CD-R ( записываемый компакт-диск ) — это формат хранения цифровых оптических дисков . Диск CD-R — это компакт-диск , который можно записать один раз и прочитать произвольное количество раз.
Диски CD-R (CD-R) читаются большинством устройств 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 компаниями Philips и Sony в Оранжевой книге , которая состоит из нескольких частей, в которых представлены подробности о CD-WO, CD-MO. (магнитооптический), а затем и CD-RW (перезаписываемый). В последних изданиях от использования термина CD-WO отказались в пользу CD-R , тогда как CD-MO использовался редко. Записанные CD-R и CD-RW с точки зрения низкоуровневого кодирования и формата данных полностью совместимы со стандартами аудио компакт-дисков ( Red Book CD-DA ) и компакт-дисков с данными ( Yellow Book CD-ROM ). Стандарт Желтой книги для CD-ROM определяет только формат данных высокого уровня и ссылается на Красную книгу для всех физических форматов и деталей кода низкого уровня, таких как шаг дорожки, линейная битовая плотность и кодирование битового потока. Это означает, что они используют модуляцию от восьми до четырнадцати , коррекцию ошибок CIRC и, для CD-ROM , третий уровень коррекции ошибок, определенный в Желтой книге. Правильно записанные диски CD-R на бланках продолжительностью 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 Красной книги, а более длинные диски не соответствуют требованиям. Диски CD-RW имеют меньшую отражательную способность, чем CD-R или прессованные (незаписываемые) компакт-диски, и по этой причине не могут соответствовать стандарту Красной книги. Некоторое оборудование, совместимое с компакт-дисками Red Book, может испытывать трудности с чтением компакт-дисков CD-R и, из-за их более низкой отражательной способности, особенно компакт-дисков CD-RW. [1] В той степени, в которой аппаратное обеспечение компакт-дисков может читать диски увеличенной длины или диски CD-RW, это происходит потому, что это оборудование имеет возможности, выходящие за рамки минимума, требуемого стандартами Красной книги и Желтой книги (оборудование более способно, чем необходимо. должен иметь логотип компакт-диска). [ нужна цитата ]
Системы записи CD-R, доступные в 1990 году, были аналогичны Meridian CD Publisher размером со стиральную машину, основанные на состоящем из двух частей аудиорекордере Yamaha PDS, монтируемом в стойку, стоимостью 35 000 долларов , без учета необходимой внешней схемы ECC для кодирования данных. Подсистема жесткого диска SCSI и управляющий компьютер MS-DOS .
3 июля 1991 года была сделана первая запись концерта непосредственно на компакт-диск с использованием Yamaha YPDR 601. Концерт исполнил Клаудио Бальони на стадионе Фламинио в Риме, Италия. В то время предполагалось, что срок службы записываемых компакт-дисков не превысит 10 лет. Однако по состоянию на июль 2020 года компакт-диск с этой концертной записью по-прежнему воспроизводится без неисправимых ошибок. [ нужна цитата ]
В том же году первой компанией, которая успешно и профессионально дублировала носители CD-R, стала CDRM Recordable Media. Поскольку качество технических носителей от Taiyo Yuden было ограничено , компания Early CD-R Media использовала для дублирования краситель фталоцианин, имеющий светло-голубой цвет. 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 CD-R и другие типы записываемых компакт-дисков, можно было найти менее чем за 20 долларов.
Красящие материалы, разработанные Тайё Юденом , позволили дискам CD-R быть совместимыми с дисками Audio CD и CD-ROM.
