Cakera padat

Cakera padat (bahasa Inggeris: compact disc atau CD) adalah cakera optik yang digunakan bagi menyimpan data digital yang padal asalnya dibangunkan bagi menyimpan bunyi digital. CD yang dijual di pasaran pada lewat tahun 1982 masih merupakan media fizikal yang piawai untuk perakaman audio komersil sehingga kini (2007). Sebuah CD audio terdiri daripada satu atau lebih runut stereo yang disimpan menggunakan pengekodan PCM 16-bit pada kadar pensampelan sebanyak 44.1 kHz. CD piawai mempunyai diameter sebanyak 120 mm dan boleh menyimpan audio sebanyak lebih kurang 80 minit (bergantung kepada apa yang dirakamkan). Terdapat juga cakera 80 mm yang kekadang digunakan untuk CD single yang boleh menyimpan audio sebanyak lebih kurang 20 minit.

Teknologi cakera padat kemudian diubah suai untuk dijadikan peranti storan data yang dikenali sebagai CD-ROM, dan merangkumi media perakaman tunggal serta perakaman berbilang kali (CD-R dan CD-RW). CD-ROM dan CD-R masih merupakan teknologi yang digunakan secara meluas dalam industri komputer peribadi pada hari ini (2007). CD dan produk-produk lanjutannya telah amat berjaya: pada tahun 2004, jualan tahunan CD-Audio, CD-ROM, dan CD-R di seluruh dunia mencapai sekitar 30 bilion keping cakera.

Sejarah 
Pada tahun 1979, Philips dan Sony menubuhkan sebuah pasukan petugas jurutera bersama untuk mereka bentuk cakera audio digital yang baru. Ahli-ahli terkenalnya termasuk Joop Sinjou, Kees Immink, dan Toshi tada Doi. Selepas setahun pengujikajian dan perbincangan, pasukan petugas itu menerbitkan "Buku Merah", piawai cakera padat. Philips menyumbangkan proses pengilangan am, berdasarkan teknologi LaserDisc video, serta Pemodulatan Lapan-hingga-Empat Belas (EFM) yang menawarkan kedua-dua tempoh main yang panjang serta kebingkasan yang tinggi terhadap kerosakan pengelolaan cakera, seperti cakar dan cap jari. Sony pula menyumbangkan Pengekodan Reed-Solomon Antara Lembaran Silang (CIRC), kaedah pembetulan ralat. Kisah Cakera padat , yang diceritakan oleh seorang bekas ahli pasukan petugas, memberikan maklumat latar tentang banyak keputusan teknik yang dibuat, termasuk pemilihan frekuensi pensampelan, tempoh main, dan diameter cakera. Menurut Philips, Cakera padat "direka bersama-sama oleh sekumpulan besar yang bekerja sebagai sebuah pasukan". 

Cakera padat tiba di pasaran Asia pada lewat tahun 1982, dan pada awal tahun yang berikut di Amerika Syarikat dan pasaran-pasaran yang lain. Cakera-cakera padat pertama yang dijual merupakan 16 buah judul buatan Jepun daripada CBS/Sony. Peristiwa ini seringnya diperlihatkan sebagai "Letupan Besar" revolusi audio digital. Cakera audio yang baru ini disambut dengan ghairah, khususnya oleh komuniti-komuniti muzik klasik dan audiofil, dengan mutu pengelolaannya diberikan sanjungan yang tinggi. Ketika harga pemain CD turun dengan pantas, cakera padat mula menjadi popular di pasaran-pasaran muzik pop dan muzik rock yang lebih besar.

Cakera padat pada asalnya dianggap sebagai suatu evolusi piring hitam, dan bukan terutamanya sebagai suatu media storan data. Hanya kemudian bahawa konsep 'fail audio', serta penggunaan umum untuk sebarang fail data, muncul. Dari asalnya sebagai salah satu format muzik, cakera padat telah bertumbuh untuk merangkumi penggunaan yang lain. Sony dan Philips memperkenalkan CD-ROM (ingatan baca sahaja) pada bulan Jun 1985 dan CD-R (CD boleh rakam) pada tahun 1990.

