Usuari:Mcapdevila/Gravadora de disc òptic

A l'entorn de la informàtica, una unitat gravadora de disc òptic és una unitat de disc que utilitza un raig làser o ones electromagnètiques pròximes a l'espectre lumínic com a part del procés de lectura o escriptura de dades de discs òptics. Al principi, algunes unitats només podien llegir discs, però les unitats més recents usualment són tant lectores com gravadores. Per referir-se a les unitats amb les dues capacitats se sol usar el terme lectogravadora. Els discs compactes (CD), DVD i Blu-ray són els tipus de mitjans òptics més comuns que poden ser llegits i gravats per aquestes unitats.

Les unitats de discs òptics són una part integrant dels aparells de consum autònoms com els reproductors de CD, reproductors de DVD i gravadores de DVD. També són usats molt comunament en els ordinadors per llegir programari i mitjans de consum distribuïts en format de disc, i per gravar discos per a l'intercanvi de dades. Les unitats de discs òptics (al costat de les memòries flash) han desplaçat a la disquetera i a les unitats de cintes magnètiques degut al baix cost dels mitjans òptics i la gairebé ubiqüitat de les unitats de discs òptics en els ordinadors i en maquinari d'entreteniment de consum.

L'enregistrament de discos en general és restringida a la distribució i còpia de seguretat a petita escala, sent més lenta i més cara en termes materials per unitat que el procés d'emmotllament usat per fabricar discos planxats en massa.

Làser i òptica

La part més important d'una unitat de disc òptic és el camí òptic, situat en un pickup head (Puh) ^[1], que consisteix habitualment en un làser semiconductor, una lent que guia el feix del làser, i fotodíodes que detecten la llum reflectida en la superfície del disc. ^[2]

Al principi s'usaven els làsers de CD amb una longitud d'ona de 780 nm, estant en el rang infraroig. Per els DVD, la longitud d'ona va ser reduïda a 650 nm (color vermell), i la longitud d'ona per el Blu-ray va ser reduïda a 405 nm (color violeta).

S'usen dos servomecanismes principals, el primer per mantenir una distància correcta entre la lent i el disc, i per assegurar que el feix de làser és enfocat en un punt de làser petit en el disc. El segon servo mou un capçal al llarg del radi del disc, mantenint el feix sobre una estria, un camí de dades en espiral continu.

En els mitjans de només lectura (ROM, Read Only Memory), durant el procés de fabricació l'estria, feta de solcs (pits), és pressionada sobre una superfície plana, anomenada àrea ("land"). Com que la profunditat dels solcs és aproximandament la quarta o sisena part de la longitud d'ona del làser, la fase del feix reflectit canvia en relació al feix entrant de lectura, causant una interferència destructiva mútua i reduint la intensitat del feix reflectit. Això és detectat per fotodíodes que emeten senyals elèctrics.

Una gravadora codifica (grava, crema) dades en un disc CD-R, DVD-R, DVD+R, o BD-R enregistrable (anomenat verge o en blanc), escalfant selectivament parts d'una capa de tint orgànic amb un làser. Això canvia la reflexivitat del tint, creant així marques que poden ser llegides com els solcs i àrees en discos planxats. Per als discs gravables, el procés és permanent i els mitjans poden ser escrits una sola vegada. Tot i que el làser lector habitualment no és més fort que 5 mW, el làser gravador és considerablement més poderós. A major velocitat de gravació, menor és el temps que el làser ha d'escalfar un punt en el medi, llavors el seu poder ha d'augmentar proporcionalment. Els làsers de les gravadores de DVD sovint arriben pics de prop de 100 MW en ones contínues, i 225 MW d'impulsos.

Per mitjans regravables com CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, o BD-RE, el làser és usat per a fondre un aliatge de metall cristal·lí a la capa d'enregistrament del disc. Depenent de la quantitat d'energia aplicada, la substància pot tornar a adoptar la seva forma cristal·lina original o quedar en una forma amorfa, permetent que siguin creades marques de reflexivitat variant.

Els mitjans de doble cara poden ser usats, però no són de fàcil accés amb una unitat estàndard, ja que han de ser voltejats físicament per accedir a les dades en l'altra cara.

