Cuprinsul cursului

1Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (07-1)

Cuprinsul cursului

1. Introducere2. Metode pentru operații de I/E3. Magistrale4. Afișaje cu cristale lichide5. Alte tipuri de afișaje6. Adaptoare grafice7. Discuri optice

06.01.2016


7. Discuri optice

Clasificarea discurilor opticeSuportul fizic al discurilor compactOrganizarea și codificarea datelorUnitatea CD-ROMTipuri de discuri compactDiscuri DVDDiscuri Blu-ray

06.01.2016


Clasificarea discurilor optice (1)

06.01.2016



Discuri optice:R/O (Read/Only): înregistrate de producătorR/W (Read/Write): înregistrate de utilizator

Discuri video: CAV (Constant Angular Velocity)CLV (Constant Linear Velocity)

Discuri compact:CD-DA (Compact Disc-Digital Audio)CD-3

06.01.2016



CD+G (CD+Graphics) CD+MIDI (CD+Musical Instruments Digital Interface)CD-I Ready (CD-Interactive Ready)CD EXTRA: disc mixt multi-sesiune; conține o parte audio și o parte de dateCD TEXT: extensie a discului CD-DA pentru înregistrarea textelor melodiilorCD-I (CD-Interactive): poate conține imagini video, grafică, animație, sunet, text, date

06.01.2016



CD ROM XA‑ (CD ROM ‑ Extended Architecture): extensie CD-ROM cu caracteristici definite pentru formatul CD-IPhoto CD: implementare a formatului CD-ROM/XA pentru înregistrarea fotografiilorVideo CD: format pentru înregistrarea informațiilor video și audio comprimate SVCD (Super Video CD): calitate video și audio îmbunătățită față de formatul Video CDSACD (Super Audio CD)

06.01.2016



DVD (Digital Versatile Disc)BD (Blu-ray Disc)

BD-ROM AV (BD-ROM Audio Visual)Discuri inscriptibile:

CD R‑ (CD‑Recordable) DVD R‑ (DVD-Recordable)DVD+R (DVD+Recordable)BD-R (BD-Recordable)BD-R AV (BD-Recordable Audio Visual)

06.01.2016



Discuri reinscriptibile:CD MO‑ (CD‑Magneto Optical)CD RW‑ (CD-Read/Write)DVD-RW (DVD-Read/Write)DVD+RW (DVD+Read/Write)DVD-RAMBD-RE (BD-Rewritable)BD-RE AV (BD-Rewritable Audio Visual)

06.01.2016


7. Discuri optice


06.01.2016

Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (07-1) 10

Suportul fizic al discurilor compact (1)

Diametrul: 12 cm; grosimea: ~1,2 mmDatele sunt înregistrate sub forma unor cavități (“pits”) plasate între spații plate suprafețe (“lands”) Grad de reflexie diferit pentru cavități și suprafețe

06.01.2016


Suportul fizic al discurilor compact (2)

Datele sunt înregistrate pe o singură spirală Distanța între două piste consecutive: 1,6 m Fiecare bit de informație necesită ~300 nm

06.01.2016


7. Discuri optice


06.01.2016


Organizarea și codificarea datelor

Organizarea și codificarea datelorNivele de organizare a datelorÎnregistrarea și codificarea datelorPrimul nivel de corecție a erorilorFormatul unui sector Al doilea nivel de corecție a erorilorSub-canale

06.01.2016


Nivele de organizare a datelor

La nivelul cel mai scăzut, datele sunt înregistrate sub formă de cavități și suprafețe

Datele sunt codificate densitate de înregistrare ridicată; recuperarea erorilor

La următorul nivel, datele sunt organizate în cadre, sectoare și piste Specificațiile High Sierra (standardul ISO 9660) definesc un sistem de fișiere

Extensii: Rock Ridge, HFS, Joliet

06.01.2016




06.01.2016


Înregistrarea și codificarea datelor (1)

Biții sunt înregistrați pe suport prin metoda RLL (Run Length Limited)

Fiecare tranziție cavitate suprafață: bit 1Lipsa unei tranziții: bit 0

Codificare prin care un octet de date este reprezentat prin 14 biți de canal modulare 8 la 14 (EFM – Eight to Fourteen Modulation)

Sunt inserați 3 biți de legătură Datele sunt divizate în blocuri numite cadre

06.01.2016


Înregistrarea și codificarea datelor (2)

Structura unui cadru:Antet de sincronizare Octet de control 2 12 octeți de date 2 4 octeți pentru detecția și corecția erorilor (CIRC - Cross Interleaved Reed Solomon Code‑ )

