第 2章 多媒体光盘存储系统
2.1 光盘存储系统光盘存储系统由光盘和光盘驱动器组成。
2.1.1 光盘及其特点
CD（ Compact Disc）意为高密盘，称为光盘。
因为它是通过光学方式来记录和读取二进制信息的。光盘是一种数字式记录存储器，具有一切存储介质的优点，如大容量、耐用、易保存、
标准化等。
光盘在存储多媒体信息方面具有以下主要的特点。
记录密度高
存储容量大
采用非接触方式读 /写信息
信息保存时间长
不同平台可以互换
多种媒体融合
价格低廉
2.1.2 光盘的类型按照数据存放格式和类型，光盘可分为许多不同的类型，通常指下列光盘的总称：包括 CD-DA、
CD-ROM,CD-R,CD-R/W,Photo-CD,V-CD、
DVD等。
按光盘的读 /写性能来讲，可以分为 3种类型：
只读型光盘存储器数据是用压模方法压制而成的，用户只能读取上面的数据。
多次可写光盘存储器这种光盘允许用户一次或多次写入数据，并可随时往盘上追加数据，直到盘满为止。
可擦写光盘存储器这种光盘具有磁盘一样的可擦写性，可多次写入或修改光盘上的数据，更适合作为计算机的新型标准外存设备，目前有磁光和相变和两种类型。
2.1.3 光盘驱动器必须使用专门的设备，才能从光盘中读取数据，这种设备就是光盘驱动器，简称光驱或光盘机。
就普遍使用的 CD-ROM光驱而言，高倍速的驱动器已经普及，并出现了 32倍速或更高倍速的光驱。这里所说的倍数是指光盘的数据传输率，单倍速的 CD-ROM的数据传送速度是 150KB/s，双倍速的 CD-ROM的数据传送速度是
2× 150KB/s，依此类推,n倍速为 n× 150KB/s。
CD-ROM光盘驱动器既能读 CD-ROM盘，也能读其他如 CD-DA,CD-R和 VCD等光盘，但它不能读 DVD等特殊形式的光盘。这些光盘都各有自己的标准，需要相应的光驱才能访问。因此在谈到读光盘驱动器时，要注意说明它对哪些光盘是适用的。
可擦写光盘机根据其记录原理的不同，有磁光驱动器 MO和相变驱动器 PD。但是记录在 MO 或 PD
盘片上的数据无法在广泛使用的 CD-ROM驱动器上读取，因此难以实现数据交换和数据分发。
2.1.4 光驱读取光盘的两种方式
CD-ROM 光盘信息组织和其地址编码与软盘、硬盘不一样，由于它的光道是螺旋形的光道，光盘在光驱中将以恒定线速度旋转，为有效提高对光盘的读取速度，光驱在工作时有 CLV和 CAV两种方式。
在 CLV（ Constant Line Velocity，恒定线速度）
方式下,单位距离的光道上所储存的信息容量是相等的，因而可以充分利用盘片的空间，增加了存储容量。但这样一来，激光头每旋转一圈所读取的数据量，内圈数据少，外圈数据多。因此在
CLV方式下，当激光头移动到不同的轨道时，电机也必须以不同的转速旋转，内圈转得慢些，外圈转得快些，以维持单位距离信息读取时间一致。
对于高速光驱来讲,CLV方式容易造成光驱耐用性的降低。
目前的高倍速光驱大多采用了 CAV（ Constant
Angular Velocity，恒定角速度）技术。在 CAV方式下，不管是内圈还是外圈，激光头始终以恒定的角速度旋转 CD-ROM盘片，这和硬盘驱动器的操作方式十分相似。恒定的转速对于电机来说比较容易实现，由于不需要在随机寻道时经常地改变电机的转速，因此，随机读取性能会得到很大的改善。不过，在 CAV方式下，光盘内外圈转动的线速度是不相等的，因此内外光道的数据记录密度也是不同的，光盘的存储空间没有充分利用。
正是由于 CLV与 CAV技术各有优劣，于是一些光驱采用 CLV+CAV技术，在内圈采用 CLV方式以保证其具有足够的传输速率，在外圈则采用 CAV的方式，以提高可靠性。
2.2 光盘的标准
2.2.1 CD-DA 标准
CD-R（ Compact Disk Recordable:可记录光盘）是一种可刻录多次的光盘 。基于橙皮书的 CD-R空白光盘实际上没有记录任何信息,一旦按照某种文件格式并通过刻写程序和设备,可以将需要长期保存的数据写入空白的 CD-R盘片上，这时的 CD-R空白盘就可以变成
CD-DA,CD-R或 VCD光盘的形式。
CD-R 盘与 CD-ROM盘相比有许多共同之处，它们的主要差别在于 CD-R盘上增加了一层有机染料作为记录层 。
当写入激光束聚焦到记录层上时,染料被加热后烧溶,
形成一系列代表信息的凹坑。这些凹坑与 CD-ROM盘上的凹坑类似，但 CD-ROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
由于光盘成本上的差别,CD-R 不适于大量制作的产品，但在对于少量制作时它呈现许多优越性。
例如,CD-R 的制作成本低，制作一张光盘的费用基本上就是材料费,省去了传统工艺中母盘制作的大量开销，是数据永久备份的廉价手段； CD-R
可以多次写入数据，不必一次将盘写满； CD-R 还可以作为提供给生产厂家用来大批量生产 CD盘片的样品母盘。 CD-R的另外一个重要特性是它可以像其他 CD光盘一样在普通的 CD-ROM驱动器上使用。
2.2.2 CD-ROM标准该标准从 CD-DA 发展而来，又称黄皮书标准，该标准使得光盘以统一的格式存储只读的信息 。 CD-ROM 是在
CD-DA之后产生的,尽管两者之间有许多相似之处，但是它们有一个根本区别：音频 CD只能存放音乐，而 CD-ROM
可以存放文本、图形、声音、视频及动画 。 CD-ROM中存放的是计算机数据，对误码率有一定的要求，所以在 CD-
DA的基础上又增加了一层错误检测和错误校正。
黄皮书只定义了计算机数据在光盘上的物理存储的格式，
但计算机数据在外存储器上都是以文件形式存储的，而黄皮书并未定义 CD-ROM的逻辑结构，即文件结构。为解决这个问题，国际标准化组织 (ISO) 于 1988年制定 ISO
9660标准，这是一个为 CD-ROM盘上的文件系统而定义的标准，它定义了 CD-ROM光盘上通用的信息交换的文件规范，该规范由于其通用性和相对的独立性,ISO 9660很快成为 CD-ROM光盘上最为重要的文件格式。
2.2.3 CD-R标准
CD-R(Compact Disk Recordable:可记录光盘 )
是一种可刻录多次的光盘。基于橙皮书的 CD-R空白光盘实际上没有记录任何信息，一旦按照某种文件格式并通过刻写程序和设备，可以将需要长期保存的数据写入空白的 CD-R 盘片上，这时的
CD-R空白盘就可以变成 CD-DA,CD-R 或 VCD光盘的形式。
CD-R盘与 CD-ROM盘相比有许多共同之处，它们的主要差别在于 CD-R盘上增加了一层有机染料作为记录层。当写入激光束聚焦到记录层上时，
染料被加热后烧溶，形成一系列代表信息的凹坑。
这些凹坑与 CD-ROM盘上的凹坑类似，但 CD-
ROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
由于光盘成本上的差别,CD-R 一般不适于大量制作的产品，但对于少量制作时它呈现许多优越性。例如,CD-R的制作成本低，制作一张光盘的费用基本上就是材料费，省去了传统工艺中母盘制作的大量开销，是数据永久备份的廉价手段；
CD-R也可以多次写入数据，不必一次将盘写满；
CD-R 还可以作为提供给生产厂家用来大批量生产
CD盘片的样品母盘。 CD-R的另外一个重要特性是它可以像其他 CD光盘一样在普通的 CD-ROM驱动器上使用。
2.2.4 Photo-CD标准
Photo-CD意为照片光盘，该标准由柯达公司和 Philips公司采用 CD-ROM XA标准开发的另一种系统,Photo CD是一种可记录光盘 ( CD-R ),它作为存储彩色图片的新载体而成为 CD-ROM在摄影领域的成功应用，此技术将传统的像片冲洗技术与数字图像处理,数字显示相结合,利用
CD 光盘的巨大存储能力,为使用者提供了一种长期保存大量珍贵资料的途径，是摄影领域里的一次革命。它带来的其他好处还有：
可以在计算机上剪辑这些相片，或与计算机提供的其它图像资料相互融合，增加照片的生动性。
可以通过多媒体的环境将这些相片转存或输出到其他设备上，如电视机、录像机、计算机屏幕、投影仪和打印机等。
