Kompaktný disk

Kompaktný disk (iné názvy: CD, kompaktná platňa, CD-platňa, zriedkavo: metalizovaná (pevná) platňa, metalizovaný disk, hovorovo cédečko;  - CD; spočiatku sa označoval ako digitálna zvuková platňa  alebo číslicová zvuková platňa, angl. digital audio disc - DAD) je optický digitálny dátový nosič. Pôvodne bol určený len na uloženie zvuku v digitálnej forme. Neskôr tento nosič umožnil aj uloženie iných počítačových údajov (CD-ROM), videozáznamu (Video CD alebo SVCD) alebo fotografií (Photo CD). Evolúciou prešiel aj zápis údajov na CD. Pôvodne sa so zápisom na CD nepočítalo vôbec (údaje sa na CD ukladali lisovaním), až neskôr pribudla možnosť jednorazového (CD-R) a neskôr aj viacnásobného zápisu (CD-RW). Neskôr potreba zvyšovania kapacity nosiča viedla k vývoju nových typov optických diskov (DVD, Blu-ray a pod), ktoré principiálne nadväzujú na kompaktný disk.

Začiatkom 21. storočia vznikli kanály na šírenie hudby online (napr. 1999 Napster, 2003 Apple iTunes) a v roku 2012 už bolo nahrávaný rovnaký počet albumov pre šírenie online ako na CD. Za prvých 10 rokov existencie (do roku 2013) predal iTunes 25 miliárd skladieb. Za prvý polrok roku 2021 sa celosvetovo predalo 18,9 milióna cédečiek, čo bolo mierne menej ako vinylových albumov (19,2 mil.) Na americkom trhu vinyl prekonal cédečká v roku 2020, čo je prvý krát za posledných 34 rokov (od roku 1986).

Fyzické vlastnosti kompaktného disku 
Kompaktné disky sa vyrábajú z polykarbonátového (polymetylmetakrylát) plastu a sú hrubé 1,2 mm. Najbežnejšie sú disky pokryté veľmi tenkou hliníkovou vrstvou, ktorá odráža laser a je chránená lakovým filmom. Na lakový film sa môže vytlačiť potlač disku. 

Hliník (alebo hliníková zliatina) sa používa na CD-ROM (neprepisovateľné disky) najmä preto, že hliník je lacný. Hliník však podlieha oxidácii (kyslík sa k nemu môže dostať cez polykarbonát alebo lak, najmä pri okrajoch alebo škrabancoch pri zvýšenej vlhkosti). Namiesto hliníka  sa používa striebro alebo zlato alebo vo všeobecnosti zliatina kovov aby sa zvýšila trvácnosť údajov uložených na disku. Jednorazovo prepisovateľné CD-R (ale vo všeobecnosti aj všetky ďalšie "R disky" ako DVD-R, DVD+R, BD-R) používajú na záznam vrstvu na báze (organického) farbiva. 

Kompaktné disky sa vyrábajú v rôznych veľkostiach (priemeroch) a dokonca aj tvaroch ( angl. shape disc, v preklade tvarovaný disk), najčastejšie však majú disky priemer 120 mm, ktorých kapacita býva 80 minút pre záznam zvuku alebo 700 MB pre uloženie údajov.

Informácie sa na bežný kompaktný disk kódujú do stopy špirálového tvaru. Špirála sa začína v strede disku a pokračuje smerom k okraju disku, práve preto je možné vyrábať kompaktné disky rozličných veľkostí a tvarov. Špirála  pozostáva z jamiek ( angl. pits) vyhĺbených do vrchnej časti polykarbonátovej vrstvy. Miesta medzi jednotlivými jamkami sa nazývajú plôšky (eng. lands). Každá jamka je hlboká približne 125 nm a široká 500 nm, dĺžka jamky sa pohybuje v rozsahu 850 nm až po 3,5 μm. Odstupy medzi jednotlivými stopami sú 1,5 μm. Ak by ste si chceli predstaviť veľkosť jamiek a plôšok, predstavte si, že kompaktný disk je taký veľký ako štadión, jamka by potom bola asi taká malá ako zrnko piesku.

