¿Qué son los discos ópticos, qué tipos existen, y cuáles son sus usos?
¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la espiral? * Ir a…
¿Cómo se lee un CD en una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,… 12x …? * Ir a…
¿Cómo son y se escriben los CD para grabación por un usuario designados CD-R? * Ir a…
¿Cómo se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o en un CD-R ? * Ir a…
¿Qué es la codificación EFM usada en los CD-ROM? * Ir a…
¿Cómo son en detalle los sectores de un CD y el código CIRC? * Ir a…
¿Qué es el formato lógico HSG/ISO 9660 para organización interna de un CD-ROM usado en sistemas operativos para almacenar archivos? * Ir a…
¿En qué consisten las técnicas magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase usadas en discos ópticos borrables? * Ir a…
¿Qué son los discos y unidades PD? * Ir a…
¿Qué son los DVD-ROM, leídos con láser azul? * Ir a…
¿Qué son los discos ópticos, qué tipos existen, y cuáles son sus usos?
Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan los bits mediante distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits se leen merced a un rayo láser incidente (figuras 2.39 y 2.54). Este, al ser reflejado, permite detectar variaciones microscópicas de propiedades óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un punto en la capa del disco que almacena los datos.
Las tecnologías de grabación (escritura) a desarrollar son:
- por moldeado durante la fabricación, mediante un molde de níquel (CD-ROM y DVD ROM),
- por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),
- por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético (discos magneto-ópticos – MO).
Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los discos magnéticos:
- Los discos ópticos, además de ser medios removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en pequeños espacios -por lo menos diez veces más que un disco rígido de igual tamaño- son portables y seguros en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la energía eléctrica). El hecho de ser portables deviene del hecho de que son removibles de la unidad. Asimismo, tienen bajo costo por byte almacenado. Los CD-ROM se copian (producen) masivamente. La mayor capacidad de los discos ópticos frente a los magnéticos se debe al carácter puntual del haz láser incidente, y a la precisión del enfoque óptico del láser. Ello permite que en una pista los bits estén más juntos (mayor densidad lineal), y que las pistas estén más próximas (más t.p.i). Los CD son más seguros en la conservación de los datos, dado que la capa que los almacena es inmune a los campos magnéticos caseros, y está protegida de la corrosión ambiental, manoseo, etc., por constituir un "sandwich" entre dos capas transparentes de policarbonato. Por otra parte, la cabeza móvil -que porta la fuente láser y la óptica asociada- por estar separada a 1 mm. de la superficie del disco, mmca puede tocarla. Por ello no produce en ella desgaste por rozamiento, ni existe riesgo de "aterrizaje", como en el disco rígido con cabezas flotantes. Tampoco el haz láser que incide sobre la información puede afectarla, dada su baja potencia.
Son aplicaciones comunes de los discos ópticos: las bases de datos en CD ROM para bibliotecas de datos invariables (enciclopedias, distribución de software, manuales de software, demos, etc.), y para servidores de archivos en una red local, así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para copias de resguardo seguras, y las bibliotecas de imágenes.
Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a una protección anti-óxido especial, o sea de oro. En un CD-R este tiempo será mucho mayor, por presentar oro la fina capa metálica interior.
En informática se usan los siguientes tipos de discos ópticos, tratados luego en detalle:
1. Grabado masivamente por el fabricante, para ser sólo leídos: como lo son el CD ROM (Disco compacto de sólo lectura) y el DVD ROM (Digital Versatil Disc de sólo lectura). En éstos, a partir de un disco "master" grabado con luz láser, se realizan múltiples copias obtenidas por inyección de material (sin usar láser). Se obtienen así discos con una fina capa de aluminio reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-. Dicha capa guarda en una cara unos y ceros como surcos discontinuos (figura 2.33), que forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con luz láser por la unidad de CD del usuario.
2. Grabable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable) antes llamado CD-WO (Write once) En la escritura, el haz láser sigue una pista en espiral pre-construida en una capa de pigrnento. Donde el haz incide, su calor decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura, esta capa deja pasar el haz láser hacia la capa reflectora dorada que está más arriba, reflejándose de forma distinta según que el haz haya atravesado un punto decolorado o no, detectándose así unos y ceros. Ambas capas están protegidas por dos capas transparentes. Una vez escrito, un CD-R puede leerse como un CD-ROM.
3. Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación magneto-óptico (MO), la luz láser (figura 2.52) calienta puntos (que serán unos) de una capa -previamente magnetizada uniformemente- para que pierdan su magnetismo original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un campo magnético aplicado produce sólo en dichos puntos una magnetización contraria a la originaria (para así grabar unos). Estas diferencias puntuales de magnetización son detectadas en la lectura (figura 2.51) por la luz láser (con menos potencia), dado que provocan distinta polarización de la luz láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos re-escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), con escritura "por cambio de fase" (de cristalina a amorfa o viceversa) de los puntos de la capa del disco que guarda los datos. Se trata de una tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que requiere una sola pasada para escribir una porción o la pista en espiral completa. En la tecnología PD (Phase change/Dual) que también es por cambio de fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual" indica que la unidad también puede leer CD con pistas en espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).
Si bien los CD-ROM son los CD más usados para almacenar programas y datos, las unidades lectoras de CD actuales también permiten leer información digital de otros tipos de CD basados en la misma tecnología, con vistas a aplicaciones en multimedia, como ser:
CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que escuchamos en un reproductor de CD para audio. Podemos escuchar la música que contiene mientras trabajamos con una PC, o bien mezclarla en usos multimedia.
CD-I son las iniciales de disco compacto interactivo. De tecnología semejante al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a un estándar multimedia propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define métodos para codificar y decodificar datos comprimidos, y para visualizarlos. Almacena 72 minutos de audio digital estéreo ó 19 horas de conversación de calidad en mono, ó 6000 a 1500 imágenes de video – según la calidad deseada- que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Requiere una plaqueta inteligente especial en el computador. Al usuario le es factible interactuar mientras el CD es reproducido -en una unidad lectora compatible- mediante el mouse, o un dispositivo para disparar sobre un punto infrarrojo emitido ("thumbstick").
CD-ROM XA (de extended Architecture): es un estándar para sonido e imagen propuesto por Phillips, Sony y Microsoft, extensión de las estructuras de un CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de sonido en un CD-ROM por el sistema ADPCM, también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM XA sea un puente entre CD-ROM y CD-I.
Photo CD: el estándar elaborado en 1990 por Phillips y Eastman Kodak especifica el procedimiento para convertir fotografías de 35 mm en señales digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones. La grabación se realiza durante el revelado de la película. Así se guardan cientos de fotos color en un CD-R. Los Photo CD y Video CD son CD-ROM XA "Bridge Format", que pueden leerse en lectoras CD-I como en lectoras propias de computadoras.
DVI es un tipo de CD ROM que integra video, televisión, gráficos con animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales. Merced a una técnica de compresión de datos, éstos ocupan 120 veces menos lugar, permitiendo ver una hora de video de 30 imágenes por segundo. A esta velocidad, dado que una imagen de TV ocupa 600 KB, para ver un segundo se requieren 600 KB x 30 = 18 MB. De no existir compresión, los 600 MB de un CD ROM sólo permiten unos 600/18 » 30 seg. de visión. Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.
¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la espiral?
En un CD-ROM la espiral que codifica la información grabada es moldeada (en máquinas que fabrican en serie miles de CD iguales) en un molde de níquel, en el cual a temperatura se inyecta plástico.
A dicha espiral así moldeada se le deposita una fina capa de aluminio, y es protegida por una capa transparente superior. Más en detalle, con el disco visto desde abajo, la superficie grabada (figura 2.33) presenta una sucesión de hoyos ("pits") separados por espacios planos ("lands"), que forman una pista en espiral.
De este modo, un CD-ROM es grabado por el fabricante -en serie con otros iguales- pudiendo posteriormente ser sólo leído por el usuario en su unidad lectora de CD-ROM. En ésta (figura 2.37) un haz láser puntual sigue la pista en espiral metalizada que contiene la información, y al ser reflejado por dicha pista permite detectar la longitud de los "pits" y "lands" que codifican la información almacenada.
Por presentar un CD-ROM más bytes para código detector de errores que un disco CD-DA, no es factible leerlo en una reproductora para CD de audio.
La información digital (bits) en un CD-ROM -al igual que en un CD DA- se debe grabar en bloques (también llamados sectores) contiguos de una espiral (figura 2.34).
Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral constituida por 27000 sectores conteniendo cada uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar:
2048 bytes x 270.000 = 552.960.000 bytes = 552.960.000/1.048.576 MB = 527 MB.
Antes de grabar el disco "master", punto de partida para fabricar miles de CD ROM, un programa fracciona cada archivo a grabar en sectores de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los campos de un sector (figuras 2.45 a 2.48):
- unos y ceros indicadores de comienzo de bloque, que sirven para sincronismo con la lectora de CD.
- una secuencia de bits que irá en la cabecera (header) de cada bloque para poder localizarlo.
- los códigos ECC de Reed y Salomon para detectar/corregir errores que van al final de cada bloque.
Cada uno de los 270.000 bloques así conformados se va grabando en un disco "master" de vidrio, recubierto en una de sus caras por una película que atacará un haz láser, para formar en ella una espiral constituida por hoyos ("pits"). Para ello, se inserta el disco "master" de vidrio en un dispositivo de grabación, que presenta un cabezal que porta un haz láser de potencia, el cual se mueve en línea recta desde el centro al borde del disco. Este movimiento combinado con el de giro del disco, da como resultado que sobre la superficie del disco pueda formarse una espiral que crece desde el centro. Cada vez que el haz es activado, el calor que genera la punta microscópica del mismo (menor que una milésima de mm.) ataca la película que recubre el vidrio del "master" -en la cual está enfocado- generando en ella un hoyo que conformará la espiral.
Más en detalle, una computadora envía al cabezal, uno por uno, los bits a grabar, y en correspondencia se enciende o apaga el haz láser. Si el haz se activa, quema un punto microscópico en la pista en espiral que se va generando (de ancho algo menor que el punto), creando en ella un hoyo. De esta forma dicha pista se va conformando por hoyos ("pits"), separados por espacios no atacados por el haz, los "lands" (figura 2.33).
En un tipo de grabación corriente, un "land" representa un uno, y el "pit" que le sigue representa uno o más ceros, según sea la longitud de dicho "pit" (y el tiempo involucrado).
La espiral presenta unas 16.000 vueltas por pulgada radial (t.p.i). En el espesor de un cabello entran 50 vueltas. En total tiene 22.190 vueltas.
Cada archivo queda grabado en sectores sucesivos (que forman lo que suele denominarse un "track", aunque la pista en espiral es una sola). A continuación de un archivo sigue otro en la espiral, como en una cinta magnética.
Luego de grabar el disco "maestro" se fabrican réplicas metálicas (resistentes a la manipulación) de su superficie, por duplicación electrolítica, resultando otros discos de metal, "negativos" y "positivos" del "maestro" original. Este servirá de molde para fabricar en serie los CD de plástico. Para fabricar cada CD, por inyección de plástico (policarbonato que se derrite en el molde de níquel citado), se moldean la espiral -réplica de la existente en el "master"- junto con la capa inferior que le sirve de protección, constituyendo una sola pieza transparente. (figura 2.35 a). Por ser el molde un "positivo" del master, la espiral moldeada será un "negativo", o sea los "pits" como "mesetas montañosas" en su superficie superior. Esta superficie "montañosa" en espiral, debe ser metalizada (figura 2.35 b) con una fina capa reflectante de aluminio (u oro); y en otro paso deberá ser cubierta por una capa protectora de resina acrílica, sobre la cual se imprimirá la etiqueta, que conforma el "el techo" plano del CD. Visto el CD de–,de abajo presenta una superficie plana, sobre la cual está la espiral "montañosa" recubierto por la capa de metal, y sobre ésta la capa protectora transparente donde va la etiqueta.
La figura 2.35 c es una ampliación de la 2.35 b, con un corte en "mesetas". Sirve para mostrar que en una lectura, el haz láser -que llega al CD por su cara inferior y atraviesa su capa transparente protectora inferior- si pasa por una "meseta" es reflejado por la capa de aluminio que la recubre, siendo así la meseta sensada desde abajo por el haz como un hoyo ("pit"). Los hoyos vistos desde la cara inferior del CD son como se indica en la figura 2.33.
La pista en espiral de un CD presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos (densidad lineal constante), para aprovechar mejor el medio de almacenamiento. Un disquete gira a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity), como ser, cada vuelta siempre en 1/5 seg. Si tiene 18 sectores por pista, en cada vuelta leerá 18 sectores en 1/5 seg, cualquiera sea la pista. De esta forma, con CAV, se logra fácil que la cantidad de bits que se leen por segundo (velocidad de transferencia interna) sea la misma, sin importar qué pista sea.
Análogamente en un CD-ROM, por tener su pista en espiral igual densidad en cualquier tramo, a medida que ella es leída desde el centro al borde, -y por ende también cuando es grabada- la velocidad de giro debe disminuir continuamente, para que la cantidad de bits leídos por segundo sea constante en cualquier tramo. Dado que la espiral tiene igual cantidad de bits por cm en cualquier tramo, una vuelta interna guardará menos bits que otra más externa, por tener menor longitud. Si la espiral se leyera a velocidad de giro constante, durante una revolución del disco, una vuelta más interna de la espiral proporcionaría menos bits que otra más externa. De ser así, la lectura de una vuelta más interna de la espiral al ser leída proveería menos bits por segundo que otra más externa.
Para tener igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación del "master", el punto luminoso del haz láser emitido por la cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato, incidiendo siempre perpendicular al disco) genera la espiral a velocidad lineal constante (constant linear velocity-CLV, en cm/seg), para que sea constante la cantidad de bits grabados (y por ende leídos y transferidos) por segundo. Para que esto ocurra, el disco en el centro gira a una cierta velocidad angular (vueltas por segundo), que debe disminuirr permanentemente a medida que la cabeza se aleja rectilineamente hacia el borde del disco.
