dischi ottici - IIS Euganeo di Este

Autore:
Michele NASO
Classe:
QUINTA INFORMATICA (5IA)
Anno scolastico:
2005/2006
Scuola:
Itis Euganeo
DISCHI OTTICI
Approfondimento
sulla tematica dei dischi ottici
con particolare riferimento ai CD e DVD.
Dischi ottici
Storia del CD (Compact Disc)
Negli ultimi anni lo sviluppo della tecnologia opto-elettronica ha portato a forme di diffusione
dell'informazione alternative a quelle tradizionali di tipo eletrro- magnetico.Un protagonista di
questo rinnovamento è stato il CD-ROM che si è imposto soprattutto per la grande capacità
d’immagazzinamento dei dati: ogni minuto d’audio contiene circa 10 MB di dati. L'industria dei
compact disc, (il termine inglese disc è impiegato con riferimento ai dischi magneto-ottici mentre il
termine disk è usato per i dischi di tipo magnetico), frutto degli studi della Philips e della Sony,ha
portato alla definizione dello standard Compact Disc Digital Audio, (CD-A), descritto nel Red
Book.
I CD audio furono pensati per memorizzare fino a 74 minuti, attualmente si arriva fino a 80
minuti, di audio ad elevata qualità e in formato digitale. Insieme ai CD furono sviluppate tecniche
per la codifica delle informazioni audio e video come l’MPEG-1 e l’MPEG-2 (motion picture
experts group).
Il successivo sviluppo d’altri standard per l'archiviazione dei dati vide la nascita di quattro nuovi
volumi comprendenti le relative prescrizioni tecniche: nacquero così il Green Book, lo Yellow
Book e l'Orange Book (tali nomi furono dati in base al colore della rilegatura dei libri stessi).
Ogni volume contiene la descrizione del formato fisico, delle informazioni registrate sul CD-ROM,
la capacità, le dimensioni, l'organizzazione e la disposizione dei dati nel supporto.
Il Red Book è lo standard padre di tutti i CD-ROM, ma si limita solamente alla definizione delle
tracce per la registrazione dell’audio; lo Yellow Book aggiunge alle specifiche del Red Book due
nuove tipologie di tracce: una per la registrazione di dati informatici e l'altra per archiviare aud io e
video compressi; il Green Book, si occupa prevalentemente dei CD-I (Compact Disc - Interactive),
una sorta di videoregistratore interattivo in cui è possibile caricare videogiochi, film in digitale, ma
anche audio; l'Orange Book introduce le specifiche dei CD-E (CD Eraseble). La tecnologia
distruttiva dei CD-E consente circa 1000 cicli di cancellazione/scrittura, infine abbiamo il White
Book che prescrive il formato dei DVD.
Supporti ottici per la memorizzazione dei dati
I dischi ottici utilizzano principi ottici, al posto di quelli magnetici, per la registrazione e la
rilevazione dei bit.
I dischi possono essere:
• CD-ROM
• CD-R (recordable) detti anche WORM (Write one –read multiple)
• CD-RW (Re-writable)
CD-ROM
Nei CD-ROM i dati sono memorizzati in una traccia a forma di spirale, come nei dischi in vinile,
che parte dal centro e termina nella parte più esterna. Per lo standard la capacità massima del CD è
di 650 MB o di 74 minuti.
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Figura 1
Il compact disc ha un diametro di 120 mm e uno spessore di 1,2 mm. Il foro centrale ha un diametro
di 15 mm.
Il disco è realizzato in policarbonato,vedi figura 1. I dati sono incisi su un sottile strato d’alluminio
riflettente che consente al laser del lettore CD di rilevare le informazioni in esso contenute.Per
evitare danni al disco, sulla superficie metallica è applicata una vernice protettiva. I dati sono
memorizzati in blocchi costituiti da pit (fori) e da land (spazi fra i fori).
La produzione di un CD implica tre fasi:pre- mastering, mastering e replication.
1. Pre-mastering: consiste nel creare la struttura logica del compact disc, nel formattare i file
da memorizzare secondo gli standard industriali ,(ISO 9660, Joliet, HFS, …), e nella
creazione del file immagine al quale sono aggiunte le informazioni di sincronizzazione
delle informazioni, i codici di correzione degli errori e l’header del CD.
2. Mastering: consiste nella creazione del glass master o disco padre contenente il file
immagine.
3. Replication: consiste nella creazione del disco madre ossia la copia speculare del disco
padre. Dal disco madre si ottengono i dischi figli.
Il compact disco è letto con un piccolo laser all’arseniuro di gallio che tramite un complesso di
lenti focalizza il raggio laser sulla spirale contenente il blocco dei pit. Quando il laser colpisce un
pit è diffratto invece quando colpisce un land è riflesso e la sua intensità è misurata da un fotorilevatore. I pit hanno una larghezza di circa 0,6 micron e una profondità di 0,12 micron. La
lunghezza dei pit e dei land varia da 0,833 a 3,56 micron. Sia un pit e sia un land codificano lo zero
logico mentre una transizione land-pit oppure una transizione pit- land codificano un uno logico.
L’insieme dei pit e dei land che rappresentano i bit sono chiamati channel bit. La lunghezza dei pit e
dei land indicano il numero degli zeri. Con la codifica utilizzata per rappresentare le informazioni
non è possibile rappresentare più bit di valore uno consecutivi, per questo un byte non è
rappresentato da otto channel bit ma da 16 channel bit. Il processo di codifica da 8 bit a 16 bit e
viceversa viene detto EFM:eight to fourteen modulation. Un ulteriore problema si ha quando un
byte termina con un uno ed il successivo inizia con un uno, il laser potrebbe non distinguere
correttamente i valori, per questo si utilizzano tre bit d’unione. In conclusione un carattere è
rappresentato con : 14+3=17 channel bit.
La superficie del disco viene divisa in 3 aree principali:
• Lead- in che contiene informazioni utili per la sincronizzazione (PCA=program calibration
area) prima di cominciare a leggere i dati e la TOC (Table of contents) ossia l’elenco delle
tracce e la relativa posizione espressa in mm:ss:settori. (minuti,secondi e settori).
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•
•
L’area dati,PMA (program memory area), può essere organizzata in un massimo di 99 tracce
ognuna della quali deve avere una durata di non meno di 4 secondi e deve essere separata
dalla successiva da una pausa di 2 secondi.
