Dung lượng đĩa CD

Dung lượng đĩa CD

Mỗi giây của CD chứa 75 khối dữ liệu mỗi khối 2.048 byte. Từ thông tin này bạn có thể tính được dung lượng lưu trữ tối đa chính xác của một đĩa CD 80 phút hay 74 phút như thể hiện trong bảng 11.3. Bảng 11.3 cho biết kiến trúc và bố trí của mỗi sector trong một CD có dữ liệu được lữu trữ.

Thông tin này định rõ dữ liệu lưu trữ theo định dạng Mode 1, được sử dụng gần như trên tất cả đĩa dữ liệu. Bạn có thể tìm hiểu thêm về định dạng Mode 1/Mode 2 trong phần Sách Vàng (Yellow Book) và các tiêu chuẩn XA phần sau chương này.

Với các sector dữ liệu, bạn có biết rằng ngoài 3.234 byte thực sự cho mỗi sector, chỉ có 2.048 là dữ liệu người dùng. Hầu hết 1.186 byte khác được sử dụng cho các cơ chế phát hiện lỗi và chỉnh sửa lỗi chuyên sâu để đảm bảo hoạt động không xảy ra lỗi.

Mã hóa dữ liệu trên đĩa

Phần cuối cùng là cách để dữ liệu được ghi vào đĩa CD như thế nào thực sự là điều hết sức thú vị. Sau khi tất cả 98 cấu trúc được sắp xếp trên mỗi sector (Bất kể là dữ liệu hay âm thanh), thông tin được đi qua một quy trình mã hóa cuối được gọi là EFM (eight to fourteen modulation: điều chế từ 8 đến 14 bit). Sự sắp xếp này lấy mỗi byte (8 bit) và biến đổi thành giá trị 14 bit cho lưu trữ. Các mã chuyển đổi 14 bit được thiết kế để không bao giờ có ít hơn 2 hoặc nhiều hơn 10 các bit 0 gần kề. Đây là một hình thức mã hóa thực thi độ dài bị giới hạn (RLL: Run Length Limited) gọi là RLL 2.10 (RLL x, y trong đó x là sự thực thi nhỏ nhất, y là thực thi lớn nhất của các bit 0). Điều này được thiết kế để ngăn ngừa các chuỗi dài của các bit 0 mà có thể dễ đọc sai, cũng như giới hạn tần số lớn nhất và nhỏ nhất trong các chuyển đổi thực sự trên đĩa thu. Với 2 hoặc 10 các bit 0 phân tách với các bit 1 trong khi thu, khoảng cách nhỏ nhất giữa các bit 1 là 3 lần khoảng dùng (được gọi là 3T) và khoảng cách lớn nhất giữa các bit 1 là 11 lần khoảng dừng (11T).

Do một số mã EFM bắt đầu và kết thúc với 1 hoặc nhiều hơn năm bit 0, ba bit thêm được gọi là các bit hợp nhất (Merge bit) thêm vào giữa mỗi giá trị EFM 14 bit được ghi vào đĩa. Các bit hợp nhất luôn là các bit 0, nhưng có thể chứa một bit 1 nếu cần thiết để cắt một chuỗi dài các bit 0 gần kề được tạo thành bởi các giá trị EFM 14 bit gần kề. Thêm nữa, hiện tại 17 bit được tạo ra cho mỗi byte (EFM cộng thêm các bit hợp nhất), một đồng bộ 24 bit (cộng thêm 3 bit hợp nhất) được thêm vào phần bắt đầu của mỗi cấu trúc. Dẫn đến tổng cộng có đến 588 bit (73.5 byte) thực sự được lưu trữ trong đĩa cho mỗi cấu trúc. Nhân số này cho 98 cấu trúc trên mỗi sector, bạn có 7.203 byte thực sự được lưu trữ trong đĩa để biểu thị mỗi sector. Mỗi đĩa CD 80 phút, có thể thực sự có 2.6GB dữ liệu thực được ghi, sau khi được mã hóa toàn bộ và xử lý các mã chỉnh lỗi và các thông tin khác, dữ liệu người dùng thực là vào khoảng 737MB (703Mib).

