rad dosta slican radu 3.5" diskete (medijum unutar zaštitnog omotaca sa pokretnim metalnim zatvaracem) i koji se ubacuje u pravougaoni otvor na CD-ROM-u.

Uvlacenje pomocu nosaca (tray loading) je danas najpopularniji metod koji se koristi na gotovo svim CD-ROM i DVD uredajima, kao i kod audio (CD-DA) uredaja. Po pritisku na eject taster iz drajva se izvlaci plasticni nosac (tray) na koji se postavlja disk, a ponovnim pritiskom na eject taster tray se, zajedno sa diskom na sebi, uvlaci u uredaj (na nekim CD uredajima je potrebno gurnuti tray da bi se "uvukao"). Ovaj sistem je jednostavniji i jeftiniji za upotrebu od sistema kedija, ali je ukidanjem zaštitne kasete povecana opasnost od fizickog oštecenja CD diska. Negativne strane ovog mehanizma su i to da se nosac, kada je izvucen, jako lako može polomiti i time onesposobiti uredaj, kao i nemogucnost postavljanja uredaja u vertikalni položaj.

Slot loading mehanizam je neka vrsta kombinacije prethodna dva i znatno rede se koristi. Kod ovog mehanizma u uredaju postoji uzani pravougaoni otvor (slicno caddy mehanizmu) u koji se direktno ubacuje CD disk do pola, gde ga prihvata mehanizam, koji ga uvlaci u uredaj (slicno tray mehanizmu). U poslednje vreme firma Pioneer na svojim CD i DVD uredajima koristi ovaj mehanizam, koji ih odvaja od ostalih proizvodaca i time im poboljšava pozicije na tržištu.

Sistem za automatsku korekciju fokusa

Sistem za automatsku korekciju fokusa za svoj rad upotrebljava svetlost odbijenu sa diska. Kada svetlost prode kroz konveksno socivo, vertikalna komponenta je fokusirana




u tacki fokusa sociva dok horizontalna komponenta prode nepromenjena, pa je cilindricno socivo fokusira. Kao rezultat ovoga, dobijaju se dve razlicite tacke fokusa, jedna za vertikalnu i jedna za horizontalnu komponentu, pa se fokusiranje horizontalne i vertikalne komponente može vršiti nezavisno. Fotodioda se stavlja u sredini izmedu ove dve tacke i treba da ima na svojoj površini kružnu tacku. Sistem je napravljen tako da stvara skoro savršeno okruglu tacku na fotodiodi kada je laserski zrak na površini diska savršeno fokusiran. Ako dode do promene razdaljine izmedu diska i sociva, doci ce do pomeranja fokusnih tacaka vertikalne i horizontalne komponente i kao rezultat toga na fotodiodi ce se stvoriti elipsasta tacka. Ona ce biti vertikalno izdužena ako je disk preblizu sociva i horizontalno izdužena ako je disk predaleko. Fotodioda ima dva zadatka: da prebaci signal iz optickog u elektricni oblik i da drži sistem sociva u odgovarajucem fokusu. Ona je podeljena u cetiri dela i svaki od njih se ponaša kao odvojena fotodioda. Ako je zrak koji padne na fotodiodu kružnog oblika na svaki od ovih delova ce da padne podjednaka kolicina svetlosti pa ce fotodiode davati jednaku kolicinu struje. Ako je oblik tacke elipsast fotodiode ce davati razlicitu kolicinu struje, pa se analizom jacina struja može odrediti da li je zrak dobro fokusiran i izvrštiti korekcija položaja sociva u odnosu na disk.

Sistem za održavanje zraka na stazi

Još jedan problem sa kojim mora da suoci opticki prijem je podešavanje zraka na tekucu traku kao i održavanje na toj traci. Jame i reflektivne površi na disku su organizovane u kružne trake. Širina svake jame je 0.6 mikrometara, a razdaljina izmedu traka je 1.6 mikrometara. S obzirom na ovako mala rastojanja i nepravilnosti diska koje mogu uneti poremecaje i do 300 mikrometara u svaki CD uredaj se ugraduje sistem za održavanje zraka na datoj traci.