由于光盘相对于照像底片而言，不易霉变，也不会褪色。所以永久保存也能保证相片的彩色质量。
Photo CD 作为一种特殊的光盘格式，它存储图片的过程大致可分为：将拍摄的胶片冲洗成负片后，在工作站上使用彩色扫描仪输入计算机，采用专门的图像压缩技术，把每一幅图片以不同的分辨率压缩，然后使用 CD-R刻盘机将彩色照片存贮到 Photo CD盘片上。 Photo CD的图片存取方便且不会褪色变质，还可以配以文字说明、音乐及语言解说。
Photo CD可以使用专用的播放机，在彩色电视机上进行显示。
通过专用的打印设备可输出 Photo CD照片
2.2.5 Video-CD
Video CD（简称 VCD）是由 JVC,Philips等公司于 1993
年联合制定的数字电视视盘技术规格，称之为白皮书
(White Book) 。它用来描述光盘上存放采用 MPEG-1（活动图像专家组）标准编码的全动态图像及其相应声音数据的光盘格式，是继 CD-DA,CD-ROM,CD-ROM XA和 CD-I
之后又一个有很强应用前景的光盘产品。它可以在一张普通的 CD光盘上录制 70 分钟的全屏幕、全动态的视频与音频数据及相关的处理程序。同激光视盘 (LD)相比，它体积小、价格便宜、且有很好的音、视频质量和很好的兼容性。
VCD 的出现与 MPEG-1 标准有着密切的关系。 MPEG-
1是一个专用于处理活动影像的标准，也是一个与特定应用对象无关的通用标准,从 CD-ROM 上的交互系统到电信网络上的和视频网络上的视频信号发送都可以使用 VCD
按照 MPEG - 1 标准对音,视频数据进行压缩以后，提高了存储空间的有效利用率，使一张盘片能存放 74分钟的活动图像与伴音。目前,MPEG-1 成为面向 VCD 计算机上的电影节目、视频游戏的应用。
2.2.6 DVD? 新一代光盘存储介质
DVD（ Digital Video Disc，数字视频光盘）是继上述光盘产品之后的新一代光盘存储介质。与以往的光盘存储介质相比,DVD采用波长更短的红色激光、更有效的调制方式和更强的纠错方法，
具有更高的道密度和位密度，并支持双层双面结构。在与 CD 大小相同的盘片上,DVD 可以提供相当于普通 CD 8～ 25 倍的存储量、以及 9倍以上的读取速度 。 DVD 与新一代音频,视频处理技术相结合，可提供近乎完美的声音和影像。它与计算机结合，可提供新的海量存储介质 。
在视频与音频处理上,DVD都达到了当今的最高水准。对视频信号的处理,DVD采用的都是 MPEG-2 压缩编码标准。目前的 DVD 能满足现行电视标准,单面单层的 DVD视盘能够存储１３３分钟的电影,其水平清晰度可以达 480线，因此 DVD的画面质量是相当高的。 DVD采用 MPEG2作为视频压缩技术，对视频图像进行冗余量处理，以实现无明显失真的视频图像压缩。
DVD（ 右图）比 CD（ 左图）有更高的道密度和位密度在音频方面,DVD可以采用的标准较多，
既可是 MPEG-1立体声,MPEG-2环绕立体声，也可是杜比（ Dolby） AC-3。立体声一般是指具有二个声音通道的，而具有三个以上的通道的就称为环绕声。杜比 AC-3
是一种高效、高性能的声音编码系统，该声音系统在放音时，前面有左、中、右三个通道，后侧面有二个独立的环绕声通道，
前方中间还有 200Hz以下的低音专用通道，
因频带窄而称为 0.1通道。所以 AC-3又称为 5.1通道。
2.3 光盘的结构与记录信息的原理
2.3.1 只读光盘结构与记录信息的原理
只读光盘的结构以 CD-ROM为例，其物理结构如图 3-6 所示。光盘的最上面一层是标签层,上面印有光盘的名称以及制造商的商标 ；第二层是保护层 ；第三层是反射层，目的是提高盘片的反射率 ；第四层是记录层,
在其上压制出凹痕光道用来记录数据 ；最下一层是用聚碳酸脂压制出来的透明衬底。
只读光盘是利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录,1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录,0”，并使用激光来读出。由于只读光盘的物理特性,用户只能读取只读光盘上的数据,而不能自己把数据写到 CD盘上。
CD-ROM的剖面结构标签封面保护层反射层记录层透明基底
光盘信息读取原理在读出光盘信息时，就要把光盘上用凹坑和非凹坑代表的信息还原为原来的数据信息。光盘的读取过程是基于物理学的“光的反射”原理。光盘放入光驱后，是将带有凹、凸那一面向下对着激光头。激光发射器发出的激光光束先通过衍射光栅后，一束普通光束将被衍射成为多条细光束，然后再依次通过分光片、校准波片和聚光物镜达到盘片的表面，呈汇聚状的各条细光线分别会透过盘片表面透明基片，然后聚焦在反射层的凹凸不平的光道上。凸面
（ Land）将激光按原路程反射回去，同时不会减弱光的强度；凹坑面（ Pit）则将光线向四面发射出去，光强度会减弱。光驱就是靠光的“反射和发散”来识别数据 。从光盘反射层反射回来的各条光束又依次通过聚光物镜和校准波片,然后被分光片反射后被接收，最后就是由多光束探测器来分辨这些数据信号了。
CD
校准波片分光片衍射波片激光光束聚光物镜多光束探测器多光束探测器实际上是一个数据解码器，用来将反射的光信号解码成,0,和,1,的电信号。
并不能简单地认为,凹,（ Land）和,凸,
（ Pit）就代表,1,和,0,。在解码时，如果信号是,从凹到凸或从凸到凹的变化过程,,即光强度由高到低或由低到高的变化，则用,1,表示。如果信号是持续一段时间连续不变的光强度，
则表示,0,,所以,0,表示两个变化过程之间的长度。
光探测器根据光强度的变化 ( 凸凹的变化 ) 来分辨,0,或,1,
2.3.2 CD-R光盘结构与记录信息的原理
CD－ R的结构
CD－ R盘片直径为 12cm，可以存储 650MB的数据或 74分钟 CD质量的音乐或 VHS质量的视频。
CD－ R盘片共由 5层组成。其中记录层的主要成分是涂有特殊性质的有机染料，这些染料在激光的作用下会产生变化，从而达到记录数据的目的。
标签面保护层反射层记录层 (染料层）
透明基底激光束凹坑
CD－ R的写入过程
CD－ R盘片在开始时是没有任何内容的，当有一束较强的激光照射时，记录层的感光染料将转变成具有不同反光特性的点阵。在标准的 CD －
ROM驱动器中用较弱功率的激光照射时，变色的点阵对激光进行不同的反射，从而使得驱动器可以读出存储在其中的数据。
在激光照射下,记录层的染料改变颜色的过程是不可逆转的,因此向 CD－ R盘片中只能一次性写入数据。早期的 CD－ R在写入数据时，必须一次完成全盘数据的写入 (disc at once)，这是因为盘片中只能有一对导入区 (lead－ in area)和导出区
(lead－ out area)。现在的技术则允许用户在 CD－
R盘片上写入多对导入区和导出区，因此可以实现多次写入数据，但必须是在盘片上以前没有写入数据的区域中。
从 CD-R 介质上阅读数据，其工作原理与阅读 CD-ROM是相似的 。光盘上涂有能够反射激光束的涂层，从而使探测器能够读出盘上的数据。所不同的是,CD-ROM上的数据是用物理方法压入盘中的，而 CD-R上的数据则是“烧灼,到盘的记录层中的。
2.3.3 磁光盘记录信息的原理磁光型光盘 （ MOD） 主要是由各种易于在垂直于表面方向磁化的介质制成 。 铁磁性介质在外磁场的作用下可具有一定的方向性,这种方向性在激光束的热力作用下可发生翻转,方向性的正负分别代表二进制代码,0,或
,1,,,0,或,1” 的翻转构成其可擦除性,擦写次数可达百万次以上 。 由于磁光型光盘在进行数据擦除和写入时需要激光和外磁场共同作用,因此也简称磁光盘 。
MO 盘片虽然比硬盘和软盘便宜和耐用，但是与
CD-R盘片相比就显得比较昂贵了。 MO 的致命缺点是不能用普通 CD-ROM驱动器读出，因而不能满足信息社会对计算机数据进行交换和数据分发的要求，在网络技术和网络建设不发达的国内，
这一问题日驱突出和严重。
3,5 i n c h 磁光盘 ( M O )
