CD-ROM读取能力探究 林颖 1998年 第15期 07版 #1　　光盘篇 #1　　一、光盘上信息（二进制数码）的存储与读取 　　我们先说光盘本身物理结构，从下至上（从正面到底面）是透明衬底（聚碳酸酯，折射率1.5左右）、反射层（黄皮书规范为铝质）、保护层（由多层不同材料复合）。 　　只读光盘（CD－ROM）的生产工序是制模、压片、镀铝、加保护层。光盘上表示信息的凹坑，都是在压片时由模具一次定型的，然后再喷镀铝层，使其表现为反射性质的差异。以下简单说明一下数据层（反射层）上信息的具体表示方法。 　　光盘的二进制数码表示方式称为通道位（Channel bits），即用凹坑的前、后沿表示二进制数“1”，用凹坑或非凹坑的长短来表示二进制数“0”的个数。一般来说激光头发出直径为0.8μm的聚焦光束沿光轨扫描，在反射层表面变成1.7μm直径的光束返回光学拾取头，每次在坑前沿扫过或在后沿扫过都产生1个二进制数码“1”，而在两次跳变的中间，电路自动计数无跳变的长度（以T=0.277μm为单位），以“T”的个数表示二进制数码“0”的个数（注意：并不是用凹凸坑分别代表0或1）。 　　在介绍了光盘上信息的存储方式后，我们接着讨论信息（二进制数码）由光头读出后逻辑电路的工作。 　　首先是EFM格式的解码操作。这由专门的逻辑芯片完成，然后要进行的就是相当关键的纠错过程，光盘及光学头在大气环境下没有纠错能力的话，极少的微尘就会使数据面目全非，甚至完全无法读取数据。 　　常见的检错纠错技术主要有三种： 　　1EDC检错，采用CRC码（只检测，不能纠正，常用于要求低的环境，如压缩文档的检错算法） 　　2ECC纠错，采用RS码（可检测，可纠正，用于较高要求环境，如在服务器内存上用ECC内存条，即是使用同一原理编码算法） 　　3CIRC码纠错，采用CIRC码（可检测，可纠正，可靠性很高，可用于关键事务服务系统，既有硬件实现也有软件应用。CIRC码可以看或是RS码的一种进化，即在RS编码后进行、交叉编码，进一步提高可靠性） 　　在CD－ROM上读出的数据要经过两级的纠错修正，以求尽可能高的容错性。具体说就是在EFM格式解码后的数据作第一次CIRC码纠错后，再做第二次的ECC纠错（RS码）。 　　由以上分析可知，光盘读错误的产生与这些因素有关：透明衬底缺陷、数据层（反射层）缺陷、保护层破损（间接）、光盘尺寸不规范、光轨或凹坑不合标准、传输格式不规范、EFM编码错、纠错编码信息错。 #1　　二、光盘各层介质的工作原理和保护方法 #1　　1.透明衬底（多为聚碳酸酯材料） 　　读取时激光头贴近透明衬底表面，激光在其中透射两次，因此最重要的是保持其透明均一。 　　光盘在使用过程中也会沾染上尘埃、汗渍，在沾染后可以用光学擦镜纸，对于较严重的，可以用CD清洁剂，喷上少许，用擦镜纸轻拭干净，也可用少许洗洁精溶于水，以擦镜纸轻拭，并晾干（不留水痕）。 　　至于划痕应极力避免。从经验上说径向划痕比同心圆状划痕好些，而外圈划痕比内圈要好些，因为一般来说光盘最常用的信息放在内圈，最内圈是光轨、目录、扇区等重要信息，一损全盘即废。 　　另外要注意的是不要把透明衬底面与有腐蚀性、粘性物质接触，如强力胶、胶纸、喷漆、强溶剂、有机涂料、记号墨水甚至橡皮擦等。 #1　　2.