CD'LER

CD-Rom’lar nasıl çalışır



Genel Bilgi
CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory / Kompak Disk Sadece Okunabilir Bellek) sürücüleri basitçe tanımlamak gerekirse; plastik özlü, yüksek kapasiteli CD’leri okumak için tasarlanmış donanımlardır.
Bir CD-ROM sürücüsü değişik formatlarda yazılmış CD’leri okuyabilir. Örneğin müzik setlerimizde dinlediğimiz CD’ler, veri CD’leri ve CD-I formatındaki sinema CD’leri gibi.

CD-ROM’lar adından da anlaşılacağı gibi sadece okunabilirlerdir. Bir CD-ROM sürücüsü CD üzerine kayıt işleminde bulunamaz. CD’lerin üzerine kayıt işlemi CD Recorder’lar yani Cd yazıcıları tarafından yapılabilir.

CD-ROM’lar ilk piyasaya çıktıkları günden bu yana oldukça popüler bir multimedya donanımı olarak kabul gördüler. Bunun nedeni Floppy disklere göre çok yüksek kapasiteye sahip olmaları ve veri erişim hızlarının bir sabit disk kadar olmasa da çok hızlı olmasıdır.
Ayrıca CD yazıcıların piyasaya sürülmesiyle MB başına düşen maliyet azalmıştır. Bugün hemen hemen tüm bilgisayarların üzerinde bir CD-ROM sürücü bulunmakta.

CD-ROM’ların bu yüksek kapasiteleri sayesinde filmler, ansiklopedi ve benzeri yüksek kapasiteli dokümanlar tek bir CD içerisine sığdırılabilmektedir. Bir CD’ye 650-700 MB veri yada 74-80 dakika film kaydedebilirsiniz.

İlk piyasaya çıktıkları günlerde tek hızlı olarak sunulan CD-ROM sürücüleri bugün neredeyse bir sabit diskin veri erişim hızına yetişmek üzereler.

CD’LERİN TARİHİ
Cd kavramı ilk kez 1980 yılında Philips laboratuarlarında dünyaya tanıtılmıştır. Buluş babaları Philips ve Sony ürünü 1982 yılında piyasaya sürdüler. O zamanlar PC’lerimizden sinir edici “beep” sesleri çıkıyor ve mağara adamlarının çizdikleriyle eş kalitede grafikler görüyorduk. Daha sonra özellikle multimedya kavramı ve rekabet tüm bunları değiştirdi ve günümüzdeki üstün PC özelliklerine ulaşıldı. Bu gelişme sırasında elbette CD’leriniz de bazı değişikliklere uğradı ve yeni standartlar kazandı.
Değişik zamanlarda CD’yi icat eden şirketler ve bilgisayar dünyasındaki birkaç dev şirket daha CD ve CD sürücülerine değişik standartlar ekledi. Her seferinde kırmızı kitap, yeşil kitap gibi isimler altında yeni iyileştirmeler ve standartların duyurusu yapıldı. Farklı standartlar isimleriyle değil, renkleriyle de anılırdı.

CD sürücüleri ilk kez piyasaya sürüldüğünde bu gün olduğu gibi doğrudan anakartalardaki soketlere doğrudan bağlanan aygıtlar değillerdi. Sürücü ya ses kartına ya da ayrı bir IDE kontrol kartı sayesinde kullanılabiliyordu. Bu sebeple DOS’a bir ya da birkaç sürücünün tanıtılması gerekiyor ve kullanım oldukça zorlaşıyordu. Daha sonra çıkan standartlarla arabirimler değişti. Aynı şekilde CD-ROM’ların daha da yaygınlaşması ve değişik kullanım alanı bulması için farklı seçenekler çıkarıldı. O zamanlar laboratuarlardaki araştırmacılar yaptıkları standartları tarihlerine göre bir dosyaya koyar ve bu dosyalar, tarihiyle değil, rengiyle anılırlarmış. Aynı mantıkla Philips, Sony ve daha sonra aralarına katılan Microsoft, Kodak gibi firmalar bu tür renkli dosya isimleri altında birbiriyle bağlantılı standartları belirlediler.
İlk çıkan kırmızı dosya adındaki standartlar topluluğu, bizim bu gün kullandığımız temel standartları belirliyordu. 16 bitlik PCM (44.1 KHz ses, diskin ebatları ve fiziksel yapı.). Arabirim için gerekli teknik bilgi ve hata düzeltme mekanizmalarının nasıl kullanılabileceği kırmızı dosyanın konularıydı.

