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光盘驱动器的基本结构及原理

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光盘驱动器的基本结构及原理

CD-ROM 是光盘中的一种，直径为 12cm，存储容量可达 650MB-740MB，存贮量可达 6

亿个数据字符以上，如果单纯存放文字，一张光盘相当于 15万张16开的纸。而光盘驱动

器已成为计算机系统必备的外部存储设备之一。

8.1光盘驱动器的基本结构及原理

8.1.1光盘驱动器的结构

光驱由机械器件、电子器件和光学器件三部分组成。其结构包括光盘头、激光器、 光电检测

器、光学器件和伺服控制系统等。如图 8-1所示。

1.光盘头

光盘头是光盘的读出系统，它发射出来的激光束照射到光盘的凹凸反光面上， 被反光层反射

后，经光电检测器将反射回的激光束转换为电信号， 再经电子线路处理后得到信号编码， 编

码经译码后便得到读出的数据。

光盘头得到从光盘表面反射回的激光束信号， 还可判断出聚焦误差、光道跟踪误差，这些误

差信号使聚焦伺服系统和径向光道跟踪伺服系统动作， 将激光束调整到最佳位置。 光盘头的

结构原理如图8-2所示。

2 .激光器

激光器由激光二极管和聚焦透镜等组成。砷化镓半导体激光器可发射出波长为 0.78祄、输

出功率为0.5mW的激光束。

3 •光电检测器

光电检测二极管将从光盘表面反射回的激光束转换为电信号，由电信号强弱的变化，便

可检测出该信号是来自光盘的凹区、 凸区还是两区交界处，并得到聚焦误差、光道跟踪误差

及速度误差等，从而由伺服控制系统进行实时调整。

4 •光学器件

如图8-3所示，包括光栅、激光束分离器、放大镜等，准直透镜将激光束变成圆柱形光束。

激光束分离器(半反镜)使反射回的激光束射向光电检测二极管， 物镜由音圈电机带动下上下

移动和沿盘片的径向微量移动，使激光束焦点始终落在光盘的光道上。

5 •伺服控制系统

在光盘驱动器中，有三个基本伺服控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统和 光盘转速控制系统。

(1) 聚焦伺服系统的目的是进行自动聚焦。聚焦误差检出方式一般采用非点收差法，非点收 差法就是根据光盘反射面位置的变化， 反射光的聚焦位置移动，通过圆柱面透镜对投影光形

状进行变化，用4分割PD差动检出，如图8-4所示。利用该误差信号去控制光学头中的音 圈电机，音圈电机带动物镜上下移动， 使激光束焦点(直径约1祄)始终落在光盘的信息面上。

聚焦误差检出信号=(A+C)-(B+D)/(A+B+C+D)

(2) 径向光道跟踪伺服系统的目的是使激光束始终落在光盘的光道上。由于光盘上光道很

密(每英寸16000条)，若光学头的激光束径向移动读另一光道信息时， 有可能会使激光束移

动到两光道之间，而未对准光道。径向光道跟踪伺服系统采用了与聚焦伺服系统同一个音圈 电机，此电机不但可以上下移动， 还可以沿光盘径向微量移动。 所以物镜也可作径向微量移

动，以使得激光束始终落在光盘的光道上。如图 8-6所示。

寻道误差检出信号=(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D) （3）光盘转速控制系统的目的是用来控制光盘的转速。光盘转速的快慢是通过单位时间读出 的编码多少来得知的，当读出的编码比标定的多时，表示转速快了，反之转速慢了。因而， 可用这信号去控制光盘驱动马达的转速，使其保持在要求的速度上。

为了获得较高的数据传输率，光驱多采用 CAV 和 PCAV 的数据读取技术和一光多道技 术。

CAV（ 恒定角速度 ）技术采用始终恒定的马达速度读取光盘数据，使其外圈的数据传输率 大大提高。高倍速光驱的标称值如 52X ，是指 CAV 技术所能达到的最大数据传输率为 52

倍速，即 7800Kbit/s 。

CAV（部分恒定角速度）技术则是早期低速（12速以下）光驱采用的CLV（恒定线速度，即 保持单位时间读出的编码不变 ）技术和 CAV 技术的结合，读取内圈数据时用 CLV 方式，此 时转速很快。而当马达的速度达到一定速度向外圈读取时，则采用 CAV 方式达到最大的读

