Megírható CD-k és DVD-k
Amikor a CD-k az 1980-as években először váltak népszerűvé, kizárólag csak olvasható audio kompakt lemezként (CD-DA, amelyről zenét lehetett lejátszani, de nem lehetett rá felvenni) kerültek forgalomba. Nem telt el sok idő, mire a számítástechnikai cégek rájöttek, hogy a CD-ket nagyon olcsón használhatják szoftverek (programok) terjesztésére, és a hétköznapi számítógép-felhasználók hamarosan rájöttek, hogy a CD-k még jobbak lennének, ha nem csak olvasni lehetne róluk, hanem zenét és adatokat is lehetne rájuk írni.Így jöttek létre az írható CD-k (CD-R), de a bökkenő az volt, hogy csak egyszer lehetett rájuk írni; nem lehetett törölni és újra felhasználni őket.
Fotó: A számítógépes zsenik hamarosan kifejlesztették az újraírható CD-ket (CD-RW), amelyeket tetszőlegesen sokszor lehetett törölni és újraírni: A CD/DVD író/író sokkal kifinomultabb lézeres író/olvasófejjel rendelkezik, mint egy közönséges CD/DVD lejátszó. A lejátszó típusától függően az író-olvasófejnek képesnek kell lennie a közönséges CD-k és DVD-k, az írható lemezek és az újraírható lemezek olvasására – tehát valóban több egészen különböző olvasási és írási műveletre kell képesnek lennie.
Hogyan működik az írható CD (CD-R)?
Elméletileg, ha közönséges CD-ket szeretne készíteni otthonában, akkor egy hatalmas és drága CD-nyomógépet kellene telepítenie.Szerencsére erre nincs szükség – és ez azért van, mert az írható CD-k (CD-R) teljesen másképp működnek. Ezúttal nincsenek műanyagra nyomott lyukak és földek. Ehelyett a védő polikarbonát és a fényvisszaverő alumínium között egy festékréteg található. A festék általában áttetsző: a CD-lejátszóból a lemezre zoomoló lézerfény egyenesen áthalad rajta, a fényvisszaverő alumíniumba ütközik, és egyenesen visszapattan.
Ám eddig minden rendben, de hogyan tároljuk az információt egy ilyen kompakt lemezen? A CD-R író a szokásosnál nagyobb teljesítményű lézerrel rendelkezik, amely hőt termel, amikor a lemezhez ér, “elégeti” a festéket, és egy apró fekete foltot hoz létre.Később, amikor a CD-olvasó erre a pontra irányítja a lézert, a fényt teljesen elnyeli, és nem verődik vissza. Ez azt jelzi, hogy a lemezen ezen a ponton egy nulla (“0”) van tárolva. Azokon a helyeken, ahol a festék nem égett el, a lézerfény ismét egyenesen visszaverődik, ami azt jelzi, hogy “1” van tárolva a lemezen. Látja, hová vezet ez az egész? A “beégett” pontokból álló területek és más olyan helyek létrehozásával, ahol a festék magára maradt, a CD-R író bináris nullákból és egyesekből álló mintázatot hoz létre, amelyet információ tárolására lehet használni. Sajnos, ha a festék egyszer “beégett”, az véglegesen átalakul: nem változtatható vissza. Ezért lehet egy CD-R lemezt csak egyszer megírni.Csak mellékesen jegyezzük meg, hogy bár a CD-írókat széles körben CD-íróként emlegetik, valójában nem égetnek el dolgokat (nem égetik el őket oxigénnel): egyszerűen lézerrel változtatják meg a fényérzékeny festéket.
Állusztráció:
Hogyan működik az újraírható CD (CD-RW)?
Tegyük fel, hogy Önt bízzák meg egy olyan kompakt lemez kifejlesztésével, amelyre újra és újra lehet írni vagy törölni. Nyilvánvalóan nem használhatod az eddig tárgyalt módszerek egyikét sem (a csak olvasható audio CD-kről ismert pits andlands módszert vagy a CD-R-eknél használt “égetett”-festékes módszert). Valójában olyan anyagból készült CD-re van szükség, amely könnyen átalakítható oda-vissza két különböző forma között, így használható nullák és egyesek mintázatának tárolására, majd törölhető, és szükség esetén később egy másik minta tárolására használható.