Lead Out:Contiene il silenzio
Lead-in (00)
Traccia 01
01=00:02:00
02=11:50:40
03=23:40:73
AA:35:57:74
Traccia 02 Traccia 03
Lead-out (AA)
Figura 2-organizzazione di un CD-A
Dalla figura 2 rileviamo che la prima traccia inizia dopo 2 secondi.
L’unità fondamentale di memorizzazione è la “frame” che è formata da 24 byte d’utente. L’insieme
di 98 frame costituisce un settore. Una frame è composta oltre dai dati d’utente anche da otto byte
per la rilevazione e correzione degli errori e da un blocco di sincronizzazione. In una frame
abbiamo pertanto:
• Un blocco di sincronizzazione
24+3
channel bit
• Un codice di subchannel
14+3
channel bit
• Dati utenti
24* (14+3) channel bit
• Codice per il rilevamento e correzione degli errori 8* (14+3)
channel bit
Per un totale di 588 channel bit.
0
1
.
98 Frame = 1 Blocco
.
98*24=2352 byte di dati utenti
97
Figura 3- Blocco o settore
Sync 3B
Sub Code
da P a W
1B
DATI 24B
Controllo 8B
Figura 4-Frame di un CD-A
I sub-code sono dei codici utilizzati dai lettori di CD-audio
• P indica l’inizio e la fine di ogni traccia
• Q indica la posizione espressa in minuti:secondi:frame della TOC nella Lead-in
• da R a W sono dei sub-code per i CD grafici (CD-G) e per i CD-TEXT
CD-ROM dati e settori
I dati memorizzati su CD-ROM sono organizzati in settori che equivalgono alle frame dei CD
audio. A velocità normale (1X) sono letti 75 settori il secondo. Ad una velocità doppia (2X) sono
letti 150 settori il secondo e così via. Attualmente i settori vengono letti ad una velocità superiore ai
50X. Ci sono due tipi di specifiche per i settori
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1. Il modo uno
2. Il modo due
Il modo uno è utilizzato per memorizzare dati in un computer e consta di un solo formato strutturato
nei seguenti campi:
• Sync (12 bytes) utilizzati dal lettore per identificare l’inizio d’ogni settore
• Header (4 bytes) che indicano la posizione del settore espressa in minuti, secondi e settore e
modo che ha valore 1
• 2048 di dati utente
• ECC (error correction code-276 byte)
• EDC (error detection code-4 bytes) per trovare gli errori che devono essere corretti.
L’organizzazione dei settori in base al modo uno è la più semplice ed è utilizzata dai CD-ROM che
fanno riferimento al libro giallo
12B
4B
2048B
Sync
Header
Dati
utente
4B
EDC
8B
Non
utilizzati
276B
ECC
Figura 5 Modo 1
Il modo due è utilizzato dai formati basati dei CD-ROM XA (eXtended Architecture) per consentire
la memorizzazione di audio e altri tipi di dati (in modo interleaved) in modo da poter leggere
simultaneamente i due tipi di dati. I CD-XA possono avere due formati: formato uno e formato due.
Mentre il formato uno ha una sola modalità di organizzazione dei dati il formato due ha due
modalità chiamate formato 1 e formato 2.
Nel modo due formato 1 i settori contengono 2048 byte con lo stesso ECC come nel modo uno.
Nel formato due del modo due i settori contengono 2324 byte di dati utenti con nessun ECC.
I settori nel modo due sono organizzati in accordo ai seguenti campi:
• Sync (12 bytes) utilizzati dal lettore per identificare l’inizio di ogni settore
• Header (4 bytes) che indicano la posizione del settore espressa in minuti, secondi, il settore
ed il modo (=1)
• Subheader (8 bytes) contiene parametri che identificano il tipo di dato.
• ECC (error correction code-276 byte)
• EDC (error detection Code-4 bytes) per trovare gli errori che devono essere corretti.
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12B
Sync
4B
Header
8B Subheader
12B
Sync
4B
8B
Header
Subheader
2048B Dati utente
2324B Dati utente
4B
EDC
276
4B
ECC
EDC
Figura 6-Modo 2 formato 1 e formato
I settori nel modo uno ed nel modo due formato uno hanno la stessa dimensione ed utilizzano la
stessa tecnica di correzione ,l’unica differenza è data dalla presenza del subheader nel modo 2
formato 1. I settori organizzati secondo il formato 2 del modo2 non utilizzano algoritmi di
correzione per cui la capacità di un settore è di 2352 byte. Quest’ultimo modo ed è utilizzato nei
CD-Video.
La capacità di un CD-ROM dipende dal tipo di organizzazione adottato per i settori. Assumendo la
massima dimensione raccomandata e cioè 74 minuti, abbiamo 74*60*75=333.000 settori Nel modo
1 un settore contiene 2048 byte per cui la massima capacità è di circa 650 MB considerando
1M=2^20=1.048.576. Per il modo 2 un settore può contenere 2048 byte per il formato 1 oppure
2324 byte per il formato 2:con il formato 2 abbiamo una capacità maggiore dei 650 MB del formato
1.
Come vedremo queste capacità valgono per una singola traccia in una singola sessione. Per tracce
/sessioni multiple la capacità sarà ridotta.Vedi tabella 1
Parametri
CD-ROM
Tipo di modo
del settore
Dati utente
1
1
2
2048
2048
2324
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CD ROM XA
Commenti
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Parametri
CD-ROM
CD ROM XA
Commenti
ECC & EDC
ECC + EDC
ECC + EDC
EDC
Velocità
150 KB/sec
150 KB/sec
172 KB/sec
Capacità in MB
650
650
>650
Dimensione del
settore in B
Velocità di
trasferimento
Settori al
secondo
2352
2352
2352
1,41 Mbit/sec
1,41 Mbit/sec
1,41 Mbit/sec
75
75
75
a 1X
a 1X
Tabella 1
Formati per i CD-ROM
Formati CD-ROM
Compact Disc
CD Audio
CD ROM
PC,Games
CD-G & CD Text
CD Extra
CD ROM XA
CD-I Bridge
CD-I
Video CD
Photo CD
Figura 7
Il CD-A (CD-audio) fu il primo formato che è stato definito, e utilizzato sia nei lettore CD dei
impianti hi- fi e sia nei lettori CD, dei personal computer disponibili, sul mercato. Questo formato
può contenere fino a 74 minuti d’audio stereo ad alta qualità (16 bit, 44,1KHz) e può contenere fino
a 99 tracce.
