Vận hành cơ học của ổ đĩa

Vận hành cơ học của ổ đĩa

Ổ đĩa quang vận hành

Một ổ đĩa quang vận hành bằng cách sử dụng một tia laser để phản chiếu ánh sáng từ mặt dưới của đĩa. Ánh sáng được phản chiếu kế tiếp được đọc bởi một bộ phát hiện hình ảnh. Cơ chế vận hành chung của một ổ đĩa quang như sau đây (Xem hình minh họa 11.3):

1.Diode laser phát ra một chùm tia hồng ngoại năng lượng thấp hướng đến mặt gương phản chiếu.

2.Động cơ cơ cấu tự động (servo motor), hoạt động theo điều khiển của bộ vi xử lý, định vị chùm tia vào đúng rãnh ghi trên đĩa bằng cách di chuyển gương phản chiếu.

3.Khi chùm sáng đập vào đĩa, các tia sáng hồng ngoại của nó sẽ được tập trung vào các thấu kính đầu tiên ở phía dưới của platter, bật lên mặt gương và bắn về phía thiết bị tách chùm tia sáng (beam splitter).

4.Thiết bị tách chùm tia sáng hướng ánh sáng laser quay về phía các thấu kính hội tụ khác

5.Các thấu kính cuối hướng chùm tia sáng đến một thiết bị phát hiện hình ảnh để biến đổi ánh sáng thành các xung điện.

6.Các xung chuyển đến này được bộ vi xử lý giải mã và gửi đến cùng với máy chủ dưới dạng dữ liệu.

Khi được giới thiệu lần đầu, các ổ đĩa CD-ROM rất đắt nên khó được chấp nhận rộng rãi. Sau khi sản xuất giá thành của đĩa và ổ đĩa bắt đầu hạ, tuy nhiên CD nhanh chóng đồng bộ vào thế giới của PC. Điều này đặc biệt đối với các ứng dụng dành cho PC có dung lượng ngày càng lớn. Gần như tất cả các phần mềm hiện tại đều được phân phối theo đĩa quang, ngay cả nếu đĩa này không chứa đựng dữ liệu tương ứng với một phần mười dung lượng có thể chứa của đĩa.

Các rãnh ghi và các Sector

Trong CD 74 phút các pit được rập vào một rãnh ghi xoắn ốc với khoảng cách 1.6 micron giữa các vòng tròn, tương ứng với mật độ rãnh ghi của 625 vòng trên một milli0met, hoặc 15.876 vòng trên một inch. Tương đương với tổng cộng 22.188 vòng đối với một đĩa CD điển hình 74 phút (650 MiB). CD 80 phút hiện thời nâng dung lượng bằng cách giảm khoảng cách giữa các vòng tròn. Xem bảng 11.1 để biết thêm nhiều thông tin về sự khác biệt giữa CD 74 phút và 80 phút.
Đĩa được chia thành 6 vùng chính (như đã nói ở đây và thể hiện trong Hình 11.4):

+ Vùng kẹp trung tâm (Hub clamping area) – Vùng kẹp trung tâm là một phần của đĩa nơi cơ cấu máy móc trung tâm trong ổ đĩa giữ chặt đĩa. Không có dữ liệu hay thông tin nào được lưu trữ trong vùng này.

+ Vùng chỉnh nguồn điện (PCA: Power calibration area) – Chỉ có đĩa có thể ghi lại mới có khả năng này và chỉ được sử dụng bởi ổ đĩa có thể ghi để xác định năng lượng tia laser cần thiết cho thực hiện việc ghi đĩa kết thúc. Sau khi phiên ghi kết thúc, thông tin TOC được ghi vào vùng dẫn nhập.

+ Dẫn nhập (Lead-in) – Vùng dẫn nhập chứa TOC đĩa (hoặc phiên) trên kênh mã phụ Q. TOC chứa các địa chỉ và độ dài khởi đầu của tất cả các rãnh ghi (bài hát hoặc dữ liệu), tổng độ dài của vùng chương trình (hoặc dữ liệu) và thông tin về các phiên ghi riêng rẽ nhau. Vùng dẫn nhập tồn tại trên một đĩa được ghi lại tất cả cùng một lúc (chế độ DAO và Disc At Once), hoặc vùng dẫn nhập bắt đầu mỗi phiên trên một đĩa đa phiên. Vùng dẫn nhập chiếm 4.500 sector trên đĩa ( 1 phút nếu tính theo thời gian, hoặc khoảng 9.2 MB dữ liệu). Vùng dẫn nhập cũng cho biết liệu đĩa đang ở chế độ đa phiên hay không và địa chỉ có thể ghi tiếp theo trên đĩa là gì (nếu đĩa không dừng).

+ Vùng chương trình (dữ liệu) (Program (data) area) – Vùng đĩa này bắt đầu một bán kính 25mm tính từ trung tâm.

