Informatika | Tanulmányok, esszék » Kövesi-Nagy Dániel - A CD-ROM

CD-ROM Architektúra-esszé: Kövesi-Nagy Dániel A CD-DA (audió CD) megjelenése után a szakemberek felfedezték az adathordozóban rejlõ további lehetõségeket, nevezetesen: a lemez nemcsak PCM hang tárolására alkalmas, hanem nagy mennyiségû számítógépes adat felírását is lehetõvé teszi. A fejlesztés eredményeként 1984-ben a Sárga Könyvben adták ki a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) formátum elõírásait. Ez tulajdonképpen a Vörös Könyv bõvítése, mely a CD-DA lemezeket számítógépes adattárolásra alkalmassá teszi. A CD-ROM a CD-DA-val szemben általános célú adattárolási rendszert definiál, mely nincs különleges alkalmazáshoz kötve. Tehát tárolhatunk rajta különféle típusú állományokat (pl. alkalmazói programok, szótárak, adatbázis, stb). Ezzel a fejlesztési lépéssel a CD-lemez elterjedése óriási mértékûvé vált. Ma már szinte minden számítógépes szoftvercsomagot CD-ROM-on tárolt formában kapunk, a

biztonsági mentések nagy részét is CD-ROM-ra végzik. A CD-DA formátummal ellentétben a CD-ROM sebessége többszörös is lehet (8-24x). Ez a "bõvítés" a lemeztányér magasabb fordulatszámát, ezáltal az adatok gyorsabb elérését biztosítja. Az adatelérés gyorsabb a mágnesszalagos tárolónál de lassabb a merevlemeznél Olvasási sebességben a Kenwood cég 2000-ben piacra dobott CD-ROM meghajtója (a három olvasófejnek köszönhetõen) már a merevlemezes meghajtókkal veszi fel a versenyt. Viszont a sebességre való fejlesztési törekvésekkel szemben a gyártók manapság már inkább a tárolókapacitás növelését helyezik elõtérbe. A CD-DA és CD-ROM között alapvetõen két különbség van: 1. Hang CD esetén nincs jelentõsége a szektor tartalmának CD-ROM-nál a szektorban felhasználói és egyéb (vezérlõ és hibajavító) adatok találhatók. 2. Az audió CD sáv (zeneszám) szervezésû, míg a CD-ROM-on az adatok állományba

szervezettek. => Az olvasásukhoz szükség van állománykezelõ rendszerre. CD-ROM adathordozó A fizikai tulajdonságait a CD-ROM-lemeznek az ISO/IEC 10149 szabvány írja le. A lemezre vonatkozó fizikai jellemzõk megegyeznek az audió CD-vel két dolog kivételével: o o CD-ROM esetén a szektor felépítése meghatározott. Többféle szektortagolást értelmeznek. A CD-DA adatjavító képessége a CD-ROM számára kevés, ezért a hibajavítás második szintjét is megvalósították a CD-ROM-ban. A CD-DA lemezzel a CD-ROM lemez alacsony szintû kódolása megegyezik. Az adatok legkisebb egysége a blokk, mely 24 adatbájtot tartalmaz. 98 blokk alkot egy szektort, melyben 2352 adatbájt fér el. Minden lemez legfeljebb 333 000 szektort tartalmazhat A szektorban lévõ 2352 bájt tagolása a választott módtól függõen különbözõ. A CD-ROM három módot határoz meg a szektor felosztására vonatkozóan. A 0 mód nem terjedt el, az 1. módot számítógépes adatok

tárolására, a 2 módot tömörített hang- vagy videoanyag tárolására használják. Az elsõ 12 bájt a szektorban, a szektorok elválasztására szolgáló szinkronizációs mintát tartalmazza. Az elsõ bájt 00h, a következõ tíz 0FFh, az utolsó ismét 00h tartalmú A következõ 4 bájt fejlécet alkot, melybõl 3 bájt idõadatot, az utolsó szektormódot határoz meg. A fejlécinformáció a számítógép számára lehetõvé teszi, hogy azonosítsa az olvasott szektort. A szektor további felosztása a választott módtól függ. A 0 mód nem lényeges, mert nulla adatok tárolására szolgál. Az 1 mód jelenti a CD-ROM módot, mert bõvített hibajavítást biztosít. Ha a CD-lemez 74 percnyi adatot tartalmaz, az 1 módú szektorokkal elérhetõ kapacitás 650 Mbájt. Az adatokhoz 4 hibaérzékelõ (EDC), és 276 hibajavító (ECC) bájt tartozik. Az EDC és ECC mezõ alapján a CIRC hibajavítástól függetlenül javíthatók hibák, ezért a CD-ROM

megbízhatósága több nagyságrenddel jobb, mint a CD-DA lemezé. Ez érthetõ is, hiszen a számítógépes programban egy hiányzó bit a program összeomlásához vezethet. A 2. módú szektor nem tartalmaz EDC és ECC bájtokat, ezért a szektorból fennmaradó részt adattárolásra használhatjuk. Ennek megfelelõen 2336 adatbájt tárolható, 14%-al több, mint az 1. módú szektorban A 2 módot a CD-ROM/XA lemezeknél használják Bájteltolás 0 1-10 11 12 13 14 15 16-2063 2064-2067 2068-2075 2076-2247 2248-2351 CD-ROM szektormódok 0. mód 1. mód 00h 00h 0FFh 0FFh 00h 00h Perc (<75) Perc (<75) Másodperc (<60) Másodperc (<60) Keret (<75) Keret (<75) 00h (mód) 01h (mód) 00h Adat 00h EDC 00h 00h 00h P paritás 00h Q paritás 2. mód 00h 0FFh 00h Perc (<75) Másodperc (<60) Keret (<75) 02h (mód) Adat Adat Adat Adat Adat Alcsatornák A CD-ROM alcsatorna felépítése azonos a CD-DA lemeznél már korábban tárgyalt alcsatornák

