Nahrávatelné disky CD a DVD
Když se disky CD staly v 80. letech 20. století poprvé populárními, prodávaly se výhradně jako zvukové kompaktní disky určené pouze ke čtení (CD-DA, ze kterých bylo možné přehrávat hudbu, ale ne na ně nahrávat). Netrvalo dlouho a počítačové společnosti si uvědomily, že mohou CD používat k velmi levné distribuci softwaru (programů), a běžní uživatelé počítačů brzy pochopili, že CD budou ještě lepší, když na ně bude možné hudbu a data nejen číst, ale také z nich zapisovat.Tak vznikly zapisovatelné disky CD (CD-R), ale háček byl v tom, že se na ně dalo zapisovat jen jednou, nešlo je vymazat a znovu použít.Brzy však počítačoví šikulové vyvinuli přepisovatelné disky CD (CD-RW), které se daly vymazat a přepsat libovolný početkrát.
Foto: Vypalovačka/zapalovačka CD/DVD má mnohem sofistikovanější čtecí/zapisovací laserovou hlavu než běžný přehrávač CD/DVD. V závislosti na typu přehrávače musí být čtecí/zapisovací hlava schopna číst běžné disky CD a DVD, zapisovatelné disky a přepisovatelné disky – musí být tedy skutečně schopna několika zcela odlišných operací čtení a zápisu.
Jak funguje zapisovatelný disk CD (CD-R)?
Teoreticky, pokud byste chtěli doma vyrábět běžné disky CD,museli byste si nainstalovat obrovský a drahý stroj na lisování disků CD. naštěstí to není nutné – a to proto, že zapisovatelné disky CD (CD-R) fungují zcela jiným způsobem. Tentokrát nejsou na plastu vytištěny žádné prohlubně a země. Místo toho je mezi ochranným polykarbonátem a reflexním hliníkem vrstva barviva. Za normálních okolností je barvivo průsvitné: laserové světlo přibližující se k disku z přehrávače CD jím projde, narazí na odrazivý hliník a odrazí se zase zpátky dolů.
To je zatím dobré, ale jak se na takový kompaktní disk ukládají informace? Přehrávač CD-R má výkonnější laser než obvykle, který při dopadu na disk vytváří teplo, „vypaluje“ barvivo a vytváří malou černou skvrnu.Když později na tuto skvrnu namíří svůj laser čtečka CD, světlo je zcela pohlceno a neodrazí se zpět. To znamená, že na disku je v tomto místě uložena nula („0“). V místech, kde je barvivo nespálené, se světlo laseru opět odráží přímo zpět, což znamená, že na disku je uložena „1“. Už chápete, kam to směřuje? Vytvářením oblastí „vypálených“ bodů a dalších míst, kde je barvivo ponecháno samotné, vytváří vypalovačka CD-R vzor binárních nul a jedniček, který lze použít k uložení informací. Bohužel, jakmile je barvivo jednou „vypáleno“, je trvale přeměněno: nelze jej již změnit zpět. A to je důvod, proč můžete disk CD-R zapsat pouze jednou.Jen na okraj bychom měli poznamenat, že ačkoli se vypalovačky CD obecně označují jako vypalovačky CD, ve skutečnosti věci nevypalují (nespalují je kyslíkem): pouze používají laser ke změně barviva citlivého na světlo.
Ilustrace: U disku CD-R jsou binární informace uloženy jako „vypálené“ oblasti (0) a nevypálené oblasti (1) ve vrstvě barviva umístěné mezi ochranným polykarbonátem a reflexním hliníkem.
Jak funguje přepisovatelný disk CD (CD-RW)?
Řekněme, že jste pověřeni úkolem vyvinout typ kompaktního disku, na který lze znovu a znovu zapisovat nebo jej mazat. Je zřejmé, že nemůžete použít žádnou z metod, které jsme dosud probírali (metodu pits andlands z audio CD určených pouze pro čtení nebo metodu „vypalování“-barvení používanou u CD-R). Ve skutečnosti potřebujete CD vyrobené z látky, kterou lze snadno převádět tam a zpět mezi dvěma různými formami, takže ji lze použít k uložení vzoru nul a jedniček, pak vymazat a v případě potřeby použít k uložení jiného vzoru později.
