|
|
Pewne informacje zawarte w artykule wymagają weryfikacji.
Zajrzyj na stronę dyskusji, by dowiedzieć się, jakie informacje budzą wątpliwości. |
|
|
Ten artykuł trzeba dopracować zgodnie z zaleceniami edycyjnymi:
stylistykę, gramatykę, błędy merytoryczne.
Dokładniejsze informacje o tym, co trzeba poprawić, być może leżą na stronie dyskusji tego artykułu.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu. |
Płyta kompaktowa (ang. Compact Disc, CD-ROM – Compact Disc – Read Only Memory) — poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem lasera optycznego. Zaprojektowany w celu nagrywania oraz przechowywania dźwięku, przy użyciu kodowania PCM, który dzisiaj jest tylko jednym ze standardów cyfrowego zapisu dźwięku. Taką płytę nazywa się CD-Audio. Dzięki dużej jak na swoje czasy pojemności, niezawodności oraz niskiej cenie, dysk kompaktowy stał się popularnym medium do zapisywania danych.
Standardowa płyta CD ma średnicę 120 mm oraz jest w stanie pomieścić 700 MB danych albo 80 minut dźwięku.
Płyta kompaktowa była opracowana wspólnie przez koncerny Philips oraz Sony pod koniec lat 70., a jej premiera odbyła się w fabryce w Langenhagen własności PolyGram 17 sierpnia 1982, która wtedy należała do Philipsa.
Pierwszą płytą, która ukazała się w wersji CD była „The Visitors” grupy ABBA, natomiast pierwszym materiałem opublikowanym na nośniku CD w Polsce (w 1989 roku) była płyta „Spokojnie” zespołu Kult o symbolu Polton CDPL-001potrzebne źródło.
Pierwsze płyty oraz odtwarzacze CD zostały wprowadzone do sprzedaży we wrześniu 1982 roku w Japonii. W sprzedaży w Stanach Zjednoczonych oraz Europie pojawiły się w marcu 1983 r.
Historia
Płyta CD to produkt który ma za zadanie przechowywanie informacji w postaci cyfrowej. Historię płyty CD otwiera, pod koniec lat 70. (dokładnie 1978 r.) XX wieku, firma Philips. Pracująca tam grupa naukowców, po wielu próbach oraz badaniach doszła do wniosku że najlepszym sposobem na zapis informacji jest płyta w postaci okrągłej, zapisywana oraz odczytywana optycznie.
W tym samym czasie firma Sony prowadząc podobne badania zaproponowała zapis danych na krążku o średnicy 30 cm, co odpowiadało ok. 2,5 godzinnemu nagraniu. Obie firmy podpisały porozumienie w 1979 roku, dotyczyła ona wspólnej wymiany informacji oraz kontynuowaniu dalszego rozwoju projektu. Philips oficjalnie zaprezentował płytę kompaktową w marcu 1979 roku.
Rok 1983 był przełomowy, w sprzedaży pojawiły się odtwarzacze CD zwane dyskofonami, po trzech latach katalog płyt CD zawierał 5000 pozycji.
W ostatnich latach XX wieku ludzie zaczęli generować ogromne ilości danych. Zaczęło brakować miejsca na ich przechowywanie na klasycznych nośnikach, którymi wówczas były dyskietki 3,5 cala oraz dyski twarde. Spowodowało to wzrost popularności płyty CD.
Podział płyt CD
Technologia tworzenia nośnika dopuszcza na klasyfikację:
- zwykłe płyty CD to matryca odciśnięta oraz będąca negatywem
- płyty CD-R zawierają ścieżki, w których możemy za pomocą lasera zapisać nasze dane
- płyty CD-RW są podobne do płyt CD-R, ale pozwalają nam do zapisu jak oraz wymazywania danych do ok. 1000 razy
Poza tym są jeszcze płyty CD 8 cm oraz płyty w kształcie wizytówki, są mniejsze rozmiarami oraz posiadają mniejsze pojemności.