felépítésével apróbb eltéréseket leszámítva. A P alcsatorna adatmezõje nullával van feltöltve, a startjelzõ az adatok kezdete elõtt 2-3 másodpercig magas szintû. A lemez végén (kivezetés) a startjelzõ 2 Hz sebességgel váltakozik 0 és 1 között. A Q alcsatornában a 98 bites csomag címmezõje az adatmezõ értelmezési módját határozza meg. A 3 módot (ISRC azonosító) csak az audió CD használja Az 1 módú adat a bevezetés, program és kivezetés tartományban, illetve a 2. módú adat értelmezése megegyezik az audió CD-nél megismerttel. Az alcsatornacsomag értelmezése Bájteltolás Tartalom 0-1 Szinkronbitek 2-5 Vezérlés: 1xxx = négy csatorna (audió) x1xx = digitális adat xx1x = másolás engedélyezve xxx1 = elõkiemelés (audió) 6-9 Cím: 0001 = 1. mód 0010 = 2. mód 0011 = 3. mód 10-81 Adatok 82-97 CRC kód A hibajavítás második szintje Az adat CD nem javítható hibája az egész lemezt használhatatlanná teheti,

ezért a CD-ROM a hibaérzékelés- és javítás (EDC/ECC) 2. szintjét is használja A hibaérzékelés (EDC) 32 bites ciklikus ellenõrzõ kóddal (CRC) történik a szinkron, a fejléc és az adatmezõn (0-2063 bájt). A hibajavító bájtok a külsõ adatmezõ utolsó 276 bájtját alkotják (11. ábra) Az algoritmus során 172 P és 104 Q hibajavító keletkezik A szektor szinkronbájtjai utáni adatokat (12-2351 bájt) bitenkénti spektrumterítésnek (scramble) vetjük alá. Ennek oka, hogy a csatornabájtok közötti 3 összekötõ bit gyakran nem elegendõ az egyenáramú összetevõ megszüntetésére. A spektrumterítés során a bemenõ adatokból bitfolyamot állítunk elõ, és megfelelõ algoritmussal a soros biteket megváltoztatjuk. Minden szektor egymás utáni blokkok sorozatából áll. A blokkok az audió CD-nél megismert felépítésûek (24 bájt), de a szektor kezdõpontja nem szükségszerûen jelenti a blokk kezdõpontját. A szektor 0 bájtja a 4n blokkba

kerül, ahol n értéke 0-5 között lehet A többi szektorbájt a blokkban követi a nulladikat. A leképezés azt jelenti, hogy a szektor egy blokk 0., 4, 8, 12, 16 vagy 20 bájtján kezdõdik Ezután a páros és páratlan bájtokat egymás között felcseréljük. Az eredeti 0, 1, 2, 3, 4, 5 sorrend eszerint 1, 0, 3, 2, 5, 4 sorrendre változik, és az eredeti szektor nulladik bájtja a blokk 4n+1. helyére kerül Minden 24 bájtos blokk most is CIRC eljárás alá kerül. A CIRC a 24 bájtos bemeneti adatokhoz 8 hibajavító bájtot képez A 32 bájtos adatblokk elé beszúrunk egy alkódbájtot, és EFM-átalakítással 14 bites csatornabájtokká alakítjuk az egészet. Végül a blokk elé 24 bites szinkronkarakter (801002h) kerül, éa a szimbólumok közé 3 összekötõ bitet szúrunk. Így épül fel egy felírandó blokk, melyben 588 csatornabit található. Blokkfelépítés Biteltolás Tartalom Hossz 0-23 Szinkronkarakter 24+3 27-43 Alkódbájt 14+3 44-247

12 adatbájt 12 x (14+3) 248-315 4 hibajavító bájt 4 x (14+3) 316-519 12 adatbájt 12 x (14+3) 520-587 4 hibajavító 4 x (14+3) Kevert módú lemez A kevert módú lemezen több típusú sávot helyeznek el. A legegyszerûbb megoldás, mikor a lemez CD-ROM sávot és CD hangsávo(ka)t is tartalmaz. A CD-DA lejátszó csak a hangsávot tudja elolvasni, de a PC-ben lévõ CD-ROM olvasó mindkét sávhoz hozzáfér. A kevert módú CD-ROM elsõ sávja általában 1. módú szektorokat tartalmaz, a második sáv hang CD sáv. Az ilyen formátumú lemezekkel egyetlen nagy gond van: a CD-ROM meghajtó egyszerre csak egy sávot tud olvasni. Tehát ha az audió sávot olvassuk, az adatsáv nem elérhetõ, ezért a számítógépes alkalmazás csak szakaszos üzemben használhatja a kevert módot. A probléma megoldható úgy, ha a programot és az adatokat közvetlenül az operatív tárba olvassuk, és elkezdjük a zene lejátszását. A kevert módú lejátszás korlátját a

CD-ROM/XA lemezek használata oldja fel véglegesen