CD, CD de áudio e CD-ROM

Agosto 2017

O CD (Compact Disc) foi inventado pela Sony e pela Philips em 1981 como um suporte de áudio compacto de alta qualidade, que permite um acesso direto às pistas numéricas. Ele foi lançado oficialmente em outubro de 1982. Em 1984, as especificações do CD foram aumentadas (com a edição do ‘Yellow Book’) para permitir o armazenamento de dados digitais.


Como é um CD

O CD é um disco óptico de 12 cm de diâmetro e 1,2 mm de espessura (podendo variar entre 1,1 e 1,5 mm) que permite armazenar informações digitais que correspondem a 650 MB de dados informáticos (ou seja, 300 mil páginas datilografadas) ou até 74 minutos de dados de áudio. O buraco circular de 15 mm de diâmetro no meio permite colocá-lo na placa de leitura.

Como é composto um CD

O CD é composto por um substrato de plástico (policarbonato) e uma fina película metálica refletora (ouro de 24 quilates ou liga de prata). A camada refletora é coberta por uma laca anti-UV acrílica que cria um filme protetor para os dados. Por último, uma camada adicional pode ser acrescentada para obter uma face superior impressa:

Camadas de materiais d

A camada refletora possui pequenos alvéolos. Assim, quando o laser atravessa o substrato de policarbonato, a luz se reflete na camada refletora, exceto quando o laser passa num alvéolo, é o que permite codificar a informação. Esta informação é armazenada nas 22.188 pistas gravadas em espirais (na realidade, trata-se apenas de uma pista concêntrica):

pista d

Os CD comprados no comércio são impressos, o que quer dizer que os alvéolos são realizados graças ao plástico injetado num molde contendo o motivo oposto. Em seguida, uma camada metálica é vazada sobre o substrato de policarbonato e esta camada metálica está também sob uma camada protetora.

Em contrapartida, os CD virgens (CR) possuem uma camada adicional (situada entre o substrato e a camada metálica) composta por um corante orgânico que pode ser marcado (o termo queimar também é utilizado) por um laser de forte potência (10 vezes mais do que a necessária para a leitura). É, então, a camada de corante que permite absorver ou não o feixe de luz emitido pelo laser:

camadas de materiais d

Os corantes mais utilizados são a cianina, de cor azul, dando uma cor verde quando a camada metálica for de ouro. A ftalocianina de cor verde clara, dando uma cor dourada quando a camada metálica for de ouro. E o AZO, de cor azul escuro.

Já que a informação não é mais armazenada sob a forma de cavidade, mas por uma marca 'colorida', uma pré-espiral está presente no suporte virgem para ajudar o gravador a seguir o caminho em espiral, o que evita a presença de uma mecânica de precisão nos gravadores de CD-R.

Por outro lado, esta espiral ondula de acordo com uma sinuosidade, chamada wobble, que possui amplitude de +/-0.03µm (30 nm) e uma frequência de 22,05 kHz. O wobble dá uma informação ao gravador sobre a velocidade na qual deve gravar. Esta informação é chamada ATIP (Absolute Time in PreGroove, em inglês).

Como funciona o CD

A cabeça de leitura é composta de um laser, que emite um feixe luminoso, e uma célula fotoelétrica encarregada de captar o raio refletido. O laser utilizado pelos leitores de CD é um laser infravermelho (que tem comprimento de onda de 780 nm) porque ele é compacto e barato. Uma lente situada perto do CD focaliza o feixe laser nos alvéolos. Um espelho meio refletor permite a luz refletida atingir a célula fotoelétrica, como explicado neste desenho:

funcionamento d

Um carrinho é encarregado de mover o espelho de forma a permitir à cabeça de leitura de acessar a integralidade do CD-ROM.

Modos de funcionamento do CD

Geralmente, distinguimos dois modos de funcionamento para a leitura de CD:

A leitura com velocidade linear constante: é o modo de funcionamento dos primeiros leitores de CD-ROM, baseado no funcionamento dos leitores de CD de áudio e dos toca-discos. Quando um disco gira, a velocidade das pistas situadas no centro é maior do que a das pistas exteriores. Assim sendo, é preciso adaptar a velocidade de leitura (logo, a velocidade de rotação do disco) em função da posição radial da cabeça de leitura. Com este método, a densidade de informação é a mesma em todo o suporte, ganhando em capacidade. Os leitores de CD de áudio possuem uma velocidade linear compreendida entre 1,2 e 1,4 m/s.

A leitura à velocidade de rotação angular constante: neste caso, a densidade das informações é ajustada de acordo com o lugar onde elas se encontram, a fim de obter o mesmo débito à velocidade de rotação em qualquer ponto do disco. Consequentemente, isso cria uma fraca densidade de dados na periferia do disco e uma forte densidade em seu centro.

