الدرس السابع عشر : بنية أقراص CD-ROM

سنتعرف بالتفصيل على المكونات العامة للأقراص :

اللاقط الضوئي :

يقوم اللاقط الضوئي بتحويل المعلومات المخزنة ضوئياً على القرص الليزري إلى إشارات إلكترونية من خلال إرسال شعاع ليزري إلى القرص ثم فحص الشعاع المنعكس العائد من القرص.

المعلومات تسجل على CD-ROM بشكل حفر أو سطوح ، وبالتالي يقرأ الشعاع المنعكس من الحفر أو السطوح من قبل ثنائيات ضوئية تميز فرق كثافة الشعاع المنعكس وتحولها إشارات إلكترونية.

تستخدم مشغلات CD-ROM ليزر منخفض الجهد مولد من أنصاف النواقل يدعى ليزر أنصاف النواقل إذ يعطي شعاعاً ضوئياً يستخدم لقراءة المعطيات من سطح القرص والمشغل الليزري يحوي قفل سلامة بحيث يوقف الشعاع الليزري عند فتح باب المشغل.


بالإضافة لمولد الشعاع الليزري يوجد نظام ضوئي معقد مهمته تغير خواص الشعاع الليزري لقراءة المعطيات بشكل مناسب وإبقاء البقعة الليزرية عمودية التركيز ومتسارعة على المسار.

بعد توليد الشعاع الليزري يتوجه أولاً عبر صفيحة شبكية محززة تشكل هذه الصفيحة من الشعاع الليزري شعاعين جانبيين نتيجة انقسام الشعاع الليزري الأصلي بالإضافة إلى المحافظة على الشعاع الليزري الأصلي مما ينتج شعاعاً ثالثاً مقطباً.

بعد عملية التجزئة يصل الضوء إلى عدسة تواز تجعل الشعاعين متوازيين تماماً بعدها يصادف الشعاع المقطب والذي يسمح للشعاع القادم إليه بالمرور عبره إلى القرص ولكن يمنع الشعاع المنعكس من القرص إلى الثنائي الضوئي.

بعدها يمر الشعاع على لوحة تربيع طول الموجة التي تزيح طور الشعاع بزاوية 90 درجة مئوية وبما أن الشعاع المنعكس من القرص سيمر على الصفيحة فهذا يعني أن طول الشعاع سيزاح بزاوية مقدارها 90 درجة مئوية ، أي ستصبح زاوية الإزاحة الكلية 180 درجة مئوية وسيغدو الشعاع مطبقاً عمودياً وبمرور الشعاع في طريقة عودته على لوحة فاصل الضوء المقطب فإنها لن تسمح بمروره لأنه مقطب عمودياً يصل الضوء إلى عدسات التوجيه حيث تقوم بتركيز الضوء بالصغر الكافي لقراءة الحفر والسطوح.

إن أي أغبره أو أوساخ تتوضع في طريق الشعاع الليزري سوف تعطي ظلاً أكبر من حجمها بستة أضعاف مما يعني أن أي أوساخ أصغر من نصف ملم تؤثر على الشعاع الليزري أو تسبب مشاكل بالقراءة بعد وصول الشعاع الليزري إلى سطح القرص سيصطدم حفرة أو سطح و سينعكس ويعود عبر عدسات التوجيه وعبر صفحة تربيع طول الموجة ولن يمر عبر فاصل الشعاع المقطب لذلك سينعكس من عليه إلى عدسة محدبة ومنها إلى عدسة أسطوانية تستخدم العدستان السابقتان بالإضافة إلى عدسات التوجيه لإصلاح الانزياح الحاصل في بقعة الضوء على سطح القرص.

