CD-ROM

預壓光盤

唯讀記憶光碟Compact Disc Read-Only Memory縮寫CD-ROM),是一種在電腦上使用的光碟。這種光碟只能寫入數據一次,資訊將永久儲存在光碟上,使用時通過光碟驅動器讀出資訊。CD的格式最初是為音樂的儲存和回放設計,1985年,由SONY飛利浦制定的黃皮書標準使得這種格式能夠適應各種二進制數據。

增強型CD既儲存音樂,又儲存電腦數據;這種CD-ROM的音樂能夠由CD播放機播放,電腦數據則只能由電腦處理。

媒介

 
從原子力顯微鏡拍攝到的CD-ROM表面影像裏,可以觀察到凹點的排列圖案是儲存數據的機制。

CD-ROM磁碟機片在外觀上與音樂CD完全相同,數據存取的方式也十分類似,區別僅在於它們儲存數據的標準。CD-ROM磁碟機片是用1.2毫米厚的聚碳酸酯塑膠和一層用作反射面的製作。直徑為120毫米的CD-ROM磁碟機片最為常見,稍小的Mini CD的直徑為80毫米,除此之外,還有很多各種非標準尺寸和形狀的CD-ROM磁碟機片,例如名片尺寸。數據以一系列細小的鋸齒的形式記錄在盤片中。激光照射反射面時可以讀出凹凸的資訊。凹點的深度大約為照射激光波長的1/4到1/6,由此,反射光的相位會發生偏移,並造成破壞衝突和削減反射光強度的衰減。反射光強度的變化被轉化為二進制數據。

標準

在CD上儲存數據有多種格式,它們被收整合彩虹書。其中包括最初音樂CD的紅皮書標準,此外還有白皮書英語White Book (CD standard)黃皮書ECMA-130標準詳細描述CD-ROM的實體層標準。

CD-ROM格式

CD-ROM的每個磁區包含98個24位元組的框,共2352位元組資訊。CD-ROM作為數據盤片,需要對數據有較高的可信任度,不能有錯誤數據。為了達到增強糾錯和檢錯的目標,CD-ROM有3層的糾錯機制。採用模式1型的CD-ROM擁有完整的3層糾錯機制,每個磁區記錄2048位元組資訊。模式2型的CD-ROM,每個磁區記錄2336位元組資訊,這類CD-ROM主要用於記錄影片檔。CDDA音頻標準規定的數據量為:44.1k/s×4B×2048 / 2352 = 153.6kB/s,與此比較,模式1型的CD-ROM的播放時間為74分鐘,或4440秒,容量為682MB。

1倍速的CD光碟機每秒鐘能夠讀取75個連續的磁區,即每秒150KB,x倍速光碟機讀取速度依此類推。

CD磁區內容

  • 一張74分鐘的標準CD包含333,000個磁區。
  • 每個磁區為2352位元組,模式1型的CD-ROM包含2048位元組電腦數據,模式2型的CD-ROM包含2336位元組PSX/VCD數據,音頻包含2352位元組資訊。
  • 磁區容量的差異來自頭資訊和糾錯編碼,電腦數據對精度要求最高,這類資訊最多,VCD對精度要求不高,這類資訊稍小,音頻CD沒有這類資訊。
  • 如果用RAW格式從盤片中讀取數據,無論是什麼資料類型,每個磁區都能夠讀出2352位元組資訊。因此:
    • 高速燒錄數據CD(40倍速)不會遺失資訊。但是,由於音樂CD沒有3層糾錯碼,如果高速燒錄音樂CD,有可能導致不可挽回的錯誤,並在播放時發出咔噠的聲音。
    • 在一張74分鐘的CD上,能夠用RAW方式燒錄更多的資訊,這樣做容量可以達到333,000×2352 = 783,216,000 位元組(大約747MB)。這是74分鐘650MB的CD的容量的上限。容量增加14.8%,但是,這樣做將失去糾錯數據。
  • 當用RAW方式讀取光碟時,容量永遠為2352位元組的倍數。
設計類型 ← 2352位元組塊 →
音樂CD: 2352位元組數碼音樂
模式1型CD-ROM: 12 4 2048位元組用戶數據 4 8 276
模式2型CD-ROM: 12 4 2336位元組用戶數據
圖例(位元組)
12 同步
4 磁區ID
數據
4 檢錯
8 空白
276 糾錯

製作

預先壓制的CD-ROM磁碟機片是通過母片壓製出來,首先製作一張玻璃的母片,然後根據它的凸凹批次壓製出最終的光碟。可燒錄光碟(CD-R)與可重複燒錄光碟(CD-RW)的製作過程類似,它們都是通過激光改變染料的特性或者物質相變的方式記錄數據,這個過程通常稱為燒錄