Originalmente, a velocidade de leitura do leitor de CD-ROM correspondia à velocidade de leitura de um CD de áudio, ou seja, um débito de 150 KB/s. Em seguida, esta velocidade foi tomada como referência e notada 1x. As gerações seguintes de leitores de CD-ROM foram caracterizadas por múltiplos deste valor. A seguinte tabela dá as equivalências entre os múltiplos de 1x e o débito:


DébitoTempo de resposta
1x150 KB/s400 à 600 ms
2x300 KB/s200 à 400 ms
3x450 KB/s180 à 240 ms
4x600 KB/s150 à 220 ms
6x900 KB/s140 à 200 ms
8x1200 KB/s120 à 180 ms
10x1500 KB/s100 à 160 ms
12x1800 KB/s90 à 150 ms
16x2400 KB/s80 à 120 ms
20x3000 KB/s75 à 100 ms
24x3600 KB/s70 à 90 ms
32x4500 KB/s70 à 90 ms
40x6000 KB/s60 à 80 ms
52x7800 KB/s60 à 80 ms

A codificação das informações

Na verdade, a pista física é constituída de alvéolos de profundidade de 0,168 µm, amplitude de 0,67µm e comprimento variável. As pistas físicas têm, entre elas, uma distância de cerca de 1,6 µm. Chamamos de cova (pit) o fundo do alvéolo e terra (land) os espaços entre eles:

surface d

O laser utilizado para ler o CD tem comprimento de onda de 780 nm no ar. Como o índice refrator do policarbonato é de 1,55, o comprimento de onda do laser no policarbonato equivale a 780/1.55 = 503 nm = 0,5 µm.

Levando em conta que a profundidade do alvéolo corresponde a um quarto do comprimento de onda do feixe do laser, a onda de luz refletida por uma cova se move de volta à metade do comprimento (125% de longitude para chegar ao disco e o mesmo para voltar) da onda refletida no plano.

Desta maneira, toda vez que o laser alcança o nível de um alvéolo com buracos, a onda e seu reflexo são defasados de metade da onda se anulando entre si (interferências destrutivas), de modo que tudo se passa como se nenhuma luz tivesse refletido. A passagem de um buraco para um plano provoca queda de sinal, representando um bit.

É o comprimento do alvéolo que permite armazenar a informação. O tamanho de um bit em um CD foi padronizado e corresponde à distância percorrida pelo feixe luminoso em 231,4 nanossegundos, ou seja, 0,278 µm e a velocidade padrão mínima de 1,2 m/s.

De acordo com o padrão EFM (Eight-to-Fourteen Modulation), utilizado para o armazenamento da informação em um CD, deve ter, no mínimo, dois bits em 0 entre dois bits 1 consecutivos e não pode não ter mais de 10 bits consecutivos em zero entre dois bits 1 para evitar os erros. É por isso que o comprimento de um alvéolo corresponde, no mínimo, ao comprimento necessário para armazenar o valor 001 (3T, ou seja 0,833 µm) e, no máximo, ao comprimento que corresponde ao valor 00000000001 (11T, ou seja, 3,054 µm):

Alvéolos

Quais são os padrões do CD

Existem inúmeros padrões que descrevem a maneira pela qual as informações devem ser armazenados em um CD, de acordo com o uso que queremos fazer. Estas normas são referenciadas em livros chamados books (livros) aos quais foi atribuída uma cor:


Red book (livro vermelho também chamado RedBook audio): desenvolvido em 1980 pela Sony e pela Philips. Ele descreve o formato físico de um CD e a codificação dos CD de áudio (notados às vezes CD-DA para Compact Disc - Digital Audio). Ele define assim uma frequência de amostragem de 44,1 kHz e uma resolução de 16 bits estéreo para o registro dos dados de áudio.

Yellow book (livro amarelo): foi definido em 1984 para descrever o formato físico dos CD de dados (CD-ROM para Compact Disc - Read Only Memory). Ele compreende dois modos: o CD-ROM Modo 1, utilizado para armazenar dados com um modo de correção de erros (ECC, - Error Correction Code) que permitem evitar as perdas de dados devidas a uma deterioração do suporte. E o CD-ROM Modo 2, permitindo armazenar dados gráficos, vídeos ou áudio comprimidos. Para poder ler este tipo de CD-ROM um leitor deve ser compatível com o Modo 2.

Green book (livro verde): formato físico do CDI (CD Interativo da Philips).

Orange book (livro cor de laranja): formato físico dos CD graváveis. Ele vem em três partes: Parte I, o formato dos CD-MO (discos magneto-ópticos); Parte II, o formato dos CD-WO (Write Once, agora chamado CD-R): Parte III, o formato dos CD-RW (CD ReWritable ou CD regraváveis).

White book (livro branco): formato físico dos CD de vídeos (VCD ou VideoCD).

Blue book (livro azul): formato físico dos CD extra (CD-XA).

Qualé a estrutura lógica de um CD

Um CD-R, que seja de áudio ou CD-ROM, é constituído, de acordo com o 'Orange Book', de três zonas que constituem a zona de informação:

A Lead-in Area (LIA), que contém apenas informações que descrevem o conteúdo do suporte e são armazenadas no TOC (Table of Contents). A zona Lead-in estende-se do raio 23 mm ao raio 25 mm. Este tamanho é imposto para poder armazenar informações relativas a um máximo de 99 pistas. A zona Lead-in serve para que o leitor de CD possa seguir os buracos em espiral para sincronizar com os dados presentes na zona de programa.

