Un CD (Disco Compacto) es un disco óptico de 12 cm de diámetro y 1,2 mm de espesor (este puede variar entre 1,1 y 1,5) para almacenar información digital: hasta 650 MB de datos informáticos (lo que equivale aproximadamente a 300.000 páginas escritas) o 74 minutos de datos de audio. Posee un orificio circular de 15 mm de diámetro que permite centrarlo correctamente en el reproductor de CD.
Sony y Philips inventaron el Disco Compacto en 1981 para que fuera un dispositivo de almacenamiento de audio compacto de alta calidad y que permitiera, a su vez, el acceso directo a las pistas de sonido digital. Se lanzó oficialmente en octubre de 1982. En 1984, las especificaciones del disco compacto se extendieron (con la publicación del Libro Amarillo) para que se pudieran almacenar datos digitales.
El CD está hecho de un sustrato plástico (policarbonato) y una capa metálica fina reflectante (oro de 24 kilates o una aleación de plata). La capa reflectante se halla recubierta por una terminación acrílica con protección contra rayos UV, creando de esta manera una superficie que favorece la protección de los datos. Por último, si se desea, puede agregarse una última capa que permite la impresión de datos del otro lado del CD.
La capa reflectante contiene pequeños baches. De esta manera, cuando el láser atraviesa el sustrato de policarbonato, la luz se refleja en la superficie reflectante. Sin embargo, lo que permite que se codifique la información es el acercamiento del láser a un bache.
Esta información se almacena en 22188 pistas grabadas en distintas canaletas (aunque en realidad es una sola pista que se acerca en espiral hacia el centro).
Los CD adquiridos en los distintos comercios ya vienen impresos, es decir que los baches ya han sido creados mediante una inyección de plástico dentro de un molde que contiene a su vez el diseño deseado revertido. A continuación se aplica la capa metálica al sustrato de policarbonato y se procede a cubrirlo con una capa protectora.
Por el contrario, los CD en blanco (CD-R) poseen una capa adicional (ubicada entre el sustrato y la capa metálica) con un tinte que puede ser marcado (o "quemado") por un láser de alta potencia (10 veces más potente que el que se usa para leerlos). La capa con el tinte es la encargada de absorber o reflejar el haz de luz emitido por el láser.
Los tintes utilizados con más frecuencia son cianina de color azul, que parece verde cuando la capa metálica se hace con oro; talocianina de color verde claro, de apariencia dorada cuando la capa metálica se hace con oro; azo de color azul oscuro.
Teniendo en cuenta que la información no se almacena como hoyos sino como marcas coloreadas, se le agrega una canaleta previa en el disco en blanco afín de ayudar a la grabadora a seguir el camino trazado en espiral, de tal modo, que no resulta necesaria la presencia de mecanismos de alta precisión en las grabadoras de CD. Además, esta canaleta previa sigue una onda sinusoidal llamada oscilación, que posee una amplitud de +/- 0,03 µm (30 nm) y una frecuencia de 22,05 kHz. La oscilación permite a su vez informar a la grabadora la velocidad a la que puede grabar. Esta información se denomina tiempo absoluto en canaleta previa (ATIP).
El cabezal de lectura se compone de un láser (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) que emite un haz de luz y una celda fotoeléctrica cuya función es la de capturar el haz reflejado. Los reproductores de CD utilizan un láser infrarrojo (que posee una longitud de onda de 780 nm), ya que es compacto y asequible. Una lente situada a proximidad del CD enfoca el haz del láser hacia los hoyos. Un espejo semirreflectante permite que la luz reflejada alcance la celda fotoeléctrica, como lo explica el siguiente diagrama:
Un brazo desplaza el espejo permitiendo que el cabezal de lectura pueda acceder a todo el CD-ROM.
Un CD tiene dos modos de funcionamiento básicos:
Velocidad de lectura | Tiempo de respuesta | |
---|---|---|
1x | 150 kB/s | 400 a 600 ms |
2x | 300 s | 200 a 400 ms |
3x | 450 s | 180 a 240 ms |
4x | 600 s | 150 a 220 ms |
6x | 900 s | 140 a 200 ms |
8x | 1200 s | 120 a 180 ms |
10x | 1500 s | 100 a 160 ms |
12x | 1800 s | 90 a 150 ms |
16x | 2400 s | 80 a 120 ms |
20x | 3000 s | 75 a 100 ms |
24x | 3600 s | 70 a 90 ms |
32x | 4500 s | 70 a 90 ms |
40x | 6000 s | 60 a 80 ms |
52x | 7800 s | 60 a 80 ms |
La pista física tiene baches de de 0,168 µm de profundidad y 0,67 µm de ancho, con longitud variable. Los "anillos" en el espiral se hallan separados por una distancia de 1,6 µm. La denominación hoyos se utiliza para hacer referencia a las depresiones en la canaleta y las mesetas constituyen justamente los espacios existentes entre ellos.
