Il CD (Compact Disc) è un disco ottico di 12 cm di diametro e di 1,2 mm di spessore (lo spessore può variare da 1.1 a 1.5 mm) che permette di stoccare delle informazioni digitali, cioè corrispondenti a 650 Mb di dati informatici (ossia 300 000 pagine dattilografate) oppure fine a 74 minuti di dati audio. Un foro circolare di 15 mm di diametro posto al centro permette di inserirlo sulle PLATINE di lettura.
Il CD è costituito da uno substrato in materia plastica (policarbonato) e da una fine pellicola mettalica riflettente (oro 24 carati o lega d'argento). Lo strato riflettente è ricoperto da una lacca anti-UV in acrilico che crea un film protettore per i dati. Infine, può essere aggiunto uno strato supplementare per ottenere una superficie stampata.
Lo strato riflettente ha dei piccoli alveoli. Così quando il laser attraverso il substrato di policarbonato, la luce è riflessa sullo strato riflettente, tranne quando il laser passa su un alveolo, cosa che permette di codificare l'informazione.
Questa informazione è stoccata su 22188 piste incise in spirale (si tratta in realtà di una sola pista concentrica).
I CD venduti in commercio sono pressati, cioè gli alveoli sono realizzati grazie ad una plastica iniettata in uno stampo contenente il motivo inverso. Successivamente viene colato sul substrato in policarbonato uno strato metallico, a sua volta ricoperto da uno strato protettivo.
I CD vergine invece (CD-R ) hanno uno strato supplementare (posto tra il substrato e lo strato metallico) composto da un colorante organico (in inglese dye) che può essere inciso (spesso si usa il terminebruciato ) da un laser potente (10 volte più di quello che serve per la lettura). E' quindi lo strato di colorante che permette di assorbire o meno il fascio di luce emesso dal laser.
I coloranti più utilizzati sono :
Dato che l'informazione non è più stoccata sotto forma di cavità ma da da un segno "colorato", una prespirale (in inglese pre-groove) si trova sul supporto vergine per aiutare il masterizzatore a seguire il percorso a spirale, cosa che evita la presenza di una meccanica di precisione sui masterizzatori di CD-R.
D'altra parte, questa spirale ondula secondo una sinoidiale, detta wobble, con un'amplitudine di +/-0.03µm (30nm) e una frequenza di 22,05kHz. Il wobble permette di dare un'informazione al masterizzatore sulla velocità a cui masterizzare. Questa informazione è chiamata ATIP (Absolute Time in PreGroove).
La testata di lettura è composta da un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) che emette un fascio luminoso e da una cellula fotoelettrica incaricata di captare il raggio riflesso. Il laser utilizzato dai lettori di CD è un laser ad infrarossi (con una lunghezza d'onda di 780 nm) dato che è compatto e poco costoso. Una lente posta vicino al CD focalizza il fascio laser sugli alveoli.
Uno specchio semiriflettente permette alla luce riflessa di raggiungere la cellula fotoelettrica, come spiegato nel disegno seguente :
Un carrello è incaricato di spostare lo specchio in modo da permettere alla testata di lettura di accedere a tutto il CD-ROM.
Si distinguono generalmente due modi di funzionamento per la lettura di CD :
| Banda passante | Tempo di risposta | |
|---|---|---|
| 1x | 150 kb/s | 400 a 600 ms |
| 2x | 300 kb/s | 200 a 400 ms |
| 3x | 450 kb/s | 180 a 240 ms |
| 4x | 600 kb/s | 150 a 220 ms |
| 6x | 900 kb/s | 140 a 200 ms |
| 8x | 1200 kb/s | 120 a 180 ms |
| 10x | 1500 kb/s | 100 a 160 ms |
| 12x | 1800 kb/s | 90 a 150 ms |
| 16x | 2400 kb/s | 80 a 120 ms |
| 20x | 3000 kb/s | 75 a 100 ms |
| 24x | 3600 kb/s | 70 a 90 ms |
| 32x | 4500 kb/s | 70 a 90 ms |
| 40x | 6000 kb/s | 60 a 80 ms |
| 52x | 7800 kb/s | 60 a 80 ms |
La pista fisica è in effetti costituita da alveoli di profondità di 0,168µm, di larghezza di 0,67µm e di lunghezza variabile. Le piste fisiche sono fra loro da una distanza di circa 1.6µm. Viene chiamato solco (in inglese pit) il fondo dell'alveolo e spaziatura (in inglese land) gli spazi tra gli alveoli.