Per i CD-ROM oltre al formato audio sono stati definiti formati per applicazioni e necessità diverse
La tabella 2 riassume i principali formati:
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File system
Modo
d’organizzazione
dei settori
Commento
CD-Interactive
ISO 9660
1
Formato multimedia
CD-ROM XA
ISO 9660
2
Formato multimedia
CD-I Bridge
ISO 9660
2
Formato multimedia
PHOTO CD
ISO 9660
2
CD-I Formato bridge
Video CD
ISO 9660
2
CD-I Formato bridge
CD-EXTRA
ISO 9660
2
Formato misto Audio/data
Formato
Tabella 1
Alcune applicazione tipiche che utilizzano come supporto i CD sono:
• Data base per professionisti come medici e avvocati per contenere codici, leggi , prontuari
medici e così via.
• Elenchi telefonici, pagine gialle, cataloghi contenenti testo ed immagini
• Enciclopedie multimediali contenente testo, foto, grafici, audio e video
• Giochi che sono diventati le applicazioni più diffuse
• Contenitori di software e browser per collegarsi in Internet forniti dagli ISP (Internet service
provider)
• Software per computer
• Video CD molto diffusi in Cina ma non in Europa e in America.
I principali formati utilizzati sono:
CD-I
Acronimo di CD interactive, definito nel green book, è utilizzato per consentire l’esecuzione
d’applicazioni multimediali interattive tramite PC. Particolarmente adatto per animazioni in tempo
reale, video e audio. Attualmente è utilizzato per applicazioni di tipo CBT (Computer based
training). I CD-I utilizzano l’organizzazione dei settori in accordo al modo 2. Ogni settore contiene
dati di un solo tipo:come audio, video e così via.
CD-ROM XA
I CD-ROM XA (extended architecture) utilizzano come tipologia per i settori, il modo due ed è
stato progettato per consentire la lettura simultanea dei dati e dell’audio. Questo formato evita di
caricare prima le immagini e solo dopo suonare le tracce audio. Le specifiche del CD-ROM XA
definiscono vari tipi di formati audio e grafici. Il suddetto formato non ha avuto molto successo ma
ci sono tre formati importanti basati su di esso: PHOTO-CD, VIDEO-CD e CD-EXTRA.
CD-I BRIDGE
I CD-I bridge adoperano un formato che è leggibile sia dal lettore CD degli hi- fi e sia dai lettori CD
dei computer. Appartengono alla suddetta categoria i seguenti formati:
• Photo-CD per archiviare foto con una risoluzione visualizzabile e stampabile con un PC
• Video-CD consentono di memorizzare filmati fino a 74 minuti in formato compresso
MPEG-1
• Super Video CD offre una qualità superiore alla precedente ed utilizzano il formato
compresso MPEG-2
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CD-EXTRA
I CD-Extra sono leggibili da una gran varietà di hardware comprendente i PC in ambiente Windows
e i Macintosh. I suddetti CD contengono due sessioni. La prima sessione ha 98 tracce audio e la
seconda sessione contiene una traccia dati.
Questo tipo di CD ha il vantaggio che i dati audio sono resi direttamente udibili con l’aiuto di cuffie
o d’altoparlanti senza la necessità di una scheda audio. Un problema si ha con i vecchi lettori CD
che occasionalmente provano ad eseguire la traccia dati come informazioni audio, il che provoca
rumori fastidiosi e se il livello sonoro è molto alto la distruzione degli altoparlanti. Il problema è
risolto dagli Enhanced Music CD. Detti CD sono una combinazione di un CD audio nella prima
sessione e un CD-ROM nella seconda. IL CD-ROM deve contenere una directory definita secondo
lo standard ISO 9660 e certi file specifici come:
L’AUTRUN.INF che si deve trovare nella directory radice in accordo con le specifiche d’autoplay
di Windows.
• Una directory di nome CDPLUS che contiene informazioni generali e file di tipo MIDI.
• Una directory di nome PICTURES che contiene immagini in formato MPEG e in altri
formati
• Una directory opzionale di nome DATA che contiene file addizionali dipendenti dal tipo
d’applicazione.
Questo tipo di CD è detto anche CD Plus.
File system ISO 9660
Prima che fosse stato approvato lo standard ISO 9660 i CD-ROM potevano essere letti da tutti i
drive per CD-ROM, ma, purtroppo i drive non erano supportatati dai sistemi operativi esistenti. Gli
sviluppatori di software dovevano conoscere,pertanto, come i vari sistemi operativi gestivano i
drive dei CD-ROM perché dovevano fornire oltre all’applicazione anche i driver per ogni sistema
operativo. Per risolvere il problema le aziende elettroniche ed informatiche costituirono un
consorzio chiamato High Sierra Group (HSG),dal nome dell’albergo situato nel lago di Thahoe nel
Nevada. L’HSG aveva l’obiettivo di dare origine ad uno standard per lo scambio di dati tra
computer utilizzando un software standard. Il risultato fu la nascita di un formato comune chiamato
High Sierra, che fu proposto a ISO nel maggio del 1986 e che dopo discussioni e piccoli
cambiamenti lo pubblicò nell’aprile del 1988 con la raccomandazione ISO 9660. Nel periodo
compreso tra la presentazione della proposta e l’approvazione, le aziende utilizzarono il formato
High Sierra incompatibile con lo standard ISO 9660.
ISO 9660 è un file system quindi rappresenta un modo di organizzazione e di individuazione dei
file in una struttura, come la FAT (file allocation table) di MS-DOS, HFS (Hierarchical file system)
di Macintosh, il file system di Unix e così via.
Il file system ISO 9660 è stato progettato per essere indipendente dalle piattaforme hardware e
software esistenti e per essere a sola lettura. ISO 9660 include le direttive necessarie per dialogare
con i file system dei più diffusi sistemi operativi.
Il file system consta di tre parti principali:
1. I descrittori di volume
2. La struttura delle directory
3. La path table
I descrittori di volume
Esistono quattro tipi di descrittori di volume e precisamente:
1. Il descrittore principale del volume
2. Il boot record
3. Il descrittore secondario del volume
4. Il descrittore della partizione del volume
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Il descrittore principale di volume è l'unico che è sempre utilizzato. Le informazioni più importanti
in esso contenute sono:
• Un identificatore standard che deve essere “CD001” che informa il sistema operativo che il
disco usa il formato ISO 9660 per distinguerlo da altri formati come l’High Sierra che ha
come identificatore standard “CD-I”
• L’identificatore di volume che indica il nome assegnato al volume,può avere al massimo 31
caratteri appartenente all’insieme detto caratteri-d ossia le lettere dell’alfabeto americano
maiuscole,le cifre decimali e l’underscore.
• La dimensione del volume espressa in blocchi logici
• La dimensione del blocco logico che rappresenta la quantità di informazione minima allocata
nel volume che solitamente coincide con la dimensione di un settore che è paria a 2048 byte.
• La posizione della root directory, necessaria al sistema operativo per localizzare e leggere la
directory di partenza.
Il boot record può essere usato da quei sistemi che effettuano delle inizializzazione prima di
accedere al volume. Lo standard non specifica il tipo di informazione che devono essere contenute
nel boot record e come devono essere usate.
Il descrittore secondario di volume identifica l’utilizzo di un set di carattere alternativo a quello
prefissato (ISO 646) per identificare gli oggetti all’interno del file system.
Il descrittore delle partizioni di volume è usato quando il volume è diviso in partizioni più piccole
anche se lo standard non dice come questo deve essere fatto.
La struttura delle directory
ISO 9660 ha un’organizzazione ad albero invertito delle directory simile ai moderni file system. In
alto abbiamo la Root Directory (Cartella radice) la cui posizione è indicata nel descrittore principale
di volume. Il numero massimo di livelli consentiti è otto. La root directory è al livello uno. Gli
identificatori dei file sono costituiti di cinque parti:
1. Il nome del file formato da caratteri appartenenti all’insieme dei caratteri-d
2. Il separatore “.”
3. L’estensione del file formata da sequenze di caratteri appartenenti all’insieme dei caratteri-d
4. Il separatore “;”
5. Numero di versione del file
La somma della lunghezza del nome del file e della lunghezza dell’estensione non può superare i 30
caratteri.Le directory hanno solo il nome
Il massimo numero di caratteri permesso per indicare un percorso completo (path name) per
localizzare un file all’interno della struttura è 255 caratteri
Lo standard specifica anche l’ordine di memorizzazione degli identificatori dei file.
L’ordinamento dei file avviene nel seguente modo:
1. Si ordinano in modo ascendente (nel senso del codice ASCII) i nomi dei file dopo averli
portati alla medesima lunghezza. I nomi più corti sono riempiti con spazi
2. Si ordinano in modo ascendente le estensioni dopo averle portate alla medesima lunghezza
riempiendo le estensioni più corte con spazi .
3. Si ordinano in modo decrescente il numero delle versioni .
La path table
La tabella delle traiettorie indica al sistema operativo la posizione nel volume del percorso
completo di un qualsiasi file con lo scopo di ridurre il tempo di ricerca.
Se non ci fosse la path table il sistema operativo dovrebbe leggere tutte le directory prima di
conoscere la posizione del file selezionato.Supponendo che il percorso per raggiungere un file sia
“\pippo\paperino \ miofile.mio”, se il sistema non utilizzasse la path table dovrebbe prima leggere la
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“root”, (directory radice) per ricavare la posizione delle directory “pippo”, quindi leggere la
directory “pippo” per ricavare la posizione della directory “paperino” e finalmente leggendo la
directory “paperino” ricaverebbe la posizione di “miofile.mio”. Invece con l’ausilio della path table
il sistema rileva la posizione delle directory “paperino”, la legge e trova la posizione di
“miofile.mio”.
Livelli di scambio
Lo standard definisce tre livelli nidificati di scambio relativi alla lunghezza degli identificatori dei
file e alla modalità di memorizzazione dei file e cioè se i settori contenenti il file sono allocati in
modo contiguo oppure no.
Livello uno
• Ogni file deve essere memorizzato in modo contiguo
• Il nome non può avere una lunghezza maggiore di otto caratteri appartenenti all’insieme dei
caratteri-d
• L’estensione non può avere una lunghezza superiore a tre caratteri appartenenti all’insieme
dei caratteri-d
• Un identificatore di directory non può avere più di otto caratteri appartenenti all’insieme dei
caratteri-d
Un esempio di livello uno potrebbe essere l’MS-DOS
Livello due
• I file devono essere memorizzati in modo contiguo
Esempio di livello due sarebbero il file system di Macintosh e Unix che consentono l’uso di
identificatori più lunghi di 8 caratteri.
Livello tre
Non è applicata alcuna restrizione aggiuntiva a quelle indicate dallo standard in sostanza i settori
relativi ai file possono essere allocati in modo non contiguo.
Un esempio di livello tre sono i CD-ROM-XA che hanno interva llati file audio e video.
Microsoft ha fatto un’estensione dello standard 9660 detto joliet che utilizza i caratteri del codice
Unicode (utile per gli utenti internazionali) ed i nomi dei file possono arrivare fino a 64 caratteri.
Requisiti per implementare ISO 9660
Lo standard definisce i requisiti che devono avere i sistemi che originano i volumi e i sistemi che
leggono i volumi. I requisiti per i sistemi che originano i volumi interessano le persone che scrivono
software per CD pre- masterizzati. Per implementare il file system ISO 9660 i sistemi operativi che
ne vogliono fare uso devono convertire il file system ISO 9660 in qualcosa di simile al loro file
system,in pratica devono incorporarlo. In questo modo i programmi applicativi possono usare i
dischi ISO 9660 considerando ISO 9660 come se fosse un file system, a sola lettura, nativo.
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MS-DOS
Macintosh
OS
FAT
UNIX
HFS
UFS
ISO9660
Figura 8
DOS
In ambiente DOS il programma MSCDEX (Microsoft CD-ROM extensions) intercetta tutte le
chiamate del sistema che fanno riferimento al CD-ROM e rende ISO 9660 come un normale hard
disk a sola lettura. MS-DOS non supporta il numero di versione del file che fa parte
dell’identificatore in ISO 9660. Quando MS-DOS fa una richiesta di un identificatore di file
MSCDEX toglie il numero della versione e restituisce solamente l’identificatore di file con il
numero di versione più grande. Per il sistema operativo e per l’utente un disco ISO 9660 è
identificato come un drive (D: di solito) come un hard disk o un floppy.