容量

 
CD-ROM能夠輕易的記錄一部百科全書的所有文字、圖像、音頻和影片

一張標準的120毫米的CD-ROM磁碟機片能夠記錄800.1MB數據(不包括糾錯和檢錯數據)。這個容量能夠記錄700部10萬個10個字母長的英文小說。如果每部小說有1厘米厚,那麼這些小說加起來有7米長。文字資訊通常能夠被壓縮至原來的1/10大小,這樣一張CD-ROM磁碟機片就能夠容納大約100米厚的小說。

一張單面的DVD的容量為4.4GB,大約為CD-ROM的6倍。

各類CD的容量
類型 磁區 最大數據容量 最大音樂容量 時間
(MB) (MB) 分鐘
8 cm 94500 193.536 222.264 21
283500 580.608 666.792 63
650 MB 333000 681.984 783.216 74
700 MB 360000 737.280 846.720 80
800 MB 405000 829.440 952.560 90
900 MB 445500 912.384 1047.816 99

記錄CD容量時通常採用二進制,一張700MB的CD名義上有700000KB的容量。而記錄DVD容量時通常採用十進制,一張4.7GB的DVD名義上有4.377GB的容量。

CD-ROM光碟機

 
老式4倍速CD-ROM光碟機

CD-ROM光碟機可以讀取CD-ROM光碟,這種裝置在個人電腦上已經普及。CD-ROM光碟機可以通過IDE(ATA)、SCSISATAFirewireUSB或者專門裝置連接至電腦。事實上,結合適當的軟件,所有的現代CD-ROM光碟機都能夠播放音樂CD、VCD和其它數據標準的CD。

激光

CD-ROM光碟機採用780納米紅外線二極管。激光波通過一個光電跟蹤模組射到碟片上,而後檢測它是否被反射或者分散。

傳輸速度

CD-ROM光碟機的傳輸速度是以音樂CD的傳輸速度的倍數作為標準衡量,1倍速為150KB/s。通過提高碟片的轉速,數據的傳輸速度能夠提高。例如,1倍速的光碟機的轉速為每分鐘500轉,而8倍速的光碟機轉速為每分鐘4000轉,相應的讀取速度為1.2MB/s。超過12倍速時,震動和散熱成為問題。超過這個速度的光碟機通過各種方法解決這些問題。恆定角速度光碟機中的盤片以恆定的角速度旋轉,以較快的速度讀取邊緣數據,以較慢的速度讀取內側數據。由於受到機械的限制,20倍速曾被認為是光碟機讀取速度的極限,直至三星推出32倍速的SCR-3230光碟機,它採用球來平衡旋轉的盤片以降低震動和噪音。2004年,最快的傳輸速度通常可以達到52倍速,每分鐘10350轉,7.62MB/s,不過這個速度只有在讀取盤片邊緣部分的數據時才能達到。由於受到用於製作CD的多碳酸鹽塑膠的強度的限制,通過增加轉速提高讀取速度變得不再可行。但是,可以通過增加激光數量的方式進一步提高讀取速度,在Kenwood的True-X 72x演示中,這款光碟機透過ZEN的True-X技術,將一束激光分離成7束,可以同時平行讀取七條光碟軌道,轉速與10倍速的光碟機大致相當,可以在2700~5100RPM時達到6.75~10.8MB/s。

CD燒錄光碟機通常有3種不同的速度,分別為一次燒錄、重複燒錄和讀取的速度。通常,採用這樣的順序標註,例如12x/10x/32x的光碟機能夠以12倍速(1.80MB/s)燒錄一次燒錄光碟,以10倍速(1.50MB/s)燒錄可重複燒錄光碟,以32倍速(4.80MB/s)讀取光碟。

1倍速的定義在不同場合並不相同,CD-ROM的1倍速為150KB/s,音樂CD的1倍速為172.3KB/s,DVD的1倍速為1.32MB/s(1358KB/s)。

 
從CD-ROM拆卸下的激光系統
 
抽取式的激光頭能夠讀取CD的任何位置
 
CD-ROM光碟機的激光系統

常見傳輸速度

數據傳輸速度
傳輸速度 KB/s Mb/s
1x 150 1.2288
2x 300 2.4576
4x 600 4.9152
8x 1200 9.8304
10x 1500 12.2880
12x 1800 14.7456
20x 3000 24.5760
32x 4800 39.3216
36x 5400 44.2368
40x 6000 49.1520
48x 7200 58.9824
50x 7500 61.4400
52x 7800 63.8976
56x 8400 68.8128[1]
72x 10800 88.4726[2][3]

參考來源

  1. ^ CD-Recordable FAQ - section 5. cdrfaq.org. [2021-12-04]. (原始內容存檔於2022-03-25). 
  2. ^ Aug 07, 2000. Kenwood's 72X CD can't keep pace with 24X CD-RW -. GCN. [2021-12-04]. (原始內容存檔於2021-12-04) (英語). 
  3. ^ Kenwood Technologies Releases Kenwood 72x TrueX CD-ROM Drive. www.infotoday.com. [2021-12-04]. (原始內容存檔於2021-10-28). 

參看