Glavni laserski zrak se, kako je vec receno, deli na 3 zraka. Dva zraka sa strane prate glavni zrak kroz ceo opticki sistem i na kraju padaju na dve fotodiode smeštene sa razlicitih strana fotodiode koja se koristi za citanje podataka. Sistem za održavanje na odgovarajucoj traci je u osnovi slican sistemu za fokusiranje, jer se u zavisnosti od intenziteta pomocnih reflektovanih zraka vrši ili ne vrši korekcija staze. Pomocni zraci sa svake strane su tako postavljeni da obasjavaju reflektivnu površinu diska izmedu staza i delimicno samu traku. Ako je glavni zrak dobro postavljen, intenzitet reflektovanih pomocnih zraka ce biti jednak i njihova razlika ce biti jednaka nuli, a ukoliko glavni zrak skrene, jedan od pomocnih zraka ce više obasjavati reflektivnu površ izmedu staza, a drugi ce obasjavati stazu sa udubljennjima. Zbog ovoga ce struje koje daju diode biti razlicite i njihova razlika ce dati signal greške (Tracking error signal). Kako ova dva signala ne prelaze istu poziciju u isto vreme, gornji signal se obraduje sa 30 ms kašnjenja. Ako je zrak na traci, razlika signala je jednaka 0 i nisu potrebna dodatna podešavanja. Ako je zrak otišao levo, više svetla ce padati na levu diodu i razlika signala (levi-desni) ce biti pozitivna. Ovaj signal kontroliše magnetno jezgro povezano sa socivom. Ukoliko je ovaj signal pozitivan, socivo se pomera udesno, ako je negativan, socivo se pomera ulevo. Ovo se radi sve dok signal ne postane 0. Kao što se vidi, socivo se pomera u dve ose tako da mali pomeraji sociva mogu kontrolisati fokus i održati zrak na pravoj stazi.




Za normalan rad CD-ROM uredaja, pored sistema za korekciju grešaka mora postojati sistem za pomeranje celog optickog prijema kako bi se mogli procitati podaci sa bilo koje od oko 20000 staza. Ovo se radi pomocu elektronski kontrolisanih klizaca. Dok se traži željena staza, mikroprocesor iskljucuje sistem za održavanje na stazi, vodi ceo opticki prijem do te staze i tada vraca kontrolu sistemu za održavanje na stazi koji ujedno vrši i fino podešavanje na stazu.

Sistem za demodulaciju

Suma struja koju daju 4 fotodiode predstavlja podatke u modulisanom obliku. Izlazni signal fotodioda nije savršeno pravougaoni signal, mada je u osnovi digitalni. Pošto je laserska tacka nešto veca od širine jame i kako ivice jama ne mogu biti savršeno vertikalne, signal nikad nije na "nuli", pa izlazni signal iz fotodiode više lici na sinusoidu nego na pravougaoni signal.

"Dovodenje u red" se izvodi pomocu NF filtra, koji pomaže izdvajanje digitalnih osobina signala. Prljavština ili otisci prstiju na disku ce smanjiti amplitudu signala što može uzrokovati da reflektovana svetlost sa površi i jame izgleda samo kao reflektovana svetlost sa jame. NF filtar uklanja niskofrekventne komponente signala i održava signal oko granicnog napona koji razdvaja logicku jedinicu od logicke nule. Posle filtriranja signal prolazi kroz demodulator i dekoder i dobija konacni oblik.

Treba naglasiti da zapis na CD-u ne predstavlja direktno podatke koji su na njega upisani, vec se radi o tzv. NRZI (Non Return to Zero Inverted) kodiranju, što znaci da ako ima promene susednih signala to predstavlja visok logicki signal (1), a ako nema promene to je logicka nula. To znaci da je potreban sistem za kodiranje podataka pri snimanju i interpretaciji CD-a bilo kog formata. Sistem koji se koristi se zove EFM (Eight to Fourteen Modulation), jer na osnovu posebne tabele kodira 8 bitova podataka u rec od 14 bita (channel bits). Osim nekoliko izuzetaka, u osnovi se izmedu dve jedinice pravi razmak od najmanje dve ili najviše deset nula. Tima se postiže da pri citanju jednostrukom brzinom (1.3m/s) 720kHz predstavlja cešce promene (100), a 196kHz najrede (10000000000). EFM signal se vraca u svoj originalni oblik uz pomoc komparatora. Sistemski klok se regeneriše i kasnije se koristi za generisanje više razlicitih vremenskih signala koji se koriste za razdvajanje podataka na same podatke i na kontrolne podatke.

