Петр Ташков - Восстановление данных на 100%

Рис. 5.2. Зоны лазерного диска

• Область посадки или фиксации не содержит каких-либо данных и кладется на шпиндель привода. Неровности и грязь в этой области могут повлиять на балансировку и биение диска при его вращении.

• Область калибровки мощности (Power Calibration Area – PCA) присутствует только на записываемых дисках и служит для пробной записи и автоматической регулировки мощности записывающего лазера в зависимости от индивидуальных особенностей диска и привода.

• Программируемая область памяти (Program Memory Area – PMA) также существует только на записываемых дисках. В ней предварительно записывается временная таблица оглавления (Table of Content – TOC). При завершении сеанса записи эта информация переписывается на нулевую дорожку.

• Нулевая дорожка (Lead-In) содержит оглавление диска или сеанса записи. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек, общую длину области данных и информацию о каждом из сеансов записи. Если диск записывается в несколько сеансов, своя нулевая дорожка создается для каждого из сеансов. Стандартный размер нулевой дорожки – 4500 секторов, или около 9,2 мегабайтов данных.

• Область данных содержит полезные данные. Это основная часть диска.

• Конечная зона (Lead-Out) служит маркером конца сеанса записи. Если диск записан в один сеанс, размер конечной зоны составляет 6750 секторов. Если диск записывался в несколько сеансов, для каждого последующего сеанса создается своя конечная зона размером 2250 секторов.

Информация при записи на компакт-диск является многократно избыточной. Это нужно для коррекции возможных ошибок. Хотя считается, что емкость CD-ROM составляет около 700 мегабайтов, в действительности такой диск несет около 2,5 Гбайт информации!

Спиральная дорожка разделена на сектора. Длина одного сектора CD-ROM составляет 17,33 мм, а на стандартном диске помещается до 333 000 секторов. Для DVD стандартное число секторов составляет 2 298 496 (однослойный DVD, DVD-R(W) или 2 295 104 (однослойный DVD+R(W). Каждый сектор состоит из 98 блоков, или фреймов (frames). Фрейм содержит 33 байта информации, из которых 24 байта несут полезные данные, 1 байт содержит служебную информацию, а 8 байтов служат для контроля четности и коррекции ошибок. Эти 8 байтов содержат так называемый код Рида-Соломона, вычисляемый на основании 24 полезных байтов. Таким образом, объем сектора составляет 3234 байта, из которых 882 байта являются избыточными. По ним микропрограмма привода способна воссоздать истинные значения остальных 2352 байтов в случае возникновения ошибок. Более того, из оставшихся 2352 байтов 304 байта отведены для синхронизирующих кодов, битов идентификации, кода коррекции ошибок ECC и кода обнаружения и исправления ошибок EDC. В результате в одном секторе полезными являются 2048 байтов.

Чтобы минимизировать влияние царапин и других физических дефектов, используется перекрестное чередование блоков между смежными секторами. Благодаря этому любой ограниченный дефект, скорее всего, затронет блоки, относящиеся к разным секторам, и не окажется на двух или трех последовательных блоках. В таком случае коррекция ошибок может оказаться весьма эффективной.

Физически на диск записываются последовательности «темных» и «светлых» участков, получаемые в результате EFM-модуляции. Eight-to-Fourteen Modulation – еще один уровень, призванный обеспечить избыточность и сохранность данных. Вместо каждого байта, то есть 8 битов, записывается последовательность из 14 двоичных значений (битов). К этим 14 битам добавляются по три объединяющих бита (merge bits), и длина последовательности возрастает до 17 битов. В начало каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации.

Схематично описанные здесь алгоритмы являются стандартными и заложены в микропрограмму любого привода. В процессе чтения диска микропрограмма привода осуществляет, при необходимости, коррекцию ошибок и показывает через интерфейс уже чистые сектора по 2048 байтов каждый.

Конструкция любых приводов лазерных дисков (рис. 5.3) практически не изменилась с XX века. Все существенные различия приводов CD или DVD, читающих или записывающих, состоят только в лазерах, датчиках и оптических элементах. Разумеется, поддержка новых стандартов потребовала и новых алгоритмов коррекции ошибок, закладываемых в микропрограммы дисководов.

Рис. 5.3. Схема привода лазерных дисков

Диск вращается на оси шпинделя. Частота вращения может доходить до 12 000 об/мин. Под диском перемещается по направляющим каретка, на которой закреплены миниатюрный полупроводниковый лазер, система линз, призм и зеркал, а также приемник-фотоэлемент. В современных комбинированных приводах может быть несколько лазеров. Лазерный луч проходит через оптическую систему, фокусируется на нижней поверхности вращающегося диска, отражается от нее и через те же линзы и призмы вновь попадает на приемник. Приемник преобразует световой луч в электрические сигналы, которые поступают на предварительный усилитель и далее в электронную схему привода.

Верхняя линза является фокусирующей. Она закреплена на очень легких подвесах и может немного смещаться относительно остальных деталей оптической системы. Положением этой линзы управляет сложная автоматика, поэтому луч всегда должен точно фокусироваться на отражающем слое компакт-диска. За счет перемещения каретки лазерный луч можно направить на любой участок диска.

По стандарту на компакт-дисках ширина дорожки составляет около 0,6 мкм, расстояние между соседними дорожками – около 1,6 мкм. Каждый элемент дорожки (впадина или площадка либо участок, отличающийся по отражающей способности от соседнего на записываемом диске) должен иметь протяженность от 0,9 до 3,3 мкм. Для DVD эти размеры значительно меньше. Разница в отражающей способности «темных» и «светлых» участков совсем не велика и составляет не более нескольких десятков процентов. При чтении привод лазерных дисков улавливает довольно незначительные колебания яркости отраженного луча. Когда лазерный луч сфокусирован на отражающем слое диска, создаваемое им пятно должно примерно соответствовать геометрическим размерам дорожек. Если пятно больше, колебания яркости отраженного луча становятся еще меньше, а отклонения в позиционировании усугубляют ситуацию.

Этим объясняется знакомый всем случай, когда на одном приводе диск читается нормально, на другом читается, но неуверенно, а на третьем не читается вовсе с выводом сообщения об ошибке. Парадоксально: вовсе не обязательно, что диск будет лучше всего читаться на том же приводе, на котором он был записан! Разнообразие параметров, как самих дисков, так и приводов, достаточно велико. О дешевых болванках от неизвестных производителей и доле брака среди них даже не стоит говорить. Существуют и изначально неудачные модели дисководов.