A Program Area é a zona que contém os dados. Ela começa a partir de um raio de 25 mm, estende-se até um raio de 58 mm e pode conter o equivalente de 76 minutos de dados. A zona de programa pode conter um máximo de 99 pistas (ou sessões) de um comprimento mínimo de 4 segundos.

A Lead-Out Area, que contém dados nulos (do silêncio para um CD de áudio), marca o fim do CD. Ela começa no raio 58 mm e deve medir, pelo menos, 0,5 mm de espessura (radialmente). A zona Lead-out deve assim conter, no mínimo, 6.750 setores, ou seja, 90 segundos de silêncio com velocidade mínima (1X):

Zonas lead-in e lead-out do CD

Um CD-R contém, além das três zonas descritas acima, uma zona chamada PCA (Power Calibration Area) e uma zona PMA (Program Memory Area), que constituem, entre as duas, uma zona chamada SUA (System User Area).

O PCA pode ser visto como uma zona de teste para o laser a fim de lhe permitir adaptar a sua potência ao tipo de suporte. É graças a esta zona que é possível comercializar suportes virgens que utilizam corantes orgânicos e camadas refletoras diversas. A cada calibragem, o gravador nota que efetuou um teste. Um máximo de 99 testes por mídia é autorizado.

Qual é o sistemas de arquivos para CD

O formato de CD (ou, mais exatamente, o sistema de arquivos) descreve a maneira pela qual os dados são armazenados na zona de programa. O primeiro sistema de arquivos para CD é o High Sierra Standard. O formato ISO 9660, padronizado em 1984 retomou o High Sierra Standard a fim de definir a estrutura dos arquivos e pastas nos CD-ROM. Ele se divide três níveis:

Nível 1: um CD-ROM ISO 9660 de nível 1 formatado só pode conter arquivos com nomes que estejam em letra maiúscula (A-Z), números (0-9) e o caractere “_” juntos. Estes caracteres são chamados de caracteres d. Os nomes das pastas podem conter um máximo de 8 ‘caracteres d’ e uma profundidade limitada à 8 níveis de subpastas. Além disso, a norma ISO 9660 exige que cada arquivo seja armazenado no CD-ROM de maneira contínua, sem fragmentação. Trata-se do nível mais restritivo. O respeito do nível 1 garante que o disco seja legível em um grande número de plataformas.

Nível 2: o formato ISO 9660 nível 2 impõe que cada arquivo seja armazenado como um fluxo contínuo de bytes, mas permitido uma nomeação de arquivos mais flexível aceitando, principalmente, os caracteres @-^!$&%()#~ e uma profundidade de 32 subdiretórios, no máximo.

Nível 3: o formato ISO 9660 nível 3 não impõe nenhuma restrição de nomes de arquivos ou de diretórios.

A Microsoft também definiu o formato Joliet, uma extensão do formato ISO 9660 que permite utilizar nomes de arquivos longos, de 64 caracteres, que compreendem espaços e caracteres acentuados dependendo da codificação Unicode.

O formato ISO 9660 Romeo é uma opção de nomeação proposta pela Adaptec, independente do formato Joliet, permitindo armazenar arquivos cujo nome pode ir até 128 caracteres, mas sem suportar a codificação Unicode.

O formato ISO 9660 RockRidge é uma extensão de nomeação no formato ISO 9660 que lhe permite ser compatível com os sistemas de arquivos UNIX.

Para reduzir as limitações do formato ISO 9660 (que o torna impróprio para os DVD-ROM), a OSTA (Optical Storage Technology Association) criou o formato ISO 13346, conhecido como UDF (Universal Disk Format).

Quais são os métodos de gravação

Existem alguns métodos de gravação de CD. Veja os mais conhecidos:

Monosessão: este método cria uma única sessão no disco e não dá a possibilidade de adicionar dados posteriormente.

Multisessão: contrariamente ao método precedente, este método permite gravar um CD várias vezes, criando uma tabela de conteúdo TOC (table of contents) de 14 MB para cada uma das sessões.

Multivolume: é a gravação multisessão que considera cada sessão como um volume separado.

Track At Once: este método permite desativar o laser entre duas faixas, para criar uma pausa de 2 segundos entre cada faixa de um CD de áudio.

Disc At Once: ao contrário do método anterior, ele grava no CD de uma vez só (sem pausa).

Packet Writing: este método permite a gravação por pacotes.

As especificações técnicas

Um leitor CD-ROM é caracterizado pela velocidade, calculada em relação à velocidade de um leitor de CD de áudio (150 KB/s). Um leitor indo em 3.000 KB/s será qualificado como 20X (20 vezes mais rápido que um leitor 1X), pelo tempo de acesso, que representa o tempo médio para ir de uma parte do CD a outra, e pela interface, ATAPI (IDE) OU SCSI.

Veja também


CD, CD audio and CD-ROM
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CD, CD de audio y CD-ROM
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CD, Audio CD und CD-ROM
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CD, CD audio et CD-ROM
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CD, CD audio e CD-ROM
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Última modificação: 16 de maio de 2017 às 15:00 por ninha25.
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