Resulta así, que la velocidad de rotación variable de un CD no se debe a su pista en espiral. Del mismo modo (figura 2.3), en un disquete, un sector más interno ocupa menos longitud de pista (mayor densidad de bits por cm) que otro más externo (menor densidad).
Sintetizando: por girar un CD a velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben (y leen) la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea el sector del mismo Los sectores grabados, por contener igual cantidad de bytes, presentarán igual longitud en centímetros, dado que la cantidad de bits por centímetro es igual en cualquier porción de la espiral. El número de sectores escritos en cada vuelta de la espiral es un número variable, y en general no entero.
¿Cómo se lee un CD en una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,… 12x …?
El hardware de una unidad lectora de CD (CD drive o CD player) comprende, básicamente:
- Mecanismos y motor de bandeja para insertar y retirar el CD.
- Electrónica de este periférico (IDE o SCSI), basada en un microcontrolador, con programas en EPROM para gobernar la mecánica y la electrónica de la unidad, y para detectar y corregir errores de lectura.
- Motor de giro del disco.
- Motor para movimiento (radial), hacía delante o atrás, de la base que soporta el cabezal de lectura.
- Diodo láser y óptica auxiliar.
- Optica móvil de enfoque (con motor).
- Subsistema de óptica móvil para seguimiento de la pista.
- Diodos foto-sensores de las señales ópticas reflejadas en el CD, y óptica auxiliar.
En un tipo de mecanismo corriente, al apretar un botón la bandeja de inserción ("caddy") sale hacia fuera, y el CD es puesto en ella (figura 2.36). Al pulsar nuevamente dicho botón, la bandeja vuelve hacia adentro.
En un determinado momento de su trayecto empuja también hacia adentro a dos "mandíbulas" que se cierran paulatinamente (como una dentadura), hasta que el agujero central del disco queda prisionero (a través del hueco la bandeja) entre dos piezas circulares giratorias imantadas, vinculadas a esas mandíbulas. Así el disco queda centrado, y levantado respecto de la bandeja, a fin de no rozarla al girar.
Más en detalle, al final del recorrido de la bandeja -cuando se cierran por completo las mandíbulas- la pieza circular ligada a la mandíbula superior atrae magnéticamente al cuerpo de la pieza circular de la mandíbula inferior, vinculada al eje de un motor de giro, para asegurar que el borde interno del disco quede aprisionado entre dichas piezas, a fin de que pueda girar correctamente y esté centrado, como se planteó.
La mandíbula inferior presenta una base que contiene el motor de giro, el cabezal con el láser, y un sistema con dos guías (figura 2.37) para desplazar hacia atrás o adelante (mediante otro motor) el cabezal respecto a esta base, en dirección radial al disco. Además existe un bus flexible, para conectarla a la electrónica IDE.
Para que en todos los puntos grabados en espiral en el CD pueda incidir el haz láser generado por el cabezal, a medida que éste avanza radialmente hacia el borde del CD, se disminuye la velocidad de giro del disco; e inversamente, si el cabezal avanza hacia el centro, el CD debe girar más rápido. O sea, que al pasar el haz de un punto al siguiente de la espiral grabada, la velocidad de giro del disco ya varió.
El cabezal está a 1 mm. de la superficie del CD, generando un haz láser infrarrojo no visible, de baja potencia (pero peligroso para la vista), con un sistema de autoenfoque automático permanente en la capa de aluminio del CD, para incidir sobre "pits" y "lands" de la espiral grabada en esta capa (figuras 2.38 y 2.39).
Si en su movimiento rectilíneo radial a velocidad constante, el punto luminoso del haz incide en un "land" de la espiral grabada (cuya velocidad de rotación varía constantemente), el haz láser es reflejado por el aluminio, con mayor intensidad que si incide en un "pit".
Un diodo fotosensor detecta estas diferencias de intensidad de luz láser reflejada, a fin de recuperar -bajo la forma de impulsos eléctricos- los ceros y unos almacenados. Dichos pulsos según su duración representan distinto número de ceros, mientras que tanto el comienzo como el final de un pulso representa un uno.
A un nivel de mayor detalle, en el cabezal existe un sistema de lentes móviles no dibujado -gobernado por la electrónica de la unidad lectora de CD, basada en un microprocesador– que tiene como función enfocar el haz láser en cada punto de la espiral grabada, formada en la capa metálica del CD. Esto es necesario, dado que el CD no es perfectamente plano, por presentar deformaciones (± 0,6 mm) por el proceso de fabricación. También dicha electrónica comanda otro subsistema para desplazar levemente el haz sobre la superficie grabada del CD, de modo que en la lectura el haz siga correctamente sobre la pista en espiral grabada.
Los CD que almacenan 650 MB y 1,3 GB se graban típicamente según al método PPM (pulse position modulation) por el cual (figura 2.39) se representa un uno haciéndole corresponder un "land" de la espiral, al cual sigue un número de ceros representados por la longitud del "pit" que sigue a dicho "land". Los bytes a grabar están recodificados según el código EFM, a tratar.
En la lectura de un CD (figura 2.38) el diodo láser del cabezal genera un haz de luz láser infrarrojo perpendicular a la superficie del disco. En su camino hacia el disco, atravesará un prisma triangular sin desviarse, y luego pasará por otra lente (o por una bobina en la cual circula corriente eléctrica) para que el haz sea enfocado como un punto en la capa reflectante de aluminio donde están los pits y lands de la espiral. Al incidir el haz en la primer capa transparente protectora del CD, tiene un diámetro de 1 mm (figura 2.40).
Atravesando esta capa los rayos se difractan (desvían), llegando luego a tener el haz un diámetro de unas 0,8 milésimas de mm. Cuando incide sobre la pista en espiral (cuyo ancho es de 0,5 milésimas).
En PPM un "land" es menor que 0,8 milésimas, por lo que el haz mmca puede incidir totalmente en un "land": parte de los rayos incidirán en el "land", y parte en el "pit" vecino (figura 2.39). Dado que un "pit" está a una profundidad de un cuarto de longitud de onda de un "land", la porción de rayos que inciden en el "pit", antes de hacerlo recorren un cuarto de onda más que los que inciden en el "land". El haz luego de incidir en el aluminio, se reflejará. Los rayos que incidieron en el "pit" después de reflejarse harán nuevamente un cuarto de onda más de camino que aquellos que incidieron en el "land".
En definitiva, los rayos incidentes en el "pit" recorrerán media onda (un cuarto más un cuarto) más que los incidentes en el "land". El efecto resultante, es que el haz que incide parte en un "land" y parte en un "pit", al ser reflejado, llega al diodo fotosensor con muy poca intensidad luminosa (luego de pasar por el objetivo y ser reflejado por la cara de un cristal que por su inclinación oficia de espejo), por anularse entre sí los rayos desfasados en media onda provenientes del "land" y del "pit".
En cambio, cuando el haz incide en un "pit" (figura 2.39), en cada punto del mismo todos los rayos reflejados recorrerán la misma distancia, reforzándose mutuamente (todos en fase) provocando una fuerte intensidad luminosa al llegar al fotodiodo.
