Vận hành cơ học của ổ đĩa

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

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 milli-mét, 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.

Đĩa được chia thành 6 vùng chính

■ 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 chính nguồn điện (PCA: Power calibration area) — chỉ có đĩa có thể ghi lại mới cỏ 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 tốt nhất có thể. Một đĩa đơn CD-R hoặc CD-RW có thể kiểm tra theo cách này lên đến 99 lần.

■ Vùng bộ nhớ chương trình (PMA: Program memory area) — chỉ áp dụng cho các đĩa cỏ thể ghi được và là nơi TOC (table of contents) được ghi tạm cho đến khi phiên 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 hoặc 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 (l phút nếu tinh 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 25 mm 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 (marker). Vùng dẫn xuất đầu tiên trên một đĩa (hoặc chì 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 tinh 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.

Trên thực tiễn, rãnh ghi xoắn ốc của một 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 CAY 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 (262 km/h) qua thiết bị phát tia laser. Điều đáng ngạc nhiên hơn nừa 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 piưland) được cách khoảng rất nhỏ chỉ 0.9 micron (hoặc 35.4 trên phần triệu của một inch).

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, l byte chứa thông tin mã phụ 8 byte được dùng cho thông tin parity/ECC (error correction code).