Perincian fizikal 

Cakera pada diperbuat daripada plastik polikarbonat setebal 1.2 mm yang telah dilapisi dengan lapisan aluminium amat tulin yang sangat nipis (atau jarang-jarang sekali, emas, digunakan bagi ketahanan data, (seperti edisi terhad CD audiophile) yang dilindung oleh lapisan lacquer. Lacquer boleh dicetak dengan label. Kaedah cetakan biasa bagi cakera adalah skrinsutera dan cetakan offset. CD tersedia dalam dua saiz. Yang paling biasa adalah 120 mm diameter, dengan keupayaan audio 74-minute dan 650-MB data (See storage capacity; faktor bentuk ini juga sering disalah anggap dikenali sebagai "CD5" kerana ia sekitar lima inci keratan rentas). Cakera piwaian sedemikian seberat 15 gram. Ia tutut tersedia sebagai cakera 80-mm, format yang kebanyakannya digunakan bagi CD bunyi tunggal dalam beberapa kawasan (contoh. Jepun), sama seperti piring hitam tunggal lama. Setiap "CDmini" atau "CD Maxi" sedemikian mampu menyimpan 21 minit muzik, atau 180 MB data (faktor ini turut dikenali sebagai "CD3", kerana ia sekitar tiga inci keratan lintas). Bentuk unik lain dan lebih kecil dari biasa sering dijual atau diberikan sebagai bahan promosi. Contoh, termasuk CD kad business dalam bentuk kad segiempat, CD berbentuk peta negara, dll.

Terdapat lubang sebesar 15mm di tengah-tengah cakera, yang biasanya akan digunakan oleh sejenis pengapit atau pemegang cakera yang terdapat di dalam pemain cekara untuk memegang cakera ditempatnya dan membolehkan cakera tersebut diputar oleh motor. Diameter lubah tersebut adalah lebih kurang sama dengan ukuran duit syiling 10 sen Belanda. Para jurutera Philips pada masa itu menggunakan syiling tersebut untuk menentukan saiz lubang itu, dan syiling muat ke dalam lubang cakera dengan tepat sekali.

Maklumat pada CD piwaian dikod sebagai landasan berlubang - (pit) berpilin yang diacu pada lapisan polikarbon (polycarbonate) (Kawasan antara lubang dikenali sebagai darat). Setiap lubang sedalam sekitar 125 nm dengan keluasan 500 nm, dan berbeza antara 850 nm hingga 3.5 μm panjang. Ruang antara landasan adalah seluas 1.6 μm. Untuk membayangkan skala lubang dan darat pada CD, sekiranya cakera diperbesarkan pada saiz stadium, lubang itu adalah sebesar sebiji pasir. Pilin bermula dari pusat cakera dan bergerak ketepi, yang membenarkan pelbagai saiz format tersedia.

CD dibaca dengan memusat laser semikonduktor jarak gelombang 780 nm melalui bawah lapisan polikarbon. Perbezaan jarak antara lubang dan darat adalah satu per enam jarak gelombang cahaya laser, mendorong kepada perbezaan satu per tiga jarak gelombang fasa antara cahaya yang dipantulkan daripada lubang dan daripada darat sekitarnya. Yang keenam, 125 nm, (dan bukannya suku) jarak gelombang dipilih sebagai tolak ansur yang baik antara isyarat jejak radial tolak-tarik dan isyarat bacaan-luar aperture penuh. Ganguan mengurangkan kekuatan cahaya dipantul dibandingkan dengan apabila laser dipantulkan oleh hanya darat. Dengan mengukur kekuatan ini dengan fotodiod, data boleh dibaca dari cakera. Lubang dan darat itu sendiri tidak mewakili sifar dan satu data binari. Sebaliknya perbezaan antara lubang dan darat atau darat ke lubang mewakili satu, sementara tiada perubahan menunjukkan sifar. Ini seterusnya dinyahkod dengan menbalikkan modulasi lapan ke empatbelas yang digunakan bagi menghasilkan cakera utara, akhirnya mendedahkan data kasar tersimpan dalam cakera.

Cakera 74-minit (650MB) mempunyai sekitar 333,000 sektor sementara cakera 80 minit (700MB) mempunyai sekitar 360,000 sektor membenarkan simpanan lebih besar. Versi 90 dan 99 minit mengikut tambahan logik yang sama menyumbat lebih banyak sektor tetapi mengurangkan daya harap sepanjang pemancu. Lubang lebih dekat pada sebelah label cakera, dengan itu kecacatan dan kekotoran pada sebelah jernih boleh diherot semasa dimainkan. Dengan itu cakera lebih mudah dirosakkan dengan mencalar sebelah label, sementara calar disebelah jernih boleh dibaiki dengan mengisi calar dengan plastik yang mempunyai index pantulan (index of refraction) yang sama.

