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
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¿Qué es la codificación EFM
usada en los CD-ROM? * Ir
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¿Cómo son en detalle los sectores de un
CD y el
código CIRC? * Ir
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¿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
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¿Qué son los discos y unidades
PD? * Ir
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¿Qué son los DVD-ROM,
leídos con láser
azul? * 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):
- unos y ceros indicadores
de comienzo de bloque, que sirven para sincronismo con la
lectora de CD. - una secuencia de bits que irá en la cabecera
(header) de cada bloque para poder
localizarlo. - 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.
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.