2.3.4 相变光盘记录信息的原理相变光盘的记录和读出原理只是用光技术来记录和读出信息。相变光盘利用激光使记录介质在结晶态和非结晶态之间的可逆相变结构来实现信息的记录和擦除。在写操作时，聚焦激光束加热记录介质的目的是要改变相变记录介质晶体状态，用结晶状态和非结晶状态来区分 0和 1 ；读操作时，利用结晶状态和非结晶状态具有不同反射率这个特性来检测 0和 1信号。
早在 1968年，美国的 ECD（ Energy Conversion Device）
公司就开始研究晶态和非晶态之间的转换。 1971年 ECD和
IBM公司合作研制成功了世界上第一片只读相变光盘存储器，随后相继开发成功了利用相变原理制造的一次写 WO盘。
1983年，日本松下公司推出了世界上第一台可擦写相变型光盘驱动器。 1994年，松下公司又将相变型可擦写光盘驱动器与四倍速 CD-ROM相结合，推出了 PD光盘驱动器，在一台光盘驱动器上同时具有相变型可擦写与四倍速 CD-ROM功能。
与 MO技术相比,由于相变光盘仅用光学技术来读 /写，
所以读 /写光学头可以做的相对比较简单，存取时间也就可以提高；由于相变光盘的读出方法与 CD-ROM,CD-R光盘大致相同，因此兼容 CD-ROM和 CD-R的多功能相变光盘驱动器就变的容易实现,PD,CD-RW和可擦写 DVD-RAM
等新一代可擦写光盘存储器均采用了相变技术。
2.3.5 DVD光盘结构与类型
DVD的结构常规的 CD盘只使用一个面并且只用一个记录层来记录信息。为了提高存储容量,
DVD盘可分为单面单层、单面双层、双面单层以及双面双层 4 种结构。
单面单层 (4.7GB) 单面双层 (8.5GB)
双面单层 (8.5GB) 双面双层 (17GB)
单面双层盘的最里层被称为第一层,表层称为第二层，
该层采用了一种新的半透明薄膜涂层，可让激光束透过表层到达第一层。开始工作时，激光束首先在第一层上聚焦和光道定位。当从第一层上读出信息过渡到从第二层上读出信息时，激光读出头的激光束立即重新聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第一层到第二层的平稳过渡，而不会使信息中断。通过采用这些技术，单面双层 DVD盘的容量可达到 8.5GB，双面双层 DVD盘的容量可达到 17GB。
单面单层 DVD结构 (4.7GB)单面双层 DVD结构 (8.5GB)
模压的基底保护层模压的基底透明聚碳酸的基底
DVD的格式
DVD盘片按照用途细分为五大类：
DVD-ROM（只读 DVD）,DVD-ROM是存储电脑资料的只读光碟，用途类似 CD-ROM
DVD Video（视频 DVD）,DVD-Video是存储影音信息的 DVD光碟，用途类似 LD或 Video CD。
DVD Audio（音频 DVD）,DVD-Audio是新出现的一种声频格式
DVD Recordable（可写 DVD）,DVD-R（或称 DVD-
Write-Once）是限录一次的 DVD
DVD-RAM(DVD随机存储器，也被称为 DVD-RW，即
DVD-Rewritable）,DVD-RAM 是可多次读 /写的光碟
2.3.6 只读光盘的制作过程
预处理首先要制作母盘（原版盘）。在制作母盘前，
要对信息进行预处理。预处理就是按照光盘的标准及存储格式，将信息经转换后记录到光盘上。由于 CD-R系统的出现，这一过程实际上可以简化为将 CD-R刻制成各种光盘的格式，例如要存储程序或数据，就刻录成 CD-ROM光盘格式；对于激光唱盘，就是把制作好的音乐节目转换成标准的 CD-DA格式；而对于 V-CD盘，把影视节目转换成 V-CD标准记录格式。
光刻光刻实际上是将 CD-R盘上的数据，记录在玻璃盘上的过程 。这种方法是将感光性树脂用于一个经特殊处理的玻璃基片上,以制出一个玻璃主片。
光刻过程是把一片涂有光敏电阻的玻璃盘放在旋转平台上进行的 。激光源发出的激光束通过激光调制器时受到串行数据的控制 。激光编码器犹如一个开关，例如，对于数据,0” 就不让激光束通过，光敏电阻就不曝光；数据,1,就让激光束通过，光敏电阻就曝光,这样在玻璃盘上就形成长短不同的曝光区和非曝光区 。这样就生成了光盘的具体内容。
玻璃盘的光刻过程
化学处理玻璃盘经光刻后，需对光刻的玻璃盘进行化学处理。在这个过程中，盘上感光性树脂上曝光的部分被腐蚀掉的区域形成微小的凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，
,0”和,1”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。经过化学处理后，要在感光性树脂表面蒸敷上一层金属膜（通常是银），以便其后玻璃主片电铸时有一个导电的表面。
制作父盘和母盘对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原版盘，称为父盘（ Father Disc）。
之所以称其为,父盘,，是因为它将被用于生成另外两个金属片，分别被称为,母盘,
（ Mother Disc）和,模片,（ Stamper）。母片是由父片而来的,而模片又是由母片而来的，每一片是另外一片的相反成像 。模片是金属原版主盘的完全复制品,也是这一生产阶段的最终产品。
压模压模是光盘最关键的过程 。压模就把模片上面的数据（凹凸痕迹）压制到塑料基片上 。
CD的盘基是用聚碳酸脂塑料（俗称 PC料）做的，聚碳酸脂加热之后注入模具空腔中,模具的一面是模片。熔化的 PC料经过挤压，在模具中成形，模片上的凹坑中将会填充进 PC
料，当 PC料经过强制冷却时，模片上的凹凸部分就会对应地反映到光盘盘基上 。换句话说，压好的光盘盘基同模片是阴阳相对的。
光盘金属 溅镀工序 大规模 光盘生产线液态树脂送入光盘的模具型腔中制作光盘的主要材料为聚碳酸酯
2.4 CD-ROM的信息组织结构
2.4.1 CD-ROM的数据结构
CD-ROM的数据结构按黄皮书标准光盘设有３
个区：自内向外分为导入区、用户数据区和导出区。这 3个区中都含有 360° 的连续的螺旋线形光道。含有信息的光道称为信息光道，不含有信息的光道，作为控制用。用户的数据就记录在那些信息光道上，而所有的信息光道都是由帧和扇区构成的，可见帧和扇区是光盘物理数据结构中最重要的两个概念。
帧的数据结构光盘中最基本的数据存储单元是帧。黄皮书规定的帧格式如表 3-１所示。
同步（ SYNC）占３个字节（ 24位），用于标记帧的开始，起同步作用；子码（ SUBCODE）３字节为控制字节，主要用于提供地址信息；每帧的数据（ DATA）共有２４字节，由于参照 CD-DA 的帧格式，分别用于存储左声道与右声道的立体声数据,但是数据并不连续存放，中间被校正码Ｑ隔开 ；Ｐ、Ｑ码都各占４个字节，用于错误校正和数据校验。
同步 子码 数据 校正 数据 校验
3 3 12 4 12 4
扇区的数据结构在光盘信息区中，采用相同的帧结构。由帧组成最小的可寻址单元，称为扇区。黄皮书规定：由
９８个帧构成１个扇区。１帧只能存放２４个字节的真正数据信息，所以１个扇区只有 2352字节
（ 98× 24）。黄皮书规定：扇区主要由３部分组成,SYNC（同步头）,HEADER（首标），用户数据＋ EDC／ ECC码等。扇区的格式见表 3-2。
同步头 首标 数据 检测 空 校验
OO FF OO MN SC FR MD DATA EDC OO ECC
1 10 1 1 1 1 1 2048 4 8 276
其中，同步头（ SYNC）占１２个字节，由１个００字节＋１０个ＦＦ字节＋１个００字节构成。
首标（ HEADER ）由４个字节组成,是每个扇区的标志，说明如何解释信息区。由于光盘是以恒速转动的，是以时间作地址，即分、秒、分数秒来计算的。按黄皮书的规定，首标中前３个字节为地址,MN（ Minute） 0～ 74ｍ
ｉｎ； SC（ Second ） 0～ 59ｓ ； FR（ Farc）０～ 74分数秒，单位是１／ 75ｓ。第４个字节表示扇区方式，定义了
Mode0,Mode1,Mode2 三种方式 。 Mode0 不向用户开放 ； Mode1 用于记录文字和数字信息,具有检错纠错能力 。 Mode2 用于经过压缩的音频和图像视频数据 。因此
CD-ROM 光盘除了记录音乐资料外，还可存储各种不同的数据、图形、动画等资料。
