תקליטור

תַּקְלִיטוֹר הוא אמצעי לאחסון נתונים שאינו נדיף הפועל בטכנולוגיה אופטית. תקליטור הוא דיסק פלסטי עגול בקוטר של עד 12 ס"מ עם חור במרכזו, שמצופה בשכבה דקיקה של אלומיניום כדי שיוכל להחזיר את האותות לקרן הלייזר שקוראת אותו. הנתונים מאוחסנים בצורת בורות (pits) ומישורים (lands) לאורך פס דקיק בצורת ספירלה הנמשך מן המרכז ועד לשולי התקליטור. הנתונים מוטבעים (בייצור המוני), או נצרבים (באמצעות צורב ביתי), על גבי התקליטור בשפה בינארית, כלומר 1 ו-0, כאשר הסימון 1 מיוצג על ידי שינוי בין בור ומישור והסימון 0 מיוצג על ידי חוסר שינוי (קידוד NRZI).

מקור השם הוא הלחם בסיסים של המילים תקליט ואור, מכיוון שהקריאה והכתיבה בו נעשות באמצעות קרן לייזר.

התקליטור נכנס לראשונה לשימוש באוקטובר 1982 כאמצעי להאזנה למוזיקה (CD-AUDIO).

ב-1986 החלו להשתמש בתקליטור כאמצעי לאחסון נתוני מחשב (CD-ROM).

השימוש בתקליטור הצטמצם בעשור השני של המאה ה-21, בעקבות המעבר להעברת מידע (מוזיקה, וידאו ונתונים) באמצעות האינטרנט.

ב, התקליטור כמעט שאינו בשימוש. הפורמט משמש בעיקר להפצה ומשלוח של סרטים, מוזיקה וקובצי מחשב שונים.

הרעיון מאחורי התקליטור
התקליטור הומצא במסגרת שיתוף פעולה בין חברת "סוני", ענקית האלקטרוניקה היפנית וחברת "פיליפס" ההולנדית, על בסיס הטכנולוגיה של תקליטור הלייזרדיסק שפותח במקור על-ידי פיליפס. שתי החברות רצו לפתח שיטה שבאמצעותה ניתן יהיה להאזין למוזיקה באיכות גבוהה. הדגש היה על נוחות הפעלה, קומפקטיות, שכפול זול, מכשור זול, והאפשרות להכניס נגני תקליטורים לכלי רכב (ההחלטה אז על קוטר התקליטור התחשבה באופן מיוחד בממדי הרדיו-טייפ של מכונית).

האמצעים הנפוצים להאזנה למוזיקה, התקליט ולאחר מכן קלטת שמע, לא סיפקו את האיכות המבוקשת משתי סיבות עיקריות:
 השפעת חומר ההקלטה על החומר המוקלט - האזנה לתקליט עשוי ויניל (סוג של חומר פלסטי) גרמה לכך שלצלילים המושמעים צורפו גם "קליקים" ו"קראקים" שגרעו מניקיון הצליל של ההקלטה המקורית. ברוב המקרים הרעשים נבעו מפגמים מכניים, אבק, לכלוך וחשמל סטטי. (האזנה באמצעות מכשירים יקרים וטיפול זהיר וקפדני בתקליטים יכול לפתור בעיות אלו).קלטת שמע, שהמוזיקה בה מוקלטת על סרט מגנטי, השמיעה רעש לוואי שנקרא "Hiss" (מעין "סססססס" מתמשך), שנוצר בתהליך ההקלטה של הקלטת. כמו כן, לקלטת היה קשה להגיע לתדרי קול של 20 קילוהרץ, ולכן נשמע הצליל פחות איכותי מאשר בתקליט. האיכות הנמוכה בקלטת השמע נובעת מרוחב הסרט הקטן וכן מהמהירות הנמוכה של הקלטת (הקלטות מקצועיות על סרטים מגנטיים במהירות גבוהה משמרות איכות גבוהה יותר מתקליטור ומגיעות לתדרים מעבר ל-20 קילוהרץ. סרטים כאלה שימשו ומשמשים כמאסטרים לתקליטים ולתקליטורים).
 השפעת כמות ההשמעות על החומר המוקלט - תקליטים וקלטות הושפעו מכמות הפעמים שנוגנו, מכיוון ששיטת הניגון פגעה בחומר, מה שגרם לבסוף לירידה באיכות הצליל. את התקליט קראה מחט הנוגעת ישירות בוויניל, מה שגרם לירידה באיכות. מקרה דומה מתרחש גם בעת הרצת קלטת: ראש מגנטי קורא את הסרט המגנטי, כשהוא נוגע ישירות בסרט.

