Восстановление данных. Практическое руководство

Если рассмотреть поверхность CD под электронным микроскопом (рис. 10.15), то можно видеть чередующиеся цепочки питов и лэндов. Лэнды отражают большую часть падающего на них излучения, а питы, в силу своей удаленности от точки фокуса, не отражают практически ничего.

Рис. 10.15. Поверхность лазерного диска под электронным микроскопом

Вследствие волновой природы луч лазера обходит одиночные питы и лэнды. Минимальной "формацией", уверенно распознаваемой лазерным лучом, является последовательность из трех питов (лэндов), соответствующая трем логическим нулям. Таким образом, питы и лэнды формируют цепочки, каждая из которых имеет длину от трех до десяти питов или лэндов (рис. 10.16).

Рис. 10.16. Питы и лэнды образуют цепочки длиной от трех до десяти питов или лэндов каждая

Переход от пита к лэнду (или наоборот) соответствует логической единице, а логический ноль представляется отсутствием переходов в данной позиции. Поскольку диаметр сфокусированного лазерного луча равен трем питам, более короткие цепочки уже не распознаются лазером. Таким образом, две смежных двоичных единицы (каждая из которых соответствует переходу от пита к лэнду или от лэнда к питу) всегда должны отделяться друг от друга не менее, чем тремя нулями. В противном случае привод просто не сможет заметить, что здесь присутствует какая-то информация (вспомните, что длина одного пита или одного лэнда значительно меньше, чем диаметр сфокусированного лазерного луча). Что касается верхнего предела длины цепочек, то наличие этого ограничения обусловлено степенью точности тактового генератора и равномерностью вращения диска. В самом деле, если точность тактового генератора составляет порядка 10%, то при измерении 10-питовой цепочки мы получаем погрешность в ±1 пит. Некоторые производители уменьшают длину одного пита на 30%, что во столько же раз увеличивает эффективную емкость диска. Возникает вопрос: как же в таком случае привод ухитряется определить длину той или иной цепочки? Ведь в отсутствии каких бы то ни было опорных значений, привод вынужден сравнивать длину питов с эталоном, а это значит, что цепочка из N уплотненных питов будет интерпретирована как N/2! Дизассемблировав прошивку своего привода PHILIPS, я выяснил, что привод имеет автоматический регулятор скорости, подбирающий такое значение T, которое соответствовало бы наименьшему количеству ошибок чтения (см. рис. 10.16).

Поскольку две соседние единицы всегда оказываются разделены, по меньшей мере, тремя нулями, приходится прибегать к сложной системе перекодировки, преобразующей всякий 8-битный символ исходных данных в 14- битное слово EFM (Eight to Fourteen Modulation). При этом слова EFM не могут следовать вплотную друг за другом (задумайтесь, что произойдет, если за одним словом EFM, оканчивающимся на единицу, попробовать записать другое слово EFM, которое тоже начинается с единицы). Таким образом, слова EFM должны разделяться тремя объединительными битами (merging bits). Соответственно, на каждые 8 бит исходных данных приходится 9 избыточных данных. Очевидно, что стандартная схема модуляции не является идеальной и оставляет достаточный запас для ее усовершенствования. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен далее в этой главе.

Минимальной порцией данных, непосредственно адресуемой на программном уровне, является сектор (или в терминологии Audio CD — блок). Один блок состоит из 98 фреймов, каждый из которых, в свою очередь, содержит:

□ 24 байта полезных данных;

□ 8 байт кодов Рида-Соломона, часто называемых перекрестно-перемежающимися кодами Рида-Соломона (cross-inerleaved Reed-Solomon codes, CIRC codes), хотя с технической точки зрения это и не совсем верно;

□ 3 синхробайта;

□ 8 бит каналов подкода — по одному биту на каждый из восьми каналов, условно обозначаемых латинскими буквами P, Q, R, S, T, U, V и W соответственно. Q-канал хранит служебную информацию о разметке диска, P-канал служит для быстрого поиска пауз, остальные каналы — свободны.

Таким образом, эффективная емкость одного блока составляет 2352 байта, или даже 2400 байт, с учетом каналов подкода (из 98 байт субканальных данных — 34 байта отданы под служебные нужды). Корректирующие коды Рида-Соломона позволяют исправлять до 4 разрушенных байт на каждый фрейм, что составляет 392 байта на целый блок.

Диски с данными (Data CD), ведущие свою родословную от Audio-дисков, поддерживают два основных режима обработки данных: MODE 1 и MODE 2.

В режиме MODE 1 из 2352 байт сырой емкости сектора лишь 2048 байт отданы непосредственно под пользовательские данные. Остальные распределены между заголовком сектора (16 байт), контрольной суммой сектора (4 байта) и дополнительными корректирующими кодами, увеличивающими стойкость диска к физическим повреждениям (276 байт). Оставшиеся 8 байт никак не задействованы и обычно проинициализированы нулями.