Nagrywarki i Płyty CD-RW

CD-RW


Urządzenie służące do wypalania płyt CD-R i CD-RW oraz DVD. W klasycznym napędzie CD-ROM wiązka lasera odbija się od warstwy aluminium. Jeżeli promień trafi na zagłębienie (pit), to zostanie rozproszony. Z kolei gdy napotka obszar płaski (land), wówczas kierowany jest do komórki fotoelektrycznej oraz zamieniany na ciąg zrozumiałych przez komputer zer i jedynek. Identycznie działają napędy DVD, z tym że wykorzystują krótszą długość fali światła laserowego. Dzięki tej modyfikacji zmniejszono szerokość ścieżki oraz wielkość pitów i landów, co doprowadziło do zwiększenia pojemności płyty. Zasada działania nagrywarki jest identyczna jak zwykłego czytnika z tą różnicą, że zamiast lasaera \"odczytującego\" zaopatrzona jest w laser \"zapisujący\", a właściwie \"zapisująco-odczytujący\" - zależnie od potrzeb. Wnętrze nagrywarki więc na pierwszy rzut oka nie różni się niczym od odwarzacza.


Intencją lasera odczytującego jest tylko odczyt bez żadnych modyfikacji odczytywanego nośnika. Natomiast laser zapisujący działa z większą mocą, więc powoduje zmiany właściwości optycznych materiału. Zapisując dane jest naprzemian włączany i wyłączany w zależności od tego, czy ma być zapisane zero, czy jedynka. Aby wypalić zero ściemnia barwnik stanowiący warstwę zapisywalną, aby otrzymać jedynkę pozostawia go bez zmian - czyli na ten moment gaśnie. Laser przy odczycie włączony jest przez cały czas trwania operacji, a tam gdzie zapisujący pozostawił ciemne miejsca światło ulega rozproszeniu. Nagrywarki CD-RW używają trzech różnych mocy lasera: najwyższej - do zapisu (laser przekształca fragmenty powierzchni płyty do stanu amorficznego, a więc nieodbijającego światła), średniej - do wymazywania danych (laser przekształca fragmenty powierzchni płyty z powrotem do stanu krystalicznego, w którym ta odbija światło) i najniższej - do odczytu (laser nie powoduje zmian struktury powierzchni). Czas nagrania płyty zależy od ilości danych do nagrania oraz od prędkości zapisu. Przy pojedynczej prędkości zapis 650 megabajtów lub 74 minut muzyki zajmuje 74 minuty. Nagrywarki CD-RW zapisują płyty CD-RW z prędkością równą lub mniejszą od tej, z jaką mogą nagrywać płyty CD-R.

Laser

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) - źródło wytwarzające wąską wiązkę promieniowania elektromagnetycznego prawie spójnego i monochromatycznego. Działanie lasera jest oparte na wykorzystaniu zjawiska wymuszonej emisji promieniowania w ośrodku czynnym. Konstrukcja sprowadza się zazwyczaj do ośrodka czynnego, umieszczonego między dwoma zwierciadłami, stanowiącego wraz z nimi rezonator optyczny. Wymuszanie odbywa się z reguły pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego dostarczanego z zewnątrz przez tak zwany układ pompujący. W procesie emisji wymuszonej promieniowanie ulega wzmocnieniu w wyniku wielokrotnego odbicia od równoległych zwierciadeł. Część tego promieniowania jest wyprowadzana na zewnątrz w postaci wiązki laserowej. Do wytwarzania promieniowania laserowego stosuje się różne ośrodki, takie jak: mieszanina gazowa hel-neon, argon, a także domieszkowane kryształy i szkła. W telekomunikacji i sprzęcie elektronicznym najszersze zastosowanie znalazły lasery półprzewodnikowe wykonane w postaci diody z arsenku galu, o specjalnej konstrukcji. Lasery półprzewodnikowe ustępują pod względem rozbieżnożci wiązki innym typom, na przykład dla lasera z kryształem rubinu kąt rozbieżności wynosi 0,1º, a dla lasera półprzewodnikowego kilka, a nawet kilkadziesiąt stopni. Mimo to, dzięki takim zaletom, jak małe wymiary, łatwość modulacji emitowanego promieniowania, niezawodność pracy i proste zasilanie, lasery półprzewodnikowe znalazły szerokie zastosowanie jako źródło modulowanego promieniowania w telekomunikacji światłowodowej. W sprzęcie powszechnego użytku stosuje się lasery w odtwarzaczach i napędach optycznych przy odczycie informacji optycznej zapisanej na płytach CD. W obu tych przypadkach wykorzystuje się możliwość skupienia promienia lasera na bardzo małej powierzchni.


Compact Disc-ReWritable (CD-RW)
jest to płyta kompaktowa z możliwością wielokrotnego nagrywania (ok. 1000 razy)
Nośniki CD-RW diametralnie różnią się budową i zasadą działania od płyt CD-R. Idea jednokrotnie zapisywanego CD-R została w Pomarańczowej księdze rozszerzona o możliwość kasowania. Zasada działania opiera się na zjawisku zmiany fazy. Płyta między dyskiem z tworzywa sztucznego a odbijającą światło warstwą aluminium posiada warstwę czynną która składa się z mieszaniny srebra, antymonu, teluru i irydu. Jak w każdym materiale, tak i w tym możliwa jest zmiana właściwości pod wpływem temperatury. Jeśli podgrzany zostanie do temperatury topnienia (ok. 600 stopni Celsjusza) przejdzie w stan ciekły. Stygnąc, w temperaturze ok. 200 stopni Celsjusza, przejdzie fazę krystalizacji i znowu stanie się ciałem stałym. Nie byłoby w tym jednak nic nadzwyczajnego, gdyby nie fakt, że gwałtownie stygnąc przechodzi w stan amorficzny. Gdy natomiast przez określony czas utrzymywany jest w temperaturze krystalizacji zanim wystygnie na tyle, aby stać się ciałem stałym - zastyga w postaci krystalicznej. To tłumaczy dlaczego nagrywarki nie osiągają oszałamiających prędkości zapisu na płytach CD-RW. Oczywiście stan amorficzny rozprasza światło. Promień lasera może więc czynić ją przezroczystą lub pochłaniającą światło. Dzięki temu, że warstwa ta może przechodzić dowolnie z jednego stanu w drugi, zapis na CD-RW nazywany jest zapisem zmiennofazowym (jest on w pełni odwracalny - płytę można \"wyczyścić\"). Nowa, właśnie zakupiona płyta CD-RW, ma całą warstwę zapisywalną w postaci krystalicznej, tak że światło lasera przechodzi przez nią i odbija się od aluminiowej warstwy odblaskowej. Ponieważ warstwa krystaliczna nie przepuszcza tak dobrze światła jak zwykły CD-R - odczyt płyty CD-RW wymaga lasera o trochę większej mocy niż dla odczytu konwencjonalnych płyt. Stąd starsze modele czytników i odtwarzaczy kompaktowych nie są w stanie odczytać takich płyt.


Pierwotnie nośniki CD-RW mogły być nagrywane z prędkością 1x - 4x. Aktualnie nośniki CD-RW High Speed mogą być zapisywane z prędkościami od 4x do 12x, a najnowsze Ultra Speed nawet 32x. Dla porównania nośniki CD-R mogą być nagrywane z maksymalną prędkością 54x.
W zwyczajowo używanym trybie Track At Once nie można na niej modyfikować danych, jedynie dodawać lub skasować całą zawartość i nagrać od nowa. Używanie płyt CD-RW jako nośników swobodnego dostępu (z pojemnością mniejszą o ok. 5%) jest możliwe dzięki Mount Rainier, jednak niektóre z systemów operacyjnych nie wspierają technologii Mount Rainier bez instalowania dodatkowego oprogramowania.


High Speed CDRW
(Hihg Speed Compact Disc RwWeitable). Standardowe płyty wielokrotnego zapisu charaktertzowały się bardzo małymi szybkościami wypalania. Postęp technologiczny wymusił uzupełnienie Pomarańczowej księgi, zawierającej specyfikacje płyt wielosesyjnych i wielokrotnego zapisu, o format HS CD-RW. Jest to płyta CD-RW umożliwiająca wyapalanie z szybkościami x8, x10, x12. Jej znakiem rozpoznawczym jest logo HS CD-RW. Zapis na takich płytach jest rónież możliwy tylko na nagrywarkach zgidnych z HighSpeed CD-RW (nagrywarki takie również posiadają logo HS CD-RW). Następnym krokiem przyspieszającym wypalanie na płytach wielokrotnego zapisu jest najnowszy standad Ultra Speed CD-RW.

