光驱的提速设想
hefanghua2011/08/07极客DIY IP:广西
    随着科技的进步,电子计算机以极高速度发展。各种外设已经是换了一代又一代,以磁盘为例,从最早的软盘到现在主流的温彻斯特机械硬盘,再到新兴的固态硬盘,磁盘的发展可以说已经到达巅峰。其它外设也发展迅速,除了光驱。
    光驱从CDROM开始到现在可以说基本上没多大变化,唯一明显的变化就是激光头和附属电路。蓝光光碟采用了耐划的材料从而提高了使用寿命,容量也到达25GB/50GB,更加好使。CDR、DVD、BD分别使用波长约为780nm、650nm、405nm的激光作为读写头,同时存储容量依次增加。但对于可刻录的光碟介质,读写速度却很难再增加很多。由于写比读慢很多,一般更看重写(也就是常说的刻录)的速度。
    我们先来扫盲,本段摘自网络:


一:DVD倍速的由来
    要解释DVD刻录倍速的问题,首先要解释DVD的倍速的标准。DVD最早是称为Digital Video Disc(数字视频光盘),首要目标是存储高分辨率的影音节目。按照最初设定,DVD提供的影音数据流最高为10Mbit/s,通过MPEG-2的压缩标准,能够存储720×480分辨率30帧/s(NTSC制式)或720×576分辨率24帧(PAL制式)的影音数据。10Mbit/s折算出来就是1.25MB/s,再留一定的数据余量,因此DVD的倍速就定为了1.35MB/s。后来DVD改名为Digital Versatile Disc(数字通用光盘),还能存储数据,而DVD的倍速标准就由此制定,与DVD相关的各类产品,如DVD+/-R、DVD-RAM等也遵循此速度标准。
二:16×是否比1×快16倍
    光存储的转轴都有极限转速,在目前技术下,这个速度为10000转/分钟。当高于这个转速时,光盘很可能不能承受高速旋转下的离心力,导致光盘破碎。DVD和DVD刻录机的16×都是DVD光盘的最外圈的传输速度,而在内圈,同样转速下半径更小,实际传输速度也更低,在最内圈的传输率也就6倍左右。我们所说的16× DVD刻录机其实应该叫“最大16倍速DVD刻录机”。
三:同样16× DVD刻录机,为何速度有差别
不同厂家的DVD刻录机刻录方式不同。主要有部分恒定角速度和部分恒定线速度两种。
恒定角速度(CAV)就是刻录机的主轴电机一直按照10000转/分钟旋转,刻录机则按顺序刻录,直到刻录机能支持的最大速度。这样的刻录中刻录速度一直在提升。部分恒定线速度的刻录中,刻录机由内圈往外圈刻录,在一段区域内刻录速度恒定,主轴电机则从10000转/分钟慢慢降速。降到一定程度时,再次提升到10000转/分钟,刻录速度也同时提高,直到最外圈用16倍速刻录。
我们不谈两种刻录方式的优劣,单从速度来讲,一种方式主轴电机全速运转,另一种主轴电机会慢慢降速,显然持续全速运转的刻录速度会更快。
四:16× DVD刻录机会不如12×或者8×产品
从第三点可以看出,由于部分恒定线速度的16× DVD刻录机持续在16×刻录的时间并不长,再加上前面刻录时提速不够快,有可能比一些12×部分恒定角速度的DVD刻录机刻录时间更长,但这个时间差别是很微小的。而8× DVD刻录机则与16×产品的速度差别过大,不会出现8×产品快过16×的情况。
五: DVD刻录盘和刻录机达不到标准速度
刻录时,我们会遇到16×刻录机只能用4×刻录8×盘片、8×刻录机只能用2×刻录4×盘片等。以8×刻录机不能刻录8×碟为例,这里有几种可能:
    1.刻录机只是部分8×
我们知道DVD刻录机有DVD+/-R两种刻录格式。虽然两种刻录格式最后的刻录结果看起来没什么不同,但两个刻录格式是要分开认证的。一般来说,都是“+”格式先提升速度标准,过一段时间后,“-”格式才提升到同样的标准。这意味着一些8× DVD刻录机只是支持8× DVD+R的标准,不支持8× DVD-R的标准。这样的刻录机用8× DVD-R的碟片也只能用4×刻录了。用户可从刻录机的包装上查看相关刻录速度,查证是否为这种情况。这样的情况下我们一般可以采用刷新Firmware的方式让刻录机成为全8 ×刻录,或者使用8× DVD+R的碟片。
    2. 8×同格式的盘和刻录机也不能8×刻录
这是因为DVD刻录机发展太快,导致盘片和刻录机认证不够规范造成的。从刻录盘片的原理来说,2×刻录盘和8×甚至16×刻录盘的制造工艺完全一样,所不同的就是最后的质量检测,高质量就成了8×或者16×,低质量就是2×。这种质量检测,除了生产厂家自检外,还会把这些碟片送到DVD刻录机大厂检测,看是否符合标准。符合标准,那么这些碟片就会印上相应的速度标示,然后刻录机厂商也会把盘片信息写入刻录机的Firmware中。问题是,厂家生产的一般只送制定DVD刻录标准的那几家检验,这样其他厂商的产品中没有相关的Firmware信息,只能按照刻录机自动检测到的速度刻录,而这个速度通常都是一个安全速度,而不是高速了。那么这些8×的DVD刻录机的速度标准又是怎么定的呢?把做好的刻录机用大厂盘片检验,如果能通过8×刻录的标准,就是8×刻录机了,而面对市场上浩如烟海的杂牌刻录盘,就能测多少算多少了。


