Jak funguje zápis na CD-R.

 
Řez CD-R médiem
Jak je patrné z řezu médiem, skládá se CD-R, jako lisovaný CD-ROM ze tří základních vrstev. Vrchní ochranné lakované (většinou) vrstvy, střední vrstvy z reflexní zlaté fólie. Zlato bylo vybráno proto, že nereaguje s barvivem a koroduje mnohem méně, než kterýkoliv jiný kov. Zlato je navíc velmi reflexní. Používá se 24 karátové zlato. Dnes se již také velmi často setkáte se stříbrnou fólií, která sice nevykazuje tak dobré vlastnosti jako zlato, je však podstatně levnější a pro spotřební použití naprosto vyhovuje. A organického barviva. Tato organická sloučenina je vlastním záznamovým médiem (základní phtalocyniane (zlaté disky) licence je patentována firmou Mitsui Toatsu Chemicals - MTC, Japonsko).
 
Řez CD-R médiem

V polykarbonátové (spodní) vrstvě CD-R média je již ve výrobě vytvořena spirálová drážka, sloužící jako vodítko pro laser CD-R mechaniky, čímž je umožněno velmi přesné nahrání dat na disk.

 

   
Lisovaný pit
Vypálená řada pitů

Všimněte si, jak má vypálené CD-R, na rozdíl od CD lisovaného, nepravidelné okraje. Rovněž vypálený pit je poněkud mělčí než pit lisovaný. Při vypalování se právě toto organické barvivo zahřeje, což způsobí jeho fyzickou změnu. Vypalovací paprsek tak vytváří miniaturní kopečky. Přestože se vypálený pit - onen zmíněný kopeček od pitu lisovaného fyzikálně liší, i nadále se hovoří o pitu. Kopeček zvaný pit mění odrazivost od zlatého podkladu. Rozdíl mezi lisovaným a vypáleným pitem je důvodem, proč na některých starších CD-ROM mechanikách není možné vypálená CD přečíst. Aby to možné bylo, museli výrobci u mechanik upravit algoritmus ostření a vyhodnocování logických úrovní. V současné době se s podobným problémem setkáváme u CD-RW médií.

 
Rozměry jednotlivých zón na CD-R

Rozměry CD-R jsou shodné s lisovanými, tedy celková šíře je 1,2 mm a průměr činí 12 cm s centrálním otvorem 1,5 cm. CD váží bez obalu 18 gramů.

Na CD, se stejně jako na klasickou vinylovou desku, zapisuje do jedné spirální stopy. Data jsou do této stopy zaznamenávána digitálně pomocí stupňů (land) a děr (pit). Díra je 0,12 mikrometru hluboká a 0,6 mikrometru široká. Jedno CD jich obsahuje kolem dvou biliónů. Délka díry je mezi 0,83 a 3,3 mikrometru, což je pro srovnání velikost bakterie. Mezera mezi jednotlivými sousedními stopami je 1,6 mikrometru. Znamená to, že CD se záznamovou šíří 3,3 cm obsahuje:
0,6 mikrometru šíře stopy + 1,6 mikrometru mezi stopami = 2,2 mikrometru
33 mm / 2,2 mikrometru = 15 000 závitů.
Celková délka stopy je 5 km.

Na rozdíl od LP desky se CD čte od vnitřku k okraji a zatímco LP používá konstantní rychlost otáčení (konstantní úhlová rychlost - CAV), u CD je konstantní rychlost obvodová (CLV). Znamená to tedy, že se rychlost otáčení CD mění od 200 do 530 ot./min. podle typu mechaniky a značky. Pro zajímavost, hustota záznamu je na CD 16 000 tpi (track per inch - stop na palec). Floppy disk má hustotu 96 tpi a pevný disk průměrně 400 tpi. Aby čtecí (nebo vypalovací) paprsek mohl správně sledovat spirálu s daty, mají lisovaná, CD-R i CD-RW disky již z výroby vylisovanou tzv. vodící spirálu, na kterou řídící mechanizmus čtecího (nebo zapisovacího) laseru zaostřuje.

CD rekordéry se od obyčejných přehrávačů a CD-ROM mechanik velmi liší. Především proto, že používají speciální laser. Tento laser musí být schopen pracovat v několika úrovních, aby byl schopen docílit fyzické změny stavu barviva na CD-R médiu (land) a také CD-R číst, aniž by došlo k jeho poškození. CD-R mechanika musí také umět požívat velké množství formátů. A protože zápis je jak z hlediska hardware, tak i software mnohem složitější proces, je rychlost zápisu CD rekordérů mnohdy podstatně nižší než rychlost jejich čtení (např. 2x zápis 6x čtení - Yamaha CDR-200, …).

