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Discos ópticos y sus unidades




Enviado por lvbosch




    Ingeniería en Sistemas – Sistemas de
    Computación

    ¿Qué son los discos ópticos,
    qué tipos existen, y cuáles son sus
    usos?

    ¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se
    graban los sectores de la
    espiral?
    * Ir a…

    ¿Cómo se lee un CD en una
    unidad lectora de CD-ROM, sea
    simple, 2x, 4x,… 12x …?
    * Ir a…

    ¿Cómo son y se escriben los CD para
    grabación por un usuario designados CD-R?
    * Ir a…

    ¿Cómo se direcciona y localiza un
    sector de la espiral en un CD-ROM o en un
    CD-R
    ?
    * Ir
    a…

    ¿Qué es la codificación EFM
    usada en los CD-ROM?
    * Ir
    a…

    ¿Cómo son en detalle los sectores de un
    CD y el
    código CIRC?
    * Ir
    a…

    ¿Qué es el formato lógico
    HSG/ISO 9660 para
    organización interna de un CD-ROM usado
    en sistemas
    operativos para almacenar archivos?
    * Ir a…

    ¿En qué consisten las técnicas
    magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase
    usadas en discos ópticos
    borrables?
    * Ir
    a…

    ¿Qué son los discos y unidades
    PD?
    * Ir
    a…

    ¿Qué son los DVD-ROM,
    leídos con láser
    azul?
    * Ir a…

    ¿Qué son los DVD-RAM? * Ir a…

    ¿Qué son
    los discos ópticos, qué tipos existen, y
    cuáles son sus usos?

    Los discos ópticos presentan una capa
    interna
    protegida, donde se guardan los bits mediante
    distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos
    bits se leen merced a un rayo láser incidente
    (figuras 2.39 y 2.54). Este, al ser reflejado, permite detectar
    variaciones microscópicas de propiedades
    óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la
    grabación realizada en la escritura. Un
    sistema
    óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca
    como un punto en la capa del disco que almacena los datos.

    Las tecnologías de grabación (escritura) a
    desarrollar son:

    • por moldeado durante la fabricación, mediante
      un molde de níquel (CD-ROM y DVD
      ROM),
    • por la acción de un haz láser
      (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),
    • por la acción de un haz láser en
      conjunción con un campo magnético (discos
      magneto-ópticos – MO).

    Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los
    discos magnéticos:

    • Los discos ópticos, además de ser
      medios
      removibles con capacidad para almacenar masivamente
      datos en
      pequeños espacios -por lo menos diez veces más
      que un disco rígido de igual tamaño- son
      portables y seguros
      en la conservación de los
      datos (que
      también permanecen si se corta la energía
      eléctrica). El hecho de ser portables deviene del
      hecho de que son removibles de la unidad.
      Asimismo, tienen bajo costo por
      byte almacenado.
      Los CD-ROM se copian (producen)
      masivamente.
      La mayor capacidad de los discos ópticos frente a los
      magnéticos se debe al carácter puntual del haz
      láser incidente, y a la precisión del enfoque
      óptico del láser. Ello permite que en una pista
      los bits estén más juntos (mayor densidad
      lineal), y que las pistas estén más
      próximas (más t.p.i).
      Los CD son más seguros en la
      conservación de los datos, dado que
      la capa que los almacena es inmune a los campos
      magnéticos caseros, y está protegida de la
      corrosión ambiental, manoseo, etc., por
      constituir un "sandwich" entre dos capas transparentes de
      policarbonato.
      Por otra parte, la cabeza móvil -que porta la fuente
      láser y la óptica asociada- por estar separada a 1
      mm. de la superficie del disco, mmca puede tocarla. Por ello no
      produce en ella desgaste por rozamiento, ni existe riesgo de
      "aterrizaje", como en el disco rígido con cabezas
      flotantes. Tampoco el haz láser que incide sobre la
      información puede afectarla, dada su baja
      potencia.

    Son aplicaciones comunes de los discos ópticos:
    las bases de datos en
    CD ROM para
    bibliotecas de
    datos
    invariables (enciclopedias, distribución de software, manuales de
    software, demos,
    etc.), y para servidores de
    archivos en
    una red local,
    así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para
    copias de resguardo seguras, y las bibliotecas de
    imágenes.

    Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia
    de la información en un CD ROM
    común, dado que la superficie de aluminio que
    contiene la información se oxida muy lentamente en ese
    lapso, salvo que sea sometida a una protección
    anti-óxido especial, o sea de oro. En un CD-R este
    tiempo
    será mucho mayor, por presentar oro la fina capa
    metálica interior.

    En informática se usan los siguientes tipos de
    discos ópticos, tratados luego en
    detalle:

    1. Grabado masivamente por el fabricante, para ser
    sólo leídos:
    como lo son el CD ROM
    (Disco compacto de sólo lectura)
    y el DVD ROM (Digital Versatil Disc de sólo
    lectura). En
    éstos, a partir de un disco "master" grabado con
    luz
    láser, se realizan múltiples copias obtenidas por
    inyección de material (sin usar láser). Se
    obtienen así discos con una fina capa de aluminio
    reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-. Dicha
    capa guarda en una cara unos y ceros como surcos discontinuos
    (figura 2.33), que forman una sola pista en espiral. La espiral
    es leída con luz
    láser por la unidad de CD del usuario.

    2. Grabable una sola vez por el usuario: el
    CD-R (CD Recordable) antes llamado CD-WO (Write
    once) En la escritura,
    el haz láser sigue una pista en espiral pre-construida
    en una capa de pigrnento. Donde el haz incide, su calor
    decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura,
    esta capa deja pasar el haz láser hacia la capa
    reflectora dorada que está más arriba,
    reflejándose de forma distinta según que el haz
    haya atravesado un punto decolorado o no, detectándose
    así unos y ceros. Ambas capas están protegidas
    por dos capas transparentes. Una vez escrito, un CD-R puede
    leerse como un CD-ROM.

    3. Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación
    magneto-óptico (MO), la luz
    láser (figura 2.52) calienta puntos (que serán
    unos) de una capa -previamente magnetizada uniformemente- para
    que pierdan su magnetismo
    original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un
    campo magnético aplicado produce sólo en dichos
    puntos una magnetización contraria a la originaria (para
    así grabar unos).
    Estas diferencias puntuales de magnetización son
    detectadas en la lectura
    (figura 2.51) por la luz
    láser (con menos potencia),
    dado que provocan distinta polarización de la luz
    láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos
    re-escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy
    designados CD-RW (CD ReWritable), con escritura
    "por cambio de
    fase"
    (de cristalina a amorfa o viceversa) de los puntos de
    la capa del disco que guarda los datos. Se trata de una
    tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que
    requiere una sola pasada para escribir una porción o la
    pista en espiral completa. En la tecnología PD (Phase change/Dual)
    que también es por cambio de
    fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual"
    indica que la unidad también puede leer CD con pistas en
    espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).

    Si bien los CD-ROM son los CD más usados para
    almacenar programas y
    datos, las unidades lectoras de CD actuales también
    permiten leer información digital de otros tipos de CD
    basados en la misma tecnología, con
    vistas a aplicaciones en multimedia, como
    ser:

    CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que
    escuchamos en un reproductor de CD para audio. Podemos escuchar
    la música
    que contiene mientras trabajamos con una PC, o bien mezclarla en
    usos multimedia.

    CD-I son las iniciales de disco compacto
    interactivo. De tecnología semejante
    al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a
    un estándar multimedia
    propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define
    métodos
    para codificar y decodificar datos comprimidos, y para
    visualizarlos. Almacena 72 minutos de audio digital
    estéreo ó 19 horas de conversación de
    calidad en
    mono, ó 6000 a 1500 imágenes
    de video –
    según la calidad deseada-
    que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Requiere una
    plaqueta inteligente especial en el computador. Al
    usuario le es factible interactuar mientras el CD es reproducido
    -en una unidad lectora compatible- mediante el mouse, o un
    dispositivo para disparar sobre un punto infrarrojo emitido
    ("thumbstick").

