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转载:光盘盘片的物理结构  

2008-11-26 22:57:00|  分类: L-FS |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:CSDN http://blog.csdn.net/knityster/archive/2008/03/21/2204315.aspx

2008年3月21日 星期五

21:51

参考:<<刻光盘完全DIY手册>>

  市面上销售的计算机软件光盘或CD、VCD 等各种格式光盘是压制的CD-ROM 光盘(Compact Disc-Read Only Memory),刻录机所使用的刻录盘是CD-R 盘和CD-RW 盘。压制盘与刻录盘的制造方式不同,盘片结构略有差异,但数据存储原理是一样的。在着手刻录光盘之前,我们需要了解不同格式的光盘需要遵循相应的标准,同时还需要了解光盘有着不同的文件系统和不同的刻录方式以及CD-R 和CD-RW 有着本质的区别等知识。

一、盘片结构与信息记录原理

  刻录盘片是由透明聚碳酸脂材料盘基和多层涂敷层构成,其中,染料层在激光的烧蚀作用下记录了数据信息。二进制的“0”和“1”是计算机记录信息的根本,光盘记录信息也不例外,但不经过“调制编码”技术的处理,简单的“0”和“1”是不能正确记录数据的。下面以CD-R 盘为例简单介绍盘片的结构和信息记录原理。

1.盘片物理结构

 

 

 

  把印有图案、标签那面向上时,最下面的是聚碳酸脂盘基,盘基的上面有几个涂敷层,从上至下的主要作用依次为:

 

(1) 表面印刷层:就是印有文字图案的一面。

 

(2) 保护层:起到保护反射层的作用。

 

(3) 反射层:喷镀的金属膜,读取数据时用来反射激光。

 

(4) 有机染料层:由不同的有机染料构成数据记录层,刻录时,激光就是在这一层进行烧蚀。

 

(5) 盘基:是透明聚碳酸脂材料。

 

  和软、硬盘轨迹不同的是,光盘是一条由内圈向外圈的螺旋状轨迹而不是若干同心圆轨迹,在轨迹对应的染料层上有一些特定宽度和深度而长短不一的所谓“凹坑”,这些“凹坑”是在刻录过程中由刻录机的激光头将激光束聚焦并按照数据要求烧蚀出来的,这一层也就构成了数据记录层。在CD-ROM 盘上,是由压模制造出来的,而刻录盘是激光对染料层进行烧蚀的。刻录盘的螺旋状轨迹是在盘片制造中形成的,称之为预刻沟槽,数据就是沿着沟槽进行刻录的。

 

2.信息记录的物理原理

 

 

 

  由于光盘存在凹坑和非凹坑、烧蚀和没烧蚀部分,因此,当我们使用光盘读取数据时,激光头就会得到不同的激光反射率,由此而获得不同的信号。但光盘记录“0”或“1”的信息并非是简单的以凹坑或非凹坑、烧蚀与未烧蚀、可否反射激光来表示的,而是由凹坑的长度或非凹坑平面的长度(在一定范围内)表示若干个“0”,由凹坑部分的边缘来表示“1”。也就是说,有没有反射光都代表若干个“0”,而“1”是由激光的反射和不反射之间的信号跳变状态来表示的

 

CD-RW 盘片与CD-R 盘有所不同,CD-RW 盘片没有反射层,是通过相变结晶材料的非结晶和固定结晶两种状态来记录信号的。

 

3.信息记录的逻辑原理

 

 

 

  二进制的“0”和“1”是计算机记录信息的根本,这是因为在一个介质上如果记录只有“0”和“1”的“数字信号”要比记录多变的“模拟信号”容易得多。但是,在很多应用场合中,如果不加以变换处理(即编码、解码)则难以直接使用。例如硬盘,假设简单地把有信号或没有信号直接用“1”或“0”来表示就会出现问题。光盘同样如此。在写入数据时,当连续出现多个“1”和“0”时,将会使激光束的发射处于频繁开通、关闭状态,以至凹坑的长度变得很短,这将使光盘的制造工艺变得复杂甚至难以实现。在读取数据时,很短的凹坑对于信号的识别来说会产生不稳定的数据,频繁出现的“1”会引起伺服电路工作不稳定,频繁出现的 “0”会因为较长时间没有“1”的出现导致解码电路的压控振荡器工作不稳定,同时,长距离的凹坑或平面也会影响读取设备的跟踪能力。因此,为了正确记录并再现数据,光盘采用了“8到14比特调制编码”技术对源数据做通道编码(EFM 调制)处理。

 

 简单解释“8到14比特调制编码”的原理就是将一个8bit 的数据转换为14bit 来表示。具体讲,一个字节是8位,一个8位二进制的数应该表示28=256 个代码。在这256个代码中,由于上述种种原因造成两类代码不能直接使用,一类是现有的CD技术不允许连续记录两个或更多个“1”,另一类是连续记录 “0”的数量只能是2~10个。因此,一个8位的256个代码中包含了上述两类不可以直接使用的非法代码,换言之,8位的合法代码数量不足256个。让我们再来看看14位二进制的数,一个14位二进制的数可以表示为214=16384 个代码,虽然其中也包括上述那些非法代码,但如果在14位的16384个代码中剔除这两类非法代码,便可以得到256个合法代码,将其与8位二进制的 256个代码建立一个精确对应关系的“检查表”,并存放在驱动器的ROM 中供编解码使用,这样就可以达到正确表示8位的256个代码的目的。另外,为避免在码间产生非法码(比如上一码的结束和下一码的开始都是“1”),又在码间增加三位“耦合位”(解码时再将其过滤掉),最终,8位数据编码为17位的代码。就是这样,我们才可以将数据正确地写入光盘,并顺利地读出并使用之。

 

  我们再举个通俗点的例子就容易理解了,假设把十进制的0到9十个数字分配给十个人作为代号,但由于有两个人认为4和7是不吉祥数字而拒不接受(4和7是非法代码不能使用),因此,在这里采用十进制显然不敷使用。如果采用十二进制的00到0B这12个数字作为代号,并且去掉04和07不用,把剩下的十个合法代码与十进制0到9建立一个对应关系后,再分配给那十个人就没有问题了。

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