Журнал "Компьютерра" №757

Журнал Компьютерра

Сессии и дорожки

Существует два режима записи дисков: DAO и TAO. Название первого расшифровывается как "диск за один раз" (Disk-at-once). Такие диски еще называют односессионными, так как весь диск записывается за один прием, без выключения лазера. Одна сессия, впрочем, не означает наличие только одной звуковой дорожки - в современных дисках дорожек (треков, Tracks) обычно столько, сколько записывается отдельных аудиокомпозиций. Это удобно и при записи, и при обратном преобразовании (каждый файл оригинала соответствует своему треку), и с точки зрения контроля за пользователями, которые вечно норовят все куда-нибудь скопировать (для каждого трека можно проконтролировать длительность и составить контрольную

сумму, с помощью которой ее легко в дальнейшем "отловить" в пиринговых сетях). Естественно, какой-нибудь концерт может быть растянут и на весь объем диска - тогда и трек всего один.

В процессе записи в режиме DAO важно, чтобы поток данных, поступающих в привод, не прерывался, иначе "болванка" (даже перезаписываемая) может быть испорчена навсегда. Не все старые компьютеры справлялись с таким требованием, да и по сей день при записи на высоких скоростях не рекомендуется в процессе работы привода запускать другие приложения. На ПК последних моделей (с большим количеством оперативки и особенно использующих скоростные интерфейсы приводов типа SATA) можно, впрочем, об этом не задумываться.

Чтобы обойти жесткие ограничения на равномерность поступления данных, был придуман режим TAO - "дорожка за один раз" (Track-at-once). В этом режиме, называемом еще мультисессионным, лазер выключается каждый раз, когда записывается очередная дорожка. С этим связаны потери - примерно 12–14 Мбайт лишних данных на каждую сессию, плюс два ghost-сектора в конце каждой сессии (предназначенных для исключения проблем при стыковке сессий)[Отметим, что в разное время пытались придумывать "безразрывные" технологии записи с промежуточной остановкой лазера, в основном для предотвращения порчи болванок при записи на больших скоростях. Типичные примеры - Burn-Proof от Sanyo или Safe Burn от Yamaha. Они, однако, не прижились - слишком сложны в реализации, в то время, как страховка от исчерпания буфера при записи ныне обеспечивается просто возросшим быстродействием компьютеров.]. Кроме того, не все старые приводы могут воспринимать мультисессионные диски. Зато гораздо меньше проблем с записью - в случае чего испорченную дорожку можно просто исключить из рассмотрения, пожертвовав некоторым объемом диска, да и процесс записи можно растянуть хоть на несколько дней, дописывая очередные треки.

Каждая сессия помечается при записи на диске специальными метками, lead-in в начале, и lead-out - в конце. Если метка lead-out не стоит, то такая сессия называется незакрытой, и на диск можно дописывать данные в других сессиях. Чтобы мультисессионный диск корректно проигрывался во всех устройствах, последнюю сессию надо закрыть (для аудиоформата это обязательное условие). Естественно, штампованные диски выпускаются всегда записанными в режиме DAO.

Химия и музыка

CD представляет собой диск из поликарбоната диаметром 120 мм и толщиной около 1,2 мм, с отверстием диаметром 15 мм в центре. Существует и стандарт на 80-миллиметровые мини-диски. Простейший незаписываемый компакт-диск фабричного производства изготавливается по технологии, во многом напоминающей производство виниловых пластинок. Сначала делается эталонный диск из стекла, рисунок будущих дорожек на котором вытравливается плавиковой кислотой, что очень похоже на изготовление печатных плат. Со стеклянного эталона методом гальванопластики изготавливают никелевые матрицы, с помощью которых путем литья под давлением штампуют копии.

Отдельные биты при этом получаются в виде углублений (pits, часто их по-русски так и называют питами), соответствующих логической единице, и промежутков между ними (иногда их называют выпуклостями - bumps), соответствующих логическому нулю. Расположена дорожка питов на верхней стороне прозрачной подложки из поликарбоната, на которую напылением затем наносят отражающий слой (из алюминия или золота). Длина питов 0,83…3,1 мкм, ширина 0,4 мкм, глубина 0,12…0,2 мкм, расстояние между витками спиральной дорожки 1,6

мкм (часто упоминают, что это примерно в 50 раз меньше толщины человеческого волоса). Отражающий слой сверху покрывают защитным лаком и надпечатывают или наклеивают картинку. Штампованные CD - самые долговечные (особенно "золотые"), считается, что они могут хранить информацию более тридцати лет.

Чуть сложнее устроен однократно перезаписываемый диск CD-R: между прозрачной основой-подложкой и отражающим слоем (для последнего здесь часто используют серебро, как компромисс между недолговечностью алюминия и дороговизной золота) находится специальный информационный слой из вещества, которое под действием нагревания становится непрозрачным. В процессе записи в приводе используют тот же лазер, что и при чтении: его мощность повышают так, чтобы он прогревал нужный участок до достаточной температуры там, где на диске должна записаться логическая единица. Для облегчения формирования дорожки при записи на CD-R в процессе изготовления болванки осуществляется предварительная разметка - рельеф, содержащий метки кадров и биты синхронизации, записанные с пониженной амплитудой и впоследствии перекрываемые записываемым сигналом.

С проигрыванием CD-R (и тем более CD-RW, о которых далее) на бытовых плеерах долгое время возникали проблемы, связанные как с мультисессионным режимом записи (см. врезку), так и с физикой: с меньшей разницей в количестве отраженного света между прозрачными-непрозрачными участками, чем у системы выпуклостей-впадин традиционного штампованного диска. Это происходило потому, что чувствительность фотодатчиков дешевого плеера или привода настраивалась один раз на заводе, на "среднепотолочное" значение контраста отражающего слоя (иногда такие приводы отказывались читать даже штампованные "золотые" диски - из-за меньшего коэффициента отражения золота в сравнении с алюминием). Читающие системы современных плееров "умеют" адаптироваться под нужный контраст, и проблемы эти возникают разве что при использовании совсем уж некачественных болванок.

Разумеется, стойкость CD-R будет меньше, чем у штампованного диска: информация может стираться как при нагревании или при прямом действии солнечных лучей, так и при воздействиях различных химических веществ. Впрочем, все оптические диски имеют слабую стойкость к "химии": агрессивные пары, например, кислот, особенно охотно "пожирают" алюминий, а растворители могут повреждать подложку (поэтому не вздумайте стирать надписи фломастером с поверхности диска жидкостью для снятия лака с ногтей - только чистым бензином или спиртом). И если вы хотите, чтобы данные хранились долго, то храните диски в темноте, удаленными от нагревательных приборов и возможного воздействия химических веществ.

Еще менее стойкими получаются перезаписываемые диски - CD-RW. Это происходит в силу самого принципа их устройства: для изготовления информационного слоя используются вещества, которые под действием нагревания могут менять состояние с кристаллического на аморфное и обратно. Простейшими примерами таких веществ в быту служат мед или густое варенье - в начальном, аморфном, состоянии они прозрачны, а с течением времени в сиропе начинают расти кристаллы, отчего продукт "засахаривается". Мед или варенье можно вернуть в аморфное состояние нагреванием, прокипятив баночку с продуктом на водяной бане. Точно так же "работают" и вещества, используемые в информационном слое CD-RW, только с прозрачностью у них обстоит дело наоборот: в кристаллическом (исходном) состоянии они прозрачны, а под действием интенсивного теплового излучения лазера с последующим быстрым охлаждением мутнеют, переходя в аморфную фазу. При этом для них оказывается необходимой специальная операция стирания, когда пит нагревается (но не так сильно, как при записи), и медленно охлаждается, отчего вещество успевает закристаллизоваться.