Os discos compactos óticos tornaram-se disponíveis ao público em 1982, mas o protótipo surgiu ainda antes — em 1979. Inicialmente, os CDs foram desenvolvidos como uma alternativa aos discos de vinil, oferecendo um meio mais de qualidade e confiável. Acredita-se que os discos a laser sejam o resultado do trabalho conjunto de equipes de duas corporações tecnológicas — a japonesa Sony e a holandesa Philips.
A tecnologia básica dos “lasers frios”, que tornou possível o surgimento dos discos a laser, foi desenvolvida por cientistas soviéticos. e . Por sua invenção, eles foram agraciados com o Prêmio Nobel. Posteriormente, a tecnologia evoluiu, e na década de 70, a Philips desenvolveu um método de gravação de discos compactos, que deu início ao CD. Primeiro, os engenheiros da empresa criaram o ALP (audio long play) como uma alternativa aos discos de vinil.
O diâmetro dos discos ALP era de aproximadamente 30 centímetros. Um pouco mais tarde, os engenheiros reduziram o diâmetro dos discos, e o tempo de reprodução diminuiu para 1 hora. Os discos a laser e o dispositivo de reprodução para eles foram pela Philips em 1979. Após isso, a empresa começou a buscar um parceiro para continuar o trabalho no projeto — a tecnologia era vista pelos desenvolvedores como internacional, e desenvolvê-la até o nível necessário e popularizá-la por conta própria era difícil.
O início de tudo
A direção decidiu tentar estabelecer contatos com empresas de tecnologia do Japão, que na época estava na vanguarda das tecnologias hi-end. Para isso, delegados da Philips viajaram para o país, onde conseguiram se encontrar com o presidente da Sony, que se interessou pela tecnologia.
Quase imediatamente foi a equipe de engenheiros da Philips-Sony, que desenvolveram as primeiras especificações da tecnologia. O vice-presidente da Sony insistiu em aumentar o armazenamento do disco, desejando que o compacto pudesse comportar a nona sinfonia de Beethoven, o que levou à ampliação da capacidade de 1 hora para 74 minutos (há quem diga que isso é apenas uma história de marketing atrativa). A quantidade de dados que cabem em tal disco é de 640 MB. Os engenheiros também definiram os parâmetros de qualidade de som. Por exemplo, a taxa de amostragem dos sinais estéreo foi regulamentada em 44,1 kHz (para um canal, 22,05 kHz) com uma profundidade de bits de 16. Assim surgiu o padrão Red Book.
O nome da nova tecnologia não surgiu do nada — foi escolhido entre várias opções, incluindo Minirack, Mini Disc e Compact Rack. No final, os desenvolvedores combinaram dois nomes, criando o híbrido Compact Disc. Essa nomeação foi em parte escolhida devido à crescente popularidade das fitas cassete (tecnologia ).
A Philips e a Sony também desempenharam um papel fundamental no desenvolvimento da especificação dos primeiros discos compactos digitais, conhecida como Yellow Book ou CD-ROM. A nova especificação permitiu armazenar não apenas áudio, mas também dados textuais e gráficos. O tipo de disco era identificado automaticamente ao ler o cabeçalho. O problema era que o compact disc correspondente ao padrão Yellow Book só funcionava com determinados tipos de unidades, que não eram universais.
Em 17 de agosto de 1982, na fábrica da Philips na cidade alemã de Langenhagen, foi lançado o primeiro CD. Nele foi gravado o álbum do grupo ABBA. Vale mencionar que o revestimento de laca dos primeiros discos não era de boa qualidade, fazendo com que os compradores frequentemente os danificassem. Com o tempo, a qualidade dos discos melhorou. Nos primeiros anos, eles eram usados exclusivamente em equipamentos hi-fi, substituindo os discos de vinil e as fitas.
A partir do ano 2000, começaram a aparecer no mercado discos de 700 MB, que possibilitavam gravar áudio com uma duração total de até 80 minutos. Eles substituíram completamente os discos de 650 MB. Existem também mídias de 800 MB, mas estas não eram compatíveis com todas as unidades, portanto, esses discos não se tornaram populares. O aumento da capacidade de armazenamento foi possível graças à redução da distância entre as trilhas. Por exemplo, em discos de 650 MB, a distância entre as trilhas é de 1,7 µm, enquanto nos discos de 800 MB esse valor foi reduzido para 1,5 µm. Além disso, a velocidade dos primeiros é de 1,41 m/s, enquanto a dos segundos é de 1,39 m/s.
Como funciona
O disco é composto por várias camadas. A base é feita de policarbonato, com espessura de 1,2 mm e diâmetro de 120 mm. Sobre a base é colocada mais uma camada — de metal (que pode ser ouro, prata ou, mais frequentemente, alumínio). Em seguida, a camada metálica é protegida por um verniz, sobre o qual é aplicada a gráfica. A base protege de forma confiável a camada metálica, de modo que arranhões muito profundos interferem na leitura. O diâmetro do furo no disco é de 15 mm.
O formato de armazenamento de dados para discos — (mencionado acima). Erros de leitura são corrigidos por meio do código de Reed-Solomon, de modo que arranhões leves não prejudicam a legibilidade do disco.
Os dados são gravados no disco na forma de uma trilha em espiral de pequenos buracos (pits), que são pressionados na base de policarbonato. A profundidade de cada pit é de aproximadamente 100 nm, e a largura é de 500 nm. O comprimento do pit varia de 850 nm a 3,5 µm. Os pits dispersam ou absorvem a luz, enquanto a base reflete. Assim, o disco gravado é um excelente exemplo de uma grade difrativa reflexiva.
O disco é lido por meio de um feixe laser com comprimento de onda de 780 nm, emitido por um laser semicondutor. O princípio de leitura envolve registrar a mudança na intensidade da luz refletida. Assim, o feixe laser se concentra na camada de informação, e o diâmetro do ponto de luz, nesse caso, é de 1,2 µm. O sinal máximo é registrado entre os pits. Ao atingir um pit, registra-se uma intensidade menor da luz. As mudanças na intensidade são convertidas em um sinal elétrico, que é utilizado pelo equipamento.
Como um disco é criado
- A primeira etapa consiste na preparação dos dados para a produção em série;
- A fotolitografia é a segunda etapa, um processo de criação de um molde de disco. Primeiro, um disco de vidro é criado, ao qual uma camada de material fotossensível é aplicada, e a informação é gravada nele. O material altera as propriedades físico-químicas sob a ação da luz;
- A gravação de dados é realizada com o uso de um feixe de laser. Com o aumento da potência do laser (quando é necessário criar um pit), as ligações químicas das moléculas do material fotossensível são destruídas e ele se solidifica;
- O fotossensível é corroído (de várias maneiras, desde plasma até ácido), e as áreas não atingidas pelo laser são removidas da matriz;
- O disco é colocado em uma banheira galvânica, onde uma camada de níquel é depositada em sua superfície;
- Os discos são estampados por moldagem a pressão, utilizando o disco de vidro original como fonte;
- Em seguida, um metal é pulverizado na camada informativa;
- Um verniz protetor é aplicado na parte externa, sobre o qual uma imagem gráfica é então impressa.
E quanto ao CD-RW?
O CD-RW é um tipo de disco compacto que surgiu em 1997. Inicialmente, o padrão era chamado de (CD-E, disco compacto regravável).
Foi um verdadeiro avanço no registro e armazenamento de informações. Pois obter um meio de armazenamento barato e de grande capacidade era o sonho de milhares de engenheiros e usuários. O CD-RW é semelhante em estrutura e princípio de funcionamento a um CD comum, mas sua camada gravadora é diferente — é uma liga especializada de calcogenetos. O mais comumente utilizado é a liga de prata, índio, antimônio e telúrio. Quando aquecida acima da temperatura de fusão, essa liga passa do estado cristalino para o amorfo.
A transição de fase, neste caso, é reversível, o que é a base do processo de gravação. A espessura da camada ativa do disco é de apenas 0,1 micrômetro, tornando fácil para o laser afetar a substância. O processo de gravação ocorre sob a ação do feixe de laser, e a camada ativa nesse caso passa para o estado fundido (as áreas que foram afetadas pelo laser). Em seguida, o calor difunde-se para o substrato, e o estado fundido torna-se amorfo. As características dos segmentos amorfos, como permissividade dielétrica, coeficiente de reflexão e, portanto, a intensidade da luz refletida, mudam. Isso contém a informação gravada no disco. A leitura é feita com um laser de menor potência, que não pode afetar a camada ativa. Durante a gravação, a camada ativa é aquecida a 200 graus Celsius, o que permite que ela retorne a um estado cristalino.
O uso repetido de CD-RW leva à fadiga mecânica da camada de trabalho. Portanto, os engenheiros que desenvolveram a tecnologia utilizaram substâncias com baixo coeficiente de acumulação de fadiga. Um CD-RW pode suportar cerca de mil ciclos de regravação.
DVD — ainda mais capacidade!
Os primeiros DVDs apareceram no Japão em 1996, como resposta à demanda de usuários e empresas que precisavam de mídias cada vez mais capilares. Inicialmente, discos de alta capacidade foram desenvolvidos por várias empresas. Surgiram duas direções independentes de desenvolvimento: Multimedia Compact Disc (Philips e Sony) e Super Disc (8 grandes corporações, incluindo Toshiba e Time Warner). Um pouco mais tarde, ambas as direções se fundiram sob a influência da corporação IBM. Ela convenceu os parceiros a não repetir os eventos da 'guerra de formatos', quando houve uma luta por prioridade entre os padrões de videocassete 'Video Home System' e 'Betamax'.
A tecnologia foi anunciada em setembro de 1995, e no mesmo ano os desenvolvedores publicaram as especificações. O primeiro drive de DVD gravável foi lançado em 1997.
Foi possível aumentar a capacidade de gravação mantendo as mesmas dimensões utilizando um laser vermelho com comprimento de onda de 650 nm. A distância das trilhas é, portanto, duas vezes menor que a do CD, medindo 0,74 micrômetro.
Blu-Ray — o meio óptico mais moderno
Mais uma variedade de mídias ópticas com uma densidade de gravação de dados muito maior do que CDs ou DVDs. O padrão foi desenvolvido pelo consórcio internacional BDA. O primeiro protótipo surgiu em outubro de 2000.
A tecnologia prevê o uso de um laser de onda curta (comprimento de onda de 405 nm), de onde vem o nome. A letra 'e' foi removida, pois a expressão blue ray é de uso comum em inglês e não pode ser patentada. O uso de um laser azul (azul-violeta) permitiu estreitar a trilha para 0,32 μm, aumentando assim a densidade de gravação de dados. A velocidade de leitura do suporte foi aumentada para 432 Mbit/s.
UDF — formato universal de disco
UDF é uma especificação do formato de sistema de arquivos que não depende de um sistema operacional. Foi desenvolvido para armazenar arquivos em mídias ópticas — tanto em CDs, quanto em DVDs e Blu-Ray. O UDF não tem limites de 2 e 4 GB para arquivos graváveis, tornando este formato ideal para discos de alta capacidade — DVD e Blu-Ray.
Discos ópticos e internet
As empresas de tecnologia continuam aprimorando os discos ópticos. Por exemplo, a Sony e a Panasonic conseguiram, em 2016, aumentar a capacidade das mídias ópticas para 3,3 TB. Além disso, a durabilidade dos discos, segundo representantes da Sony, pode chegar a 100 anos.
No entanto, todos os tipos de discos ópticos estão gradualmente perdendo popularidade — com o desenvolvimento da internet, a necessidade dos usuários de armazenar dados em discos diminui. As informações podem ser armazenadas na nuvem, o que é muito mais conveniente (quão seguro isso é — é outra questão). CDs já não são tão populares como há alguns anos, mas o esquecimento total (como no caso das fitas cassete) provavelmente não os espera — eles continuarão a ser usados para criar arquivos de informações importantes para os negócios.
Se discos ópticos de um terabyte forem produzidos em série, seu uso será limitado — talvez sejam usados para distribuir filmes em 4K e jogos modernos com uma variedade de bônus. Mas serão mais utilizados para a criação de backups. E se a Sony estiver dizendo a verdade sobre a durabilidade de cento anos dos dados gravados, as empresas usarão a nova tecnologia de forma muito ativa.
Fonte: habr.com
