CD-RAM的全稱為CD- Random Access Memory（CD隨機存儲器），是由在CD標準爭奪戰中處於優勢的三家公司聯合開發的，它們是松下、日立與東芝（簡稱MHT）。業界對其定義為Re-Writable CD（可重寫式CD）。
基本介紹
- 外文名：CD-RAM
- 全稱：CD- Random Access Memory
- 碟片結構：兼容
- 公司：松下、日立與東芝
相關技術,碟片結構,碟片規格,存儲方式,檔案系統,系統缺陷,
相關技術
源於松下自己的PD（Phase-change Dual，雙相變）光碟技術。並結合了硬碟、MO（Magneto-Optical，磁光碟）的部分存儲技術，針對於數據存儲套用而開發。在那個時候（CD剛正式推出），對於刻錄與CD-ROM相兼容的視頻光碟的需求並不迫切，所以可錄式CD更多的是被看作為數據存儲媒體，並以MO為潛在的替代目標。而在當時，對於大容量光存儲也的確有不小的需求。這樣，CD-RAM在設計當初就沒有過多地考慮與那時已經出現的CD-ROM驅動器或CD播放機進行兼容，即使修改它的BookType也沒有用，因為它的記錄方式與CD-ROM完全不一樣。
其實，按照MHT的想法，現在即使不兼容，只要讓後期推出的CD-ROM與播放機去兼容CD-RAM也完全可以，而且不存在技術上的困難，事實上以MHT的在業界的實力和影響力，做到這點也並不是什麼難事。在那時，MHT的理念得到了CD論壇大部分會員的贊同，1996年松下公司開發出第一個CD-RAM樣品，並最終在1997年7月公布了CD-RAM Ver1.0規範，成為了CD刻錄世界的開路先鋒。到了1999年公布了CD-RAM Ver2.0規範，在2000年又對第二版進行了少量改進（主體規格沒有變化）並推出了CD-RAM Ver2.1規範。在CD-RAM的開發中，MHT還得到了歐洲電子計算機工業會（ECMA：European Computer Manufacturers' Association）的幫助，並以ECMA標準的形式發布了相關版本的CD-RAM碟片規範。
CD-RAM在誕生之初就沒想到兼容，也沒想以視頻刻錄為其主要目的，而是一開始就打出了數據存儲的旗號。由於CD-RAM在數據存儲方式上與硬碟極為相似（透明式操作），並且可重寫次數遠高於CD-RW和CD+RW，所以，只要不考慮與傳統驅動和播放機的兼容問題，它是非常理想的數據存儲與備份手段。事實也是如此，現在的專業光存儲市場幾乎被CD-RAM所獨占（這也符合當初MHT的構想）。要知道這一市場的空間同樣巨大，利潤也是民用市場無法比擬的。在這個市場上引領風騷的廠商大多不是我們所熟悉的，所以對民用級用戶來說，CD-RAM就好像滅亡一樣，可事實上就廠商所得到的利潤來說，沒準它們正私下偷著樂呢。
碟片結構
CD-RAM的碟片與現有的其他光碟很不一樣，浮雕式首標（EH，Embossed Header）信息與MO如出一轍，CD-RAM Ver1.0的光碟表面，可以清晰地看出由EH組成的圖案，與MO很類似。CD-RAM使用了ZCLV（Zoned Constant Linear Velocity，區域恆定線速度）旋轉模式，在光碟的碟片上劃分出多個數據區，每個數據區含有基本等量的存儲軌道，每個轉道扇區數量一致，在這一區域內光碟的轉速是恆定的（因為是CLV方式，所以越外圈轉速越低），而處於內圈的數據區的轉速要高於處於外圈的數據區轉速，這一點與硬碟的ZDR（Zoned Data Recording，區域數據記錄）方式有幾分相似，不過CD-RAM是從最內圈開始寫入的。
在碟片結構方面，CD-RAM也是目前所有CD刻錄盤中最複雜的，在0.6mm的厚度里一共有8層材料。
CD-RAM從Ver1.0開始就制定的雙面碟片的規範，像CD-10一樣背靠背將兩張0.6mm的碟片壓合（俗稱Bonding），如果要使用另一面進行存儲，就必須將光碟取出翻個面才行。
由於EH是CD-RAM得以工作的重要保證（它是存儲著扇區的ID），所以為了保護光碟不被無謂的磨損，CD-RAM從Ver1.0開始就規定了光碟匣（Cartridge）的設計規範。共有三大系列9種類型（Type），在平時它就像是光碟盒一樣保護著碟片，在使用時直接放入驅動器中即可。
