CD-ROM: almacén gigante (y II)
1991/05/01 Aizpurua Sarasola, Joxerra Iturria: Elhuyar aldizkaria
Formato físico del disco
El disco CD-ROM tiene un diámetro de 120 mm, un espesor de 1,2 mm y un orificio central de 15 mm de diámetro. La información se almacena en una espiral de pequeño agujero en la superficie. Esta superficie de plástico (policarbonato) tiene un recubrimiento metálico luminoso que está protegido por una laca transparente.
La profundidad de los orificios es de 0,12 micras y una anchura de 0,6 micras. La distancia entre dos vueltas consecutivas de espiral es de 1,6 micras. Por lo tanto, hay 16.000 pistas de dedos. Para comprender mejor el significado de esta cifra hay que tener en cuenta que en los discos flexibles hay 96 pistas de dedos y cientos de discos fijos. La longitud de los orificios a lo largo de las pistas es de 0,9 micras y los espacios lisos situados entre ellas son de 3,3 micras. Por tanto, la longitud de la espiral de un disco CD-ROM es de casi 5 km y en él hay casi 2.000 millones de agujeros.
Para convertir los datos en agujeros y superficies lisas, se realiza una operación denominada master grabación, es decir, la onda portadora con información codificada pasa de una cinta magnética a un modulador (similar a un convertidor muy rápido) que controla mediante una lente el potente láser de onda corta. Finalmente, la lente enfoca la superficie fotosensible de un disco máster de vidrio.
La lente se mueve radialmente cuando el máster empieza a girar. Esta mezcla de movimiento es la que produce la espiral. Al revelar la superficie fotosensible, las zonas afectadas por la onda se convierten en agujeros (se tiene en cuenta que al enfocar el láser las paredes aparecen dobladas en el agujero). El relieve del máster revelado es el mismo que el de los discos CD-ROM.
De este máster se obtienen más negativos mediante galvanoplastia o utilizando algún fotopolímero. Estos negativos se denominan matrices y pueden dar forma definitiva a los discos. En general, esta última etapa se realiza mediante moldeo por inyección, si bien otras técnicas, como la grabación o la estampación en frío, se están probando ahora. Sin embargo, el material del disco es policarbonato, por lo que el disco puede durar a pesar del maltrato.
A pesar de las peculiaridades del aspecto mecánico en la producción de un disco, la óptica es mucho más compleja.
Todos los dispositivos de acumulación óptica utilizan un haz de rayos láser enfocado por una lente a un punto pequeño. El rayo está formado por un semiconductor de arseniuro de galio con perfil ovalado. Este perfil ovalado debe convertirse en una circunferencia de diámetro micra. Para ello es necesario recoger el rayo mediante un cono muy convergente. La convergencia se expresa mediante la apertura numérica (ZI). El valor máximo de esta magnitud es 1 para los sistemas que actúan en el aire. Los valores de ZIs utilizados por las unidades de lectura de CD-ROM se sitúan en torno al 0,5.
Para leer la información grabada en el disco CD-ROM, el láser se enfoca hacia la pista espiral con agujeros y se mide la cantidad de luz reflejada hacia el objetivo. Cuando la luz golpea uno de los orificios se esparce en un ángulo tan grande que apenas llega nada al objetivo. Por el contrario, una vez que la luz ha golpeado un tramo llano, se refleja casi en su totalidad. La señal modulada que se genera a partir de esta combinación de luz reflejada y dispersa es la que contiene la información del disco grabada.
La luz reflejada llega a un fotodetector donde se genera una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de luz. Esto depende de si el haz golpea el agujero. El método de descodificación llamado de ocho a catorce convierte la información contenida en la señal luminosa en un dato digital que el ordenador puede utilizar.
Una de las características del disco óptico es que la distancia entre el objetivo y la superficie es de unos milímetros.
Esto tiene dos efectos positivos:
- Los golpes entre el objetivo y la superficie son casi imposibles, aunque el disco esté deformado o la unidad de lectura esté mal montada. Por ejemplo, la distancia entre el cabezal y la superficie de un disco Winchester es menor de 0,5 micras, es decir, dos mil veces menor que la de una unidad CD-ROM.
- El rayo láser debe atravesar un plástico duro para llegar a la superficie grabada. Por lo tanto, ésta desempeña el papel de patrocinador efectivo. Por otra parte, debido a la fuerte convergencia existente, el haz de rayos superficiales tiene un diámetro de un milímetro. Por tanto, los defectos y grietas que se pueden encontrar en la superficie no producen efectos nocivos.
Velocidad de rotación
El disco compacto gira a velocidad variable. Cuando la cabeza de lectura está cerca del centro gira más rápido que cuando está junto al borde. De no ser así, la velocidad de lectura sería variable. Por tanto, y para que esto no ocurra, la velocidad del disco cuando la cabeza está alrededor del centro es de 535 revoluciones por minuto y de 200 cuando está alrededor del borde. Este es el motivo de la recepción del formato GIC mencionado en el artículo anterior. La principal ventaja de este formato es que la densidad de información se mantiene constante a lo largo de todo el disco, optimizando la capacidad de acumulación. Este formato presenta una clara desventaja respecto al formato AAC (Velocidad Angular Constante): mayor tiempo de acceso y transferencia de datos.
Como colofón a este apartado diremos que los que utilizan especialmente el formato AAK son los discos magnéticos.
Capacidad de almacenamiento de datos
Para poder guardar los bits en un entorno físico, éstos deben convertirse en algo grabable. Todos los códigos utilizados para esta conversión se denominan códigos de canal, ya que se preparan para ser conducidos por un canal de comunicación.
Los dispositivos de almacenamiento de muchos datos digitales, incluido el CD-ROM, utilizan códigos de canal binarios. Por lo tanto, estos códigos binarios definirán los huecos y espacios launas grabados por el rayo láser.
El código de canales de los sistemas CD y CD-ROM se denomina EFM (modulación de ocho a catorce). Convierte los dautas del usuario, de corrección de errores, direccionales, de sincronización y otros datos que se encuentran en una corriente de bit de canal, en agujeros y espacios lisos, y los envía a la máquina que realiza el máster, donde toma forma de agujero.
En la unidad de lectura de CD-ROM el deco EFM invierte esta cadena de operaciones y recupera datos codificados formateados y de corrección de errores.
Como el número de datos almacenados en la pista no es constante, las direcciones se indican como en el CD, es decir, en unidades de bloques de 0-59 minutos, 0-59 segundos y 0-74. El límite de 60 minutos no es normativo sino de carácter, aunque se puede alargar hasta 74 minutos. Como la espiral se extiende al borde exterior del centro, los últimos 14 minutos de grabación corresponden a los 5 mm externos del disco, que presentan las mayores barreras de fabricación. Actualmente en el CD se fabrican correctamente estos últimos milímetros y se espera que eso ocurra también en el área de CD-ROM.
En 60 minutos, un CD-ROM incluye 270.000 bloques. Teniendo en cuenta que cada bloque consta de 2.048 bytes de datos más un total de 2.352 bytes de control, la capacidad total es de 552.960.000 bytes. Si se usaran 74 minutos se obtendrían 681.984 bytes.
Por tanto, esta es la razón por la que existen diferentes capacidades de acumulación.
Velocidad de transferencia de datos
La unidad de lectura de CD-ROM es capaz de leer 75 sectores por segundo. Dado que en cada sector existen 2.352 bytes, la velocidad alcanzada es de 171 kB/s. Si se compara esta velocidad con la de los discos fijos (625 kB/s), está claro que es baja. En este campo no se puede esperar ninguna mejora en los próximos años, ya que las limitaciones son tanto tecnológicas como físicas.
Tiempo de acceso
El tiempo de residencia de la mente lectora desde el sector primario al último es superior a un segundo. Y para desplazarse de un sector a 20 mm de distancia se necesitan entre 300 y 500 milisegundos. Hay que tener en cuenta que para recorrer la misma distancia en los discos fijos más delicados se necesitan 70 milisegundos.
Corrección de errores
Antes de realizar el máster, todos los datos se ubican en una cinta de ordenador llamada premaster. Esta cinta tiene 9 pistas y 1.600 bytes de dedos.
En el centro de producción de discos se lee esta cinta con el decodificador de corrección de errores. Convierte los datos del usuario en otro tipo de datos de los que puede recuperar los datos del usuario, aunque el disco tenga errores. Los defectos suelen ser generalmente cavidades mal hechas o irregularidades en la capa de protección.
Si junto con el dato de usuario no se grabaran en disco los otros datos de código, la cabeza de la unidad lectora al pasar por encima de los datos erróneos learía las listas de bits desconocidas.
Los códigos elaborados para CDs y CD-ROM son capaces de reproducir todos los bits akas-tun de una señal cuando uno de cada 10.000 bits es defectuoso y hay filas de 1.000 bits, a excepción de un bit por cada 10.000 billones.
En otras palabras, en 20 millones de discos no habrá más de un bit erróneo.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
