CD-R ( Compact disc-recordable ) — это формат хранения цифровых оптических дисков . Диск CD-R — это компакт-диск , который может быть записан только один раз и прочитан произвольное количество раз.
Диски CD-R (CD-R) читаются большинством устройств для чтения компакт-дисков, выпущенных до появления CD-R, в отличие от дисков CD-RW .
Первоначально названная CD Write-Once (WO) , спецификация CD-R была впервые опубликована в 1988 году [ требуется ссылка ] компаниями Philips и Sony в Orange Book , которая состоит из нескольких частей, в которых приводятся сведения о CD-WO, CD-MO (магнитооптический) и позднее CD-RW (перезаписываемый). В последних изданиях термин CD-WO был заменен на CD-R , в то время как CD-MO использовался редко. Записанные CD-R и CD-RW в аспекте низкоуровневого кодирования и формата данных полностью совместимы со стандартами аудио CD ( Red Book CD-DA ) и CD с данными ( Yellow Book CD-ROM ). Стандарт Yellow Book для CD-ROM определяет только высокоуровневый формат данных и ссылается на Red Book для всех физических форматов и низкоуровневых деталей кода, таких как шаг дорожки, линейная плотность битов и кодирование битового потока. Это означает, что они используют модуляцию Eight-to-Fourteen , коррекцию ошибок CIRC и, для CD-ROM , третий слой коррекции ошибок, определенный в Yellow Book. Правильно записанные диски CD-R на болванках длиной менее 80 минут полностью совместимы со стандартами аудио CD и CD-ROM во всех деталях, включая физические характеристики. 80-минутные диски CD-R незначительно нарушают спецификации физического формата Red Book, а более длинные диски не соответствуют. Диски CD-RW имеют более низкую отражательную способность, чем CD-R или штампованные (незаписываемые) CD, и по этой причине не могут соответствовать стандарту Red Book. Некоторое оборудование, совместимое с CD Red Book, может испытывать трудности с чтением CD-R и, из-за их более низкой отражательной способности, особенно CD-RW. [1] В той степени, в которой оборудование CD может читать диски увеличенной длины или диски CD-RW, это происходит потому, что это оборудование имеет возможности, превышающие минимальные требования стандартов Red Book и Yellow Book (оборудование имеет больше возможностей, чем необходимо для размещения логотипа Compact Disc). [ необходима цитата ]
Системы записи CD-R, доступные в 1990 году, были похожи на Meridian CD Publisher размером со стиральную машину, основанную на двухкомпонентном стоечном аудиорекордере Yamaha PDS стоимостью 35 000 долларов США, [ нужна ссылка ] не включая необходимую внешнюю схему ECC для кодирования данных, подсистему жесткого диска SCSI и управляющий компьютер MS-DOS .
3 июля 1991 года была сделана первая запись концерта непосредственно на CD с использованием Yamaha YPDR 601. Концерт был исполнен Клаудио Бальони на стадионе Фламинио в Риме, Италия. В то время обычно предполагалось, что записываемые CD будут иметь срок службы не более 10 лет. Однако по состоянию на июль 2020 года CD с этой живой записью все еще воспроизводится без неисправимых ошибок. [ необходима цитата ]
В том же году первой компанией, успешно и профессионально копировавшей носители CD-R, была CDRM Recordable Media. Поскольку качественные технические носители были ограничены Taiyo Yuden , Early CD-R Media использовали для копирования фталоцианиновый краситель, имеющий светлый цвет морской волны. К 1992 году стоимость типичных рекордеров снизилась до 10 000–12 000 долларов, а в сентябре 1995 года Hewlett-Packard представила свою модель 4020i производства Philips, которая при цене 995 долларов стала первым рекордером стоимостью менее 1000 долларов. [2] По состоянию на 2010-е годы устройства, способные записывать на CD-R и другие типы записываемых компакт-дисков, можно было найти менее чем за 20 долларов.
Разработанные Taiyo Yuden красящие материалы сделали диски CD-R совместимыми с дисками Audio CD и CD-ROM.