密封式光碟匣連同光碟一塊出售，碟片被封死在盤匣內，不能拆卸。可移除式光碟匣雖也連同CD-RAM一塊出售，但可以拆卸，單獨使用裡面的光碟，比如放到其他可以讀取CD-RAM的驅動器中進行數據共享（CD-RAM驅動器也支持不帶光碟匣使用CD-RAM）。空光碟匣則有點像光碟盒，如果購買散裝的CD-RAM碟片或原有的盤匣損壞，可以購買它來保護光碟。
碟片規格
CD-RAM Ver2.0與Ver1.0在碟片的規格上有著很大不同，首先就是容量的變化，並且有了8CM碟片的規範。而由於容量的不同也必然造成相關的設計產生了變化，如存儲區數量、軌道間距、記錄點的長度等等，其次是刻錄速度的提高。不過CD-RAM規範是向下兼容的，支持最新Ver2.1的CD-RAM驅動器仍可以使用Ver1.0的碟片。
存儲方式
在CD-R與CD-RW光碟上都有已經設定好的存儲軌道，這個軌道是特意製作的溝槽（Groove），CD刻錄在這一點上與之大同小異，但CD-RAM是其中比較特別的一種設計。
在數據區中，CD-RAM不僅在溝槽處記錄數據，也在岸台（Land）記錄數據，因此CD-RAM的基本存儲方式被稱為“岸/溝”式存儲（Land/ Groove）。還有一個地址區是CD-RAM之所以能實現隨機存儲的重要保證，它為每一個存儲扇區都設立了一個唯一的標識（ID），4個ID信息就組成了前文講到的首標（Header），之所以稱它為浮雕式，是因為它是以凹坑的形式壓制（類似於CD-ROM的製作方法）在非雷射刻錄的介質上。它就相當於硬碟上的伺服信息，不會在寫入時被破壞。這種通過首標進行定址的方式就是互補定位信息凹坑地址（CAPA，Complementary Allocated Pit Address）。
首標中的4個ID信息，兩兩一組（ID1/ID2、ID3/ID4），每個ID中包含有同步信息、物理扇區地址、地址錯誤檢測信息等，分別對應位於其身後的處在岸台和溝槽的扇區。這裡需要指出的是，CD-RAM與CD-R一樣，使用的也是一條螺旋形軌道，因此在每一圈中都要進行岸/溝之間的轉換，ID1/2與ID3/4的位置也會隨之改變。而所有的這一切（首標的信息，各ID的位置，岸/溝轉換）在CD-RAM碟片生產過程中就預製好了，無需用戶操心。
CD-RAM碟片上首標的組成，ID1/2對應後面的岸台扇區，ID3/4對應後面的溝槽扇區，在經過岸/溝轉換後，ID1/2與ID3/4的位置也會改變，保持相應扇區的對應位置
軌道是呈波浪形抖動的。在CD-R與CD-RW光碟上的軌道也是“抖動”的，業界稱之為Wobble。這個設計在於更好的對軌道進行跟蹤，保持應有方向，配合上文講到的岸/溝式存儲技術，可以得到很高的跟蹤精度。CD-RAM將這種技術定義為的抖動岸/溝式軌道（Wobbled Land and Groove Tracks）
當光學感測器識別經過首標時，一個推挽式（PP，Push-Pull）式軌道跟蹤探測器將開始工作，此時帶通濾波器（Band Pass Filter）與判別電路（Discrimination Circuit）來獲得並識別首標與軌道的信號，同時藉助於PLL（Phase-Locked-Loop，鎖相迴路）生成與抖動信號同步的時鐘信號，從而保證軌道的跟蹤精度。
軌道抖動的頻率是固定的（在Ver2.0版中，抖動的頻率為141KHz），能給驅動器提供一個恆定的時間信息。因此，這個固定的抖動頻率可以幫助讀取頭在連續讀取扇區但讀取下一個首標失敗時，仍可以通過計算抖動周期找到下一個扇區的位置。松下公司聲稱這個技術可以將定址的錯誤率降低到10-20以下。不過，大家不要誤會雷射頭的刻錄也是在抖動中進行，抖動只是為了更好地跟蹤軌道（之所以軌道不是正規的圓形，是因為有規律的變動更容易識別並跟蹤，如果是平直的一條線反而不容易判斷），數據的記錄仍是沿軌道的中線進行，在讀取時，驅動器是不理會抖動信息的，這也是其他光刻錄技術所慣用的手段，只是在細節上有所差異。
檔案系統