(Ultra Speed Compact Disc ReWritable) Standardowe płyty wielokrotnego zapisu charaktertzowały się bardzo małymi szybkościami wypalania. Postęp technologiczny wymusił najpierw uzupełnienie Pomarańczowej księgi, zawierającej specyfikacje płyt wielosesyjnych i wielokrotnego zapisu, o format HS CD-RW, a następnie o US CD-RW. Jest to płyta CD-RW umożliwiająca wyapalanie z szybkościami od 8x do 32x. Jej znakiem rozpoznawczym jest logo US CD-RW. Zapis na takich płytach jest rónież możliwy tylko na nagrywarkach zgodnych z UltraSpeed CD-RW (nagrywarki takie również posiadają logo US CD-RW).



CD-R (ang. Compact Disc Recordable - Nagrywalna Płyta Kompaktowa)

Jest to jednokrotnie zapisywalna płyta kompaktowa. Budową różni się od \"fabrycznej\" płyty, choć zasada działania jest taka sama. Warstwa nagrywalna, to specjalny organiczny polimer, który pod wpływem światła laserowego (dla nagrywania mającego większą moc niż dla odczytu) zmienia swoje właściwości optyczne. Odróżnia się również jeszcze jednym szczegółem. Zawiera mianowicie obszar kalibracji lasera i bit początku zapisu. Po wypaleniu płyta CD-R staje się zwykłą płytą CD-ROM, CD-Audio, CD-I lub tp.


W roku 1983 firmy Philips i Sony podały specyfikację płyty z danymi (CD-ROM) w tak zwanej Żółtej Księdze. Standard ten nawiązuje do standardu Czerwonej Księgi: 98 ramek ujęto w jeden sektor. To daje na jeden sektor 2352 bajtów kanału głównego, 784 bajty dla korekcji błędów i 98 bajtów subkanału. Z kolei subkanał zawiera 8 obszarów, oznaczonych literami od P do W. Na standardowej płycie CD, zapisanej w Trybie 1 (Mode-1), 2352 bajty kanału głównego dzielą się dalej na: 2048 bajtów danych użytkowych, 280 bajtów korekcji danych (EDC i ECC) i 24 bajty pozostałe (wypełniające, adresy sektorów, synchronizacja). Za pomocą takiej struktury danych uzyskano większą tolerancję błędów i lepszą adresowalność danych.

Generalnie CD-R możemy nagrać jedynie raz. Jednak istnieje wiele sposobów by upodobnić to medium do dysku CD-RW (z tym, że raz nagrane dane nigdy nie są fizycznie usuwane i z każdym kolejnym nagraniem zmniejsza się pojemność nośnika). Pierwsza (chronologicznie) możliwość to Wielosesyjność, czyli możliwość nagrywania dysku fragmentami. Wielosesyjność pozwala na nadpisywanie plików na zasadzie nie fizycznego zastąpienia zawartości pliku, lecz zapisania nowszej wersji pliku w innym fizycznie obszarze i zamienienie tablicy alokacji tak by wskazywała w obszar zajmowany przez nowy plik. W zbliżony sposób możemy kasować pliki z CD-R - nie ulegają one fizycznemu usunięciu (znajdują się po skasowaniu na nośniku, a sektory przez nie zajmowane nie są zwracane do puli wolnych jednostek alokacji), lecz zapisywana jest informacja, iż plik usunięto. Na te wszystkie operacje pozwala system plików ISO-9660, zwany też ISOFS lub CDFS. Dzięki wielosesyjności mogły powstać takie formaty jak PhotoCD.

Kolejna możliwość to wielosesyjność poszerzona o wielowoluminowość, czyli możliwość wydzielenia na CD-R kilku woluminów logicznych i nagrywanie ich wielosesyjnie niezależnie od siebie. Ten format jest rzadko wspierany przez oprogramowanie. Można tu używać systemu plików ISO-9660 lub UDF.

Ostatnim najwygodniejszym trybem zapisu jest tryb pakietowy (pierwotnie przeznaczony był on dla CD-RW). Wymaga użycia systemu plików UDF, a w zamian oferuje zapis plików w sposób nieciągły, i lepszą obsługę zapisu wielu małych plików (pozwala na fragmentację plików i zajmowanie przez dowolny plik dowolnego fragmentu wolnego miejsca).