В Соединенных Штатах существует разделение рынка между «музыкальными» CD-R и «информационными» CD-R, причем первые значительно дороже вторых из-за соглашений об авторских правах с RIAA . [3] В частности, цена каждого музыкального CD-R включает обязательный роялти , выплачиваемый членам RIAA производителем диска; это дает диску «флаг заявки», указывающий на то, что роялти было выплачено. Автономные музыкальные рекордеры для потребителей отказываются записывать CD-R, у которых отсутствует этот флаг. Профессиональные рекордеры CD не подпадают под это ограничение и могут записывать музыку на диски с данными. Два типа дисков функционально и физически идентичны, за исключением этого, и компьютерные рекордеры CD могут записывать данные и/или музыку на любой из них. [4] Новые музыкальные CD-R все еще производятся по состоянию на конец 2010-х годов, хотя спрос на них снизился, поскольку музыкальные рекордеры на основе CD были вытеснены другими устройствами, включающими ту же или похожую функциональность. [5]
До CD-R корпорация Tandy анонсировала перезаписываемую систему CD, известную как система Tandy High-Density Optical Recording (THOR), заявляя, что она поддерживает стираемые и перезаписываемые диски, что стало возможным благодаря «секретному материалу покрытия», на который Tandy подала заявку на патенты [6] и, как сообщается, частично основано на процессе, разработанном Optical Data Inc. [7] с исследованиями и разработками, проведенными в Центре исследований магнитных носителей Tandy. [8] Известная также как система Tandy High-Intensity Optical Recording, носитель THOR-CD был предназначен для воспроизведения в существующих проигрывателях компакт-дисков, будучи совместимой с существующим оборудованием для CD-аудио и CD-ROM, при этом сами диски использовали слой, в котором «метки», «выступы» или «ямки», считываемые обычным проигрывателем компакт-дисков, могли быть созданы на носителе и удалены с него с помощью лазера, работающего на другой частоте. [7] Объявление Tandy было достаточно неожиданным, чтобы «застать врасплох полдюжины отраслей», [9] заявив о доступности потребительских аудио- и видеопродуктов по цене ниже 500 долларов к концу 1990 года, [6] и пригласив другие организации лицензировать технологию. [10] Объявление вызвало энтузиазм, но также и скептицизм относительно способности Tandy предоставить систему, [8] причем последний оказался оправданным, поскольку технология была «объявлена... активно продвигалась; затем ее отложили, и, в конце концов, она просто так и не появилась». [11]
Стандартный CD-R — это диск толщиной 1,2 мм (0,047 дюйма), изготовленный из поликарбоната, диаметром около 120 мм (5 дюймов). Диск диаметром 120 мм (5 дюймов) имеет емкость хранения 74 минуты аудио или 650 мегабайт (МБ) данных. CD-R/RW доступны с емкостью 80 минут аудио или 737 280 000 байт (700 МБ), что достигается путем формования диска с максимально допустимыми допусками, указанными в стандартах CD-R/CD-RW Orange Book . Технический запас, который был зарезервирован для допуска на производство, был использован для емкости данных, не оставляя никаких допусков на производство; чтобы эти диски действительно соответствовали стандарту Orange Book, производственный процесс должен быть идеальным. [ необходима цитата ]
Несмотря на вышесказанное, большинство CD-R на рынке имеют емкость 80 минут. Существуют также диски емкостью 90 минут/790 МБ и 99 минут/870 МБ, хотя они менее распространены и отступают от стандарта Orange Book. Из-за ограничений структур данных в ATIP 90- и 99-минутные заготовки будут идентифицироваться как 80-минутные. Поскольку ATIP является частью стандарта Orange Book, его конструкция не поддерживает некоторые нестандартные конфигурации дисков. Чтобы использовать дополнительную емкость, эти диски необходимо записывать с использованием опций overburn в программном обеспечении для записи CD. Сама функция overburn так называется, потому что она выходит за рамки письменных стандартов, но из-за спроса на рынке она, тем не менее, стала де-факто стандартной функцией в большинстве приводов для записи CD и программного обеспечения для них.
