CD-ROM: magatzem gegant (i II)

1991/05/01 Aizpurua Sarasola, Joxerra Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Multimedia

Format físic del disc

El disc CD-ROM té un diàmetre de 120 mm, un gruix de 1,2 mm i un orifici central de 15 mm de diàmetre. La informació s'emmagatzema en una espiral de petit forat en la superfície. Aquesta superfície de plàstic (policarbonat) té un recobriment metàl·lic lluminós que està protegit per una laca transparent.

La profunditat dels orificis és de 0,12 micres i una amplària de 0,6 micres. La distància entre dues voltes consecutives d'espiral és de 1,6 micres. Per tant, hi ha 16.000 pistes de dits. Per a comprendre millor el significat d'aquesta xifra cal tenir en compte que en els discos flexibles hi ha 96 pistes de dits i centenars de discos fixos. La longitud dels orificis al llarg de les pistes és de 0,9 micres i els espais llisos situats entre elles són de 3,3 micres. Per tant, la longitud de l'espiral d'un disc CD-ROM és de gairebé 5 km i en ell hi ha gairebé 2.000 milions de forats.

Per a convertir les dades en forats i superfícies llises, es realitza una operació denominada màster enregistrament, és a dir, l'ona portadora amb informació codificada passa d'una cinta magnètica a un modulador (similar a un convertidor molt ràpid) que controla mitjançant una lent el potent làser d'ona curta. Finalment, la lent enfoca la superfície fotosensible d'un disc màster de vidre.

La lent es mou radialment quan el màster comença a girar. Aquesta mescla de moviment és la que produeix l'espiral. En revelar la superfície fotosensible, les zones afectades per l'ona es converteixen en forats (es té en compte que en enfocar el làser les parets apareixen doblegades en el forat). El relleu del màster revelat és el mateix que el dels discos CD-ROM.

Forats i superfícies llises.

D'aquest màster s'obtenen més negatius mitjançant galvanoplàstia o utilitzant algun fotopolímero. Aquests negatius es denominen matrius i poden donar forma definitiva als discos. En general, aquesta última etapa es realitza mitjançant emmotllament per injecció, si bé altres tècniques, com l'enregistrament o l'estampació en fred, s'estan provant ara. No obstant això, el material del disc és policarbonat, per la qual cosa el disc pot durar malgrat el maltractament.

Malgrat les peculiaritats de l'aspecte mecànic en la producció d'un disc, l'òptica és molt més complexa.

Tots els dispositius d'acumulació òptica utilitzen un feix de raigs làser enfocat per una lent a un punt petit. El raig està format per un semiconductor d'arsenur de gal·li amb perfil ovalat. Aquest perfil ovalat ha de convertir-se en una circumferència de diàmetre micra. Per a això és necessari recollir el raig mitjançant un con molt convergent. La convergència s'expressa mitjançant l'obertura numèrica (ZI). El valor màxim d'aquesta magnitud és 1 per als sistemes que actuen en l'aire. Els valors de ZIs utilitzats per les unitats de lectura de CD-ROM se situen entorn del 0,5.

Per a llegir la informació gravada en el disc CD-ROM, el làser s'enfoca cap a la pista espiral amb forats i es mesura la quantitat de llum reflectida cap a l'objectiu. Quan la llum colpeja un dels orificis s'escampa en un angle tan gran que a penes arriba res a l'objectiu. Per contra, una vegada que la llum ha colpejat un tram pla, es reflecteix gairebé íntegrament. El senyal modulat que es genera a partir d'aquesta combinació de llum reflectida i dispersa és la que conté la informació del disc gravada.

La llum reflectida arriba a un fotodetector on es genera un corrent elèctric proporcional a la intensitat de llum. Això depèn de si el feix colpeja el forat. El mètode de descodificació anomenat de vuit a catorze converteix la informació continguda en el senyal lluminós en una dada digital que l'ordinador pot utilitzar.

Una de les característiques del disc òptic és que la distància entre l'objectiu i la superfície és d'uns mil·límetres.

Això té dos efectes positius:

• Els cops entre l'objectiu i la superfície són gairebé impossibles, encara que el disc estigui deformat o la unitat de lectura estigui mal muntada. Per exemple, la distància entre el capçal i la superfície d'un disc Winchester és menor de 0,5 micres, és a dir, dues mil vegades menor que la d'una unitat CD-ROM.
• El raig làser ha de travessar un plàstic dur per a arribar a la superfície gravada. Per tant, aquesta exerceix el paper de patrocinador efectiu. D'altra banda, a causa de la forta convergència existent, el feix de raigs superficials té un diàmetre d'un mil·límetre. Per tant, els defectes i esquerdes que es poden trobar en la superfície no produeixen efectes nocius.

Estructura del disc compacte.