用户数据（ DATA）共占 2048字节。
CD-ROM 具有检错纠错功能,分 EDC和 ECC两种校验形式。 EDC（ Error Detection Code）表示错误检测码，
采用循环冗余码 CRC对存放光盘内的数据进行校验,若检测出错误,则用 ECC 码进行纠正。 ECC分为 P校验和 Q校验，两种校验方式有很大不同。 ECC能计算出发生错误的具体位置，并在对应的位置上生成正确的数据，达到纠错之目的。
2.4.2 CD-ROM的文件结构
逻辑扇区和逻辑块
ISO 9660规定，光盘物理扇区用户数据中的
2048字节作为１个逻辑扇区。每个逻辑扇区都有１个唯一的逻辑扇区号 LSN。光盘中第１个逻辑扇区从物理地址 00,02,00开始算起，逻辑扇区号为 LSN0。为了存放文件，每个逻辑扇区又分为逻辑块，逻辑块的大小一般为 512字节，每个逻辑块都有１个唯一的逻辑块号 LBN
与之对应。文件都是按 LBN来寻址的，是最小的逻辑可寻址单元。第１个逻辑块号（ LBN0）
是第１个逻辑扇区的第１块，后面依次为 LBN1、
2,3等。
卷结构光盘把存放信息的区域称为卷空间。卷就是用一套规则和数据结构，描述盘上信息的错综复杂的关系。在盘上固定位置记录了卷描述符，其中的内容用来说明整个 CD－ ROM盘的逻辑组织。
卷空间分为 2个区,从 LSN0～ LSN15称为系统区
（系统区不放数据）；从 LSN16 开始到最后 1个逻辑扇区为数据区。数据区用来存放卷描述符、文件目录、路径表和文件数据等内容。卷描述符固定地位于 LSN16处。 LSN16提供了许多重要的信息,如盘上的逻辑组织、根目录地址、路径表的地址和大小及逻辑块的大小等。
目录结构光盘采用了隐式分层目录结构，也把目录作为文件来看待，但是光盘中所谓的目录文件有具体的规定。它是由目录记录构成的，目录记录中主要存放着文件标志符，以字节计算的文件长度，光盘中可存放任何类型的文件。一个大的文件必须分为几个文件域存放。文件域是指由顺序编号的逻辑块组成的连续区域。一个小的文件可存放在单个文件域里。文件域中有第１个逻辑块号，以及打开和使用这个文件所需要的其他信息。光盘的文件结构和软、硬盘有很大的差别。１张光盘放进光驱被驱动后，系统先初始化，在ＬＳＮ１６处找到卷描述符，根据卷描述符中提供的路径表地址，找到路径表，由目录记录中记录着的文件域地址找到正确的文件信息。当１个文件放在多个文件域中时，又要设置多个目录记录，每个目录记录都给出相应的文件域地址，并由文件标志符指明该文件域是不是最后
１个。显然，这种文件结构大大加快了光盘寻找文件的速度。
路径表路径表是指盘上的所有目录名，是获取子目录的最快途径。其特点是用索引值来访问所有的目录。路径表由许多路径表记录组成，它对应于根和子目录，其中的根目录和每１个子目录，都有它们所在的起始地址，即逻辑块号ＬＢＮ，在光盘上寻找子目录可以依据地址索引来遍历路径表。
这样就可以通过路径表来访问任何１个子目录。
2.4.3 操作系统对 CD-ROM文件系统的支持
DOS系统
CD-ROM上的文件系统和 DOS操作系统和文件系统差别很大,DOS无法用通常的方式直接读取 CD-ROM上的文件,必须在原有文件系统的基础上进行 CD-ROM 文件系统的扩充。
在 DOS中，有一个名为 MSCDEX.EXE 的 CD-ROM 扩展程序。它是 DOS的一个外部命令，运行后相应代码将驻留在内存。 MSCDEX是一个与设备无关的程序，它调用一个 CD-ROM 驱动程序来完成数据的读出与控制,
CD-ROM驱动器的设备名由 Config.sys 中加载的设备驱动程序设定。 MSCDEX可以使用户象存取磁盘文件那样读取 CD-ROM光盘文件，并服务于 DOS或应用系统的文件请求。
MSCDEX的命令行语法为：
MSCDEX[/E/K/S/V][/L:(Letter)][/M:(buffer)]/D:(device-
name)
/E,MSCDEX可用扩展内存 (Expanded Memory)作为 CD-
ROM的读 /写缓冲区,这个开关需 EMM规范 LIM3.2以上，缺省时不用 EMM。
/K：支持 Kanji编码文件格式，缺省时为不支持 Kanji格式的光盘,
/S：允许基于 MS-NET网络服务共享。
/V：显示 MSCDEX使用内存的情况。
/L,MSCDEX加载时用户建议的起始盘符,在给 CD-ROM分配盘符时，从所建议的盘符开始，找到可用的盘符分配给
CD-ROM.若有多个光盘，则分配多个盘。若盘符不够，则修改 Config.sys中 Lastdrive的参数。
/M,MSCDEX要申请的盘缓冲区个数，每个缓冲区为 2K字节,使用的缓冲区越快,缺省值为 4。
/D：指明所用设备的设备名，该开关是必须的。
在 CD-ROM光盘和普通磁盘在使用上有以下区别,
CD-ROM光盘是只读的，所有写操作都不能成 。
CD-ROM光盘没有类似 FAT表的结构，所有对磁盘物理结构进行操作的命令均不能使用 FORMAT命令
CD-ROM是作为网络盘来处理的，因此只能在本机上使用的命令（如 CHKDSK）不能用于 CD-ROM光盘。
CD-ROM没有磁道、簇等概念，它只是一个顺序存放的信息流，因此在 BIOS级和磁盘是不兼容的。
Windows对 CD-ROM的支持
Windows 使用了一种专门用于 CD-ROM的文件系统，即 CDFS，这是一个 32位保护模式的文件系统，它具有以下特点。
用一个新的设备驱动程序替换了旧的 MSCDEX
早先的 MSCDEX使用常规内存，而新的驱动程序使用高端内存。
通过 32位保护模式的高速缓存，改善了应用程序的运行性能，使它们运行得更平
不需要配置,CDFS是一种动态高速缓存。
2.5光盘库与光盘塔
2.5.1 光盘库光盘库是一种能自动把机柜中存放的许多片光盘选出并装入光盘机进行读 /写的设备 。它利用光盘可换的特点，可形成一个巨大的联机资料库 。最常见的是采用 CD-ROM盘和 CD-DA盘的光盘自动换盘机。
光盘库是利用精确伺服控制的机械手来装卸光盘，
用户通过集成在库上的串口 (一般是 RS232) 或 SCSI接口从计算机 ( 或计算机网络 )上输入指令,指挥机械手准确地存取 CD盘片，让驱动器读出数据，并通过 SCSI
接口传出数据。在程序的控制下,机械手设备可操作和管理多个驱动器,机械手自动升降器机构在盘片栈和驱动器之间快速地移动光盘，在光盘播放完毕后,
机械手机构从驱动器上将盘卸下并放回堆栈的光盘槽中光盘库，可放置的光盘片数量一般从几十片到上百片。这种联机容量巨大的设备对于图书馆之类的机构是很有用的，大量不常用的数据一旦需要就能尽快找到。
能容纳 600张 CD-ROM的光盘库 光盘库利用机械手来装卸光盘
2.5.2 光盘塔光盘塔是由许多光盘机用电缆连接在一起的光盘只读阵列，加上相应的控制器和网络连接设备，构成与网络直接连接的存储设备，用来存放光盘出版物，可以用软件控制读 /写其中某一台，进行光盘信息的管理。光盘塔采用
SCSI接口与光盘机相连，一根电缆可以连接多台光盘机。
由于受到 SCSI地址数的限制，一般以 7的倍数出现，常见的有 7张 CD和 14张 CD容量的产品，多的可达 56张 CD 。光盘塔结构比光盘库结构简单，造价也低，读取光盘速度也快，但容量较小。
光盘塔可以直接连在网络上，供广大网络用户所共享。
CD-ROM光盘塔在网络上连接非常的方便、简单，就像用户在使用自己的服务器一样。在广域网中光盘塔被看成是一个独立的 Web服务器。光盘塔上网后，一个光盘塔对应一个盘符；光盘塔的光盘驱动器分别对应这一盘符下的子目录。在网络中光盘塔可以同时被多个用户访问，也允许多用户同时访问光盘塔中的某一片光盘。
光盘塔的应用主要集中在图书馆,档案馆,学校,科研情报部门,CAD／ CAM等领域。学校可利用它共享光盘教学软件，可在校园网上构建电子图书馆；企业可用它在内部局域网上共享光盘，
以便加强管理、节约投资 ；信息服务公司可用它构建大型数据库、光盘库，并在 Internet 网上发布大量信息 。另一个重要的领域是视频点播系统，
视频服务器通过光盘塔构建起多媒体网络，为观众提供电视、电影节目的选择点播。此外，光盘塔的可扩充性、可更改性、可管理性及价格、性能和易连接性均具有一定的优越性 。