Els mitjans de doble capa (DL, Double Layer) tenen dues capes de dades independents separades per una capa semireflexiva. Ambdues capes són accessibles pel mateix costat, però necessiten que l'òptica canviï el focus del làser. Els mitjans gravables tradicionals d'una capa (SL, Single Layer) són produïts amb una estria en espiral modelada en la capa protectora de policarbonat (no a la capa d'enregistrament de dades), per dirigir i sincronitzar la velocitat del capçal gravador. Els mitjans gravables de doble capa té: una primera capa de policarbonat amb una estria (superficial), una primera capa de dades, una capa semireflexiva, una segona capa de policarbonat (d'espaiat) amb una altra estria (profunda), i una segona capa de dades. La primera estria en espiral habitualment comença sobre la vora interior i s'estén cap a fora, mentre que la segona estria comença en la vora exterior i s'estén cap a dins.

Algunes unitats estan suportades per la tecnologia d'impressió fototèrmica LightScribe de Hewlett-Packard que permet etiquetar discos recoberts especialment.

Mecanisme de rotació

El mecanisme de rotació de les unitats òptiques difereix significativament del dels discs durs, en que el segon manté una velocitat angular constant (VAC), en altres palabas un nombre constant de revolucions per minut (RPM). Amb la VAC, usualment a la zona exterior del disc s'aconsegueix un millor rendiment en comparació amb la zona interior.

D'altra banda, les unitats òptiques van ser desenvolupades amb la idea d'arribar a un throughput constant, inicialment en les unitats de CD igual a 150 KiB/s. Era una característica important per a fer streaming de dades d'àudio, que sempre tendeix a necessitar una taxa de bits ( bit rate ) constant. Però per assegurar que no es malgasta la capacitat del disc, un capçal també hauria de transferir dades a una taxa lineal màxima tot el temps, sense aturar-se en la vora exterior del disc. Això ha conduït a que les unitats òptiques (fins fa poc) operessin a una velocitat lineal constant (VLC). La estria en espiral al disc passava sota el capçal a una velocitat constant. Per descomptat la implicació de la VLC, en contraposició a la VAC, fa que la velocitat angular del disc ja no sigui constant, per tant el motor rotatori ha de ser dissenyat per variar la velocitat entre 200 RPM en la vora exterior i 500 RPM a la vora interior.

Les unitats de CD més recents mantenien el paradigma VLC, però van evolucionar per aconseguir velocitats de rotació grans, popularment descrites en múltiples d'una velocitat base (150 KiB/s). Com a resultat, una unitat de 4X, per exemple, rotaría a 8-200 RPM, transferint dades a 600 KiB/s contínuament, el que és igual a 4 x 150 KiB/s.

La velocitat de base del DVD, o "velocitat 1x", és de 1,385 MB/s, igual a 1,32 MiB/s, aproximadament 9 vegades més ràpid que la velocitat base del CD. La velocitat base d'una unitat de Blu-ray és de 6,74 MB/s, igual a 6,43 MiB/s.

Existeixen límits mecànics que fa a quan ràpid pot girar un disc. Després d'una certa de rotació, prop de 10.000 RPM, l'estrès centrífug pot causar que el plàstic del disc senyal es deformi i possiblement es destrueixi. A la vora exterior d'un CD, 10.000 RPM equivalen aproximadament a una velocitat de 52x, però a la vora interior només a 20x. Algunes unitats disminueixen encara més la seva velocitat de lectura màxima a prop de 40x argumentant que els discs verges no tindran perill de danys estructurals, però els discos inserits per llegir poden tenir-lo. Sense les velocitats de rotació més altes, un major rendiment de lectura es pot aconseguir llegint simultàniament més d'un punt en una estria de dades,^[3] però les unitats amb aquests mecanismes són més cares, menys compatibles i molt rares.

Com que mantenir una taxa de transferència constant per al disc sencer no és molt important en la majoria dels usos contemporanis dels CD, per mantenir la velocitat de rotació del disc a una quantitat baixa segura al mateix temps que es maximitza la taxa de dades, l'enfocament VLC pur va haver de ser abandonat. Algunes unitats treballen amb un esquema VLC parcial (VLCP), canviant de VLC a VAC només quan s'arriba a un límit de rotació. Però canviar a VAC requereix canvis significatius en el disseny del maquinari, per això en canvi la majoria de les unitats fan servir l'esquema de velocitat lineal constant per zones (VLC-Z). Aquest esquema divideix el disc en diverses zones, cadascuna amb la seva pròpia velocitat lineal constant diferent. Una gravadora VLC-Z amb una taxa de 52x, per exemple, gravaria a 20x a la zona més interna i després incrementaria la velocitat de manera progressiva en diversos passos discrets fins a arribar a 52x en la vora exterior.

Mecanismes de càrrega

Les unitats òptiques actuals utilitzen o un mecanisme de càrrega de safata, on el disc és carregat en una safata motoritzada o operada manualment, o un mecanisme de càrrega de SoCal, on el disc es llisca en un SoCal i és retret cap a dins per corrons motoritzats. Les unitats de càrrega de SoCal tenen el desavantatge de no ser compatibles amb els discos més petits de 80 mm o qualsevol mida no estàndard, però, la videoconsola Wii sembla haver derrotat aquest problema, ja que és capaç de carregar DVD de mida estàndard i discos de GameCube de 80 mm a la mateixa unitat amb càrrega de SoCal.

Un menor nombre de models d'unitats, la majoria unitats portables compactes (com un discman), tenen un mecanisme de càrrega superior (per dalt) en el qual la tapa de la unitat s'obre cap amunt i el disc és col locat directament sobre el rotor.^[4]

Algunes de les primeres unitats de CD-ROM usaven un mecanisme en el qual els CD havien de ser inserits en cartutxos o caixes especials, similars en aparença a un disquet de 3.5". Això es feia per protegir el disc de danys accidentals causats per introduir-los en caixes de plàstic més dures, però no va guanyar acceptació a causa del cost addicional i els problemes de compatibilitat, com que les unitats necessitarien inconvenient que els discos fossin inserits en un cartutx abans d'usar-se.

Interfícies d'ordinador

La majoria de les unitats internes per ordinadors personals, servidors i estacions de treball són dissenyades per encaixar en una badia de 5,25" i connectar-se mitjançant una interfície ATA o SATA. Les unitats externes usualment es connecten mitjançant interfícies USB o FireWire.

Existeixen unitats amb interfície SCSI, però són menys comuns i tendeixen a ser més cares, a causa del cost dels seus xipsets d'interfície i els seus connectors SCSI més complexos.

Quan la unitat de disc òptic va ser desenvolupada per primera vegada, no era fàcil d'afegir a les computadores. Algunes computadors com la IBM PS/2 estaven estandarditzades per als disquets de 3.5 "i els discs durs de 3.5", i no incloïen un lloc per a un dispositiu intern més gran. A més les PC d'IBM i els seus clons al començament només incloïen una sola interfície ATA, que per al moment en què el s'introduïa CD, ja estava sent en ús per suportar dos discs durs. Les primeres portàtils no tenien incorporada una interfase d'alta velocitat per a suportar un dispositiu d'emmagatzematge extern.

Això va ser resolt mitjançant diverses tècniques:

Les primeres targetes de so podien incloure una segona interfase ATA, tot i que sovint es limitava a suportar una sola unitat òptica i cap disc dur. Això va evolucionar en la segona interfície ATA moderna inclòs com a equipament estàndard.
Es va desenvolupar una unitat externa de port paral·lel que es connectava entre la impressora i l'ordinador. Això era lent però una opció per a les portàtils.
També es va desenvolupar una interfase d'unitat òptica PCMCIA per a portàtils.
Es podia instal·lar una targeta SCSI en les PC d'escriptori per incorporar una unitat SCSI externa, encara que SCSI era molt més car que les altres opcions.

Compatibilitat

No totes les gravadores graven tots els suports òptics ni tots els lectors els llegeixen tots. La majoria de les unitats òptiques són retrocompatibles amb els seus models anteriors de lectors de DVD i de CD, tot i que això no és exigit pels estàndards. En canvi hi ha pocs models que llegeixin el format DVD-RAM, a part de que cal un driver en la majoria de sistemes operatius.

Comparat amb una capa de 1.2 mm de policarbonat d'un CD, el feix de làser d'un DVD només ha de penetrar 0,6 mm per arribar a la superfície de gravació. Això permet a la unitat de DVD enfocar el feix en un punt més petit per a llegir solcs ("pits") petits. Els lents de DVD "Multiread" suporten un enfocament diferent per a CD o DVD amb dos làser de diferents longitud d'ona.

A sota es mostra una taula amb els diferents discs òptics i el que pot fer cada maquinari, tant de gravació com de lectura, amb els diferents suports. En aquesta taula es pot observar que per terme general, el maquinari per CD només es pot usar amb als CD, el de DVD es pot usar amb CD i DVD i no amb els BD i el de BD es pot utilitzar amb tots els suports.

	CD premsat	CD-R	CD-RW	DVD premsat	DVD-R	DVD+R	DVD-RW	DVD+RW	DVD+R DL	BD premsat	BD-R	BD-RE
Reproductor CD-Audio	Lectura	Lectura^[1]	Lectura^[2]	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap
Unitat de CD-ROM	Lectura	Lectura^[1]	Lectura^[2]	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap
Gravadora de CD-R	Lectura	Escriptura	Lectura	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap
Gravadora de CD-RW	Lectura	Escriptura	Escriptura	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap	Cap
Unitat de DVD-ROM	Lectura	Lectura^[3]	Lectura^[3]	Lectura	Lectura^[4]	Lectura^[4]	Lectura^[4]	Lectura^[4]	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD-R	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura	Lectura^[6]	Lectura^[7]	Lectura^[6]	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD-RW	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura	Lectura^[7]	Escriptura^[8]	Lectura^[6]	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD+R	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Lectura^[6]	Escriptura	Lectura^[6]	Lectura^[9]	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD+RW	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Lectura^[6]	Escriptura	Lectura^[6]	Escriptura	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD ± RW	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Lectura^[5]	Cap	Cap	Cap
Gravadora de DVD ± RW/DVD+R DL	Lectura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura^[10]	Escriptura	Escriptura^[10]	Escriptura	Escriptura	Cap	Cap	Cap
Unitat de BD-ROM	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura	Lectura
Gravadora de BD-R	Lectura^[11]	Escriptura^[11]	Escriptura^[11]	Lectura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura	Lectura
Gravadora de BD-RE	Lectura^[11]	Escriptura^[11]	Escriptura^[11]	Lectura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Escriptura	Lectura	Escriptura	Escriptura

1. ^ Alguns tipus de mitjans de CD-R amb tints menys reflexius poden causar problemes.
2. ^ Pot ser que no funcioni en unitats no compatibles amb Multiread.
3. ^ Pot no funcionar en algunes de les primeres unitats de DVD-ROM.
4. ^ A large-scale Un test de compatibilitat realitzat per cdrinfo.com al juliol de 2003 va denotar que els discos DVD-R eren reproduïbles per un 96,74%, els DVD+R per un 87,32%, els DVD-RW per un 87.68% i els DVD+RW per un 86,96% dels reproductors de DVD i unitats de DVD-ROM de consum.
5. ^ La compatibilitat de lectura amb les unitats de DVD existents pot variar molt amb la marca de mitjans de DVD+R DL usada.
6. ^ Cal informació sobre la compatibilitat de lectura.
7. ^ Pot no funcionar en unitats no compatibles amb DVD Multi.
8. ^ El firmware de la gravadora pot refusar-se a gravar en algunes marques de mitjans de DVD-RW.
9. ^ Cal informació sobre la compatibilitat de lectura.
10. ^ Cap abril de 2005, totes les gravadores de DVD+R DL en el mercat són compatibles amb Super Multi.
11. ^ Cap octubre de 2006, les unitats de BD recentment llançades són capaços de llegir i escriure mitjans de CD.

Rendiment de gravació

Les unitats òptiques d'enregistrament indiquen tres velocitats. La primera velocitat és per a les operacions d'enregistrament d'una sola vegada (R), la segona per a les operacions de regrabación (RW o RE), i l'última per a operacions de només lectura (ROM). Per exemple una unitat de CD de 12x/10x/32x és capaç de gravar discos CD-R a una velocitat de 12x (1,76 MB/s), gravar discos CD-RW a una velocitat de 10x (1,46 MB/s), i llegir tots els discs CD a una velocitat de 32x (4,69 MB/s).

A la fi dels anys 1990, el subdesbordament de memòria intermèdia ("buffer underruns") es va tornar un problema molt comú a mesura que les gravadores de CD d'alta velocitat començaven a fer la seva aparició en els ordinadors casolans i d'oficina, les quals (per una varietat de raons) no podien mantenir el flux de dades de la gravadora constantment alimentat. Llavors, la gravadora era obligada a aturar el procés d'enregistrament, deixant una pista truncada que usualment feia inútil tot el disc.

En resposta a això, els fabricants de gravadores de CD van començar a distribuir unitats amb "protecció contra subdesbordamient de memòria intermèdia" (sota diverses marques comercials, com "BURN-Proof" de Sanyo i "Lossless Link" de Yamaha ). Aquestes proteccions poden suspendre i resumir el procés de gravació de manera que la bretxa que la detenció produeix pugui ser correctament tractada per la lògica de correcció d'errors integrada en les unitats de CD-ROM i reproductors de CD. Les primeres unitats d'aquest tipus tenien velocitats de 12x i 16x.

Esquemes de gravació

La gravació de CD en ordinadors personals era originàriament una tasca orientada a batch en la qual es necessitava programari d'autoria especialitzat per crear una imatge de disc de les dades a gravar, i per gravar en un disc una sessió. Això era acceptable per a fins de fitxers, però limitava la conveniència general dels discs CD-R i CD-RW com a mitjans d'emmagatzematge extraïbles.

L'escriptura de paquets (packet writing) és un esquema en què la gravadora escriu incrementalment en els discos en petites ràfegues o paquets. L'escriptura de paquets seqüencial omple el disc amb paquets de baix a dalt. Per fer-ho llegible en unitats de CD-ROM i DVD-ROM, el disc ha de ser tancat en qualsevol moment escrivint un sumari al començament del disc, després de l'escriptura de la taula de continguts, ja no es podran afegir més paquets al disc. L'escriptura de paquets, juntament amb el suport del sistema operatiu i un sistema de fitxers com Universal Disk Format, pot ser usat per simular una escriptura d'accés aleatori com en mitjans tipus memòries flash i discs magnètics.

L'escriptura de paquets de mida fixa (en els mitjans CD-RW i DVD-RW) divideix el disc en paquets embuatats (més gran) de mida fixa. Aquest embuatament redueix la capacitat del disc, però li permet a la gravadora iniciar i aturar la gravació en un paquet individual sense afectar els seus veïns. Això s'assembla tant a l'accés d'escriptura de bloc ofert per mitjans magnètics que molts sistemes de fitxer funcionaran de la mateixa manera. No obstant això, com discs no són llegibles per la majoria de les unitats de CD-ROM i DVD-ROM o en la majoria dels sistemes operatius sense drivers addicionals.

El format de disc DVD+RW va més enllà mitjançant la introducció d'indicacions de temporització, més precises en les estries de dades del disc, permetent així que blocs de dades individuals siguin reemplaçats sense afectar la retrocompatibilitat (una característica anomenada "vinculació sense pèrdua" [lossless linking]). El format en si va ser dissenyat per a tractar enregistraments discontínuus pel fet que s'esperava que fos àmpliament usat en gravadors de vídeo digital (en anglès digital vídeo Recorders o DVR). Molts d'aquests gravadors utilitzen esquemes de compressió de vídeo de taxes variables que requereixen que l'enregistrament es realitzi en petites ràfegues, alguns permeten reproduir i gravar al mateix temps, gravant ràpidament de manera alternada a la cua del disc mentre es llegeix des d'un altre lloc.

Mount Rainier intenta fer que els discs CD-RW i DVD+RW escrits per paquets siguin tan convenients per usar com els mitjans magnètics extraïbles, fent que el firmware doni format a nous discos en segon pla i gestioni els defectes de mitjans, mapejant automàticament les parts del disc que han estat desgastades mitjançant cicles d'esborrat per reservar espai en una altra part del disc. Cap a febrer de 2007, Windows Vista ofereix suport natiu per a Mount Rainier. Totes les versions anteriors de Windows necessiten d'una solució aliena, com Mac OS X.

Identificador únic de gravadora

A causa de la pressió exercida per la indústria de la música, representada per la IFPI i la RIAA, Phiel·lips va desenvolupar el Recorder Identification Code o RID (en espanyol codi d'identificació de gravadora) per permetre que els mitjans siguin associats de manera singular amb la gravadora que els va escriure. Aquest estàndard està contingut en els Rainbow Books. El RID és l'oposat al Source Identification Code o SID (en espanyol "codi d'identificació de font"), un codi de proveïdor de vuit caràcters que és col locat a cada CD-ROM.

El RID consisteix d'un codi de proveïdor (per exemple "PHI" per a Phiel·lips), un número de model i l'identificador únic de la gravadora.