    CD-ROM XA (de extended Architecture): es un
    estándar para sonido e imagen propuesto
    por Phillips, Sony y Microsoft,
    extensión de las estructuras de
    un CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de
    sonido en un
    CD-ROM por el sistema ADPCM,
    también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM XA sea
    un puente entre CD-ROM y CD-I.

    Photo CD: el estándar elaborado en 1990
    por Phillips y Eastman Kodak especifica el procedimiento
    para convertir fotografías de 35 mm en señales
    digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones.
    La grabación se realiza durante el revelado de la
    película. Así se guardan cientos de fotos color en un CD-R.
    Los Photo CD y Video CD son
    CD-ROM XA "Bridge Format", que pueden leerse en lectoras CD-I
    como en lectoras propias de computadoras.

    DVI es un tipo de CD ROM que
    integra video, televisión, gráficos con
    animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas
    adicionales. Merced a una técnica de compresión de
    datos, éstos ocupan 120 veces menos lugar, permitiendo ver
    una hora de video de 30
    imágenes por segundo. A esta velocidad,
    dado que una imagen de TV
    ocupa 600 KB, para ver un segundo se requieren 600 KB x 30 = 18
    MB. De no existir compresión, los 600 MB de un CD ROM
    sólo permiten unos 600/18 » 30 seg. de visión. Los
    reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias
    sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y
    CD-DA.

    ¿Cómo se
    fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la
    espiral?

    En un CD-ROM la espiral que codifica la información grabada es moldeada (en
    máquinas que fabrican en serie miles de CD iguales)
    en un molde de níquel, en el cual a temperatura se
    inyecta plástico.

    A dicha espiral así moldeada se le deposita una
    fina capa de aluminio, y es
    protegida por una capa transparente superior. Más en
    detalle, con el disco visto desde abajo, la superficie grabada
    (figura 2.33) presenta una sucesión de hoyos
    ("pits") separados por espacios planos ("lands"),
    que forman una pista en espiral.

    De este modo, un CD-ROM es grabado por el
    fabricante
    -en serie con otros iguales- pudiendo
    posteriormente ser sólo leído por el usuario
    en su unidad lectora de CD-ROM. En ésta (figura 2.37) un
    haz láser puntual sigue la pista en espiral metalizada que
    contiene la información, y al ser reflejado por dicha
    pista permite detectar la longitud de los "pits" y "lands" que
    codifican la información almacenada.

    Por presentar un CD-ROM más bytes para
    código detector de errores que un disco CD-DA, no es
    factible leerlo en una reproductora para CD de audio.

    La información digital (bits) en un CD-ROM -al
    igual que en un CD DA- se debe grabar en bloques
    (también llamados sectores) contiguos de una
    espiral (figura 2.34).

    Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración
    (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral
    constituida por 27000 sectores conteniendo cada uno 2048 bytes (2
    K) para datos. En total se pueden almacenar:

    2048 bytes x 270.000 = 552.960.000 bytes =
    552.960.000/1.048.576 MB = 527 MB.

    Antes de grabar el disco "master", punto de partida para
    fabricar miles de CD ROM, un
    programa
    fracciona cada archivo a grabar
    en sectores de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los
    campos de un sector (figuras 2.45 a 2.48):

    1. unos y ceros indicadores
      de comienzo de bloque, que sirven para sincronismo con la
      lectora de CD.
    2. una secuencia de bits que irá en la cabecera
      (header) de cada bloque para poder
      localizarlo.
    3. los códigos ECC de Reed y Salomon para
      detectar/corregir errores que van al final de cada
      bloque.

    Cada uno de los 270.000 bloques así conformados
    se va grabando en un disco "master" de vidrio,
    recubierto en una de sus caras por una película que
    atacará un haz láser, para formar en ella una
    espiral constituida por hoyos ("pits"). Para ello, se inserta el
    disco "master" de vidrio en un
    dispositivo de grabación, que presenta un cabezal que
    porta un haz láser de potencia, el cual
    se mueve en línea recta desde el centro al borde del
    disco. Este movimiento
    combinado con el de giro del disco, da como resultado que sobre
    la superficie del disco pueda formarse una espiral que crece
    desde el centro. Cada vez que el haz es activado, el calor que
    genera la punta microscópica del mismo (menor que una
    milésima de mm.) ataca la película que recubre el
    vidrio del
    "master" -en la cual está enfocado- generando en ella un
    hoyo que conformará la espiral.

    Más en detalle, una computadora
    envía al cabezal, uno por uno, los bits a grabar, y en
    correspondencia se enciende o apaga el haz láser. Si el
    haz se activa, quema un punto microscópico en la pista en
    espiral que se va generando (de ancho algo menor que el punto),
    creando en ella un hoyo. De esta forma dicha pista se va
    conformando por hoyos ("pits"), separados por espacios no
    atacados por el haz, los "lands" (figura 2.33).

    En un tipo de grabación corriente, un "land"
    representa un uno, y el "pit" que le sigue representa uno o
    más ceros, según sea la longitud de dicho "pit" (y
    el tiempo
    involucrado).

    La espiral presenta unas 16.000 vueltas por pulgada
    radial (t.p.i). En el espesor de un cabello entran 50 vueltas. En
    total tiene 22.190 vueltas.

    Cada archivo queda
    grabado en sectores sucesivos (que forman lo que suele
    denominarse un "track", aunque la pista en espiral es una sola).
    A continuación de un archivo sigue
    otro en la espiral, como en una cinta
    magnética.

    Luego de grabar el disco "maestro" se fabrican
    réplicas metálicas (resistentes a la
    manipulación) de su superficie, por duplicación
    electrolítica, resultando otros discos de metal,
    "negativos" y "positivos" del "maestro" original. Este
    servirá de molde para fabricar en serie los CD de
    plástico. Para fabricar cada CD, por inyección de
    plástico (policarbonato que se derrite en el molde de
    níquel citado), se moldean la espiral -réplica de
    la existente en el "master"- junto con la capa inferior que le
    sirve de protección, constituyendo una sola pieza
    transparente. (figura 2.35 a). Por ser el molde un
    "positivo" del master, la espiral moldeada será un
    "negativo", o sea los "pits" como "mesetas montañosas" en
    su superficie superior. Esta superficie "montañosa" en
    espiral, debe ser metalizada (figura 2.35 b) con una fina capa
    reflectante de aluminio (u
    oro); y en otro paso deberá ser cubierta por una capa
    protectora de resina acrílica, sobre la cual se
    imprimirá la etiqueta, que conforma el "el techo" plano
    del CD. Visto el CD de–,de abajo presenta una superficie plana,
    sobre la cual está la espiral "montañosa"
    recubierto por la capa de metal, y sobre ésta la capa
    protectora transparente donde va la etiqueta.

    La figura 2.35 c es una ampliación de la 2.35 b,
    con un corte en "mesetas". Sirve para mostrar que en una
    lectura, el haz láser -que llega al CD por su cara
    inferior y atraviesa su capa transparente protectora inferior- si
    pasa por una "meseta" es reflejado por la capa de aluminio que
    la recubre, siendo así la meseta sensada desde abajo por
    el haz como un hoyo ("pit"). Los hoyos vistos desde la cara
    inferior del CD son como se indica en la figura 2.33.

    La pista en espiral de un CD presenta el mismo
    número de bits por centímetro en todos sus
    tramos
    (densidad lineal
    constante), para aprovechar mejor el medio de almacenamiento.
    Un disquete gira a velocidad
    angular constante (CAV: constant angular velocity), como
    ser, cada vuelta siempre en 1/5 seg. Si tiene 18 sectores por
    pista, en cada vuelta leerá 18 sectores en 1/5 seg,
    cualquiera sea la pista. De esta forma, con CAV, se logra
    fácil que la cantidad de bits que se leen por segundo
    (velocidad de
    transferencia interna) sea la misma, sin importar qué
    pista sea.

    Análogamente en un CD-ROM, por tener su pista en
    espiral igual densidad en
    cualquier tramo, a medida que ella es leída desde el
    centro al borde, -y por ende también cuando es grabada-
    la velocidad de
    giro debe disminuir
    continuamente, para que la
    cantidad de bits leídos por segundo sea constante
    en cualquier tramo. Dado que la espiral tiene igual cantidad de
    bits por cm en cualquier tramo, una vuelta interna
    guardará menos bits que otra más externa, por tener
    menor longitud. Si la espiral se leyera a velocidad de
    giro constante, durante una revolución
    del disco, una vuelta más interna de la espiral
    proporcionaría menos bits que otra más externa. De
    ser así, la lectura de
    una vuelta más interna de la espiral al ser leída
    proveería menos bits por segundo que otra más
    externa.

    Para tener igual densidad en
    cualquier tramo de la espiral, en la grabación del
    "master", el punto luminoso del haz láser emitido por la
    cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el
    centro al borde del plato, incidiendo siempre perpendicular al
    disco
    ) genera la espiral a velocidad lineal constante
    (constant linear velocity-CLV, en cm/seg), para que sea
    constante la cantidad de bits grabados (y por ende leídos
    y transferidos) por segundo. Para que esto ocurra, el disco en
    el centro gira a una cierta velocidad angular
    (vueltas por
    segundo), que debe disminuirr permanentemente a
    medida que la cabeza se aleja rectilineamente hacia el borde del
    disco.

    Resulta así, que la velocidad de rotación
    variable de un CD no se debe a su pista en espiral. Del mismo
    modo (figura 2.3), en un disquete, un sector más interno
    ocupa menos longitud de pista (mayor densidad de bits
    por cm) que otro más externo (menor densidad).

    Sintetizando: por girar un CD a velocidad angular
    variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben
    (y leen) la misma cantidad de bits por segundo y por
    centímetro, cualquiera sea el sector del mismo Los
    sectores grabados, por contener igual cantidad de bytes,
    presentarán igual longitud en centímetros,
    dado que la cantidad de bits por centímetro es igual en
    cualquier porción de la espiral. El número de
    sectores escritos en cada vuelta de la espiral es un
    número variable, y en general no entero.

    ¿Cómo se lee un CD en
    una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,… 12x
    …?

    El hardware de una unidad
    lectora de CD (CD drive o CD player) comprende,
    básicamente:

    • Mecanismos y motor de
      bandeja para insertar y retirar el CD.
    • Electrónica de este periférico (IDE o
      SCSI), basada en un microcontrolador, con programas en
      EPROM para gobernar la mecánica y la electrónica de la unidad, y para detectar
      y corregir errores de lectura.
    • Motor de giro del disco.
    • Motor para movimiento
      (radial), hacía delante o atrás, de la base que
      soporta el cabezal de lectura.
    • Diodo láser y óptica auxiliar.
    • Optica móvil de enfoque (con motor).
    • Subsistema de óptica móvil para seguimiento de
      la pista.
    • Diodos foto-sensores de las
      señales ópticas reflejadas en el CD, y óptica auxiliar.

    En un tipo de mecanismo corriente, al apretar un
    botón la bandeja de inserción ("caddy") sale hacia
    fuera, y el CD es puesto en ella (figura 2.36). Al pulsar
    nuevamente dicho botón, la bandeja vuelve hacia
    adentro.

    En un determinado momento de su trayecto empuja
    también hacia adentro a dos "mandíbulas" que se
    cierran paulatinamente (como una dentadura), hasta que el agujero
    central del disco queda prisionero (a través del hueco la
    bandeja) entre dos piezas circulares giratorias imantadas,
    vinculadas a esas mandíbulas. Así el disco queda
    centrado, y levantado respecto de la bandeja, a fin de no rozarla
    al girar.

    Más en detalle, al final del recorrido de la
    bandeja -cuando se cierran por completo las mandíbulas- la
    pieza circular ligada a la mandíbula superior atrae
    magnéticamente al cuerpo de la pieza circular de la
    mandíbula inferior, vinculada al eje de un motor de giro,
    para asegurar que el borde interno del disco quede aprisionado
    entre dichas piezas, a fin de que pueda girar correctamente y
    esté centrado, como se planteó.

    La mandíbula inferior presenta una base que
    contiene el motor de giro, el
    cabezal con el láser, y un sistema con dos
    guías (figura 2.37) para desplazar hacia atrás o
    adelante (mediante otro motor) el cabezal
    respecto a esta base, en dirección radial al disco. Además
    existe un bus flexible, para
    conectarla a la electrónica IDE.

    Para que en todos los puntos grabados en espiral en el
    CD pueda incidir el haz láser generado por el cabezal, a
    medida que éste avanza radialmente hacia el borde del CD,
    se disminuye la velocidad de giro del disco; e inversamente, si
    el cabezal avanza hacia el centro, el CD debe girar más
    rápido. O sea, que al pasar el haz de un punto al
    siguiente de la espiral grabada, la velocidad de giro del disco
    ya varió.

    El cabezal está a 1 mm. de la superficie del CD,
    generando un haz láser infrarrojo no visible, de baja
    potencia (pero
    peligroso para la vista), con un sistema de
    autoenfoque automático permanente en la capa de aluminio
    del CD, para incidir sobre "pits" y "lands" de la espiral grabada
    en esta capa (figuras 2.38 y 2.39).

    Si en su movimiento
    rectilíneo radial a velocidad constante, el punto luminoso
    del haz incide en un "land" de la espiral grabada (cuya velocidad
    de rotación varía constantemente), el haz
    láser es reflejado por el aluminio, con mayor intensidad
    que si incide en un "pit".

    Un diodo fotosensor detecta estas diferencias de
    intensidad de luz láser reflejada, a fin de recuperar
    -bajo la forma de impulsos eléctricos- los ceros y unos
    almacenados. Dichos pulsos según su duración
    representan distinto número de ceros, mientras que tanto
    el comienzo como el final de un pulso representa un
    uno.

    A un nivel de mayor detalle, en el cabezal existe un
    sistema de lentes
    móviles no dibujado -gobernado por la electrónica de la unidad lectora de CD,
    basada en un microprocesador
    que tiene como función enfocar el haz láser en cada
    punto de la espiral grabada, formada en la capa metálica
    del CD. Esto es necesario, dado que el CD no es perfectamente
    plano, por presentar deformaciones (± 0,6 mm) por el
    proceso de
    fabricación. También dicha electrónica comanda otro subsistema para
    desplazar levemente el haz sobre la superficie grabada del CD, de
    modo que en la lectura el
    haz siga correctamente sobre la pista en espiral
    grabada.

    Los CD que almacenan 650 MB y 1,3 GB se graban
    típicamente según al método PPM
    (pulse position modulation) por el cual (figura 2.39) se
    representa un uno haciéndole corresponder un "land" de la
    espiral, al cual sigue un número de ceros representados
    por la longitud del "pit" que sigue a dicho "land". Los bytes a
    grabar están recodificados según el código
    EFM, a tratar.

    En la lectura de
    un CD (figura 2.38) el diodo láser del cabezal genera un
    haz de luz láser infrarrojo perpendicular a la superficie
    del disco. En su camino hacia el disco, atravesará un
    prisma triangular sin desviarse, y luego pasará por otra
    lente (o por una bobina en la cual circula corriente
    eléctrica) para que el haz sea enfocado como un punto en
    la capa reflectante de aluminio donde están los pits y
    lands de la espiral. Al incidir el haz en la primer capa
    transparente protectora del CD, tiene un diámetro de 1 mm
    (figura 2.40).

    Atravesando esta capa los rayos se difractan
    (desvían), llegando luego a tener el haz un
    diámetro de unas 0,8 milésimas de mm. Cuando incide
    sobre la pista en espiral (cuyo ancho es de 0,5
    milésimas).

    En PPM un "land" es menor que 0,8 milésimas, por
    lo que el haz mmca puede incidir totalmente en un "land": parte
    de los rayos incidirán en el "land", y parte en el "pit"
    vecino (figura 2.39). Dado que un "pit" está a una
    profundidad de un cuarto de longitud de onda de un "land", la
    porción de rayos que inciden en el "pit", antes de hacerlo
    recorren un cuarto de onda más que los que inciden en el
    "land". El haz luego de incidir en el aluminio, se
    reflejará. Los rayos que incidieron en el "pit"
    después de reflejarse harán nuevamente un cuarto de
    onda más de camino que aquellos que incidieron en el
    "land".

    En definitiva, los rayos incidentes en el "pit"
    recorrerán media onda (un cuarto más un cuarto)
    más que los incidentes en el "land". El efecto resultante,
    es que el haz que incide parte en un "land" y parte en un "pit",
    al ser reflejado, llega al diodo fotosensor con muy poca
    intensidad luminosa (luego de pasar por el objetivo y ser
    reflejado por la cara de un cristal que por su inclinación
    oficia de espejo), por anularse entre sí los rayos
    desfasados en media onda provenientes del "land" y del
    "pit".

    En cambio, cuando
    el haz incide en un "pit" (figura 2.39), en cada punto del mismo
    todos los rayos reflejados recorrerán la misma distancia,
    reforzándose mutuamente (todos en fase) provocando una
    fuerte intensidad luminosa al llegar al fotodiodo.

    El método de
    registro
    PWL (Pulse Width Modulation) permite una mayor densidad de
    almacenamiento.
    Los "lands" dejan de servir para codificar un solo uno, pudiendo
    codificar uno o más ceros como los "pits". La
    transición
    de "pit" a "land" o la inversa codifica un
    uno (figura 2.41); y la distancia entre dos transiciones (dos
    unos) representa un cierto número de ceros, según
    sea su longitud (y el tiempo
    transcurrido).

    Existen unidades lectoras CD-ROM de tipo 2x, 4x,
    6x
    y 8x,…. de doble, cuádruple,
    séxtuple, óctuple, … velocidad que la velocidad
    simple de una unidad CD de audio estándar,
    respectivamente. Las mismas tienen, en consecuencia, tiempos de
    acceso y transferencia respectivamente más rápidos
    que la velocidad CD estándar.

    Por ejemplo, las del tipo 6x tienen un tiempo de acceso
    de unos 120 mseg (para 1/3 de carrera del cabezal entre extremos,
    que se duplica si la carrera es entre extremos), y velocidad de
    transferencia de 900 Kbytes/seg, casi 1 MByte/seg (contra 600
    Kbytes/seg de las 4x, en correspondencia con el 50% de diferencia
    de velocidad). Las unidades 6x presentan un buffer de datos de
    256 Kbytes.

    En la performance de una lectora intervienen la eficiencia del
    controlador y e1 tamaño del buffer.

    ¿Cómo
    son y se escriben los CD para grabación por un usuario
    designados CD-R?

    Un CD-R (CD Recordable, o sea grabable) puede
    grabarse por cualquier usuario que tenga conectado en su computadora el
    periférico "unidad grabadora de CD" (u optar por
    pagar este servicio).

    En ésta, un haz láser graba en una
    espiral parcialmente pregrabada de fábrica
    –construida en una capa de material orgánico- un
    equivalente de "pits" y "lands", requeridos para almacenar los
    datos. Dicha espiral ya viene formateada por hardware con las direcciones
    de los sectores, y sirve de guía para el láser. El
    CD-R sobre dicha capa orgánica con la espiral, que es
    translúcida, presenta otra capa de oro para
    reflejar el haz láser en cada lectura
    (figura 2.43). Estas dos capas están protegidas por otras
    de policarbonato. La capa orgánica translúcida es
    de resina o pigmento verde (generalmente cyanina). Durante el
    proceso de
    grabación (figura 2.42) de los datos, el
    equivalente de un "pit" se establece al decolorarse -merced al
    calor puntual
    generado por el haz láser- puntos de la capa
    orgánica de pigmento (típicamente verde). 0 sea que
    un CD-R simula ópticamente los "pits" y "lands"
    físicos de un CD-ROM.

    Después de ser grabado, un CD-R se convierte
    de hecho en un CD-ROM,
    que puede leerse en cualquier unidad
    lectora de estos discos -de la forma antes descripta- sin
    posibilidad de ser regrabado.

    Para la lectura de cada punto de la espiral
    (figura 2.43), el haz láser incidente atraviesa la capa de
    policarbonato transparente y la capa de pigmento, hasta llegar a
    la capa superior metalizada cm oro, donde se refleja (en ella
    está enfocado). El haz reflejado -correspondiente al punto
    leído- es sensado por un fotodiodo, pasando ahora primero
    por la capa de pigmento y luego por la transparente. Según
    que el punto de la capa de pigmento por donde pasó el haz
    incidente (y retomó reflejado) esté decolorado
    ("pit") o no ("land"), el haz reflejado tendrá distinta
    intensidad, lo cual será detectado por el fotodiodo.
    Puntos sucesivos de igual intensidad luminosa constituirán
    un "pit" o un "land", según el valor de la
    intensidad detectada.

    No es necesario grabar toda la espiral de un CD-R de una
    sola vez (sesión). Es factible hacerlo en tantas
    "sesiones" como archivos se
    quiera incorporar a lo largo del tiempo, hasta completar la
    capacidad del CD-R (como ser, 650 MB).

    Una vez grabada una porción de la espiral, no
    puede borrarse y ser regrabada. Por tal motivo, los CD-R
    también se denominan CD-WO (Write Once, o sea de
    una escritura).
    Esta imposibilidad de regrabación ha motivado su uso en el
    ámbito contable y financiero, pues garantiza datos no
    borrables para auditorias.
    Por lo general, los CD-R se reconocen a primera vista, por el
    color dorado de
    su etiqueta.

    Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un
    CD-R o de un CD-ROM (figura 2.44) constituyen el "lead
    in
    ", que antecede a la zona de datos. Esta es de unos
    29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1
    mm.

    En un CD-R, el "lead-in" es precedido por dos
    áreas necesarias para alinear el haz láser a fin de
    poder grabar
    lo que sigue. Cada sesión de grabado de la espiral debe
    comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de
    un "lead out". A su vez, cada "lead in" debe contener la tabla
    de contenidos
    ("Tabla of contents" TOC),
    índice de los datos grabados en la sesión
    correspondiente.

    Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones"
    debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son
    los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer
    sesión.

    Existen grabadoras/lectoras de CD-R de varias
    velocidades (x1, x2, x4 … ). A mayor velocidad debe usarse un
    láser más potente para producir más calor, de
    forma de poder atacar
    adecuadamente los puntos requeridos en la espiral. Existen discos
    vírgenes CD-R para distintas velocidades, cuyo sustrato
    disipa distinta cantidad de calor en
    correspondencia con su velocidad de grabación.

    Los discos WORM ("Write Once Read Many") fueron
    los precursores de los CD-R. La tecnología WORM no
    está normalizada: ciertos discos sólo pueden
    insertarse en unidades de un determinado fabricante. Estos discos
    son de 5 1/4", y vienen en "cartuchos" semejantes a los de
    plástico que protegen los disquetes magnéticos de 3
    1/2", para ser insertados en las unidades correspondientes.
    Además existen discos con datos grabados en espiral, y
    otros con pistas concéntricas. Según la norma
    seguida por los fabricantes, un cartucho de 5 1/4" puede tener ya
    sea 640 MB ó 1,2 GB. Discos de 12" usados en redes pueden guardar
    más de 6 GB.

    Por su capa orgánica los CD-R no deben ser
    expuestos a excesivo calor (por ejemplo dentro de un
    automóvil o sol directo) o humedad, pues pueden reducir su
    vida útil, o ser inutilizables por filtraciones de
    cyanina. También se debe cuidar de no escribir con
    bolígrafo su etiqueta, dado que la presión ejercida
    puede dañarlos. Una unidad CD-R puede leer un CD-ROM, y
    viceversa.

    ¿Cómo
    se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o
    en un CD-R ?

    Tanto en el CD-ROM grabado en serie por inyección
    de material, como en el CD-R grabado en una unidad de
    grabación, la lectura de los archivos
    contenidos es casi directa (random), sin tener que empezar a
    buscar desde el comienzo de la espiral, merced a que los sectores
    grabados en ésta son localizables por su dirección.

    Cada sector de un CD-ROM o de un CD-R (figura 2.34) se
    identifica por una dirección formada por tres
    números (figura 2.45). Volviendo al CD antes ejemplificado
    de 60 minutos y 270.000 sectores, los dos números primeros
    de una dirección son los minutos y segundos
    horarios (mm:ss); cada uno puede variar entre 00 y 59 (para
    indicar 60 números distintos). A partir del comienzo de la
    espiral minutos y segundos van progresando en forma absoluta
    desde 00:00 hasta 59:59 como indicadores de
    direcciones de los sucesivos sectores de la misma, y sirven de
    primer referencia para localizarlos.

    Pero para individualizar cada sector hace falta un
    tercer número, dado que, por ejemplo, si en un CD x1 lee
    75 sectores por segundo, suponiendo que un sector se lea luego de
    transcurridos 23 min. 40 seg. del comienzo (00:00) de la espiral,
    los 74 sectores siguientes en su dirección contendrán los
    números 23:40, puesto que la menor medida de tiempo en
    este sistema es el segundo. A fin de individualizar cada uno de
    los 75 sectores con dirección 23:40 se agrega otro
    número designado número de sector, que va de
    0 a 74. Entonces, ese primer sector que está justo en
    23:40 tendrá por dirección 23:40 0; el siguiente
    23:40 1; y así hasta el 23:40 74, luego del cual
    seguirá el de dirección 23:41 0, etc. En esencia,
    es como dividir el segundo en 75 fracciones, puesto que en un CD
    x1 cada sector se lee en 1/75 de segundo.

    Minutos y segundos pueden combinarse para formar 60 x 60
    = 3.600 combinaciones de números distintos. Cada una de
    ellas puede asociarse a un número de sector, que va entre
    0 y 74 (o sea se pueden indicar 75 números distintos). Por
    lo tanto, en total pueden formarse 3.600 x 75 = 270.000
    combinaciones (direcciones) distintas, una para cada
    sector.

    Conforme a lo anterior, las direcciones irán
    progresando como sigue:

    00:00 0 00:00 1 00:00 2 … 00:00 73 00:00 74; y para el
    siguiente segundo:

    00:01 0 00:01 1 00:01 2 … 00:01 73 00:01 74; y para el
    siguiente segundo:

    00:02 0 00:00 1 00:02 2 … 00:02 73 00:02 74; y para el
    siguiente segundo:

    00:59 0 00:59 1 00:59 2 … 00:59 73 00:59 74; y para el
    siguiente segundo:

    01:00 0 01:00 1 00:00 2 … 01:00 73 01:00 74; y para el
    siguiente segundo:

    01:01 0 01:01 1 00:01 2 … 01:01 73 01:01 74; y para el
    siguiente segundo:

    01:02 0 01:02 1 00:02 2 … 01:02 73 01:02 74; y para el
    siguiente segundo:

    Los últimos 75 sectores, del total de 270.000 de
    la espiral de 60 min. de duración deben tener por
    dirección:

    59:59 0 59:59 1 59:59 2 … 59:59 73 59:59 74

    De esta forma, el sector 155 contado desde el comienzo
    de la espiral, tendrá por dirección 0:2 4
    Suponiendo que se conoce la dirección del sector al que se
    ordena acceder (lo cual implica haber consultado un archivo de
    subdirectorio, según se verá), el microprocesador
    de la unidad lectora dará la orden de traslado
    rápido del cabezal (según la recta en que se
    desplaza) a la porción de la espiral donde se encuentra
    dicho sector, en función de los minutos y segundos de su
    dirección. Luego, el haz láser del cabezal
    (enfocado en la capa metálica) traspasará la capa
    transparente protectora, y leerá direcciones de sectores
    de dicha porción, para que se puedan hacer ajustes finos
    del posicionamiento
    del cabezal (y de la velocidad de rotación), hasta
    encontrar el sector al que se quiere acceder.

    El tiempo medio de acceso a un sector de la
    espiral depende que el CD sea x1, x2, x4, etc. Así
    tenemos:

    CD x 1 (velocidad simple), lee 75 sectores/seg,
    (como los CD-DA) y transfieren 150 KB/seg.

    CD x 2 (velocidad doble): tiempo de acceso 400
    mseg; lee 150 sectores / seg y transfiere 300 KB /
    seg.

    CD x 4 (cuádruple velocidad): tiempo de
    acceso 240 mseg; lee 300 sectores/seg y transfiere 600
    KB/seg.

    CD x 6 (séxtuple velocidad): tiempo de
    acceso 170 mseg, y transfiere 900 KB/seg.

    CD x 8 (óctuple velocidad'): tiempo de
    acceso 160 mseg, que transfiere 1,2 MB/seg.

    Como en los discos rígidos, las mayores
    velocidades de giro de los CD x2, x4, etc. implican mayores
    velocidades de transferencia, dado que el haz láser lee
    más bit/seg., lo cual se traduce en que pasarán
    más rápido a la electrónica de la lectora de CD, y por ende
    a memoria
    principal. En multimedia muchas
    aplicaciones pueden tener serios problemas de
    continuidad de sonido e imagen si usan CD
    x1 ó x2.

    La performance de un reproductor de CD-ROM
    también depende del tamaño del buffer de su
    interfaz (típicamente de 256 KB), y de la calidad de su
    electrónica.

    ¿Qué es
    la codificación EFM usada en los
    CD-ROM?

    Como aparece en las figuras 2.39 y 2.41, el
    número de ceros entre dos unos, por limitaciones
    técnicas, no puede ser mayor que once, ni menor que tres.
    Nos encontramos con una convención y problemática
    semejantes a las existentes con la codificación RLL de los
    discos rígidos (figura 2.26). Para los CD (de audio o de
    datos) se usa la codificación EFM ("Eight to
    Fourteen Modulation"). En ésta, grupos de 8 bits
    a grabar se convierten a 14 bits, según la tabla de la
    izquierda.

    De esta forma, 16 ceros seguidos se codifican mediante
    28 bits en EFM, entre los cuales existirán 6 unos. Para
    poder separar
    dos bytes consecutivos, de forma que codificados en EFM no puedan
    existir menos de dos ceros entre dos unos, se agregan 3 "merge
    bits", pasándose así de 14 a 17 bits por cada
    grupo de
    8.

    En esencia, la codificación EFM es un caso
    particular de la llamada "modulación" PCM (Pulse Code
    Modulation) usada para codificar información
    digital.

    ¿Cómo son
    en detalle los sectores de un CD y el código
    CIRC?

    El hecho de que un CD de audio digital (CD-DA o CD
    player) pueda ser escuchado en la lectora de CDROM de una PC
    implica que la información está estructurado de
    manera semejante en ambos. En lo que sigue, se describirá
    la trama interna de un CD-DA, para luego mostrar su diferencia
    con el CD-ROM.

    Los formatos de los sectores de los distintos tipos de
    CD tienen un origen común en el CD-DA. En
    éste un sector comprende 98 sub-bloques ("frames")
    iguales (figuras 2.45 y 2.46) codificados en EFM.

    Cada "frame" (figura 2.46) comienza con 27 bits
    para sincronismo, y luego siguen 17 bits en EFM (1 byte real, con
    bits PQRSTUVW) para control.
    Después siguen 476 bits en EFM (28 bytes reales)
    compuestos por 24 bytes de datos mezclados con 4 bytes
    adicionales para el código detector-corrector de errores
    designado CIRC (Cross Interleaved Reed-SalomoW Code). Luego
    siguen otros 68 bits EFM (4 bytes) de
    CIRC.

    Los bytes de CIRC sirven para asegurar que sólo
    puede haber un bit errado no corregido por cada 108
    bits = 100 millones de bits (1/108 = 10-8)
    en un CD-DA, lo cual no es perceptible escuchando música, pues cada
    segundo se leen 75 sectores. Si un sector está malo el
    oído no lo nota, dado que el reproductor de CD esta
    programado para repetir en este caso el sector
    anterior.

    En total, un "frame" (cuadro/trama) consta de: 27
    + 17 + 476 + 68 = 588 bits (en codificación EFM).
    De acuerdo con lo anterior, un sector -por contener 98 "frames"
    con 24 bytes reales para datos cada uno- puede almacenar en
    total: 24 x 98 = 2352 bytes de datos.

    Dado que la capacidad máxima de un CD-DA puede
    ser 680 MB, ello implica que consta de: 680 x 1.048.576
    bytes/2352 bytes = 300.000 sectores (1 MB = 1.048.576
    bytes).

    Conforme a lo descripto, la espiral de un CD esta
    compuesta por una sucesión continua de "frames", siendo
    que cada 98 "frames" consecutivos forman un sector (bloque). No
    existe separación alguna entre un sector y el siguiente.
    Se utiliza la zona de datos del primer "frame" de cada sector
    para guardar información que identifica dicho sector.
    (mm:ss y número de sector).

    Otra forma de representar un sector sin detallar
    "frames" (figura 2.47) concentra en un solo campo los 2352 bytes
    de datos del mismo antes calculados, que en realidad están
    repartidos en sus 98 "frames" (figura 2.46). También los 4
    bytes de CRC, que aparecen una vez junto con los datos y otra vez
    solos en cada uno de los 98 "frames", se concentran en dos campos
    contiguos, cada uno agrupando un total de 4 x 98 = 392 bytes Los
    8 bits PQRSTUVW del byte de control de cada
    "frame" (figura 2.46), llamado "subcódigo", en un
    sector totalizarán: 1 x 98 = 98 bytes de control (figura
    2.47). Los bits de sincronismo de cada "frame" no aparecen. De
    los 2352 bytes se usan 16 para sincronismo e
    identificación del sector, quedando 2336 bytes para
    datos.

    Todos los bits P de los 98 "frames" de un sector,
    constituyen el "subcanal P" del mismo (que se conoce
    totalmente cuando se termina de leer dicho sector), el cual
    indica si el sector contiene música o datos para
    computación. Los datos de un subcanal P a
    lo largo de un CD (compuesto por los bits P de todos los
    sectores) pueden Regar a 4 MB. Del mismo modo, los 98 bits
    designados Q conforman el "subcanal Q".

    En los subcanales o subcódigos P y Q, que entre
    otras cosas indican si la grabación es de 2 ó 4
    canales, el tipo de pre-énfasis empleado en la
    grabación musical, si se trata de sectores en blanco entre
    temas musicales, el número de tema grabado, y la
    codificación que sirve para visualizar en el reproductor
    tiempos en mm:ss.

    Con los 6 bits R a W de los 98 sub-bloques se forma un
    subcanal auxiliar menos utilizado, con información
    para sincronización, identificación y otros
    fines.

    Usando los subcanales es factible almacenar,
    además de la música, imágenes
    fijas (unas 700) o móviles.

    Cada sector consta de 588 x 98 = 57.624 bits.
    Multiplicando este valor por los
    300.000 sectores de un CD, resulta un total cercano a los 20 mil
    millones de bits, de los cuales sólo 680 MB son para datos
    del usuario Este tipo de CD puede guardar 650 MB en un disco de
    74 minutos, y 553 MB en discos de 60 minutos.

    Hasta acá el CD-DA. Los CD-ROM y los CD-R
    presentan la misma Estructura de
    98 "frames" por sector.

    Pero el error de un bit cada 108, admisible
    en un CD-DA, no puede ocurrir en un CD-ROM usado en computación, en especial si contiene
    archivos de
    programas. En
    un CD-ROM conservar la integridad de los datos guardados es
    más crítica que en un disco rígido, dado que
    si en este último se tiene sectores malos, esto puede
    subsanarse copiándolos en otros sectores, lo cual no es
    factible de realizar con los datos de un CD-ROM.

    Por ello, en el formato "modo 1" (figura 2.48) de un
    CD-ROM, que es el más universal, además del
    código CIRC existente en cada "frame" (igual al visto en
    un CD-DA), se usan 288 bytes de los 2352 bytes para datos, a fin
    de realizar una corrección adicional sobre todo el
    sector. Esta se lleva a cabo luego que se hicieron las
    correcciones CIRC en cada "frame" del sector, mediante sus dos
    CIRC, como se describió en el pie de página
    anterior. Estos 288 bytes constan de 4 bytes de código
    detector errores (EDC), más 8 bytes cm ceros, más
    276 bytes de código corrector. De este modo, sólo
    es factible un bit errado por cada 10.000.000.000.000 de bits
    (1/1013 = 10-13), o más. Un
    lector de CD-DA no puede interpretar estos 288 bytes (escritos
    con los datos), por lo que no puede leer un CD-ROM. A diferencia,
    un lector de CD-ROM puede leer un CD-DA.

    En un CD-ROM, en un CD-R, como en un CD-DA, de los 2352
    bytes de datos del sector, deben destinarse al comienzo (figura
    2.45 y 2.48), en la zona de datos del primer frame, 12 bytes para
    sincronismo del sector (que existen además de los
    bits de sincronismo de cada "frame" del mismo), y 4 bytes para el
    encabezamiento ("header"). Este contiene en 3 bytes los valores de
    minutos (mm), segundos (ss), y números (de 0 a 74)
    descriptos, que identifican cada sector. El cuarto byte indica el
    "modo".

    Por lo tanto, cada sector de un CD-ROM "modo 1" guarda
    en neto: 2352 – 12 – 4 – 288 = 2048 bytes reales (2 K) de
    datos.

    Puesto que un sector de un CD-DA o CD-ROM, o CD-R
    presenta 98 "frames" de 24 bytes de datos, y se leen 75
    sectores/seg (CD-ROM x1), para esta velocidad de lectura
    corresponde una velocidad de transferencia de (98 x 24)
    Bytes/sector x 75 sectores/seg = 176.400 Bytes/seg. (que
    se duplica, triplica, etc., para 2x, 3x … ).

    De uso menos frecuente en computación es el formato "modo 2"
    (figura 2.47) de 2336 bytes para datos por sector, para
    aprovechar casi 15% más el espacio que en el modo 1, dado
    que, (como en los CD-DA) no se emplean 288 bytes adicionales para
    una ulterior corrección. Este formato es eficaz en
    aplicaciones donde el error de 1 bit en 108 citado no
    es crítico, como ser en el ahnacenanúento de
    imágenes.

    También existe el formato CD-ROM X-A (de extended
    Architecture), para multimedia, que
    agrega un campo de 8 bytes ("sub-header") al formato de la figura
    2.47, quedando libres 2324 bytes para datos. Permite reunir
    secuencias de video sincronizadas con texto y
    sonido
    comprimidos.

    Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM,
    CD-R (de varias sesiones), CD-ROM X-A, Photo CD, Video-CD, CD-I,
    CD-plus, y CD-DA.

    ¿Qué es
    el formato lógico HSG/ISO 9660 para
    organización interna de un CD-ROM

    usado en sistemas
    operativos para almacenar archivos?

    Las siglas HSG hacen mención al High Sierra
    Group, grupo de
    fabricantes de hard y soft que se reunió en el High Sierra
    Hotel de Nevada en 1985, para establecer normas de
    compatibilidad entre CDs. Estas con muy pocas variantes
    constituyera luego el estándar ISO 9660. De
    ahí la denominación HSG/ISO 9660. Este
    estándar sirve para acceder a archivos en un CD-ROM, a
    través del DOS u otro sistema operativo
    de uso en una PC. Según el mismo, un sistema operativo
    -para almacenar la información o leerla- "ve" un CD-ROM
    conformado por una sucesión de sectores
    lógicos
    (figura 2.49) de 2048 bytes (2KB) como en una
    cinta magnética, constituidos a su vez por 4 bloques
    lógicos
    de 512 bytes.

    Un archivo se guarda
    en una secuencia continua de bloques
    lógicos.

    Tanto los sectores lógicos como los bloques
    lógicos se numeran 0,1,2… Estos números
    identificatorios se denominan Logical Sector Numbers (LSN), y
    Logical Blocks Numbers (LBN), respectivamente.

    Resulta, pues, que el tamaño de un sector
    lógico (2 KB) coincide cm el de un sector antes definido
    (figura 2.48), también llamado sector
    físico,
    siendo que en un sector físico entran 4
    bloques lógicos de 512 bytes.

    El sector lógico 0 (SLN 0) se encuentra luego
    que pasaron 150 sectores físicos, en el sector
    físico de
    dirección 00:02 0, o sea en el
    sector que está a 2 seg. del comienzo del CD
    (figura
    2.50), suponiendo que pasan 75 sectores por segundo por el punto
    de incidencia del rayo láser enfocado en la
    espiral.

    Mediante un simple cálculo,
    con el SLN se puede hallar la dirección del sector
    físico que le corresponde.

    Según se vio, en un disquete o en un disco
    rígido un archivo puede estar fraccionado: parte en
    sectores consecutivos de un cilindro, y parte en sectores
    consecutivos de otro(s) cilindro(s). Ello depende del espacio
    existente cuando fue creado, de su extensión, y del hecho
    de que si el archivo fue ampliado en distintas oportunidades, en
    el lapso transcurrido entre éstas fueron creados o
    borrados otros archivos.

    En un CD la espiral una vez grabada no puede borrarse
    (sea del tipo CD-ROM grabado por inyección en un molde
    patrón, o un CD-R). Cada archivo guardado en el CD consta
    de varios sectores consecutivos de la espiral, sin posibilidad de
    fragmentación, ni de cambios (gran estabilidad). Resulta
    así sencillo ubicar en un CD todos los bloques
    lógicos que constituyen un archivo, pues basta indicar
    la ubicación del primero de ellos y el número total
    de tales bloques.

    Por lo tanto, un CD no requiere de una
    tabla tipo FAT,
    necesaria para seguir la continuidad de un
    archivo que se encuentra fraccionado en distintos cilindros de un
    disco o disquete.

    La denominada "Path table" ("tabla de
    alternativas") de un CD, contiene -por orden alfabético-
    los nombres de todos los directorios y subdirectorios, junto con
    el número de sector lógico (SLN) donde cada uno de
    ellos empieza, con lo cual puede determinarse en
    qué sector físico están. Puede haber varias
    tablas. Si una copia de esta tabla pasa a memoria
    principal, en ella se selecciona el subdirectorio buscado, y
    luego es factible perder tiempo únicamente para acceder a
    un solo sector del CD, donde dicho subdirectorio se encuentra, a
    fin de localizar por su nombre un archivo que forma parte del
    mismo. Para traer a memoria la "Path
    Table", el sistema operativo
    debe averiguar en qué sector del CD ella está. A
    tal fin primero debe llevar a memoria el
    Descriptor de Volúmen estándar (VD), que
    siempre debe existir en el SLN 0. Este sector y hasta el SLN 15
    están reservados para el área del sistema
    (figura 2.50); o sea que ésta consta de 32 KB (16 sectores
    de 2KB). Luego, se extiende el área de datos hasta
    el fin del CD. Este VD también permite localizar el SLN
    del área de datos donde se encuentra el "directorio
    raíz" del CD, a partir del cual comienza la estructura
    jerárquica de subdirectorios y archivos contenidos en el
    CD, como en los discos y disquetes.

    Conforme al estándar HSG, pueden existir en el
    área del sistema un "boot sector", y hasta 5 descriptores
    de volumen
    distintos, que informan sobre distintos atributos del CD, siendo
    obligatoria la existencia del VD estándar. Esta
    información debe estar en sectores consecutivos, a partir
    del SLN 0, al final de los cuales un sector lógico debe
    indicar el fin de la secuencia de sectores ocupados en el
    área del sistema.

    Los descriptores de volumen
    posibilitan la creación de varios directorios en un CD (o
    para un grupo de
    CD)

    ¿En qué
    consisten las técnicas magneto-ópticas (MO) y
    de
    cambio de fase
    usadas en discos ópticos borrables?

    Los discos borrables magneto-ópticos (M0)
    presentan (figura 2.5 1) una fina capa de material magnetizable y
    reflectante, protegida entre dos capas de material
    plástico transparente. La capa magnetizaba guarda la
    información en pistas concéntricas, que se
    graban y leen a velocidad angular constante (CAV: constant
    angular velocity) como ocurre en los discos
    magnéticos.
    También como en éstos,
    mientras el disco gira, el cabezal primero se posiciona en la
    pista a la que se quiere acceder, quedando inmóvil
    sobre ella (al igual que el cabezal de los discos
    magnéticos), y luego busca al sector (de 512 ó 1024
    bytes) direccionado.

    En la escritura (figuras 2.52 y 2.53) un cabezal
    con un haz láser auxilia con calor puntual la
    grabación N-S o S-N que llevará a cabo un campo
    magnético. Dicho haz, en la lectura de un sector, al ser
    reflejado por la capa magnetizada servirá para detectar si
    el punto donde incidió tiene polarización
    magnética correspondiente a un uno o cero.

    El tiempo de acceso puede ser hoy de 30 mseg. para
    discos MO de 3 1/2", y velocidades de 3000 r.p.m.

    Los discos MO se alojan en los denominados "cartuchos"
    ("cartridges"), semejantes a los que protegen disquetes
    magnéticos. Pueden grabarse y leerse en ambas caras, pero
    en el presente de a una por vez, debiéndose extraer el
    disco para darlo vuelta y reinsertarlo. Existen discos MO de 5
    1/4", con 325 ó 650 MB por cara; y de 3 1/2" con
    128 MB por cara.

    Dado que no existen aún normas acordadas
    mundialmente, puede ocurrir que un disco MO de un fabricante no
    funcione en una unidad para tales discos de otra marca.

    Como se detallará, en la grabación de unos
    y ceros de un sector, debe generarse un campo magnético de
    polaridad adecuada mediante un electroimán, como en los
    discos magnéticos.

    Pero para que tal grabación sea posible, debe
    acompañar al campo magnético un haz
    láser puntual de cierta potencia,
    perpendicular a la pista, que caliente los puntos de ésta
    (dominios mgnéticos) que son magnetizados como ceros o
    unos. Esto permite una mayor densidad de grabación,
    especial en el números de pistas por pulgada
    (t.p.i).

    En la lectura de una pista, no interviene el
    electroimán citado. Este sensado se hace con un haz
    láser de baja potencia, cuya reflexión permite
    diferenciar campos magnéticos, ya sean de unos o ceros
    grabados.

    Otra diferencia de los MO respecto de los
    magnéticos, radica en que la superficie de material
    magnetizable y reflectiva (actualmente de Cobalto-Platino) que
    contiene la información grabada, está protegida por
    una capa de plástico translúcida.

    Para regrabar (o grabar en un disco virgen)
    información en un sector, una forma de hacerlo es
    realizando dos pasos (previamente el cabezal debe acceder al
    sector a grabar):

    1. Un denominado borrado, que en definitiva es
    una escritura de todos ceros en la porción de la
    capa magnetizable a grabar. Consiste (figura 2.52) en calentar
    con el láser' los puntos microscópicos magnetizados
    que guardan tanto los unos como los ceros existentes en la
    porción a grabar (lo mismo si se graba por primera vez),
    al mismo tiempo que se aplica un campo magnético con el
    electroimán que actúa desde la cara superior del
    disco. El láser puntual calienta (a unos 150 ºC
    durante menos de una millonésima de segundo) cada punto a
    fin de desmagnetizarlo, para que luego quede polarizado
    magnéticamente S-N como un cero, merced a la
    acción del campo magnético del electroimán
    citado. Aunque dicho campo actúe sobre otros puntos
    vecinos, sólo puede ser cambiada la polaridad
    magnética del punto que es calentado por el
    láser.

    Se trata, pues, de una escritura
    termomagnética "asistida" por láser que la
    figura 2.52 esquematiza.

    La bobina del electroimán sobre el disco genera
    el campo rnagnetizador externo -usado sólo para grabar-
    que es vertical a la pista accedida.

    El calor es disipado por la capa grabada hacia todo el
    CD.