Daha sonra çıkan sarı dosyada, kırmızı dosyada bulunan veriler iyileştirildi ve farklı olarak dijital verilerin CD-ROM’lara yerleştirilmesi için gerekli sektör ve disk yapısına ait veriler belirlendi. Bu sayede bilgisayarla CD-ROM’larla tanıştı. Bu standart topluluğunun bir uzantısı olarak da CD-ROM XA standardı geliştirildi.

Yeşil dosya adı verilen dosyada CD-I standardı gündeme geldi. Bu standart sayesinde CD-ROM’lar 19 saatlik sesi ve 72 dakikalık tam ekran videoyu taşıyabilir oldular. Aynı dosyada CD-ROM’a eş zamanlı görüntü kaydı; A, B, C seviyelerinde ADPCM stereo ses kaydının nasıl yapılacağı; CD-ROM sürücülerinin bilgisayarda nasıl çalışacağını belirleyen işletim sistemi esasları tespit edildi. Tam hareketli filmler için gerekli MPEG standardı da bu dosyanın bir uzantısıydı.

Bu dosyaları izleyen iki dosyada temel olarak verilen standartlar yazılabilir CD’ler, Video CD ve MPEG CD’lerinin uluslararası standartlara uyum sağlaması için geliştirilen tanımlamaları içeriyorlardı. Video CD ve MPEG konusunda yüzlerce yeni tanımlama bu iki dosyada yapıldı. Bu iki dosyada yapılan belirlemeler ve getirilen teknik detayların ardından bu gün halen kullanılan beyaz dosya standartları getirildi. Böylece CD’ler ve CD sürücüler günümüzde de kullanılan gerekli teknik tanımlamalarına ulaşmış oldular.

En son eklenen standart ise Kodak ve Philips tarafından yapılan ve CD-I standartlarının bir uzantısı olan Photo CD idi. Devamlı çalınabilir ses ve ardı arda görülebilir fotoğraf dosyaları bu standardın bir parçasını oluşturmaktadır. Bugün CD sürücülerimiz yüzün üzerinde patent ve standarda uygun olarak tasarlanmak zorundalar. Bu standartlar, bilgisayarla nasıl iletişim kuracaklarından CD üzerindeki hataları nereye kadar görmezden gelebileceklerine kadar pek çok alanda yayılmış kuralları belirlemektedir. Üstelik her standart farklı CD çeşidi için farklı şekilde işler. Tüm bu prosedürler, bir CD sürücüsü içinde eksiksiz ve en ufak uyumsuzluk problemi olmadan çalışmalıdır. Aksi halde oluşabilecek en ufak bir uyumsuzluk verilerin gözükmemesi ya da kullanılamaması manasına gelir.

CD-ROM Sürücü Nasıl çalışır?
Birkaç yıl öncesine kadar pek az yazılım CD-ROM üzerinde sunulurken, bugün artık diskette yazılım bulmak çok zor hale geldi. Sony’nin geliştirdiği spiral şeklindeki veri kaydına sahip Compact Disc’ler günümüzde PC’lere ait temel kavramlardan biri olmuştur.

Temel Yapısı
Bilgisayar kullanan ve donanıma merakı olan herkes herhalde CD-ROM arıza yaptığında açmaya niyetlenmişizdir. Belki çoğumuz meraktan açıp neler var neler yok diye bakmışızdır. Şimdi size bu CD-ROM sürücülerin temel yapısından biraz bahsedelim. CD-ROM dört parçadan oluşur. Kurşun bir kutu içine yerleştirilmiş olan bu dört parçadan üç tanesi motordur. Bunlar;
1. CD’yi döndüren motor.
2. Lazer kafasını taşıyan motor.
3. Kapağın açılıp kapanmasını sağlayan ve CD ‘yi taşıyan tepsiyi hareket ettiren motor.
4. Üzerinde tüm elektronik kısmı barındıran ana karttır.