Các tính toán cho các cấu trúc được mã hóa EFM và sector được mô tả trong Bảng 11.4.

Để xem xét điều này, xem Bảng 11.5 cho ví dụ cách dữ liệu quen thuộc có thể được thực sự mã hóa khi được ghi vào CD như thế nào. Như một ví dụ, tôi sẽ dùng các mẫu tự “N” và “O” khi chúng được ghi vào đĩa.

Các biên của các pit được chuyển dịch thành các bit 1 nhị phân. Như bạn có thể thấy, mỗi nhóm 14 bit được sử dụng để biểu thị một byte dữ liệu được mã hóa EFM thực sự trên đĩa và mỗi mà EFM 14 bit được phân tách bằng 3 bit hợp nhất (tất cả đều là các bit 0 trong ví dụ này). Ba pit trong ví dụ này là 4T (4 chuyển đổi), 8T và dài 4T. Chuỗi các bit 1 và bit 0 trên đầu con số cho biết dữ liệu thực được đọc như thế nào; chú ý là một bit 1 được đọc bất kể mỗi chuyển đổi từ pit đến land xảy ra. Điều thứ vị là biểu đồ này mô tả với tỷ lệ, có nghĩa là các pit (phần nhô lên) sẽ có độ dài và độ rộng liên quan lẫn nhau. Nếu sử dụng kính hiển vị để quan sát đĩa, bạn sẽ hiểu vì sao điều “không thể” là có thể thực sự được ghi.

Các CD có khả năng ghi được

Ghi âm đĩa quang đã có từ năm 1988, khi hệ thống thu âm CD-R đầu tiên được giới thiệu với giá 50.000 đô la (Họ dùng ổ đĩa ghi âm của Yamaha giá 35.000 đô la và hàng ngàn đô la phần chỉnh sửa lỗi và mạch khác được thêm vào việc sử dụng CD-ROM), chỉ vận hành được ở tốc độ 1x và là thành phần của phân hệ có kích cỡ bằng chiếc máy giặt! Đĩa trắng cũng có giá khoảng 100 đô la một cái – so sánh ít hơn 5 xu một dạng hộp bánh sản xuất hàng loạt. Đầu tiên, mục đích chính cho ghi âm CD là sản xuất ra các CD mẫu sau đó được sao chép qua quy trình rập mẫu tiêu chuẩn.

Năm 1991, Philips giới thiệu đầu ghi 2x đầu tiên (CDD 521), kích cỡ bằng máy thu âm thanh nổi (strereo receiver) với giá khoảng 12.000 đô la. Sony năm 1992 và kế tiếp JVC năm 1993 tiếp bước bằng đầu ghi 2x của họ, chính JVC có ổ đĩa đầu tiên hệ số dạng nửa chiều cao 5 ¼” mà hầu hết hệ thống máy để bàn dùng ngày nay. Năm 1995, Yamaha phát hành đầu ghi 4x đầu tiên (CDR100), được bán giá 5.000 đô la. Một bước đột phá trong giá cả vào cuối năm 1995 khi Hewlett-Packard phát hành đầu ghi 2x (4020i, do Philips thực hiện cho họ) giá dưới 1.000 đô la. Điều này chứng tỏ chính xác thị trường trông chờ cái gì. Một khuấy động dấy lên, giá cả nhanh chóng rơi xuống dưới 500 đô la, rồi 200 đô la hay ít hơn. Năm 1996, Ricoh ra mắt ổ đĩa CD-RW đầu tiên.

Hai loại đĩa CD chính có thể ghi có sẵn, được gọi là CD-R (recordable) và CD-RW (rewritable). Tuy nhiên do đĩa CD-RW đắt hơn đĩa CD-R nhưng chỉ nhanh bằng nửa (hay ít hơn) đĩa CD-R lại không vận hành được trong ổ đĩa CD âm thanh hay CD-ROM, mọi người thường dùng đĩa CD-R thay vì CR-RW.