Quando si creano dischi per l’ambiente DOS la trappola più grande che gli sviluppatori incontrano è
quella relativa alla convenzione sui nomi: ISO 9660 è più restrittivo sui caratteri utilizzabili per i
formare i nomi ma consente lunghezze più grandi. Gli identificatori di file in MS-DOS sono limitati
a otto caratteri per il nome e a tre caratteri per l’estensione. ISO 9660 consente lunghezze fino a 30
carattere e non pone limiti sulla lunghezza dell’estensione. Se il sistema di pre- masterizzazione è su
piattaforma MS-DOS non vi sono problemi che, invece, esistono se il sistema di premasterizzazione è su piattaforma Macintosh o Unix dove per esempio sono consentiti nomi più
lunghi che otto caratteri. Quando il disco è letto, i nomi dei file più lunghi che otto caratteri
appaiono troncati e non sono accessibili da MS-DOS. Vedi tabella due
Identificatore di file
Nome visto da MS-DOS
originario in ISO 9660
CATERINANASO.FIGLIA;1 CATERINA.NAS
Risposta quando si accede
ATLAS.EDU;1
OK
ATLAS.EDU
File not found
Tabella 2
MS-DOS utilizza un set di caratteri più grande per formare i nomi rispetto a quello permesso da
ISO quindi se nel volume si utilizzano caratteri non consentiti dallo standard ISO ma consentiti da
MS-DOS vi sono buone probabilità che il file non sia leggibile: i file compaiono nella directory ma
non possono essere aperti.
Macintosh
Macintosh supporta ISO-9660 aggiungendo un’estensione al sistema operativo chiamata “Foreign
File Access”. Questa estensione, assieme al codice che consente di convertire il file system ISO
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9660, fa sì ché il CD compaia sul desktop come qualsiasi volume HFS (hierarchal file system)
protetto in scrittura.
Un problema che incontrano gli sviluppatori di software per HFS è quello relativo al numero di
versione che hanno i file in ISO 9660: le applicazione che girano su hard disk non girano se fatte
eseguire da CD-ROM perché quando viene lanciato il programma il sistema un file il cui nome
termina con “;1” e non lo trovano. In pratico il numero di versione è considerato come facente parte
dell’identificatore del file.
UNIX
Uni supporta ISO 9660 includendo il programma di gestione nel sistema operativo piuttosto che
utilizzare programmi di conversione esterni o estensioni di driver. Ciò è fatto ricompilando il nuovo
codice che supporta i CD-ROM e ISO 9660. Il CD-ROM viene “mounted” su una directory
esistente nella struttura delle directory di UNIX. Questo vuol dire che UNIX ha solamente una
struttura di directory e tutti i dispositivi fanno parte della struttura.Vedi figura 9.
/ (root)
/etc
/usr
/cdrom
/backup
Figura 9
CD-R e CD-RW
CD-R
Il crollo del prezzo dei masterizzatori e dei supporti registrabili ha contribuito alla diffusione del
CD-R come supporto di memorizzazione alternativo ai CD-ROM soprattutto per quanto riguarda la
distribuzione di software per piccole tirature per il quale non sarebbe proponibile la produzione del
classico CD-ROM.
I CD-R, (detti anche WORM: write One Read Multiple), sono dischi che possono essere scritti una
sola volta e letti più volte. Rispetto ai CD stampati, di colore argentato, sono meno resistenti agli
sbalzi di temperatura, alla luce diretta del sole e alle sollecitazioni meccaniche, inoltre hanno una
durata inferiore anche se la loro vita, dopo essere stati incisi, è stimata in diverse decine d’anni.
Il loro funzionamento in lettura è identico a quello dei CD argentati.
Un CD-R è formato dalle seguenti parti:
• Un substrato in policarbonato (la plastica trasparente)
• Un polimero colorante organico che è depositato all’interno del substrato. Sul polimero sono
incisi i dati
• Uno strato di materiale riflettente
• Una lacca protettiva trattata con raggi ultravioletti
• Una superficie stampabile o uno strato protettivo o entrambi
• Un’etichetta opzionale
I dati sono incisi sul polimero organico tramite un raggio laser in modo da produrre la giusta
sequenza di pit e land necessaria a rappresentare le informazioni. Per la registrazione di un CD-R il
raggio laser deve avere una potenza, compresa tra i quattro e gli 11 mW, necessaria per incidere la
pellicola polimerica racchiusa al centro del supporto plastico.Quando il raggio laser colpisce la
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superficie eleva localmente la temperatura del polimero organico fino ad un valore di 250°C così
che lo strato poco riflettente è bruciato e si viene a creare un buco (pit) nel film,
contemporaneamente la lamina metallica posta alle sue spalle si dilata a causa del calore e riempie il
foro antistante. In questo modo si viene a creare una zona più riflettente che quelle circostante
(land).
In commercio esistono CD-R con differenti colorazioni.
La differente colorazione dei CD-R dipende dalla combinazione tra strato riflettente e pellicola
fotosensibile. Per lo strato riflettente si usa o una sottilissima lamina d’oro a 24 carati oppure il più
economico alluminio. La pellicola fotosensibile può essere di un materiale organico giallognolo,
phthalocyanine, o di un materiale bluastro, cyanine. Secondo la combinazione tra i due materiali
otteniamo le diverse colorazioni.
Oro con phthalocyanine =oro
Oro con cyanine=verde
Alluminio con cyanine=blu.
Dare una valutazione qualitativa di un CD-R basandosi semplicemente sul colore non è
corretto.Alcuni masterizzatori possono essere predisposti per l’utilizzo di particolari materiali altri
masterizzatori più evoluti adattano le caratteristiche del laser di scrittura al particolare supporto
utilizzato. Un’altra differenza esistente tra i CD-ROM e i CD-R è rappresentata dallo spazio
disponibile sul disco. I CD-R hanno posta all’inizio dell’area di registrazione la la Lead- in,
all’interno della qual è memorizzata la TOC (table of contents) che contiene tutte le informazioni
necessari ad identificare il numero, la posizione e la dimensione delle tracce registrate Prima della
Lead- in si trova un’altra area : la Program Calibration Area utilizzata per determinare la corretta
potenza del laser da utilizzare in fase di registrazione (OPC, Optimum Power Calibration). Ogni
volta che il disco è inserito nel masterizzatore questo esegue una prova di registrazione nell’area
PCA per modulare la potenza del fascio laser. Questa fase è molto importante perché i vari supporti
non hanno tutti le stesse caratteristiche, inoltre la temperatura del laser va modificata in base alla
temperatura d’esercizio e alle condizioni della superficie del disco (polvere, graffi e così via).L’area
di lead- in si trova all’inizio d’ogni sessione occupa 4500 settori (1 minuto o nove Mbyte) ed è
scritta alla chiusura di una sessione. Dopo la Lead-in abbiamo la PMA (program memory area) che
contiene le informazioni. Alla fine abbiamo la lead-out che indica la fine dei dati detta anche area
del silenzio digitale. Quest’ultima zona è costituita da 6750 settori (1,5 minuti, circa 13 Mbyte).
CD-RW
I CD-RW (Rewriteble) sono i CD riscrivibili che hanno una struttura in sostanza identica ai CD-R
con le seguenti differenze:
1. Utilizzano un polimero inorganico formato da una lega d’argento, indio, antimonio e tellurio
2. Il processo di masterizzazione è diverso e si basa sul fenomeno di mutamento molecolare di
un solido cristallino
3. Il processo di masterizzazione è reversibile
Nel suo stato originario il polimero inorganico ha una struttura policristallina in grado di riflettere la
luce incidente. Quando il raggio laser colpisce la superficie del CD-RW la temperatura si alza fino
ad un valore compreso tra i 500° e i 700° C, a queste temperature la lega inorganica (land) subisce
un mutamento di struttura passando da uno strato policristallino ad uno stato amorfo avente
proprietà di riflessione molto minore (pit). Se si riscalda nuovamente il polimero (reso amorfo
precedentemente dal processo di scrittura) ad una temperatura di 200° C per un periodo abbastanza
lungo si riporta la lega allo stato policristallino originario. Il contenuto del disco è cancellato. La
potenza del laser in questo caso deve essere superiore a quell’utilizzata nei CD-R, infatti, è
compresa dagli otto ai 14 mW.
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Estensioni dello standard ISO 9660
I CD-R e i CD-RW danno la possibilità di aggiornare le informazioni direttamente su un CD-ROM.
ISO 9660 non ha mai inteso supportare questa funzione. Per andare incontro alle nuove richieste è
stato proposto un aggiornamento dello standard chiamato “Proposta del gruppo di Francoforte struttura di un volume e dei file per dischi WORM”. La proposta è stato approvata dall’European
Computer Manifacturers” come standard ECMA 168. Poiché la proposta del gruppo di Francoforte
è molto complessa e di difficile applicazione è stato implementata una tecnica d’aggiornamento più
semplice per rivedere un volume ISO 9660. Questo metodo, noto come “Updatable ISO 9660 o
multisession ISO 9660”, è stato implementato da parecchie aziende.
La tecnica consiste nello scrivere una nuova struttura completa della directory, dal record logico
00:02:16, ogni volta che il disco è aggiornato. Vedi Figura 4
PVD
PVD
Root dir
File 1
File 2
Root dir
File 1
File 2
Sessione N° 1
PVD
Root dir
File 3
File 4
Sessione N° 2
Figura 10
Nella struttura relativa alla sessione 1 solo il File1 ed il File2 sono indirizzabili. Nella sessione 2 la
struttura riflette non solamente i File 3 e i File 4 registrati nella sessione 2 ma anche il File1 ed il
File2 registrati nella sessione 1.
Affinché un drive riconosca l’aggiornamento esso deve essere in grado di riconoscere che sul disco
vi sono sessioni multiple e l’implementazione di ISO 9660 deve essere in grado di riconoscere il
PVD,Primary Volume Descriptor dell’ultima sessione.
L’ultima sessione deve essere chiusa (finalizzata) affinché un lettore standard possa riconoscerla.
Con la multisessione non siamo obbligati a scrivere il CD in una volta sola. Nella multisessione
tutte le sessione devono essere registrate in multisessione esclusa l’ultima che deve essere
finalizzata.
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Dischi ottici
La multisessione è stata utilizzata inizialmente per i Photo-CD per consentire di aggiungere nuove
foto. Quando un CD è inserito in un lettore il sistema operativo cerca l’ultima sessione e legge la
directory da questa. Se nel lettore s’inserisce un CD-A è letta la prima sessione per questo motivo la
multisessione non funziona con i CD audio.
Un disco aperto è un disco che non ha la lead- in e la lead- out. La TOC è scritta in un’area separata
(PMA) durante la sessione. La chiusura comporta pertanto la creazione della Lead- in che contiene
la TOC e della lead-out.
CD-Recorder o Masterizzatori
Metodi di masterizzazione
Esistono due metodi per masterizzare i CD-R e i CD-RW
1. On the fly (A volo)
2. Attraverso la creazione di un file immagine
In teoria non esiste un metodo migliore dell’altro, la scelta dipende dal tipo di lavoro da svolgere o
dal grado di sicurezza che si vuole avere in rapporto al tempo che occorre per masterizzare il CD.
Se si desidera realizzare una copia identica del CD origine possiamo utilizzare la masterizzazione a
volo. Utilizzando il file immagine intermedio sul disco rigido avremo la certezza che nella copia
non ci sono errori anche se il metodo richiede più tempo e più spazio libero sull’hard disk rispetto
alla copia on the fly.
Il metodo attraverso la creazione del file immagine avviene in due fasi:
1. Creazione della copia,file immagine, dal CD originale nell’hard disk
2. Scrittura del file immagine nel CD vergine.
Questo metodo è utile quando:
1. Vogliamo realizzare più copie dello stesso disco,
2. Vogliamo masterizzare in un momento successivo alla creazione del file immagine. Esempio:
abbiamo disponibile il disco originale ma ci manca il disco vergine.
3. Non abbiamo un lettore CD-ROM
La masterizzazione a volo è più veloce, il metodo è concettualmente identico a quello utilizzato per
copiare floppy disk perché i dati sono letti dal lettore del CD-ROM e registrati nel CD vergine
inserito nel masterizzatore.