反射层（数据层，多为铝质，光盘的核心部分） 　　读取时，激光在此反射，这里的位置高低标记将转化为光信号的强弱长短，并转为电信号，最终形成可使用的信息。 　　挑选时要注意是否有可见的破损、不匀、皱折，这些均系制作缺陷。由于反射层系光盘中间层，受上、下拱卫，一般不会有后天损坏。要求较高的用户可将光盘在强光下迎光透射，如果无漏光或漏光极少就可满足反射层基本的反射率要求，如果有明显漏光成隐约透明状，不要冒险尝试（此法对有较厚油漆层之盘不适用），因为如果光盘反射率不足，光学拾取头收集反射光量不足，常会出现读出不畅的情况。 #1　　3.保护层 　　保护层可细分为三层，内层紧贴着数据面的一层喷镀铝膜，用以增强数据面反光率，并减少外层漏光产生的杂信号；中层是覆盖在铝膜上的一层塑料，只是起隔绝、防腐蚀的作用；外层是油漆层，有保护作用，但更多是一种标记、装潢之用。 　　保护层主要还是后天的保护，不要用脏、湿的手触摸，及时用软布擦拭，避免撞击或与硬物划擦。 #1　　4.尺寸标准 　　光盘的尺寸标准是直径120mm（4.72英寸）；中心装卡孔15mm；厚度1.2mm；反射层内径33mm；外径116mm；保护层中镀铝底膜内径26mm，外径117mm；衬底的材料为聚碳酸酯，折射率1.55；总质量为14～18g。标准与CD－DA（Compact Disk－Digital Audio）相同。 　　对于盘片非圆、盘心不正、盘面不平、太薄、太窄等问题，不可等闲视之。虽然每个光驱对少量几何不规范都有智能修正，但毕竟有限。肉眼可发现的几何缺陷大都有可能损害光驱，即使勉强可以读取，也会使服务系统处于异常负荷下，光驱寿命也可想而知。 #1　　光驱篇 　　光驱本身是光盘读取的另一硬件基础。 　　光驱大致可分为三个部分：光学部分、解码电路、服务系统。其中对光盘读取密切有关的几个小部分有光学部分光头，服务系统中的自动聚焦和轨道跟踪服务系统。 　　下面根据光驱的结构分别介绍可能出现的问题及解决办法。 #1　　1.光学部件（一般可称作光学头、激光头、光学拾取头等） 　　这是外露的易损件，有一定的使用寿命，在使用相当时间后，光学头会缓慢老化，表现为读取能力日趋下降，直至不能读取。 　　保护的方法主要是除尘，最好是定期的吹除（用吹除光学镜头的橡皮球），但不能用嘴直接去吹（呼出气体含大量水蒸汽）。简易的办法是买一张CD清洁盘（CD大小，上有一片软刷毛），每隔一段时间放入播放，即可自动清除。以上两种方法可用于定期维护，对严重沾染的光学头用处不大。 　　对于严重沾染的光学头，以专用清洁剂清洗，不可直接用含水清洁剂。因为光学头上涂有一层增透膜（成份以氟化镁居多），氟化镁有溶水性，吸水膨胀可能产生结构损坏，而潮湿时镜头上甚至可能沾上霉菌。 　　切忌以液态水和有机强溶剂清洗，前者会损坏增透膜，后者会损光学头内部的结构（光学头大多是粘合成，不只工艺方便，也可用几种不同折射率的光学材料组合来达到设置理想的光学性能，这些粘合剂大多可溶于有机强溶剂），并注意不在表面留下划痕。 #1　　2.解码电路 　　这里包括光电转换元件、解码芯片等，它们负责把激光头读取的光信号，转换为模拟脉冲的电平信号，再把电平信号转化为数字脉冲信号，以及参与以后的格式化、输送入PC接口总线。这一部分集成度高（光电转换常与光学头集成一体，解码芯片是几片复杂的集成电路）、结构复杂、没有什么物理损耗（模拟电路部分的电学性能漂移可以忽略不计），这部分出毛病极为罕见，一旦出现在一般条件下也无法修复。 #1　　3.服务系统 　　包括逻辑控制与调整部分（软件部分，包括固化在逻辑芯片中的软件，与驱动程序中的判断、控制、调整功能）控制光头移动、光盘转动，比如说高速寻道能力、高速转动下定位、变速转变（恒线速方式），发现小范围偏心的修正，在对划痕跟踪光轨时，无法克服划痕影响则略去并重跟踪，发现小角度的盘面不平则调整激光出射角，不易读取的地方自动降速，反射率低的地方自动加大功率等。在光驱的先天各因素中，一个智能的逻辑控制系统对读取能力的影响是最大的。可惜这部分不像寻道时间、传输速率那样有一个量化的标准，不好比较。 　　服务系统的另一部分是机械动作部分，主要由形形色色的电机、弹簧、压片、齿轮等等组成。对于机械部分的各元件我们不必作深入了解，只说说它最容易出毛病的几个地方。 #1　　·压片装置 　　光盘放在光驱托架上送入后，下方转动电机转动轴头部上升，并指向光盘的中心，顶起光盘，光盘上方有一圆环状塑料片在其更上方的橡皮碗（或弹簧圈或弹性金属片），挤压下限制光盘向上，而电机轴头部继续上升，从光盘中央圆孔穿入，自动卡紧光盘，即可带动高速旋转。光盘上方的环状片及弹性装置即为压片装置，其工艺非常简单，不易出错，但弹性装置在使用一段时间后可能老化，弹力不足，不能施加足够的挤压力，致使光盘没卡上或卡不紧；另外出问题也可能是某些光盘做工不好，中央环圈太薄，卡入转动轴头部后，还可小范围晃动。当光盘放入后有异常转动声或擦刮声，均有以上可能（应先排除光盘尺寸不规范如偏心、凹凸、不圆等因素）。解决方法分别为检查弹力装置，适当加厚光盘中央环圈。 #1　　·旋转电机 　　一般很少出故障，如有故障大多是电流过大而被烧坏，日常维护可以每半年或一年加润滑油少量，尤其在听到干涩的转动声时应注意这点。 #1　　·托架的进、退电机 　　早期光驱上常见进、退卡死，近来已极为罕见。一般是由于某弹簧片失效或转动齿轮缺乏润滑阻力太大，可加少许润滑油。 　　其他装置如托架也与光盘读取有一定关系，如沾有较多灰尘则容易划伤光盘。 #1　　驱动程序篇 　　驱动程序的选择与光盘读取能力也是密切相关的，驱动程序可部分提高光盘的读取能力。 　　驱动程序有两种，一种是光驱自带的，一种是例如Microsoft的MSCDEX.EXE，两者要相配合才能读取光盘。但与读取能力密切相关的是光驱自带的驱动程序，它们是真正实际操纵硬件，对异常事件的中断、逻辑、判别、处理的序列流程进行控制，而且每个厂家都有独到之处，对各自硬件也有独特优化，这方面可以仔细搭配，为你的光驱寻找最佳伴侣。 　　搭配应遵循以下原则： 　　1.AT接口、SCSI接口各自同类之间兼容性很差；它们与IDE接口之间完全不兼容的。 　　2.所谓兼容驱动程序是对同为IDE接口的光驱而言的，而且IDE光驱之中也有些品牌兼容性不好，必须用自带的驱动程序不可。 　　3.不要在高速光驱上用低速光驱的驱动程序，以免性能下降。 　　4.各驱动程序各有侧重，有的重视读盘能力，有的重视性能。如果同一驱动程序中二者不可兼得，可以两个不同配置（CONFIG.SYS），来适应不同要求。 　　5.要注意Windows95下驱动程序的兼容性。 　　另外说一下，Windows95 OSR2版本的32位光驱驱动程序，读盘不错，性能上佳，可以一试。