    2. Escritura de unos, para lo cual el disco debe
    hacer casi una revolución
    para volver al inicio de la zona del sector a grabar. En este
    paso (figura 2.53) el electroimán invierte la polaridad
    del campo magnético que genera, y el haz puntual es
    activado por el microprocesador,
    sólo para calentar puntos que deben ser cambiados a unos
    (magnetizados como ceros en el paso anterior) conforme a la
    información que debe ser realmente escrita. Esto se hace
    igual que en el paso 1. Lo único que cambia es la
    dirección de la corriente en el electroimán. En
    dichos puntos la dirección de magnetización se
    invierte en la dirección del campo magnético
    externo. La energía calorífico absorbida es
    disipada merced a la conducción técnica del
    sustrato del disco.

    Tanto en la escritura de unos o ceros la
    polarización resultante N-S o S-N es perpendicular a la
    superficie, como en los discos rígidos actuales (figura
    2.23), a fin de lograr una mayor densidad de
    grabación.

    En una lectura (figura 2.51), el cabezal se
    posiciona en la pista a leer, y genera un haz de luz
    láser, de baja potencia siempre activado, el cual
    polarizado' es enfocado en esa pista de la superficie
    metálica, antes magnetizada según los dos pasos
    citados. El haz láser al ser reflejado en dicha superficie
    permite detectar indirectamente la polaridad magnética
    (N-S ó S-N) de cada uno de los puntos de la pista, o sea
    si representa un uno o un cero. Esto se debe a que el plano de
    polarización del haz reflejado rota un pequeño
    ángulo en sentido horario o antihorario según la
    polaridad del campo magnético existente en cada punto
    donde el haz incidió. Tal diferencia de rotación
    del haz reflejado (figura 2.54) se manifiesta en un cambio en la
    intensidad de luz que detecta un diodo sensor, ubicado en el
    cabezal, que convierte este cambio en una señal
    eléctrica.

    En el presente existen discos MO de escritura en una
    sola pasada (DOW: Direct Overwriter o LIMDOW: Light
    Intensity Modulation Direct Overwriter), o sea de sobreescritura
    directa Una técnica consiste en agregar una capa MO
    adicional, paralela a la que actúa como memoria
    propiamente dicha, para que puntos de ésta puedan ser
    puestos a cero por la capa adicional.

    ¿Qué son los CD-RW o
    CD-E?

    CD-RW son las siglas de CD ReWritable, o sea CD
    re-escribible (como los MO), asociado a la tecnología de
    regrabación por cambio de fase. También se
    denominan CD-E (CD-Erasable) o sea CD borrable. Esta
    tecnología se basa en la propiedad que
    posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio
    o antimonio), de cambiar del estado amorfo
    (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura
    transición" (100 ºC ó más); y de volver
    de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de
    fusión"
    y se deja enfriar.

    Para escribir un uno en un punto de una pista del disco,
    un láser con baja potencia lo calienta rápidamente
    hasta la temperatura de
    transición. Si el estado
    físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya
    está en este estado,
    quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto
    hasta la temperatura de
    fusión,
    usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al
    estado amorfo,
    y si estaba en ese estado
    volverá al mismo.

    La lectura de las pistas así grabadas se realiza
    con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser
    de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al
    ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad,
    los cambios de un estado
    físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado
    cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo
    el 18%.

    Obsérvese que esta tecnología es puramente
    óptica, sin magnetismo,
    requiriéndose tina sola pasada para
    escribir, a
    diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y
    luego escribir los unos. Para escribir o leer este tipo de discos
    se requiere grabadoras y lectoras apropiadas para su
    tecnología. Se estimaba hace poco un CD-E puede regrabarse
    unas 100.000 veces (contra 10 millones de un MO). Realizando 50
    reescrituras diarias, duraría 5 años (de 365
    días). Ha habido avances al respecto. Las unidades CD-RW
    pueden también leer los CD-ROM y CD-R, siendo
    además que estos CD (y los MO) cumplen con el formato
    UDF (Universal Disc Format) normalizado por la
    Asociación OSTA, que facilita a los sistemas
    operativos el acceso a discos.

    ¿Qué son
    los discos y unidades PD?

    Los discos PD (Phase change/Dual) se basan en la
    tecnología de cambio de fase tratada, pero las pistas
    generadas son concéntricas, como en los discos
    magnéticos (en los CD-WR se tiene una sola pista en
    espiral) Las unidades PD también pueden leer discos con
    espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW), de donde proviene la
    denominación "dual". Por tal motivo aparecen con la
    denominación PD/CD-ROM.

    ¿Qué son los
    DVD-ROM,
    leídos con láser azul?

    Los DVD-ROM (Digital Versatil Disk) de "simple
    capa" tienen el mismo tamaño que un CD-ROM de 680 MB, y se
    basan en la misma tecnología de grabación y
    lectura que éstos, pero pueden almacenar 4,7 GB de datos
    (7 veces más), video o audio. Típicamente pueden
    transferir unos 0,6 NO/seg (como un CDx4) para entretenimientos,
    y 1,3 MB/seg para computación (como un CDx1O). Esto se ha
    logrado:

    • Disminuyendo a la mitad la longitud de los "pits" en
      relación a un CD-ROM (figura 2.33).
    • Llevando al doble que un CD-ROM el número de
      vueltas por pulgada radial de la espiral.
    • Usando un haz láser de color azul, de
      menor longitud de onda que el rojo, a- fin de poder sensar
      "pits" de menor longitud.

    El DVD
    estándar que se comercializará en el mercado es fruto
    del acuerdo entre Phillips – Sony (creadores del "Multimedia CD"-
    MMCD), y Toshiba (que con otros grupos
    desarrolló el Super Density – SD). Este DVD puede
    almacenar 2 hs de video de calidad, con
    títulos y sonido. Asimismo,
    los 4,7 GB permiten guardar 135 minutos de films (duración
    típica de una película de cine) en
    reemplazo de una cinta de video. Esto es así, dado que con
    compresión MPEG2 se requiere, para transferir imagen, sonido y
    títulos, cerca de 0,5 MB/seg. Si efectuamos: 135 min x 60
    seg/min x 0,5 MB/seg., resulta un valor cercano
    a 4,7 GB.

    Los DVD-ROM de "doble capa" presentan (figura
    2.54) una capa semi-transparente reflectiva con oro (que puede
    guardar 3,8 GB), la cual se encuentra debajo de la capa
    reflectora (4,7 GB) metalizada con plata. Sumando ambas
    capacidades resultan en total 8,5 GB.

    Para leer la capa semi-transparente el haz láser
    es enfocado en ella con baja potencia, mientras que la lectura de
    la capa reflectiva se realiza enfocando en ésta el haz,
    ahora con mayor potencia, para que atraviese la capa
    semi-transparente al incidir, y cuando se refleja.

    También se están fabricando DVD-ROM de
    "simple capa" y "doble cara", para ser leídos en
    ambas caras, con lo cual se logra 4,7 GB x 2 = 9,4 GB; y DVD-ROM
    de "doble capa" y "doble cara", de 8,5 x 2 = 17 GB. Estos CD
    están muy expuestos a las rayaduras, por ser más
    finas las capas protectoras transparentes.

    ¿Qué son los
    DVD-
    RAM?

    Un DVD-RAM es
    análogo a un CD-RW re-escribible antes descripto, pero
    tiene mayor capacidad, merced al empleo de un
    láser de menor longitud de onda que los usados.

    Debido a las limitaciones de fabricación masiva
    de láseres azules de potencia de corta longitud de onda,
    la capacidad de los DVD-RAM es de 2,6 GB
    frente a los 4,7 GB de los DVD-ROM.

    Potencialmente, los DVD-RAM pueden ser
    competidores de las cintas magnéticas para "backups" si el
    costo por byte
    almacenado lo justifica.

    Bibliografía:

    Introducción general a la informática: Periféricos y redes locales, M. C.
    Ginzburg

    Trabajo realizado por:

    Leandro Vanden Bosch

    Estudiante de Ing. Informática,
    Universidad
    Abierta Interamericana;
    Buenos Aires,
    Argentina.

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