Velocitat de rotació

El disc compacte gira a velocitat variable. Quan el cap de lectura està prop del centre gira més ràpid que quan està al costat de la vora. De no ser així, la velocitat de lectura seria variable. Per tant, i perquè això no ocorri, la velocitat del disc quan el cap està al voltant del centre és de 535 revolucions per minut i de 200 quan està al voltant de la vora. Aquest és el motiu de la recepció del format GIC esmentat en l'article anterior. El principal avantatge d'aquest format és que la densitat d'informació es manté constant al llarg de tot el disc, optimitzant la capacitat d'acumulació. Aquest format presenta un clar desavantatge respecte al format AAC (Velocitat Angular Constant): major temps d'accés i transferència de dades.

Com a colofó a aquest apartat direm que els que utilitzen especialment el format AAK són els discos magnètics.

Capacitat d'emmagatzematge de dades

Per a poder guardar els bits en un entorn físic, aquests han de convertir-se en alguna cosa grabable. Tots els codis utilitzats per a aquesta conversió es denominen codis de canal, ja que es preparen per a ser conduïts per un canal de comunicació.

Els dispositius d'emmagatzematge de moltes dades digitals, inclòs el CD-ROM, utilitzen codis de canal binaris. Per tant, aquests codis binaris definiran els buits i espais launas gravats pel raig làser.

Els lectors d'àudio CD i CD-ROM no són molt diferents.

El codi de canals dels sistemes CD i CD-ROM es denomina EFM (modulació de vuit a catorze). Converteix els dautas de l'usuari, de correcció d'errors, direccionals, de sincronització i altres dades que es troben en un corrent de bit de canal, en forats i espais llisos, i els envia a la màquina que realitza el màster, on pren forma de forat.

En la unitat de lectura de CD-ROM el deco EFM inverteix aquesta cadena d'operacions i recupera dades codificades formatades i de correcció d'errors.

Com el nombre de dades emmagatzemades en la pista no és constant, les direccions s'indiquen com en el CD, és a dir, en unitats de blocs de 0-59 minuts, 0-59 segons i 0-74. El límit de 60 minuts no és normatiu sinó de caràcter, encara que es pot allargar fins a 74 minuts. Com l'espiral s'estén a la vora exterior del centre, els últims 14 minuts d'enregistrament corresponen als 5 mm externs del disc, que presenten les majors barreres de fabricació. Actualment en el CD es fabriquen correctament aquests últims mil·límetres i s'espera que això ocorri també en l'àrea de CD-ROM.

En 60 minuts, un CD-ROM inclou 270.000 blocs. Tenint en compte que cada bloc consta de 2.048 bytes de dades més un total de 2.352 bytes de control, la capacitat total és de 552.960.000 bytes. Si s'usessin 74 minuts s'obtindrien 681.984 bytes.

Per tant, aquesta és la raó per la qual existeixen diferents capacitats d'acumulació.

Velocitat de transferència de dades

La unitat de lectura de CD-ROM és capaç de llegir 75 sectors per segon. Atès que en cada sector existeixen 2.352 bytes, la velocitat aconseguida és de 171 kB/s. Si es compara aquesta velocitat amb la dels discos fixos (625 kB/s), és clar que és baixa. En aquest camp no es pot esperar cap millora en els pròxims anys, ja que les limitacions són tant tecnològiques com físiques.

Estructura del lector.

Temps d'accés

El temps de residència de la ment lectora des del sector primari a l'últim és superior a un segon. I per a desplaçar-se d'un sector a 20 mm de distància es necessiten entre 300 i 500 mil·lisegons. Cal tenir en compte que per a recórrer la mateixa distància en els discos fixos més delicats es necessiten 70 mil·lisegons.

Correcció d'errors

Abans de realitzar el màster, totes les dades se situen en una cinta d'ordinador anomenada premaster. Aquesta cinta té 9 pistes i 1.600 bytes de dits.

En el centre de producció de discos es llegeix aquesta cinta amb el descodificador de correcció d'errors. Converteix les dades de l'usuari en una altra mena de dades dels quals pot recuperar les dades de l'usuari, encara que el disc tingui errors. Els defectes solen ser generalment cavitats mal fetes o irregularitats en la capa de protecció.

Si juntament amb la dada d'usuari no es gravessin en disc les altres dades de codi, el cap de la unitat lectora en passar per sobre de les dades errònies learía les llistes de bits desconegudes.

Els codis elaborats per a CDs i CD-ROM són capaços de reproduir tots els bits akas-tun d'un senyal quan un de cada 10.000 bits és defectuós i hi ha files de 1.000 bits, a excepció d'un bit per cada 10.000 bilions.

En altres paraules, en 20 milions de discos no hi haurà més d'un bit erroni.

Comportament del raig de llum en forats i superfícies llises.