Компакт-диск

Изобретение цифрового компакт-диска традиционно приписывается двум компаниям: либо голландцы из Philips его придумали сами, либо им помогали японцы из Sony. Произошло это в самом начале 1980-х. Но есть другая версия: CD изобрёл американский физик ещё в 1960-х.

Авторство вышеназванных фирм подтверждают многие источники, к примеру, популярная энциклопедия Wikipedia. Если верить ей, Philips и Sony совместно разработали цифровой компакт-диск в 1980-м, а спустя два года в городе Лангенхаген (Langenhagen), близ Ганновера, началось его массовое производство.

Потом подключились Microsoft и Apple, чьими стараниями CD превратился в CD-ROM, который в 1987 году совершил революцию в мире персональных компьютеров. Вот, стало быть, и вся история появления компакт-диска.

Теперь "альтернативная" точка зрения. В 1931 году в Бремертоне (Bremerton), штат Вашингтон, родился Джеймс Расселл (James T. Russell).

Своё первое изобретение он совершил в шесть лет - построил кораблик с дистанционным управлением, в трюме которого по волнам ходил его завтрак.

В 1953 году Расселл закончил колледж в Портленде и стал бакалавром физики. В качестве физика он и устроился на работу в лабораторию компании General Electric, где затеял ряд экспериментальных проектов.

Считается, что Джеймс Расселл был одним из первых, кто стал пользоваться цветным телевизионным экраном и клавиатурой в качестве человеко-машинного интерфейса. Он же первым спроектировал и построил агрегат для сварки пучком электронов.

В 1965 году, когда базирующийся в штате Огайо институт Battelle Memorial открыл в Ричлэнде Тихоокеанскую северо-западную лабораторию (Pacific Northwest Laboratory), Расселл стал её старшим научным сотрудником. Тогда он уже знал, в каком направлении будет работать. Дело в том, что физик был страстным любителем классической музыки. И, как многие меломаны того времени, Расселл часто расстраивался из-за ухудшающегося со временем качества записи на виниловых пластинках.

Пытаясь внести усовершенствования, учёный даже пытался использовать в качестве звукоснимателя иголки кактуса.

Однажды в субботу днём Расселл решил набросать схему лучшей, по его мнению, цифровой системы записи и воспроизведения звука.

В итоге он "родил" действительно революционную идею - придумал устройство, в котором отсутствовал физический контакт между компонентами процесса проигрывания записи.

На тот момент Расселл был знаком с цифровой записью данных на перфокартах и магнитной ленте, но понял, что лучший способ - использовать свет.

0 и 1, темнота и свет - раздумывал физик - если двоичный код достаточно хорошо уплотнить, в нём можно хранить не просто мелодии, а целые энциклопедии.

В институте учёному, хотя и не сразу, но пошли навстречу, разрешив работать над персональным проектом по переводу аналогового сигнала в цифру.

И через пару лет Расселл изобрёл первую оптико-цифровую систему записи и воспроизведения, которую запатентовал в 1970 году.

Он нашёл способ записи на жёсткий фоточувствительный диск данных в виде крошечных "битов", светлых и тёмных, каждый - микрон в диаметре.

Лазерный луч считывал двоичный код, а компьютер преобразовал данные в электронный сигнал, который тогда было сравнительно просто преобразовать в слышимую или видимую "трансляцию". Вот это и было первым цифровым компакт-диском.

В 1970-е изобретатель продолжил совершенствовать своё детище, пытаясь приспособить его к любой форме данных.

Как и множество разработок, опередивших своё время, CD поначалу не слишком заинтересовал инвесторов. Но в 1971 году рисковый бизнесмен Эли Джекобс (Eli Jacobs) основал корпорацию Optical Recording и пригласил Расселла в команду, которая должна была 

Идея была такая: распространять телевизионные программы на небольших пластмассовых носителях, рассылая их по почте, чтобы люди могли в любой момент посмотреть любимую передачу.

По сути, речь шла о том, что сейчас называется видеомагнитофонами и кассетами для них.

В 1974 году на выставке в Чикаго компания представила оптико-цифровую телевизионную машину для записи и воспроизведения, первое устройство, которое переводило цветное изображение в цифру, но мир не перевернулся, инвесторы не отреагировали.

Через год, летом 1975-го, в лабораторию Расселла наведались представители Philips и невысоко оценили его работу: "Они сказали, что "это очень хорошо для хранения данных, но вы не можете приспособить это для видео или аудио", - вспоминал физик.