Üç Motor ve Bir Lazer
CD-ROM Sürücü toplam dört parçadan oluşur. Kurşun bir kutu içerisine yerleştirilmiş olan 4 parçanın üç tanesi motor ilk CD’yi döndüren motor, lazer kafasını taşıyan motor, kapağın açılıp kapanmasını sağlayan ve CD’yi taşıyan tepsiyi hareket ettiren motor da diğer hareketli parçalar. Son parça ise üzerinde tüm elektronik kısmını barındıran karttır. Elektronik kısma dahil olan parçalar ise motor kontrolleri, hata düzeltme bağlantı noktası ve diğer olması gereken hassas kontroller. Mekanik kısımda bulunan baskı mekanizması CD’yi taşıyan bir tepsi ve CD’yi sıkıştıran bir katmandan oluştur. CD sıkıştıktan sonra döndürülür ve iki çelik Ray üzerinde hareket eden lazer kafası CD üzerinde istenilen yere hareket eder. Okuma mekanizması da yansıma prensibi üzerine kurulur. Lazer kafası CD’ye çok yakın bir şekilde hareket ediyor ve lazer ışığı demetini dik bir açı ile veri spirali üzerine gönderiyor.

İyi pozisyon için gerekli süre erişim süresi olarak adlandırılan süreye eşdeğerdir. Güncel sürücülerin bir çoğu 80 milisaniyeden daha düşük bir erişim süresine sahipler. Bu da lazer kafasını taşıyan mekanizmanın sadece hızlı değil, aynı zamanda kesin çalıştığını da gösteriyor. Bunu sağlayan unsurların başında da lazer kafasını taşıyan rayların pürüzsüz yüzeylere sahip olmaları geliyor.

MOTOR, CLV, CAV ve PCAV
CD’lerin aygıt içerisinde döndürülmesini sağlayan motor iki farklı yöntemle çalışır. Şu anki modern CD sürücüleri de sayarsak aslında üç çeşit.16X’den düşük bir CD-ROM sürücünüz varsa muhtemelen CLV (constant linear velocity) metodunu kullandığını söyleyebiliriz.Bu metot ile çalışan bir aygıtın motoru CD,medyanın okumak istediği yerine göre farklı hızlarda döndürür.Kafa CD’nin dış kenarlarına doğru olan kısımdaki verileri okuyacaksa motor CD yi yavaş döndürür,merkeze yakın yerlerdeki bilgiler için ise hızlı. Microcontroller adı verilen bir işlemci sayesinde yapılan bu işlem müzik CD’lerimizde kullanılan sistemin aynen CD-ROM sürücülere aktarılmasından kaynaklanır. Yeni çok hızlı CD-ROM sürücüler ise bu değişkenlik yerine CD’nin sabit hızda döndürüldüğü CAV(constant angular velocity) sistemi kullanılır ki bu da sabit disklerde kullanılan metottur.Kafanın nerde olduğuna bakılmaksızın motor aynı hızda döner.Bilgiler CD üzerinde halkalar şeklinde (iz) yer aldığından ve hız da sabit olduğundan kafa daha büyük yörüngede daha fazla bilgi okuyacaktır.Bu sebepten CAV teknolojini kullanan CD-ROM sürücüler dış izlerde daha fazla veri transferi yaparlar.Bu teknolojiye geçiş motorun daha fazla döndürebilme kapasitesine karsın,CLV kullanılması halinde değişik devirlere inip çıkmanın zorluğundan doğmuştur. Günümüzün modern CD sürücüleri ise bu iki tekniği birleştiren PCAV (partial constant angular velocity) tekniğini kullanmakta.PCAV teknolojisi dış sektörlerde CLV’ye geçiş yapar.Tüm bu tekniklerde motor mekanizmasını başarısı büyük önem taşıyor.Oldukça yüksek hızlarda dönen bu mekanizmadaki küçük bir hata dönüş hızının yüksekliği yüzünden ciddi okuma problemlerine yol açar. Genel olarak teoride bu X hızı sıralı okuma için gereklidir.Oysa pratikte bu pek olmaz ve sürücü okuma sırasında faklı bölgelere gidip gelebilir.