Некоторые приводы используют специальные технологии, такие как GigaRec от Plextor или HD-BURN от Sanyo, для записи большего количества данных на данный диск; эти технологии являются отклонениями от стандартов компакт-дисков (Red, Yellow и/или Orange Book), делая записанные диски фирменными и не полностью совместимыми со стандартными проигрывателями компакт-дисков и приводами. В некоторых приложениях, где диски не будут распространяться или обмениваться за пределами частной группы и не будут архивироваться в течение длительного времени, фирменный формат может быть приемлемым способом получения большей емкости (до 1,2 ГБ с GigaRec или 1,8 ГБ с HD-BURN на 99-минутном носителе). Наибольший риск при использовании такого фирменного формата хранения данных, предполагая, что он работает надежно, как и было задумано, заключается в том, что может быть сложно или невозможно отремонтировать или заменить оборудование, используемое для чтения носителя, если оно выйдет из строя, будет повреждено или потеряно после того, как его первоначальный поставщик прекратит его выпуск.
Ничто в стандартах Красной, Желтой или Оранжевой книги не запрещает устройствам чтения/записи дисков иметь возможности чтения/записи дисков, выходящие за рамки стандартов компакт-дисков. Стандарты требуют, чтобы диски соответствовали точным требованиям, чтобы называться компакт-дисками, но другие диски могут называться другими именами; если бы это было не так, ни один DVD-привод не мог бы законно иметь логотип компакт-диска. Хотя проигрыватели и приводы дисков могут иметь возможности, выходящие за рамки стандартов, что позволяет им читать и записывать нестандартные диски, нет никакой гарантии, что при отсутствии явных дополнительных спецификаций производителя, выходящих за рамки обычной сертификации логотипа компакт-диска, какой-либо конкретный проигрыватель или привод будет работать за пределами стандартов вообще или постоянно. Если то же самое устройство без явных спецификаций производительности, выходящих за рамки логотипа компакт-диска, изначально надежно обрабатывает нестандартные диски, нет никакой гарантии, что оно не перестанет это делать позже, и в этом случае нет гарантии, что его можно будет заставить работать снова путем обслуживания или настройки. Диски емкостью более 650 МБ, и особенно более 700 МБ, менее взаимозаменяемы между проигрывателями/приводами, чем стандартные диски, и не очень подходят для архивного использования, поскольку их читаемость на будущем оборудовании или даже на том же оборудовании в будущем не гарантируется, если они специально не протестированы и не сертифицированы в этой комбинации, даже при условии, что качество дисков вообще не ухудшится.
Поликарбонатный диск содержит спиральную канавку, называемую предварительной канавкой, потому что она отформована до того, как данные будут записаны на диск; она направляет лазерный луч при записи и считывании информации. Предварительная канавка отформована в верхней части поликарбонатного диска, где были бы отформованы углубления и площадки, если бы это был штампованный, не записываемый компакт-диск Red Book. Нижняя сторона, которая обращена к лазерному лучу в проигрывателе или приводе, плоская и гладкая. Поликарбонатный диск покрыт со стороны предварительной канавки очень тонким слоем органического красителя. Затем поверх красителя наносится тонкий отражающий слой серебра , серебряного сплава или золота . Наконец, поверх металлического отражателя наносится защитное покрытие из фотополимеризующегося лака, которое отверждается УФ- излучением.
Чистый CD-R не является «пустым»; предварительная канавка имеет колебание ( ATIP ), которое помогает записывающему лазеру оставаться на дорожке и записывать данные на диск с постоянной скоростью. Поддержание постоянной скорости необходимо для обеспечения надлежащего размера и расстояния между углублениями и площадками, выжженными в слое красителя. Помимо предоставления информации о времени, ATIP (абсолютное время в предварительной канавке) также является дорожкой данных, содержащей информацию о производителе CD-R, используемом красителе и информации о носителе (длина диска и т. д.). Предварительная канавка не разрушается, когда данные записываются на CD-R, точка, которую некоторые схемы защиты от копирования используют для отличия копий от оригинального CD.