Proces wytwarzania pitów na warstwie nośnej to proces zapisu danych na płycie, barwnik oraz warstwa nośna zostają podgrzane przez laser, którego moc wynosi od 4 do 11 mW. Temperatura uzyskana podczas pracy wynosi ok. 250 stopni Celsjusza, pod jej wpływem warstwa nośna topnieje a barwnik jest rozprzestrzeniany na wolne obszary dysku. Oryginalnie laser generuje wyższą moc aby uległ stopieniu barwnik, ale w momencie kiedy już to nastąpi następuje przeistoczenie mocy, umożliwiającą zapis danych.
Podstawową warstwę płyty CD przed zapisem tworzy powłoka polikrystaliczna, podczas procesu nagrywania, laser rozpoczyna podgrzewanie obszarów nagrywanej ścieżki do temperatury od 500 – 700 stopni Celsjusza a moc lasera waha się w granicach od 8 do 14 mW. Laser roztapia kryształy tworząc z nich warstwę amorficzną tzw. pity te posiadają słabsze właściwości odbijania światła a to prowadzi do możliwości rozróżnienia tych obszarów, podczas odczytu danych przez czytniki CD-ROM oraz stacjonarne CD.
Proces kasowania danych na płytach CD-RW to droga powrotna ze stanu amorficznego do stanu krystalicznego nośnika. Jest to możliwe po uzyskaniu temperatury 200 stopni Celsjusza[1]. Ten zabieg powoduje że płyta CD-RW wraca do stanu nie nagranego czystego nośnika.
Aby szybciej skasować dane na płycie, stosuje się metodę polegającą na kasowaniu ostatniej nagrywanej ścieżki tj. wymazaniu subkodu mapy dysku, w której zamieszczone są informacje na temat, rozlokowania danych na płycie. Dane pozostają nienaruszone, ale czytniki rozpoznają płytę jako niezapisaną.
Połączenie dwóch technik zapisu jak oraz kasowania danych na płytach CD-RW, doprowadziło do procesu nadpisywania informacji. Do zapisu nowych pitów jest używana taka sama energia lasera, jak w przypadku zwykłego zapisu, ale pomiędzy starymi pitami a nowymi powstaje krystaliczna warstwa utworzona, po zmniejszeniu mocy lasera. Ta metoda kasuje poprzednie informacje na płycie a zapisuje nowe.
Tak jak w technice zapisu płyty laser wytwarza wyższą temperaturę roztapiając warstwę nośną, na granicy dwóch pitów laser obniża temperaturę.
Płyty z danymi
Płyta kompaktowa może służyć do zapisu muzyki, filmu (Video CD albo Super Video CD) albo danych – plików komputerowych. Płyty z danymi są zwykle zapisane z użyciem systemu plików ISO 9660 (wcześniej zwanym High Sierra). Format ten ogranicza nazwy plików do stylu MS-DOS-a (8+3). Joliet dopuszcza na dłuższe nazwy plików oraz zagłębienia w strukturze katalogów powyżej ośmiu poziomów. Rock Ridge tak jak Joliet wykorzystuje niezdefiniowane pola w standardzie ISO 9660, aby obsługiwać dłuższe nazwy oraz dodatkowo informacje typowo uniksowe (właściciel pliku, symboliczne dowiązania itp.)
Cechy płyt CD
Pojemność oraz rozmiar
Standardowa płyta kompaktowa mieści 74 minuty muzyki, zapisanej przy użyciu kodowania PCM, co odpowiada 650 MB danych. Standardowo dźwięk na płycie CD nie jest poddawany kompresji. Powstały także nośniki mieszczące: 700 MB (80 min.) – aktualnie najpopularniejsze w sprzedaży, 800 MB (90 min.), 870 MB (99 min.), a nawet 1,4 GB – płyty dwuwarstwowe, przy czym dwie ostatnie są prawie jedynie jako płyty jednokrotnego zapisu. Wśród płyt pierwotnie tłoczonych (komercyjnych) dominują jedynie rozmiary 650 MB, 700 MB. Rozmiar 800 MB jest dosyć sporadycznie spotykany. Płyty większe niż 700 MB wielokrotnie sprawiają problemy podczas odczytu, zwłaszcza w starszych odtwarzaczach.
