Nagrywanie płyt CD i DVD
Kiedy płyty CD stały się popularne w latach 80-tych, były sprzedawane wyłącznie jako płyty kompaktowe audio do odczytu (CD-DA, takie, z których można było odtwarzać muzykę, ale nie nagrywać). It was not longbefore computer companies realized they could use CDs to distributesoftware (programs) very cheaply, and ordinary computer userssoon seen that CDs would be even better if you could write music anddata on them as well as just read from them.W ten sposób powstały zapisywalne płyty CD (CD-R), ale szkopuł tkwił w tym, że można je było zapisać tylko raz; nie można było ich wymazać i użyć ponownie.Wkrótce jednak komputerowi mędrcy opracowali płyty CD wielokrotnego zapisu (CD-RW), które można było wymazać i zapisać dowolną ilość razy.
Zdjęcie: Nagrywarka/odtwarzacz CD/DVD posiada znacznie bardziej zaawansowaną głowicę laserową do odczytu/zapisu niż zwykły odtwarzacz CD/DVD. W zależności od typu odtwarzacza, głowica odczytu/zapisu musi być zdolna do odczytu zwykłych płyt CD i DVD, płyt nagrywalnych i płyt wielokrotnego zapisu – tak naprawdę musi być zdolna do kilku całkiem różnych operacji odczytu i zapisu.
Jak działa nagrywalna płyta CD (CD-R)?
W teorii, jeśli chciałbyś tworzyć zwykłe płyty CD we własnym domu, musiałbyś zainstalować ogromną i drogą maszynę do tłoczenia płyt CD.Na szczęście nie musisz tego robić – a to dlatego, że nagrywalne płyty CD (CD-R) działają w zupełnie inny sposób. Tym razem nie ma żadnych dołków i lądów odciśniętych na plastiku. Zamiast tego, pomiędzy ochronnym poliwęglanem a odbijającym światło aluminium, znajduje się warstwa barwnika. Normalnie barwnik jest półprzezroczysty: światło lasera zbliżające się do dysku z odtwarzacza CD przejdzie prosto przez niego, uderzy w odblaskowe aluminium i odbije się z powrotem w dół.
Jak dotąd wszystko jest w porządku, ale jak zapisać informacje na takiej płycie kompaktowej? Nagrywarka CD-R ma laser o większej mocy niż normalny, który generuje ciepło, gdy uderza w płytę, „spalając” barwnik i tworząc maleńką czarną plamkę.Później, gdy czytnik CD celuje swoim laserem w to miejsce, światło jest całkowicie pochłaniane i nie odbija się z powrotem. Wskazuje to, że w tym miejscu na płycie zapisane jest zero („0”). W miejscach, gdzie barwnik jest niespalony, światło lasera odbija się ponownie, wskazując, że na płycie zapisana jest cyfra „1”. Widzisz, do czego to zmierza? Tworząc obszary „wypalonych” kropek i inne miejsca, w których barwnik pozostaje sam, nagrywarka CD-R tworzy wzór binarnych zer i jedynek, które mogą być wykorzystane do przechowywania informacji. Niestety, raz „wypalony” barwnik jest trwale przekształcony: nie można go już zmienić z powrotem. I właśnie dlatego płytę CD-R można zapisać tylko raz.Na marginesie należy zauważyć, że chociaż nagrywarki CD są powszechnie nazywane nagrywarkami CD, w rzeczywistości nie wypalają one rzeczy (spalają je tlenem): po prostu używają lasera do zmiany światłoczułego barwnika.
Ilustracja: W CD-R, informacja binarna jest przechowywana jako „wypalone” obszary (0) i nie wypalone obszary (1) w warstwie barwnika umieszczonej pomiędzy ochronnym poliwęglanem a odbijającym światło aluminium.
Jak działa CD-RW?
Powiedzmy, że powierzono Ci zadanie opracowania typu kompaktowego dysku, który może być zapisywany lub kasowany w kółko. Oczywiście nie możesz użyć żadnej z metod, które omawialiśmy do tej pory (metoda „pits andlands” z płyt audio tylko do odczytu lub metoda „burned”-dye używana w płytach CD-R). To, czego naprawdę potrzebujesz, to płyta CD wykonana z substancji, która może być łatwo przekształcana tam i z powrotem pomiędzy dwoma różnymi formami, więc może być użyta do przechowywania wzoru zer i jedynek, a następnie wymazana i użyta do przechowywania innego wzoru później, jeśli jest to konieczne.