U kolima za obradu podataka podaci, kontrolni i korekcioni signali moraju biti demodulisani iz oblika sa 14 bitova po bajtu u oblik sa 8 bitova po bajtu. Demodulacija se vrši pomocu tabele koja je upisana u ROM ili putem logickog niza. Kada se završi sa demodulacijom, podaci su spremni za detekciju grešaka i njihovo ispravljanje.

Sistem za detekciju i ispravljanje grešaka

Sistem za detekciju i ispravljanje grešaka (EDC - Error Detection and Corection) je jedan od najbitnijih sistema CD-ROM uredaja. Greške mogu nastati iz više razlicitih razloga: prašina, ogrebotine, otisci prstiju na površini diska ili vazdušni baloncici i




necistoce u samom materijalu diska. Greške mogu nastati i kada ima problema sa fokusiranjem ili održavanjem na stazi. Bez obzira na njihov uzrok, greške moraju biti nadene i ispravljene. Dozvoljeni nivo grešaka u kompjuterskoj industriji je 10 -̂12. Ako bi se koristio isti postupak za detekciju i ispravljanje grešaka kao u CD Audio uredaju, došlo bi se do nivoa od samo 10 -̂9. Zato se koristi dodatni postupak koji dovodi do nivoa od 10^-12. Kod CD Audio uredaja problem grešaka koje se ne mogu ispraviti se rešava tako što uredaj preskoci taj deo a korisnik to i ne primeti ili se izvrši interpolacija sa prethodnom i narednom vrednosti. Medutim u CD-ROM uredaju ne može se tek tako preskociti ili interpolirati blok informacija. Greške se dele u tri razlicite kategorije:

• Greške u samo jednom bitu • Greške u nizu bitova (više grešaka u po jednom bitu) • Greške u bloku podataka ili u reci (javljaju se kada dode do pojave više grešaka

u nizu bitova u okviru jedne reci ili bloka)

Postoji više nacina za utvrdivanje grešaka i njihovo ispravljanje. Jedan od osnovnih nacina za utvrdivanje grešaka je uvodenje bita za parnost - u svaku rec se uvodi po još jedan bit koji govori da li je broj jedinica u reci paran ili ne. Nažalost na ovaj nacin možemo samo otkriti postojanje greške ali je ne možemo ispraviti.

Jedan od nacina za utvrdivanje i ispravljanje grešaka je uvodenje više bitova parnosti. Jednostavan primer je dat pomocu matrice 3x3, kojoj se dodaju po jedan red i jedna kolona tako da cetvrto mesto u svakom redu predstavlja zbir prethodna 3 clana tog reda, isto tako cetvrto mesto u svakoj koloni predstavlja zbir prethodna 3 clana te kolone. Pomocu ovih dodatnih podataka se može ispraviti samo jedna greška. Na primer, ako bi u datoj matrici broj 6 bio zamenjen brojem 5, zbir na kraju tog reda bi bio 14, a zbir te kolone bi bio 17. Ova dva broja su protivna sa tacnim zbirovima 15 i 18, pa je grešku lako naci i ispraviti. Ovaj oblik detekcije i ispravljanja grešaka odlikuje grupisanje reci u blokove pre nego što se generišu korektivne reci. Medutim, problem sa ovom tehnikom je kada se pojavi više grešaka, jer se mogu detektovati, ali se ne mogu ispraviti.

1 2 3 6

4 5 6 15 7 8 9 24 12 15 18 45

U CD Audio i CD-ROM uredaju uobicajeni izvor grešaka su ogrebotine i prašina, a najcešci tip nastalih grešaka su greške u nizu reci. Da bi se sprecile greške u nizu reci, pre nego što se upišu na disk, svi podaci prolaze kroz proces koji se zove preplitanje (interleaving). Tehnika preplitanje preureduje podatke tako da susedni podaci ne budu na susednim lokacijama na disku. Na taj nacin prašina ili ogrebotine nece oštetiti mnogo susednih podataka, jer kada bi susedni podaci bili ošteceni, povecala bi se verovatnoca da ce pored podatka biti oštecena i njegova kontrolna rec. Tehnika preplitanja ravnomerno deli greške po podacima smanjujuci time verovatnocu da se oštete i rec i njena korektivna rec. Inace, CD-ROM uredaj pored standardnog CIRC sistema za




