Kompaktní disk

Kompaktní disk

Optické paměťové médium. Proces zápisu a čtení informací se provádí pomocí laseru
Typ média optický disk
Formát obsahu odlišný
Kapacita obvykle až 700 MB (až 80 minut zvuku)
Mechanismus čtení laser, vlnová délka 780 nm (infračervený), 150 KiB /s (1×)
Záznamový mechanismus od 150 (1×) do 8400 KiB /s (56×)
mezinárodní standard Duhové knihy
Navrženo Sony , Philips
Velikost průměr 120 mm, tloušťka 1,2 mm
aplikace ukládání zvuku, videa a dat
Rok vydání 1982
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Kompaktní disk ( anglicky  Compact Disc, CD ) je optické paměťové médium ve formě plastového disku s otvorem ve středu, jehož proces záznamu a čtení informací se provádí pomocí laseru . Dalším vývojem CD se stalo DVD a Blu-ray a jeho nejbližším "předchůdcem" - LaserDisc .

Zpočátku bylo CD vytvořeno pro ukládání zvukových nahrávek v digitální podobě (známé jako CD-Audio ), ale později se začalo široce používat jako médium pro ukládání libovolných dat ( souborů ) v binární podobě (tzv. CD-ROM  - angl .  Paměť kompaktního disku pouze pro čtení , CD pouze pro čtení ). Později se objevily disky CD se schopností nejen číst informace, které jsou na nich jednou zadané, ale také nahrávat ( CD-R  - anglicky  Compact Disc-Recordable , zapisovatelné CD) a přepisovat ( CD-RW  - anglicky  Compact Disc-ReWritable , přepisovatelné CD).

Formát souboru na disku CD-ROM se liší od formátu záznamu na zvukovém CD, a proto běžný přehrávač zvukových disků CD nedokáže přehrát informace na nich uložené – to vyžaduje specializovanou jednotku (zařízení) pro čtení takových disků.

Historie

Vývoj CD začal koncem 70. let a začátkem roku 1979 byly vyrobeny prototypy, které se lišily velikostí a charakteristikami [1] . Standardní CD bylo vyvinuto a představeno v roce 1980 společnostmi Philips a Sony . Metodou kódování signálu je pulzní kódová modulace (PCM; anglicky  Pulse Code Modulation , PCM). Vydání prvního komerčního (prototypové CD byly vyrobeny dříve) hudebního CD bylo oznámeno 20. června 1982 a 17. srpna téhož roku v závodě nahrávací společnosti Polygram , který se nachází v Langenhagenu u Hannoveru , první reklama na světě Compact byl vydán na zakázku společnosti Philips -disk, čímž byl položen základ pro jejich sériovou výrobu. Pocty být poprvé na CD se dostalo skupině ABBA s albem The Visitors [2] [ 3] .

První CD, které se dostalo na pulty obchodů s deskami, bylo album Billyho Joela z roku 1978 52nd Street . Prodej CD této nahrávky začal v Japonsku 1. října 1982 [4] .

Brothers in Arms bylo jedno z prvních digitálně zaznamenaných alb rockové kapely Dire Straits ; toto bylo kvůli touze Marka Knopflera zlepšit kvalitu zvuku. Stejnojmenná píseň je považována za první singl na světě vydaný na CD. Ve Velké Británii byl distribuován jako propagační CD s logem turné Live in '85 . Disk obsahoval pouze čtyři písně a měl velmi omezený oběh.

Podle společnosti Philips se za 25 let po celém světě prodalo více než 200 miliard CD. Přestože stále více lidí volí nákup hudebních souborů přes internet , podle IFPI tvořily prodeje CD v roce 2007 asi 70 % všech prodejů hudby [5] .

Významné příspěvky k popularizaci CD měly společnosti Microsoft a Apple Computer . V roce 1987 John Scully , tehdejší generální ředitel společnosti Apple Computer, řekl, že disky CD způsobí revoluci ve světě osobních počítačů . Jedním z prvních mainstreamových multimediálních počítačů /zábavních center, které používaly CD, byla Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), později byly CD použity v herních konzolích Panasonic 3DO a Amiga CD32 .

