CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory - память на компакт-диске только для чтения) принадлежит семейству оптических устройств хранения данных. В отличие от магнитных методов хранения, в которых используется разная поляризация сигналов для записи и чтения на магнитной поверхности, в устройствах оптической памяти используется лазерный луч для распознавания отпечатков на отражающей поверхности диска. Другой представитель указанного семейства - накопитель WORM (Write Once, Read Many - однократная запись, многократное чтение) - также "совершил" несколько попыток закрепиться в области архивирования и хранения данных. Однако несовместимость и отличающиеся стандарты ограничили возможности его использования в качестве основной среды обмена данными. Магнитооптический (МО) накопитель также принадлежит рассматриваемому семейству. Он обладает тем преимуществом, что с помощью оптических методов позволяет осуществлять многократную запись данных на один и тот же носитель. Такие характеристики CD-ROM, как его малый вес, прочность, долгий срок службы и высокая емкость, привели к большой и все возрастающей популярности его как среды для архивирования различных типов данных. Дни использования магнитной ленты для архивного хранения как в картриджах, так и на бобинах, быстро оказались сочтены. Кроме прочности и компактности CD-ROM также обладает решающим преимуществом в качестве среды для массового хранения данных: CD-ROM обеспечивает произвольный доступ к любой хранимой на нем информации. Для сравнения линейные методы хранения данных, такие, как ленточные устройства, использующие картриджи или катушки, не могут обеспечить легкий доступ к блоку данных, если он не расположен в непосредственной близости к текущему положению головки считывания или записи относительно ленты. Если попытаться считать блок данных, записанных в конце ленты, а головка считывания находится в начале, нужно промотать ленту вперед. А если следующая порция данных находится в начале ленты, опять требуется время для обратной перемотки.

Целостность данных

Оптические носители обеспечивают такую степень точности и целостности данных при хранении, которую трудно получить от магнитных носителей. Так как в оптической памяти данные представляются в форме отпечатков на поверхности носителя, единственную опасность для целостности данных представляет коррозия или физическое повреждение поверхности (которое может быть вызвано царапинами или чрезмерным перегревом). Магнитные же носители подвергаются медленному, но неизбежному старению из-за постепенного размагничивания начиная с того дня, когда на них первый раз что-либо записали. Соседние намагниченные участки, такие, как участки на поверхности жесткого магнитного диска, оказывают со временем влияние друг на друга, а также могут сильно изменяться при попадании в область сильного магнитного поля (например, поля, создаваемого ручным пылесосом, если переусердствовать с чисткой внутри корпуса компьютера). Время жизни данных, хранимых на магнитной ленте, колеблется от 6 до 12 лет. Оценки времени жизни для CD-R составляют 100 лет устойчивого хранения данных! CD-ROM, созданные методами массового тиражирования, не являются столь долговечными в основном из-за материала подложек. Для таких CD-ROM известные оценки срока службы колеблются от 10 до 25 лет. Так как диски, используемые для хранения компьютерных данных, начали появляться не так давно, мы, возможно, начнем получать отчеты о реальных сроках службы CD-ROM только по прошествии определенного времени. Врагом компакт-дисков является коррозия алюминия. Когда микроскопические впадины, появляющиеся на поверхности диска из-за коррозии, станут сравнимыми со впадинами, несущими полезную информацию, то возникнет серьезная опасность потери данных. Слой серебра, используемый в CD-R, обладает гораздо большей устойчивостью к коррозии, что является основной причиной для более долгого срока службы среды CD-R

Вопрос «как делаются CD-R диски?», пожалуй, самый простой. Можно ответить всего одной фразой: CD-R делаются на заводе. Впрочем, вряд ли кто-нибудь собирается наладить самостоятельное изготовление CD-R на собственной кухне. Гораздо большее количество людей волнует вопрос «откуда же берутся плохие диски?». Всем ведь уже порядком надоело, что процесс записи диска со стороны напоминает шаманский обряд. Поэтому некоторые «производственные секреты», от которых больше всего зависит качество изготовленного диска, мы чуть позже рассмотрим. Но для начала давайте разберёмся, как этот диск всё же устроен. И начнём издалека, с устройства ближайшего родственника CD-R – «штампованного» CD-ROM.

Питы в «алюминиевых» дисках

Всем известно, что информация на компакт-диске («настоящем», который называется CD-ROM) представляется в виде «питов» (pit – яма, углубление). Внешний вид основы (до нанесения отражающего слоя) приведён на рис. 2. Трёхмерное изображение поверхности основы CD-ROM построено по результатам измерений, проведенных в лаборатории атомно-силовой микроскопии Института физики полупроводников Национальной академии наук Украины. Измерения выполнены с помощью атомно-силового микроскопа (Atomic Force Microscope) NanoScope IIIa фирмы Digital Instruments.

Каждый пит – это не биты записанной информации, нельзя питы и ленды связывать с «1» или «0».

Каждый пит или ленд представляет сразу несколько бит информации. Дело в том, что информация, подготовленная к размещению на компакт-диске, подвергается ряду сложных преобразований. В первую очередь это мощная система помехоустойчивого кодирования. Помехоустойчивое кодирование и особенно система, примененная в компакт-дисках, – это очень интересная, но и весьма сложная тема. В рамках данной статьи мы её касаться не будем. Для правильного понимания дальнейшего материала нам важно вспомнить только два момента. Во-первых, то, что информация представлена в последовательном коде. Во-вторых, то, что после всех преобразований, связанных с помехоустойчивым кодированием, непосредственно перед размещением информации на компакт-диске осуществляется ещё одно, так называемое канальное кодирование. В компакт-дисках применяется канальный код EFM (Eight to Fourteen Modulation). Этот код разработан фирмой Philips специально для лазерной звукозаписи. Суть канального кодирования EFM заключается в том, что каждый байт информации заменяется 14-разрядным словом из специальной таблицы преобразования. К полученному таким образом 14-разрядному слову по определённому правилу добавляется ещё три так называемых соединительных разряда. В результате канального кодирования получается непрерывная последовательность бит, причём между двумя единицами никогда не может быть меньше двух или больше десяти нулей. Именно эта последовательность бит, в которой между двумя единицами не меньше двух и не больше десяти нулей, и представлена на компакт-диске питами. Причём питы и ленды чередуются в моменты, соответствующие началу бита, равного «1». Если до этого был, например, «ленд», то становится «пит», и наоборот. Таким образом, питы и ленды с точки зрения представления информации равнозначны и характеризуют только временные интервалы между двумя единицами в последовательности бит. Поскольку состояние (ленд или пит) изменяется в моменты, соответствующие именно началу бита, равного «1», то протяженность каждого участка (и пита, и ленда) лежит в пределах от 3 периодов тактовой частоты (это называется интервалом 3Т) до 11 периодов (11Т), т.е. включает и длительность одного бита, равного «1» (рис. 3).