בנוסף לכך, תקליטים וקלטות לא איפשרו גישה נוחה וישירה לשירים או לקטעי המוזיקה. על מנת להחליף שיר בתקליט היה על המשתמש להרים את המחט ולהעביר אותה ידנית לרצועה אותה הוא מעוניין לשמוע. כמו כן, לעיתים יש לתקליט שני צדדים, והמשתמש צריך להפוך אותו על-מנת לשמוע את כל השירים המוקלטים בו. קלטת שמע היא אמנם קומפקטית בגודלה, יחסית לגודלו המסורבל של התקליט, אך היא בעייתית אף יותר ממנו - משום שמדובר בסליל של סרט מגנטי, על המשתמש לסובב את הסרט שבקלטת עד לחלק המבוקש בה. גם לקלטת יש שני צדדים כמו לתקליט, ולכן לעיתים יש צורך להפוך אותה. היתרון היחסי של הקלטת הוא שניתן להקליט עליה בבית - מה שהפך אותה לפופולרית מאוד בשעתה.

"סוני" ו"פיליפס" רצו לפתור את הבעיות הללו על ידי שימוש בטכנולוגיה הדיגיטלית. הם השתמשו בשיטת ה-PCM (או "Pulse Code Modulation"), שממירה כל גל של צליל לערכים של מספרים בינארים דיגיטליים, כלומר אחדים ואפסים שהוטבעו על התקליטור. במכשירי האזנה לתקליטורים נקראו האותות הדיגיטליים על ידי קרן לייזר והומרו חזרה לגל של צליל. טכנולוגיה זו הבטיחה שהפלט הסופי של הצליל יהיה נאמן יותר למוזיקה שהוקלטה באולפן, מכיוון שהמוזיקה המוקלטת היא לא המוזיקה עצמה, כמו בתקליטים ובקלטות, אלא נתוני מחשב בינאריים. תאורטית ניתן היה להשתמש בסרט מגנטי למטרה הזו, אבל זו הייתה שיטה יקרה מאוד ולכן וויתרו שתי החברות על השיטה הזאת. לכן, הם פיתחו טכנולוגיה שבה קרן לייזר קוראת באופן אופטי מדיסק פלסטי קומפקטי וזול. קרן הלייזר עוברת על "שקעים" ועל "שטחים ריקים" על גבי התקליטור, שקע מפזר את הקרן ושטח ריק מחזיר את הקרן. רכיב רגיש לאור ממיר את השינויים לנתונים דיגיטליים המועברים לשבב מחשב שממיר אותם בחזרה לצליל רגיל. ה"שקעים" וה"שטחים הריקים" אינם מיצגים 1 או 0 של מספר בינארי. במקום זאת שינוי משקע לשטח או שטח לשקע מיצג 1 בינארי וכאשר אין שינוי זה מיצג 0 בינארי. בכך פתרו גם את בעיית השחיקה שהייתה בתקליטים ובקלטות, כי קרן הלייזר היא אור שלא שוחק כלל את הפלסטיק, כך שניתן לנגן את התקליטור בלי לגרום לשחיקתו.
בנוסף לכך התגברו גם על בעיית חוסר הנוחות בשימוש שהייתה בתקליטים ובקלטות, בכך שבתקליטור מוקלטים אותות רק בצד אחד ולכן אין צורך להפוך אותו, ובכך שהשתמשו במנוע חשמלי קטן שמזיז את עדשת הלייזר לרצועה הרצויה בתקליטור באופן אוטומטי בלחיצת כפתור של המשתמש, דבר ששיפר משמעותית את נוחות השימוש. הם גם הוסיפו שעון דיגיטלי שמראה את זמן ניגון השיר, הזמן שנותר עד סוף השיר והזמן שנותר עד לסוף התקליטור.

לאחר מספר שנים של פיתוח ורישומי פטנטים ותקנים, הוציאה חברת "סוני" באוקטובר 1982 את נגן התקליטורים הראשון בעולם שנקרא "CDP-101".

בשל היתרונות הגדולים שלו על-פני תקליטים וקלטות, גרם התקליטור למהפכה בדרך שבה מאזינים למוזיקה. במהלך השנים התפתחה הטכנולוגיה של התקליטורים - במקום לשמור רק נתוני מוזיקה עליהם הוגדרו תקנים לשמירת נתונים מכל סוג שהוא על הדיסק, כך שהתקליטורים החלו לשמש לאחסון נתונים מסוגים שונים - נתונים כלליים (CD-ROM) ותקליטורי וידאו כמו (VIDEO-CD (VCD ומאוחר יותר DVD.

אחסון נתונים על תקליטור

הנתונים מאוחסנים על התקליטור, על נתיב ספירלי, בדומה לתקליטי ויניל. נקודת ההתחלה נמצאת במרכז התקליטור, דבר המאפשר יצירת תקליטורים קטנים מבחינת הגודל הפיסי. צפיפות הנתונים היא קבועה, דבר המחייב שינוי מהירות הסיבוב ככל שמתקדמים בספירלה כלפי חוץ. שריטות ופגמים בציפוי המתכתי יכולים לגרום לקריאת נתונים שגויה. כאשר מדובר בנתוני אודיו, קיימים בנגנים מנגנוני אינטרפולציה ותיקון טעויות. כאשר מדובר באינפורמציה דיגיטלית, נשמרים הנתונים באמצעות פרוטוקול לתיקון טעויות, ואחוז מסוים מהמקום מוקדש ל-Checksum, כך שיש אפשרות להגיע לנתונים גם כאשר הקריאה לא מושלמת.

כתיבת נתונים על התקליטור יכולה להתבצע באמצעות צריבה או הטבעה. צריבה מתבצעת באמצעות קרן לייזר במתקן ביתי פשוט יחסית (צורב תקליטורים), המצריך התקנת תוכנת צריבה מתאימה. הטבעה דורשת מכשור מורכב יותר, והיא כוללת צריבת תבנית זכוכית ולאחר מכן הטבעתה על התקליטורים הרגילים. ליצירת כמות קטנה של תקליטורים (עד כמה מאות בודדות) עדיפה צריבה, בכמויות גדולות יותר הטבעה זולה יותר.

סוגי תקליטורים

CD-AUDIO
"Compact Disc Digital Audio" - התקליטור הבסיסי ביותר. נכנס לראשונה לשימוש באוקטובר 1982 למטרת הפצה והאזנה לאודיו דיגיטלי, והכיל עד 74 דקות של מוזיקה. לאחר זמן-מה הוגדלה הקיבולת עד ל-80 דקות (זאת מכיוון שהיו יצירות קלאסיות שלא נכנסו ב-74 דקות). התקליטור הביא למהפכה בנוחות השימוש ובאיכות הצליל.

תקליטור המוזיקה הראשון שהודפס ונמכר בישראל היה "אוהב להיות בבית" של אריק איינשטיין. היה זה בנובמבר 1986.

CD-ROM
Compact Disc Read Only Memory, תקליטור לקריאה בלבד שמוקלט עליו מידע מחשב (DATA) בנפח של 650 עד 800 מגהבייט. נכנס לראשונה לשימוש ב-1985.

CD-R
Compact Disc Recordable, תקליטור הניתן לכתיבה חד־פעמית בעזרת צורב תקליטורים. ה-CD-R נכנס לשימוש לראשונה ב-1988, גם הוא פותח על ידי סוני ופיליפס. ניתן לקנות CD-R ש"מיועד למוזיקה". זהו תקליטור שמכיל סימון מסוים שנדרש עבור צורבי אודיו ייעודיים, כלומר כאלה שאינם מתחברים למחשב אלא למערכת סטריאו. תקליטורים אלה עולים מעט יותר מ-CD-R המיועד לנתונים, וההפרש במחיר משמש לתשלום תמלוגים לגופים המטפלים בגביית תמלוגים, כדוגמת אקו"ם.

CD-RW
Compact Disc Rewritable, תקליטור הניתן לכתיבה רב־פעמית בעזרת צורב תקליטורים.

DVD
Digital Versatile Disc או Digital Video Disc, תקליטור בנפח של 4.7 ג'יגהבייט בשכבה אחת או 8.5 ג'יגהבייט בשתי שכבות (Dual Layer), כאשר ניתן להגיע לנפח של עד 17 ג'יגהבייט ב- DVD דו צדדי. ה-DVD נכנס לשימוש ב-1996 בעיקר למטרת אחסון של וידאו דיגיטלי. עד לשנים האחרונות, פורמט ה-DVD היה פופולרי מאוד, והוא שימש להקרנה של סרטים באיכות גבוהה של וידאו ואודיו בסלון הביתי או לאחסן כמות גדולה של מידע מהמחשב.

DVD-R / DVD+R
Digital Versatile Disc Recordable, תקליטור לכתיבה חד־פעמית בעזרת צורב תקליטורים בנפח של 4.7 או 8.5 גיגהבייט. תקן DVD-R הוצג ב-1997. תקן DVD+R הוצג חמש שנים אחר כך, אך לא תאם ל-DVD-R. ל-DVD+R יש מספר יתרונות על ה-DVD-R בתחום אמינות כתיבת המידע ועמידותו. שני הפורמטים נמצאים בשימוש נרחב למרות חוסר התאימות, כיוון שרוב צורבי התקליטורים תומכים כיום בשני הפורמטים במקביל.