 
Výkon laseru CD-R

Pro čtení vystačí laser s poměrně nízkým výkonem (0,5 mW), ale pro zápis CD-R je již třeba energie mnohem větší. Pro zápis jednoduchou rychlostí vystačí 4-8 mW, pro dvojnásobnou rychlost je již třeba 8-10 mW, čtyřnásobnou 10-12 mW a šestinásobnou pak až 14 mW! Této energie je třeba k tomu, aby se v místě, kde má dojít ke změně barviva, dosáhlo teploty 250° až 400°C!

Schopnost CD-ROM mechaniky číst CD-R (zvláště), nebo CD-RW média, je také do značné míry závislá na kvalitě nejen média, ale i samotné vypalovačky (přepisovačky?). Nahrávací mechanika může totiž pro nahrávání používat příliš nízký, nebo naopak vysoký výkon laseru, nebo dokonce může výkon laseru oscilovat (při vypalování CD-R třeba v rozmezí 8-10 mW). Nízký výkon bude znamenat příliš mělké pity (nečitelné) a velký výkon bude naopak způsobovat slévání pitů dohromady (příliš zkreslená informace).

Zatímco drtivá většina CD-ROM mechanik je v současné době konstruována jako IDE, u CD rekordérů stále převládá SCSI. Důvodů hovořící pro SCSI je mnoho, ale uvedu dle mého jen ty nejhlavnější. SCSI sběrnice je oproti IDE rozhraní rychlejší, má větší průchodnost dat, méně zatěžuje samotný procesor a dá se říci, že je i spolehlivější (i když v poslední době nacházíme v prodeji stále více CD rekordérů i s IDE rozhraním, především pro stále se zvětšující výkon počítačů). Hlavně souvislý tok dat v potřebné šíři je pro nahrávání naprosto nezbytný. Jakékoliv přerušení toku dat při vypalování vede ke zničení CD-R média. Aby bylo sníženo toto riziko na minimum, umísťují výrobci CD rekordérů do mechanik potřebnou vyrovnávací paměť (512kB až 4MB). CD rekordéry mají tedy až o několik řádů větší vyrovnávací paměť.

 
Multisession, PCA a PMA

Datové pole disku podle Orange Book (o barevných knihách zatím více v rejstříku) obsahuje kalibrační programové pole (PCA). Pomocí tohoto pole a inicializačního testu dojde ke kalibraci záznamového laseru pro tento disk. Další částí je Program Memory Area (PMA) jenž obsahuje počet tracků, a jejich začáteční a koncový bod. Dále pak přichází Lead-In Area, jenž je připravena pro zápis popisu obsahu celého disku poté, co dojde k jeho kompletnímu nahrání. Po dokončení zápisu je na konec stopy zaznamenáno Lead-Out Area, jenž upozorní přehrávač, že je konec CD, aby se mohl zastavit.

Zápis na zapisovatelné CD může být proveden najednou (v jedné session - singlesession), kdy jsou všechny tracky zapsány v jednom svazku (volume). Disk se uzavírá zápisem obsahu (Table of Contents) a Lead-Out Area. Tento disk může být čten na jakékoliv CD mechanice. Při singlesession záznamu se TOC (Table of Contens) vytváří ihned po nahrání dat. Tím dochází (jak se v branži říká) k "uzavření" disku. Dále již není možné na disk cokoliv nahrát.

Multisession naopak nechává disk otevřený a TOC se zapisuje až po nahrání poslední session. Tím dojde opět k "uzavření" disku. U neuzavřených disků to pro čtecí mechaniku znamená, že musí být schopna postupně od poslední session rekonstruovat souborovou strukturu celého CD. Vytváří si vlastně TOC, která ještě na CD není nahrána. Je-li vaše mechanika vybavena schopností číst multisession, nepoznáte de-facto, zda je CD nahráno jako multisession, nebo singlesession.

Způsob zápisu dat na disk, kde při každém dokončení stopy (tracku) je vypnut zapisovací laser (i když se bude okamžitě zapisovat další stopa) se nazývá Track at Once. Při zapínání a vypínání laseru se zapisují bloky run in a link out. Nejmenší délka stopy je 300 bloků (4 sekundy - 700 kB). Maximální počet stop je 99.

Naopak způsob, kdy dojde k celému nahrání CD bez vypnutí laseru, označujeme jako Disc at Once.

Petr & Martin  


Copyright © 1999 CD-R server, všechna práva vyhrazena