korekciju grešaka koji smanjuje greške na 10 -̂9 ima i dodatni nivo korekcije koji smanjuje na 10 -̂12. Preplitanje predstavlja poslednji stepen utvrdivanja i korekcije grešaka pre nego što se podaci upišu na disk. Kako je preplitanje (interleaving) poslednji stupanj prilikom kodovanja podataka, deinterleaving je prvi proces koji se izvršava prilikom dekodovanja podataka. Podaci se upisuju u RAM i citaju se iz njega u obrnutom redosledu u odnosu na algoritam interleaving-a primenjen prilikom kodovanja. Deinterleaving vraca susedne podatke u njihov originalni poredak zajedno sa dodatnim podacima koji služe za korekciju grešaka. Sistem za skremblovanje i sinhronizaciju

CD-ROM mora biti sposoban da pristupi ma kom od 330000 razlicitih blokova (za disk od 74 minuta). Analogno CD Audio formatu, adresa svakog bloka se formira od brojeva koji predstavljaju broj minuta, sekunde i bloka u okviru sekunde (jedna sekunda se sastoji od 75 blokova). Svaki blok je sa sve korekcionim delom dugacak 2336 bajtova: 12 sinhronizacionih bajtova, 4 bajta za adresu bloka, 2048 bajtova za podatke i 288 bajtova za utvrdivanje i korekciju grešaka. Od ovih 288 bajtova 4 se koriste za utvrdivanje, 276 za korekciju a 8 ostaje neiskorišteno. U okviru svakog bloka, podaci su organizovani u matricu i korektivne reci su dodate za svaku kolonu i za svaki red.

Tih 2336 bajtova moraju biti skremblovani da bi se umanjio niskofrekventni šum. Kada bi dužina svih površi i jama bila jednaka ovaj šum ne bi postojao, ali nažalost, nemoguce je predstaviti podatke na odgovarajuci nacin i ispuniti ovaj uslov pa zato se umecu dodatni bitovi koji izjednacavaju dužinu svih površi i jama. Skremblovanje je potpuno nezavisno od interleaving-a. Sinhronizaciona šema mora biti utvrdena pre deskremblovanja. U 12 sinhronizacionih bajtova su samo jedinice sem na prvom i poslednjem mestu. Sinhronizacioni bajtovi služe da bi uredaj utvrdio pocetak bloka.

CD-R (CD-Recordable)

Karakteristike CD-R (CD-Recordable) tehnologije su specificirane u Orangebook II specifikaciji iz 1990. godine, a holandski Philips je bio prvi na tržištu sa CD-R uredajima sredinom 1993. godine. Svi noviji CD-R uredaji podržavaju sve opisane CD formate, a osim snimanja rade i kao CD-ROM citaci.




Glavni razlog zbog koga CD uredaji nisu bili u stanju da pišu po CD diskovima je bio taj što su nule i jedinice bile fizicki urezivane u plasticni supstrat. CD-R (CD-Recordable) tehnologija je suocena sa teškim zadatkom da na stvori jame na nacin koji nece zahtevati skupu specijalnu opremu koja se koristi kod sinimanja CD-a, koja urezuje jame u površinu diska. Ovo je ucinjeno korišcenjem specijalnih CD-R diskova koji imaju polikarbonski supstrat (kao i regularni CD-ROM diskovi) na koji je uštampana "prazna" spirala (spiral pre-groove) umesto fizickog urezivanja jama. Ova spirala služi CD-R uredaju da bi, pri upisu, mogao da prati tu putanju, jer bi da je nema bilo veoma teško precizno upisivati podatke po spiralnoj traci (trake su razmaknute samo 1.6 mikrona), a i sistemi koji tako precizno pozicioniraju bi dodatno poskupljivali izradu CD snimaca. Na polikarbonski supstrat se nanosi specijalan fotosenzitivni sloj (photosensitive dye layer), na njega se nanosi veoma tanak reflektivni sloj od srebra ili zlata (da bi se dobila svojstva slicna aluminijumu koji se koristi kod standardnih CD-a i za zaštitu prethodnog sloja) i na njega, konacno, plasticni zaštitni sloj. Boja CD-R diskova zavisi od kombinacije boje i tipa fotosenzitivnog sloja i reflektivnog sloja, tako da neke kombinacije ova dva sloja imaju zelenu, neke zlatnu, neke plavu. Danas se na tržištu mogu naci diskovi prakticno svih mogucih boja.