Większość z nas nauczyła się w szkole, że atomy (lub cząsteczki) w ciałach stałych, cieczach i gazach układają się w różnych pozycjach, z atomami w ciałach stałych ściśle zamkniętymi razem. Niektóre materiały stałe są bardziej złożone: ich atomy (lub cząsteczki) mogą być ułożone na dwa lub więcej różnych sposobów, zwanych fazami stałymi. (Na przykład węgiel w stanie stałym może występować w bardzo różnych fazach, do których należą grafit i diament). To jest właśnie to, czego potrzebujemy do stworzenia płyty CD-RW.
Zamiast warstwy barwnika, płyta CD-RW ma warstwę stopu metalicznego, który może istnieć w dwóch różnych formach stałych i zmieniać się pomiędzy nimi. Nazywa się to materiałem zmiennofazowym lub fazowym. Czasami jest krystaliczny, z atomami/molekułami ułożonymi w uporządkowany sposób, więc jest półprzezroczysty i światło może przechodzić prosto przez niego; innym razem, jego atomy/molekuły są pomieszane w dużo bardziej przypadkowej i nieuporządkowanej formie zwanej ciałem stałym anamorficznym, które jest nieprzezroczyste i blokuje światło. Kiedy CD-RW laserhits ten materiał, to zmienia maleńkie małe obszary z nim backand forth między krystalicznych i amorficznych form. Kiedy tworzy obszar krystaliczny, czyni część płyty CD odblaskową i efektywnie zapisuje jedynkę („1”); kiedy tworzy obszar amorficzny, czyni płytę CD nieodblaskową i zapisuje zero („0”).Ponieważ proces ten może być powtarzany dowolną ilość razy, możesz zapisywać i ponownie zapisywać CD-RW tyle razy, ile chcesz!
Ilustracja: Z CD-RW, informacja binarna jest przechowywana jako obszary stopu metalu, które są albo krystaliczne lub amorficzne. Obszary krystaliczne mają regularną strukturę, która pozwala na przejście światła do obszaru aluminium i odbicie go z powrotem w dół, przechowując w ten sposób jedynki. Obszary amorficzne mają przypadkową strukturę, która rozprasza przychodzące światło lasera, więc nie może ono odbić się z powrotem, przechowując w ten sposób zera. Nagrywarka CD może zmieniać stop metalu na płycie CD z jednej formy do drugiej i z powrotem, dlatego ten rodzaj płyty może być wymazywany i ponownie nagrywany wiele razy.
Inne rodzaje płyt CD
Płyty CD były początkowo używane tylko do przechowywania muzyki. Każda płyta mogła pomieścić 74 minuty dźwięku stereo – więcej niż typowa płyta LP. W latach 90-tych technologia CD stała się również popularna do przechowywania programów komputerowych, gier i innych informacji. System PhotoCD firmy Kodak (sposób na przechowywanie do 100 zdjęć na płycie kompaktowej) również został wprowadzony na rynek w latach dziewięćdziesiątych.
Pierwotna forma komputerowej płyty CD nosiła nazwę CD-ROM (CD-Read Only Memory), ponieważ większość komputerów mogła jedynie odczytywać z nich informacje (a nie przechowywać na nich jakiekolwiek informacje). W tych dniach, trzeba było oddzielny kawałek sprzętu o nazwie „nagrywarka” do pisania własnych płyt CD, które były często nazywane WORMs (Write Once Read Many). It’s now more common for computersto have CD-R or CD/RW drives for burning their own CDs, although most new computers now have DVD drivesinstead.
Różnica między płytami CD i DVD polega na ilości informacji, które mogą przechowywać. Płyta CD może pomieścić 650 megabajtów (milionów znaków) danych, podczas gdy DVD może pomieścić co najmniej 4,7 gigabajtów (tysięcy megabajtów) – czyli około siedem razy więcej. Ponieważ DVD są tej samej wielkości co CD, a przechowują siedem razy więcej informacji, zera i jedynki (lub dołki i pola) na DVD muszą być odpowiednio mniejsze niż na CD. Najnowsze dyski optyczne wykorzystują technologię zwaną Blu-rayto przechowywać sześć razy więcej danych niż DVD lub 40 razy więcej niż CD (patrz ramka na dole dla pełnego wyjaśnienia).