取速度， 保持内外圈数据读取的稳定。 24X 以上的光驱都普遍采用 CAV 和 PCAV 的数据读 取方式。

“一光多道 ”技术是激光束可以同时阅读光盘上的多条光道， 因此， 它比普通的单束技术读 取信息范围大。而且，它所增加的数据传输率在整个光盘上都是恒定的。

8.1.2 CD-ROM 光盘结构和盘中数据的存放方式

1 ． CD-ROM 光盘结构

CD-ROM 光盘的直径为 4.75in（12cm） ，中心装卡孔为 15 毫米，厚度为 l.2mm ，重量约为

14〜18g。其结构见图8-7。标有字符一面为盘片的最上层，其实是一层涂了漆的保护层； 第二层是铝膜反射层，可反射激光束；第三层是聚碳酸脂透明基片。

光盘制作时， 是将数据从模片上转移到塑料基片上。 将光学等级的塑料所制成的熔化树脂注 入在一个高精度的注塑模具空腔内，模具的一面是模片。 这一过程只需要几秒钟，其产品

是一个其中一面有预刻槽和数据点的塑料盘， 预刻槽用来对光道进行径向定位。 然后塑料盘 载有数据的一面用溅镀法镀上一层极薄纯铝 （在真空中利用辉光放电将氩气离子撞击铝表面

铝原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜 ），形成反光层。最后是在铝表面再加上一层坚固 的漆膜。这一层漆保护铝膜不会被划伤，不会氧化，并可作为标签印刷的工作表面。

2．CD-ROM 盘中数据的存放方式

1 ）光道

CD-ROM 盘上的光道也是用来存储信息的， 光道是用凸坑、 凹坑及凸坑和凹坑形成的坑边， 对激光束的反射率不同来区别 “1和”“0信”息。

CD-ROM 的光道是一个完整的螺旋形 （为等距螺旋线 ），如图 8-8 所示，螺旋线开始于

CD-ROM 的中心，光盘的光道上不分内外圈，其各处的存储密度相同 （等密度存储方式 ）。

CD-ROM 上径向道密度比磁盘大得多， 每英寸有 16000 条，即径向道密度为 16000TPI ，

螺旋线圈与圈之间的距离为 1.6卩爼，螺线宽度为0.6卩爼，螺线上代表信息的凹槽深度仅为

0.12艸。CD-ROM 上的螺旋线总长度可达 5km。

2）扇区

CD-ROM 上的扇区要复杂得多， CD-ROM 是在 CD-DA（ 数字音频光盘 ）基础上发展起来 的，数据存放的物理格式类似于 CD-DA 。 CD-ROM 定义了三种物理扇区方式，即扇区方式 0（Sector

Mode 0） 、扇区方式 1（Sector Mode 1） 、扇区方式 2（Sector Mode 2） ，三种扇区方 式的结构如表 8-1 、表 8-2、表 8-3 所示。

从表中可以看出 CD-ROM 中每扇区有 2352 个字节，每个扇区有 12 个同步字节， 4个扇区 头字节。 在 4 个扇区头字节中， 1 个字节用于存放扇区方式识别码， 另 3 个字节用于表示扇 区地址，格式为：分（0-59或更大）：秒（0-59）:扇区号（0-74）。CD-ROM中的光道为螺线形， 采用

“分+秒+扇区号 ”格式。

在 CD-ROM 中，每秒读出 75（0 到 74）个扇区数据的原因是 CD-ROM 采用 CD-DA 技术， 在CD-DA中，对音频信号的采样频率为 44.1KHZ，采样值用16位二进制表示，于是音频

信号的数据率为： 44.1?（16 位，即 2 个字节）?（左右声道各采样一个 ）=176.4KB/s

而一个扇区含有 2352 个字节，因此： 176.4?000 ／2352=75 个扇区

在扇区方式 0中， 除12 个同步字节和 4个扇区头字节内容不恒为零外， 剩余的 2336 个 用户字节的内容全为零。显然，该方式不是用于存放用户数据，在 CD-ROM 中，用作导人