Нужно сказать, что за несколько лет до посещения лаборатории голландская компания выпустила свой лазерный диск для аналогового оптического видеоплеера.

В Нидерландах были убеждены, что аналог - единственно возможный вариант: "Philips тогда вложила $60 миллионов в разработку лазерного диска, никто не говорил им, что они совершают ошибку", - рассказывал Расселл.

Два месяца спустя после экскурсии по лаборатории изобретателя Philips представила компакт-диск - практически точно такой же.

В конечном счёте, не только Philips, но и Sony, и другие компании вплотную занялись продвижением технологии Расселла, не упоминая его имени.

Сам Расселл, впрочем, не монополизировал права на технологию: "Трудно сказать, сделали ли эти люди всё сами, независимо от меня. Ведь в том, что у двух или более человек, находящихся в разных местах, может родиться одна и та же идея, ничего необычного нет. Вполне возможно, мы работали параллельно. Но позже они заплатили за это".

Действительно, Sony и Philips выплатили лицензионные платежи от продаж проигрывателя компакт-дисков. Деньги получили институт Battelle Memorial, корпорация Optical Recording и её хозяин Джекобс.

В 1992 году Time Warner и другие производители дисков подали на Optical Recording в суд, заплатив, в конечном счёте, $30 миллионов за нарушение патентов, так как суд решил - у корпорации эксклюзивные права на технологию CD.

Тем не менее, из всех этих денег Расселл ни разу не получил ни цента, так как 26 патентов на "компакт" принадлежали его работодателю, то бишь - Optical Recording.

Однако и это изобретателя не остановило. Он продолжил работать над оптическими системами хранения данных и придумал нового конкурента накопителям на жёстких дисках - оптическую память произвольного доступа (Optical random-access memory - ORAM).

В этой системе нет вращающегося диска и вообще - ни одной движущейся части, данные считываются светом. В 1991 году Расселл вместе с партнёром Полом Наем (Paul Nye) создал компанию Ioptics - специально для ORAM. Но даже, несмотря на многомиллионные инвестиции от Microsoft, дело не выгорело, система оказалась невостребованной.

Чем сейчас занимается изобретатель, "породивший" за свою жизнь более 50 патентов, сказать сложно. Последние упоминания о нём в прессе датированы 2000 годом, когда 53-летний Расселл был удостоен премии Vollum Award за выдающийся вклад в развитие науки и техники.

Разумеется, во всей этой истории можно усмотреть стремление американцев приписать себе изобретение всех жизненно важных вещей.

Но даже если это так, Джеймс Рассел пионером в своём деле быть не перестанет. Поэтому, справедливости ради, пусть наряду с новаторством Philips и Sony живёт и эта версия появления CD.

1. Компакт-диски



– это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел). Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики. 



2. Физические характеристики компакт-диска



Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм. 



3. Конструкция компакт-диска



Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»: 







Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл. 



4. Способ считывания информации







Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска. 



5. Особенности оптического способа считывания информации



Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД. 

Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным. 

Базовый формат – CD Audio 

Исторически первым в семействе КД появился Compact Disc Digital Audio (CD DA). 



6. Что находится внутри кадра



Внутри кадра находится набор чисел, представляющих закодированный звук. Процесс преобразования звука в набор чисел описан в Лекции №1а (Основы цифрового кодирования информации). В этой же лекции даны основы двоичной арифметики и определения бита, байта и двоичного слова. 

На компакт-диске размещается два звуковых канала (стереозвук). Выборка звуковых отсчетов производится с частотой 44100 Гц (44,1 кГц) и разрядностью 16 бит (2 байта) на каждый канал. Поскольку в одной секунде КД содержится 75 кадров, один кадр содержит в себе 44100/75 = 588 отсчетов звукового сигнала. Размер кадра определяется следующим образом:



588 отсчетов * 2 канала * 2 байта = 2352 байта. 



Знание частоты выборки (44,1 кГц) необходимо в случае передачи заказа на цифровом носителе, отличном от КД. К примеру, на DAT -кассете или в компьютерном файле (WAV -формат) звук может быть записан с частотой выборки 48 кГц. В этом случае при подготовке мастер-диска приходится выполнять пересчет частоты аппаратными или программными средствами. Субъективно это меняет звучание, что может вызвать претензии заказчиков к качеству звука. Поэтому от очень требовательных заказчиков желательно получать цифровые носители звука со стандартной частотой дискретизации (это касается, в основном DAT -кассет и WAV -файлов). 



7. Принципы доступа к информации



Для аудио-диска объектом выбора обычно является трек. Для того чтобы выбрать любой трек, достаточно информации, записанной в TOC . 

Для CD-ROM, как и для любого компьютерного носителя, объектом выбора являются файлы и папки (директории). Папки тоже являются файлами особого назначения. Поэтому записей в TOC недостаточно для доступа к объектам CD-ROM . 

Для доступа к файлам на дисках CD-ROM формируется файловая структура (ФС). ФС – это набор служебных записей, описывающих местоположение и атрибуты файлов и папок. Файловые структуры бывают разные, и любая из них может быть размещена на CD - ROM . Так, например, на дисках для ПК Макинтош может быть сформирована файловая система HFS (Hierarchical File System), которая используется на жестких дисках ПК Макинтош. Такие диски читаются только на ПК Макинтош. 

Для обеспечения универсальности дисков CD-ROM была разработана файловая система ISO 9660. Диски с этой файловой системой совместимы с операционными системами ПК Windows, MacOS и Unix. Базовый вариант этой файловой системы накладывает ограничение на длину имени файла и символы, которые можно было использовать в названии файла (схема «8+3», до 8 символов в имени файла и до 3 символов в расширении). В имени файла можно использовать только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания. Метка диска не должна быть длиннее 11 символов и не должна содержать пробелы. 

Метка диска (Volume Label) – идентифицирует диск при его загрузке в привод CD-ROM. В проводнике Windows метка диска отображается справа от значка привода CD-ROM. 

В 1995 году было введено дополнение к ISO 9660 (Joliet Specification), позволяющее использовать в именах файлов длинные имена, символы национальных алфавитов и пробелы (система кодирования Unicode). 

Файловая система Joliet формируется на КД в дополнение к ФС ISO 9660. Фактически на диске присутствуют две файловые системы. Те компьютеры, которые не поддерживают Joliet, показывают имена файлов из ФС ISO 9660. При формировании файловой структуры ISO 9660 длинные имена урезаются и в конце добавляются знак «~» и цифра. 

Есть еще один вариант формирования длинных имен, реализованный в некоторых программах записи. Он называется Extended ISO 9660. Позволяет размещать на диске только одну ФС (ISO 9660), но при этом разрешена длина имени файла до 128 символов. Разрешаются только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания. 

Часто задается вопрос - сколько информации войдет на КД? Однозначного ответа на этот вопрос нет. 

Причина этому следующая:

В ISO 9660 минимально адресуемый фрагмент информации называется логическим блоком. По умолчанию он равен размеру полезной информации в кадре (сектору) – 2048 байт. Если, к примеру, файл имеет размер 100 байт, то в блоке (а значит и кадре) остальное место останется незанятым. Если на диске размещается 1000 файлов размером 100 байт, то на диске реально будет занято 1000*2048 = 2048000 байт, а не 100000 байт. 

Таким образом, чем больше будет на диске маленьких файлов, тем больше будет размер незанятого пространства. 

Для усредненных расчетов можно использовать следующую формулу: 



Объем На Диске = Суммарный Размер Файлов + Количество Файлов * (Размер Блока / 2) 


8. Режимы записи



Track - At - Once – Трек За Один Проход – рекордер записывает первый трек, после чего производится запись информации об этом треке в служебную область диска (PCA), затем производится запись следующего трека и т.д. В завершение, производится запись вводной и выводной дорожек. При использовании этого метода возможна запись отдельных треков в разное время и на разных рекордерах. Трек при этом оформляется в виде пакета, который начинается пятью блоками «вбегания» (Run - In Blocks) и завершается двумя блоками «выбегания» (Run - Out Blocks ). Между пакетами вставляются связующие блоки (Link Blocks), в которых отсутствуют «питы» и «лэнды». 

Disc - At - Once – Диск За Один Проход – рекордер последовательно записывает вводную дорожку, область программы и выводную дорожку. При этом выключения лазера не происходит. Этот режим наиболее приемлем для записи мастер-диска. 

Session - At - Once – Сессия За Один Проход – развитие предыдущего режима записи. Абсолютно ему аналогичен за исключением того, что в TOC добавляется информация, разрешающая запись следующей сессии. 

Incremental Packet Writing – Пакетная Запись с Приращением – похожа на режим TAO , только в пакет заключается не трек, а отдельный файл. Позволяет добавлять на диск по одному файлу за один сеанс записи. Режим удобен для пользователей, но абсолютно не приемлем для записи мастер-диска. Диск с такой структурой не может быть воспроизведен на литом диске. Во-первых, между файлами находятся Link -блоки, в области которых нет модуляции, и при попытке их чтения происходит ошибка записи. Во-вторых, Run - In , Run - Out и Link -блоки в этом формате не учитываются при вычислении адреса блока с информацией, они пропускаются при нумерации секторов. Поэтому, даже если переписать такой диск сектор за сектором в другом режиме, заменив эти блоки нулевыми, вся система адресации сместится и информация станет недоступна. 