Metodi di scrittura di un CD
Per scrivere su un CD-R o su CD-RW abbiamo le seguente modo
1. Disc at once (DAO)
2. Track at once (TAO)
3. RAW “grezzo”
La modo DAO è utilizzata quando si vuole copiare e chiudere un disco in una sola sessione senza
fare spegnere il raggio laser. I vantaggi di questa modalità si apprezzano quando si masterizzano
CD-A perché non vi sono interruzioni tra una traccia e l’altra.
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Nella modo TAO nota anche come multisessione ogni traccia è registrata in modo autonomo e tra
una traccia e l’altra abbiamo una pausa di 2 secondi.
Un CD è composto di una serie di settori contenenti dati e codici di controllo degli errori. In lettura
sono letti sia i dati e sia i byte di controllo per controllare la correttezza dei dati letti. Se il settore
contiene degli errori il sistema di lettura riesce a correggerli.Con la modalità RAW sono letti e
scritti i settori senza effettuare alcun controllo. La copia RAW è la vera copia di un CD 1:1. Questo
modo è rischioso perché se il CD origine contiene degli errori questi sono copiati con il risultato di
aver un disco illeggibile. Questa metodologia è utile per copiare CD protetti perché una delle
tecniche di protezione consiste proprio nel registrare settori con errori.
Overmastering e overburning
Overburning od Overmastering sono termini utilizzati per indicare la masterizzazione dei CD-R
oltre la capacità massima definita dallo Per registrare un disco oltre le capacità nominali si deve
utilizzare un’accoppiata hardware/software che consenta tale operazione. Per esempio il programma
EasyCD creator non lo consente mentre il programma Nero lo consente.
Ricordia mo che in ogni sessione l’organizzazione logica dei dati prevede la zona di lead-out nella
quale troviamo il silenzio digitale cioè non contenente dati.. L’overburning consiste nell’utilizzo
dell’area di lead-out (13,2 MB:90*75*2KB) per memorizzare i dati. Nel disco potremmo
memorizzare pertanto 650MB+13,5MB=663,5MB. L’overburning quindi si utilizza se le condizioni
lo permettono per memorizzare una quantità leggermente superiore a quella garantita dallo
standard. E’ utilizzata anche come protezione ,per esempio l’ultimo CD-A dei Beatles One è
protetto perché dura poco più di 80 minuti.
Buffer underun
Il punto più delicato dell’intero processo di registrazione è il controllo del flusso dei dati tra PC e
masterizzatore. Affinché sia possibile creare un CD-R è assolutamente necessario che il fascio laser
non sia mai spento durante la fase di scrittura (se va via la corrente durante la masterizzazione addio
CD!!) Dal momento che non si è in grado di garantire un flusso costante il masterizzatore utilizza
un buffer (area di memoria) per la temporanea memorizzazione dei dati da registrare in modo da
rendere indipendenti il flusso di dati provenienti dal PC da quell’inviato al laser. L’autonomia del
buffer dipende da due fattori distinti:
• La sua dimensione
• La velocità di registrazione del masterizzatore
La prima determina la massima quantità di dati memorizzabili al suo interno mentre la seconda
dipende dalla velocità di svuotamento. Pertanto la velocità di rifornimento del buffer deve essere
maggiore di quella di svuotamento. Il buffer non si deve svuotare completamente perché ciò
comporta lo spegnimento del fascio laser,il verificarsi di detta condizione genera la condizione di
errore di buffer underrun (esaurimento del buffer).
Per evitare il problema di buffer underun si utilizza la tecnologia Burn proof o Just link che consiste
nel controllo continuo dello stato del buffer,quando il buffer si trova ad un valore prossimo al 10%
della sua capacità totale ferma in modo controllato il processo di masterizzazione,attende il
riempimento del buffer,riposiziona correttamente il laser e ricomincia il processo di masterizzazione
La differenza esistente tra le tecnologia burn proof e just link è la dimensione dello spazio vuoto
dopo un’interruzione nel processo di scrittura. Per burn proof è 40 micron e di 2 micron per just
link. Questa differenza può essere importante all’aumentare delle velocità di scrittura perché la
correzione in lettura di un settore avviene per dimensioni massime di 80 micron.
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UDF
UDF, acronimo di Universal Disk Format è il file system basato sullo standard ISO/IEC 13346,
utilizzato per registrazione di tipo packet writing (scrittura a pacchetto),grazie al qual è possibile
gestire un CD-RW come se fosse un comune floppy, per esempio con “Gestione risorse” di
Windows.
UDF è utilizzato anche per fare copie di back up del proprio disco rigido. Le differenze tra la
multisessione e UDF sono sostanziali e di tipo strutturale. Utilizzando ISO 9660 ogni volta che
desideriamo aggiungere dati ad un disco regis trato dobbiamo creare una nuova sessione, in
quest’operazione perdiamo 14 MB per ogni sessione aggiunta oltre ai 23 MB necessari per chiudere
la precedente. Con UDF la struttura logica del disco è aggiornata ogni volta che si fa un’operazione
di scrittura/cancellazione, inoltre non bisogna aprire una nuova sessione per aggiungere dati
risparmiando così spazio su disco. Il packet writing può essere implementato utilizzando due
tecniche:
• A lunghezza fissa
• A lunghezza variabile
Nella versione a lunghezza fissa (fixed size) tutti i pacchetti hanno la stessa dimensione mentre
quella a lunghezza variabile (variable size) ogni pacchetto può avere una diversa lunghezza,
quest’ultima versione risulta più efficiente.
Sebbene packet writing sia molto più efficiente e consente di risparmiare spazio su disco il file
system udf non è riconosciuto dai sistemi operativi pertanto bisogna utilizzare del software che
formatta il CD-RW (Direct CD di Adpetc oppure InCD di Ahead) in formato udf. Dopo di che si
può utilizzare come un gran floppy nei sistemi con masterizzatori altrimenti per leggere il contenuto
del disco UDF con un normale lettore CD bisogna istallare l’udfreader cosa che accade in
automatico quando per la prima volta è inserito il CD-RW nel lettore.