带有 14 个驱动器的光盘塔
2.1 光盘存储系统光盘存储系统由光盘和光盘驱动器组成。
2.1.1 光盘及其特点
CD（ Compact Disc）意为高密盘，称为光盘。
因为它是通过光学方式来记录和读取二进制信息的。光盘是一种数字式记录存储器，具有一切存储介质的优点，如大容量、耐用、易保存、
标准化等。
光盘在存储多媒体信息方面具有以下主要的特点。
记录密度高
存储容量大
采用非接触方式读 /写信息
信息保存时间长
不同平台可以互换
多种媒体融合
价格低廉
2.1.2 光盘的类型按照数据存放格式和类型，光盘可分为许多不同的类型，通常指下列光盘的总称：包括 CD-DA、
CD-ROM,CD-R,CD-R/W,Photo-CD,V-CD、
DVD等。
按光盘的读 /写性能来讲，可以分为 3种类型：
只读型光盘存储器数据是用压模方法压制而成的，用户只能读取上面的数据。
多次可写光盘存储器这种光盘允许用户一次或多次写入数据，并可随时往盘上追加数据，直到盘满为止。
可擦写光盘存储器这种光盘具有磁盘一样的可擦写性，可多次写入或修改光盘上的数据，更适合作为计算机的新型标准外存设备，目前有磁光和相变和两种类型。
2.1.3 光盘驱动器必须使用专门的设备，才能从光盘中读取数据，这种设备就是光盘驱动器，简称光驱或光盘机。
就普遍使用的 CD-ROM光驱而言，高倍速的驱动器已经普及，并出现了 32倍速或更高倍速的光驱。这里所说的倍数是指光盘的数据传输率，单倍速的 CD-ROM的数据传送速度是 150KB/s，双倍速的 CD-ROM的数据传送速度是
2× 150KB/s，依此类推,n倍速为 n× 150KB/s。
CD-ROM光盘驱动器既能读 CD-ROM盘，也能读其他如 CD-DA,CD-R和 VCD等光盘，但它不能读 DVD等特殊形式的光盘。这些光盘都各有自己的标准，需要相应的光驱才能访问。因此在谈到读光盘驱动器时，要注意说明它对哪些光盘是适用的。
可擦写光盘机根据其记录原理的不同，有磁光驱动器 MO和相变驱动器 PD。但是记录在 MO 或 PD
盘片上的数据无法在广泛使用的 CD-ROM驱动器上读取，因此难以实现数据交换和数据分发。
2.1.4 光驱读取光盘的两种方式
CD-ROM 光盘信息组织和其地址编码与软盘、硬盘不一样，由于它的光道是螺旋形的光道，光盘在光驱中将以恒定线速度旋转，为有效提高对光盘的读取速度，光驱在工作时有 CLV和 CAV两种方式。
在 CLV（ Constant Line Velocity，恒定线速度）
方式下,单位距离的光道上所储存的信息容量是相等的，因而可以充分利用盘片的空间，增加了存储容量。但这样一来，激光头每旋转一圈所读取的数据量，内圈数据少，外圈数据多。因此在
CLV方式下，当激光头移动到不同的轨道时，电机也必须以不同的转速旋转，内圈转得慢些，外圈转得快些，以维持单位距离信息读取时间一致。
对于高速光驱来讲,CLV方式容易造成光驱耐用性的降低。
目前的高倍速光驱大多采用了 CAV（ Constant
Angular Velocity，恒定角速度）技术。在 CAV方式下，不管是内圈还是外圈，激光头始终以恒定的角速度旋转 CD-ROM盘片，这和硬盘驱动器的操作方式十分相似。恒定的转速对于电机来说比较容易实现，由于不需要在随机寻道时经常地改变电机的转速，因此，随机读取性能会得到很大的改善。不过，在 CAV方式下，光盘内外圈转动的线速度是不相等的，因此内外光道的数据记录密度也是不同的，光盘的存储空间没有充分利用。
正是由于 CLV与 CAV技术各有优劣，于是一些光驱采用 CLV+CAV技术，在内圈采用 CLV方式以保证其具有足够的传输速率，在外圈则采用 CAV的方式，以提高可靠性。
2.2 光盘的标准
2.2.1 CD-DA 标准
CD-R（ Compact Disk Recordable:可记录光盘）是一种可刻录多次的光盘 。基于橙皮书的 CD-R空白光盘实际上没有记录任何信息,一旦按照某种文件格式并通过刻写程序和设备,可以将需要长期保存的数据写入空白的 CD-R盘片上，这时的 CD-R空白盘就可以变成
CD-DA,CD-R或 VCD光盘的形式。
CD-R 盘与 CD-ROM盘相比有许多共同之处，它们的主要差别在于 CD-R盘上增加了一层有机染料作为记录层 。
当写入激光束聚焦到记录层上时,染料被加热后烧溶,
形成一系列代表信息的凹坑。这些凹坑与 CD-ROM盘上的凹坑类似，但 CD-ROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
由于光盘成本上的差别,CD-R 不适于大量制作的产品，但在对于少量制作时它呈现许多优越性。
例如,CD-R 的制作成本低，制作一张光盘的费用基本上就是材料费,省去了传统工艺中母盘制作的大量开销，是数据永久备份的廉价手段； CD-R
可以多次写入数据，不必一次将盘写满； CD-R 还可以作为提供给生产厂家用来大批量生产 CD盘片的样品母盘。 CD-R的另外一个重要特性是它可以像其他 CD光盘一样在普通的 CD-ROM驱动器上使用。
2.2.2 CD-ROM标准该标准从 CD-DA 发展而来，又称黄皮书标准，该标准使得光盘以统一的格式存储只读的信息 。 CD-ROM 是在
CD-DA之后产生的,尽管两者之间有许多相似之处，但是它们有一个根本区别：音频 CD只能存放音乐，而 CD-ROM
可以存放文本、图形、声音、视频及动画 。 CD-ROM中存放的是计算机数据，对误码率有一定的要求，所以在 CD-
DA的基础上又增加了一层错误检测和错误校正。
黄皮书只定义了计算机数据在光盘上的物理存储的格式，
但计算机数据在外存储器上都是以文件形式存储的，而黄皮书并未定义 CD-ROM的逻辑结构，即文件结构。为解决这个问题，国际标准化组织 (ISO) 于 1988年制定 ISO
9660标准，这是一个为 CD-ROM盘上的文件系统而定义的标准，它定义了 CD-ROM光盘上通用的信息交换的文件规范，该规范由于其通用性和相对的独立性,ISO 9660很快成为 CD-ROM光盘上最为重要的文件格式。
2.2.3 CD-R标准
CD-R(Compact Disk Recordable:可记录光盘 )
是一种可刻录多次的光盘。基于橙皮书的 CD-R空白光盘实际上没有记录任何信息，一旦按照某种文件格式并通过刻写程序和设备，可以将需要长期保存的数据写入空白的 CD-R 盘片上，这时的
CD-R空白盘就可以变成 CD-DA,CD-R 或 VCD光盘的形式。
CD-R盘与 CD-ROM盘相比有许多共同之处，它们的主要差别在于 CD-R盘上增加了一层有机染料作为记录层。当写入激光束聚焦到记录层上时，
染料被加热后烧溶，形成一系列代表信息的凹坑。
这些凹坑与 CD-ROM盘上的凹坑类似，但 CD-
ROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
由于光盘成本上的差别,CD-R 一般不适于大量制作的产品，但对于少量制作时它呈现许多优越性。例如,CD-R的制作成本低，制作一张光盘的费用基本上就是材料费，省去了传统工艺中母盘制作的大量开销，是数据永久备份的廉价手段；
CD-R也可以多次写入数据，不必一次将盘写满；
CD-R 还可以作为提供给生产厂家用来大批量生产
CD盘片的样品母盘。 CD-R的另外一个重要特性是它可以像其他 CD光盘一样在普通的 CD-ROM驱动器上使用。
2.2.4 Photo-CD标准
Photo-CD意为照片光盘，该标准由柯达公司和 Philips公司采用 CD-ROM XA标准开发的另一种系统,Photo CD是一种可记录光盘 ( CD-R ),它作为存储彩色图片的新载体而成为 CD-ROM在摄影领域的成功应用，此技术将传统的像片冲洗技术与数字图像处理,数字显示相结合,利用
CD 光盘的巨大存储能力,为使用者提供了一种长期保存大量珍贵资料的途径，是摄影领域里的一次革命。它带来的其他好处还有：
可以在计算机上剪辑这些相片，或与计算机提供的其它图像资料相互融合，增加照片的生动性。
可以通过多媒体的环境将这些相片转存或输出到其他设备上，如电视机、录像机、计算机屏幕、投影仪和打印机等。
由于光盘相对于照像底片而言，不易霉变，也不会褪色。所以永久保存也能保证相片的彩色质量。
