CD-ROM: almacén xigante (e II)
1991/05/01 Aizpurua Sarasola, Joxerra Iturria: Elhuyar aldizkaria
Formato físico do disco
O disco CD-ROM ten un diámetro de 120 mm, un espesor de 1,2 mm e un orificio central de 15 mm de diámetro. A información almacénase nunha espiral de pequeno buraco na superficie. Esta superficie de plástico (policarbonato) ten un recubrimiento metálico luminoso que está protexido por unha laca transparente.
A profundidade dos orificios é de 0,12 micras e una anchura de 0,6 micras. A distancia entre dúas voltas consecutivas de espiral é de 1,6 micras. Por tanto, hai 16.000 pistas de dedos. Paira comprender mellor o significado desta cifra hai que ter en conta que nos discos flexibles hai 96 pistas de dedos e centos de discos fixos. A lonxitude dos orificios ao longo das pistas é de 0,9 micras e os espazos lisos situados entre elas son de 3,3 micras. Por tanto, a lonxitude da espiral dun disco CD-ROM é de case 5 km e nel hai case 2.000 millóns de buracos.
Paira converter os datos en buracos e superficies lisas, realízase una operación denominada master gravación, é dicir, a onda portadora con información codificada pasa dunha cinta magnética a un modulador (similar a un convertidor moi rápido) que controla mediante unha lente o potente láser de onda curta. Finalmente, a lente enfoca a superficie fotosensible dun disco máster de vidro.
A lente móvese radialmente cando o máster empeza a virar. Esta mestura de movemento é a que produce a espiral. Ao revelar a superficie fotosensible, as zonas afectadas pola onda convértense en buracos (tense en conta que ao enfocar o láser as paredes aparecen dobradas no buraco). O relevo do máster revelado é o mesmo que o dos discos CD-ROM.
Deste máster obtéñense máis negativos mediante galvanoplastia ou utilizando algún fotopolímero. Estes negativos denomínanse matrices e poden dar forma definitiva aos discos. En xeral, esta última etapa realízase mediante moldeo por inxección, aínda que outras técnicas, como a gravación ou a estampación en frío, están a probarse agora. Con todo, o material do disco é policarbonato, polo que o disco pode durar a pesar dos malos tratos.
A pesar das peculiaridades do aspecto mecánico na produción dun disco, a óptica é moito máis complexa.
Todos os dispositivos de acumulación óptica utilizan un fai de raios láser enfocado por unha lente a un punto pequeno. O raio está formado por un semiconductor de arseniuro de galio con perfil ovalado. Este perfil ovalado debe converterse nunha circunferencia de diámetro micra. Paira iso é necesario recoller o raio mediante un cono moi converxente. A converxencia exprésase mediante a apertura numérica (ZI). O valor máximo desta magnitude é 1 paira os sistemas que actúan no aire. Os valores de ZIs utilizados polas unidades de lectura de CD-ROM sitúanse en torno ao 0,5.
Paira ler a información gravada no disco CD-ROM, o láser enfócase cara á pista espiral con buracos e mídese a cantidade de luz reflectida cara ao obxectivo. Cando a luz golpea un dos orificios se esparce nun ángulo tan grande que apenas chega nada ao obxectivo. Pola contra, una vez que a luz golpeou un tramo chairo, reflíctese case na súa totalidade. O sinal modulada que se xera a partir desta combinación de luz reflectida e dispersa é a que contén a información do disco gravada.
A luz reflectida chega a un fotodetector onde se xera una corrente eléctrica proporcional á intensidade de luz. Isto depende de si o feixe golpea o buraco. O método de descodificación chamado de oito a catorce converte a información contida no sinal luminoso nun dato dixital que o computador pode utilizar.
Una das características do disco óptico é que a distancia entre o obxectivo e a superficie é duns milímetros.
Isto ten dous efectos positivos:
- Os golpes entre o obxectivo e a superficie son case imposibles, aínda que o disco estea deformado ou a unidade de lectura estea mal montada. Por exemplo, a distancia entre o cabezal e a superficie dun disco Winchester é menor de 0,5 micras, é dicir, dous mil veces menor que a dunha unidade CD-ROM.
- O raio láser debe atravesar un plástico duro paira chegar á superficie gravada. Por tanto, esta desempeña o papel de patrocinador efectivo. Por outra banda, debido á forte converxencia existente, o feixe de raios superficiais ten un diámetro dun milímetro. Por tanto, os defectos e gretas que se poden atopar na superficie non producen efectos nocivos.
Velocidade de rotación
O disco compacto xira a velocidade variable. Cando a cabeza de lectura está cerca do centro vira máis rápido que cando está xunto ao bordo. De non ser así, a velocidade de lectura sería variable. Por tanto, e para que isto non ocorra, a velocidade do disco cando a cabeza está ao redor do centro é de 535 revolucións por minuto e de 200 cando está ao redor do bordo. Este é o motivo da recepción do formato GIC mencionado no artigo anterior. A principal vantaxe deste formato é que a densidade de información mantense constante ao longo de todo o disco, optimizando a capacidade de acumulación. Este formato presenta una clara desvantaxe respecto ao formato AAC (Velocidade Angular Constante): maior tempo de acceso e transferencia de datos.
Como colofón a este apartado diremos que os que utilizan especialmente o formato AAK son os discos magnéticos.
Capacidade de almacenamento de datos
Paira poder gardar os bits nunha contorna física, estes deben converterse en algo grabable. Todos os códigos utilizados paira esta conversión denomínanse códigos de canle, xa que se preparan paira ser conducidos por unha canle de comunicación.
Os dispositivos de almacenamento de moitos datos dixitais, incluído o CD-ROM, utilizan códigos de canle binarios. Por tanto, estes códigos binarios definirán os ocos e espazos launas gravados polo raio láser.
O código de canles dos sistemas CD e CD-ROM denomínase EFM (modulación de oito a catorce). Converte os dautas do usuario, de corrección de erros, direccionales, de sincronización e outros datos que se atopan nunha corrente de bit de canle, en buracos e espazos lisos, e envíaos á máquina que realiza o máster, onde toma forma de buraco.
Na unidade de lectura de CD-ROM o deco EFM inviste esta cadea de operacións e recupera datos codificados formateados e de corrección de erros.
Como o número de datos almacenados na pista non é constante, as direccións indícanse como no CD, é dicir, en unidades de bloques de 0-59 minutos, 0-59 segundos e 0-74. O límite de 60 minutos non é normativo senón de carácter, aínda que se pode alargar até 74 minutos. Como a espiral esténdese ao bordo exterior do centro, os últimos 14 minutos de gravación corresponden aos 5 mm externos do disco, que presentan as maiores barreiras de fabricación. Actualmente no CD fabrícanse correctamente estes últimos milímetros e espérase que iso ocorra tamén na área de CD-ROM.
En 60 minutos, un CD-ROM inclúe 270.000 bloques. Tendo en conta que cada bloque consta de 2.048 bytes de datos máis un total de 2.352 bytes de control, a capacidade total é de 552.960.000 bytes. Se se usasen 74 minutos obteríanse 681.984 bytes.
Por tanto, esta é a razón pola que existen diferentes capacidades de acumulación.
Velocidade de transferencia de datos
A unidade de lectura de CD-ROM é capaz de ler 75 sectores por segundo. Dado que en cada sector existen 2.352 bytes, a velocidade alcanzada é de 171 kB/s. Se se compara esta velocidade coa dos discos fixos (625 kB/s), está claro que é baixa. Neste campo non se pode esperar ningunha mellora nos próximos anos, xa que as limitacións son tanto tecnolóxicas como físicas.
Tempo de acceso
O tempo de residencia da mente lectora desde o sector primario ao último é superior a un segundo. E paira desprazarse dun sector a 20 mm de distancia necesítanse entre 300 e 500 milisegundos. Hai que ter en conta que paira percorrer a mesma distancia nos discos fixos máis delicados necesítanse 70 milisegundos.
Corrección de erros
Antes de realizar o máster, todos os datos sitúanse nunha cinta de computador chamada premaster. Esta cinta ten 9 pistas e 1.600 bytes de dedos.
No centro de produción de discos lese esta cinta co decodificador de corrección de erros. Converte os datos do usuario noutro tipo de datos dos que pode recuperar os datos do usuario, aínda que o disco teña erros. Os defectos adoitan ser xeralmente cavidades mal feitas ou irregularidades na capa de protección.
Se xunto co dato de usuario non se gravasen en disco os outros datos de código, a cabeza da unidade lectora ao pasar por encima dos datos erróneos learía as listas de bits descoñecidas.
Os códigos elaborados paira CDs e CD-ROM son capaces de reproducir todos os bits akas-tun dun sinal cando uno de cada 10.000 bits é defectuoso e hai filas de 1.000 bits, fóra dun bit por cada 10.000 billóns.
Noutras palabras, en 20 millóns de discos non haberá máis dun bit erróneo.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