区和导出区。

在扇区方式 1 中，安排了 4个字节的错误检测码 （EDC） 和276个字节的错误控制码

（ECC）， 此外还有 8 个字节未定义 （即保留 8 个字节 ），只有 2048 个用户字节。由于扇区方式

1 具有 很强的检错和纠错能力，因此方式 1 适用于保存误码率很低的信息，如计算机程序、用户 数据等。

扇区方式 2与扇区方式 0的结构相似，但其中的 2336 个字节用户可以用于存放用户数 据，但由于没有安排检错和纠错码，适用于存放误码率要求不高的信息，如声音、图像等。

3）CD-ROM 存储容量的计算方法

对于 60 分钟的标准 CD-ROM ，可以算出 CD-ROM 总扇区数：

总扇区数 =60（分钟）?0（每分钟 60 秒）?5（每秒读出 75个扇区 ）=270000 个扇区 如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式 1，则 CD-ROM 的总容量为： 270000?048/1024/1024=527MB

如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式 2，则 CD-ROM 的总容量为：

270000?336/1024/1024=601MB

标准 CD-ROM 外沿有 5mm 区域未使用，如果在该区域也录有数据，则 CD-ROM 可达 74 分钟。不过这一区域处于 CD-ROM 外沿，录人数据较困难，也不易保持清洁，因此一般 不用。

对于 74 分钟的 CD-ROM ，扇区总数 =74?0?5=333000 如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式 1 ，则 CD-ROM 的总容量为：

333000?048/1024/1024=650MB

如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式 2，则 CD-ROM 的总容量为：

333000?336/1024/1024=742MB

因此说 CD-ROM 的容量为527MB至U 742MB，但CD-ROM 上的信息不一定达到这个数， 即

CD-ROM 盘未必是满的。

8.1.3 光盘驱动器读盘原理 从激光器发出的激光束经透镜准直和聚焦后， 射向光盘铝反射层。 当激光束照射到光盘的凹 槽边界时，反射光束强弱发生变化，这时读出的为 “1数”据信息，反之，当激光照射到槽底

或凸面的平坦部分时，反射光强度没有变化，认为读出的是 “0数”据信息。反射光导入光电

检测二极管，由光电检测二极管根据反射光的强弱不同转换为用 1、0表示的电信号。从而

得到光盘中存储的编码信息， 编码信息再经译码后， 便可得到其所存的信息状态。 图8-9 给 出了读盘过程中光束路径的变化。

8.1.4 光盘刻录机

光盘刻录机 CD-R（CD-Recordable） 指的是一种允许对 CD 进行一次性刻写的特殊存储技术； 而

CD-RW（CD-ReWritable） 指的是另外一种允许对 CD 进行多次重复擦写的特殊存储技术。 CD-R 的工作原理是： CD-R 盘片上涂抹一些用激光就可以改变其反光特性的特殊材料。目 前，市场上常见的材料有三种， 它们由于颜色的不同而相对应的盘片被分别称为金盘、 蓝盘、

绿盘。 它采用一次写入技术，刻录数据时，利用高功率的激光束射到 CD-R 盘片， 使盘片上

的介质层发生化学变化，模拟出二进制数据 0 和 1 的差别，把数据正确地存储在光盘上。 CD-R 可以被几乎所有 CD-ROM 读出和使用。

CD-RW 盘片中的特殊介质会产生结晶和非结晶两种状态，通过激光束的照射，介质层可以 在这两种状态中相互转换， 达到多次重写入的目的。 更准确地说 CD-RW 叫做可擦写的光盘 刻录机。 它利用较

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光驱是什么

光驱是什么

光驱是什么

在现在的超薄笔记本中已经没有个光驱的存在，在先前的台式电脑和笔记本电脑中都是有光驱存在的。大家是不是对光驱有些陌生呢，今天店铺就给大家介绍一下光驱。

一、什么是光驱?

光驱是光盘驱动器，装载数据信息的载体被称之为光盘。向光盘读取或写入数据的叫光驱

光驱就是电脑中可以读取到我们平时买到的光盘上的内容的一个机器，同时也可以往光盘中写入你想写入的内容。电脑光驱的结构中包含激光头、主轴电机、光盘的托架和启动装置构成。

激光头装置用光电管和聚集镜等装置构成，利用齿轮的转动和传输带的转动，在电力的发动下，收集信号的同时读取光盘中的内容。

主轴电机是电脑光驱的整个驱动力的关键，在读取的光盘内容的时候使其中的数据进行定位分析。我们把放置光盘的地方叫做光盘托架。

能使光盘托架弹出和收进与使马达转动的装置叫做启动装置。

二、光驱的原理

光驱中含有激光头，它是整个光驱中最为关键的部分，它可以读取光盘中数据，千万不要把激光头损坏掉，不然整个光驱都无法使用。激光头读取数据时，是利用的棱镜原理，激光透过棱镜反射到物镜上。