DVD
Il DVD inizialmente era l’acronimo di Digital Video Disc, perché aveva un solo formato
utilizzabile dall’industria cinematografica per competere,offrendo una maggiore qualità video e
audio, con le videocassette in VHS come mezzo per la distribuzione di film. DVD adesso vuol dire
Digital Video Versatile perché identifica un insieme di formati utilizzabili in applicazioni diverse
per andare incontro alle esigenze delle industrie che operano nel campo dell’elettronica. Vedi
Tabella 3.
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Dischi ottici
Formato
Commenti
L’industria dei film ha bisogno di
dischi tipo CD in grado di
memorizzare un film con una qualità
video elevata e con un audio con
DVD-VIDEO
effetto surround. Nei DVD si può
memorizzare fino a 133 minuti per il
DVD-5 e 240 minuti per il DVD-10
utilizzando il formato a tracce opposte
Utili alle industrie informatiche che
includono i drive per DVD nella
maggior parte dei nuovi PC invece dei
drive per CD-ROM e all’industria
DVD-ROM
dell’intrattenimento che ha sviluppato
nuove console per i giochi per
sviluppare nuovi giochi più realistici e
più sofisticati
L’industria della musica offre un audio
DVD-AUDIO
di qualità superiore con effetto
surround
Per l’industria dell’elettronica di
DVD-RAM, DVD-RW e DVD-R consumo e dei computer che vendono
masterizzatori per DVD e registratori
per DVD
Tabella 3
Le principali caratteristiche dei formati DVD sono:
•
•
•
Compatibilità verso il basso: tutti i lettori DVD sono in grado di leggere i CD-Audio e i
CD-ROM (non tutti sono in grado di leggere i CD-R o i CD-RW)
Le dimensioni fisiche sono identiche a quelle dei CD ma usano due substrati dello spessore
di 0,6 mm uniti insieme.
Possono leggere entrambi gli strati (Single Layer/Double Layer) ed entrambi i lati
(Single/Double sides). Ciò consente formati da uno a quattro strati, inoltre sono stati
sviluppati formati registrabili.
DVD-5
DVD-9
DVD-10
DVD-18
DVD-R
DVD-RW
Capacità in GB
4,7
8,54
9,4
17,08
4,7 o 9,4
4,7 o 9,4
Strat1 per lato
1
2
1
2
1
1
Lati
1
1
2
2
1o2
1o2
Tabella 4
•
•
Tutti i formati utilizzano il file system UDF
Nello standard sono previsti metodi di protezione digitali e analogici
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Dischi ottici
Struttura dei settori nei DVD
I dati sui DVD sono organizzati in settori da 2048 byte più 12 byte di intestazione e 4 byte per
rilevare un errore Vedi Figura 5.
Sector Header
12Byte
Dati 2048 byte
Error
detection
Code EDC
4B
Figura 11
I DVD utilizzano uno schema di codifica dei byte che si chiama 8:16.
Strutturazione degli strati nei dischi a singolo e a doppio strato
Ogni strato del DVD contiene è diviso i 3 zone
1. Lead- in
2. Area dati
3. Lead-out
Per i dischi che utilizzano due strati si hanno due opzioni dipendenti dall’applicazione:
•
•
Tracce parallele:i due strati sono indipendenti ed iniziano e terminano nello stesso punto
permettendo di accedere ai file su entrambi gli strati.
Tracce opposte:le due tracce sono consecutive e precisamente dove finisce il primo strato
(strato 0) inizia il secondo strato (strato 1). Questa gestione degli strati è utilizzata nei DVDVideo senza che si avverta il passaggio dallo strato 1 allo strato 2.
Disco a singolo strato
Area Dati
Lead-in
Lead-out
Figura 12
Lead-in
Lead-in
Disco a a doppio strato e a traccia parallela
Area Dati –strato 1
Lead-out
Area Dati –strato 0
Lead-out
Figura 13
Lead-out
Disco a doppio strato e a tracce opposte
Area Dati –strato 1
Lead-in
Area Dati –strato 0
Middle
Area
MiddleArea
Figura 14
Il file system dei DVD
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Dischi ottici
Tutti i tipi di DVD contengono i dati organizzati in file, a questi file si accede utilizzando il file
system UDF che ha le seguenti caratteristiche:
• È un file system robusto per lo scambio di informazioni
• indipendente dai sistemi e non è proprietario
• Consente si scrivere e di leggere sui dischi a pacchetti
• Si basa su ISO 13346
UDF è stato esteso per poter essere ut ilizzato con i WORM e CD-RW. Una combinazione di UDF e
ISO 9660 è utilizzata in alcuni DVD per compatibilità con i sistemi operativi esistenti come
Windows. Le applicazioni possono accedere utilizzando sia ISO 9660 e sia UDF, comunque è
raccomandato UDF.
Set di caratteri utilizzati in ISO 9660
Anche se il codice ISO 646, utilizzato dall’ISO 9660, è accettato dai più comuni sistemi operativi,
lo standard impone delle limitazioni ai caratteri consentiti per identificare gli oggetti contenuti in
un CD.
Cifra esadecimale meno significativa
I set di caratteri utilizzati dallo standard sono i seguenti:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
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A
B
C
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Cifra esadecimale più significativa
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Cifra esadecimale meno significatvia
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Set di caratteri D ISO 9660
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Dischi ottici
Nome
Descrittore Volume
Identificatore di Sistema
Set di Volume
Autore
Preparatore dei File
Applicazione
File di Copyright
File Astratto
File Bibliografico
Set di caratteri
Caratteri D
Caratteri A
Caratteri D
Caratteri A
Caratteri A
Caratteri A
Caratteri D, ‘.’, ‘;’
Caratteri D, ‘.’, ‘;’
Caratteri D, ‘.’, ‘;’
Lunghezza
32 Byte
32 Byte
128 Byte
128 Byte
128 Byte
128 Byte
37 Byte
37 Byte
37 Byte
Set di caratteri utilizzati per gli oggetti contenuti in un CD
Michele Naso – ITIS Euganeo
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Titolo:
Dischi ottici
Autore:
Michele Naso
Email:
[email protected]
Classe:
QUINTA INFORMATICA (5IA)
Anno scolastico:
2005/2006
Scuola:
Itis Euganeo
Via Borgofuro 6 - 35042 Este (PD) - Italy
Telefono 0429.21.16 - 0429.34.72
Fax 0429.41.86
http://www.itiseuganeo.it
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Note legali:
Diffusione consentita con obbligo di citarne le fonti