KAFA
CD-ROM sürücülerin çalışma esası da tıpkı sabit disk ve disket sürücü mantığına dayanır. Yani okuyucu/yazıcı kafa bir kafa ve medya. Aralarındaki çalışma farkı kullanıldıkları medyanın dışında bu bahsettiğimiz kafalardadır.CD’nin üzerinde içerden dışarıya doğru hareket ederken CD’nin döndürülmesi işlemi sayesinde istediği bölgeye ulaşabilir.Kızılötesi lazer diyotu, ışın parçasını üzerindeki bütünleşik bir ayna yardımı ile lense yollar.Işın buradan hareketli kafa vasıtası ile hedeflenerek CD’nin belirlenmiş bir noktasına ulaşır.Bu aşamada CD’lerin üzerinde aslında gözle görülmeyen ufak çukurlar bulunduğunu ve çukurlar ile düz kesimlerin,verilerin kodlanmasını sağlayan 0 ve 1 rakamlarına tekabül ettiğini belirtelim. Işının bir kısmı CD üzerindeki bu çukur ve düzlüklerden geriye yansır.Bu yansıma yine toplayıcı ve ayna kombinasyonları ile foto detektöre yollanır. Burada da yansımanın çokluğu yanında azlığı ile orantılı olarak sistemin anlayabileceği hale dönüştürülür.

CD-ROM SÜRÜCÜDE HIZ
Bildiğimiz gibi CD-ROM sürücülerin hızları X ile gösteriliyor. Temel olarak müzik setlerinde kullanılan ve CD’yi 210 ile 539 devir arası döndürebilen CD Player’ların hızı 1X olarak kabul edilir. 2X hızındaki bir CD-ROM sürücü ise 420 ila 1078 devir hizmet verebiliyor ve böylece X’ler arttıkça devir de artıyor. Devir artmasına artıyor da acaba performans da artıyor mu? Çoğu kullanıcı için bu X’ler performans için bir kıyaslama göstergesi. Yani örneğin 32X bir CD-ROM sürücüye gerek veri aktarım kapasitesi gerekse erişim süresi bakımından 16X’in 2 katı performanslı gözüyle bakılıyor.Ya da 16X’in 4 dakikada kopyaladığını 32X 2 dakikada kopyalar şeklinde düşünülüyor. Oysa pratikte böyle değil. Teoride 1X’in saniyede 150 KB veriyi transfer edebildiği kriteri baz alınarak 32X bir CD-ROM sürücünün saniyede (32*150) 4,8 MB veri transfer etmesi gerekir. Ancak bu performansı yakalamak sadece motorun devir sayısına değil daha birçok faktöre bağlıdır.

Günümüzde kullanılan uygulamaların çoğu CD’nin üzerindeki çeşitli yerlerde yer alan bilgileri kullanır.Yani CD-ROM sürücünün sıralı okuma yapmasına gerek kalmaz.Hal böyle olunca da erişim süresi ön plana çıkar. 32X bir CD-ROM sürücünün 1X e göre 32 kat daha fazla ya da buna yakın performans gösterebilmesi için sıralı okuma gerektiren uygulamalar ile çalışıyor olması gereklidir (örneğin filmler). Öte yandan CAV teknolojini kullanan yeni CD-ROM sürücülerde X karşılaştırmanı ancak dış izler üzerinde çalışırken görebiliriz.Çünkü CD sabit hızda dönmekte ancak dıştan içe doğru izlerdeki bilgi azalmaktadır. Daha net anlatmak gerekirse CD-ROM sürücüsünün performansı önemli ölçüde kullandığı medyaya bağlıdır ve CAV kullanan sürücüler gerçek X’lerini sadece en dış izde gösterebilir. CD’nin daha az bilgi içeren tam ortalarına gelindiğinde performans neredeyse yüzde 40 oranında düşer. İşin kötüsü CD’ler üzerine bilgiler içeriden dışarıya doğru yazılmaya başlanır. Doğal olarak yarısı boş bir CD’nin okuması sırasında dış izler boş olduğundan CD-ROM sürücünün üzerinde yazılan X’e asla ulaşılamaz. CAV kullanmak bir miktar yanıltıcı olmasına karşın motorun sabit devirde dönmesi ve CLV de olduğu gibi ikide bir devir değiştirmediğinden büyük kazanç sağladığı da inkar edilemez.Demek ki bir CD-ROM sürücünün performansı sadece X değil kontrol mekanizması, ön bellek miktarı, motorun devirden devire ne kadar hızlı geçebildiği, kullanılan bilginin CD üzerindeki yeri gibi faktörler de söz konusudur.