CD-RAM的扇區數據容量為2048位元組（2KB，不含糾錯碼），在數據糾錯方面與CD-ROM一樣，使用了著名的理德-所羅門糾錯編碼技術，但糾錯的單位並不是一個扇區，而是一個糾錯塊（ECCB，ECC Block），一個糾錯塊包含16個物理扇區中的數據區，共32KB，這個糾錯塊中的每個扇區的糾錯碼分布存儲在其他15個扇區中。這也是CD和所有CD刻錄技術的通用設計。
CD-RAM的標準檔案系統與CD一樣，使用統一磁碟檔案系統（UDF，Universal Disc Format），這也是CD其他CD刻錄技術所使用的標準檔案系統。UDF是光學存儲技術協會（OSTA，Optical Storage Technology Association）開發的檔案系統，目的在於解決ISO9600檔案系統給光存儲發展帶來的限制，讓光存儲系統有一個強大而統一的檔案管理平台。其檔案扇區的容量為2048位元組，是硬碟所規定扇區的4倍，這也是CD所使用的規格。而UDF通過完整的封包寫入（PW，Packet Writing，封包是UDF中一個寫入單位，它允許在一個軌道上進行多個檔案的集中寫入操作，有助於提高寫入效率，一般是以64KB為一單位）功能與虛擬分配表（VAT，Virtual Allocation Table）給予了CD強有力的支持。不過，為了向下實現更好兼容性，CD-ROM使用的是ISO9660與UDF相結合的檔案系統，也稱UDF Bridge。目前UDF的最高版本是2.01，由於不是本文的重點，所以在此不再詳述，有興趣的讀者可自行參閱相關文檔。
另外， CD-RAM還可以使用FAT16/32檔案系統（使用FAT16時，容量則只有2GB），在WindowsXP系統上，更可以直接對其進行FAT32格式化，並可在Windows 98和2000中讀取（後者需要SP3），在三個刻錄標準中，這是它獨一無二的功能，非常實用。
系統缺陷
我們知道在硬碟上，都有缺陷管理功能（Defect Management），在出廠時對磁碟進行掃描，將有缺陷的扇區（Bad Sector）的地址重定向到磁碟上備用的扇區（磁碟上除了標準的可正常定址的數據區外，還有備用存儲區以便替換有缺陷的扇區），並生成主缺陷列表（PDL，Primary Defect List，又稱P-List），這個列表記錄著缺陷扇區的地址和所重定向扇區的地址，在出廠後，也可以通過自身或專用的軟體檢查新產生的缺陷扇區並寫入成長缺陷列表（GDL，Grown Defect List，又稱G-List）。它們被存放在硬碟的上專用存儲器中（可能是存儲Firmware用的Flash ROM，也可能是主控制器中的EPROM），供定址時進行即時查詢和轉換。
雖然UDF從1.5版之後也提供了缺陷管理的功能，但出於可靠性和工作效率的考慮，CD-RAM採用了與硬碟類似的方式——硬體實現缺陷管理。但由於光碟的可更換性，所以PDL與次級缺陷列表（SDL，Secondary Defect List）都存放在光碟而不是驅動器上。SDL並不是GDL，而是對PDL的一個補充，PDL用滿後自動使用SDL。為了保存這兩個缺陷列表，在CD-RAM的導入區（Lead-In Area）和導出區（Lead-Out Area）分別設立了4個缺陷管理區（DMA，Defect Management Area），每一個DMA包含32個扇區（兩個ECCB），第一個ECCB存放著PDL，第二個ECCB存放著SDL。
既然要替換有缺陷的扇區，那么就肯定要有備用的存儲區。為此，CD-RAM在碟片最內圈的數據區（Zone 0）固定劃分出了12800個備用扇區，容量為25MB。我們稱之為主備用區（PSA、Primary Spare Area），而在碟片的最外圈數據區（Zone 34）則動態劃分出輔助備用區（SSA，Supplementary Spare Area）。只有在PSA用滿後才開始用SSA。SSA的扇區數最少為0，最多為97792個，容量191MB。也就是說可以用來替換的扇區總數為110592個，容量216MB，基本可以保證其100000次擦寫操作的扇區的實際數量。