يتراوح مجال تركيز اللاقط الضوئي بحوالي 4 ميكرومتر وعلى هذا فإن أي اهتزاز على سطح القرص سيسبب أخطاء. إن إدخال القرص وإغلاق المشغل وتثبيب قاعدة القرص تجهيزاً للدوران ينشئ اهتزازاً كبيراً يتراوح بين 1200 – 1555 ميكرومتر لذلك يستخدم في CD-ROM نظام ملاحقة تصحيح التركيز آلياً ويوجد هناك مشكلة أخرى يقوم نظام اللاقط الضوئي وهي أخطاء المسارات الزاوية ، إذ تنظم الحفر والسطوح على سطح القرص ضمن مسارات الزاوية بعرض للحفرة مسار ، 50 ميكرومتر وببعد للمسارات الحلزونية مقداره 10,6 ميكرومتر وبما أن هذه المسافات صغيرة جداً واحتمالات التأرجح كبيرة حيث تصل أحياناً إلى 300 ميكرومتر لذلك يتم تصحيح المسار عن طريق نظام الملاحقة للحفاظ على شعاع الليزر فوق المسار.



السرعة الخطية الثابتة:

تم تصميم أوساط التخزين المغناطيسية لتدور بسرعة زاوية ثابتة ( CAV ) وذلك عائد إلى طبيعة المسارات الدائرية للأقراص الصلبة أما في أقراص CD-ROM فإن القرص يدور بسرعة خطية ثابتة (CAV ) لأن المسار عبارة عن حلزون ، هذا يعني أن سرعة محرك القرص تختلف اعتماداً على موضع اللاقط الضوئي ولتثبيت سرعة قراءة المعلومات المتعلقة بسرعتين هما سرعة دوران القرص واللاقط الضوئي الخطية إن سرعة وحدة اللاقط الضوئي إن السرعة النسبية بين القرص و اللاقط الضوئي تتغير اعتمادً على البعد الزاوي عن مركزالقرص .

يمكن العبير عن ذلك بعلاقة V=WR حيث V : هي السرعة الخطية أو سرعة القرص تحت اللاقط الضوئي و W : هي السرعة الزاوية أو سرعة المحرك القرص و R : هي البعد عن مركز القرص في نظام CLV عند تزايد نصف القطر R (أي تحرك اللاقط الضوئي من المركز نحو الحواف) ينبغي إنقاص سرعة محرك القرص W لإبقاء السرعة الخطية ثابتة V بين القرص واللاقط الضوئي .

إن كثافة المعلومات متساوية في أي موضع على القرص CD-ROM يوجد سيئة للنظام CLV وهي عند قراءة المعلومات المخزنة فإن على سرعة محرك للقرص الثابتة أن تتغير مما يسبب بطئاً ، لأن عمليات البحث والانتقال من مكان لآخر على القرص يتطلب زمناً لتعديل سرعة محرك القرص إذا السرعة الزاوية تتغير من المركز إلى الحواف .

يقوم نظام الملاحظة الإلكتروني بالتحكم بسرعة القرص وهو يسمح للمعطيات المقرؤة من القرص بالدخول إلى الذاكرة الوسيطية بنفس السرعة التي يقرأ اللاقط الضوئي بها هذه المعطيات بعد ذلك تخرج المعطيات من الذاكرة الوسيطية بمعدل 4,32 ميغابايت بالثانية ويستخدم في تحقيق هذه النسبة هزاز كريستالي لتوليد نبضات الساعة اللازمة لعمليات التواقت ( التزامن) وقد صممت الذاكرة الوسيطية لتمتلئ دوماً بنسبة 50% أثناء عملية دخول المعطيات وخروجها.

فإذا فرغ جزء منها سترسل إشارة إلى محرك الدوران ليزيد من سرعته الزاوية حتى تمتلئ الذاكرة الوسيطية بالمعطيات بنسبة 50% من جديد أما إذا امتلأت الذاكرة الوسيطية بالمعطيات بنسبة أكبر من 50% فسيبطأ المحرك سرعته حتى تعود الذاكرة الوسيطية إلى وضعها المطلوب . تنظم البيانات على أقراص CD-ROM ضمن كتل تتألف كل واحدة منها من 12 بايت من معلومات التزامن المخصصة لتعريف الكتلة و 4 بايتات مخصصة لعنوان الكتلة و 2048 بايتاً مخصصة للبيانات و 288 بايتاً لكشف الخطأ وتصحيحه.