A legtöbbünk azt tanulta az iskolában, hogy az atomok (vagy molekulák) a szilárd, folyékony és gáznemű anyagokban különböző helyzetekben helyezkednek el, a szilárd anyagokban az atomok szorosan össze vannak zárva. Egyes szilárd anyagok ennél összetettebbek: atomjaik (vagy molekuláik) két vagy több különböző módon is elrendeződhetnek, amelyeket szilárd fázisoknak nevezünk. (A szilárd szén például több különböző fázisban is létezhet, ezek közé tartozik a grafit és a gyémánt). Éppen erre van szükségünk egy CD-RW lemez elkészítéséhez.
A festékréteg helyett a CD-RW lemezen egy fémötvözet rétege van, amely két különböző szilárd halmazállapotban létezhet, és ezek között oda-vissza tud váltani. Ezt fázisváltó vagy fázisváltó anyagnak nevezik. Néha kristályos, az atomjai/molekulái rendezett módon vannak elrendezve, így áttetsző, és a fény egyenesen áthatol rajta;máskor az atomjai/molekulái sokkal véletlenszerűbb és rendezetlenebb formában, anamorf szilárd anyagként vannak összekeveredve, ami átlátszatlan és elzárja a fényt. Amikor egy CD-RW lézer eltalálja ezt az anyagot, apró kis területeket változtat meg a kristályos és az amorf forma között. Amikor kristályos területet hoz létre, a CD egy részét fényvisszaverővé teszi, és gyakorlatilag egyest (“1”) ír; amikor amorf területet hoz létre, a CD-t nem fényvisszaverővé teszi, és nullát (“0”) ír.Mivel ez a folyamat tetszőlegesen sokszor megismételhető, egy CD-RW-t nagyjából annyiszor írhat és írhat újra, ahányszor csak akar!
Illusztráció: Egy CD-RW-n a bináris információ tárolása kristályos vagy amorf fémötvözet területein történik. A kristályos területek szabályos szerkezettel rendelkeznek, amely átengedi a fényt az alumínium területre, és visszatükröződik újra lefelé, így tárolva az egyeseket. Az amorf területek véletlenszerű szerkezete szétszórja a beérkező lézerfényt, így az nem tud visszaverődni, így nullákat tárol. A CD-író a CD-n lévő fémötvözetet egyik formából a másikba és vissza tudja változtatni, ezért ez a fajta lemez többször is törölhető és újraírható.
A CD-k egyéb típusai
A CD-ket eredetileg csak zene tárolására használták. Minden lemez 74 percnyi sztereó hangot tudott tárolni, ami több mint elég egy tipikus LP-lemezhez. Az 1990-es években a CD-technológia népszerűvé vált számítógépes programok, játékok és egyéb információk tárolására is. A Kodak PhotoCD rendszere (amely akár 100 fényképet is tárolhat egy kompakt lemezen) szintén az 1990-es években jelent meg.
A számítógépes CD eredeti formáját CD-ROM-nak (CD-Read Only Memory) nevezték, mivel a legtöbb számítógép csak olvasni tudta az információt róluk (és nem tárolt rajta semmilyen információt). Akkoriban a saját CD-k írásához, amelyeket gyakran WORM-nak (Write Once Read Many) neveztek, egy külön berendezésre, úgynevezett “írógépre” volt szükség. Ma már gyakoribb, hogy a számítógépek CD-R vagy CD/RW meghajtóval rendelkeznek a saját CD-k írásához, bár a legtöbb új számítógép már DVD-meghajtóval is rendelkezik.
A CD-k és DVD-k közötti különbség a tárolható információ mennyisége. Egy CD 650 megabájt (millió karakter) adatot képes tárolni, míg egy DVD legalább 4,7 gigabájtot (ezer megabájt), ami nagyjából hétszer több. Mivel a DVD ugyanolyan méretű, mint a CD, és hétszer több információt tárol, a DVD-n lévő nulláknak és egyeseknek (vagy lyukaknak és földeknek) ennek megfelelően kisebbnek kell lenniük, mint a CD-n lévőnek. A legújabb optikai lemezek a Blu-Rayt nevű technológiával hatszor több adatot tárolnak, mint a DVD-k, illetve 40-szer többet, mint a CD-k (a teljes magyarázatot lásd a doboz alján).