ÇALIŞMA PRENSİBİ
Çalışma prensipleri aslında oldukça basittir. Bir lazer ışını demeti polikarbonattan yapılmış kaplama malzemesini aşarak içteki alüminyum tabakaya çarpar. Bu tabaka üzerinde spiral şeklinde küçük girintiler (çukur) vardır. Eğer lazer demeti pitlerin olmadığı bir alana isabet ederse (tepe) bir fototransistör yönünde geri yansıyor. Çukura denk gelen bir ışın da yansıyor. Ancak ışığa duyarlı bir transistör yönünde değil. Böyle basit bir şekilde kodlanmış olan veriler bir elektronik devre aracılığı ile değerlendiriliyor ve en başta ki (CD’ye yazılmadan önceki hal) elektriksel sinyallere çevriliyor.

CD üzerinde bir bit için yalnızca çukur ile tepe arasındaki değişme kullanılsaydı çoğu CD’nin pek bir şansı kalmayacaktı. CD üzerinde çok küçük bir çizik bile CD’ye kaydedilmiş verilerin tekrar okunmasını engelleyecekti ve tüm programı hatta CD’yi kullanılmaz hale getirecekti. Bu sebepten CD’lerin çalışma prensibi biraz daha gelişmiştir. Çukur ve tepelerin bir birini takip etmesi sıfır olarak değerlendiriliyor. Düzenin bozulması sonuncunda 1 oluşuyor.

Çukur ve tepelerden oluşmuş spiralli sürücü en içten başlayarak dışarıya doğru okuyor. Verilerin okunması sırasındaki hız açısındaki bu bir sorun oluşturuyor. Çukur ve tepeler arasındaki mesafenin her yerde eşit olması ve aynı sürede dış kenara yakın bir yerden içeridekilere oranla daha fazla veri okunabileceğinden çeşitli farklı teknikler de geliştirilmiş. CD-ROM’un spiralleri üzerinde her biri yaklaşık 2kb’lık veri saklayan sektörler bulunur. Sektörler ayrıca senkronizasyon ve hata düzeltmek için gerekli bazı byte’lara da sahiptir. CD-ROM sürücü CD üzerindekileri 4 kere üst üstte okuyor ve daha sonra verileri veri kanallarına yerleştiriyor.


Güvenlik Önlemleri
Hata Düzeltme
CD-ROM içinde veriler içinde 2kb’lık sektörler içinde saklanıyor. Bu sektörün tamamı kullanılabilir verilerle dolu değildir. Byte’ların bir çoğu hata tespiti ve düzeltilmesi için ayrılmış. 1kb’lık bir veriyi işlemciye yollamadan önce, ilgili kısım sürücü tarafından dört kere okunuyor.
Hata düzeltmenin gerekliliği CD’lere yakından bakınca daha iyi anlaşılıyor. Parmak izler, tozlar, çizikler yansıma prensibini bozabilecek sorunlardır. Hata düzeltme mekanizması çeşitli sebeplerden düzgün yansımayı engelleyen bu sorunlarla baş edebilmeli ve güvenlik verilerinden hareketle hataları düzeltebilmelidir. Burada elektronik kısmın bir özelliği olmalı ki, o da hızıdır. Ancak sürekli daha da hızlanan sürücülerde hata düzeltme için gerekli olan sürede gittikçe azalıyor.

Bu noktada sürücüler bir hileye başvuruyorlar: CD-ROM’un dönüş hızını düşürüyorlar. Tabii hata düzeltme için gerekli zamanı bulamıyorlarsa... Bu hız saniyede yaklaşık 3600kb olan veri transfere hızını saniyede 100kb’a kadar düşer.

Bu hız düşürme işlemi sürücünün performansını etkiliyor. Burada ilgimizi çeken bir diğer nokta ise, bazı sürücülerin hızlarını düşürdükten sonra tekrar hızlanamamalarıdır. Örneğin 24 hızlı bir sürücü 1 hızlı bir sürücü gibi çalışmaya devam ediyor. Bazı sürücüler hızlarını hatayı düzelttikten sonra tekrar arttırıyorlar ve bazıları da ufak çizikler üzerinden hiç hata yokmuş gibi çekiyorlar. Bu durumda hata düzeltilmediği için o kısımdaki verilerin ait olduğu programın çalışma şansı olmayacaktır. Bu tip CD’ler daha düşük bir hızda çalışan sürücüler ile (örneğin 4 hızlı) okunabilir. Daha önce okumanın mümkün olmadığı kısımlar sabit diske veya başka bir CD’ye yazılarak veriler kurtarılabilir.