Informácie z kompaktného disku sa čítajú zaostrením polovodičového lasera s vlnovou dĺžkou 780 nm cez spodok polykarbonátovej vrstvy. Rozdiel výšky jamky a plôšky je jedna štvrtina vlnovej dĺžky svetla lasera. Tak vzniká fázový rozdiel medzi svetlom odrazeným od jamky a svetlom odrazeným od okolitých plôšok, ktorého vlnová dĺžka je polovičná. Deštruktívna interferencia, ktorá pri tom vzniká, znižuje intenzitu odrazeného svetla, na rozdiel od prípadu, kedy je laser zaostrený len na plôšku. Meraním intenzity svetla pomocou fotodiódy (diódy citlivej na svetlo) dokážeme potom z kompaktného disku čítať údaje.

Jamky a plôšky samé o sebe nepredstavujú nuly a jednotky binárneho zápisu. Je to prechod z jamky na plôšku alebo z plôšky na jamku, ktorý predstavuje jednotku a stav bez zmeny (teda bez prechodu z jamky na plôšku alebo naopak) predstavuje nulu. Takto získané údaje sa dekódujú inverziou modulácie osem-ku-štrnásť, ktorá sa používa pri vytváraní disku, čím získame surové údaje uložené na disku.

Pre zabezpečenie ochrany proti chybám spôsobeným fyzickým poškodením disku (typicky poškriabaním) sa pri CD používajú Reedove-Solomonove kódy (druh samoopravných kódov, ktorých dekódovaním sa vďaka prítomnosti nadbytočnej informácie na médiu dokážu rekonštruovať určité množstvo chýb) a interleaving (premiešavanie dátových blokov).

Kapacita kompaktného disku 
Špecifikácia kompaktného disku odporúča konštantnú rýchlosť 1,22 m/s a odstup stopy 1,59 μm. Pre disk s priemerom 120 mm potom pri dodržaní týchto odporúčaní dostaneme kapacitu 74 minút pre disk pre zvukový záznam alebo približne 652 MB pre disk typu CD-ROM. Aby sa mohli používať rozličné postupy výroby kompaktných diskov, špecifikácia pripúšťa ukladanie údajov aj hustejším spôsobom. Ak sa potom takéto zhustenie používa zámerne, nie len ako odchýlka pri výrobe, môžeme vyrobiť disky s väčšou kapacitou a dodržať tak požiadavky špecifikácie (alebo ich prekročiť len nepatrne). Ak sa pre disk použije konštantná rýchlosť 1,1975 m/s a odstup stopy je 1,497 μm, takýto disk má potom kapacitu 79 minút a 40 sekúnd pre zvuk alebo 702 MB pre údaje. Aj napriek tomu, že tolerancia odchýliek pri výrobe takýchto diskov je nižšia, sú vo všeobecnosti spoľahlivé a len malé množstvo prehrávačov ich neprehrá.

Niektoré ponúkané prázdne disky uvádzajú kapacitu 90 alebo 99 minút. Špecifikácia pre zapisovateľné kompaktné disky uvádza maximálnu kapacitu 74 minút a kapacita do 80 min je maximálna možná odchýlka. Preto všetky kompaktné disky s kapacitou nad 80 minút porušujú túto špecifikáciu a viacero prehrávačov alebo rekordérov môže mať problém disky s kapacitou 90 a viac minút používať. Okrem toho, že hustota stopy na týchto diskoch je veľmi veľká, sú s nimi spojené aj ďalšie technické problémy:
 prehrávač nedokáže rozpoznať disk,
 snímacia hlava prehrávača sa vychyľuje z drážky,
 prehrávač nedokáže nájsť stopu za 80. minútou záznamu,
 disk nie je možné kopírovať,
 disk nie je možné čítať (kvôli veľmi hustej stope),
 vytvorený disk môže obsahovať dva sektory s rovnakým číslom,
 vytvorený disk môže obsahovať sektor so záporným číslom,
Niektoré zdroje dokonca uvádzajú, že disky s kapacitou 90 a viac minút môžu spôsobiť fyzické poškodenie prehrávača alebo rekordéra. Aj z uvedených dôvodov, problémami s kompatibilitou takýchto diskov s hardvérom a softvérom sa disky s kapacitou 90 minút a viac považujú za štrbinový produkt a ich používanie sa neodporúča.