V Rusku pocházel od poloviny 90. let hlavní příjem v domácím vydavatelském showbyznysu z prodeje alb interpretů a hudebních sbírek na CD jako nosiče, ačkoli Alla Pugacheva byla oceněna vydáním svých alb na CD o něco dříve . V roce 1988 v Japonsku vydala Victor Entertainment svou sbírku „ Million Roses “ na CD, které vyšlo v roce 1983 ve stejné zemi jako LP, a v roce 1989 All-Union Recording Company „ Melody “ vydala další číslované album na CD zpěvačky. , s názvem " Alla ".

Verze Jamese Russella

Existuje verze, že CD vůbec nevymysleli Philips a Sony, ale americký fyzik James Russell , který pracoval ve společnosti Optical Recording. Již v roce 1971 předvedl svůj vynález pro ukládání dat. Udělal to pro „osobní“ účely, protože chtěl zabránit poškrábání jeho záznamů jehlami . A o osm let později podobné zařízení „nezávisle“ vynalezly společnosti Philips a Sony [6] .

Beethovenova 9. symfonie

Očití svědci a vyjednavači na formátu CD dosvědčují, že až do května 1980 neměly Philips a Sony shodu na vnějším průměru disku. Z pohledu inženýrů Sony byl průměr 100 mm dostačující, protože umožňuje miniaturizaci přenosného přehrávače. Od nejvyššího vedení společnosti Philips vzešel nápad vyrobit disk ne větší než úhlopříčka standardní audiokazety (115 mm), což mělo na trhu velký úspěch. Navíc v tomto případě disk odpovídá normální řadě lineárních rozměrů systému DIN .

Viceprezident Sony Norio Oga [7] , hudebník [8] , se zase domníval, že disk by měl být schopen pojmout Beethovenovu Symfonii č. 9 . V tomto případě lze podle jeho názoru distribuovat až 95 % klasických děl na discích [9] [10] . Další výzkum ukázal, že například devátá symfonie v podání Berlínské filharmonie pod vedením Herberta von Karajana měla stopáž 66 minut. Nejdelším představením byla symfonie dirigovaná Wilhelmem Furtwänglerem , uvedená na festivalu v Bayreuthu  – 74 minut. To byl rozhodující argument při rozhodování o kapacitě disku [11] [12]

„Jako u většiny věcí nemá krásný příběh nic společného se skutečným životem. Tento příběh pochází z pera lidí z PR společnosti Philips, “říká bývalý inženýr společnosti Philips Kees Immink . Realita byla podle jeho názoru jiná. Poblíž Hannoveru již Philips zřídil výrobní linku na CD v závodě PolyGram . V co nejkratším čase se podařilo spustit výrobu 115mm kotoučů. Vydání 120mm kotoučů si vyžádalo značné finanční a časové investice, protože bylo spojeno s výměnou nástrojů. Podle Immincka se Sony nechtělo smířit se situací, že by Philips měl výhodu při vstupu na trh [13] .

Ať už to bylo jakkoli, v květnu 1980 byla úderem pera nejvyššího vedení společnosti stanovena konečná velikost disku na 120 mm s kapacitou 74 minut zvukového záznamu a vzorkovací frekvencí 44,1 kHz. Všechny ostatní technické parametry byly přepočteny na základě dohodnutých údajů.

Kapacita úložiště dat

CD mají průměr 12 cm a původně obsahovaly až 650  MB informací (nebo 74 minut zvukového záznamu). Počínaje rokem 2000 se však stále častěji používaly 700 MB disky, které mohou zaznamenat 80 minut zvuku, a následně zcela nahradily 650 MB disk. Existují také média o velikosti 800 megabajtů (90 minut) nebo více, ale na některých jednotkách CD nemusí být čitelné. Existují i ​​singly o průměru 8,9 cm (nezaměňovat s minidisky o průměru 8 cm), na které se vejde asi 140 nebo 210 MB dat nebo 21 minut zvuku, a CD ve tvaru kreditních karet (tzv. vizitkové disky ).