Płyta ma średnicę 120 mm, grubość 1.2 mm oraz przeciętnie waży ok. 15 g (standard CD Audio Red Book dopuszcza masę od 14,1 g do 33 g). Długość spirali z zapisanymi danymi na typowej płycie to ok. 5,4 km (dla DVD ok. 11,6 km).
Oryginalnie koncern Sony postulował, by średnica płyty wynosiła 12 cali (czyli tyle samo co w przypadku płyty gramofonowej), lecz kiedy okazało się, że na tak dużej płycie zmieściłoby się 12 godzin muzyki, postanowiono tę średnicę zmniejszyćpotrzebne źródło. Kolejnym pomysłem był, by płyta mieściła 60 minut muzyki analogicznie np. do kasety oraz miała średnicę 100 mm (Sony) albo 115 mm (Philips)[2]. Istnieje miejska legenda mówiąca, że to austriacki dyrygent Herbert von Karajan przekonał wynalazców CD, by zwiększyli jej pojemność do 74 minut, aby da się było na jednym krążku zmieścić całą IX symfonię Beethovena. Zaprzeczył temu później współwynalazca systemu Kees Immink[3]. Ostatecznie zdecydowano by płyta miała średnicę 12 cm (czyli tyle co popularna wówczas dyskietka 5,25 cala), co dopuszcza zapisać od 74 do 80 minut muzyki.
Częstotliwość próbkowania dzwięku zapisanego na CD to 44,1 kHz, co dopuszcza na odwzorowanie dźwięku o częstotliwości do 22,05 kHz. (szczegóły patrz częstotliwość Nyquista).
Trwałość
Po wprowadzeniu standardu trwałość płyt szacowano na kilkaset lat - szacunki takie opierano na założeniu, że skoro żaden element odtwarzacza nie ma fizycznego kontaktu z powierzchnią płyty (jak to miało miejsce w przypadku płyt gramofonowych czy taśm magnetofonowych), to praktycznie nie będzie ona ulegała zużyciu.
Dla płyt produkowanych w latach 80. oraz początkach lat 90. te szacunki były prawdziwe - ówczesne płyty były wysokiej jakości. Wraz z popularyzacją standardu oraz spadkiem cen samych płyt spadała także ich jakość, co negatywnie odbija się na trwałości zapisu - choć dla odpowiednio przechowywanych płyt tłoczonych wciąż liczony on jest w dziesiątkach lat.
Inaczej jest z płytami zapisywalnymi - tanie płyty CD-R wielokrotnie stają się nieczytelne już po kilku tygodniach od zapisu, choć są także, odpowiednio droższe, płyty o gwarantowanej trwałości (zazwyczaj posiadają one podłoże w kolorze złotym)potrzebne źródło.
Kolor
Nagrywarki zapisują dane na płytach pokrytych różnymi kolorami. Jest to powiązane z barwnikiem użytym w warstwie odbijającej. Płyty zmieniają swój kolor na zielony, niebieski, żółty, złoty oraz czarny. Kolor nośnika nie ma znaczenia przy odczycie danych, aktualnie wszystkie nowoczesne CD-ROMy oraz nagrywarki umieją odczytywać oraz zapisywać na nich dane.
Złote płyty posiadają złotą warstwę odbijającą, prześwituje ona przez dolną stronę płyty oraz w ten sposób nadaje to jej kolor złoty. Żywotność takich płyt szacowana jest na 100 lat.potrzebne źródło
Nowoczesne płyty posiadają pigment ftalocyjanianowy, który nadaje im kolor czarny.
Budowa nośnika, zapis danych
Standardowa płyta kompaktowa wielokrotnie określana jako audio CD, dla odróżnienia od późniejszych wariantów, przechowuje cyfrowy zapis dźwięku w standardzie zgodnym z „czerwoną księgą” (ang. red book). Płyty kompaktowe wykonane są z poliwęglanowej płytki o grubości 1,2 mm oraz średnicy 12 cm pokrytej cienką warstwą glinu (aluminium), w której zawarte są informacje (w postaci kombinacji mikrorowków oraz miejsc ich pozbawionych). Odczytywane są one laserem półprzewodnikowym (AlGaAs) o długości fali około 780 nm. Zapis tworzy spiralną ścieżkę biegnącą od środka do brzegu płyty.