三、光驱的性能指标

(一)传输速度：当传输速度越高时，光驱的性能就越好，传输速度的大小是判断CD-ROM性能好坏的指标之一。

(二)光驱所占CPU的时间。在光驱转动读取数据的时候，观察它占用CPU的时间长短，品质优越的光驱所占用CPU的时间比较短，判断光驱性能可以从占用的CPU时间来判定。当你想读取的光盘它的背面受损的时候，把它放入到光驱中读取时，相对应所占用CPU的时间会大大加长。若想省去长时间，尽量购买受损较轻的光盘，这样还能保护光驱，延长光驱的使用寿命。 (三)光驱的缓存。在打开所有程序或者读取数据时，都有一定的缓存时间，光驱读取光盘上的数据时也不例外。

四、光驱的维护

众所周知，光驱的部位最怕落灰尘的，那样可以导致光驱的识别光盘时的识别率下降，所以要保持光驱内部的整洁，否则灰尘过多，会影响光驱读取速度，同时也会加快电机的老化，对光驱造成损坏。当电脑散热不好时，电脑的主机就会发热，光驱在高温度下，直接影响它的运行速度，同时还有可能对激光头造成损坏。当你听到使用光驱时，噪音较大，可能是光盘没有放正，或者是位置歪了。

光驱弹出原理

光驱弹出原理

光驱弹出原理

光驱弹出原理是现代计算机领域中的重要技术之一。在计算机发展的早期阶段，光驱并不存在，取而代之的是软盘驱动器。然而，随着科技的飞速发展，软盘驱动器已经变得过时，并逐渐被光驱所取代。那么，光驱是如何实现弹出的呢？

光驱弹出原理的核心是通过电机驱动光盘托盘的机械结构实现的。当我们点击计算机或者光驱面板上的开关按钮时，信号通过电路传输到光驱的主控制芯片。主控芯片接收到信号后，会根据预设的程序控制电机的启动，进而推动光盘托盘弹出。

光驱的弹出过程中，最关键的是光盘托盘的移动。光盘托盘是由几个金属杠杆和齿轮组成的机械结构。当电机启动后，齿轮会开始旋转，并通过与杠杆连接的方式，将旋转运动转化为线性运动。这种机械设备的设计能够将电机的旋转力转化为向上或向下的线性推力。

在光盘托盘弹出的过程中，还需要有一个弹簧来提供额外的推力。弹簧会在电机推动托盘的同时，将托盘向外弹出。一旦托盘完全弹出，弹簧就会将托盘定位在适当的位置上，以方便用户放入或取出光盘。

当我们需要关闭光盘托盘时，只需要轻轻地将托盘推回光驱中即可。这时，电机会反向旋转，通过齿轮和杠杆的结构，将托盘缓慢而平稳地推回光驱内部。一旦托盘完全进入光驱，电机就会停止旋转，完成这个关闭托盘的过程。

整个光驱弹出的过程是由主控制芯片控制的。主控制芯片负责监测开关按钮的状态，并根据开关的信号来判断是弹出光盘还是关闭光盘。除此之外，光驱中还有其他电路和传感器，用于检测光盘托盘当前的位置和状态。这些电路和传感器与主控制芯片紧密配合，确保光盘托盘的弹出和关闭过程能够顺利进行。

总之，光驱弹出原理的核心是通过电机和机械结构来实现的。通过主控制芯片的控制，电机能够启动并推动光盘托盘的运动。在运动过程中，齿轮、杠杆和弹簧等装置能够将电机的旋转力转化为线性推力，并且保证光盘托盘能够稳定地弹出或关闭。虽然光驱的使用率在如今的计算机领域中逐渐下降，但了解光驱弹出原理有助于我们更好地理解计算机硬件的工作原理。在光驱弹出原理中，除了电机和机械结构的运作以外，还有一些其他的细节和技术需要被提及。