DVD-RW / DVD+RW
Digital Versatile Disc ReWritable, תקליטור לכתיבה רב־פעמית בעזרת צורב תקליטורים בנפח של 4.7 או 8.5 גיגהבייט.

HD-DVD
HD-DVD, ראשי תיבות: High Definition DVD (די.וי.די בהבחנה גבוהה). אחד השינויים שהובילו להתפתחות ה- HD DVD היה מעבר מקרן לייזר אדומה בגודל של 1.1 מיקרומטר (DVD) לקרן לייזר כחולה בגודל 0.62 מיקרומטר. ככל שהופכים את גודל מיקוד הלייזר לקטן יותר, ניתן לאחסן יותר אינפורמציה בשטח דיסק נתון. (Piepenburg, 2006) פורמט HD-DVD יכול להכיל עד 15 ג'יגה בייט בדיסק חד-שכבתי או 30 ג'יגהבייט בדיסק בעל שכבה כפולה. ה-HD-DVD פותח על ידי מספר חברות שהתאגדו יחד תחת השם "פורום הדי.וי.די" (DVD Forum). הפורום הובל על ידי טושיבה ובין החברות הבולטות בו NEC, מיקרוסופט ואינטל. לאחר התמודדות שיווקית של כ-20 חודשים מול ה-Blu-ray הודיעה טושיבה ב-19 בפברואר 2008 על הפסקת פיתוחו.

Blu-ray / BD
Blu-ray או Blu-ray Disc הוא תקליטור לייזר כחול שהוצג בשנת 2003. Blu-ray הוא יורשו של פורמט ה-DVD, לאחר שהופסק קידומו של הפורמט המתחרה HD-DVD. גודל מיקוד הקרן של Blu-ray הוא 0.48 מיקרומטר וכך מתאפשר שטח אחסון גדול יותר בהשוואה ל-HD-DVD (15GB ב-HD-DVD לעומת 25GB ב-Blu-ray). תקליטור לייזר כחול מוקלט באמצעות קרן לייזר כחולה באורך גל של 405 ננומטר, המאפשרת לו להגיע לנפח של 25.3GB בשכבה אחת או 50GB בשתי שכבות. בעתיד מתוכנן תקליטור בנפח 100GB ו-200GB שיהיו בנויים מארבע שכבות ויותר.

מחקרים
דיסקים ייחודיים המבוססים על על אכסון מידע בחלבון פותחו לראשונה באוניברסיטת הרווארד שבארצות הברית על ידי פרופסור ו' רנוגופאלהקרישהאן (V Renugopalakrishnan) ועמיתיו. חוקרים אלה עבדו על התקן אחסון בגודל DVD סטנדרטי, שאמור, על פי הציפיות, לספק עד 50 טרה-בייט (TB) של נפח אחסון.

הצוות בהרווארד עשה שימוש בחלבון שעבר הנדסה גנטית ונלקח במקור מתוך ממברנה של חיידק החי בביצות מים מלוחים, ושמו "Halobaterium Slinarum". חלבונים אלה מאחסנים מידע על ידי הפיכת אותות אופטיים לאנרגיה כימית - על ידי שינוי כימי במספר מולקולות נוצר מצב היכול להיחשב לוגית כ-"1". בזכות שינוי ה-DNA שביצע הצוות בחיידקים, נשארות מולקולות אלה במצבן שנים רבות. אם לא התרחש שינוי וכל המולקולות זהות, ייחשב הדבר כקלט לוגי של "0".

פרופ' רנוגופאלהקרישהאן טען כי ניתן "להדביק" את החלבונים הללו לכל דיסק DVD סטנדרטי, לצורך אחסון מידע בנפחים גדולים. לטענתו, אפשרי להגיע לנפחי אחסון הגדולים פי 20 מדיסק Blu-ray באמצעות חלבונים אלה, ובעתיד ניתן יהיה להגיע עד ל-50TB בכל דיסק..

בשנת 2001 גילו חוקרים ספרדים פטרייה על גבי תקליטורים שהובאו מבליז שבמרכז אמריקה. הפטרייה אוכלת את הפלסטיק והאלומיניום בחלקו החיצוני של התקליטור ופוגעת במידע המאוחסן עליו. לטענת החוקרים תלונות על נזקים דומים לתקליטורים התקבלו מרחבי העולם.

לקריאה נוספת 
Piepenburg, s. (2006). Disc-based audio-video technology. Library Hi Tech News, 23(6), 27-33.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

התקני אחסון נתונים
מדיה אופטית
יפן: המצאות
מוצרי חברת סוני