Format Bunyi 
Format bagi cakera bunyi, dikenali sebagai piwaian SONY "Buku Merah (Red Book)", dibentangkan oleh Sony dan Philips pada tahun 1981. Philips bertanggungjawab bagi program perlesenan bagi hakmilik intelektual berkait dengan Cakera Padat termasuk logo "Cakera Padat Bunyi Digital" yang terdapat pada cakera. Secara meluas format tersebut adalah dua-saluran (bunyi empat-saluran merupakan pilihan yang dibenarkan dalam format Buku Merah, tetapi tidak pernah dilaksanakan) 16-bit stereo pengekod modulasi kod-denyut (Pulse-code modulation - PCM) pada 44.1 kHz sampling rate.

Inovasi Pembetul Ralat 
Pembetul ralat Reed-Solomon (Reed-Solomon error correction) membenarkan CD dicalar sehingga ke tahap tertentu dan masih boleh digunakan. Kod R-S untuk cakera padat adalah CIRC.

Origins of 44.1 kHz sampling 
Frekuensi tertinggi yang boleh didengari oleh telinga manusia sekitar 20,000 Hz. Cakera padat direka dengan keupayaan mengandungi keseluruhan julat pendengaran, dan dengan itu mengatasi had pembawa audio tahap pengguna sebelumnya. provable Nyquist–Shannon sampling theorem menyatakan bahawa apabila quantizing isyarat diberikan luas gelombang (bandwidth) (20 kHz dalam kes ini, 0 - 20 kHz), agar mampu menghasilkan kembali bentuk gelombang asal dengan sempurna daripada maklumat didigital,

Struktur Data

Inovasi Pembetul Ralat 
Pembetul ralat Reed-Solomon (Reed-Solomon error correction) membenarkan CD dicalar sehingga ke tahap tertentu dan masih boleh digunakan. Kod R-S untuk cakera padat adalah CIRC.

Origins of 44.1 kHz sampling 
Frekuensi tertinggi yang boleh didengari oleh telinga manusia sekitar 20,000 Hz. Cakera padat direka dengan keupayaan mengandungi keseluruhan julat pendengaran, dan dengan itu mengatasi had pembawa audio tahap pengguna sebelumnya. provable Nyquist–Shannon sampling theorem menyatakan bahawa apabila quantizing isyarat diberikan luas gelombang (bandwidth) (20 kHz dalam kes ini, 0 - 20 kHz), agar mampu menghasilkan kembali bentuk gelombang asaldengan sempurna daripada maklumat digital,

Hak Cipta 
Spesifikasi audio Buku Merah tidak merangkumi apa-apa mekanisme perlindungan salin yang serius, kecuali sedikit mengenai 'anti-salin' dalam subkod. Mulai awal tahun 2002, syarikat rakaman banyak kali cuba memasarkan CD bukan standard "dilindung salin" yang tidak boleh disalin ke dalam cakera keras atau mudah ditukar ke format MP3. Satu kelemahan cakera-cakera khas ini ialah kebanyakannya tidak boleh dimainkan dalam cakera CD-ROM komputer, serta juga beberapa pemain CD tunggal yang menggunakan mekanisme CD-ROM. Philips telah menyatakan bahawa cakera-cakera ini tidak dibenarkan berlogo Compact Disc Digital Audio yang ditanda dagang kerana melanggar spesifikasi Buku Merah. Lebihan pula, timbulnya juga bantahan awam terhadap cakera dilindung salin kerana ramai yang memandangnya sebagai ancaman kepada penggunaan sesuai. Berbilang sistem perlindungan salin telah diatasi oleh perisian yang mudah didapati dan selalunya percuma.

Rujukan Data 
 Kees Immink, The Compact Disc Story, AES Journal, pp. 458-465, May 1998  .

 Kenneth C. Pohlmann (1992). The Compact Disc Handbook. Middleton, Wisconsin: A-R Editions. ISBN 895793008.

Pantauan Luar 

 CD-ROM
 Video CD
 DVD

Cakera padat
Pengenalan 1982
Storan audio
Audio digital
Reka cipta Jepun
Storan video
Reka cipta Belanda