Prędkość obrotowa płyty zmienia się w taki sposób, że stała jest prędkość liniowa głowicy odczytującej względem ścieżki oraz zawiera się w zakresie od 1,2 do 1,4 m/s. Odczyt płyty przebiega się od środka na zewnątrz, a prędkość obrotowa maleje wraz z oddalaniem się od środka płyty.
Mikrofotografia wgłębień oraz pól
Dane przed zapisaniem na dysku są kodowane w standardzie "8 w 14" oraz zapisywane w postaci pól (ang. land) oraz wgłębień (ang. pit). W płytach tłoczonych wgłębienia posiadają głębokość 1/4 długości fali w materiale płyty lasera odczytującego (około 125 nm), w wyniku interferencji światła odbitego od otoczenia oraz wgłębienia następuje wygaszenie fali. Wgłębienia posiadają szerokość 500 nm, a odległości pomiędzy kolejnymi ścieżkami wynosi 1,6 µm. Różnice w odbiciu światła są wykorzystywane przez serwomechanizm soczewki do prowadzenia wiązki po ścieżce oraz jej ogniskowania.
System kodowania "8 w 14" zapewnia, że najmniejsza długość pitu oraz landu wynosi 3 bity (833 nm), a największa 11 (3560 nm). Podczas odczytu płyty przez wiązkę laserową, otrzymuje się sygnał, w którym informację nie przenosi bezpośrednio stan "pit/land" a czas pomiędzy kolejnymi zmianami sygnału. Każda przeistoczenie sygnału zmienia poziom sygnału wyjściowego (NRZI)[4].
Budowa płyty CD-R
W skład płyty CD-R wchodzą 4 warstwy:
- Poliwęglanowa warstwa nośna w postaci plastikowego krążka
- Warstwy barwnika który ulega stopieniu w momencie zapisu
- Warstwy odbijającej złotej albo aluminiowej
- Warstwy ochronnej z lakieru
Budowa płyty CD-RW
-
Osobny artykuł: CD-RW.
Kolejnym nośnikiem wykonanym w technologii CD jest nośnik CD-RW (ReWritable), jak sama nazwa wskazuje to płyta umożliwiająca nam zapis, odczyt oraz dodatkowo kasowanie informacji. Moc lasera użytego do zapisu płyty powoduje, że cząstka obszarów ma osoba krystaliczną a pozostała amorficzną. To powoduje że promieniowanie odczytujące jest przekazywane albo pochłaniane. Wynika to z zastosowania specjalnego stopu metali, ale jest to tajemnica producentów. Warstwa poliwęglanu ma rowek prowadzący, nad nią istnieje warstwa ZnS-SiO2, zapewnia ona odpowiedni odbiór ciepła podczas zapisu laserowego płyty. Wyżej naniesiono odbijającą warstwę aluminiową, całość kończy specjalna powłoka lakierowana na której zwykle jest napis z logo producenta. Każdy z producentów odpowiednio dla swojej marki dobiera grubości poszczególnych warstw lecz tajemnicą jest jakie wartości wchodzą w grę.
Budowane w ten sposób płyty CD-RW powodują pewne ograniczenia w zapisie danych, może on się odbywać z niskimi prędkościami. Również trwałość nośnika jest niska, producenci zapewniają tylko do ok. 1000 skasowań.
Technika zapisywania informacji na płytach CD-RW jest porównywalna do zapisu płyt gramofonowych. Na płytach CD-RW jest także rowek „prowadzący” dzięki któremu laser zapisujący albo odczytujący dane na jej powierzchni zna drogę. Od tego małego rowka zależy czy nagrywanie danych na płycie zakończy się powodzeniem czy też krążek wyrzucimy do śmietnika. Wymiary rowka w droższych modelach płyt są takie same oraz wynoszą:
- Głębokość 200 nm.
- Szerokość na górze 700 nm.
- Szerokość na dole 400 nm.