В Соединенных Штатах существует разделение рынка между «музыкальными» компакт-дисками и компакт-дисками с «данными», причем первые значительно дороже вторых из-за соглашений об авторских правах с RIAA . [3] В частности, цена каждого музыкального CD-R включает обязательный гонорар , выплачиваемый членам RIAA производителем диска; это дает диску «флаг приложения», указывающий на то, что гонорар выплачен. Бытовые автономные записывающие устройства отказываются записывать компакт-диски, на которых отсутствует этот флаг. Профессиональные устройства записи компакт-дисков не подпадают под это ограничение и могут записывать музыку на диски с данными. В остальном эти два типа дисков функционально и физически идентичны, и компьютерные устройства записи компакт-дисков 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 записывающие устройства на основе компакт-дисков были вытеснены другими устройствами, имеющими такие же или аналогичные функции. [5]
До появления CD-R корпорация Tandy анонсировала систему перезаписываемых компакт-дисков, известную как система оптической записи высокой плотности Tandy (THOR), утверждая, что она обеспечивает поддержку стираемых и перезаписываемых дисков, что стало возможным благодаря «секретному материалу покрытия», на котором Тэнди подал заявку на патенты, [6] и, как сообщается, частично основан на процессе, разработанном Optical Data Inc., [7] с исследованиями и разработками, проводимыми в Исследовательском центре магнитных носителей Тэнди. [8] Носитель THOR-CD, известный также как система оптической записи высокой интенсивности Tandy, предназначался для воспроизведения в существующих проигрывателях компакт-дисков, был совместим с существующим оборудованием для аудио и компакт-дисков, а сами диски содержали слой, «Отметины», «выпуклости» или «ямки», читаемые обычным проигрывателем компакт-дисков, могут быть установлены на носителе и удалены с него с помощью лазера, работающего на другой частоте. [7] Заявление Тэнди было достаточно неожиданным, чтобы «застать полдюжины отраслей врасплох», [9] он заявил, что к концу 1990 года аудио- и видеопродукция потребительского уровня будет доступна по цене ниже 500 долларов, [6] и предложил другим организациям лицензировать технологии. [10] Это объявление вызвало энтузиазм, но также и скептицизм в отношении способности Тэнди создать систему, [8] причем последнее оказалось оправданным, поскольку технология была «анонсирована... активно продвигалась; затем она была отложена, и, наконец, она просто так и не появился». [11]
Стандартный CD-R представляет собой диск из поликарбоната толщиной 1,2 мм (0,047 дюйма) и диаметром около 120 мм (5 дюймов). Емкость диска диаметром 120 мм (5 дюймов) составляет 74 минуты аудио или 650 мегабайт (МБ). ) данных. Доступны диски CD-R/RW с емкостью 80 минут аудио или 737 280 000 байт (700 МБ), чего они достигают за счет формования диска с самыми жесткими допустимыми допусками, указанными в стандартах CD-R /CD-RW Orange Book . Инженерный запас, который был зарезервирован для производственного допуска, вместо этого использовался для емкости данных, не оставляя допусков для производства; Чтобы эти диски действительно соответствовали стандарту Оранжевой книги, процесс производства должен быть безупречным. [ нужна цитата ]
Несмотря на вышесказанное, большинство имеющихся на рынке дисков CD-R имеют емкость 80 минут. Существуют также диски 90 минут/790 МБ и 99 минут/870 МБ, хотя они менее распространены и отходят от стандарта Оранжевой книги. Из-за ограничений структур данных в ATIP 90-минутные и 99-минутные пробелы будут идентифицированы 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 записать с использованием параметров перезаписи в программном обеспечении для записи компакт-дисков. Сама по себе перезапись названа так потому, что она выходит за рамки письменных стандартов, но из-за рыночного спроса она, тем не менее, стала де-факто стандартной функцией в большинстве приводов для записи компакт-дисков 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 методы являются отклонениями от стандартов компакт-дисков (Красная, Желтая и/или Оранжевая книга), в результате чего записанные диски имеют собственный формат и не полностью совместимы 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, проприетарный формат может быть приемлемым способом получить большую емкость (до 1,2 ГБ с GigaRec или 1,8 ГБ с HD-). BURN на 99-минутном носителе). Самый большой риск при использовании такого проприетарного формата хранения данных, при условии, что он работает надежно, как задумано, заключается в том, что может быть сложно или невозможно отремонтировать или заменить оборудование, используемое для чтения носителя, в случае его сбоя, повреждения или утери после его первоначальный поставщик прекращает его выпуск.
Ничто в стандартах Красной, Желтой или Оранжевой книги не запрещает устройствам чтения/записи дисков иметь способность читать/записывать диски, 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 по закону иметь логотип компакт-диска. Хотя проигрыватели дисков и приводы могут иметь возможности, выходящие за рамки стандартов, что позволяет им читать и записывать нестандартные диски, нет никакой гарантии, в отсутствие явных дополнительных спецификаций производителя, помимо обычной сертификации логотипа компакт-диска, что какой-либо конкретный проигрыватель или привод будет работать сверх стандарты вообще или последовательно. Если одно и то же устройство, не имеющее явных характеристик производительности, кроме логотипа компакт-диска, изначально надежно обрабатывает нестандартные диски, нет никакой гарантии, что оно не перестанет делать это позже, и в этом случае нет уверенности, что его можно заставить это делать. опять же путем обслуживания или регулировки. Диски емкостью более 650 МБ, и особенно более 700 МБ, менее взаимозаменяемы среди проигрывателей/приводов, чем стандартные диски, и мало пригодны для архивного использования, так как их читаемость на будущем оборудовании или даже на том же оборудовании при в будущем не гарантировано, если только оно не будет специально проверено и сертифицировано в этой комбинации, даже при условии, что диски вообще не будут ухудшаться.
Диск из поликарбоната содержит спиральную канавку, называемую предварительной канавкой, поскольку она формируется перед записью данных на диск; он направляет лазерный луч при записи и считывании информации. Предварительная канавка отлита в верхней части поликарбонатного диска, там, где ямки и площадки были бы сформированы, если бы это был прессованный, не записываемый компакт-диск из Красной книги. Нижняя сторона, обращенная к лазерному лучу плеера или привода, плоская и гладкая. Диск из поликарбоната со стороны перед канавками покрыт очень тонким слоем органического красителя. Затем поверх красителя наносится тонкий отражающий слой серебра , сплава серебра или золота . Наконец, поверх металлического отражателя наносится защитное покрытие из фотополимеризующегося лака и отверждается УФ- светом.
Пустой CD-R не является «пустым»; предварительная канавка имеет колебание ( ATIP ), которое помогает пишущему лазеру оставаться на правильном пути и записывать данные на диск с постоянной скоростью. Поддержание постоянной скорости необходимо для обеспечения надлежащего размера и расстояния между ямками и выступами, прожженными в слое красителя. Помимо предоставления информации о времени, ATIP (абсолютное время в предварительной канавке) также представляет собой дорожку данных, содержащую информацию о производителе CD-R, используемом красителе и информацию о носителе (длина диска и т. д.). Предварительная канавка не уничтожается при записи данных на CD-R, и эта точка используется некоторыми схемами защиты от копирования , чтобы отличить копии от оригинального компакт-диска.
В CD-R используются три основных состава красителя:
Существует множество гибридных вариаций красителей, таких как Формазан от Kodak (гибрид цианина и фталоцианина).
Многие производители в прошлом добавляли дополнительную окраску, чтобы замаскировать свои нестабильные цианиновые компакт-диски CD-R, поэтому состав 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 по типу красителя может оказаться 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 немедленного чтения, но и для долговечности записанного диска, а также для его архивирования. важно иметь не только качественный диск, но и качественный записывающий аппарат. Фактически, высококачественный пишущий привод может дать адекватные результаты с носителем среднего качества, но высококачественный носитель не может компенсировать посредственного записывающего устройства, а диски, написанные таким записывающим устройством, не могут достичь максимального потенциального срока хранения в архиве.
Это время включает только фактический проход оптической записи на диск. Для большинства операций записи диска дополнительное время используется для служебных процессов, таких как организация файлов и дорожек, что увеличивает теоретическое минимальное общее время, необходимое для создания диска. (Исключением может быть создание диска из подготовленного ISO-образа, для которого накладные расходы, вероятно, будут незначительными.) На самых низких скоростях записи эти накладные расходы занимают настолько меньше времени, чем фактический проход записи диска, что ими можно пренебречь, но на более высоких скоростях записи служебное время становится большей частью общего времени, затрачиваемого на изготовление готового диска, и может значительно увеличить его.
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 учтено в приведенной выше таблице. (Если бы этого не было сделано, более быстрое вращение, которое потребовалось бы на внутренних дорожках, могло бы привести к поломке диска и/или вызвать чрезмерную вибрацию, которая сделала бы невозможным точную и успешную запись.)
На чистом диске есть дорожка с канавкой, на которую записываются данные. Дорожка с предварительной канавкой, которая также содержит информацию о времени, гарантирует, что записывающее устройство будет двигаться по той же спиральной траектории, что и обычный компакт-диск. Устройство записи компакт- дисков записывает данные на диск CD-R, используя импульсный лазер для нагрева участков слоя органического красителя. В процессе письма не образуются углубления (ямки); вместо этого тепло навсегда меняет оптические свойства красителя, изменяя отражательную способность этих областей. Используя лазер малой мощности, чтобы не изменять краситель, 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 записать за несколько сессий. Устройство записи компакт-дисков может записывать диски CD-R несколькими способами, в том числе:
При внимательном рассмотрении письменные и неписаные участки можно различить невооруженным глазом. CD-R записываются от центра наружу, поэтому записываемая область выглядит как внутренняя полоса с немного другим затенением.
На компакт-дисках имеется зона калибровки мощности, используемая для калибровки пишущего лазера до и во время записи. На компакт-дисках есть две такие области: одна рядом с внутренним краем диска для калибровки на низкой скорости, а другая 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 на дисках CD-RW RMA может быть очищен. [16]
Тесты в реальных условиях (а не ускоренного старения) показали, что некоторые CD-R быстро портятся , даже если хранятся в обычных условиях. [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 Ж. Пердеро, ожидается, что средняя продолжительность жизни CD-R составит 10 лет. [19] Брендинг не является надежным показателем качества, поскольку многие бренды (как крупные, так и безымянные) не производят свои собственные диски. Вместо этого они поставляются от разных производителей разного качества. Для достижения наилучших результатов необходимо проверить фактического производителя и материальные компоненты каждой партии дисков.
Сгоревшие компакт-диски подвержены деградации материала, как и большинство записываемых носителей. Носители CD-R имеют внутренний слой красителя, используемый для хранения данных. В диске CD-RW записывающий слой изготовлен из сплава серебра и других металлов — индия, сурьмы и теллура. [20] В носителях CD-R сам краситель может разлагаться, в результате чего данные становятся нечитаемыми.
Помимо разрушения красителя , выход из строя CD-R может быть вызван отражающей поверхностью. Хотя серебро дешевле и более широко используется, оно более склонно к окислению , в результате чего поверхность становится неотражающей. С другой стороны, золото , хотя и более дорогое и больше не используется широко, является инертным материалом, поэтому CD-R на основе золота не страдают от этой проблемы. По оценкам производителей, срок службы CD-R на основе золота может достигать 100 лет. [21]
Измеряя частоту исправимых ошибок данных , можно измерить 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 клейкой основой рекомендуется изготавливать этикетки специально для дисков CD-R. Сбалансированный компакт-диск лишь слегка вибрирует при вращении на высокой скорости. Плохие или неправильно изготовленные этикетки или этикетки, нанесенные не по центру, разбалансируют компакт-диск и могут вызвать его вибрацию при вращении, что приводит к ошибкам чтения и даже риску повреждения привода. [23]
Профессиональной альтернативой этикеткам для компакт-дисков являются предварительно напечатанные компакт-диски с использованием 5-цветной шелкографии или офсетной печати. Использование перманентного маркера также является обычной практикой. Однако растворители из таких ручек могут повлиять на слой красителя.
Поскольку CD-R, как правило, не могут быть логически стерты ни в какой степени, утилизация CD-R представляет собой возможную проблему безопасности, если они содержат конфиденциальные/частные данные. Уничтожение данных требует физического уничтожения диска или слоя данных. Нагревание диска в микроволновой печи в течение 10–15 секунд эффективно разрушает слой данных, вызывая искрение в металлическом отражающем слое, но это же самое искрение может привести к повреждению или чрезмерному износу микроволновой печи. Многие офисные измельчители бумаги также предназначены для уничтожения компакт-дисков.
Некоторые последние устройства записи (Plextor, LiteOn) поддерживают операции стирания на носителе -R, «перезаписывая» сохраненные данные с помощью мощного лазера, хотя стертую область нельзя перезаписать новыми данными.
Поликарбонатный материал и возможное золото или серебро в отражающем слое сделают CD-R пригодными для вторичной переработки. Однако ценность поликарбоната очень мала, а количество драгоценных металлов настолько мало, что восстанавливать их невыгодно. [24] Следовательно, переработчики, принимающие компакт-диски, обычно не предлагают компенсацию за пожертвование или транспортировку материалов. [25] [26]
В реальных компакт-дисках ямки, вырезанные на поверхности компакт-диска, считываются лазером в приводе CD-ROM.
Записываемые компакт-диски, или CD-R, имитируют ямы, нанося на компакт-диск чернильные пятна.