Photo: Płyty CD wprowadziły nas do muzyki cyfrowej, ale obecnie są one wypierane przez odtwarzacze MP3 i cyfrowe pliki do pobrania. Dlaczego? Spójrz, jak trudno jest trzymać w ręku kilkanaście płyt CD. Nawet odtwarzacz MP3 Apple iPod o pojemności 20 GB może pomieścić około 400-500 płyt CD z muzyką bez mrugnięcia okiem – i mieści się w kieszeni koszuli! Mówiąc to, utwór muzyczny na CD zawsze będzie brzmiał lepiej niż odpowiednik MP3, z powodów, które wyjaśniamy w naszym artykule o odtwarzaczach MP3 i cyfrowej muzyce.
Więcej o tych zerach i jedynkach
Miło i łatwo jest wyjaśnić płyty CD mówiąc, że doły odpowiadają zerom, a ziemie jedynkom, ale to nie do końca prawda.Informacja na płycie CD jest zakodowana w dużo bardziej subtelny sposób, który wykorzystuje złożone i sprytne techniki kodowania danych, w tym modulację osiem do czternastu (EFM) i kodowanie bez powrotu do zera (NRZI). Brzmi to bardzo technicznie, ale nie jest to zbyt trudne do zrozumienia. EFM zasadniczo oznacza po prostu przekształcanie krótkich wzorców danych w dłuższe (paradoksalnie), aby przechowywać je bardziej efektywnie z mniejszym ryzykiem błędu. NRZI oznacza, że zamiast odczytywać poszczególne grunty i doły, laser szuka zmian pomiędzy dołami i gruntami, lub długich ciągów dołów i gruntów, i zamienia je na jedynki i zera. Tak więc, na przykład, jeśli laser odczyta długi dół i nagle natrafi na ziemię, zostanie to zinterpretowane jako jedynka. Jeśli czyta ziemię i nagle natknie się na dół, to również jest interpretowane jako jedynka. Z drugiej strony, niezmienne obszary ziemi lub dołu są interpretowane jako zera.
Opracowanie: Jak wżery i grunty kodują zera i jedynki na powierzchni płyty CD. Przejście z dołu do ziemi, lub z ziemi do dołu, koduje jedynkę; długość nieprzerwanego dołu lub ziemi koduje zero.
Dlaczego warto używać tego rodzaju technik zamiast prostej metody „dół równa się zero, ziemia równa się jeden”, którą opisałem powyżej? Wykorzystuje ona miejsce na płycie bardziej efektywnie (dzięki czemu możemy zmieścić więcej danych na płycie), unika potrzeby stosowania bardzo krótkich lub długich pitów lub landów i minimalizuje znaczenie bitów, które gubią się z powodu zadrapań lub zabrudzeń (dzięki czemu pomaga korygować błędy). O ile nie budujesz własnego odtwarzacza CD lub nie bawisz się w przesyłanie danych, naprawdę nie musisz wiedzieć dokładnie jak twoje dane są przechowywane na CD lub DVD, więc jeśli chcesz myśleć o dołach jako zerach i ziemiach jako jedynkach, to jest to bardzo dobre przybliżenie tego co się dzieje – i wszystko co większość z nas chce wiedzieć. (Aby uzyskać więcej szczegółów, sprawdź rozdział o kodowaniu danych w The Compact Disc Handbook autorstwa Ken C. Pohlmann, od strony 74.)
Kto wymyślił CD?
Technologia stojąca za CD została wynaleziona w późnych latach 60-tych przez Jamesa T. Russella (1931-). Zapalony fan muzyki, szukał systemu zapisu dźwięku, który odtwarzałby muzykę dokładniej niż płyty LP i taśmy kasetowe. Opatentował pierwszy w historii optyczny system zapisu dźwięku w 1970 roku, udoskonalając go przez kolejne lata. Audio CD zadebiutowały w Europie w 1982 roku, wprowadzone na rynek przez firmy Sony i Philips, a w Stanach Zjednoczonych pojawiły się w następnym roku. CD-ROM-y stały się popularne w latach dziewięćdziesiątych, kiedy to wydawcy tacy jak Encyclopedia Britannica, Broderbund i DorlingKindersley wydali popularne encyklopedie „multimedialne” zawierające tekst pisany, dźwięk, obrazy, animacje i filmy. CD-ROM-y są dziś mniej popularne dzięki sieci WWW (World Wide Web), która ułatwia natychmiastowe publikowanie i aktualizowanie informacji oraz łączenie stron z wielu różnych źródeł.