Ghi chú:

Do các khác biệt trong hệ số phản chiếu đĩa, một số ổ đĩa quang cũ hơn không đọc được đĩa CD-RW. Phần lớn các ổ đĩa mới hơn thích hợp với đặc điểm kỹ thuật MultiRead do vậy đọc được các đĩa CD-RW. Nếu bạn đang ghi cái gì cho nhiều người hay hệ thống đọc, CD-R là lựa chọn hay nhất cho sự tương thích toàn bộ.
CD-R là đĩa WORM (ghi một lần, đọc nhiều lần), có nghĩa sau khi bạn ghi dữ liệu vào CD-R, nó được lưu giữ lại lâu dài và không thể xóa đi. Hạn chế chỉ ghi một lần làm loại đĩa này kém ưu việt cho những sao lưu hệ thống hay những mục đích khác thích hợp để sử dụng lại đĩa nhiều lần. Tuy vậy, do giá cả thấp các đĩa CD-R dùng cho sao lưu lâu dài thì kinh tế như băng từ hay đĩa khác. Các đĩa CD-RW có thể dùng lại được đến 1.000 lần, làm chúng phù hợp hầu hết bất kỳ loại lưu trữ dữ liệu nào. Phần sau đây xem xét hai tiêu chuẩn này và cách bạn có thể dùng chúng cho nhu cầu lưu trữ dữ liệu cho chính bạn.

CR-R

Một khi được ghi, các đĩa CD-R, có thể được xem lại được xem lại hay đọc trong bất kỳ ổ đĩa CD tiêu chuẩn nào. Các đĩa CD-R thì hữu dụng cho lưu trữ dữ liệu, tạo ra các đĩa CD mẫu rồi nhân bản cho phân phối trong phạm vi công ty.

Các đĩa CD-R dùng cùng yếu tố cơ bản như các CD-ROM tiêu chuẩn, bằng cách nẩy ánh sáng laser trên đĩa và theo dấu những thay đổi trong sự phản chiếu khi các biên pit/land và land/pit gặp nhau. Sự khác biệt chính là thay vì được in (stamped) hay rập nổi (embossed) vào lớp nhựa như trên các CD, các CD-R có những hình ảnh của các pit được in (burned) vào đường rãnh nổi. Do vậy, các pit không là các chỗ lồi như trên CD tiêu chuẩn, nhưng thay vì được rãnh nổi. Do vậy, các pit không là các chỗ lồi như trên CD tiêu chuẩn, nhưng thay vì đường rãnh nổi. Do vậy, các pit không là các chỗ lồi như trên CD tiêu chuẩn, nhưng thay vì vậy được biểu hiện như vùng tối (bị đốt) trên đường rãnh nổi phản chiếu ít ánh sáng hơn. Do sự phản chiếu toàn bộ của vùng pit và ladn giống như trên đĩa được rập, các ổ đĩa CD thông thường đọc được các đĩa CD-R chính xác như thế chúng là đĩa được rập.

Phần quy trình ghi CD-R bắt đầu trước khi bạn đẩy đĩa vào ổ đĩa. Đĩa CD-R được sản xuất khá giống CD tiêu chuẩn – một máy in được dùng để đúc khuôn nền nhựa polycarbonate. Tuy nhiên, thay vì rập các pit và land, máy in này ghi khắc một được rãnh nổi xoắn ốc (được gọi là pre-groove) vào đĩa. Từ việc đọc (và ghi) bằng laser bên dưới đĩa, đường rãnh nổi này bị thấy như một lằn gợn xoắn ốc và không có chỗ lõm.