Ďalším spôsobom, ako sa dá zvýšiť kapacita disku je uložiť údaje do tzv. koncovej drážky (), ktorá sa zvyčajne používa na označenie konca disku (na označenie začiatku disku sa používa úvodná drážka, ). Takto môže používateľ zvyčajne získať jednu alebo dve minúty nahrávania navyše. Môže sa stať, že takto vytvorené disky je problematické prehrávať, najmä keď prehrávač dosiahne koniec disku.

Trvanlivosť diskov 
Záznamy na diskoch sú považované za trvalé (permanent) avšak v priebehu času môžu podliehať vplyvom (poškrabanie, svetlo, vlhkosť), ktoré zmenia fyzikálne vlastnosti, tak že spôsobia chyby pri čítaní a stratu údajov, až takého rozsahu, že čítacie zariadenie nedokáže opraviť chyby pomocou metód korekcie chýb. Takéto chyby je možné zisťovať pomocou softvérového skenovania povrchových chýb. Disk časom podlieha vplyvom prostredia, čím dochádza k degradácii.

Výrobcovia udávajú, že disky CD-R a DVD-R majú trvanlivosť 5 až 10 rokov pred prvým nahrávaním (od dátumu výroby). Na obaloch CD-R, DVD-R alebo DVD + R však nie sú uvedené údaje o dobe spotreby (dátume exspirácie). Neboli  zverejnené ani správy o testoch na overenie týchto tvrdení výrobcov ale z uvedeného logicky vyplýva, že je lepšia kupovať disky častejšie ako si urobiť zásobu na 10 rokov.

Životnosť diskov so záznamom je podľa dizajnových špecifikácií od 20 do 100 rokov, v závislosti od kvality diskov, kvality zapisovacej jednotky a podmienok skladovania. Životnosť diskov CD-R, DVD-R a DVD + R by mala byť 100 až 200 rokov alebo viac; Životnosť diskov CD-RW, DVD-RW, DVD + RW a DVD-RAM by mala byť 25 a viac rokov. O diskoch CD-ROM a DVD-ROM (vrátane zvukových a obrazových) je k dispozícii málo informácií, čo vedie k zvýšenej miere neistoty týkajúcej sa ich strednej dĺžky života.

Testovanie však preukázalo degradáciu niektorých diskov skladovaných v bežných podmienkach omnoho skorej.Táto chyba je známa ako degradácia (angl. disc rot) a má viacero dôvodov: 

 zvýšená teplota a relatívna vlhkosť ovzdušia,
 svetelná expozícia: priame slnečné svetlo je škodlivé pre disky typu R,
 vlhkosť priamo pôsobiaca na disk (napr. kvapka vody, utieranie vlhkým alebo namočenie) škodí,
 iné (napr. pôsobenie rozpúšťadiel, mikrovlnné žiarenie a pod.)

Na trvalé ukladanie (archivovanie) dát na disky sú vhodnejšie tie s jednorazovým zápisom (CD R, DVD R) ako tie s viacnásobným (CD-RW). Dnes dostupné disky R používajú reflexnú vrstvu zo zliatiny striebra. Šanca na koróziu striebra z dôvodu pôsobeniu oxidu siričitého (SO2) (vzniká aj pri spaľovaní, pri nízkych koncentráciách nemá pach) je menšia ako šanca na oxidáciu hliníka spôsobenú vysokou vlhkosťou. Uchovávanie disku vo filtrovanom (klimatizovanom) prostredí „čistého vzduchu“ môže minimalizovať alebo vylúčiť pôsobenie SO2. Pri takomto správnom skladovaní, teda tieto disky prežijú túto technológiu. (Disky budú v dobrom stave ale už nebudú existovať zariadenia, ktoré by ich čítali.)

RW disky sa na rozdiel od iných typov „opotrebujú“ zapisovaním. Disky CD-RW a DVD-RW by mali vydržať asi 1 000 prepisov a disky DVD-RAM asi 100 000, kým sa nestratí možnosť prepisovania.

Vo všeobecnosti je však trvanlivosť záznamov na diskoch dlhšia ako trvanlivosť dát uložených na hdd, USB disky alebo karty, ktoré trvajú v priemere rádovo desať rokov.

Referencie

Pozri aj 
 DVD
 Blu-ray
 HD DVD
 HVD
 Modulácia osem-ku-štrnásť
Napster

Iné projekty