El láser que se utiliza para leer el CD posee una longitud de onda de 780 nm cuando se desplaza por aire. Como el índice de refracción del policarbonato es de 1,55, la longitud de onda del láser en el policarbonato equivale a 780/1,55 = 503 nm = 0,5 µm. Teniendo en cuenta que la profundidad de la canaleta es un cuarto de la longitud de onda del haz del láser, la onda de luz reflejada por un hoyo se desplaza de vuelta la mitad de la longitud (125 % de longitud para llegar al disco y lo mismo para volver) de la onda reflejada en la meseta. De esta manera, cada vez que el láser alcanza el nivel de una canaleta con hoyos, la onda y su reflejo se encuentran desfasados por la mitad de la longitud de onda anulándose entre sí (interferencia destructiva), de modo que todo sucede como si la luz nunca se hubiese reflejado. El movimiento de un hoyo a una meseta produce a su vez una caída de la señal, que representa un bit. Es la longitud de la canaleta la que permite almacenar la información. El tamaño de un bit en un CD (S) se halla estandarizado y corresponde a la distancia recorrida por el haz de luz en 231,4 nanosegundos, o 0,278 µm y la velocidad estándar mínima de 1,2 m/s.
A partir del estándar EFM (modulación de ocho a catorce), que se utiliza para almacenar información en un CD, siempre debe haber al menos dos bits configurados en 0 entre dos bits 1 consecutivos y no puede haber más de 10 bits consecutivos en cero si se pretende evitar errores. Esta es la razón por la que la longitud de una canaleta (o meseta) resulta mayor o igual a la longitud necesaria para almacenar el valor OO1 (3S o 0,833 µm) y menor o igual a la longitud del valor 00000000001 (11S o 3,054 µm).
Existen numerosos estándares que describen la manera en la que debe almacenarse la información en un disco compacto según el uso que se le dará. Estos estándares están referenciados en documentos llamados libros y cada uno tiene un color asignado:
El Libro naranja establece que un CD-R, ya sea un CD de audio o bien un CD-ROM, está constituido por tres áreas que forman el área de información:
Además de las zonas descritas anteriormente, un CD-R contiene un PCA (Área de calibrado de potencia) y un PMA (Área de memoria del programa). Juntos constituyen el SUA (Área del usuario del sistema).
El PCA puede ser interpretado como un área de prueba para el láser, para que se pueda calibrar su potencia según el tipo de disco que se esté leyendo. Esta área permite que se vendan los CD en blanco, los cuales usan a su vez diferentes tintes y capas de reflexión. Cada vez que se reajusta, la grabadora reconoce que ha realizado una prueba. De esta manera, se permiten hasta 99 pruebas por disco.
El formato del CD (o más precisamente el sistema de archivos) describe la manera en que se encuentran almacenados los datos en la zona de programa.
El primer sistema de archivos para CD fue el High Sierra Standard. El formato ISO 9660, estandarizado en 1984 por la ISO (Organización Internacional de Estándares), retoma el High Sierra Standard para definir la estructura de archivos y carpetas en los CD-ROM. Se divide en tres niveles:
Microsoft también creó el formato Joliet, una expansión del ISO 9660 que permite utilizar nombres de archivos largos (LFN) de hasta 64 caracteres, que incluyen espacios y caracteres acentuados según la codificación Unicode).
El formato ISO 9660 Romeo es una opción de nomenclatura propuesta por Adaptec, por lo tanto independiente del formato Joliet. Permite almacenar archivos cuyos nombres pueden tener hasta 128 caracteres, pero no es compatible con la codificación Unicode.
El formato ISO 9660 RockRidge es una extensión de la nominalización del ISO 9660 que lo hace compatible con sistemas de archivos UNIX.
Con el objetivo de compensar las limitaciones del ISO 9660 (que lo hacen inadecuado para discos DVD-ROM), Asociación de Tecnología de Almacenamiento Óptico (OSTA ha desarrollado el formato ISO 13346, conocido como UDF (Formato de disco universal).
Una unidad de CD-ROM se define de la siguiente manera: