Indice
1.
Orígenes
2. Discos
ópticos
3. Discos magneto
ópticos
4. Discos y unidades
PD
5. Bibliografía
utilizada
Los discos ópticos aparecieron a fines de la
década de los 80’, siendo utilizado como un medio de
almacenamiento de
información para la
televisión. Su alta capacidad y su fácil
transportabilidad, hicieron que este dispositivo se popularice y
comience a comercializarse en 1988 y a utilizarse en las computadoras.
La primera generación de discos ópticos se invento
en Philips, y el desarrollo se
realizo con colaboración de Sony.
Los discos ópticos utilizan dos tecnologías para el
almacenamiento de
datos: WORM
(Write Once Read Many) y CD-ROM(Compact
Disk Read Only Memory).
Los discos magneto ópticos utilizan la tecnología WMRA
(Write Many Read Always), que permite leer y escribir tantas
veces como sea necesario.
Disco Óptico:
Un disco sobre el que se lee y escribe con luz. En esta
categoria se incluye los CD-ROMs, que
son grabados en el momento de su fábricación y no
pueden ser borrados. Los Worms(Write Once Read Many) que son
grabados en el entorno del usuario y tampoco pueden ser borrados.
Y los borrables, que son aquellos que pueden ser reescritos una y
otra vez, para esto se utiliza la tecnología
Magnéto Óptica(MO) y cambio de
fase. Estos temas se explicarán a continuación en
detalle.
CD-ROM
Estos discos se basan en la misma tecnología que se
utiliza en los CDs de audio, y fue la primera que se desarrollo.
Este medio de almacenamiento tiene la desventaja de que no es
posible reescribir en ellos, esto lo hace un medio ideal para
distribuir software. Estos discos
pueden producirse en masa, a muy bajo costo y con una
maquinaria totalmente automatizada.
Los CD-ROMs se
elaboran utilizando un láser de
alto poder para
formar agujeros en un disco maestro, luego se hace un molde que
se usa para imprimir copias en discos plásticos.
Luego se aplica en la superficie una delgada capa de aluminio,
seguida de otra de plástico
transparente para protección.
Los CD-ROMs se leen mediante un detector que mide la
energía reflejada de la superficie al apuntar a esta un
láser
de bajo poder. Los
agujeros, que se denominan huecos (pits), y las áreas sin
laserizar entre estos, que se denominan zonas planas (lands),
producen una diferente reflectividad del haz de láser, lo
que hace posible distinguir entre ambos y recibir dos estados
posibles: 0 y 1. Pero no se indica un 0 o un 1 con un land o un
pit, sino que un pit indica el cambio de
estado, osea
de 0 a 1 o de a 1 a 0, y segun la cantidad de lands que haya,
el estado se
mantiene estable, osea mientras no se cambie de estado se
mantiene una zona de lands(Ver figura 1). De esta manera, se
trata de realizar la minima cantidad de huecos(pits) posibles en
el disco, y así poder escribir más
rápidamente.
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
Los CD-Roms están constituidos por una pista en
espiral que presenta el mismo número de bits por
centímetro en todos sus tramos(densidad lineal
constante),para aprovechar mejor el medio de almacenamiento, y no
desperdiciar espacio como sucede en los discos magnéticos.
Es por esto que en la lectura y
grabación de un CD, a medida que el haz láser se
aleja del centro del disco, la velocidad debe
disminuir, ya que en el centro el espiral es de menos longitud
que en los bordes(ver figura 2). Alternando las velocidades se
logra que la cantidad de bits leídos por segundo sea
constante en cualquier tramo, sea en el centro o en los bordes.
SI esta velocidad
sería constante, se leerían menos bits por segundo
si la zona esta más cerca del centro, y más si esta
más cerca de los bordes. Todo esto significa que un CD
gira a una velocidad angular variable.
Para poder lograr que los CDs tengan igual densidad en
cualquier tramo de la espiral, en la grabación , el haz
láser emitido por la cabeza( que se mueve en línea
recta radial desde el centro al borde del plato) genera la
espiral a velocidad lineal constante(CLV), esto significa que la
cantidad de bits grabados por segundos será
constante.
Pero para poder lograr esto, y mantener una densidad
lineal constante y la pista en espiral, será necesario que
el CD gire a una velocidad angular variable(explicado
anteriormente). Por lo tanto, por girar un CD a una 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 la posición del mismo.
Mientras que cada vuelta de la espiral contendrá
más o menos bits según si este más cerca del
centro o del borde.
