Что такое СD?

Конструкция диска CD-DA (Compact Disk - Digital Audio, компакт-диск - цифровой звук) и способ записи звука на нем описывается стандартом предложивших его фирм Sony и Philips, изданным в 1980 году под названием Red Book (Красная Книга).

Стандартный компакт-диск (CD) состоит из трех слоев: основы, отражающего и защитного. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой (алюминий, золото, серебро, другие металлы и сплавы). Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем поликарбоната или нейтрального лака - так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта со внешней средой. Общая толщина диска - 1.2 мм.

Информационный рельеф диска представляет собой непрерывную спиральную дорожку, начинающуюся от центра и состоящую из последовательности углублений - питов (pits). Промежутки между питами носят название lands. Чередованием питов и промежутков различной длины на диске записывается закодированный цифровой сигнал: переход от промежутка к питу и наоборот обозначает единицу, а длина пита или промежутка - длину серии нулей. Расстояние между витками дорожки выбирается от 1.4 до 2 мкм, стандарт определяет расстояние в 1.6 мкм.

Стандаpт на компакт-диски опpеделяет их физические и оптические паpаметpы: толщину и отpажающую способность алюминиевого слоя, глубину и фоpму питов (элементов записи), pасстояние между доpожками, пpозpачность защитного слоя, эксцентpиситет и т.п. Ведущие фиpмы, пpоизводящие компакт-диски, имеют отpаботанные технологии и надежное обоpудование, позволяющие соблюсти эти паpаметpы; аппаpатуpа и технологии нелегальных пpоизводителей неpедко этого не обеспечивают.

Пpи стандаpтной скоpости вpащения скоpость пеpедачи данных составляет около 150 кб/с. В двух- и более скоpостных CD-ROM диск вpащается с пpопоpционально большей скоpостью, и пpопоpционально повышается скоpость пеpедачи (напpимеp, 1200 кб/с для 8-скоpостного).

Фирмы Compaq и Creative выпускают 52-скоростные CD-ROM

Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания с лазерного компакт-диска благодаря технологии CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной, соответственно на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4-7.8 Мбайт/сек), чем на внутренних участках (2-3.5 Мбайт/сек). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей.

Для 50-скоростных приводов частота вращения достигает 10400 об/мин. На таких скоростях начинают сильно сказываться дефекты производства и хранения лазерных дисков – неравномерность массы, искажение геометрии. Производители приводов прибегают к различным ухищрениям, призванным уменьшить паразитные биения. В частности приводы ASUSTeK оборудованы специальными демпфирующими устройствами, повышающие надежность считывания даже с «кривых» дисков.

На реальных задачах разница в производительности приводов в диапазоне 20-50 для пользователя практически не ощутима, и может быть замерена только специальными тестами. Более скоростные приводы обладают преимуществом в случае считывания большого объема непрерывно расположенных данных (например, при установке программного обеспечения или загрузки цветных изображений высокого разрешения). Поэтому платить деньги за прирост скорости в 10-12 единиц вовсе необязательно – более дешевый может работать более надежно.

Дальнейшее превышение производительности CD-ROM за счет увеличения частоты вращения практически невозможно из-за механических ограничений. Сейчас ведутся исследования в других направлениях. Например, фирма Zen Research разработала технологию TrueX, суть которой заключается в параллельном считывании данных с нескольких соседних витков дорожки. Для этого используется более широкий луч лазера, захватывающий одновременно 7 дорожек, и матричный датчик, ячейки которого считывают данные со своей дорожки.

В секторе CD-R и CD-RW прогресс не так заметен. Объясняется это повышенными требованиями к точности позиционирования всех элементов привода во время записи информации. Увеличение частоты вращения приводит к заметному росту затрат на позиционную механику. Сейчас на рынке представлены в основном 2х, 4x и 8x.

Какие обозначения делаются на записываемых дисках? Обозначениями CD-R и CD-RW маркируются однократные и перезаписываемые диски. Диски CD-R можно использовать для записи в приводах CD-RW, но не наоборот.

В последнее время в связи с наступлением технологии DVD производители вынуждены постепенно снижать стоимость приводов с однократной записью (CD-R). Сегодняшний уровень цен позволяет говорить о начале широкого применения этих стройств в домашних компьютерах.

На всех дисках указывается максимальное гарантированное время записи (обычно 74 минуты, 333000 блоков). В случае, когда предварительная разметка сделана на большее время, на диск возможна запись более продолжительной программы, однако в случае недостаточной длины размеченной дорожки диск будет испорчен. Точное количество доступных для записи блоков зависит от модели диска; его можно получить, запросив свойства диска в записывающей программе. Некоторые диски имеют менее 333000 доступных блоков.

На большинстве дисков указана их максимальная вместимость в мегабайтах данных (обычно 650 при размере блока 2048 байт). На дисках некоторых производителей (например, Maxell) вместимость в рекламных целях указывается в миллионах байтов (680), что означает те же 650 Мб. Отдельные диски маркируются цифрой 780, что обозначает емкость диска в звуковых секторах (74 минуты по 176 кб). При записи в формате mode 2 за счет большей величины блока данных возможна запись более 650 Мб ценой снижения корректирующей способности кода.

На диске или коробке сообщается также максимально допустимая скорость записи (1x..6x). Для записи на повышенных скоростях нужен рассчитанный на эти скорости регистрирующий слой, и превышение допустимой скорости записи может привести к смазыванию информационных меток и последующей плохой читаемости диска, либо к полной его негодности. Отсутствие маркировки скорости или упоминания о ней в сопроводительном тексте говорит о том, что запись на повышенных скоростях не гарантируется.