El método de registro PWL (Pulse Width Modulation) permite una mayor densidad de almacenamiento. Los "lands" dejan de servir para codificar un solo uno, pudiendo codificar uno o más ceros como los "pits". La transición de "pit" a "land" o la inversa codifica un uno (figura 2.41); y la distancia entre dos transiciones (dos unos) representa un cierto número de ceros, según sea su longitud (y el tiempo transcurrido).
Existen unidades lectoras CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x y 8x,…. de doble, cuádruple, séxtuple, óctuple, … velocidad que la velocidad simple de una unidad CD de audio estándar, respectivamente. Las mismas tienen, en consecuencia, tiempos de acceso y transferencia respectivamente más rápidos que la velocidad CD estándar.
Por ejemplo, las del tipo 6x tienen un tiempo de acceso de unos 120 mseg (para 1/3 de carrera del cabezal entre extremos, que se duplica si la carrera es entre extremos), y velocidad de transferencia de 900 Kbytes/seg, casi 1 MByte/seg (contra 600 Kbytes/seg de las 4x, en correspondencia con el 50% de diferencia de velocidad). Las unidades 6x presentan un buffer de datos de 256 Kbytes.
En la performance de una lectora intervienen la eficiencia del controlador y e1 tamaño del buffer.
¿Cómo son y se escriben los CD para grabación por un usuario designados CD-R?
Un CD-R (CD Recordable, o sea grabable) puede grabarse por cualquier usuario que tenga conectado en su computadora el periférico "unidad grabadora de CD" (u optar por pagar este servicio).
En ésta, un haz láser graba en una espiral parcialmente pregrabada de fábrica –construida en una capa de material orgánico- un equivalente de "pits" y "lands", requeridos para almacenar los datos. Dicha espiral ya viene formateada por hardware con las direcciones de los sectores, y sirve de guía para el láser. El CD-R sobre dicha capa orgánica con la espiral, que es translúcida, presenta otra capa de oro para reflejar el haz láser en cada lectura (figura 2.43). Estas dos capas están protegidas por otras de policarbonato. La capa orgánica translúcida es de resina o pigmento verde (generalmente cyanina). Durante el proceso de grabación (figura 2.42) de los datos, el equivalente de un "pit" se establece al decolorarse -merced al calor puntual generado por el haz láser- puntos de la capa orgánica de pigmento (típicamente verde). 0 sea que un CD-R simula ópticamente los "pits" y "lands" físicos de un CD-ROM.
Después de ser grabado, un CD-R se convierte de hecho en un CD-ROM, que puede leerse en cualquier unidad lectora de estos discos -de la forma antes descripta- sin posibilidad de ser regrabado.
Para la lectura de cada punto de la espiral (figura 2.43), el haz láser incidente atraviesa la capa de policarbonato transparente y la capa de pigmento, hasta llegar a la capa superior metalizada cm oro, donde se refleja (en ella está enfocado). El haz reflejado -correspondiente al punto leído- es sensado por un fotodiodo, pasando ahora primero por la capa de pigmento y luego por la transparente. Según que el punto de la capa de pigmento por donde pasó el haz incidente (y retomó reflejado) esté decolorado ("pit") o no ("land"), el haz reflejado tendrá distinta intensidad, lo cual será detectado por el fotodiodo. Puntos sucesivos de igual intensidad luminosa constituirán un "pit" o un "land", según el valor de la intensidad detectada.
No es necesario grabar toda la espiral de un CD-R de una sola vez (sesión). Es factible hacerlo en tantas "sesiones" como archivos se quiera incorporar a lo largo del tiempo, hasta completar la capacidad del CD-R (como ser, 650 MB).
Una vez grabada una porción de la espiral, no puede borrarse y ser regrabada. Por tal motivo, los CD-R también se denominan CD-WO (Write Once, o sea de una escritura). Esta imposibilidad de regrabación ha motivado su uso en el ámbito contable y financiero, pues garantiza datos no borrables para auditorias. Por lo general, los CD-R se reconocen a primera vista, por el color dorado de su etiqueta.
Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un CD-R o de un CD-ROM (figura 2.44) constituyen el "lead in", que antecede a la zona de datos. Esta es de unos 29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1 mm.
En un CD-R, el "lead-in" es precedido por dos áreas necesarias para alinear el haz láser a fin de poder grabar lo que sigue. Cada sesión de grabado de la espiral debe comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de un "lead out". A su vez, cada "lead in" debe contener la tabla de contenidos ("Tabla of contents" TOC), índice de los datos grabados en la sesión correspondiente.
Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer sesión.
Existen grabadoras/lectoras de CD-R de varias velocidades (x1, x2, x4 … ). A mayor velocidad debe usarse un láser más potente para producir más calor, de forma de poder atacar adecuadamente los puntos requeridos en la espiral. Existen discos vírgenes CD-R para distintas velocidades, cuyo sustrato disipa distinta cantidad de calor en correspondencia con su velocidad de grabación.
Los discos WORM ("Write Once Read Many") fueron los precursores de los CD-R. La tecnología WORM no está normalizada: ciertos discos sólo pueden insertarse en unidades de un determinado fabricante. Estos discos son de 5 1/4", y vienen en "cartuchos" semejantes a los de plástico que protegen los disquetes magnéticos de 3 1/2", para ser insertados en las unidades correspondientes. Además existen discos con datos grabados en espiral, y otros con pistas concéntricas. Según la norma seguida por los fabricantes, un cartucho de 5 1/4" puede tener ya sea 640 MB ó 1,2 GB. Discos de 12" usados en redes pueden guardar más de 6 GB.
Por su capa orgánica los CD-R no deben ser expuestos a excesivo calor (por ejemplo dentro de un automóvil o sol directo) o humedad, pues pueden reducir su vida útil, o ser inutilizables por filtraciones de cyanina. También se debe cuidar de no escribir con bolígrafo su etiqueta, dado que la presión ejercida puede dañarlos. Una unidad CD-R puede leer un CD-ROM, y viceversa.
¿Cómo se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o en un CD-R ?
Tanto en el CD-ROM grabado en serie por inyección de material, como en el CD-R grabado en una unidad de grabación, la lectura de los archivos contenidos es casi directa (random), sin tener que empezar a buscar desde el comienzo de la espiral, merced a que los sectores grabados en ésta son localizables por su dirección.
Cada sector de un CD-ROM o de un CD-R (figura 2.34) se identifica por una dirección formada por tres números (figura 2.45). Volviendo al CD antes ejemplificado de 60 minutos y 270.000 sectores, los dos números primeros de una dirección son los minutos y segundos horarios (mm:ss); cada uno puede variar entre 00 y 59 (para indicar 60 números distintos). A partir del comienzo de la espiral minutos y segundos van progresando en forma absoluta desde 00:00 hasta 59:59 como indicadores de direcciones de los sucesivos sectores de la misma, y sirven de primer referencia para localizarlos.
Pero para individualizar cada sector hace falta un tercer número, dado que, por ejemplo, si en un CD x1 lee 75 sectores por segundo, suponiendo que un sector se lea luego de transcurridos 23 min. 40 seg. del comienzo (00:00) de la espiral, los 74 sectores siguientes en su dirección contendrán los números 23:40, puesto que la menor medida de tiempo en este sistema es el segundo. A fin de individualizar cada uno de los 75 sectores con dirección 23:40 se agrega otro número designado número de sector, que va de 0 a 74. Entonces, ese primer sector que está justo en 23:40 tendrá por dirección 23:40 0; el siguiente 23:40 1; y así hasta el 23:40 74, luego del cual seguirá el de dirección 23:41 0, etc. En esencia, es como dividir el segundo en 75 fracciones, puesto que en un CD x1 cada sector se lee en 1/75 de segundo.
Minutos y segundos pueden combinarse para formar 60 x 60 = 3.600 combinaciones de números distintos. Cada una de ellas puede asociarse a un número de sector, que va entre 0 y 74 (o sea se pueden indicar 75 números distintos). Por lo tanto, en total pueden formarse 3.600 x 75 = 270.000 combinaciones (direcciones) distintas, una para cada sector.
Conforme a lo anterior, las direcciones irán progresando como sigue:
00:00 0 00:00 1 00:00 2 … 00:00 73 00:00 74; y para el siguiente segundo:
00:01 0 00:01 1 00:01 2 … 00:01 73 00:01 74; y para el siguiente segundo:
00:02 0 00:00 1 00:02 2 … 00:02 73 00:02 74; y para el siguiente segundo:
00:59 0 00:59 1 00:59 2 … 00:59 73 00:59 74; y para el siguiente segundo:
01:00 0 01:00 1 00:00 2 … 01:00 73 01:00 74; y para el siguiente segundo:
01:01 0 01:01 1 00:01 2 … 01:01 73 01:01 74; y para el siguiente segundo:
01:02 0 01:02 1 00:02 2 … 01:02 73 01:02 74; y para el siguiente segundo:
Los últimos 75 sectores, del total de 270.000 de la espiral de 60 min. de duración deben tener por dirección:
59:59 0 59:59 1 59:59 2 … 59:59 73 59:59 74
De esta forma, el sector 155 contado desde el comienzo de la espiral, tendrá por dirección 0:2 4 Suponiendo que se conoce la dirección del sector al que se ordena acceder (lo cual implica haber consultado un archivo de subdirectorio, según se verá), el microprocesador de la unidad lectora dará la orden de traslado rápido del cabezal (según la recta en que se desplaza) a la porción de la espiral donde se encuentra dicho sector, en función de los minutos y segundos de su dirección. Luego, el haz láser del cabezal (enfocado en la capa metálica) traspasará la capa transparente protectora, y leerá direcciones de sectores de dicha porción, para que se puedan hacer ajustes finos del posicionamiento del cabezal (y de la velocidad de rotación), hasta encontrar el sector al que se quiere acceder.
El tiempo medio de acceso a un sector de la espiral depende que el CD sea x1, x2, x4, etc. Así tenemos:
CD x 1 (velocidad simple), lee 75 sectores/seg, (como los CD-DA) y transfieren 150 KB/seg.
CD x 2 (velocidad doble): tiempo de acceso 400 mseg; lee 150 sectores / seg y transfiere 300 KB / seg.
CD x 4 (cuádruple velocidad): tiempo de acceso 240 mseg; lee 300 sectores/seg y transfiere 600 KB/seg.
CD x 6 (séxtuple velocidad): tiempo de acceso 170 mseg, y transfiere 900 KB/seg.
CD x 8 (óctuple velocidad'): tiempo de acceso 160 mseg, que transfiere 1,2 MB/seg.
Como en los discos rígidos, las mayores velocidades de giro de los CD x2, x4, etc. implican mayores velocidades de transferencia, dado que el haz láser lee más bit/seg., lo cual se traduce en que pasarán más rápido a la electrónica de la lectora de CD, y por ende a memoria principal. En multimedia muchas aplicaciones pueden tener serios problemas de continuidad de sonido e imagen si usan CD x1 ó x2.
La performance de un reproductor de CD-ROM también depende del tamaño del buffer de su interfaz (típicamente de 256 KB), y de la calidad de su electrónica.
¿Qué es la codificación EFM usada en los CD-ROM?
Como aparece en las figuras 2.39 y 2.41, el número de ceros entre dos unos, por limitaciones técnicas, no puede ser mayor que once, ni menor que tres. Nos encontramos con una convención y problemática semejantes a las existentes con la codificación RLL de los discos rígidos (figura 2.26). Para los CD (de audio o de datos) se usa la codificación EFM ("Eight to Fourteen Modulation"). En ésta, grupos de 8 bits a grabar se convierten a 14 bits, según la tabla de la izquierda.
De esta forma, 16 ceros seguidos se codifican mediante 28 bits en EFM, entre los cuales existirán 6 unos. Para poder separar dos bytes consecutivos, de forma que codificados en EFM no puedan existir menos de dos ceros entre dos unos, se agregan 3 "merge bits", pasándose así de 14 a 17 bits por cada grupo de 8.
En esencia, la codificación EFM es un caso particular de la llamada "modulación" PCM (Pulse Code Modulation) usada para codificar información digital.
¿Cómo son en detalle los sectores de un CD y el código CIRC?
El hecho de que un CD de audio digital (CD-DA o CD player) pueda ser escuchado en la lectora de CDROM de una PC implica que la información está estructurado de manera semejante en ambos. En lo que sigue, se describirá la trama interna de un CD-DA, para luego mostrar su diferencia con el CD-ROM.
Los formatos de los sectores de los distintos tipos de CD tienen un origen común en el CD-DA. En éste un sector comprende 98 sub-bloques ("frames") iguales (figuras 2.45 y 2.46) codificados en EFM.
Cada "frame" (figura 2.46) comienza con 27 bits para sincronismo, y luego siguen 17 bits en EFM (1 byte real, con bits PQRSTUVW) para control. Después siguen 476 bits en EFM (28 bytes reales) compuestos por 24 bytes de datos mezclados con 4 bytes adicionales para el código detector-corrector de errores designado CIRC (Cross Interleaved Reed-SalomoW Code). Luego siguen otros 68 bits EFM (4 bytes) de CIRC.
Los bytes de CIRC sirven para asegurar que sólo puede haber un bit errado no corregido por cada 108 bits = 100 millones de bits (1/108 = 10-8) en un CD-DA, lo cual no es perceptible escuchando música, pues cada segundo se leen 75 sectores. Si un sector está malo el oído no lo nota, dado que el reproductor de CD esta programado para repetir en este caso el sector anterior.
En total, un "frame" (cuadro/trama) consta de: 27 + 17 + 476 + 68 = 588 bits (en codificación EFM). De acuerdo con lo anterior, un sector -por contener 98 "frames" con 24 bytes reales para datos cada uno- puede almacenar en total: 24 x 98 = 2352 bytes de datos.
Dado que la capacidad máxima de un CD-DA puede ser 680 MB, ello implica que consta de: 680 x 1.048.576 bytes/2352 bytes = 300.000 sectores (1 MB = 1.048.576 bytes).
Conforme a lo descripto, la espiral de un CD esta compuesta por una sucesión continua de "frames", siendo que cada 98 "frames" consecutivos forman un sector (bloque). No existe separación alguna entre un sector y el siguiente. Se utiliza la zona de datos del primer "frame" de cada sector para guardar información que identifica dicho sector. (mm:ss y número de sector).
Otra forma de representar un sector sin detallar "frames" (figura 2.47) concentra en un solo campo los 2352 bytes de datos del mismo antes calculados, que en realidad están repartidos en sus 98 "frames" (figura 2.46). También los 4 bytes de CRC, que aparecen una vez junto con los datos y otra vez solos en cada uno de los 98 "frames", se concentran en dos campos contiguos, cada uno agrupando un total de 4 x 98 = 392 bytes Los 8 bits PQRSTUVW del byte de control de cada "frame" (figura 2.46), llamado "subcódigo", en un sector totalizarán: 1 x 98 = 98 bytes de control (figura 2.47). Los bits de sincronismo de cada "frame" no aparecen. De los 2352 bytes se usan 16 para sincronismo e identificación del sector, quedando 2336 bytes para datos.
Todos los bits P de los 98 "frames" de un sector, constituyen el "subcanal P" del mismo (que se conoce totalmente cuando se termina de leer dicho sector), el cual indica si el sector contiene música o datos para computación. Los datos de un subcanal P a lo largo de un CD (compuesto por los bits P de todos los sectores) pueden Regar a 4 MB. Del mismo modo, los 98 bits designados Q conforman el "subcanal Q".
En los subcanales o subcódigos P y Q, que entre otras cosas indican si la grabación es de 2 ó 4 canales, el tipo de pre-énfasis empleado en la grabación musical, si se trata de sectores en blanco entre temas musicales, el número de tema grabado, y la codificación que sirve para visualizar en el reproductor tiempos en mm:ss.
Con los 6 bits R a W de los 98 sub-bloques se forma un subcanal auxiliar menos utilizado, con información para sincronización, identificación y otros fines.
Usando los subcanales es factible almacenar, además de la música, imágenes fijas (unas 700) o móviles.
Cada sector consta de 588 x 98 = 57.624 bits. Multiplicando este valor por los 300.000 sectores de un CD, resulta un total cercano a los 20 mil millones de bits, de los cuales sólo 680 MB son para datos del usuario Este tipo de CD puede guardar 650 MB en un disco de 74 minutos, y 553 MB en discos de 60 minutos.
Hasta acá el CD-DA. Los CD-ROM y los CD-R presentan la misma Estructura de 98 "frames" por sector.
Pero el error de un bit cada 108, admisible en un CD-DA, no puede ocurrir en un CD-ROM usado en computación, en especial si contiene archivos de programas. En un CD-ROM conservar la integridad de los datos guardados es más crítica que en un disco rígido, dado que si en este último se tiene sectores malos, esto puede subsanarse copiándolos en otros sectores, lo cual no es factible de realizar con los datos de un CD-ROM.
Por ello, en el formato "modo 1" (figura 2.48) de un CD-ROM, que es el más universal, además del código CIRC existente en cada "frame" (igual al visto en un CD-DA), se usan 288 bytes de los 2352 bytes para datos, a fin de realizar una corrección adicional sobre todo el sector. Esta se lleva a cabo luego que se hicieron las correcciones CIRC en cada "frame" del sector, mediante sus dos CIRC, como se describió en el pie de página anterior. Estos 288 bytes constan de 4 bytes de código detector errores (EDC), más 8 bytes cm ceros, más 276 bytes de código corrector. De este modo, sólo es factible un bit errado por cada 10.000.000.000.000 de bits (1/1013 = 10-13), o más. Un lector de CD-DA no puede interpretar estos 288 bytes (escritos con los datos), por lo que no puede leer un CD-ROM. A diferencia, un lector de CD-ROM puede leer un CD-DA.
En un CD-ROM, en un CD-R, como en un CD-DA, de los 2352 bytes de datos del sector, deben destinarse al comienzo (figura 2.45 y 2.48), en la zona de datos del primer frame, 12 bytes para sincronismo del sector (que existen además de los bits de sincronismo de cada "frame" del mismo), y 4 bytes para el encabezamiento ("header"). Este contiene en 3 bytes los valores de minutos (mm), segundos (ss), y números (de 0 a 74) descriptos, que identifican cada sector. El cuarto byte indica el "modo".
Por lo tanto, cada sector de un CD-ROM "modo 1" guarda en neto: 2352 – 12 – 4 – 288 = 2048 bytes reales (2 K) de datos.
Puesto que un sector de un CD-DA o CD-ROM, o CD-R presenta 98 "frames" de 24 bytes de datos, y se leen 75 sectores/seg (CD-ROM x1), para esta velocidad de lectura corresponde una velocidad de transferencia de (98 x 24) Bytes/sector x 75 sectores/seg = 176.400 Bytes/seg. (que se duplica, triplica, etc., para 2x, 3x … ).
De uso menos frecuente en computación es el formato "modo 2" (figura 2.47) de 2336 bytes para datos por sector, para aprovechar casi 15% más el espacio que en el modo 1, dado que, (como en los CD-DA) no se emplean 288 bytes adicionales para una ulterior corrección. Este formato es eficaz en aplicaciones donde el error de 1 bit en 108 citado no es crítico, como ser en el ahnacenanúento de imágenes.
También existe el formato CD-ROM X-A (de extended Architecture), para multimedia, que agrega un campo de 8 bytes ("sub-header") al formato de la figura 2.47, quedando libres 2324 bytes para datos. Permite reunir secuencias de video sincronizadas con texto y sonido comprimidos.
Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM X-A, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.
¿Qué es el formato lógico HSG/ISO 9660 para organización interna de un CD-ROM usado en sistemas operativos para almacenar archivos?
Las siglas HSG hacen mención al High Sierra Group, grupo de fabricantes de hard y soft que se reunió en el High Sierra Hotel de Nevada en 1985, para establecer normas de compatibilidad entre CDs. Estas con muy pocas variantes constituyera luego el estándar ISO 9660. De ahí la denominación HSG/ISO 9660. Este estándar sirve para acceder a archivos en un CD-ROM, a través del DOS u otro sistema operativo de uso en una PC. Según el mismo, un sistema operativo -para almacenar la información o leerla- "ve" un CD-ROM conformado por una sucesión de sectores lógicos (figura 2.49) de 2048 bytes (2KB) como en una cinta magnética, constituidos a su vez por 4 bloques lógicos de 512 bytes.
Un archivo se guarda en una secuencia continua de bloques lógicos.
Tanto los sectores lógicos como los bloques lógicos se numeran 0,1,2… Estos números identificatorios se denominan Logical Sector Numbers (LSN), y Logical Blocks Numbers (LBN), respectivamente.
Resulta, pues, que el tamaño de un sector lógico (2 KB) coincide cm el de un sector antes definido (figura 2.48), también llamado sector físico, siendo que en un sector físico entran 4 bloques lógicos de 512 bytes.