- Kąt nachylenia ścianek bocznych wynosi 50 stopni
Tańsze modele płyt nie posiadają zachowanych równych proporcji, dlatego zapis danych na ich powierzchni jest bardziej ryzykowny.
Napędy CD-ROM
Napędy pierwszej generacji pracowały z prędkością ok. 150 KB/s. Producenci sprzętu zaprezentowali następnie napędy podwójnej prędkości (300 KB/s), czterokrotnej prędkości (600 KB/s) oraz szybsze. Najszybsze napędy CD osiągają 54-krotną prędkość odczytu (8100 KB/s), jest to jednak prędkość maksymalna, osiągana tylko na pewnym obszarze płyty. Swego rodzaju ewenement stanowił zaprezentowany w 1999 roku przez firmę Kenwood czytnik CD osiągający 72-krotną prędkość odczytu (10800 KB/s). Osiągnięcie tak wysokich transferów było możliwe dzięki zastosowaniu innowacyjnej technologii TrueX, polegającej na odczytywaniu danych z 7 ścieżek jednocześnie. Pozwoliło to na ograniczenie prędkości obrotowej dysku z ok. 11 000 obr/min (napędy 52x) do 2700-5100 obr/min oraz tym samym znaczne zmniejszenie poziomu hałasu oraz wibracji generowanych podczas pracy. Rozwiązanie to - pomimo niewątpliwych zalet - nie rozpowszechniło się zbyt szeroko, co mogło być spowodowane nadchodzącą erą dominacji napędów DVD.
Przeważajaca ilość napędów CD-ROM komunikuje się z komputerem za pomocą interfejsu SCSI, albo IDE EIDE, wykorzystując najczęściej protokoły ATAPI albo ASPI. W latach 90-tych wiele napędów CD-ROM wyposażonych było w zewnętrzne gniazdo słuchawkowe (3,5 mm), pozwalające odtwarzać płyty Audio-CD bez konieczności użycia jakiegokolwiek oprogramowania, oraz wewnętrzne wyjście cyfrowe S/PDIF umożliwiające czytanie ramek danych z płyt Audio-CD w formie cyfrowej. Z końcem lat 90-tych producenci co raz częściej rezygnowali z montażu dodatkowego, przedniego złącza audio - tzw. gniazda słuchawkowego.
Dostępne są także nagrywarki CD (zapisujące płyty CD-R oraz CD-RW). Używają one innych środków oraz specjalizowanego wyposażenia do nagrywania, ale płyta wynikowa CD-R bywa odczytana przez jakikolwiek napęd CD-ROM.
Na przełomie 2004 oraz 2005 roku, nagrywarki następnego standardu, DVD, wydatnie staniały. Niższa cena nowych nagrywarek, potrafiących nie tylko zapisywać dyski DVD (+R/-R/+RW/-RW/RAM/DL), ale także CD: R/RW, sprawiła znaczne obniżenie popytu na nagrywarki oraz czytniki CD.
Oznaczenia płyt audio CD
Technologia wytwarzania płyt CD
Premastering
Tu tworzy się prototyp płyty CD-RW, układ danych na matrycy, które zostaną następnie przeniesione na krążek oraz powielone.
Proces tworzenia matrycy
Glasmastering
Dane wejściowe pobierane są z nośnika fizycznego np. płyty CD-R, DVD, taśm 8mm, taśm DLT bądź bezpośrednio z cyfrowego obrazu płyty (DDP Image). Za pomocą specjalnego urządzenia tworzy się tzw. szklany wzorzec (glassmaster). Aktualnie wykorzystywane są dwie technologie produkcji glassmasterów:
Starsza technologia dye-polimerowa, w której spiralna ścieżka danych jest fizycznie wypalana w warstwie polimeru. W tej technologii wykorzystywane są lasery gazowe. Wymiary takiego glassmastera:
- średnica 30 cm
- grubość 1 cm
Szklany dysk, po uprzednim pokryciu cienka warstwą dye-polimeru, zostaje umieszczony w laserze. Po skończonym wypalaniu danych, glassmaster wygrzany, a następnie pometalizowany.
Nowszą technologią jest technologia fotorezystywna, w której ścieżka danych jest naświetlana na materiale światłoczułym. Na powierzchnię szklanego dysku (o średnicy od 16 cm x 3 mm bądz 18 cm x 2 mm)nakładana jest emulsja czuła na światło, po czym specjalne urządzenie laserowo naświetla obraz spirali - wzdłuż niej będą znajdować się pity oraz landy. Spirala ma szerokość 1 mikrometra - dla porównania, średnica ludzkiego włosa ma około 12 mikrometrów. Emulsja w momencie wywoływania zostaje usunięta, szklany dysk jest trawiony, po czym uzyskuje się całkowity obraz spirali z zapisem danych. Po skończonym procesie wytrawiania, szklany dysk jest metalizowany. Dokładność tego procesu wpływa na późniejszą jakość płyty CD.
Proces galwaniczny
Pometalizowany glassmaster zakładany jest w specjalnym uchwycie na na wannę galwaniczną. Po procesie trwającym około godziny otrzymuje się niklową matrycę "ojca" o grubości 0,3 mm, mogącego służyć już jako stempel produkcyjny. W produkcji wieloseryjnej, z "ojca" róznież przy pomocy odpowiedniego procesu galwanicznego (proces trwa około godziny), otrzymywana jest tzw. "matka". Płyta matka posłuży do wykonania jej niklowej repliki, jest to swoisty stempel dzięki któremu tłoczy się płyty CD/DVD. Z jednego stempla (matrycy) da się wytłoczyć od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy gotowych płyt.
Schemat tłoczenia płyt kompaktowych
Aktualnie w produkcji płyt kompaktowych używa się poliwęglanu, materiał na płytę CD poddawany jest w pierwszej fazie osuszeniu w temperaturze 125 stopni Celsjusza.
Technologia używana do wyrobu tworzyw termoutwardzalnych jest stosowana do formowania krążka z rowkami.
Powstaje w ten sposób przezroczysty dysk, który jest studzony, a po wytłoczeniu na krążek nanosi się warstwę aluminiową metodą metalizacji. Cały proces przebiega się w próżni z użyciem argonu. Specjalny lakier ochronny pokrywa powierzchnię metalizowaną przy użyciu szybkoobrotowej maszyny, która równomiernie rozkłada lakier na powierzchni. Lampa ultrafioletowa doprowadza do utwardzenia rozłożonej warstwy lakieru.
W końcowym etapie specjalny układ optyczny kontroluje jakość płyty, określając jej przydatność oraz eliminując bezwartościowe wytwory.
Cały cykl powstawania płyty trwa od 3 do 4 sekund, a coraz doskonalsza technologia kontroli jakości zapewnia bezstratny proces produkcyjny.
Drukowanie etykiet
Warstwa odbijająca jest chroniona dodatkowo poprzez nadrukowanie etykiety producenta, która zabezpiecza ze względów komercyjnych górną cząstka płyty przed uszkodzeniem.
Przyszłość
Obecne na rynku płyty CD-R oraz CD-RW posiadają zastosowanie z reguły w urządzeniach takich jak odtwarzacze audio CD. Ich pojemność ogranicza ich zastosowanie w innych aktualnie rozwijających się dziedzinach techniki. Popularne dyski DVD oferują wydatnie większą pojemność. Stosunkowo nowe na rynku są nośniki Blu-ray. Na jednej ich warstwie mieści się ok. 25 GB danych. Wystarcza to na pomieszczenie materiału wideo o jakości HD, lecz nośniki te nie są jeszcze tak popularne oraz są do tego nader drogie w porównaniu z CD-R, czy DVD .
Sprawdź też
- urządzenia obsługujące nośniki: napęd optyczny, nagrywarka,
- interfejsy komputera służące do podłączenia napędów,
- unowocześnienia: HDCD,
- standardy płyt kompaktowych: CD-Audio, PhotoCD, CD-R, CD-RW, VCD, SVCD, CD+G, CD-Text, CD-ROM XA, CD-Extra, CD-i Bridge, CD-i.
Przypisy
Linki zewnętrzne