Основной способ изготовления дисков - прессование с матрицы. Оригинал формируется с исходной цифровой мастер-ленты, содержащей уже подготовленный и закодированный цифровой сигнал, специальным высокоточным станком на стеклянном диске, покрытом слоем фоторезиста - материала, изменяющего свою растворимость под воздействием лазерного луча. При обработке записанного оригинала растворителем на стекле возникает требуемый рельеф, который методом гальванопластики переносится на никелевый оригинал (негатив), который может служить матрицей при мелкосерийном производстве, либо основой для снятия позитивных копий, с которых, в свою очередь, снимаются негативы для массового тиражирования.

Штамповка выполняется методом литья под давлением: с негативной матрицы прессуется поликарбонатная подложка с рельефом, сверху напыляется отражающий слой, который покрывается лаком. Поверх защитного слоя обычно наносятся информационные надписи и изображения.

Диски с возможностью записи (CD-R, "болванки") изготавливаются таким же методом, но между основой и отражающим слоем располагается слой органического вещества, темнеющего при нагревании. В исходном состоянии слой прозрачен, при воздействии лазерного луча образуются непрозрачные участки, эквивалентные питам. Для облегчения слежения за дорожкой при записи на диске в процессе изготовления формируется предварительный рельеф (разметка), дорожка которого содержит метки кадров и сигналы синхронизации, записанные со сниженной амплитудой и впоследствии перекрываемые записываемым сигналом.

Записываемые диски за счет наличия органического фиксирующего слоя имеют более низкий коэффициент отражения, чем штампованные, отчего некоторые проигрыватели (Compact Disk Player - CDP), рассчитанные на стандартные алюминиевые диски и не имеющие запаса по надежности чтения, могут воспроизводить диски CD-R менее надежно, чем обычные.

Чем объясняется различный цвет рабочей поверхности дисков? Различным материалом регистрирующего и отражающего слоев. В качестве регистрирующего слоя для дисков CD-R наиболее распространены органические соединения, известные под условными названиями "цианин" (Cyanine) и "фталоцианин" (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (cyan) цвет (от которого и происходит название материала, не имеющее отношения к цианидам - химическим производным циановодорода) и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно более стоек ко внешним воздействиям.

В качестве отражающих материалов используют золото и серебро, реже - алюминий и сплавы. Соответственно, рабочая поверхность диска с отражающим слоем из бесцветного металла имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет цианина с голубого на зеленоватый.

Органический слой дисков CD-RW обычно имеет серо-коричневый цвет.

Чем диск CD-R/CD-RW отличается от штампованного? Прежде всего, эти диски изготовляются со вспомогательной разметкой (pregroove) в которой закодирована временнАя сетка (ATIP - Actual Time In Pregroove, действительное время по разметке), которая одновременно служит и для разбивки диска на кадры (блоки), и дополнительная информация о диске - коды, рекомендуемые значения скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разметка используется для нахождения служебных и пользовательских областей диска и для для облегчения слежения за информационной дорожкой в процессе записи. При считывании слежение производится, как обычно, по записанной информационной дорожке.

Кроме этого, диск содержит две служебные области: PCA (Power Calibration Area - область калибровки мощности) и PMA (Program Memory Area - область памяти программы), расположенные внутри от "официального" радиуса начала записи. PCA используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а PMA - для временного хранения TOC в случае записи одной сессии в несколько приемов.

PCA и PMA являются таблицами фиксированной длины емкостью по 100 элементов каждая, что ограничивает как общее количество случаев записи, так и этапов формирования незакрытых сессий.

Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один прием, является дорожка (track) в формате CD-DA или CD-ROM. Минимальная длина дорожки - 300 блоков (600 кб, 4 сек). В начале каждой дорожки формируется служебный зазор (pre-gap), содержащий ее параметры, размером 150 блоков (300 кб, 2 сек) для однотипных дорожек и 225 блоков (450 кб, 3 сек) для дорожек разных типов.

Одна или несколько дорожек образуют программную область (Program Area); которая может формироваться в несколько приемов, между которыми адреса и параметры дорожек (TOC) сохраняются в PMA. На этом этапе доступ к записанным дорожкам имеют только приводы CD-R, так как обычные приводы CD-ROM не знают о PMA и требуют, чтобы программная область была обрамлена зонами Lead-In (4500 блоков - 9 Мб, 1 мин) и Lead-Out (2250 блоков - 4.5 Мб, 30 сек), а также наличия TOC в Lead-In. Структура из Lead-In, Program Area и Lead-Out называется сессией, а процесс записи Lead-In и Lead-Out вокруг области данных - закрытием сессии.

Какова надежность дисков CD-R/RW в сравнении со штампованными? Поскольку отражающий слой дисков CD-R/RW обычно делается из золота и серебра, менее подверженных окислению, чем алюминий в большинстве штампованных дисков, они тускнеют медленнее обычных. Однако материал регистрирующего слоя CD-R/RW более чувствителен к свету и также подвержен окислению и разложению. Кроме того, регистрирующая пленка находится в полужидком состоянии и потому чувствительна к ударам и деформациям диска - например, к его перегибу при извлечении из коробки. Наиболее оптимистичная оценка времени жизни дисков на основе фталоцинанина - около 100 лет, однако реальные цифры для большинства современных дисков (цианин и другие материалы) гораздо ниже. Примерная оценка долговечности среднего CD-R на основе массовой статистики - около двух-трех и более лет при аккуратном обращении и около года - при интенсивном использовании в сочетании с неаккуратным обращением (удары, перегибы, воздействие тепла, влажности, яркого света и т.п.). Для качественно изготовленных и записанных дисков при полном соблюдении условий хранения и эксплуатации время жизни оценивается минимум в 10 лет.

Дата добавления: 2014-01-07