Většina z nás se ve škole učila, že atomy (nebo molekuly) v pevných látkách, kapalinách a plynech jsou uspořádány v různých polohách, přičemž atomy v pevných látkách jsou pevně spojeny. Některé pevné materiály jsou složitější: jejichatomy (nebo molekuly) mohou být uspořádány dvěma nebo více různými způsoby, kterým se říká pevné fáze. (Například pevný uhlík může existovat ve více různých fázích, mezi které patří grafit a diamant.) Právě to potřebujeme k výrobě disku CD-RW.
Namísto vrstvy barviva má disk CD-RW vrstvu kovové slitiny, která může existovat ve dvou různých pevných formách a přecházet mezi nimi. Říká se jí materiál s fázovou změnou nebo s fázovým posunem. Někdy je krystalická, s atomy/molekulami uspořádanými uspořádaným způsobem, takže je průsvitná a světlo skrz ni může procházet přímo; jindy jsou její atomy/molekule zpřeházené do mnohem náhodnější a neuspořádanější formy zvané anamorfní pevná látka, která je neprůhledná a blokuje světlo. Když laser CD-RW zasáhne tento materiál, změní jeho malé oblasti tam a zpět mezi krystalickou a amorfní formou. Když vytvoří krystalickou oblast, učiní část CD reflexní a účinně zapíše jedničku („1“); když vytvoří amorfní oblast, učiní CD nereflexní a zapíše nulu („0“).Protože tento proces lze libovolněkrát opakovat, můžete na disk CD-RW zapisovat a přepisovat v podstatě kolikrát chcete!
Ilustrace: U disku CD-RW jsou binární informace uloženy jako oblasti kovové slitiny, které jsou buď krystalické, nebo amorfní. Krystalické oblasti mají pravidelnou strukturu, která propouští světlo do hliníkové oblasti a odráží se zpět dolů, čímž se ukládají jedničky. Amorfní oblasti mají náhodnou strukturu, která rozptyluje přicházející laserové světlo, takže se nemůže odrazit zpět, a ukládá tak nuly. Přepisovací zařízení může měnit kovovou slitinu na disku CD z jedné formy na druhou a zpět, proto lze tento druh disku mnohokrát vymazat a přepsat.
Další typy disků CD
CD se původně používaly pouze k ukládání hudby. Na každý disk bylo možné uložit 74 minut stereofonního zvuku – což je více než dost pro typickou LP desku. V 90. letech 20. století se technologie CD stala populární také pro ukládánípočítačových programů, her a dalších informací. Vdevadesátých letech byl také uveden na trh systém PhotoCD společnosti Kodak (způsob uložení až 100 fotografií na kompaktní disk).
Původní forma počítačových CD se nazývala CD-ROM (CD-Read Only Memory), protože většina počítačů z nich mohla pouze číst informace (a neukládat na ně žádné informace). V té době jste k vypalování vlastních disků CD, které se často nazývaly WORM (Write Once Read Many), potřebovali samostatné zařízení zvané „vypalovačka“. Nyní je běžnější, že počítače mají mechaniky CD-R nebo CD/RW pro vypalování vlastních disků CD, i když většina nových počítačů má nyní místo toho mechaniky DVD.
Rozdíl mezi disky CD a DVD je v množství informací, které na ně lze uložit. Na CD se vejde 650 megabajtů (milionů znaků) dat, zatímco na DVD se vejde nejméně 4,7 gigabajtů (tisícmegabajtů)- což je zhruba sedmkrát více. Protože DVD mají stejnou velikost jako CD a ukládají sedmkrát více informací, musí být nuly a jedničky (neboli jamky a země) na DVD odpovídajícím způsobem menší než na CD. Nejnovější optické disky využívají technologii zvanou Blu-ray, která ukládá šestkrát více dat než DVD nebo 40krát více než CD (úplné vysvětlení najdete v rámečku dole).
