第三单元层次存储器系统 第六讲光盘的存储原理与组成 本单元小结 luwdatsinghua. edu.cn
1 第三单元 层次存储器系统 第六讲 光盘的存储原理与组成 本单元小结 liuwd@tsinghua.edu.cn
内容提要 CD-ROM CD-R CD-RW DVD 主存储器的最新发展 本单元小结
2 内容提要 • CD-ROM • CD-R • CD-RW • DVD • 主存储器的最新发展 • 本单元小结
只读光盘( CD-ROM) 1980年,飞利浦和索尼一起推出了光盘 (CD, Compact disc),并很快取代了每 分钟331/3转的乙烯基唱片。CD的详尽技 术细节以正式的国际标准(I10149)公布, 并因为封面的颜色被通称为红皮书
3 只读光盘（CD-ROM） • 1980年，飞利浦和索尼一起推出了光盘 （CD，Compact Disc），并很快取代了每 分钟33 1/3转的乙烯基唱片。CD的详尽技 术细节以正式的国际标准 （IS10149）公布， 并因为封面的颜色被通称为红皮书
光盘的存储原理 CD是通过在涂有玻璃表层的主盘上,用高能 红外激光束烧出0.8毫米直径的小孔制成的。用 这种主盘做成模子,上面带有烧好的激光孔, 然后往模子上注入熔化的多种碳酸盐脂,使激 光孔的形状和玻璃主盘的形状一样,就基本上 完成了CD的主体。接着,在碳酸盐脂上沉淀 上一薄层的反射铝,再覆盖上一层起保护作用 的表层,最后再打上标签,整个CD就完成了。 碳酸盐脂底基的凹陷部分叫作凹区,凹区两边 未经过烧制的部分叫作凸区
4 光盘的存储原理 • CD是通过在涂有玻璃表层的主盘上，用高能 红外激光束烧出0.8毫米直径的小孔制成的。用 这种主盘做成模子，上面带有烧好的激光孔， 然后往模子上注入熔化的多种碳酸盐脂，使激 光孔的形状和玻璃主盘的形状一样，就基本上 完成了CD的主体。接着，在碳酸盐脂上沉淀 上一薄层的反射铝，再覆盖上一层起保护作用 的表层，最后再打上标签，整个CD就完成了。 碳酸盐脂底基的凹陷部分叫作凹区，凹区两边 未经过烧制的部分叫作凸区
光盘的读出原理 将CD进行回放时,用一个低能激光二极管发出的波长 为0.78毫米的红外光照射在二极管下“流过”的凹区和 凸区。光源在碳酸盐脂层的上方,所以,当凹区经过 时,激光束就会比凸区经过时伸出一些。由于凹区的 高度为激光波长的1/4,从凹区反射的激光的波长为从 凸区反射光的波长的一半。这样,反射光和发射光叠 加,将导致光接收器接收到的从凹区反射的光线比从 凸区反射的要弱。CD机通过这种途径,可以区别出凹 区和凸区。虽然用凹区代表0,凸区代表1可能是最简 单的表示方法,但从可靠性方面考虑,用凸区/凹区和 凹区/区转换来表示1,而用连续的凹区或凸区来表 示0的可靠性要高一些,所以,CD上采用的是这种模 式
5 光盘的读出原理 • 将CD进行回放时，用一个低能激光二极管发出的波长 为0.78毫米的红外光照射在二极管下“流过”的凹区和 凸区。光源在碳酸盐脂层的上方，所以，当凹区经过 时，激光束就会比凸区经过时伸出一些。由于凹区的 高度为激光波长的1/4，从凹区反射的激光的波长为从 凸区反射光的波长的一半。这样，反射光和发射光叠 加，将导致光接收器接收到的从凹区反射的光线比从 凸区反射的要弱。CD机通过这种途径，可以区别出凹 区和凸区。虽然用凹区代表0，凸区代表1可能是最简 单的表示方法，但从可靠性方面考虑，用凸区/凹区和 凹区/凸区转换来表示1，而用连续的凹区或凸区来表 示0的可靠性要高一些，所以，CD上采用的是这种模 式
CD-ROM的存储标准 将每个字节编码成14位的符号,可以对字节进行 海明编码; 连续的42个符号一组,构成了588位的帧。每帧 包含192位数据位(24个字节),其它的396位用 于纠错和控制位。(与音频CD兼容) 将98帧作为一个 CD-ROM扇区。每个扇区由16 个字节的引导区开始,其中前12个字节为引导区 起始标志,然后3个字节是扇区号,最后的一个 字节是光盘的数据存放格式 扇区构成一条从圆心向外的单向螺旋线