Bir önemli nokta vardır ki sürücülerin hızını mekanik aksamları etkilemez. Bu amaçla artık günümüzde bu sorun artık ortadan kalkmak üzeredir. CD sürücüler sabit disklere kafa tutmaya başlamıştır.

Hızlı CD sürücüler bu aşamada gene bir engelle karşılaşmaktadırlar. Bu sorun ise CD sürücünün tamamen mekanik kısmıyla ilgili olan VİBRASYON (titreşim) dur. Çok yüksek hızda dönen bir disk sürücünün hatta bilgisayar kasasının sallanmasına sebep oluyor.

Vibrasyona karşı önlemler
16 hızlıdan sonraki CD sürücülerde yeni bir sorun ortaya çıkıyor: eğer CD’nin ortasında bulunması gereken delik tam tamına ortasında değilse yada CD’nin kalınlığında yer yer farklılaşma varsa dönüş sırasında cihaz sallanmaya başlıyor. Bu vibrasyonda kullanıcının sinirini bozmaktan öte lazer kafasını taşıyan aksamı bozabilir ve sürücüyü kullanılamaz hale getirebilir.

Bu rahatsız edici duruma karşı alınan önlem oldukça basit. CD’yi taşıyan kısım yumuşatılır, yani sarsıntıyı emici hale getiriliyor. Kullanılan malzeme lastik veya buna benzer suni malzemelerdir.

Böylece sarsıntı, merkezinde yok edilip diğer kısımlara ve hatta makinenin bütününe taşması engellenir. Ayrıca CD’ler hem alttan hem üstten sabitlenerek eskilere göre daha da sağlam sabitlenmiş oluyor. Böylelikle olanaklı titreşimlerin bir kısmı da bu önlemle giderilmiş oluyor.

ATAPI ve SCSI Arabirimler
CD-ROM sürücüler ilk çıktıklarında her biri kendine özel bağlantı kartlarıyla gelmişti. Bu kartı taktıktan sonra sürücü ona bağlanır ve DOS altında ayarlamalar sonucunda işlemler gerçekleştirilirdi. Ana kartlar üzerine entegre edilen IDE bağlantı noktaları sorunu daha da büyütmüştü. Tam bu sıralarda ortaya çıkan ATAPI standardı durumu kurtardı. Bununla beraber artık CD sürücüyü iki porttan birine takarak çalıştırabiliyoruz.

Windows 95 ,98 ve NT takılan sürücüyü direk olarak tanımakla beraber DOS ve Windows 3.x için 16 bitlik sürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sürücülerde ilgili üreticiler tarafından temin edilmektedir.
SCSI arabirimli sürücüler ise neredeyse hiç değişmedi. Direk olarak SCSI bağlantı noktasına bağlanarak kullanılıyorlar. Tanıtma işi ATAPI’lerle aynıdır.

Aralarındaki en büyük fark fiyat farkıdır. ATAPI arabirimliler ucuz ve ayrı karta ihtiyaç duymadan çalışırlar. SCSI’ler ise hem pahalı hem de ayrı karta ihtiyaç duymaktadırlar. Aralarındaki bu fiyat farkının sebebi, SCSI’lerin profesyonel kullanım için daha sağlam inşa edilmiş olmasıdır.

BIOS’un Desteği
CD den açılış; yaklaşık 2-3 senedir yazılan BIOS ‘lar ve üretilen SCSI kontrol kartları bir işletim sisteminin CD’den açılışına izin veriyor. Prensibi basit; BIOS aracılığı ile özel EIDE veya SCSI arabirimli sürücü içerisindeki CD’ye kaydedilmiş sistem okunuyor ve yükleniyor. Bu sırada CD sürücü üzerinde disket sürücünün veya sabit diskin emülasyonu yapılıyor. CD üzerindeki veriler üzerinde başka sürücülerin emülasyonunu da yapmak mümkündür.