Il laser utilizzato per leggere i CD ha una lunghezza d'onda di 780 nm nell'aria. Ora essendo l'indice di refrazione del policarbonato uguale a 1.55, la lunghezza d'onda del laser nel policarbonato vale 780 / 1.55 = 503nm=0.5µm.
La profondità dell'alveolo corrisponde quindi ad un quarto della lunghezza d'onda del fascio laser, anche se l'onda, riflettendosi nel solco percorre una metà della lunghezza d'onda in più (un quarto all'andata più un quarto al ritorno) rispetto a quella riflessa sul piatto .
In questo modo, quando il laser passa vicino ad un alveolo, l'onda e il suo riflesso sono sfasati di una mezza lunghezza d'onda e si annullano (interferenze distruttrici), quindi è come se nessuna luce sia stata riflessa. Il passaggio da un solco ad un piatto provoca una caduta di segnale, rappresentante un bit.
E' la lunghezza dell'alveolo che permetta di definire l'informazione. La dimensione di un bit sul CD, sigla "T", è normalizzato e corrisponde alla distanza percorsa dal fascio luminoso in 231.4 nanosecondi, ossi 0.278µm alla velocità standard minima di 1.2 m/s.
Secondo lo standard EFM (Eight-to-Fourteen Modulation), utilizzato per lo stoccaggio di informazioni su un CD, esso deve sempre avere almeno due bit a zero tra due bit consecutivi a 1 e non può avere più di 10 bit consecutivi a zero tra due bit a 1 per evitare gli errori. Questo perché la lunghezza di un alveolo (o di un PIATTO) corrisponde almeno alla lunghezza necessaria per immagazzinare il valore OO1 (3T, cioè 0.833µm) e al massimo alla lunghezza corrispondente al valore 00000000001 (11T, ossia 3.054µm).
Esistono numerosi standard che descrivono il modo in cui le informazioni deveno essere immagazzinate su un CD, secondo l'uso che se ne vuole fare. Questi standard fanno riferimento a dei documenti chiamati books(in italiano libri) ai quali è stato attribuito un colore :
Un CD-R, che sia audio o CD-ROM, è costituito, secondo l' Orange Book, da tre zone che formano la zona d'informazione (information area) :
Un CD-R contiene, oltre alle tre zone sopra descritte, una zona chiamata PCA (Power Calibration Area) e una zona PMA (Program Memory Area) costituendo con loro due zone detteSUA (System User Area).
La PCA può essere vista come una zona di test per il laser affinché possa adattare la sua potenza al tipo di supporto. Grazie a questa zona è possibile la commercializzazione di supporti vergini che usano dei coloranti organici e degli strati riflettenti diversi. Ad ogni calibratura, il masterizzatore annota la prova di test effettuata, fino ad un massimo d 99 test autorizzati per media.
Il formato del CD (o più esattamente il sistema di file) descrive il modo in cui i dati sono immagazzinati nella zona programma.
Il primo sistema di file storico per i CD è l' High Sierra Standard.
Il formato ISO 9660 normalizzato nel 1984 dall'ISO (International Standards Organization) riprende l' High Sierra Standardper definire la struttura delle cartelle e dei file su un CD-ROM. Si suddivide in tre livelli :
Microsoft ha ugualmente definito il formato Joliet, un'estensione al formato ISO 9660 che permette di utilizzare dei nomi di file lunghi (LFN, long file names) di 64 caratteri compresi gli spazi e dei caratteri accentuati secondo la codifica Unicode.
Il formato ISO 9660 Romeo è un'opzione di nominazione proposta da Adaptec, indipendente quindi dal formato Joliet, che permette di stoccare dei file il cui nome può arrivare fino a 128 caratteri ma che non supporta la codifica Unicode.
Il formato ISO 9660 RockRidge è un'estensione di nominazione al formato ISO 9660 che gli permette di essere compatibile con i sistemi di file UNIX.
Per rimediare le limitazioni di formato ISO 9660(rendendolo inappropriato soprattutto per i DVD-ROM), l'OSTA (Optical Storage Technology Association) ha messo a punto il formato ISO 13346, conosciuto con il nome di UDF (Universal Disk Format).
Un lettore CD-ROM è caratterizzato dai seguenti elementi :