Foto: CD nás seznámily s digitální hudbou, ale nyní jsou vytlačovány přehrávači MP3 a digitálním stahováním. Proč? Podívejte se, jak těžké je držet v ruce pouhý tucet CD. Dokonce i 20GB MP3 přehrávač Apple iPod pojme bez mrknutí oka něco kolem 400-500 CD s hudbou – a vejde se vám do kapsy u košile! Přitom hudební skladba na CD bude vždy znít lépe než ekvivalentní MP3, a to z důvodů, které vysvětlujeme v našem článku o přehrávačích MP3 a digitální hudbě.
Více o těch nulách a jedničkách
Je hezké a snadné vysvětlit CD tím, že jamky odpovídají nulám a země jedničkám, ale není to tak docela pravda.Informace na CD jsou zakódovány mnohem jemnějším způsobem, který využívá složité a důmyslné techniky kódování dat, včetně modulace osm až čtrnáct (EFM) a kódování bez návratu k nule s inverzí (NRZI). Zní to nesmírně technicky, ale není těžké to pochopit. EFM v podstatě znamená jen převod krátkých vzorců dat na delší (paradoxně), aby bylo možné je ukládat efektivněji a s menším rizikem chyb. NRZI znamená, že namísto čtení jednotlivých důlků a jamek laser hledá změny mezi důlkem a jamkou nebo dlouhými řetězci důlků a jamek a místo toho je převádí na jedničky a nuly. Pokud tedy například přečte dlouhou jámu a najednou narazí na zemi, interpretuje ji jako jedničku. Pokud přečte zemi a náhle narazí na jámu, interpretuje ji také jako jedničku. Naopak neměnné plochy země nebo jámy jsou obě interpretovány jako nuly.
Art: Jak důlky a zeminy kódují nuly a jedničky na povrchu CD. Přechod z důlku do země nebo ze země do důlku kóduje jedničku; délka nepřerušeného důlku nebo země kóduje nulu.
Proč používat tyto druhy technik místo jednoduché metody „důlek se rovná nule, země se rovná jedničce“, kterou jsem popsal výše? Efektivněji využívá prostor na disku (takže na disk můžeme nacpat více dat), vyhýbá se potřebě velmi krátkých nebo dlouhých jamek nebo landů a minimalizuje význam bitů, které se ztratí v důsledku poškrábání nebo znečištění (takže pomáhá korigovat proti chybám). Pokud si nesestavujete vlastní přehrávač CD nebo se neopičíte po datové komunikaci, opravdu nepotřebujete přesně vědět, jak jsou data na CD nebo DVD uložena, takže pokud si chcete představit, že pity jsou nuly a landy jedničky, je to naprosto dobrá aproximace toho, co se děje – a vše, co většinu z nás zajímá. (Mnohem více podrobností najdete v části o kódování dat v knize The Compact Disc Handbook od Kena C. Pohlmanna, od strany 74.)
Kdo vynalezl CD?
Technologii CD vynalezl koncem 60. let 20. století James T. Russell (1931-). Jako vášnivý hudební fanoušek toužil po systému záznamu zvuku, který by reprodukoval hudbu přesněji než LP desky a kazety. V roce 1970 si nechal patentovat vůbec první systém optického záznamu zvuku a v následujících letech jej zdokonaloval. Zvuková CD nakonec komerčně debutovala v Evropě v roce 1982, kdy je uvedly na trh elektronické koncerny Sony a Philips, a ve Spojených státech se objevila v následujícím roce. CD-ROMy se staly populárními v 90. letech, kdy vydavatelé jako Encyclopedia Britannica, Broderbund a DorlingKindersley vydali populární „multimediální“ encyklopedie obsahující psaný text, zvuk, obrázky, animace a videa. Dnes jsou CD-ROMy méně populární díky World Wide Webu (WWW), který usnadňuje okamžité publikování a aktualizaci informací a propojování stránek z mnoha různých zdrojů.