El sector lógico 0 (SLN 0) se encuentra luego que pasaron 150 sectores físicos, en el sector físico de dirección 00:02 0, o sea en el sector que está a 2 seg. del comienzo del CD (figura 2.50), suponiendo que pasan 75 sectores por segundo por el punto de incidencia del rayo láser enfocado en la espiral.
Mediante un simple cálculo, con el SLN se puede hallar la dirección del sector físico que le corresponde.
Según se vio, en un disquete o en un disco rígido un archivo puede estar fraccionado: parte en sectores consecutivos de un cilindro, y parte en sectores consecutivos de otro(s) cilindro(s). Ello depende del espacio existente cuando fue creado, de su extensión, y del hecho de que si el archivo fue ampliado en distintas oportunidades, en el lapso transcurrido entre éstas fueron creados o borrados otros archivos.
En un CD la espiral una vez grabada no puede borrarse (sea del tipo CD-ROM grabado por inyección en un molde patrón, o un CD-R). Cada archivo guardado en el CD consta de varios sectores consecutivos de la espiral, sin posibilidad de fragmentación, ni de cambios (gran estabilidad). Resulta así sencillo ubicar en un CD todos los bloques lógicos que constituyen un archivo, pues basta indicar la ubicación del primero de ellos y el número total de tales bloques.
Por lo tanto, un CD no requiere de una tabla tipo FAT, necesaria para seguir la continuidad de un archivo que se encuentra fraccionado en distintos cilindros de un disco o disquete.
La denominada "Path table" ("tabla de alternativas") de un CD, contiene -por orden alfabético- los nombres de todos los directorios y subdirectorios, junto con el número de sector lógico (SLN) donde cada uno de ellos empieza, con lo cual puede determinarse en qué sector físico están. Puede haber varias tablas. Si una copia de esta tabla pasa a memoria principal, en ella se selecciona el subdirectorio buscado, y luego es factible perder tiempo únicamente para acceder a un solo sector del CD, donde dicho subdirectorio se encuentra, a fin de localizar por su nombre un archivo que forma parte del mismo. Para traer a memoria la "Path Table", el sistema operativo debe averiguar en qué sector del CD ella está. A tal fin primero debe llevar a memoria el Descriptor de Volúmen estándar (VD), que siempre debe existir en el SLN 0. Este sector y hasta el SLN 15 están reservados para el área del sistema (figura 2.50); o sea que ésta consta de 32 KB (16 sectores de 2KB). Luego, se extiende el área de datos hasta el fin del CD. Este VD también permite localizar el SLN del área de datos donde se encuentra el "directorio raíz" del CD, a partir del cual comienza la estructura jerárquica de subdirectorios y archivos contenidos en el CD, como en los discos y disquetes.
Conforme al estándar HSG, pueden existir en el área del sistema un "boot sector", y hasta 5 descriptores de volumen distintos, que informan sobre distintos atributos del CD, siendo obligatoria la existencia del VD estándar. Esta información debe estar en sectores consecutivos, a partir del SLN 0, al final de los cuales un sector lógico debe indicar el fin de la secuencia de sectores ocupados en el área del sistema.
Los descriptores de volumen posibilitan la creación de varios directorios en un CD (o para un grupo de CD)
¿En qué consisten las técnicas magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase usadas en discos ópticos borrables?
Los discos borrables magneto-ópticos (M0) presentan (figura 2.5 1) una fina capa de material magnetizable y reflectante, protegida entre dos capas de material plástico transparente. La capa magnetizaba guarda la información en pistas concéntricas, que se graban y leen a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity) como ocurre en los discos magnéticos. También como en éstos, mientras el disco gira, el cabezal primero se posiciona en la pista a la que se quiere acceder, quedando inmóvil sobre ella (al igual que el cabezal de los discos magnéticos), y luego busca al sector (de 512 ó 1024 bytes) direccionado.
En la escritura (figuras 2.52 y 2.53) un cabezal con un haz láser auxilia con calor puntual la grabación N-S o S-N que llevará a cabo un campo magnético. Dicho haz, en la lectura de un sector, al ser reflejado por la capa magnetizada servirá para detectar si el punto donde incidió tiene polarización magnética correspondiente a un uno o cero.
El tiempo de acceso puede ser hoy de 30 mseg. para discos MO de 3 1/2", y velocidades de 3000 r.p.m.
Los discos MO se alojan en los denominados "cartuchos" ("cartridges"), semejantes a los que protegen disquetes magnéticos. Pueden grabarse y leerse en ambas caras, pero en el presente de a una por vez, debiéndose extraer el disco para darlo vuelta y reinsertarlo. Existen discos MO de 5 1/4", con 325 ó 650 MB por cara; y de 3 1/2" con 128 MB por cara.
Dado que no existen aún normas acordadas mundialmente, puede ocurrir que un disco MO de un fabricante no funcione en una unidad para tales discos de otra marca.
Como se detallará, en la grabación de unos y ceros de un sector, debe generarse un campo magnético de polaridad adecuada mediante un electroimán, como en los discos magnéticos.
Pero para que tal grabación sea posible, debe acompañar al campo magnético un haz láser puntual de cierta potencia, perpendicular a la pista, que caliente los puntos de ésta (dominios mgnéticos) que son magnetizados como ceros o unos. Esto permite una mayor densidad de grabación, especial en el números de pistas por pulgada (t.p.i).
En la lectura de una pista, no interviene el electroimán citado. Este sensado se hace con un haz láser de baja potencia, cuya reflexión permite diferenciar campos magnéticos, ya sean de unos o ceros grabados.
Otra diferencia de los MO respecto de los magnéticos, radica en que la superficie de material magnetizable y reflectiva (actualmente de Cobalto-Platino) que contiene la información grabada, está protegida por una capa de plástico translúcida.
Para regrabar (o grabar en un disco virgen) información en un sector, una forma de hacerlo es realizando dos pasos (previamente el cabezal debe acceder al sector a grabar):
1. Un denominado borrado, que en definitiva es una escritura de todos ceros en la porción de la capa magnetizable a grabar. Consiste (figura 2.52) en calentar con el láser' los puntos microscópicos magnetizados que guardan tanto los unos como los ceros existentes en la porción a grabar (lo mismo si se graba por primera vez), al mismo tiempo que se aplica un campo magnético con el electroimán que actúa desde la cara superior del disco. El láser puntual calienta (a unos 150 ºC durante menos de una millonésima de segundo) cada punto a fin de desmagnetizarlo, para que luego quede polarizado magnéticamente S-N como un cero, merced a la acción del campo magnético del electroimán citado. Aunque dicho campo actúe sobre otros puntos vecinos, sólo puede ser cambiada la polaridad magnética del punto que es calentado por el láser.
Se trata, pues, de una escritura termomagnética "asistida" por láser que la figura 2.52 esquematiza.
La bobina del electroimán sobre el disco genera el campo rnagnetizador externo -usado sólo para grabar- que es vertical a la pista accedida.
El calor es disipado por la capa grabada hacia todo el CD.