Photo CD 作为一种特殊的光盘格式，它存储图片的过程大致可分为：将拍摄的胶片冲洗成负片后，在工作站上使用彩色扫描仪输入计算机，采用专门的图像压缩技术，把每一幅图片以不同的分辨率压缩，然后使用 CD-R刻盘机将彩色照片存贮到 Photo CD盘片上。 Photo CD的图片存取方便且不会褪色变质，还可以配以文字说明、音乐及语言解说。
Photo CD可以使用专用的播放机，在彩色电视机上进行显示。
通过专用的打印设备可输出 Photo CD照片
2.2.5 Video-CD
Video CD（简称 VCD）是由 JVC,Philips等公司于 1993
年联合制定的数字电视视盘技术规格，称之为白皮书
(White Book) 。它用来描述光盘上存放采用 MPEG-1（活动图像专家组）标准编码的全动态图像及其相应声音数据的光盘格式，是继 CD-DA,CD-ROM,CD-ROM XA和 CD-I
之后又一个有很强应用前景的光盘产品。它可以在一张普通的 CD光盘上录制 70 分钟的全屏幕、全动态的视频与音频数据及相关的处理程序。同激光视盘 (LD)相比，它体积小、价格便宜、且有很好的音、视频质量和很好的兼容性。
VCD 的出现与 MPEG-1 标准有着密切的关系。 MPEG-
1是一个专用于处理活动影像的标准，也是一个与特定应用对象无关的通用标准,从 CD-ROM 上的交互系统到电信网络上的和视频网络上的视频信号发送都可以使用 VCD
按照 MPEG - 1 标准对音,视频数据进行压缩以后，提高了存储空间的有效利用率，使一张盘片能存放 74分钟的活动图像与伴音。目前,MPEG-1 成为面向 VCD 计算机上的电影节目、视频游戏的应用。
2.2.6 DVD? 新一代光盘存储介质
DVD（ Digital Video Disc，数字视频光盘）是继上述光盘产品之后的新一代光盘存储介质。与以往的光盘存储介质相比,DVD采用波长更短的红色激光、更有效的调制方式和更强的纠错方法，
具有更高的道密度和位密度，并支持双层双面结构。在与 CD 大小相同的盘片上,DVD 可以提供相当于普通 CD 8～ 25 倍的存储量、以及 9倍以上的读取速度 。 DVD 与新一代音频,视频处理技术相结合，可提供近乎完美的声音和影像。它与计算机结合，可提供新的海量存储介质 。
在视频与音频处理上,DVD都达到了当今的最高水准。对视频信号的处理,DVD采用的都是 MPEG-2 压缩编码标准。目前的 DVD 能满足现行电视标准,单面单层的 DVD视盘能够存储１３３分钟的电影,其水平清晰度可以达 480线，因此 DVD的画面质量是相当高的。 DVD采用 MPEG2作为视频压缩技术，对视频图像进行冗余量处理，以实现无明显失真的视频图像压缩。
DVD（ 右图）比 CD（ 左图）有更高的道密度和位密度在音频方面,DVD可以采用的标准较多，
既可是 MPEG-1立体声,MPEG-2环绕立体声，也可是杜比（ Dolby） AC-3。立体声一般是指具有二个声音通道的，而具有三个以上的通道的就称为环绕声。杜比 AC-3
是一种高效、高性能的声音编码系统，该声音系统在放音时，前面有左、中、右三个通道，后侧面有二个独立的环绕声通道，
前方中间还有 200Hz以下的低音专用通道，
因频带窄而称为 0.1通道。所以 AC-3又称为 5.1通道。
2.3 光盘的结构与记录信息的原理
2.3.1 只读光盘结构与记录信息的原理
只读光盘的结构以 CD-ROM为例，其物理结构如图 3-6 所示。光盘的最上面一层是标签层,上面印有光盘的名称以及制造商的商标 ；第二层是保护层 ；第三层是反射层，目的是提高盘片的反射率 ；第四层是记录层,
在其上压制出凹痕光道用来记录数据 ；最下一层是用聚碳酸脂压制出来的透明衬底。
只读光盘是利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录,1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录,0”，并使用激光来读出。由于只读光盘的物理特性,用户只能读取只读光盘上的数据,而不能自己把数据写到 CD盘上。
CD-ROM的剖面结构标签封面保护层反射层记录层透明基底
光盘信息读取原理在读出光盘信息时，就要把光盘上用凹坑和非凹坑代表的信息还原为原来的数据信息。光盘的读取过程是基于物理学的“光的反射”原理。光盘放入光驱后，是将带有凹、凸那一面向下对着激光头。激光发射器发出的激光光束先通过衍射光栅后，一束普通光束将被衍射成为多条细光束，然后再依次通过分光片、校准波片和聚光物镜达到盘片的表面，呈汇聚状的各条细光线分别会透过盘片表面透明基片，然后聚焦在反射层的凹凸不平的光道上。凸面
（ Land）将激光按原路程反射回去，同时不会减弱光的强度；凹坑面（ Pit）则将光线向四面发射出去，光强度会减弱。光驱就是靠光的“反射和发散”来识别数据 。从光盘反射层反射回来的各条光束又依次通过聚光物镜和校准波片,然后被分光片反射后被接收，最后就是由多光束探测器来分辨这些数据信号了。
CD
校准波片分光片衍射波片激光光束聚光物镜多光束探测器多光束探测器实际上是一个数据解码器，用来将反射的光信号解码成,0,和,1,的电信号。
并不能简单地认为,凹,（ Land）和,凸,
（ Pit）就代表,1,和,0,。在解码时，如果信号是,从凹到凸或从凸到凹的变化过程,,即光强度由高到低或由低到高的变化，则用,1,表示。如果信号是持续一段时间连续不变的光强度，
则表示,0,,所以,0,表示两个变化过程之间的长度。
光探测器根据光强度的变化 ( 凸凹的变化 ) 来分辨,0,或,1,
2.3.2 CD-R光盘结构与记录信息的原理
CD－ R的结构
CD－ R盘片直径为 12cm，可以存储 650MB的数据或 74分钟 CD质量的音乐或 VHS质量的视频。
CD－ R盘片共由 5层组成。其中记录层的主要成分是涂有特殊性质的有机染料，这些染料在激光的作用下会产生变化，从而达到记录数据的目的。
标签面保护层反射层记录层 (染料层）
透明基底激光束凹坑
CD－ R的写入过程
CD－ R盘片在开始时是没有任何内容的，当有一束较强的激光照射时，记录层的感光染料将转变成具有不同反光特性的点阵。在标准的 CD －
ROM驱动器中用较弱功率的激光照射时，变色的点阵对激光进行不同的反射，从而使得驱动器可以读出存储在其中的数据。
在激光照射下,记录层的染料改变颜色的过程是不可逆转的,因此向 CD－ R盘片中只能一次性写入数据。早期的 CD－ R在写入数据时，必须一次完成全盘数据的写入 (disc at once)，这是因为盘片中只能有一对导入区 (lead－ in area)和导出区
(lead－ out area)。现在的技术则允许用户在 CD－
R盘片上写入多对导入区和导出区，因此可以实现多次写入数据，但必须是在盘片上以前没有写入数据的区域中。
从 CD-R 介质上阅读数据，其工作原理与阅读 CD-ROM是相似的 。光盘上涂有能够反射激光束的涂层，从而使探测器能够读出盘上的数据。所不同的是,CD-ROM上的数据是用物理方法压入盘中的，而 CD-R上的数据则是“烧灼,到盘的记录层中的。
2.3.3 磁光盘记录信息的原理磁光型光盘 （ MOD） 主要是由各种易于在垂直于表面方向磁化的介质制成 。 铁磁性介质在外磁场的作用下可具有一定的方向性,这种方向性在激光束的热力作用下可发生翻转,方向性的正负分别代表二进制代码,0,或
,1,,,0,或,1” 的翻转构成其可擦除性,擦写次数可达百万次以上 。 由于磁光型光盘在进行数据擦除和写入时需要激光和外磁场共同作用,因此也简称磁光盘 。
MO 盘片虽然比硬盘和软盘便宜和耐用，但是与
CD-R盘片相比就显得比较昂贵了。 MO 的致命缺点是不能用普通 CD-ROM驱动器读出，因而不能满足信息社会对计算机数据进行交换和数据分发的要求，在网络技术和网络建设不发达的国内，
这一问题日驱突出和严重。
3,5 i n c h 磁光盘 ( M O )