+ Dẫn xuất (Lead – out) – Dẫn xuất đánh dấu kết thúc vùng chương trình (dữ liệu) hoặc sự kết thúc phiên ghi trên một đĩa đa phiên. Không có dữ liệu thực nào được ghi vào vùng dẫn xuất, nó chỉ đơn giản là một vùng đánh dấu (market). Vùng dẫn xuất đầu tiên trên một đĩa (hoặc chỉ trên đĩa nếu là một phiên đơn hoặc ghi Disk At Once) có độ dài 6.750 sector (1.5 phút nếu tính theo thời gian, khoảng 13.8 MB dữ liệu). Nếu đĩa ghi là một đĩa đa phiên, bất kỳ dẫn xuất tiếp sau đều có độ dài 2.250 sector (0.5 phút nếu tính theo thời gian, hoặc khoảng 4.6 MB nếu tính theo dữ liệu)

Vùng kẹp trung tâm, vùng dẫn nhập, vùng chương trình và vùng dẫn xuất đều có trên tất cả các loại đĩa CD, trong khi chỉ có đĩa CD có khả năng ghi (Như là CD-R và CD-RW) mới có vùng chỉnh nguồn điện và vùng bộ nhớ chương trình tại vị trí ban đầu của đĩa.

Hình 11.4 thể hiện những vùng trong phạm vi liên quan thực tế có thể thấy trên đĩa.

Trên thực tiễn, rãnh ghi xoắn ốc của đĩa CD tiêu chuẩn bắt đầu với vùng dẫn nhập và kết thúc tại điểm cuối của vùng dẫn xuất, dài 58.5mm tính từ trung tâm của đĩa, hoặc 1.5mm nếu tính từ mép ngoài của đĩa. Rãnh ghi xoắn ốc đơn này tính ra có độ dài khoảng 5.77km hoặc 3.59 dặm. Một điều thú vị là trên một ổ đĩa CAV 56X (vận tốc góc bất biến), khi đọc dữ liệu rãnh ghi phần ngoài, dữ liệu đi với một tốc độ không đối là 162.8 dặm một giờ (262km/h) qua thiết bị phát tia laser. Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là ngay cả khi dữ liệu được dịch chuyển qua lại với tốc độ như vậy mà thiết bị thu laser có thể đọc chính xác các bit (các chuyển tiếp pit/land) được cách khoảng rất nhỏ chỉ 0.9 micron (hoặc 35.4 trên phần triệu của một inch).

Bảng 11.1 thể hiện các thông tin cơ bản về hai dung lượng CD chính là 74 hoặc 80 phút. Đĩa CD tiêu chuẩn ban đầu được chế tạo có khoảng 74 phút, phiên bản 80 phút được thêm vào sau này, về cơ bản kéo dài thêm tiêu chuẩn bằng cách thu hẹp không gian rãnh ghi trong những giới hạn của thông số kỹ thuật lúc ban đầu. Một ổ đĩa có hiệu năng kém hoặc cũ sẽ có thể gặp vấn đề khi đọc dữ liệu của các loại đĩa có độ dài 80 phút.

Rãnh ghi đường xoắn ốc được chia thành các sector được chứa với tốc độ 75 sector cho một giây. Trong một đĩa chứa tổng cộng 74 phút thông tin, kết quả tối đa 333.000 sector. Mỗi sector được chia thành 98 cấu trúc thông tin đơn. Mỗi cấu trúc đơn (frame) chứa 33 byte; 24 byte là dữ liệu âm thanh, 1 byte chứa thông tin mã phụ, 8 byte được dùng cho thông tin parity/ECC (error corection code). Bảng 11.2 thể hiện những tính toán sector, cấu trúc đơn và dữ liệu âm thanh.

Lấy mẫu

Khi nhạc được ghi vào một đĩa CD, nó được lấy mẫu ở tốc độ 44.100 lần trên một giây (Hz). Mỗi mẫu nhạc có một thành phần kênh trái và phải riêng biệt (stereo), mỗi thành phần kênh được biến đổi thể hiện dưới dạng số thành số 16 bit. Điều này cho phép một sự chuyển hóa của 65.536 các giá trị có thể, thể hiện bằng biên độ của sóng âm thanh cho kênh đó tại một thời điểm.

Tốc độ lấy mẫu sẽ quyết định dãy tần số âm thanh có thể thể hiện trên thiết bị thu kỹ thuật số. Càng nhiều mẫu của một bước sóng được lấy trên mỗi giây thì kết quả được lấy mẫu sẽ công bố lần đầu vào năm 1928) cho biết rằng tốc độ lấy mẫu phải ít nhất gấp hai lần tần số cao nhất xuất hiện trong mẫu để có thể tái hiện lại được chính xách tín hiệu ban đầu. Đó là điều giải thích tại sao Philips và Sony cố tình lựa chọn tốc độ lấy mẫu 44.100Hz khi phát triển CD – tỷ lệ đó có thể sử dụng để tái hiện chính xác tín hiệu âm thanh lên đến 20.000Hz, giới hạn trên của thính giác con người.

Do đó bạn có thể thấy các sector âm thanh kết hợp 98 cấu trúc đơn của mỗi cấu trúc 33 byte, tổng cộng là 3.234 byte mỗi sector, trong đó chỉ có 2.352 byte là dữ liệu âm thanh thực sự. Ngoài ra 98 byte mã phụ cho mỗi cấu trúc, 784 byte khác được sử dụng để hiệu chỉnh lỗi và tính chẵn lẻ (parity).

Theo “Nâng cấp và sửa chữa máy tính” Scott Mueller