06.01.2016

Sincronizare Control Date (L) CIRC Date (R) CIRC

27 biți 1 octet 12 octeți 4 octeți 12 octeți 4 octeți




06.01.2016


Primul nivel de corecție a erorilor

Sistemul de detecție și corecție a erorilor utilizat în interiorul cadrelor: CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code‑ )

Integrat la nivel hardware în unitățile de discuri

Două componente:Componenta “cross interleave” divizează erorile lungi în mai multe erori scurte Componenta “Reed Solomon‑ ” asigură corecția erorilor

06.01.2016




06.01.2016


Formatul unui sector (1)

Sector = 98 cadre98 octeți de control 24 98 = 2352 octeți de date 8 98 = 784 octeți pentru detecția și corecția erorilor

Format similar cu cel de la discurile audioPentru accesul direct la fiecare sector, se utilizează octeți de sincronizare și un antet care conține adresa sectorului

06.01.2016



12 octeți de sincronizare 00 FF .. FF 00

Antetul conține 4 câmpuri (x1 octet)Câmpul M (Minute) al adresei absolute, 0..99Câmpul S (Second) al adresei absolute, 00..59Câmpul F (Frame) al adresei absolute, 00..74Câmpul de mod al datelor

Două moduri de organizare: Modul 1, Modul 2

06.01.2016



Modul 1Prevăzut pentru pistele de date (programe)2048 octeți de date Codul pentru detecția erorilor (EDC – Error Detection Code) Codul pentru corecția erorilor (ECC – Error Correction Code)

06.01.2016

Sincronizare Antet Date EDC 0 ECC12 octeți 4 octeți 2048 octeți 4 octeți 8 octeți 276 octeți



Modul 2Prevăzut pentru aplicații audio și videoCâmpurile EDC, ECC conțin dateUn sector conține 2048+288 = 2336 octeți

Discuri în mod mixt (ISO/IEC 10149)Prima pistă: date (modul 1) Celelalte piste: informații audio/video (modul 2)

06.01.2016

Sincronizare Antet Date12 octeți 4 octeți 2336 octeți




06.01.2016


Al doilea nivel de corecție a erorilorRata de eroare asigurată de metoda CIRC: 10-9 insuficientă pentru discurile de date Pentru discurile de date este prevăzut un al doilea nivel de detecție și corecție a erorilor

4 octeți pentru detecția erorilor (EDC)276 octeți pentru corecția erorilor (ECC)

L EC‑ (Layered Error Correction), rata 10-12 Codul pentru detecția erorilor: cod ciclic redundant (Cyclic Redundancy Check – CRC)Codul de corecție a erorilor: Reed-Solomon

06.01.2016




06.01.2016


Sub-canale

Fiecare bit al unui octet de control este identificat printr o literă: ‑ P, Q, R, S, T, U, V, WBiții cărora li se asignează aceeași literă formează un sub-canal

Biții care ocupă prima poziție în cei 98 octeți de control formează sub-canalul PBiții din poziția a doua: sub-canalul Q

Sub-canalul Q din zona de început păstrează tabela de conținut (TOC)

Ultimii 6 biți: grupați în sub-canalul R W‑

06.01.2016


7. Discuri optice


06.01.2016


Unitatea CD-ROM (1)

Dioda laser emite un fascicul în infraroșuFasciculul este focalizat pe suprafața disculuiFasciculul este poziționat cu un servomecanismO parte a fasciculului este reflectată și dirijată către o fotodiodă semnal electric

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (2)

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (3)

Mecanismul de poziționareDeplasează oglinda și sistemul de lentile Ansamblul optic se deplasează pe un set de șinePoziționarea precisă pe o pistă se realizează cu un microcontroler și un sistem servo electronic Sistemul servo măsoară nivelul semnalului și ajustează poziția ansamblului de citire

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (4)

Sistemele obișnuite utilizează trei fascicule:Fasciculul laser este divizat în trei fascicule cu o prismă polarizatăSe măsoară intensitatea fasciculelor laterale semnal pentru corecția poziției fasciculului

Compensarea deplasării verticale:Fotodioda este împărțită în 4 cuadrante La deviația discului, spotul devine eliptic semnalele generate de cuadrante vor diferiLentila obiectiv este deplasată corespunzător

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (5)

Viteza nominală (viteza “X”)Se referă la viteza de rotație a discului Este un indicator al ratei maxime teoretice de transferO unitate cu viteza 1X are aceeași viteză de rotație ca și o unitate standard CD audio