6 CD-ROM的存储标准 • 将每个字节编码成14位的符号，可以对字节进行 海明编码； • 连续的42个符号一组，构成了588位的帧。每帧 包含192位数据位（24个字节），其它的396位用 于纠错和控制位。（与音频CD兼容） • 将98帧作为一个CD-ROM扇区。每个扇区由16 个字节的引导区开始，其中前12个字节为引导区 起始标志，然后3个字节是扇区号，最后的一个 字节是光盘的数据存放格式。 • 扇区构成一条从圆心向外的单向螺旋线
CD-ROM的文件标准 国际标准(IS9660)有三个层次。 第一层次规定 文件名不能超过8个字符长 可以有不超过3个字符的扩展名(MS-DOS 的文件命名规则) 文件名中的字符只能是大写字母、数字和下 划线 目录嵌套不超过8层,目录不允许有扩展名 所有文件必须连续存放 可以被几乎所有计算机读出
7 CD-ROM的文件标准 • 国际标准（IS 9660）有三个层次。 • 第一层次规定 – 文件名不能超过8个字符长 – 可以有不超过3个字符的扩展名（MS-DOS 的文件命名规则） – 文件名中的字符只能是大写字母、数字和下 划线 – 目录嵌套不超过8层，目录不允许有扩展名 – 所有文件必须连续存放 – 可以被几乎所有计算机读出
CDR存储原理 CDR在大小上和 CD-ROM一样,最初时也是120mm 的空白盘,只是CDR有一条06mm宽的凹槽,用来引 导激光进行刻盘。凹槽有0.3mm的正弦偏移,频率为 2205kHz,用来准确控制CD-R的转速,并在必要时加 以调整。只是CDR表面是金色,而不象CD-ROM那 样表面是银色。用真正的金子代替铝来做反射层。而 CDR的凹区和凸区是用不同的反射光来模拟,这点是 通过在碳酸盐脂和金质反射层之间加上一层染料来实 现的。目前使用的有两种不同的染料,一种是花青, 其颜色是绿色的,另一种是 pathalocyanine,颜色为黄 桔色。这些染料和显像中的染料十分类似,这也是柯 达和富士成为CDR的主要制造商的原因
8 CD-R存储原理 • CD-R在大小上和CD-ROM一样，最初时也是120mm 的空白盘，只是CD-R有一条0.6mm宽的凹槽，用来引 导激光进行刻盘。凹槽有0.3mm的正弦偏移，频率为 22.05kHz，用来准确控制CD-R的转速，并在必要时加 以调整。只是CD-R表面是金色，而不象CD-ROM那 样表面是银色。用真正的金子代替铝来做反射层。而 CD-R的凹区和凸区是用不同的反射光来模拟，这点是 通过在碳酸盐脂和金质反射层之间加上一层染料来实 现的。目前使用的有两种不同的染料，一种是花青， 其颜色是绿色的，另一种是pthalocyanine，颜色为黄 桔色。这些染料和显像中的染料十分类似，这也是柯 达和富士成为CD-R的主要制造商的原因
CDR存储原理 ·CDR被刻之前,染料层是透明的,激光束可 以穿过它后从金质层反射回来。刻盘时,照射 CDR的激光能量被调高到8~16mW,光束照射 到染料的一个点上时产生的热量使之发生化学 反应,改变了染料的分子结构,产生一个黑点 读出时(激光束的能量为0.5mW),光接收器 就可以分辨出染料被照射过的黑点和未被照射 过的透明区,并用这个区别来对应普通光盘的 凹区和凸区
9 CD-R存储原理 • CD-R被刻之前，染料层是透明的，激光束可 以穿过它后从金质层反射回来。刻盘时，照射 CD-R的激光能量被调高到8~16mW，光束照射 到染料的一个点上时产生的热量使之发生化学 反应，改变了染料的分子结构，产生一个黑点。 读出时（激光束的能量为0.5mW），光接收器 就可以分辨出染料被照射过的黑点和未被照射 过的透明区，并用这个区别来对应普通光盘的 凹区和凸区
CDR的增量刻盘 次刻在CDR上的几个连续扇区被称为CD ROM道。 每个 CD-ROM道一个单独的目录卷表VTOC 其中所列的文件可能包括其前面各道中的部分 或所有文件。 CD-R放入光驱后,操作系统搜寻所有CD- ROM道,并定位到最近使用的VTOC,它给出 了CDR的当前状态
10 CD-R的增量刻盘 • 一次刻在CD-R上的几个连续扇区被称为CDROM道。 • 每个CD-ROM道一个单独的目录卷表VTOC， 其中所列的文件可能包括其前面各道中的部分 或所有文件。 • CD-R放入光驱后，操作系统搜寻所有CDROM道，并定位到最近使用的VTOC，它给出 了CD-R的当前状态