Używanie płyt CD-R w sposób zbliżony do nośników swobodnego dostępu (z pojemnością mniejszą o ok. 5% i pewnymi dodatkowymi ograniczeniami) jest możliwe, jednak większość dystrybucji systemów operacyjnych nie wspiera tego bez instalowania dodatkowego oprogramowania.

Pomarańczowa Księga definiuje płyty CD-Recordable z możliwością nagrywania wielu sesji. Część III poświęcona jest płytom wielokrotnego zapisu (CD-RW). Takie płyty mają mniejszy współczynnik odbicia światła od płyt zgodnych z Księgami Czerwoną lub Żółtą, więc musi być odtwarzana w odpowiednim czytnkiu (zwanym MultiRead). Ten format umożliwia zapis zarówno audio (CD-DA) jak i danych (CD-ROM).

Część Tom Format Wersja Data Komentarz
I CD-MO - Listopad 1990 Magneto Optical re-writable
II 1 CD-R 3.1 Grudzień 1998 Wcześniej CD-WO - Write Once (Jednokrotny Zapis)
2 1.2 Kwiecień 2002 Multi Speed
III 1 CD-RW 2.0 Sierpień 1998 ReWritable
2 1.2 Lipiec 2001 High Speed
3 1.2 Lipiec 2002 Ultra Speed


Wszystkie 3 części zawierają następujące sekcje:
• Specyfikacje dla nagranych i nienagranych płyt
• Wstępnie zmodulowany rowek (groove)
• Organizacja danych wraz z łączeniem
• Płyty wielosesyjne oraz hybrydy
• Rekomandacje mierzenia odblaskowości, mocy lasera etc
Część II
Tom 1 definiuje zapis z szybkością 1x, 2x i 4x. Wraz z publikacją Części II, Tomu 2 temu dokumentowi zmieniono nazwę z \"Pomarańczowa Księga Cżęść II: CD-R, Wersja 3.1\" na \"Pomarańczowa Księga Cżęść II: CD-R, Tom 1, Wersja 3.1\".
Tom 2 - Multi Speed - definiuje sześć typów płyt z liniową szybkością do 16x, 20x, 24, 32x, 40x i 48 razy.
Część III
Tom 1 definiuje zapis z nominalnymi szybkościami 1x, 2x i 4x. Wraz z publikacją Części III, Tomu 2 temu dokumentowi zmieniono nazwę z \"Pomarańczowa Księga Cżęść III: CD-RW, Wersja 2.0\" na \"Pomarańczowa Księga Cżęść III: CD-RW, Tom 1, Wersja 2.0\".
Tom 2 - High Speed - definiuje zapis z liniowymi szybkościami pomiędzy 4x a 10x.
Tom 3 - Ultra Speed - definiuje zapis z liniowymi szybkościami pomiędzy 8x a 32x.




Czerwona księga opisuje fizyczne właściwości płyty kompaktowej i cyfrowe kodowanie dźwięku. Zawiera
• Specyfikację audio dla 16 bitowego kodowania PCM.
• Spectfikację fizycznych parametrów płyty.
• Optyczne właściwości i parametry.
• Odchylenia i wielkość bloku błędu.
• System modulacji i korekcję błędów.
• System kontroli i wyświetlania (w subkanałach).
Dodatkowo Czerwona Księga opisuje opcję CD Graphics używającą subkanałów od R do W i różne jej zastosowania włącznie z grafiką i MIDI.
Ostatnio został dodany CD Tekst, również wykorzystujący subkanały, dostarczający informacji związanych z zawartością płyty.
Może warto mu poświęcić chwilę uwagi. Blok CD-Tekstu może się składać z maksumum 256 tak zwanych pakietów. 4 z nich zarezerwowane są do zastosowań wewnętrznych, pozostałe 252 mogą być w całości wykorzystane dla informacji o płycie. Jako, że każdy pakiet może pomieścić 12 znaków, więc cała informacja o zawartości płyty nie może przekroczyć 3024 znaków. Nie wdając się w szczegółowe obliczenia można powiedzieć, że dla każdego nagrania na płycie zawierającej ich 30 mamy do dyspozocji prawie 100 znaków.
Obecny stan Czerwonej Księgi wygląda następująco.
Format Wersja Data Komentarz
CD Audio - Sierpień 1985 Czerwona Księga
Subkody
System kontroli i wyświetlania - Listopad 1991 Rozszerzenie Czerwonej Księgi dla grafiki
CD-Tekst 1.0 Wrzesień 1996 Rozszerzenie Czerwonej Księgi