    通常来说目前主流的16X DVD刻录机在刻录16X盘片时刻满4.3GB数据的时间大约在7分钟。此时的写入速度为10MB/s。不少人为省钱买4~8X的刻录碟,速度就更低了。蓝光的刻录速度如果为6X CLV模式(12X刻录机),耗时11分钟,则为37.9 MB/s。而SATA1 接口的速度可达150 MB/s,以上几种碟片的数据传输都只能利用接口带宽的一小部分。
    一般来说,提高读写速度的办法:
1. 优化光驱电路设计及固件程序,效果不明显
2. 优化电脑本身,毕竟我们资金有限,优化效果参差不齐,好不到哪去。
3. 提高转速和激光功率,但是读写时转速受碟片限制,写入时激光功率受碟片介质限制不能太快,提升效果有限。
4. 使用更高速盘片,或者超速使用,效果明显,但有读写失败风险,高速盘片难买且速度到极限也会破碎解体。
    在高速运转中,光碟各区域都受到强大的离心力,当超过材料本身的受力极限后,光碟就会破碎解体。这是一张被光驱读碎的光盘:


于是我设想的一种突破常规的方式提高速度:
5. 使用多个读写头分工运行。效果可以算立杆见影,速度上直接秒前面的几种办法。
原理是将多个读写头安置在等分圆的线上,读写头分工合作实现。
1.png
(光碟旋转,而激光头固定在轴上径向移动,图为两者相对运动示意)

具体有两个方案:
⑴使用n个读写头(激光头)为独立寻道结构。优点是电脑可以同时对n个文件读写,缺点是需要n个寻道电机,为避免重复写入数据等问题,程序编写复杂,结构复杂且成本高。
⑵所有读写头安装在一套寻道机械结构上,读写头只在同一个同心圆轨道工作。优点是程序简单,控制方便,不受CLV、CAV等刻录模式影响。缺点是不能同时读写n个文件。
方案⑵里,电脑先将要写入数据存放到缓存中,等数据满一圈缓存就可以开始写入。每个读写头获取的数据为该圈数据的n分之一。由于数据本质是二进制方式存储,故数据拆开的份数、激光头的数量n也得为2的x次方,比如为2、4、8等等。当然太多会挤不下,同时激光头的成本也是很高的。对于实际应用而言,不用等数据填满一圈缓存才开始,可以在数据填到一圈的n分之n-1即可开始,一圈数据被各激光头写入完成正好是数据填满一圈的时间。在电脑端,可以继续使用原有的刻录软件而不受影响。读取同理就不罗唆了。如果要控制成本,我觉得寻道机械结构部分可以参考下类似相机快门的结构:


    对于多激光头提高读写速度的设想,可以在不改变光碟固有速度、不提高激光功率和转速等固有速度的前提下,实现n倍的提高。虽然单个激光头的成本可能占一台单激光头光驱的一半,但在一次刻录很多张以及很赶时间的时候能够节约大量时间,换得的是总成本更低,优势就更明显了。
来自:综合交流区 / 极客DIY
23
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~~空空如也
ltl
12年9个月前 IP:未同步
313804
你知道n-1分之n大于1么……
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dctyu
12年9个月前 IP:未同步
313813
光盘静止而光头转就行了。
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hefanghua作者
12年9个月前 IP:未同步
313818
回 1楼(ltl) 的帖子
额,写反了,谢谢纠正。
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硫酸铜
12年9个月前 IP:未同步
313822
引用第1楼ltl于2011-08-07 19:24发表的 :
你知道n-1分之n大于1么……  

还真不知道,不然你取负数试试?
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samhrc
12年9个月前 IP:未同步
313827
机械式驱动器已是明日黄花,再怎么提速赶不上固态存储器天生的速度优势。
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婺源寻芳
12年9个月前 IP:未同步
313829
都是些外行的家伙。