Zvýšení kapacity uložených informací bylo možné díky plnému využití tolerancí pro výrobu disků. Takže například vzdálenost mezi stopami podle standardu ECMA-130 je 1,6 ± 0,1 mikrometru , lineární rychlost otáčení disku je 1,2 nebo 1,4 m/s ± 0,01 m/s s propustností 4,3218 Mbps/With. Kapacita 650 MB odpovídá rychlosti 1,41 m/sa vzdálenost mezi stopami 1,7 mikronu a kapacita 800 MB odpovídá rychlosti 1,39 m/s a vzdálenost mezi stopami v 1,5 mikronu.

Typ Doba trvání,
minuty 		Sektory Max. Velikost CD-DA Max. velikost dat
bajtů MiB bajtů MiB
21 94 500 222 264 000 212,0 193 536 000 184,6
63 283 500 666 792 000 635,9 580 608 000 553,7
"650 MB" 74 333 000 783 216 000 746,9 681 984 000 650,3
"700 MB" 80 360 000 846 720 000 807,4 737 280 000 703,1
800 MB 90 405 000 952 560 000 908,4 829 440 000 791,0
900 MB 99 445 500 1 047 816 000 999,3 912 384 000 870,1

Technické detaily

Geometrie disku

CD je polykarbonátový substrát o tloušťce 1,2 mm a průměru 120 mm, pokrytý tenkou vrstvou kovu ( hliník , zlato , stříbro atd.), chráněný vrstvou laku, na kterém je grafické znázornění obsahu disk se obvykle aplikuje. Princip čtení skrz substrát velmi zjednodušuje a zefektivňuje ochranu informační struktury a její odstranění z vnějšího povrchu disku. Průměr paprsku na vnějším povrchu disku je cca 0,7 mm, což zvyšuje hlukovou odolnost systému vůči prachu a poškrábání. Na vnějším povrchu je navíc prstencový výstupek vysoký 0,2 mm, který umožňuje, aby se disk umístěný na rovném povrchu nedotýkal tohoto povrchu. Ve středu disku je otvor o průměru 15 mm (průměr lidského prstu). Hmotnost disku bez krabičky je ~15,7 g. Hmotnost disku v běžné šperkovnici (ne tenké) je ~74 g.

Kódování informací

Formát diskového úložiště známý jako Red Book byl vyvinut společností Sony . Formát je založen na digitálních audio standardech používaných v set- top boxech (PCM procesory ) pro PCM záznam na spotřebitelských videorekordérech: bitová hloubka 14 nebo 16 bitů, vzorkovací frekvence 44 056 nebo 44 100 Hz. V souladu s červenou knihou může CD nahrávat zvuk ve dvou kanálech s 16bitovou pulzně-kódovou modulací (PCM) a vzorkovací frekvencí 44,1 kHz. Díky opravě chyb pomocí Reed-Solomonova kódu nemají lehké radiální škrábance vliv na čitelnost disku. V případě chybných hodnot signálu PCM , které nebylo možné opravit systémem opravy chyb, jsou nahrazeny přibližnými hodnotami získanými interpolací správných dat. Philips také vlastní všechna práva ke značce „Compact disc digital audio“, což je logo formátu audio CD.

Informační struktura

Informace na disku jsou zapsány ve formě spirálové stopy jamek ( angl.  pit  - deepening), vytlačených v polykarbonátovém základu. Každá jáma je přibližně 100 nm hluboká a 500 nm široká. Délka důlku se pohybuje od 850 nm do 3,5 µm . Mezery mezi jámami se nazývají land ( anglicky  land  - space, base). Rozteč stop ve šroubovici je 1,6 µm. Jámy rozptylují nebo absorbují světlo dopadající na ně, zatímco substrát odráží. Nahrané CD je proto příkladem reflexní difrakční mřížky s periodou 1,6 μm. Pro srovnání, DVD má periodu 0,74 mikronu.