В CD-R используются три основных состава красителя:
Существует множество гибридных вариантов красящих составов, например, Формазан от Kodak (гибрид цианина и фталоцианина).
Многие производители в прошлом добавляли дополнительную окраску, чтобы скрыть свои нестабильные цианиновые CD-R, поэтому формулу диска нельзя определить только на основе его цвета. Аналогично, золотой отражающий слой не гарантирует использование фталоцианинового красителя. Качество диска также зависит не только от используемого красителя, на него также влияют герметизация, верхний слой, отражающий слой и поликарбонат. Простой выбор диска на основе типа красителя может быть проблематичным. Кроме того, правильная калибровка мощности лазера в записывающем устройстве, а также правильная синхронизация лазерных импульсов, стабильная скорость диска и т. д. имеют решающее значение не только для немедленной считываемости, но и для долговечности записанного диска, поэтому для архивирования важно иметь не только высококачественный диск, но и высококачественный записывающий привод. Фактически, высококачественный записывающий привод может давать адекватные результаты с носителями среднего качества, но высококачественные носители не могут компенсировать посредственный записывающий привод, и диски, записанные таким записывающим приводом, не могут достичь своего максимального потенциального срока службы архива.
Эти времена включают только фактический проход оптической записи на диск. Для большинства операций записи дисков дополнительное время используется для накладных процессов, таких как организация файлов и дорожек, что добавляется к теоретическому минимальному общему времени, необходимому для создания диска. (Исключением может быть создание диска из подготовленного образа ISO, для которого накладные расходы, вероятно, будут незначительными.) На самых низких скоростях записи эти накладные расходы занимают настолько меньше времени, чем фактический проход записи на диск, что ими можно пренебречь, но на более высоких скоростях записи накладные расходы становятся большей частью общего времени, необходимого для создания готового диска, и могут значительно его увеличить.
Кроме того, при скорости выше 20× приводы используют стратегию Zoned-CLV или CAV, при которой заявленная максимальная скорость достигается только вблизи внешнего края диска. [13] Это не учитывается в приведенной выше таблице. (Если бы это не было сделано, более быстрое вращение, которое потребовалось бы на внутренних дорожках, могло бы привести к поломке диска и/или вызвать чрезмерную вибрацию, что сделало бы точную и успешную запись невозможной.)
Чистый диск имеет дорожку предварительной канавки, на которую записываются данные. Дорожка предварительной канавки, которая также содержит информацию о времени, гарантирует, что рекордер следует той же спиральной траектории, что и обычный CD. CD-рекордер записывает данные на диск CD-R, импульсно воздействуя своим лазером на области слоя органического красителя. Процесс записи не создает углублений (ямок); вместо этого тепло постоянно изменяет оптические свойства красителя, изменяя отражательную способность этих областей. Используя маломощный лазер, чтобы не изменять краситель дополнительно, диск считывается так же, как CD-ROM. Однако отраженный свет модулируется не ямками, а чередующимися областями нагретого и неизмененного красителя. [14] Изменение интенсивности отраженного лазерного излучения преобразуется в электрический сигнал, из которого восстанавливается («декодируется») цифровая информация. После записи раздела CD-R его нельзя стереть или перезаписать, в отличие от CD-RW . CD-R можно записывать в несколько сеансов. Устройство записи компакт-дисков может записывать данные на CD-R несколькими способами, включая:
При внимательном рассмотрении записанные и не записанные области можно различить невооруженным глазом. CD-R записываются от центра к краям, поэтому записанная область выглядит как внутренняя полоса с немного другим затенением.
Компакт-диски имеют область калибровки мощности, используемую для калибровки пишущего лазера до и во время записи. Компакт-диски содержат две такие области: одну близко к внутреннему краю диска, для калибровки на низкой скорости, и другую на внешнем крае диска, для калибровки на высокой скорости. Результаты калибровки записываются в область управления записью (RMA), которая может содержать до 99 калибровок. Диск не может быть записан после заполнения RMA, однако RMA может быть очищена в дисках CD-RW. [16]
Реальные (не ускоренное старение) тесты показали, что некоторые CD-R быстро деградируют даже при обычном хранении. [17] [18] Качество диска CD-R оказывает большое и прямое влияние на долговечность — не следует ожидать, что диски низкого качества прослужат очень долго. Согласно исследованию, проведенному J. Perdereau, ожидается, что CD-R будут иметь среднюю продолжительность жизни 10 лет. [19] Брендинг не является надежным руководством по качеству, поскольку многие бренды (как крупные, так и неизвестные) не производят собственные диски. Вместо этого они поставляются от разных производителей разного качества. Для достижения наилучших результатов следует проверить фактического производителя и материальные компоненты каждой партии дисков.
Записанные CD-R страдают от деградации материала, как и большинство записываемых носителей. Носители CD-R имеют внутренний слой красителя, который используется для хранения данных. В диске CD-RW записывающий слой сделан из сплава серебра и других металлов — индия, сурьмы и теллура. [20] В носителях CD-R сам краситель может деградировать, в результате чего данные становятся нечитаемыми.
Помимо деградации красителя , выход из строя CD-R может быть вызван отражающей поверхностью. Хотя серебро менее дорого и более широко используется, оно более склонно к окислению , что приводит к образованию неотражающей поверхности. Золото , с другой стороны, хотя и более дорого и больше не используется широко, является инертным материалом, поэтому CD-R на основе золота не страдают от этой проблемы. Производители оценили долговечность CD-R на основе золота в 100 лет. [21]
Измеряя частоту исправимых ошибок данных , можно оценить целостность данных и/или качество изготовления носителей CD-R, что позволяет надежно прогнозировать будущие потери данных, вызванные деградацией носителя. [22]
При использовании бумажных этикеток с клеевой основой рекомендуется, чтобы этикетки были специально сделаны для CD-R. Сбалансированный CD вибрирует лишь слегка при вращении на высокой скорости. Плохие или неправильно сделанные этикетки или этикетки, нанесенные не по центру, нарушают балансировку CD и могут вызвать его вибрацию при вращении, что приводит к ошибкам чтения и даже рискует повредить привод. [23]
Профессиональной альтернативой этикеткам для CD являются предварительно напечатанные CD с помощью 5-цветной шелкографии или офсетной печати. Использование перманентного маркера также является распространенной практикой. Однако растворители из таких маркеров могут повлиять на слой краски.
Поскольку CD-R, как правило, не могут быть логически стерты в какой-либо степени, утилизация CD-R представляет собой возможную проблему безопасности, если они содержат конфиденциальные/личные данные. Уничтожение данных требует физического уничтожения диска или слоя данных. Нагревание диска в микроволновой печи в течение 10–15 секунд эффективно уничтожает слой данных, вызывая искрение в металлическом отражающем слое, но это же искрение может привести к повреждению или чрезмерному износу микроволновой печи. Многие офисные измельчители бумаги также предназначены для уничтожения компакт-дисков.
Некоторые современные записывающие устройства (Plextor, LiteOn) поддерживают операции стирания на носителях -R, «перезаписывая» сохраненные данные с помощью мощного лазера, хотя стертая область не может быть перезаписана новыми данными.
Поликарбонатный материал и возможное золото или серебро в отражающем слое сделали бы CD-R в высокой степени пригодными для вторичной переработки. Однако поликарбонат имеет очень низкую ценность, а количество драгоценных металлов настолько мало, что их восстановление невыгодно. [24] Следовательно, переработчики, которые принимают CD-R, обычно не предлагают компенсацию за пожертвование или транспортировку материалов. [25] [26]
На настоящих компакт-дисках углубления, вырезанные на поверхности компакт-диска, считываются лазером в приводе CD-ROM. CD-Recordables, или CD-R, имитируют углубления, нанося пятна чернил на компакт-диск.