Unitate audio: 75 sectoare/s 75 2336 = 175.200 B/s = 171,09 KB/sUnitate CD-ROM 1X: 75 2048 = 153.600 B/s = 150 KB/s

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (6)

Metoda CLV (Constant Linear Velocity) Viteză liniară constantăViteza de rotație este variabilă: mai mare spre centrul discului Rata de transfer este constantăMetodă utilizată la unitățile CD audio și la primele generații de discuri CD-ROM (1X..12X)

Primele unități CD audio: realizate pentru a transfera același volum de date în fiecare secundă

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (7)

Metoda CAV (Constant Angular Velocity) Viteză unghiulară constantăViteza de rotație este constantă Rata de transfer este variabilăAvantaj: nu este necesară schimbarea vitezei de rotație Dezavantaj: rata de transfer se reduce spre interiorul discului Metodă utilizată la unitățile CD-ROM cu viteza de peste 12X

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (8)

Tehnologia TrueXPermite creșterea performanței unităților CD-ROMSe utilizează mai multe fascicule laser pentru scanarea simultană a mai multor pisteCircuit ASIC care conține: procesor de semnal, controler servo, decodor, sistem de corecție a erorilor, interfață ATAPICircuit extern: interfață SCSI, USB, IEEE 1394

06.01.2016


Unitatea CD-ROM (9)

Fasciculul laser este divizat cu un grilaj de difracțieFasciculele trec prin oglinda unidirecționalăFocalizarea: obținută cu fasciculul centralRate de transfer mai ridicate la viteze de rotație mai reduse reducerea vibrațiilor

06.01.2016


7. Discuri optice


06.01.2016


Tipuri de discuri compact

Tipuri de discuri compactDiscul CD-DAVariante ale discului CD-DADiscul SACDDiscul CD-RDiscul CD-RW

06.01.2016


Discul CD-DA (1)

CD-DA (Compact Disc-Digital Audio)

Discurile din prima generație aveau o durată de 60 minute Discurile ulterioare: 74 sau 80 minuteStandardul: documentul “Red Book”Majoritatea standardelor ulterioare se bazează pe specificațiile “Red Book” în privința suportului și modului de citire

06.01.2016


Discul CD-DA (2)Semnalul audio (analogic) este eșantionat Rata de eșantionare: 44,1 KHz Se utilizează modulația în cod a impulsurilor (Pulse Code Modulation - PCM)

Se reprezintă amplitudinea pe 16 biți Înregistrare stereoFiecare secundă de sunet necesită 44.100 2 2 = 176.400 octeți de date

Capacitatea unui disc de 80 minute: 176.400 60 80 807.5 MB

06.01.2016


Discul CD-DA (3)

Discurile CD audio nu sunt produse întotdeauna într-un mod complet digital Fazele de procesare: înregistrare, editare/mixare, postsincronizare Tipul fazelor de procesare: indicat printr-un cod format din trei litere

DDD: disc complet digitalADD: înregistrare analogicăAAD: înregistrare și editare analogică

06.01.2016




06.01.2016


Variante ale discului CD-DA (1)

CD-3Diametrul: 3 inci (~8 cm)Capacitatea: 20 minute (CD Single)

CD+G (CD Plus Graphics) Utilizează sub-canalul R W‑ pentru păstrarea textului melodiilor sau a unor date grafice Acestea pot fi vizualizate cu un aparat TV sau cu o unitate CD interactivă (CD-I)

06.01.2016


Variante ale discului CD-DA (2)CD+MIDI

Utilizează sub-canalul R W pentru realizarea ‑unor efecte speciale sincronizate cu muzicaComenzi MIDI: nota, instrumentul

CD-I ReadyIntervalul dintre punctele de index 0 și 1 este mărit de la 2 secunde la 3 minuteSe pot înregistra: textele melodiilor, informații despre interpret, imagini Citirea informațiilor: cu un aparat CD-I

06.01.2016




06.01.2016


Discul SACD (1)

SACD – Super Audio Compact Disc Utilizează o tehnologie de înregistrare dezvoltată de firmele Philips și Sony Discul conține două straturi:

Un strat reflectorizant (CD audio): stereo; 44,1 KHz; 16 biți/eșantionUn strat semitransparent cu densitate ridicată (DVD): înregistrare stereo CD-DA + înregistrare pe 6 canale + date

06.01.2016


Discul SACD (2)Cele două straturi sunt citite cu două raze laser, cu lungimi de undă diferite:

Stratul reflectorizant: = 780 nmStratul semitransparent: = 650 nm

Capacitatea stratului semitransparent cu densitate ridicată: 4,38 GB Tehnologia de înregistrare: Direct Stream Digital (DSD)

Rata de eșantionare: 64 x 44,1 KHz = 2822,4 KHz; 1 bit/eșantion

06.01.2016


Discul SACD (3)

Modulație în densitate a impulsurilor (PDM – Pulse Density Modulation)

Amplitudinea semnalului este determinată de densitatea relativă a impulsurilor (a valorilor de 1)

06.01.2016


Discul SACD (4)

Rata de biți pe canal: 2.822.400 biți/s (de 4 ori mai mare față de discul CD-DA)Răspunsul în frecvență: 0..100 KHz (față de 5 Hz..20 KHz la discul CD-DA)Gama dinamică (raportul între intensitatea maximă și cea minimă a sunetelor): 120 dB (față de 96 dB la discul CD-DA)Calitatea sunetului este îmbunătățită și la redarea discului cu aparatele CD obișnuite

06.01.2016


Discul SACD (5)

Înregistrarea CD-DA (PCM) este obținută dintr-o înregistrare DSD prin tehnologia de conversie Super Bit Mapping Direct

Se utilizează un filtru digital FIR cu 32.639 coeficiențiCalitatea este comparabilă cu cea a unor înregistrări pe 20 sau 24 de biți

Înregistrarea stereo și cea cu 6 canale de pe stratul DVD utilizează tehnologia DSD

06.01.2016


Discul SACD (6)

Se utilizează o metodă de compresie fără pierderi Direct Stream Transfer

Rata de biți este redusă cu ~50%Protecția împotriva copierii:

Se înscrie un filigran (text sau grafică) pe partea reflectorizantă a disculuiSe înscriu și informații invizibile pe disc

Avantaje ale discului SACD:Calitate ridicată permite arhivarea Compatibilitate cu aparatele CD existente

06.01.2016




06.01.2016


Discul CD-R (1)CD-R (CD Recordable)

CD WORM‑ (CD Write Once, Read Many) CD WO‑ (CD Write Once)

Specificații definite în documentul “Orange Book”, Partea a II a ‑Discurile CD-ROM se bazează pe standardul CD audio, modificând interpretarea datelorDiscurile CD R‑ definesc noi medii fizice și metode de înregistrare, utilizând formatele standard

06.01.2016


Discul CD-R (2)

Scrierea: modificarea proprietăților reflectorizante ale unei vopsele organiceVopsele organice fotosensibile:

Cianină (albastru cian)Ftalocianină (albastru verzui) Azo (albastru închis)

Pentru protecția împotriva oxidării, stratul de vopsea se acoperă cu un strat de metal (aur sau aliaj de argint)

06.01.2016


Discul CD-R (3)

06.01.2016


Discul CD-R (4)

Scrierea: cu o rază laser care încălzește în mod selectiv anumite zone

În zonele încălzite, vopseaua organică își schimbă compoziția chimică Zonele “arse” reflectă lumina într o măsură ‑mai redusă corespund cavitățilorZonele “nearse” reflectă lumina într o ‑măsură mai mare corespund suprafețelor

Discul poate fi citit de unitățile obișnuite

06.01.2016


Discul CD-R (5)

Discul este gravat cu o canelură spiralată Similară cu spirala de pe un disc CD obișnuit

Canelura este utilizată de unitatea CD R‑ în timpul înregistrării pentru urmărirea căii de date de pe disc

Dacă discul ar fi complet neformatat, înscrierea pistelor spiralate ar fi dificilă

Canelura are o excursie (deviație) sinusoidală de 0,3 μm la o frecvență de 22,05 KHz

06.01.2016


Discul CD-R (6)

06.01.2016


Discul CD-R (7)

Discurile CD R‑ au două zone suplimentare de date aflate înaintea zonei “lead-in”

Sunt utilizate pentru memorarea datelor specifice procesului de înregistrare

Zona de memorare a programului (PMA – Program Memory Area)

Conține numerele pistelor pentru titlurile înregistrate și adresele lor de început și de sfârșit

06.01.2016


Discul CD-R (8)

Zona de calibrare a puterii (PCA – Power Calibration Area)

Se utilizează pentru calibrarea puterii laserului înregistrare de încercarePuterea optimă depinde de: viteza de înregistrare, temperatura ambiantă, umiditate, tipul disculuiSunt permise maxim 99 de calibrări pentru un disc

06.01.2016


Discul CD-R (9)

06.01.2016




06.01.2016


Discul CD-RW (1)

CD RW‑ (CD ReWritable) CD E‑ (CD Erasable)

Specificații definite în documentul “Orange Book”, Partea a III a (1997)‑Stratul de vopsea este înlocuit cu un strat de înregistrare cu schimbare de fază

Își poate schimba starea atunci când i se aplică o anumită energie și poate reveni în starea inițială

06.01.2016


Discul CD-RW (2)

Dacă materialul este încălzit la o anumită temperatură și apoi este răcit, se formează o structură cristalină suprafațăDacă materialul este încălzit la o temperatură mai ridicată, se formează o structură amorfă cavitate

Stratul de înregistrare: aliaj de argint, indiu, antimoniu și teluriu

Se află între două straturi dielectrice care elimină căldura excesivă în timpul scrierii

06.01.2016


Discul CD-RW (3)

06.01.2016


Discul CD-RW (4)

ScriereaStratul de înregistrare se încălzește la o temperatură peste punctul de topire Cristalele ajung într o ‑fază amorfăDacă răcirea este rapidă, starea amorfă se menține

06.01.2016


Discul CD-RW (5)

ȘtergereaStratul de înregistrare este încălzit sub punctul de topire, dar deasupra punctului de cristalizare Temperatura este menținută un timp mai mare decât timpul minim de cristalizare

06.01.2016


Discul CD-RW (6)

RescriereaSunt create noi cavități utilizând fasciculul laser pentru scriere Se utilizează un fascicul laser constant pentru a crea noi suprafețe cristaline Procesul poate fi repetat în jur de 1000 de ori

06.01.2016


Discul CD-RW (7)

Gradul de reflexie al discurilor CD-RW este mai redus decât cel al discurilor CD obișnuite

Discuri CD obișnuite: min. 70% pentru suprafețe, max. 28% pentru cavitățiDiscuri CD-RW: 15..25% pentru suprafețe Unități cu funcții duale Specificațiile MultiRead ale OSTA (Optical Storage Technology Association): elaborate pentru a rezolva problemele de compatibilitate

06.01.2016


Rezumat (1)

Pe discurile optice, datele sunt înregistrate sub forma unor cavități și suprafețe

Cavitățile și suprafețele au reflectivitate diferităDatele sunt codificate pentru a asigura o densitate ridicată și recuperarea sigură a datelor

Pentru discurile compact, se pot utiliza două nivele de corecție a erorilor

La nivelul cadrelor: pentru toate formatele de discuri compactLa nivelul sectoarelor: pentru discurile de date

06.01.2016


Rezumat (2)

Unitățile optice utilizează un fascicul laser poziționat cu un servomecanism

Fasciculul este reflectat și se generează impulsuri electrice cu ajutorul unei fotodiode

Primul format CD dezvoltat a fost discul compact audio (CD-DA)

Utilizează modulația în cod a impulsurilor (PCM – Pulse Code Modulation)

Diferitele formate CD-DA utilizează sub-canalul R-W pentru a înregistra texte sau imagini

06.01.2016


Rezumat (3)Discurile SACD conțin două straturi: un strat CD audio și un strat DVDScrierea discurilor CD-R se bazează pe modificarea reflectivității unei vopsele organice

Se emulează proprietățile cavităților și suprafețelorDiscurile CD-RW utilizează un strat de înregistrare cu schimbare de fază

Se pot forma zone cristaline și amorfe într-un mod reversibilSe utilizează setări diferite ale puterii laserului pentru scriere, ștergere și rescriere

06.01.2016


Noțiuni, cunoștințe (1)Nivele de organizare a datelor la discurile CDÎnregistrarea și codificarea datelor la discurile CDNivele de corecție a erorilorSub-canale la discurile compactStructura și funcționarea unității CD-ROMTehnologia TrueXFormatul CD+GFormatul CD+MIDIFormatul SACD

06.01.2016


Noțiuni, cunoștințe (2)Tehnologia de înregistrare Direct Stream Digital pentru discurile SACDScrierea discurilor CD-RCanelura spiralată a discurilor CD-RZona de memorare a programului și zona de calibrare a puterii pentru discurile CD-RStratul de înregistrare al discurilor CD-RW Scrierea discurilor CD-RWȘtergerea discurilor CD-RWRescrierea discurilor CD-RW

06.01.2016

Cuprinsul cursului

Documents

Transcript of Cuprinsul cursului