Existují disky pouze pro čtení ("hliník"), CD-R  - pro jednorázový zápis, CD-RW  - pro vícenásobný záznam. Poslední dva typy disků jsou určeny pro záznam na speciální vypalovačky. Některé CD přehrávače a hudební centra nemusí takové disky přehrávat (v poslední době všichni výrobci spotřebitelských hudebních center a přehrávačů CD obsahují podporu pro čtení CD-R / RW ve svých zařízeních).

Čtení informací

Data z disku jsou čtena pomocí laserového paprsku o vlnové délce 780 nm emitovaného polovodičovým laserem . Principem čtení informací laserem pro všechny typy médií je registrace změn intenzity odraženého světla . Laserový paprsek je zaostřen na informační vrstvu do bodu o průměru ~1,2 µm. Pokud je světlo zaostřeno mezi důlky (na čočce), pak přijímací fotodioda zaznamená maximální signál. V případě dopadu světla na jámu fotodioda zaregistruje nižší intenzitu světla.

Rozdíl mezi disky pouze pro čtení (CD) a přepisovatelnými disky (CD-R/RW) spočívá ve způsobu, jakým jsou vytvořeny jamky. Na disku pouze pro čtení jsou důlky druhem reliéfní struktury (fázová difrakční mřížka ), přičemž optická hloubka každé důlky je o něco menší než čtvrtina vlnové délky laserového světla, což má za následek fázový rozdíl půl vlnová délka mezi světlem odraženým od jámy a světlem odraženým od země. V důsledku toho je pozorován účinek destruktivní interference v rovině fotodetektoru a je zaznamenán pokles úrovně signálu. V případě CD-R/RW je důlkem oblast s větší absorpcí světla než země (amplitudová difrakční mřížka). Fotodioda díky tomu zaregistruje i pokles intenzity světla odraženého od disku. Délka pitu mění jak amplitudu, tak dobu trvání zaznamenaného signálu.

Rychlost čtení/zápisu CD se udává jako násobek 150 kB /s (tj. 153 600 bajtů/s). To je 75 sektorů za sekundu, každý - 2048 bajtů. Například 48rychlostní disk poskytuje maximální rychlost čtení nebo zápisu 48 × 150 = 7200 kiB /s (7,03 MiB/s).

Čisticí disk

Existují i ​​čistící CD, která mají na povrchu připevněné čistící zařízení na čištění čočky snímače (viz foto).

Ochrana proti kopírování

Specifikace CD neposkytuje žádný mechanismus ochrany proti kopírování  – disky lze volně duplikovat a přehrávat. Počínaje rokem 2002 se však různé západní nahrávací společnosti začaly pokoušet vytvořit CD chráněná proti kopírování. Podstatou téměř všech metod je záměrné zavádění chyb do dat zapsaných na disk, aby se disk přehrával na domácím CD přehrávači nebo hudebním centru, ale ne na počítači. Výsledkem je, že takové disky se ani zdaleka nečtou na všech spotřebitelských přehrávačích a na některých počítačích se čtou; přichází software, který vám umožní kopírovat i chráněné disky atd. Nicméně nahrávací průmysl pokračuje ve zkoušení nových metod.

Společnost Philips uvedla, že takové disky, které neodpovídají specifikacím „Červené knihy“, nemusí nést značku „Digitální zvuk kompaktního disku“.

U datových disků existují různé metody ochrany proti kopírování, například metoda měření pozice dat , technologie StarForce , SecurDisc atd.

Formát CD-Audio (před nástupem programů cd-grabber) byl jakousi ochranou autorských práv a neumožňoval extrahovat zvukové soubory z disku například pomocí aplikace Průzkumník Windows.

Etapy výroby CD

  1. Mastering  je proces přípravy dat pro spuštění do série. ( viz také kód SPARS )
  2. Fotolitografie  je proces výroby diskového razítka. Na skleněný disk je nanesena vrstva fotorezistu , na který jsou zaznamenány informace. Fotorezist je fotocitlivý polymerní materiál , který vlivem světla mění své fyzikální a chemické vlastnosti.
  3. Informace o nahrávání. Záznam je prováděn laserovým paprskem, jehož výkon je modulován zaznamenávanou informací. Pro vytvoření jamky se zvýší výkon laseru, což vede ke zničení chemických vazeb molekul fotorezistu , v důsledku čehož se „dubuje“.
  4. Vývoj fotorezistu. Povrch fotorezistu je podroben leptání (kyselina, alkálie, plazma), které odstraní ty oblasti fotorezistu, které nebyly vystaveny laserovému paprsku.
  5. Galvanoplastika . Vyvinutý skleněný master disk je umístěn do pokovovací lázně, kde je na jeho povrchu elektrolyticky nanesena tenká vrstva niklu .
  6. Lisování kotoučů vstřikováním pomocí výsledné matrice .
  7. Naprašování zrcadlové kovové vrstvy ( hliník , zlato , stříbro atd.) na informační vrstvu.
  8. Nanášení ochranného laku .
  9. Kreslení grafického obrázku - štítek (z angl.  Label ).

Vypalování na CD

Existují také disky určené pro domácí nahrávání: CD-R (Compact Disc Recordable) pro jeden záznam a CD-RW (Compact Disc ReWritable) pro vícenásobný záznam. Tyto disky používají speciální aktivní materiál, který umožňuje zaznamenávat / přepisovat informace. Rozlišujte disky s organickým (hlavně disky typu CD-R) a anorganickým (hlavně disky CD-RW) aktivním materiálem.

Při použití organického aktivního materiálu se záznam provádí porušením chemických vazeb materiálu, což vede k jeho ztmavnutí (změně odrazivosti materiálu). Při použití anorganického aktivního materiálu se záznam provádí změnou odrazivosti materiálu v důsledku jeho přechodu z amorfního stavu agregace do krystalického stavu a naopak. V obou případech se záznam provádí modulací výkonu laseru.

Hovorově se takové zapisovatelné disky označují jako "přířezy". Proces nahrávání se nazývá „vypalování“ (z angličtiny  vypálit ) disku.

Technologie HD-BURN [14]

Podstatou technologie záznamu s vysokou hustotou je aplikace dvou nových principů, které umožňují zaznamenat dvakrát více informací na konvenční médium – disk CD-R.

  1. Délka důlku na disku je snížena na 0,62 µm.[ upřesnit ] Délka jamky běžného CD je 0,83 µm.[ upřesnit ] To znamená, že HD-BURN zvyšuje kapacitu disku 1,35krát. Délka jamky 0,62 µm byla zvolena tak, aby všechny stávající přehrávače DVD Video a jednotky DVD-ROM mohly číst disky HD-BURN s menší aktualizací.
  2. Je použit jiný systém opravy chyb: místo CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code - prokládaný Reed-Solomonův kód) je použit RS-PC (RS-PRODUCT Code) s modulací 8-16. To umožnilo navýšit kapacitu o dalších 1,49 krát. Podle Sanyo je systém opravy chyb RS-PC nejen kompaktnější, ale také efektivnější než CIRC.

V důsledku toho je kapacita jednoho CD nahraného v režimu HD-BURN dvojnásobná oproti kapacitě CD nahraného v normálním režimu.

Shape CD

Tvarované CD (figured compact disc) - CD-ROM disk, ale ne striktně kulatý, ale libovolného tvaru, s obrysem vnějšího obrysu ve formě různých objektů, jako jsou siluety, auta, letadla , srdce, hvězdy, ovály, ve formě kreditních karet atd. [15] Obvykle se používá v showbyznysu jako nosič audio a video informací. Patentoval jej hudební producent Mario Koss v Německu (1995).