Pre-groove (lằn gợn) không hoàn toàn thẳng; nó hơi nghiêng. Biên độ nghiêng này thường rất nhỏ được so sánh với bước rãnh ghi (khoảng cách). Khoảng cách đường rãnh nổi là 1.6 micron, nhưng chỉ nghiêng 0.030 micron từ cạnh đến cạnh. Sự nghiêng này của đường rãnh nổi CD-R được làm cho phù hợp để mang thông tin phụ được đọc bởi ổ đĩa. Tín hiệu chứa trong sự nghiêng này được gọi là thời gian tuyệt đối trong pre-groove (ATIP:absolute time in pre-groove) do nó được điều biến với mã thời gian và dữ liệu khác. Mã thời gian này có cùng các phút: giây: dạng kiến trúc mà cuối cùng được thấy trong mã phụ Q của các kiến trúc này sau khi chúng được ghi vào đĩa. ATIP cho phép ổ đĩa định các vị trí trên đĩa trước khi các kiến trúc được ghi. Về mặt kỹ thuật, tín hiệu nghiêng này là tần số lập mã thay đôi với tấn số 22.05KHz và độ lẹch 1KHz. Sự nghiêng này dùng những thay đổi tần số để mang thông tin.

Để hoàn tất đĩa CD-R, một hóa chất nhuộm hữu cơ được trải đều khắp đĩa qua quy trình quay phủ. Kế tiếp, một lớp phản chiếu bằng vàng hay bạc được phủ (một số đĩa giá rẻ dùng nhôm) theo sau là lớp sơn bảo vệ ngăn ngừa UV để bảo vệ lớp phản chiếu và lớp hóa chất nhuộm. Vàng hay bạc được dùng trong các đĩa gần đây và hiện nay để đạt mức phản chiếu cao có thể (vàng được dùng trong các CD-R lưu dữ liệu được thiết kế cho lưu trữ lâu dài), hóa chất nhuộm hữu cơ là oxidize aluminum. Tiếp theo, dùng kỹ thuật in lưới đặt lên trên lớp sơn để nhận dạng và bảo vệ tốt hơn. Khi nhìn từ mặt dưới, tia laser được sử dụng để đọc (hay ghi) đĩa đầu tiên qua lớp polycarbonate và lớp nhuộm hữu cơ trong suốt, chạm lớp vàng bị phản chiếu trở lại qua lớp nhuộm và lớp nhựa, cuối cùng để tiếp nhận bởi thiết bị cảm ứng quang trong ổ đĩa.

Lớp nhuộm và lớp phản chiếu cùng có những thuộc tính phản chiếu như CD gốc. Mặt khác, một máy đọc CD sẽ đọc được đường rãnh nổi của một đĩa CD-R không khả năng ghi lại như một land dài. Để đọc CD-R, một chùm tia laser cùng độc dài sóng (780mm) thường được dùng để đọc đĩa, nhưng gấp 10 lần cường độ, để làm nóng lớp nhuộm. Chùm tia laser này được bắn theo dạng xung vào phía trên lằn gợn (đường rãnh nổi), làm nóng lớp hóa chất nhuộm hữu cơ giữa 482 độ F và 572 độ F (250 độ – 300 độ C). Nhiệt độ này đúng ra đốt cháy lớp nhuộm hữu cơ, làm nó trở nên mờ đục. Khi đọc, việc này ngăn ngừa ánh sáng xuyên qua lớp nhuộm đến lớp vàng và phản chiếu trở lại, như cùng tác động xóa đi sự phản chiếu laser của một pit nổi thực sự trên CD được rập bình thường, hình 11.6 thể hiện các lớp môi trường CD-R, cùng với pre-groove (lằn gợn nổi từ phối cảnh laser) và các pit bị đốt.

Ổ đĩa đọc đĩa bị đánh lừa là pit tồn tại, nhưng thực sự lại không có pit nào – chỉ có viết phản chiếu trên lằn gợn. Việc sử dụng sức nóng này tạo ra các pit trên đĩa là lý do quy trình đọc thường được xem như đốt (burning) CD. Khi bị đốt, các phần của rãnh ghi thay đổi từ tình trạng phản chiếu sang ít phản chiếu. Sự thay đổi tình trạng này là vĩnh cửu và không thể làm lại, là lý do CD-R được xem như đĩa ghi một lần.

Theo “Nâng cấp và sửa chữa máy tính” Scoot Muller