2.3.4 相变光盘记录信息的原理相变光盘的记录和读出原理只是用光技术来记录和读出信息。相变光盘利用激光使记录介质在结晶态和非结晶态之间的可逆相变结构来实现信息的记录和擦除。在写操作时，聚焦激光束加热记录介质的目的是要改变相变记录介质晶体状态，用结晶状态和非结晶状态来区分 0和 1 ；读操作时，利用结晶状态和非结晶状态具有不同反射率这个特性来检测 0和 1信号。
早在 1968年，美国的 ECD（ Energy Conversion Device）
公司就开始研究晶态和非晶态之间的转换。 1971年 ECD和
IBM公司合作研制成功了世界上第一片只读相变光盘存储器，随后相继开发成功了利用相变原理制造的一次写 WO盘。
1983年，日本松下公司推出了世界上第一台可擦写相变型光盘驱动器。 1994年，松下公司又将相变型可擦写光盘驱动器与四倍速 CD-ROM相结合，推出了 PD光盘驱动器，在一台光盘驱动器上同时具有相变型可擦写与四倍速 CD-ROM功能。
与 MO技术相比,由于相变光盘仅用光学技术来读 /写，
所以读 /写光学头可以做的相对比较简单，存取时间也就可以提高；由于相变光盘的读出方法与 CD-ROM,CD-R光盘大致相同，因此兼容 CD-ROM和 CD-R的多功能相变光盘驱动器就变的容易实现,PD,CD-RW和可擦写 DVD-RAM
等新一代可擦写光盘存储器均采用了相变技术。
2.3.5 DVD光盘结构与类型
DVD的结构常规的 CD盘只使用一个面并且只用一个记录层来记录信息。为了提高存储容量,
DVD盘可分为单面单层、单面双层、双面单层以及双面双层 4 种结构。
单面单层 (4.7GB) 单面双层 (8.5GB)
双面单层 (8.5GB) 双面双层 (17GB)
单面双层盘的最里层被称为第一层,表层称为第二层，
该层采用了一种新的半透明薄膜涂层，可让激光束透过表层到达第一层。开始工作时，激光束首先在第一层上聚焦和光道定位。当从第一层上读出信息过渡到从第二层上读出信息时，激光读出头的激光束立即重新聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第一层到第二层的平稳过渡，而不会使信息中断。通过采用这些技术，单面双层 DVD盘的容量可达到 8.5GB，双面双层 DVD盘的容量可达到 17GB。
单面单层 DVD结构 (4.7GB)单面双层 DVD结构 (8.5GB)
模压的基底保护层模压的基底透明聚碳酸的基底
DVD的格式
DVD盘片按照用途细分为五大类：
DVD-ROM（只读 DVD）,DVD-ROM是存储电脑资料的只读光碟，用途类似 CD-ROM
DVD Video（视频 DVD）,DVD-Video是存储影音信息的 DVD光碟，用途类似 LD或 Video CD。
DVD Audio（音频 DVD）,DVD-Audio是新出现的一种声频格式
DVD Recordable（可写 DVD）,DVD-R（或称 DVD-
Write-Once）是限录一次的 DVD
DVD-RAM(DVD随机存储器，也被称为 DVD-RW，即
DVD-Rewritable）,DVD-RAM 是可多次读 /写的光碟
2.3.6 只读光盘的制作过程
预处理首先要制作母盘（原版盘）。在制作母盘前，
要对信息进行预处理。预处理就是按照光盘的标准及存储格式，将信息经转换后记录到光盘上。由于 CD-R系统的出现，这一过程实际上可以简化为将 CD-R刻制成各种光盘的格式，例如要存储程序或数据，就刻录成 CD-ROM光盘格式；对于激光唱盘，就是把制作好的音乐节目转换成标准的 CD-DA格式；而对于 V-CD盘，把影视节目转换成 V-CD标准记录格式。
光刻光刻实际上是将 CD-R盘上的数据，记录在玻璃盘上的过程 。这种方法是将感光性树脂用于一个经特殊处理的玻璃基片上,以制出一个玻璃主片。
光刻过程是把一片涂有光敏电阻的玻璃盘放在旋转平台上进行的 。激光源发出的激光束通过激光调制器时受到串行数据的控制 。激光编码器犹如一个开关，例如，对于数据,0” 就不让激光束通过，光敏电阻就不曝光；数据,1,就让激光束通过，光敏电阻就曝光,这样在玻璃盘上就形成长短不同的曝光区和非曝光区 。这样就生成了光盘的具体内容。
玻璃盘的光刻过程
化学处理玻璃盘经光刻后，需对光刻的玻璃盘进行化学处理。在这个过程中，盘上感光性树脂上曝光的部分被腐蚀掉的区域形成微小的凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，
,0”和,1”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。经过化学处理后，要在感光性树脂表面蒸敷上一层金属膜（通常是银），以便其后玻璃主片电铸时有一个导电的表面。
制作父盘和母盘对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原版盘，称为父盘（ Father Disc）。
之所以称其为,父盘,，是因为它将被用于生成另外两个金属片，分别被称为,母盘,
（ Mother Disc）和,模片,（ Stamper）。母片是由父片而来的,而模片又是由母片而来的，每一片是另外一片的相反成像 。模片是金属原版主盘的完全复制品,也是这一生产阶段的最终产品。
压模压模是光盘最关键的过程 。压模就把模片上面的数据（凹凸痕迹）压制到塑料基片上 。
CD的盘基是用聚碳酸脂塑料（俗称 PC料）做的，聚碳酸脂加热之后注入模具空腔中,模具的一面是模片。熔化的 PC料经过挤压，在模具中成形，模片上的凹坑中将会填充进 PC
料，当 PC料经过强制冷却时，模片上的凹凸部分就会对应地反映到光盘盘基上 。换句话说，压好的光盘盘基同模片是阴阳相对的。
光盘金属 溅镀工序 大规模 光盘生产线液态树脂送入光盘的模具型腔中制作光盘的主要材料为聚碳酸酯
2.4 CD-ROM的信息组织结构
2.4.1 CD-ROM的数据结构
CD-ROM的数据结构按黄皮书标准光盘设有３
个区：自内向外分为导入区、用户数据区和导出区。这 3个区中都含有 360° 的连续的螺旋线形光道。含有信息的光道称为信息光道，不含有信息的光道，作为控制用。用户的数据就记录在那些信息光道上，而所有的信息光道都是由帧和扇区构成的，可见帧和扇区是光盘物理数据结构中最重要的两个概念。
帧的数据结构光盘中最基本的数据存储单元是帧。黄皮书规定的帧格式如表 3-１所示。
同步（ SYNC）占３个字节（ 24位），用于标记帧的开始，起同步作用；子码（ SUBCODE）３字节为控制字节，主要用于提供地址信息；每帧的数据（ DATA）共有２４字节，由于参照 CD-DA 的帧格式，分别用于存储左声道与右声道的立体声数据,但是数据并不连续存放，中间被校正码Ｑ隔开 ；Ｐ、Ｑ码都各占４个字节，用于错误校正和数据校验。
同步 子码 数据 校正 数据 校验
3 3 12 4 12 4
扇区的数据结构在光盘信息区中，采用相同的帧结构。由帧组成最小的可寻址单元，称为扇区。黄皮书规定：由
９８个帧构成１个扇区。１帧只能存放２４个字节的真正数据信息，所以１个扇区只有 2352字节
（ 98× 24）。黄皮书规定：扇区主要由３部分组成,SYNC（同步头）,HEADER（首标），用户数据＋ EDC／ ECC码等。扇区的格式见表 3-2。
同步头 首标 数据 检测 空 校验
OO FF OO MN SC FR MD DATA EDC OO ECC
1 10 1 1 1 1 1 2048 4 8 276
其中，同步头（ SYNC）占１２个字节，由１个００字节＋１０个ＦＦ字节＋１个００字节构成。
首标（ HEADER ）由４个字节组成,是每个扇区的标志，说明如何解释信息区。由于光盘是以恒速转动的，是以时间作地址，即分、秒、分数秒来计算的。按黄皮书的规定，首标中前３个字节为地址,MN（ Minute） 0～ 74ｍ
ｉｎ； SC（ Second ） 0～ 59ｓ ； FR（ Farc）０～ 74分数秒，单位是１／ 75ｓ。第４个字节表示扇区方式，定义了
Mode0,Mode1,Mode2 三种方式 。 Mode0 不向用户开放 ； Mode1 用于记录文字和数字信息,具有检错纠错能力 。 Mode2 用于经过压缩的音频和图像视频数据 。因此
CD-ROM 光盘除了记录音乐资料外，还可存储各种不同的数据、图形、动画等资料。
用户数据（ DATA）共占 2048字节。
