Kompakt-disk

Zadnja strana kompakt-diska

Kompakt-disk (transkribovan prevod od engl. compact disc), poznat po svom akronimu CD (od engl. CD), je optički medijum za čuvanje digitalnih (cifarskih) podataka. Prvi primerci kompakt-diska su proizvedeni početkom 1980-ih godina u preduzećima Filips i Soni, i to kao medijumi za čuvanje muzičkih podataka i zamjena za tadašnji standardni nosač zvuka — gramofonsku ploču. Kasnije je taj format proširen na snimanje i drugih vrsta podataka. Kao CD-ROM (engl. CD-ROM, skraćeno od compact disk - read-only memory) se krajem 20. vijeka koristio kao medijum za snimanje svih vrsta podataka za lične računare.

Čitač kompakt-diskova

Glavni članak: CD čitač

CD čitač je uređaj koji optički uskladištene podatke na kompakt-disku pretvara u električne signale tako što se informacija čita usmjeravanjem crvenog ili zelenog laserskog zraka na površinu diska i detekcijom intenziteta refleksije, koji zavisi od postojanja jama/rupica (engl. pit) i površi (engl. land) na reflektujućem sloju diska. Svetlost reflektovana (odbijena) iz jame ima mnogo slabiji intenzitet (jačinu) od svetlosti reflektovane sa površi.

Reflektovana svjetlost sa površi i jama se preko složenog sistema sočiva i ogledala prenosi do fotodioda ili CCD-a koje mogu da detektuju razlike u intenzitetu svetlosti i da te razlike pretvore u električne signale (jedinice i nule). Ove impulse dekodira upravljačka logika uređaja i u obliku digitalnih podataka, preko sučelja, šalju na matičnu ploču računara.

Karakteristike medijuma i uređaja

Na kompakt-disku postoji spiralna staza koja počinje od centra, a završava se na 5 mm od oboda diska. Dve susedne trake se nalaze na rastojanju od 1,6 mikrometara (mikrona). Jame i površi se nalaze na spiralnoj stazi i dužine su oko 1 mikrometar (mikron).

Podaci se na kompakt-disk upisuju počevši od centra diska ka periferiji. Gustina zapisa je konstantna po jedinici površine, bez obzira da li se podaci nalaze na obodu ili pri centru diska. Kako se disk u uređaju za čitanje kompakt-diskova okreće konstantnom ugaonom brzinom, slično kao i kod čvrstog (engl. hard) diska, to ima za posledicu da se podaci brže čitaju sa spoljnih nego sa unutrašnjih staza. The distance between the tracks (the pitch) is 1.6 µm.

Na svakom kompakt-disku se, pored podataka koji se na njemu skladište, nalaze i dodatne informacije koje služe za sinhronizaciju (ujednačavanje) i korekciju (ispravku) grešaka. Ovim informacijama se popravlja pouzdanost i preciznost do nivoa koji su prihvatljivi za sigurno skladištenje podataka. One zauzimaju oko 13% kapaciteta diska, vidljive su golim okom ali nevidljive su softverski za korisnika uređaja. Ostatak od 87%, je veličina koja se deklariše kao kapacitet diska i služi za skladištenje korisnih podataka.

Kapacitet kompakt-diska može biti 650, 700 i 800 megabajta. Brzina rada CD uređaja se deklariše u umnošcima brzine čitanja muzičkog CD-a, koja iznosi 150 KB/s. Tako jednobrzinski CD uređaj (ili 1x) čita podatke brzinom od 150 KB/s, dok savremeni pedesetdvobrzinski čitači kompakt-diskova (odnosno 52x) čitaju podatke brzinom od 7800 KB/s. Treba napomenuti da se deklarisana brzina, odnosi na brzinu čitanja podataka sa krajnje spoljne trake, dok je brzina čitanja sa krajnje unutrašnje trake više nego duplo manja.

Standardni CD-ROM sadrži 333.000 sektora, a svaki sektor 2352 bajtova. Zavisno od metode za prepoznavanje greške (engl. Error correction), od ovih 2352 može biti raspoloživo 2024 ili 2336 (uglavnom za video) ili svih 2352 bajtova (samo za audio). Preostali bitovi u sektoru služe za prepoznavanje i ispravljanje greške.