软盘驱动器基本结构及工作原理

软盘驱动器基本结构及工作原理

软盘驱动器基本结构及工作原理

一．软盘子系统及软盘结构

1．软盘子系统

软盘子系统由软盘、软驱和软盘控制器组成。软盘用来存储数据；软驱用作磁盘信息的读出和写入；软盘控制器是软驱和总线之间的接口。

2．软盘

1）软盘基本结构及分类

软盘由盘片和保护套两部分组成。盘片由聚酯膜作基底，表面涂一层磁性材料。靠磁性材料被不同方向的磁化方式来存储信息。

保护套起保护磁盘表面免划伤、防污染以及防止静电作用引起的数据丢失等。保护套与盘片间是一层柔软的衬里，衬里起清扫盘片的作用。

2）软盘数据的记录格式

软盘存放数据时，需要将软盘按一定的格式划分成若干个小区域。盘面划分成若干个同心圆，即磁道，每个磁道分割成若干扇区，每个扇区可存放一定字节的数据。为方便存取文件必须对扇区进行编号，这编号称为软盘地址。软盘地址由磁道号、面(头)号和扇区号三部分组成。

(1)面(磁头)号。0面对应00号磁头，1面对应01号磁头。

(2)磁道号。从软盘的最外侧00道开始，由外向里排列，3.5英寸高密软盘共80个磁道。 (3)扇区号。各个扇区的顺序号即为扇区号，尽管外磁道和内磁道的记录密度不同，但扇区数相同。3.5英寸高密软盘每个磁道有18个扇区。每个扇区512个字节，容量为2×80×18×512=1474560字节。

(4)簇。系统将扇区分组，构成簇(Cluster)。文件在软盘上以簇为单位存放，不以扇区为单位存放，这样可减少FAT的信息量。一个簇由2n(n=0、1、„、6)个扇区组成，一个簇含的扇区数与盘容量及FAT表的格式有关，2M以下的磁盘一个簇只有一个扇区。一个文件至少占一个簇。

软盘扇区格式如图6-3所示。每条磁道由前置区、区段区及后置区三部分组成，每个扇区都有识别标志(ID)字段、数据字段和两个间隙(GAP)。软盘的磁道号、磁头号、扇区号就记录在ID字段内。

CD-ROM驱动器

CD-ROM驱动器

CD-ROM驱动器

随着多媒体计算机的普及，软件越来越庞大，CD－ROM只读光盘驱动器已经成为个人计算机的标准配置。借助光盘驱动器，人们可以方便地获取、安 装软件，获得更多的信息，阅读声图并茂内容广泛的电子图书。给计算机装上CD－ROM驱动器，使计算机的使用更方便，功能更完善。

CD－ROM的标准与技术指标

CD－ROM盘不大，直径只有120mm，但存储着635MB的数据．数据被记录在不同长度的凹槽和凸起上。这是与软盘、硬盘记录数据的一个重要差 别，载有这些凹槽和凸起的螺旋达到了3英里长，整个盘片由1.6mm宽的磁道和1.0μm宽间距构成、头发丝直径那么一点距离就可容纳50道这样的螺旋。

人们有一个常常会弄错的事实，以为CD－ROM指的是光盘、影碟这些产品，其实CD－ROM是制造光盘影碟所必须遵守的一个标准，它是由菲力蒲和索尼 公司共同提出，并作为标准而开发产品的。现在所有CD－ROM盘都符合这个标准，任何光盘驱动器也只读得出符合CD－ROM标准的各种光盘。不过人们还是 习惯把光盘、影碟等产品称为CD－ROM，我们也尊从这一习惯。

CD－ROM盘中心有一个15mm直径的孔。盘片上真正存放数据的空间只有38mm宽。盘片外沿有一个1mm宽的无数据环，环绕中心孔的13.5mm内环也不存放任何数据。这种存放数据的宏观范围同软盘有相似之处。如图所示。

CD－ROM的标准

自从1982年 Philips和Sony公司共同推出了激光唱盘，通称CD（Compack

Disk）后，CD技术已经取得了巨大的发展和成功。它们相继制定了许多标准，以适应多媒体的各种应用。记载这些标准的文件分别用不同的颜色包装以示区别，所以称它们为“彩皮书”。

·红皮书

是为了存储数字式高保真音乐而制定的标准。这一标准也称为CD－DA（Compact Disk－Digital Audio）标准。其中规定了CD的尺寸、特性、编码、错误校正等。