Najznacajniji od ovih slojeva je fotosenzitivni sloj (dye layer), koji ima takva svojstva da se kada je osvetljen laserskom svetlošcu tacno odredenog tipa i intenziteta rapidno greje i menja hemijski sastav. Kao rezultat ovoga "prženja", tj. promene hemijskog sastava površina koja je "spržena" (burned) reflektuje manje svetla nego ona koja nije "spržena", tj. ekvivalentna je jami. Na ovaj nacin ceo snimljeni disk je izdeljen na delove koji su ili "sprženi" (0) ili nisu "sprženi" (1), isto kao što klasicni CD diskovi imaju jame i reflektujuce površi. Kao rezultat ovako snimljeni CD-R diskovi mogu da se citaju na svakom CD-ROM citacu, kao da se radi o standardnom CD-ROM disku. Pošto CD-R medijum na "sprženim" delovima trajno menja hemijsku strukturu i fizicka svojstva jednom snimljen disk se ne može presnimiti ili obrisati. Tehnikom multi-session se dozvoljava da se na disk koji nije iskorišcen do kraja ili na kome je samo deo iskorišcen dosnimi još podataka, ali se gubi 13MB za svaku novu sesiju.

CD-RW (CD-ReWritable)

Ove nedostatke (nemogucnost brisanja i prepisivanja) ispravlja CD-RW (CD-Rewritable) tehnologija , nastala kao rezultat kooperacije izmedu Hewlett-Packard-a, Mitsubishi-ja, Philips-a, Ricoh-a i Sony-ja, cije su specifikacije date u Orangebook III specifikaciji i osiguravaju vertikalnu kompatibilnost sa ostalim CD uredajima. Pojavom CD-RW-a pojavila se jaka konkurencija raznim superflopi alternativama, kao i konkurencija CD-R uredajima.

CD-RW diskovi su slicniji CD-R nego CD-ROM diskovima. Oni takode imaju osnovni polikarbonski sloj sa uštampanom spiralom na koji je naneto 5 dodatnih slojeva. Sloj za snimanje se smešta izmedu dva dielektricna sloja koja odvode toplotu sa sloja za snimanje i ovakav "sendvic" se nanosi na osnovni polikarbonski sloj. Posle, kao i kod CD-R diska, dolaze reflektivni sloj i zaštitni sloj.




Sloj za snimanje (phase-change recording layer) se pravi od kristalne smese sacinjene od srebra, indijuma, antimona i telora. Ova prilicno egzoticna smesa ima veoma specificnu osobinu: kada se zagreje do odredene temperature, pa se ohladi postaje kristalan (crystalline), ali ako se zagreje do neke odredene više temperature i posle ohladi onda postaje amorfan. Kristalisani delovi dozvoljavaju refleksiju laserske svetlost (1, kao reflektivna površina kod klasicnih diskova), dok amorfni (nekristalni) delovi absorbuju laserski zrak, tako da se svetlost ne reflektuje (0, kao jama). Da bi se ovo postiglo CD-RW snimac koristi tri razlicite jacine lasera: najvecu, koja se zove Write power i koja stvara amorfno (nekristalno) stanje, srednju, koja se naziva Erase power i koja konvertuje sloj za snimanje u reflektivno, kristalno stanje i najmanju, koja se naziva Read power i služi za citanje podataka.

CD-RW drajvovi su višefunkcionalni, jer dozvoljavaju CD-R snimanje i citanje, CD-RW snimanje, brisanje, presnimavanje i citanje i CD-ROM citanje. Sredinom 1998 ovi uredaji su bili sposobni za 6x citanje i 4x pisanje za CD-R i CD-RW, dok danas postoje uredaji koji su sposobni za 12x CD-R pisanje, 10x CD-RW pisanje/brisanje i 32x citanje.

cd-rom (compact disc read only memory

Documents