Uno de los problemas del
CD-ROM es que
la impresión de discos de aluminio con cubierta
plástica no es muy precisa, por lo cual la
información digital contiene, por lo general, muchos
errores. Existen dos formas para corregir estos
errores:
- La cabeza lectora de la unidad contiene un espejo de
precisión manejado por un mecanismo que se utiliza para
encontrar errores en la superficie del disco. - Los datos se graban
utilizando un algoritmo
denominado ‘código de corrección de errores de
Reed Solomon’. Este es similar al algoritmo de
Hamming, pero al utilizar mas bits de paridad, puede corregir
mayor cantidad de errores.
Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración
(también son comunes los de 74 min) presenta la espiral
constituida por 270000 marcos conteniendo cada uno 2048 bytes (2
K) para datos. En total se pueden almacenar: 527 Mb. La espiral
presenta unas 16000 vueltas por pulgada radial(t.p.i). Se debe
tener en cuenta que en el espesor de un cabello entran 50
vueltas.
Antes de grabar el disco "maestro",un programa
fracciona cada archivo a grabar
en marcos de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los
campos de un marco.:
- unos y ceros indicadores
de comienzo de marco , que sirven para sincronismo con la
lectora de CD. - una secuencia de bits que irá en la cabecera
(header) de cada marco para poder localizarlo.
Para poder localizar un marco dentro del CD , este se
identifica por una dirección formada por 3 variables.
Teniendo en cuenta el CD de 60 minutos (antes explicado), las
primeras dos variables de
la dirección son los minutos y los segundos
horarios(mm:ss), los cuales obviamente varían desde 0
hasta el 59. El comienzo del espiral, o sea el centro del CD,
tiene la dirección 00:00, este va progresando según
va creciendo el espiral, hasta llegar a la dirección
59:59. Pero estas direcciones no son suficientes para localizar
cada marco, de ahi viene la utilidad de la
tercer variable. Esta variable, indica el numero de marco,
teniendo en cuenta los minutos y segundos, y sus valores pueden
ser desde el 0 hasta el 74. Osea, que por cada segundo , hay 75
marcos. De esta manera hay 60 valores
posibles para los minutos y los segundos, y 75 para cada marco,
hay 270 000 direcciones posibles, por lo cual existe una
dirección para cada marco.
Teniendo en cuenta esto, podemos deducir, que por
ejemplo el marco 155, tendrá la dirección 0:2 4.
Esto se deduce ya que sí por c/seg existen 75 marcos, si
la dirección es 2 seg, esta pertenece al marco 150,
entonces para direccionar el marco 155, el marco es el numero
4.
Existen unidades lectoras de CD-ROM de tipo 2x, 4x,
6x,… velocidad simple de una unidad de CD de audio
estándar respectivamente.
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. Para utilizarse
el mismo, se requiere de una plaqueta especial.
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 el CD-ROM y el CD-I.
DVI es un tipo de CD ROM que
integra video, televisión, gráficos con animación, audio
multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales. Debido 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.
WORM
Los WORMs (Write Once Read Many) son discos
òpticos en los que, como el nombre lo indica, se puede
escribir una sola vez, y acceder a los datos tantas veces como se
quiera. Estos aparecieron ya que este dispositivo permite al
usuario escribir el mismo en el disco. Sin embargo, una vez que
se ha laserizado un hueco en la superficie, este ya no puede
borrarse. Los discos que utilizan la tecnología Worm
más conocidos en el mercado son los
CD-R (Compact Disc Recordable), llamados anteriormente
CD-WO(Write Once).
El proceso de
grabación se realiza de la siguiente manera: el CD
contiene una espiral, parcialmente pregrabada de fabrica que
contiene las direcciones de los marcos, que sirve de guía
para el láser. Este espiral posee una capa
orgánica(un pigmento) translúcida que cuando el haz
incide en una posición, esta se calienta decolorando el
pigmento. En sima de esta capa se encuentra un capa de oro que
sirve para reflejar el haz láser en cada lectura.
En la lectura, la
capa orgánica deja pasar el haz láser hacia la capa
de oro, o sea la capa reflectora, reflejandose de forma distinta
según el haz haya atravesado un punto decolorado o no,
simulando de esta manera en la lectura pits
para las zonas decoloradas, y lands para las zonas donde no
incidió el láser. Esto sucede ya que las zonas
decoloradas producen una reflexion similar a la de un pit, y lo
mismo con la de una zona sin decolorar con un land. Es por esto
que CD-R ya grabado se lee como un CD-ROM .
Un CD-R no es necesariamente grabado en una sola
sesión, se puede grabar en varios momentos como archivos que se
quiere incorporar, hasta llegar a los 650 Mb(llamamos
sesión a cada momento que se graba una determinada
cantidad de archivos en un
CD-R). Es por esto que un CD-R se debe grabar con la siguiente
estructura
para poder contener múltiples sesiones:
Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un
CD-R o de un CD-ROM 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 ("Table 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.
Los sistemas
operativos de una PC utilizan para la lectura de un CD-ROM el
formato lógico HSG/ISO 9660. Este
es un estandar de una organización interna de los CD –ROM
establecida en 1985 por la empresa High
Sierra Group, utilizado para establecer normas de
compatibilidad entre los CDs.
Uno de los usos del CD-R que no se mencionó es el
del Photo Cd. Este es un estándar elaborado en 1990 por
Phillips y Eastman Kodak que 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.
Estos discos aparecieron en el mercado en el
año 1996, llamados MO(magneto- ópticos)con la
posibilidad de escribir y borrar en ellos tantas veces como sea
necesario, debido a que apareció la necesidad de poder
actualizar el software sin la necesidad de
tirar los discos.
Estos discos están formados por una fina capa de
material magnetisable y reflectante, protegida entre 2 capas de
material de plástico
transparente. El material magnetizable tiene la función de
almacenar la información en pistas concéntricas, a
diferencia de los ópticos que se graban en espiral. Por
esto, estos discos se leen y graban a una velocidad angular
constante, similar a los discos magnéticos. Esto significa
que siempre que se lee la misma cantidad de sectores por segundo,
y de esta manera la cantidad de bits leídos por segundo
siempre es la misma.
Método de escritura:
La escritura termomagnètica involucra el uso de
un haz de láser que modifica la temperatura de
Curie de la película magnética. La temperatura de
Curie de un material magnético es la temperatura a la cual
el material pierde su campo
magnético coercitivo. Esto sucede entre los 150 y 200
ºC para la mayoría de las películas
magnéticas usadas. Cuando esto ocurre, el material pierde
toda memoria de su
magnetización anterior y puede adquirir una nueva
magnetización si se lo enfría en presencia de un
campo
magnético externo.
La grabación se realiza invirtiendo un dominio
magnético para indicar un uno y dejándolo igual
para marcar un cero. Para poder hacer esto, se necesita
inicializar todos los dominios en cero. Esto significa que para
grabar datos, es necesaria una pasada de borrado que debe ser
realizada antes de la escritura para inicializar los
dominios.
Lectura:
Para leer los datos almacenados en un disco magneto óptico
se debe interpretar el cambio en la reflexión de la
luz reflejada
en un haz reflejado. Este fenómeno físico en el
cual se basa la tecnología de los discos magneto
óptico regrabables, es conocido como el efecto Kerr. Este
se manifiesta en un cambio en el estado de
la polarización de la luz mediante la interacción
con un medio magnetizado.
También existe otro método de
lectura que esta basado en el efecto Faraday, que en algunos
aspectos es similar al de Kerr.
Tecnología de cambio de fase:
Esta tecnología, que es la utilizada por los CD
ópticos re-escribibles llamados CD-E (CD-Erasable), hoy
designados CD-RW (CD ReWritable), 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%.
Se debe aclarar que esta tecnología es puramente óptica,
sin magnetismo,
requiriéndose una sola pasada para escribir, a diferencia
de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego
escribir los unos.
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
Otras Tecnologías
DVD-ROM
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 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 - Llevando al doble que un CD-ROM el número de
vueltas por pulgada radial de la espiral(un CD-ROM presenta
16000 vueltas por pulgada radial). - 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 y Toshiba.
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 3) 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( Ver figura
debajo).
(Gráfico perteniciente al sitio de internet Metodologias
Informáticas)
Figura 3 DVD-ROM de doble capa
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.
Sintetizando
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).
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 backups, y
las bibliotecas de
Imágenes.
Algunas características importantes de los discos
ópticos:
- Son medios
removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en
pequeños espacios. - Son portables (removibles de la unidad) y seguros en la
conservación de datos. - Tienen bajo costo por byte almacenado.
- Los CD-ROM se producen masivamente
- Los CD son más seguros en la
conservación de datos que los discos magnéticos
debido a que la capa que los almacena es inmune los campos
magnéticos caseros, y están protegidos de la
corrosión ambiental, etc.
Existen 3 tipos de discos ópticos o magnetos
ópticos que se utilizan en la informática:
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
"maestro" 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 con huecos discontinuos( o sea formando pits y lands) , que
forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con
luz láser por la unidad de CD del usuario.
2. Gravable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable)
o WORM.
En la escritura, el haz láser sigue una pista en espiral
pre-construida en una capa de pigmento. 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
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 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).
5. Bibliografía
utilizada
Introducción general a la informática: Periféricos y redes locales, M. C
Ginzburg.
Sitio de internet
"metodologías para la informática".
Compumagazine – edición noviembre del
‘92
Autor:
Adrian Saal