A CD (Compact Disk) a Philips fejlesztéseként 1979-ben jelent meg a kereskedelemben, de nem informatikai eszközként, hanem az LP lemezeket (hagyományos bakelit hanglemez) leváltó új, digitális médiaként. Bár ekként is nagy karriert futott be, hisz megszüntette a recsegést (zajt), a geometriai hibákból eredő torzításokat, ám az audiofilek (vájtfülűek) folyamatos fanyalgása kíséri a technológiát, mert a digitalizálás kétségtelenül némi adatvesztéssel jár.

63.  ábra Optikai (CD) lemez

 

Számunkra fontosabb, hogy az eredetileg is digitális média miként segít adataink tárolásában. A hajlékony- és a merevlemezes tároláshoz képest itt nem koncentrikus körök (sávok) képezik a tárolás alapját, hanem az eredeti (hanglemez) cél nyomán egy spirál alakban soros módon vannak az adatok felírva a lemez felületére. Ám a hanglemezektől eltérően ez a spirál nem a külső élnél, hanem az írható felület belső szegélyénél kezdődik. Alapvetően három részre tagolódik:

• Bevezető rész (lead-in): ez a mintegy 4 mm-nyi helyet elfoglaló rész tartalmazza a lemezen elhelyezett információ tartalomjegyzékét.
• Program terület: itt helyezkednek el a tárolt adatok.
• Lezáró rész (lead-off): az adattömeg lezárására szolgál.

Ez egy igen szoros spirál, hisz az egymás melletti barázdák közötti távolság csupán 1,6 mikron. Ez azt jelenti, ha kiegyenesítenénk a CD teljes spirálját, akkor az mintegy 6 km hosszú lenne.

Azonban a soros adattárolás fő gondja - mint azt a mágnesszalagos egységnél láttuk - hogy lassan lehet elérni az információt. A szektorok mágneslemezeknél már bevált módszere (az egyedi címezhetőség) azonban feloldja ezt a gondot. Ekként a CD spirálját azonos adathosszakra tagoló szektorok kerülnek kialakításra. Egy-egy ilyen szektor hasznos mérete 2048 bájt, melyhez a címzést, pozicionálást, valamint a hibadetektálást és a hibajavítást szolgáló további hely szükséges. Ezzel együtt egy szektor valódi mérete 3252 bájt. Összesen 270.000 szektor kerülhet így kialakításra, ami mintegy 552MB adat tárolását teszi lehetővé. Nem véletlen, hogy ez a szám nem cseng ismerősen, ugyanis rendszerint a hibadetektáló és a hibajavító részt elhagyó, úgynevezett „mode 2" rendszerben készülnek a gyakorlatban a CD lemezek, s így már 630 MB lehet a tárolt adatmennyiség. További tárterület nyerhető különböző módosításokkal.

De hogyan kerülnek az adatok a CD-re? S hogyan olvashatjuk azokat onnan vissza? Ehhez először is meg kell ismerkednünk a lemez szerkezeti kialakításával:

64.  ábra CD lemez szerkezeti kialakítása

 

Tehát a CD egy 120 mm átmérőjű polikarbonát műanyagból készült tárcsa, melynek vastagsága 1,2 mm. Ez adja a lemez mechanikai szilárdságát, s egyik oldalról védi is az adathordozó felületet. Ugyanakkor kellően átlátszó ahhoz, hogy a fény akadálytalanul jusson el a csupán 125 nm (nanométer) rétegvastagságú alumínium réteghez. Ezt egy lakkréteg fedi, amit a címke takar.

Az adatokat tulajdonképpen a lakkréteg hordozza. Kinagyítva felületét azt látnánk, hogy apró lyukak (pit) szaggatják a folytonos felületet. A lemez felületének a barázdák mentén észlelt többi részét (ha úgy tetszik, a lyukak közötti területet) landnek nevezzük.

 

65.  ábra CD lemez felülete elektronmikroszkóp alatt

 

S ha ezt megfelelően fókuszált, a lemez síkjára merőleges fénnyel képesek vagyunk megvilágítani, akkor két dolog történhet (a megvilágítás, azaz az olvasás alulról történik, így a lyukak tulajdonképpen dudorok):

• Ahol a fény az alumínium sík felületét éri, onnan szinte teljes egészében visszaverődik (legalább 70%-ban), az alkalmasan elhelyezett fényérzékelő ezt jelként azonosítja.
• Ha azonban a dudorhoz (pit) ér forgása során a fénycsóva, onnan eltérő mértékben verődik vissza, s a fényérzékelő ezt más jelértékűnek tekinti. A visszaverődés csökkenésének oka csak kevéssé a fény szóródásának a következménye. Valójában a pitek magassága a lényeg: az alkalmazott fényforrás nem elég kicsiny átmérőjű, hogy csak a pitek 5 nm-es területét világítsa meg. Megvilágítja a környező land területet is. De a pit magassága a fény hullámhosszának mintegy a negyede, így a teljes úthossz során az összeadódó eltérés megközelítőleg a hullámhossz fele. Középiskolai hullámtani ismereteinket felelevenítve már látjuk is magunk előtt, amint az ellentétes fázisú jelek (jelen esetben a fény) kioltják egymást.

 

66.  ábra A CD meghajtó részei, szerkezete

 

A folyamathoz alkalmazható koherens hullámhosszú fókuszált fényt azonban igen nehéz előállítani. Ilyen célra lézer fényt alkalmaznak. Ennek különleges jellemzője, hogy a fényforrást egyetlen hullámhosszúságú (azaz koherens) fénykéve hagyja el. Ráadásul a távozó fotonok iránya jó megközelítéssel párhuzamos.

Önmagában a visszaverődés, vagy annak hiánya még nem ad elegendő információt, ezt össze kell vetni a lemez közben bekövetkezett elfordulásának mértékével. Ez az elfordulás azonos fordulatszám mellett viszont eltérő lenne a lemez különböző átmérőjű részeinél, miközben a szektorok hossza azonos. Ezt ellensúlyozni kell, így a fordulatszámot folyamatosan szabályozzák.

A kódolás látszólag egyszerű folyamat, hisz a számítógépünk már binárisan (azaz 1-esek és 0-k sorozataként) jeleníti meg az adatokat, s ezek közvetlenül megfeleltethetőek lennének a piteknek és a landeknek. Ám egy hosszú nulla sorozat egy hosszú landet eredményezne, ami alatt előfordulhat, hogy a lézer „eltéved", elveszti a barázda irányát, s másikra ugorva folytatja a beolvasást. Így valójában a kódolás úgy működik, hogy az 1 értékű bitek esetén pitàland, vagy landàpit átmenet jeleníti meg, a 0 értékű biteket az átmenet hiánya adja.

Az adatok elhelyezése a CD lemezre eltérő technológiákkal történhet:

• Üzemi körülmények között mesterlemezt alkalmaznak. Az így megírt CD-k csak olvashatóak.
• Otthoni viszonyaink között a CD-t egy menetben (session) (azaz a CD-re egyszerre felkerül az összes tárolandó adat), vagy több menetben írhatjuk meg. Legfeljebb 99 írási menet lehetséges az írólézer kalibrálási területének mérete miatt. Ugyanakkor a túl sok részletben való írás jelentősen csökkenti a ténylegesen tárolható adatok mennyiségét, mivel minden felírás során 9 MB-nyi területet igényel a bevezetés, s 4 MB-ot a kivezető szakasz felírása (ez utóbbi adat egymenetes írásnál 13 MB). Az adatokat ugyan szabadon írhatjuk fel a lemezekre, ám azok utólag már nem módosíthatók!
• Készülnek - az eddig tárgyalttól eltérő technológiával - többször írható CD lemezek is. Tudjon meg a témáról többet!

Az eredeti egyszeres lejátszási sebesség - mely a hanganyagok folyamatos lejátszásához szükséges adatfolyamot biztosította - már a múlté. Mind a lemezek olvasásakor, mind írásakor ezek többszörösét alkalmazzuk, az elérhető elméleti többszörözés függ a CD lemez típusától, s a meghajtótól is.

Sokféle CD kerül forgalomba:

• Fizikai méret szerint léteznek mini CD-k, 80 mm átmérővel a szokásos 120 mm-esek mellett. A mini CD-k tárolókapacitása 200 MB. Gyártanak speciális alakú CD-ket is (téglalap, négyzet), persze fontos, hogy ezek középpontosan szimmetrikusak, s az adattartomány rész a bezárt kör átmérőjén belül helyezkedik el.
• De eltérő tárolási kapacitásokkal találkozunk a normál méret esetén is: 650 és 800 MB közötti típusok kaphatóak, s létezik 900 MB-os típus is. A 700 MB-osnál nagyobbak ára meredeken emelkedik, s a DVD-k megjelenésével el is vesztették a többletkapacitásból eredő előnyeiket.

A CD lemez tehát egy cserélhető háttértár. Ennek előnye, hogy használaton kívül megfelelő körülmények között tárolható, nincs folyamatosan üzemben. Így elérhető, hogy évtizedes biztonságos tárolási időkre helyezzük biztonságba adatainkat megfelelő minőségű alapanyagok esetén. Hátránya azonban, hogy külön meghajtó egységet igényel, melyet rendszerint a számítógépházba építve helyezünk el.

 

67.  ábra Optikai meghajtóegység

 

Ezek csatlakoztatása a számítógépünkhöz a merevlemezeknél megismert módokon és csatolófelületeken keresztül történhet. Bár ma már az új eszközöket SATA felülettel látják el, jó tudni, hogy a ténylegesen elérhető adatáramlási sebesség korlátja nem a PATA felület, hanem maga az optikai meghajtó. Így egy esetleges tervezett bővítésnél nyugodtan megtarthatjuk bevált optikai meghajtónkat.