Veličina	Audio Kapacitet	Kapacitet podataka	Napomena
12 cm	74–99 min	650–870 MB	Standardna veličina
8 cm	21–24 min	185–210 MB	Mini-CD veličina
85x54 mm - 86x64 mm	~6 min	10-65 MB	„Business card“ veličina („vizit-kartice“)

CD-R tehnologija

Karakteristike CD-R tehnologije su specifikovane 1990. godine, a holandski Filips je bio prvi na tržištu sa CD-R uređajima sredinom 1993. godine. Svi noviji CD-R uređaji podržavaju sve CD formate, a osim snimanja rade i kao CD-ROM čitači.

Glavni razlog zbog koga CD uređaji nisu bili u stanju da pišu po CD diskovima je bio taj što su nule i jedinice bile fizički utiskivane u plastični supstrat koji je presvlačen atomskim slojem srebra.

CD-R diskovi imaju supstrat na koji je uštampana „prazna“ spirala (engl. spiral pre-groove). Ova spirala služi CD-R uređaju da je prati prilikom upisa. Na supstrat se nanosi specijalan fotosenzitivni (odnosno snimajući) sloj, na njega veoma tanak reflektujući sloj od srebra ili zlata i na kraju dolazi zaštitni sloj, koji predstavlja gornju površinu diska. Boja CD-R diskova zavisi od kombinacije boje i tipa fotosenzitivnog sloja i reflektujućeg sloja, tako da kombinacije ova dva sloja imaju zelenu, zlatnu, plavu ili srebrnu boju.

Najznačajniji od ovih slojeva je fotosenzitivni sloj, koji ima takva svojstva da kada se osvetli laserskom svetlošću tačno određenog tipa i intenziteta, ubrzano greje i menja hemijski sastav. Kao rezultat ovog „prženja“, tj. promene hemijskog sastava površina koja je „spržena“ reflektuje manje svetla nego ona koja nije „spržena“, tj. ekvivalentna je jami. Na ovaj način ceo snimljeni disk je izdeljen na delove koji su ili „sprženi“ (0) ili nisu „sprženi“ (1), isto kao što klasični kompakt-diskovi imaju jame i reflektujuće površi. Ovako snimljeni CD-R diskovi mogu da se čitaju na svakom CD-ROM čitaču, kao da se radi o fabrički urezanom CD-ROM disku.

Pošto CD-R medijum na „sprženim“ delovima trajno menja hemijsku strukturu i fizička svojstva, jednom snimljen disk se ne može presnimiti ili obrisati. Tehnikom multisesija (više „seansi“) se dozvoljava da se na disk koji nije iskorišćen do kraja ili na kome je samo deo iskorišćen dosnimi još podataka, ali se gubi 13 MB za svaku novu sesiju („seansu“).

CD-RW tehnologija

Karakteristike CD-RW, iako rade na sličnom principu, predstavljaju drugačiju filozofiju. CD-RW disk, umesto fotosenzitivnog sloja ima tri nova sloja: donji dielektrik, fazno promenljivi (snimajući) sloj i gornji dielektrik. Dielektrični slojevi služe da odvlače toplotu sa snimajućeg sloja. Kad je disk prazan, snimajući sloj je kristalizovan i u tom stanju reflektuje svu svetlost. Kad laser za snimanje zagreje tačke na njemu iznad temperature topljenja (500-700°C), smeša na tom mestu prelazi u tečno stanje, a ako se to mesto odmah ohladi, ostaje u amorfnom stanju u kojem skoro potpuno apsorbuje svetlost. Brisanje se vrši kad se amorfni sloj zagreje na temperaturu kristalizacije i tako drži određeno vreme, a zatim ohladi čime se vraća se u kristalizovano stanje. Podaci se na CD-RW diskove generalno snimaju sporije nego na klasične CD-R diskove. Prva generacija diskova podržava brzine snimanja od 1x do 4x. Visokobrzinski RW diskovi podržavaju brzinu snimanja od 4x do 16x, dok ultra brzinski diskovi za sada podržavaju brzine od 16x do 32x.

Istorija

Sedamdesetih godina 20. vijeka inženjeri mnogih kompanija iz svjetske elektronske industrije su eksperimentisali sa snimanjem muzike. Prvi prototipovi su se zasnivali na magnetnim medijima za snimanje, kao na primer klasična audio-kaseta. Kao prvo na tržištu se 1977. pojavilo rješenje firme Soni zasnovano na betamaks-video-rekorderu. Kupci ipak nisu bili zadovoljni tim nezgrapnim uređajem i njegovim kvalitetom snimanja. Soni je dalje razvijao specijalne metode poboljšavanja kvaliteta zvuka i za uklanjanje masivnih zvučnih smetnji pri snimanju zvuka. Kao test tih novih metoda je u septembru 1978. tajno snimljena proba koncerta Herberta fon Karajana. Kasnije je gospodin Herbert fon Karajan od strane Sonija pozvan da dâ ocjenu kvaliteta zvuka napravljenih snimaka.

U isto vrijeme je firma Filips radila na optičkom snimanju slike, koje je trebalo da revolucionira video-tehniku. Brzo se razvila ideja, tu tehnologiju koristiti i za snimanje digitalnog zvuka. Obje firme su se ubrzo našle konfrontirane (sukobljene) sa sledećim problemom:

Na tada planirane ploče prečnika 30 centimetara, pri snimanju mogli su da snime oko 30 minuta video materijala ili 13 sati i 20 minuta audio materijala! Radnicima Sonija je bilo jasno - da je iz ekonomskih razloga (sa stanovišta muzičke industrije) takav koncept neodrživ. Obje firme su odbacile tu tehnologiju, odnosno taj format nosača zvuka.

Tražeći pogodan format, kao i optimalnu količinu, odnosno dužinu zvučnog materijala, su se na Sonijev prijedlog obje firme dogovorile da na taj budući nosač zvuka mora stati bar Betovenova deveta simfonija u punoj dužini. Taj prijedlog je poticao od tadašnjeg potpredsjednika Sonija Norija Oge, koji je bio obrazovani operski pjevač, i koji je već dugo imao želju da sluša Betovenovu devetu u jednom dijelu, bez mijenjanja nosača zvuka. Ogova omiljena verzija Herberta fon Karajana trajala je 66 minuta, dok su se tehničari orijentisali po tada najdužoj verziji Vilhelma Furtvenglera. Snimak iz 1951. godine trajao je tačno 74 minuta. Tih 74 minuta su, preračunato na potreban prečnik nosača zvuka za tu količinu zvučnog materijala, značili prečnik od 12 centimetara. 1980. godine je od strane tih firmi objavljen standard za snimanje audio podataka (engl. Rainbow Books). 1. oktobra 1982. je izašao prvi uređaj za slušanje (engl. CD player — CD plejer) a već 1988. godine je proizvođeno 100 miliona kompakt-diskova godišnje.

Kod prečnika otvora u sredini (14 milimetara) su Holanđani (Filips) vodili glavnu riječ. Kao uporedna vrijednost za tu veličinu je korišćen prečnik tada najmanjeg novčića na svijetu - holandskih 10-centi (takozvani dubeltje).

Literatura

• Ecma International. Standard ECMA-130: Data Interchange on Read-only 120 mm Optical Data Disks (CD-ROM), 2nd edition (June 1996).
• Pohlmann, Kenneth C. (1992). The Compact Disc Handbook. ISBN 0-89579-300-8. . Middleton, Wisconsin: A-R Editions.
• Peek, Hans et al. (2009) Origins and Successors of the Compact Disc. ISBN 978-1-4020-9552-8. . Springer Science+Business Media B.V.
• Peek, Hans B., The emergence of the compact disc, IEEE Communications Magazine, Jan. 2010, pp. 10–17.
• Nakajima, Heitaro; Ogawa, Hiroshi (1992) Compact Disc Technology. ISBN 4-274-03347-3. , Tokyo, Ohmsha Ltd.
• Barry, Robert (2020). Compact Disc (Object Lessons). New York: Bloomsbury. ISBN 978-1-5013-4851-8. 
• Träger, Frank (5. 5. 2012). Springer Handbook of Lasers and Optics. ISBN 9783642194092. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „The Compact Disc (CD) is Developed”. historyofinformation.com. Pristupljeno 9. 2. 2023. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Bosch, Xavier (2001). „Fungus eats CD”. Nature. doi:10.1038/news010628-11. Arhivirano iz originala 12. 12. 2013. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Fungus 'eats' CDs”. BBC. jun 2001. Arhivirano iz originala 12. 12. 2013. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Philips DVD-R 8x (InfodiscR20) - Philips - Gleitz” (na jeziku: nemački). 2006-11-18. 
• „QPxTool glossary”. qpxtool.sourceforge.io. QPxTool. 2008-08-01. Pristupljeno 22. 7. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• Video How Compact Discs are Manufactured
• CD-Recordable FAQ Exhaustive basics on CD-Recordable's
• Philips history of the CD (cache)
• Patent History (CD Player) – published by Philips in 2005
• Patent History CD Disc – published by Philips in 2003
• Sony History, Chapter 8, This is the replacement of Gramophone record ! (第8章 レコードに代わるものはこれだ) – Sony website in Japanese
• Popularized History on Soundfountain
• A Media History of the Compact Disc (1-hour podcast interview)