成本太高了。
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九氧化吧心
12年9个月前 IP:未同步
313841
其实楼主的想法不错,这个想法有一定的可行性,但是需要在若干年后才能实现。因为首要问题就是你怎么解决这个激光头的转动,这个转动涉及到了稳定性,要是激光头不稳定,那么肯定是无法完成数据读写。七次怎么协调者多个激光头。你要知道。dsp芯片是不能多线程的。不是cpu。这样的光驱一旦设计出来体积肯定不小,散热肯定是问题,多个电机,与其转动激光头,还不如低转速的转动光盘。这样更为实际
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hefanghua作者
12年9个月前 IP:未同步
313844
回 7楼(九氧化吧心) 的帖子
我的意思是让光碟转动,而激光头固定在寻迹轴上的,示意图只是表明各激光头与碟片的相对移动方向。看来我的表述能力有待提高。
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samhrc
12年9个月前 IP:未同步
313848
就跟N多年前硬盘有两个独立的磁头一样。

看这个~ IBM 3370 的内脏,俩独立的磁头伺服,实际上也没提上去多少速度。是学校的4381 主机配套的,这个机器俺见过没用过。

非常可惜,两个这大家伙容量才1GB。

ibm_disk.jpg
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hefanghua作者
12年9个月前 IP:未同步
313849
回 9楼(samhrc) 的帖子
硬盘的读写速度已经很快了,再增加也提升不了太多。
+1
科创币
jrcsh
2011-08-07
多么可笑的一句,你就认定硬盘上不去了,但缺可以认同光盘上不去!!!!!!
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samhrc
12年9个月前 IP:未同步
313851
Re:回 9楼(samhrc) 的帖子
引用第10楼hefanghua于2011-08-07 21:26发表的 回 9楼(samhrc) 的帖子 :
硬盘的读写速度已经很快了,再增加也提升不了太多。


光驱也差不多~~俺感觉不远的将来,机械光驱必定也是淘汰的东西。很可能是各种固态存储卡(U盘)接替光驱(包括刻录机)的任务。反正俺是好几年没用过光驱了。
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mm
12年9个月前 IP:未同步
313878
不过光盘还是便宜 哪天要是u盘比光盘便宜就好了
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乖乖乖
12年9个月前 IP:未同步
313946
引用第4楼硫酸铜于2011-08-07 20:19发表的  :

还真不知道,不然你取负数试试?


N means Natural,属于自然数。。。
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乖乖乖
12年9个月前 IP:未同步
313947
另外,纠正LZ一点,光驱读取光盘的时候,内圈和外圈,电机转速是不一样的,内圈转的快,外圈转的慢
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拔刀斋
12年9个月前 IP:未同步
313996
看成光速的提速设想
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phpskycn
12年9个月前 IP:未同步
314013
1很长时间内固态存储器很难替代光盘。光盘非常便宜,便于发行,固态存储器相对耐用的特点在此无勇武之地。
2.传统温切斯特硬盘的容量优势依然很明显,1TB单碟的出现将推动速度进步,也不排除未来10000转普及。
固态的写入次数也是大问题。
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dctyu
12年9个月前 IP:未同步
314029
不要忽略我。
2楼
光盘静止而光头转就行了。
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婺源寻芳
12年9个月前 IP:未同步
314075
淘汰机械存储设备的梦想,已经有几十年了。

但是让很多人失望,一直淘汰不了。

速度上闪存还是没硬盘快。价格也无法竞争。
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凡尔派狼
12年9个月前 IP:未同步
314097
还不如把旧硬盘当光盘用实在。
我见过能换硬盘的托架,是装在光驱的位置上,用时先关机,把硬盘插进去开机就行。如果能再造出一些什么卡,使硬盘也能象U盘那样即插即用就更完美了。
旧硬盘基本没人要,但如果能象U盘那样即插即用时就完全不同了。去旧货市场买些旧硬盘当DVD刻录碟用。我想一百块不到应该就能买到过百G的旧硬盘了吧。和买一桶DVD碟比各有好处吧。
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hefanghua作者
12年9个月前 IP:未同步
314117
回 17楼(dctyu) 的帖子
那样太麻烦了,让我想起台钻。7L之前误以为是你说这个方案。
还有,前面几位请不要纠结数字了。
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hefanghua作者
12年9个月前 IP:未同步
314122
回 19楼(凡尔派狼) 的帖子
你的方案需要给硬盘加保护套,避免外界磁场影响以及划伤,有点像以前的MO磁光盘。硬盘的工作需要无尘环境也不太好弄。不过的确是个不错的想法。
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玄明
12年9个月前 IP:未同步
314442
多头读写我觉得的确是个好思路。不过让多个光头之间如何配合好是个问题。因为光盘不像硬盘的使用环境那么稳定,多个光头同时工作很容易出现错轨现象。所以这时我们可以再简化思路,将所有光头的机械部分合为一体,制作成单透镜多光头的构造就可以极大的降低成本并提高稳定性。
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kevin
12年9个月前 IP:未同步
314472
我都不用光驱好久了= =。准备把光驱改成硬盘因为硬盘不够用。。。
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