CD-ROM 具有检错纠错功能,分 EDC和 ECC两种校验形式。 EDC（ Error Detection Code）表示错误检测码，
采用循环冗余码 CRC对存放光盘内的数据进行校验,若检测出错误,则用 ECC 码进行纠正。 ECC分为 P校验和 Q校验，两种校验方式有很大不同。 ECC能计算出发生错误的具体位置，并在对应的位置上生成正确的数据，达到纠错之目的。
2.4.2 CD-ROM的文件结构
逻辑扇区和逻辑块
ISO 9660规定，光盘物理扇区用户数据中的
2048字节作为１个逻辑扇区。每个逻辑扇区都有１个唯一的逻辑扇区号 LSN。光盘中第１个逻辑扇区从物理地址 00,02,00开始算起，逻辑扇区号为 LSN0。为了存放文件，每个逻辑扇区又分为逻辑块，逻辑块的大小一般为 512字节，每个逻辑块都有１个唯一的逻辑块号 LBN
与之对应。文件都是按 LBN来寻址的，是最小的逻辑可寻址单元。第１个逻辑块号（ LBN0）
是第１个逻辑扇区的第１块，后面依次为 LBN1、
2,3等。
卷结构光盘把存放信息的区域称为卷空间。卷就是用一套规则和数据结构，描述盘上信息的错综复杂的关系。在盘上固定位置记录了卷描述符，其中的内容用来说明整个 CD－ ROM盘的逻辑组织。
卷空间分为 2个区,从 LSN0～ LSN15称为系统区
（系统区不放数据）；从 LSN16 开始到最后 1个逻辑扇区为数据区。数据区用来存放卷描述符、文件目录、路径表和文件数据等内容。卷描述符固定地位于 LSN16处。 LSN16提供了许多重要的信息,如盘上的逻辑组织、根目录地址、路径表的地址和大小及逻辑块的大小等。
目录结构光盘采用了隐式分层目录结构，也把目录作为文件来看待，但是光盘中所谓的目录文件有具体的规定。它是由目录记录构成的，目录记录中主要存放着文件标志符，以字节计算的文件长度，光盘中可存放任何类型的文件。一个大的文件必须分为几个文件域存放。文件域是指由顺序编号的逻辑块组成的连续区域。一个小的文件可存放在单个文件域里。文件域中有第１个逻辑块号，以及打开和使用这个文件所需要的其他信息。光盘的文件结构和软、硬盘有很大的差别。１张光盘放进光驱被驱动后，系统先初始化，在ＬＳＮ１６处找到卷描述符，根据卷描述符中提供的路径表地址，找到路径表，由目录记录中记录着的文件域地址找到正确的文件信息。当１个文件放在多个文件域中时，又要设置多个目录记录，每个目录记录都给出相应的文件域地址，并由文件标志符指明该文件域是不是最后
１个。显然，这种文件结构大大加快了光盘寻找文件的速度。
路径表路径表是指盘上的所有目录名，是获取子目录的最快途径。其特点是用索引值来访问所有的目录。路径表由许多路径表记录组成，它对应于根和子目录，其中的根目录和每１个子目录，都有它们所在的起始地址，即逻辑块号ＬＢＮ，在光盘上寻找子目录可以依据地址索引来遍历路径表。
这样就可以通过路径表来访问任何１个子目录。
2.4.3 操作系统对 CD-ROM文件系统的支持
DOS系统
CD-ROM上的文件系统和 DOS操作系统和文件系统差别很大,DOS无法用通常的方式直接读取 CD-ROM上的文件,必须在原有文件系统的基础上进行 CD-ROM 文件系统的扩充。
在 DOS中，有一个名为 MSCDEX.EXE 的 CD-ROM 扩展程序。它是 DOS的一个外部命令，运行后相应代码将驻留在内存。 MSCDEX是一个与设备无关的程序，它调用一个 CD-ROM 驱动程序来完成数据的读出与控制,
CD-ROM驱动器的设备名由 Config.sys 中加载的设备驱动程序设定。 MSCDEX可以使用户象存取磁盘文件那样读取 CD-ROM光盘文件，并服务于 DOS或应用系统的文件请求。
MSCDEX的命令行语法为：
MSCDEX[/E/K/S/V][/L:(Letter)][/M:(buffer)]/D:(device-
name)
/E,MSCDEX可用扩展内存 (Expanded Memory)作为 CD-
ROM的读 /写缓冲区,这个开关需 EMM规范 LIM3.2以上，缺省时不用 EMM。
/K：支持 Kanji编码文件格式，缺省时为不支持 Kanji格式的光盘,
/S：允许基于 MS-NET网络服务共享。
/V：显示 MSCDEX使用内存的情况。
/L,MSCDEX加载时用户建议的起始盘符,在给 CD-ROM分配盘符时，从所建议的盘符开始，找到可用的盘符分配给
CD-ROM.若有多个光盘，则分配多个盘。若盘符不够，则修改 Config.sys中 Lastdrive的参数。
/M,MSCDEX要申请的盘缓冲区个数，每个缓冲区为 2K字节,使用的缓冲区越快,缺省值为 4。
/D：指明所用设备的设备名，该开关是必须的。
在 CD-ROM光盘和普通磁盘在使用上有以下区别,
CD-ROM光盘是只读的，所有写操作都不能成 。
CD-ROM光盘没有类似 FAT表的结构，所有对磁盘物理结构进行操作的命令均不能使用 FORMAT命令
CD-ROM是作为网络盘来处理的，因此只能在本机上使用的命令（如 CHKDSK）不能用于 CD-ROM光盘。
CD-ROM没有磁道、簇等概念，它只是一个顺序存放的信息流，因此在 BIOS级和磁盘是不兼容的。
Windows对 CD-ROM的支持
Windows 使用了一种专门用于 CD-ROM的文件系统，即 CDFS，这是一个 32位保护模式的文件系统，它具有以下特点。
用一个新的设备驱动程序替换了旧的 MSCDEX
早先的 MSCDEX使用常规内存，而新的驱动程序使用高端内存。
通过 32位保护模式的高速缓存，改善了应用程序的运行性能，使它们运行得更平
不需要配置,CDFS是一种动态高速缓存。
2.5光盘库与光盘塔
2.5.1 光盘库光盘库是一种能自动把机柜中存放的许多片光盘选出并装入光盘机进行读 /写的设备 。它利用光盘可换的特点，可形成一个巨大的联机资料库 。最常见的是采用 CD-ROM盘和 CD-DA盘的光盘自动换盘机。
光盘库是利用精确伺服控制的机械手来装卸光盘，
用户通过集成在库上的串口 (一般是 RS232) 或 SCSI接口从计算机 ( 或计算机网络 )上输入指令,指挥机械手准确地存取 CD盘片，让驱动器读出数据，并通过 SCSI
接口传出数据。在程序的控制下,机械手设备可操作和管理多个驱动器,机械手自动升降器机构在盘片栈和驱动器之间快速地移动光盘，在光盘播放完毕后,
机械手机构从驱动器上将盘卸下并放回堆栈的光盘槽中光盘库，可放置的光盘片数量一般从几十片到上百片。这种联机容量巨大的设备对于图书馆之类的机构是很有用的，大量不常用的数据一旦需要就能尽快找到。
能容纳 600张 CD-ROM的光盘库 光盘库利用机械手来装卸光盘
2.5.2 光盘塔光盘塔是由许多光盘机用电缆连接在一起的光盘只读阵列，加上相应的控制器和网络连接设备，构成与网络直接连接的存储设备，用来存放光盘出版物，可以用软件控制读 /写其中某一台，进行光盘信息的管理。光盘塔采用
SCSI接口与光盘机相连，一根电缆可以连接多台光盘机。
由于受到 SCSI地址数的限制，一般以 7的倍数出现，常见的有 7张 CD和 14张 CD容量的产品，多的可达 56张 CD 。光盘塔结构比光盘库结构简单，造价也低，读取光盘速度也快，但容量较小。
光盘塔可以直接连在网络上，供广大网络用户所共享。
CD-ROM光盘塔在网络上连接非常的方便、简单，就像用户在使用自己的服务器一样。在广域网中光盘塔被看成是一个独立的 Web服务器。光盘塔上网后，一个光盘塔对应一个盘符；光盘塔的光盘驱动器分别对应这一盘符下的子目录。在网络中光盘塔可以同时被多个用户访问，也允许多用户同时访问光盘塔中的某一片光盘。
光盘塔的应用主要集中在图书馆,档案馆,学校,科研情报部门,CAD／ CAM等领域。学校可利用它共享光盘教学软件，可在校园网上构建电子图书馆；企业可用它在内部局域网上共享光盘，
以便加强管理、节约投资 ；信息服务公司可用它构建大型数据库、光盘库，并在 Internet 网上发布大量信息 。另一个重要的领域是视频点播系统，
视频服务器通过光盘塔构建起多媒体网络，为观众提供电视、电影节目的选择点播。此外，光盘塔的可扩充性、可更改性、可管理性及价格、性能和易连接性均具有一定的优越性 。
带有 14 个驱动器的光盘塔