2. Escritura de unos, para lo cual el disco debe hacer casi una revolución para volver al inicio de la zona del sector a grabar. En este paso (figura 2.53) el electroimán invierte la polaridad del campo magnético que genera, y el haz puntual es activado por el microprocesador, sólo para calentar puntos que deben ser cambiados a unos (magnetizados como ceros en el paso anterior) conforme a la información que debe ser realmente escrita. Esto se hace igual que en el paso 1. Lo único que cambia es la dirección de la corriente en el electroimán. En dichos puntos la dirección de magnetización se invierte en la dirección del campo magnético externo. La energía calorífico absorbida es disipada merced a la conducción técnica del sustrato del disco.
Tanto en la escritura de unos o ceros la polarización resultante N-S o S-N es perpendicular a la superficie, como en los discos rígidos actuales (figura 2.23), a fin de lograr una mayor densidad de grabación.
En una lectura (figura 2.51), el cabezal se posiciona en la pista a leer, y genera un haz de luz láser, de baja potencia siempre activado, el cual polarizado' es enfocado en esa pista de la superficie metálica, antes magnetizada según los dos pasos citados. El haz láser al ser reflejado en dicha superficie permite detectar indirectamente la polaridad magnética (N-S ó S-N) de cada uno de los puntos de la pista, o sea si representa un uno o un cero. Esto se debe a que el plano de polarización del haz reflejado rota un pequeño ángulo en sentido horario o antihorario según la polaridad del campo magnético existente en cada punto donde el haz incidió. Tal diferencia de rotación del haz reflejado (figura 2.54) se manifiesta en un cambio en la intensidad de luz que detecta un diodo sensor, ubicado en el cabezal, que convierte este cambio en una señal eléctrica.
En el presente existen discos MO de escritura en una sola pasada (DOW: Direct Overwriter o LIMDOW: Light Intensity Modulation Direct Overwriter), o sea de sobreescritura directa Una técnica consiste en agregar una capa MO adicional, paralela a la que actúa como memoria propiamente dicha, para que puntos de ésta puedan ser puestos a cero por la capa adicional.
¿Qué son los CD-RW o CD-E?
CD-RW son las siglas de CD ReWritable, o sea CD re-escribible (como los MO), asociado a la tecnología de regrabación por cambio de fase. También se denominan CD-E (CD-Erasable) o sea CD borrable. Esta tecnología se basa en la propiedad que posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio o antimonio), de cambiar del estado amorfo (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura transición" (100 ºC ó más); y de volver de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de fusión" y se deja enfriar.
Para escribir un uno en un punto de una pista del disco, un láser con baja potencia lo calienta rápidamente hasta la temperatura de transición. Si el estado físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya está en este estado, quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto hasta la temperatura de fusión, usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al estado amorfo, y si estaba en ese estado volverá al mismo.
La lectura de las pistas así grabadas se realiza con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad, los cambios de un estado físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo el 18%.
Obsérvese que esta tecnología es puramente óptica, sin magnetismo, requiriéndose tina sola pasada para escribir, a diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego escribir los unos. Para escribir o leer este tipo de discos se requiere grabadoras y lectoras apropiadas para su tecnología. Se estimaba hace poco un CD-E puede regrabarse unas 100.000 veces (contra 10 millones de un MO). Realizando 50 reescrituras diarias, duraría 5 años (de 365 días). Ha habido avances al respecto. Las unidades CD-RW pueden también leer los CD-ROM y CD-R, siendo además que estos CD (y los MO) cumplen con el formato UDF (Universal Disc Format) normalizado por la Asociación OSTA, que facilita a los sistemas operativos el acceso a discos.
¿Qué son los discos y unidades PD?
Los discos PD (Phase change/Dual) se basan en la tecnología de cambio de fase tratada, pero las pistas generadas son concéntricas, como en los discos magnéticos (en los CD-WR se tiene una sola pista en espiral) Las unidades PD también pueden leer discos con espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW), de donde proviene la denominación "dual". Por tal motivo aparecen con la denominación PD/CD-ROM.
¿Qué son los DVD-ROM, leídos con láser azul?
Los DVD-ROM (Digital Versatil Disk) de "simple capa" tienen el mismo tamaño que un CD-ROM de 680 MB, y se basan en la misma tecnología de grabación y lectura que éstos, pero pueden almacenar 4,7 GB de datos (7 veces más), video o audio. Típicamente pueden transferir unos 0,6 NO/seg (como un CDx4) para entretenimientos, y 1,3 MB/seg para computación (como un CDx1O). Esto se ha logrado:
- Disminuyendo a la mitad la longitud de los "pits" en relación a un CD-ROM (figura 2.33).
- Llevando al doble que un CD-ROM el número de vueltas por pulgada radial de la espiral.
- Usando un haz láser de color azul, de menor longitud de onda que el rojo, a- fin de poder sensar "pits" de menor longitud.
El DVD estándar que se comercializará en el mercado es fruto del acuerdo entre Phillips – Sony (creadores del "Multimedia CD"- MMCD), y Toshiba (que con otros grupos desarrolló el Super Density – SD). Este DVD puede almacenar 2 hs de video de calidad, con títulos y sonido. Asimismo, los 4,7 GB permiten guardar 135 minutos de films (duración típica de una película de cine) en reemplazo de una cinta de video. Esto es así, dado que con compresión MPEG2 se requiere, para transferir imagen, sonido y títulos, cerca de 0,5 MB/seg. Si efectuamos: 135 min x 60 seg/min x 0,5 MB/seg., resulta un valor cercano a 4,7 GB.
Los DVD-ROM de "doble capa" presentan (figura 2.54) una capa semi-transparente reflectiva con oro (que puede guardar 3,8 GB), la cual se encuentra debajo de la capa reflectora (4,7 GB) metalizada con plata. Sumando ambas capacidades resultan en total 8,5 GB.
Para leer la capa semi-transparente el haz láser es enfocado en ella con baja potencia, mientras que la lectura de la capa reflectiva se realiza enfocando en ésta el haz, ahora con mayor potencia, para que atraviese la capa semi-transparente al incidir, y cuando se refleja.
También se están fabricando DVD-ROM de "simple capa" y "doble cara", para ser leídos en ambas caras, con lo cual se logra 4,7 GB x 2 = 9,4 GB; y DVD-ROM de "doble capa" y "doble cara", de 8,5 x 2 = 17 GB. Estos CD están muy expuestos a las rayaduras, por ser más finas las capas protectoras transparentes.
Un DVD-RAM es análogo a un CD-RW re-escribible antes descripto, pero tiene mayor capacidad, merced al empleo de un láser de menor longitud de onda que los usados.
Debido a las limitaciones de fabricación masiva de láseres azules de potencia de corta longitud de onda, la capacidad de los DVD-RAM es de 2,6 GB frente a los 4,7 GB de los DVD-ROM.
Potencialmente, los DVD-RAM pueden ser competidores de las cintas magnéticas para "backups" si el costo por byte almacenado lo justifica.
Bibliografía:
Introducción general a la informática: Periféricos y redes locales, M. C. Ginzburg
Trabajo realizado por:
Leandro Vanden Bosch
Estudiante de Ing. Informática, Universidad Abierta Interamericana; Buenos Aires, Argentina.