Одним из чрезвычайно полезных новшеств Windows XP является возможность записи информации на записываемые и перезаписываемые компакт-диски (CD-R и CD-RW). В последнее время популярность устройств записи компакт-дисков чрезвычайно выросла, и они превратились из экзотического дорогого оборудования в необходимый и удобный инструмент. Для записи файлов на компакт-диск следует вставить заготовку в устройство и скопировать с помощью проводника нужные файлы на данный диск. Однако реально на диск не будет ничего записано. Для дальнейшей работы следует открыть в проводнике компакт-диск. 

Вы можете увидеть, что все файлы, находящиеся на диске, разделены на две группы - действительно записанные на диск и готовые для записи, но пока не записанные. Вверху списка файлов в правой части окна проводника расположены файлы и папки, ранее записанные на компакт-диск. Если вы вставили чистую заготовку, на ней, естественно, не будет записанных файлов. В нижней части списка расположены файлы, которые вы только что скопировали на диск. Физически они пока не записаны на компакт-диск, а располагаются в специальной папке, предназначенной для временного хранения. Эти файлы вы можете удалить, в то время как файлы, уже физически записанные на компакт-диск, удалить нельзя. Если вы хотите удалить все файлы, предназначенные для записи, следует нажать кнопку расположенную на панели задач. Копируйте и перемещайте файлы на компакт-диск пока вы не сформируете нужный набор файлов. После этого вы готовы к физической записи информации на диск. Эта процедура часто называется прожигом. Нажмите кнопку на панели задач, и будет запущен мастер прожига компакт-дисков. В первом диалоге мастера вам предлагается ввести имя создаваемого диска. По умолчанию в качестве имени предлагается текущая дата, но вы можете ввести любое другое имя. Если вы установите флажок в нижней части диалога, по окончании прожига диалог мастера автоматически закроется. Нажмите кнопку Далее (Next), и вы перейдете к следующему диалогу мастера. 

Одновременно начнется прожиг компакт-диска. О том, кака; конкретно операция выполняется в настоящий момент, можно узнать из сообщений мастера. Кроме того, процент выполнения операции отображается с помощью прогресс-индикатора. Время записи зависит от объема записываемой информации и скорости записи. Например, записать 640 мегабайт на восьмой скорости займет около десяти минут. По окончании прожига на экране появится последний диалог мастера. Если вы установите в нем флажок, то сможете записать вторую копию диска. В противном случае просто нажмите кнопку Готово (Ready), чтобы закрыть диалог. На этом запись на компакт-диск закончена. Вы можете использовать его как обычный компьютерный компакт-диск. 

Если вы попытаетесь извлечь диск, не записав подготовленные файлы, на экране появится диалог, в котором с помощью переключателя вы сможете выбрать один из трех вариантов. Можно записать файлы сейчас, сохранить файлы во временной папке для последующей записи или удалить подготовленные файлы, не записывая их на компакт-диск. 

Если в качестве заготовки вы используете перезаписываемый диск, называющийся CD-RW, вы можете очистить его, удалив все файлы. После этого диск можно использовать для записи точно так же, как и новый. Нажмите кнопку [§g на панели задач, и начнет работу мастер очистки диска. В первом диалоге мастера не требуется ничего вводить, просто нажмите кнопку Далее (Next), чтобы перейти ко второму диалогу мастера. 

При этом начнется очистка диска. Процент выполнения очистки демонстрируется с помощью прогресс-индикатора. По окончании очистки появится заключительный диалог мастера. Он информирует об успешном завершении операции. Нажмите кнопку Готово (Ready), чтобы закрыть диалог. 

Возможно, вы захотите настроить некоторые параметры записи диска. Для этого нужно перейти в папку Мой компьютер (My Computer) и щелкнуть правой кнопкой мыши на значке устройства для записи компакт-дисков. В появившемся вспомогательном меню следует выбрать команду Свойства (Properties), и на экране появится диалог настройки параметров. Перейдите на вкладку Запись (Recording) этого диалога, щелкнув мышью на соответствующем ярлычке. 

Флажок в верхней части диалога разрешает запись компакт-дисков на данном устройстве. Если убрать флажок, Windows XP не будет записывать на нем диски. В верхнем списке выбирается жесткий диск, на котором будет размещаться папка с временными файлами. Так как в этой папке должны поместиться все файлы, подготовленные вами для записи на компакт-диск, требуется 700 мегабайт свободного места на выбранном жестком диске. Во втором списке выбирается скорость записи. Перечень доступных скоростей определяется используемым вами устройством. Следует напомнить, что заготовки компакт-дисков также поддерживают не все скорости записи. Если у вас нет проблем с чтением записанных дисков, лучше использовать максимально возможную скорость. Если установлен флажок в нижней части диалога, после прожига диск будет извлечен из устройства. Убрав флажок, вы оставите диск в дисководе. Настроив параметры, нажмите кнопку ОК, чтобы закрыть диалог и запомнить настройки. 

Как вы видите, записать файлы на компакт-диск в операционной системе Windows XP достаточно просто. Однако следует сделать небольшое отступление, чтобы рассказать, в каком формате записываются диски. Все диски создаются как мультисессионные, то есть содержащие несколько отдельных сессий, которые могут быть записаны в разное время. Наличие множества сессий позволяет записывать информацию отдельными частями, превращая CD-R и CD-RW в удобное средство ведения рабочего архива. Однако следует помнить, что запись первой сессии требует дополнительно двадцать два мегабайта, а запись каждой последующей сессии отнимает тринадцать мегабайт. Впрочем, это не так много, учитывая, что на диск можно записать 650-700 мегабайт информации, а на некоторые современные диски и еще больше. Хотя нужно учитывать, что часто записывая небольшие файлы, вы впустую тратите много места. Не все дисководы и операционные системы могут работать с мультисессионными дисками. В ДОС обычно видна только первая сессия, а в Windows 95 - последняя. На устаревших дисководах CD-ROM также часто видна только первая сессия. Так что, диски, записанные в Windows XP, могут неверно читаться на устаревших компьютерах. Если же вы не планируете читать диски на таких компьютерах, проблем в совместимости не возникнет. Кстати, при записи используется файловая система Joliet, которая позволяет записывать длинные имена, использовать пробелы и русские буквы. Все это не поддерживается в операционной системе ДОС. Вы наверно заметили, что многие компакт-диски автоматически запускаются при вставке их в устройство чтения дисков. В Windows XP можно настроить автоматическое воспроизведение музыкальных произведений и видеофильмов, просмотр рисунков и некоторые другие действия. Если же вы хотите запускать свою собственную программу или желаете, чтобы созданный вами диск автоматически запускался и в предыдущих версиях Windows, вам следует разместить в корневом каталоге текстовый файл с именем autorun.inf. В нем располагаются команды автозапуска. С их помощью можно создавать достаточно сложные сценарии, но для начала вполне достаточно использовать такие команды: 



[autorun] 

icon=myicon.ico 

open=myprogram.exe 



Естественно, следует указать названия ваших собственных файлов вместо myicon.ico и myprogram.exe. Команда open запускает нужную программу, а команда icon меняет значок диска в проводнике Windows. Конечно, данные файлы также должны быть расположены на компакт-диске. 

Многие сталкиваются с проблемой того, что информация на компакт - диске становиться недоступной из - за того, что поверхность диска легко царапается, при этом приводя его в негодность. Иногда, таким образом, многие лишаются ценной информации, которую просто - напросто невозможно прочесть из - за того, что поверхность диска - повреждена. Для устранения этой проблемы были придуманы коробочки для каждого в отдельностьи компактного диска для того, что бы уберечь от повреждений. Но, как вы сами понимаете, этот способ не всегда остается эффективным и по большому счету - неудобный, потому как занимает очень много места. Поэтому, был придуман очень необычный концепт, который предназначен для того, что бы уберечь диск от внешних повреждений. Благодаря тонкой пленочке прозрачного пластика вы можете больше не беспокоиться, отдав ваш любимый фильм посмотреть друзьям, потому как в любом случае царапин на нем не останется. Самое интересное это то, что вам не нужно будет снимать этот чудо - чехол даже когда вы будете вставлять его в дисковод, потому как специально разработанный пластик не мешает считывать с него имеющуюся информацию. В общем, если бы данное изобретение было создано несколько лет назад, то наверняка имело бы большую популярность. В наше же время, эта новинка может и станет популярной, но не настолько насколько могла бы быть несколько лет назад. Но таким образом можно "заламинировать" хранящиеся у вас дома диски, которые вам ценны. Например, диск со свадьбы или дня рождения.