Fotó: A CD bevezetett minket a digitális zenébe, de mostanra az MP3-lejátszók és a digitális letöltések felváltották őket. Hogy miért? Nézd meg, milyen nehéz csak egy tucat CD-t a kezedben tartani. Még egy 20 GB-os Apple iPod MP3-lejátszó is képes szemrebbenés nélkül befogadni körülbelül 400-500 CD-nyi zenét – és még az ingzsebedben is elfér! Mindezek után egy CD-n lévő zeneszám mindig jobban fog szólni, mint a megfelelő MP3, az MP3-lejátszókról és a digitális zenéről szóló cikkünkben kifejtett okok miatt.
Még több a nullákról és egyesekről
A CD-ket szép és egyszerű azzal magyarázni, hogy a gödrök megfelelnek a nulláknak, a földek pedig az egyeseknek, de ez nem igazán igaz.A CD-n lévő információ sokkal finomabb módon van kódolva, amely összetett és okos adatkódolási technikákat használ, beleértve a nyolctól tizennégyig terjedő modulációt (EFM) és az NRZI (non-return to zero inverted) kódolást. Ez rendkívül technikainak hangzik, de nem túl nehéz megérteni. Az EFM lényegében csak azt jelenti, hogy a rövid adatmintákat (paradox módon) hosszabbakká alakítjuk át, hogy hatékonyabban és kisebb hibakockázattal tároljuk őket. Az NRZI azt jelenti, hogy a lézer ahelyett, hogy az egyes földeket és gödröket olvasná, a gödrök és földek, vagy a gödrök és földek hosszú sorai közötti változásokat keresi, és ezeket alakítja át egyesekké és nullákká. Így például, ha egy hosszú gödröt olvas, és hirtelen egy földet talál, azt egyesnek értelmezi. Ha egy földet olvas, és hirtelen egy gödörre bukkan, azt is egyesnek értelmezi. Másrészt a változatlan földterületeket vagy gödröket mindkettő nullaként értelmezi.
Artwork: Hogyan kódolják a pits és lands a nullákat és egyeseket egy CD felületén. A gödörből földbe vagy földből gödörbe való átmenet egyest kódol; a megszakítás nélküli gödör vagy föld hossza nullát kódol.
Miért használunk ilyen technikákat a fent leírt egyszerű “gödör egyenlő nulla, föld egyenlő egy” módszer helyett? Hatékonyabban használja ki a lemezterületet (így több adatot tudunk egy lemezre pakolni), elkerülhető a nagyon rövid vagy hosszú pitek vagy landek szükségessége, és minimálisra csökkenti a karcolások vagy szennyeződések miatt elvesző bitek jelentőségét (így segít a hibák elleni korrekcióban). Hacsak nem építesz saját CD-lejátszót, vagy nem babrálsz az adatkommunikációval, nem kell pontosan tudnod, hogyan tárolódnak az adatok egy CD-n vagy DVD-n. Ha tehát úgy akarod elképzelni, hogy a pits nullák, a landek pedig egyek, akkor ez egy tökéletesen jó közelítés arra, ami történik – és a legtöbbünket csak ez érdekel. (Sokkal részletesebben lásd az Adatkódolás című részt a The Compact Disc Handbook című könyvben, írta Ken C. Pohlmann, a 74. oldaltól kezdve.)
Ki találta fel a CD-t?
A CD-k mögött álló technológiát az 1960-as évek végén James T. Russell (1931-) találta fel. A lelkes zenerajongó olyan hangfelvételi rendszert keresett, amely pontosabban adja vissza a zenét, mint az LP-lemezek és a kazettás kazetták. Az első optikai hangrögzítő rendszert 1970-ben szabadalmaztatta, és az azt követő években továbbfejlesztette. Az audio CD-k végül 1982-ben debütáltak kereskedelmi forgalomban Európában, a Sony és a Philips elektronikai vállalatok forgalmazásában, és a következő évben jelentek meg az Egyesült Államokban. A CD-ROM-ok az 1990-es években váltak népszerűvé, amikor olyan kiadók, mint az Encyclopedia Britannica, a Broderbund és a DorlingKindersley népszerű “multimédiás” enciklopédiákat adtak ki, amelyek írott szöveget, hangot, képeket, animációkat és videókat tartalmaztak. A CD-ROM-ok ma már kevésbé népszerűek, köszönhetően a World Wide Web-nek (WWW), amely megkönnyíti az információk azonnali közzétételét és frissítését, valamint a sok különböző forrásból származó oldalak összekapcsolását.