Obecně se disky s jiným než kulatým tvarem nedoporučují pro použití v jednotkách CD-ROM, protože při vysokých rychlostech může disk prasknout a jednotku zcela vyřadit. Před vložením Shape CD do mechaniky byste proto měli násilně omezit rychlost otáčení disku pomocí speciálních programů. Toto opatření však nezaručuje bezpečnost CD mechaniky.

Aktuální pozice

CD jsou nyní zastaralá paměťová média. Jejich význam slábne, počítačový průmysl se stále méně zaměřuje na kapacitu CD. Obrazy operačního systému rostou za hranicemi CD: od Ubuntu 12.10 je obraz větší než 700 MB. Windows 7 již oficiálně nepodporuje instalaci z CD – posledním operačním systémem v rodině, který lze instalovat z CD, je Windows Vista (přes volitelnou sadu CD). Počítačové jednotky, které mohou pracovat pouze s disky CD, již nejsou k dispozici. Hudební přehrávače se již vyrábějí s orientací na USB / TF bez jednotky, což způsobuje, že CD ustupují diskům DVD a flash.

Kromě toho jsou samotná CD nespolehlivá: častá instalace / vyjímání z náboje jednotky postupně opotřebovává montážní otvor, v důsledku čehož časem není zajištěno těsné uchycení a disk rotující vysokou rychlostí se může zhroutit uvnitř jednotky a poškodit ho svými úlomky. Dalším problémem je laserový paprsek, který čte/zapisuje. Postupně propaluje povrch disku a zanechává na něm soustředné stopy, což nakonec vede k tomu, že se disk stane nepoužitelným („disk je opotřebovaný“).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Videodisky // Radio magazine, č. 4, 1979. s. 37-38
  2. ↑ 17. srpna v historii: První CD… Archivováno 18. srpna 2015 na Wayback Machine // Ferra. RU"
  3. ↑ CD má 25. narozenin Archivováno 27. října 2010 na Wayback Machine | časopis "Computer Review"
  4. ↑ 1000 a 1 fakt (nedostupný odkaz) . Získáno 2. srpna 2011. Archivováno z originálu 19. listopadu 2011. 
  5. ↑ 17. srpna 2007 se dnes nejrozšířenější zvukový nosič stal čtvrt století starým  (nepřístupný odkaz)
  6. ↑ Vynálezce CD z toho nevydělal ani korunu Archivováno 27. prosince 2007 na Wayback Machine | MEMBRANA
  7. ↑ Existuje mnoho legend s nejméně čtyřmi postavami nebo jejich kombinacemi: Norio Oga, jeho manželka, manželka předsedy Sony Akio Morita, a dirigent Berlínské filharmonie Herbert von Karajan, který nahrál hudbu na základě smlouvy s dceřinou společností Philips Polygram . .
  8. ↑ Předseda Sony Norio Ohga získává čestný doktorát z McGill University v Kanadě Archivováno 21. května 2008 na Wayback Machine 
  9. ↑ Historie Sony archivována 23. prosince 2008 na Wayback Machine 
  10. ↑ Optický záznam: Beethovenova 9. symfonie důležitější než technologie 
  11. ↑ Beethovenovo narození v Bonnu vede k delším  CD
  12. ↑ Beethovenova 9. symfonie důležitější než technologie (downlink) . Archivováno z originálu 12. prosince 2010. 
  13. ↑ Shannon, Beethoven a kompaktní disk archivován 4. listopadu 2014.  (Angličtina)
  14. ↑ HD-BURN – Nová technologie vypalování CD-R (odkaz není k dispozici) . Získáno 22. března 2009. Archivováno z originálu 17. prosince 2011. 
  15. ↑ Průmyslová výroba Shape CD v Rusku. Technologie a výrobní prvky (nepřístupný odkaz) . Staženo 9. 5. 2017. Archivováno z originálu 31. 7. 2017. 

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie