Компакт-диск

Компакт-диск(англ.Compact Disc,CD) —оптическийноситель информациив видепластиковогодиска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощилазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков сталиDVDиBlu-ray, а его ближайший «предок» —LaserDisc.
Изначально компакт-диск был создан для храненияаудиозаписейв цифровом виде (известен какCD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) вдвоичномвиде (т. н.CD-ROM—англ.Compact Disc Read Only Memory,компакт-диск с возможностью только чтения). В дальнейшем появились компакт-диски с возможностью не только чтения однократно занесённой на них информации, но и записи (CD-R—англ.Compact Disc-Recordable, записываемый компакт-диск) и перезаписи (CD-RW—англ.Compact Disc-ReWritable, перезаписываемый компакт-диск).
Формат файловна CD-ROM отличается от формата записи аудио-компакт-дисков, и потому обычный проигрыватель аудио-компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию — для этого требуется специализированныйпривод(устройство) для чтения таких дисков.
Разработка компакт-дисков началась в конце 1970-х годов и к началу 1979 года были изготовлены опытные образцы, различавшиеся по размерам и характеристикам. Стандартный компакт-диск был разработан и представлен в1980 годукомпаниямиPhilipsиSony. Метод кодирования сигнала —импульсно-кодовая модуляция(ИКМ;англ.Pulse Code Modulation, PCM).
Выпуск первого коммерческого (опытные образцы CD производились и ранее) музыкального CD анонсирован 20 июня 1982 года, и 17 августа того же года на заводе звукозаписывающей компанииPolygram, расположенном вЛангенхагененеподалёку отГанновера, был выпущен, по заказу Philips, первый в мире коммерческий компакт-диск, положив тем самым начало их массовому производству.
Чести быть впервые изданными на CD удостоилась группаABBAс альбомом «The Visitors».
Первым компакт-диском, попавшим на прилавки музыкальных магазинов, был альбомБилли Джоэла1978 года52nd Street. Продажи CD с этой записью начались в Японии 1 октября 1982 года.
Brothers in Armsстал одним из первых альбомов рок группыDire Straits, записанных на цифровом оборудовании; это было связано со стремлениемМарка Нопфлерак улучшению качества звука.Одноимённая песнясчитается первым в мире синглом, выпущенным на CD. В Великобритании он распространялся как промодиск с логотипом тура «Live in '85». Диск включал всего четыре песни и имел очень ограниченное хождение.
По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 млрд CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы черезИнтернет, по даннымIFPI, продажи компакт-дисков в 2007 году составляли около 70 % всех продаж музыки.
Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внеслиMicrosoftиApple Computer. В 1987 годуДжон Скалли, на тот моментCEOApple Computer, сказал, что компакт-диски произведут революцию в миреперсональных компьютеров. Одним из первых массовыхмультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD, былаAmiga CDTV(Commodore Dynamic Total Vision), позже компакт-диски стали использовать в игровых приставках Panasonic3DOиAmiga CD32.
ВРоссиис середины 1990-х годов основной доход в отечественном издательском шоу-бизнесе пришёлся на продажу альбомов исполнителей и сборников музыки именно на компакт-дисках как на носителях, хотяАлла Пугачёваудостоилась издания своих альбомов на CD немногим временем раньше. В 1988 году вЯпониифирма «Victor Entertaiment» издала на CD её сборник «Миллион роз», выходивший в 1983 году в этой же стране в виде LP, а в 1989 году Всесоюзная фирма грамзаписи «Мелодия» выпустила на компакт-диске очередной номерной альбом певицы, получивший название «Алла».
Существует версия о том, что компакт-диск изобрели вовсе не Philips и Sony, а американский физикДжеймс Рассел, работавший в компании Optical Recording. Уже в 1971 году он продемонстрировал своё изобретение для хранения данных. Делал он это для «личных» целей, желая предотвратить царапание своихгрампластинокигламизвукоснимателей. А спустя восемь лет подобное устройство было «независимо» изобретено компаниями Philips и Sony.
Очевидцы и участники переговоров о формате CD свидетельствуют, что в Philips и Sony до мая 1980 года не было единого мнения о внешнемдиаметредиска. С точки зрения инженеров Sony, был достаточен диаметр в 100 мм, поскольку он позволяет миниатюризировать портативный проигрыватель. От высшего руководства Philips исходила идея сделать диск не более диагонального размера стандартнойаудиокассеты(115 мм), имевшей на рынке большой успех. Кроме того, в этом случае диск соответствует нормальным рядам линейных размеров системыDIN.
Вице-президент корпорации SonyНорио Ога, музыкант, в свою очередь полагал, что диск должен быть в состоянии вместитьСимфонию № 9Бетховена. В этом случае, по его мнению, на дисках можно будет распространять до 95 % классических произведений.
Дальнейшие исследования показали, что, например, девятая симфония в исполненииберлинского филармонического оркестрапод руководствомГерберта фон Караянаимела продолжительность 66 минут. Наиболее продолжительным исполнением стала симфония под руководствомВильгельма Фуртвенглера, исполненная набайрейтском фестивале— 74 минуты. Это и послужило решающим аргументом при принятии решения о ёмкости диска
«Как и в большинстве случаев, красивая история не имеет ничего общего с реальной жизнью. Эта история вышла из-под пера пиарщиков Philips», — считает бывший инженер PhilipsКеес Имминк. Реальность же, по его мнению, была иной. ПодГанноверомPhilips уже подготовил производственную линию по выпуску компакт-дисков на заводеPolyGram. В минимальные сроки можно было запустить производство дисков размером 115 мм. Выпуск дисков размером 120 мм требовал значительных затрат денег и времени, поскольку был связан с заменой оснастки. По мнению Имминка, Sony не захотела смириться с ситуацией, что Philips получит преимущество по выходу на рынок.
Как бы то ни было, в мае 1980 года росчерком пера высшего руководства фирм был установлен окончательный размер диска в 120 мм с ёмкостью в 74 минуты аудиозаписи ичастотой дискретизациив 44,1 кГц. Все прочие технические параметры пересчитывались, исходя из согласованных данных.
Компакт-диски имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 746,9Мебибайтинформации (или 74 минуты звукозаписи). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 807,4 Мебибайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 908,4 мебибайт  (90 минут) и больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают такжесинглыдиаметром 8,9 см(не путать сминидискамидиаметром 8 см), на которые вмещается около 140 или 210 Мбайт данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).
Увеличение ёмкости хранимой информации стало возможным благодаря полному использованию допусков на изготовление дисков. Так, например, расстояние между дорожками по стандарту ECMA-130 составляет 1,6 ± 0,1микрометра, линейная скорость вращения диска 1,2 или 1,4 м/с ± 0,01 м/с с пропускной способностью 4,3218 Мбит/с. Ёмкость в 746,9 Мебибайт соответствует скорости 1,41 м/с и расстоянию между дорожками, равному 1,7 мкм, а ёмкость в 908,4  — скорости в 1,39 м/си расстоянию между дорожками в 1,5 мкм.
Компакт-диск представляет собойполикарбонатнуюподложку (A) толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (B) (алюминий,золото,сереброи др.), защищённого слоем лака (C), на который обычно наносится графическое представление содержания диска (D). Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка (E) на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышаетпомехоустойчивостьсистемы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (диаметр пальца человека). Вес диска без коробки составляет ~15,7 г. Вес диска в обычной jewel-коробке (не slim) равен ~74 г.
Формат хранения данных на диске, известный какRed Book(«Красная книга»), был разработан компаниейSony. В основе формата лежат стандарты цифрового звука, применявшиеся в приставках (PCM-процессорах) для ИКМ-записи на бытовые видеомагнитофоны: разрядность 14 или 16 бит, частота выборки 44 056 или 44 100 Гц. В соответствии c «Красной книгой», на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битнойимпульсно-кодовой модуляцией(PCM) ичастотой дискретизации44,1 кГц. Благодарякоррекции ошибокс помощьюкода Рида — Соломоналёгкие радиальные царапины не влияют на читаемость диска. В случае возникновения ошибочных значенийИКМ-сигнала, которые не могли быть исправлены системой коррекции ошибок, они заменяются на приблизительные значения, полученные с помощьюинтерполяцииверных данных. Philips также владеет всеми правами на знак «Compact disc digital audio», логотип формата аудио-компакт-дисков.
Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ.pit— углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100нмв глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ.land— пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка — отражает. Поэтому записанный компакт-диск — пример отражательнойдифракционной решёткис периодом 1,6 мкм. Для сравнения, уDVDпериод — 0,74 мкм.
Различают диски только для чтения («алюминиевые»),CD-R— для однократной записи,CD-RW— для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не воспроизводиться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).
Данные с диска читаются при помощи лазерного луча сдлиной волны780 нм, излучаемогополупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации измененияинтенсивностиотражённого света. Лазерный лучфокусируетсяна информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмныйфотодиодрегистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.
Различие между дисками только для чтения (CD) и перезаписываемыми дисками (CD-R/RW) заключается в способе формирования питов. В диске только для чтения питы представляют собой некую рельефную структуру (фазовуюдифракционную решётку), причём оптическая глубина каждого пита чуть меньше четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице фаз в половину длины волны между светом, отражённым от пита и светом, отражённым от ленда. В результате в плоскости фотоприёмника наблюдается эффект деструктивнойинтерференциии регистрируется снижение уровня сигнала. В случае CD-R/RW пит представляет собой область с бо́льшим поглощением света, нежели ленд (амплитудная дифракционная решётка). В результате фотодиод так же регистрирует снижение интенсивности отражённого от диска света. Длина пита изменяет как амплитуду, так и длительность регистрируемого сигнала.
Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150КиБ/с (то есть 153 600 байт/с). Это 75 секторов в секунду, каждый — по 2048 байт. Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения или записи, равную 48 × 150 = 7200КиБ/с (7,03 МиБ/с).
Также существуют чистящие компакт-диски, на рабочую поверхность которого прикреплено чистящее устройство для чистки линзы сенсора (см. фото).
Спецификация компакт-дисков не предусматривает никакого механизмазащиты от копирования— диски можно свободноразмножатьи воспроизводить. Однако начиная с2002 годаразличные западныезвукозаписывающие компанииначали предпринимать попытки создать компакт-диски, защищённые от копирования. Суть почти всех методов сводится к намеренному внесению ошибок в данные, записываемые на диск, так, чтобы на бытовом CD-плеере или музыкальном центре диск воспроизводился, а на компьютере — нет. В итоге такие диски читаются далеко не на всех бытовых плеерах, а на некоторых компьютерах — читаются; выходит программное обеспечение, позволяющее копировать даже защищённые диски и т. д. Тем не менее звукозаписывающая индустрия продолжает испытывать всё новые методы.
Philips заявила, что на подобные диски, не соответствующие спецификациям «Red book», запрещается наносить знак «Compact disc digital audio».
Для дисков с данными существуют разнообразные методы защиты от копирования, например, методизмерения позиции данных, технологииStarForce,SecurDiscи др.
Формат CD-Audio (до появления программ cd-грабберов) являлся своеобразной защитой авторских прав и не позволял осуществить извлечение аудиофайлов с диска, например, с помощью приложения «Проводник Windows».
Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной записи. В таких дисках используется специальный активный материал, позволяющий производить запись/перезапись информации. Различают диски с органическим (в основном, диски CD-R-типа) и неорганическим (в основном, CD-RW-диски) активным материалом.
При использовании органического активного материала запись осуществляется путём разрушения химических связей материала, что приводит к его потемнению (изменениюкоэффициента отраженияматериала). При использовании неорганического активного материала запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода изаморфногоагрегатного состояниявкристаллическое, и наоборот. И в том, и в другом случае запись производитсямодуляциеймощности лазера.
В просторечии такие записываемые диски называются «болванками». Процесс записи называется «прожигом» (отангл.to burn) диска.
Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе — диске CD-R.
В итоге ёмкость одного CD, записанного в режиме HD-BURN, в два раза превышает ёмкость компакт-диска, записанного в обычном режиме.
Shaped CD(фигурный компакт-диск) — диск CD-ROM, но не строго круглой, а произвольной формы, с очертанием внешнего контура в виде разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолёты, сердечки, звёздочки, овалы, в формекредитных карточеки т. д.Обычно применяется в шоу-бизнесе как носитель аудио- и видеоинформации. Был запатентован рекорд-продюсером Марио Коссом в Германии (1995).
Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в приводах CD-ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть и полностью вывести привод из строя. Поэтому перед вставкой Shape CD в привод следует принудительно ограничить скорость вращения диска с помощью специальных программ. Тем не менее и эта мера не даёт гарантии безопасности CD-привода.
В настоящее время компакт-диски считаются устаревшими носителями информации. Их значимость угасает, компьютерная индустрия всё меньше и меньше ориентируется на ёмкость CD. Образы операционных систем растут за пределы CD: начиная сUbuntu12.10, образ стал превышать 700 МБ.Windows 7уже официально не поддерживает установку с CD — последней операционной системой семейства, способной установиться с CD, являетсяWindows Vista(через набор CD по заказу). Компьютерные приводы, способные работать только с CD, уже не выпускаются. Музыкальные плееры уже делают ориентированными наUSB/TFбез привода, в результате чего CD уступает местоDVDи флеш-накопителям.