Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 482. A CD nagycsalád – a törölhető és újraírható CD
Kisiskolásként a legfontosabb eszközünk a radír volt. Ha ugyanis hibásan írtunk valamit, és időben észrevettük, ki tudtuk radírozni, és a helyesnek véltet írni helyette.
Ez azonban már akkor sem sikerült mindig. A kemény tintaradír ugyanis inkább a füzetlapot lyukasztotta ki, így semmit nem értünk vele. Az egyik legszebb magyar rajzfilm évtizedekkel a számítógépes animációk előtt, 1960-ban készült. Macskássy Gyula és Várnai György csodálatos alkotásának címe: A ceruza és a radír.

A film szereplői üres papírlapokat hódítanak meg – ki-ki a maga módján. A ceruza önfeledten rajzol hol ezt, hol azt: madarat, kiskutyát, hajóskapitányt. Ha a radír nem segítene rajta, olykor bajban lenne, hiszen a radír a néha találomra firkált vonalakat törli. Amikor összevesznek azon, hogy egy autó merre menjen, a ceruza már rajzolhat bármit, a radír megsértődik: nem törli a hibásan rajzoltakat. A ceruza erre össze-vissza firkálni kezd, a radír pedig ész nélkül radírozni. Végül a filmszalagról a semmibe kerülnek, s így kiderül, hogy nem lehetnek meg egymás nélkül. Az alig 10 perces film sajnos, nincs fent a Youtube-on, viszont az ncore.pro-ról letölthető.

A törölhető és újraírható CD nem sorolható a fenti kisfilmhez hasonló, kimagasló sikertörténetek közé, nem is nagyon érthető, hogy miért gyártanak még mindig ilyen korongokat. Körülbelül 10 évnyi fejlesztői munka után, amelyben a Sonyn és a Philipsen kívül a Hewlett-Packard és a Mitsubishi Chemical Corporation is részt vett, 1997-ben jelent meg a boltokban az első szabványos lemez, amit a Ricoh gyártott.

A CD-RW (rewritable) előírásait a sorozat előző részében említett Narancs Könyv tartalmazza.

A CD-RW-k a CD-kkel szemben speciális olvasókat igényelnek, amelyek lézeroptikája érzékenyebb. Következésképpen a CD-RW-k nem olvashatók sok, a CD-RW bevezetése előtt készült CD-olvasóban. A legtöbb autórádióval egybeépített CD-játszó sem szerette a CD-RW-t.
A korongokat újrafelhasználás előtt törölni kell. Kétfajta törlés lehetséges. A teljes törlés során a lemez teljes felületének adattartalma törlődik, ideértve a programadatokat és a metaadatokat egyaránt. A teljes törlés eltávolítja a korábbi adatok minden nyomát, legalábbis olyan mértékben, hogy azokat különleges adatmentő eljárások nélkül lehetetlen visszanyerni. A gyorstörlés során viszont csak a metaadat-területek tartalmát távolítja el.
Akkor most gyorsan nézzük meg ismét, hogy milyen területei vannak egy CD-nek!

Nagyon érdekes például az a terület, amit „lead-in”-nek hívnak. Ez a bevezető terület, itt van lezárt lemezen a tartalomjegyzék, a TOC (lásd a sorozat 466. részét). Viszont a rajzon nem látszik, hogy a CD-RW-n 22 mm és 23 mm között van egy átmeneti tárhely, pufferzóna. Idekerül az ideiglenes tartalomjegyzék addig, ameddig a CD-RW-t (és a CD-R-t) az írás után le nem zárjuk. Ennek a neve PMA (Program Memory Area), program memória terület, és ha a lemezt írás után az író lezárja, ennek tartalma átkerül a TOC-ba. A PMA előtt még van egy kis szakasz, amely a lézersugár teljesítményének kalibrációját segíti. Ezt PCA-nak (Power Calibration Area), teljesítmény kalibrációs területnek nevezik. A PMA és a PCA együtt alkotja a SUA-t (System User Area), vagyis a rendszerfelhasználói területet. 23 mm és 25 mm között van egy kis átvezető, elválasztó terület, majd a műsor- vagy adatterület (PA, Program Area) következik. A lemez szélén, 58 mm és 58,5 mm között található az adatokat lezáró kis sáv, a lead-out. Ezt egy apró tároló rész követi 58,5 mm és 59 mm között. Ez is lehet kalibrációs terület. Végül 59-60 mm a lemez széle, itt már semmi nincs.

Mint látható, a kivezető terület, a lead-out csak a lemez lezárása során jön létre. A több munkamenetből álló CD-n minden munkamenetnek saját bevezető területe és tartalomjegyzéke van. A gyorstörlés többnyire elég a lemez újraírásához. Arra azonban egyik törlési mód sem alkalmas, hogy csak a tartalom egy része, vagy csak az ehhez a részhez tartozó metaadatok semmisüljenek meg. Vagy mindent, vagy semmit.
A CD-RW a többi CD-hez hasonlóan, szendvics szerkezetű.

A CD-RW alapja most is polikarbonát korong, benne az előbarázdával. Az adatokat rögzítő réteg alá és fölé vékony dielektromos, szigetelő optikai illesztő réteget visznek fel. Ezek a rétegek az írás során hűtik az adathordozó réteget. A felső illesztő rétegen található az ezüst ötvözet tükröző réteg, efölött van a védőlakk, és erre jön rá a porózus szerkezetű címke. Az adatokat tartalmazó réteg a CD-R festék alapú rögzítő rétege helyett általában ezüst (Ag), indium (In), antimon (Sb) és tellúr (Te) ötvözetéből készül.
Amikor még elhitették veled, hogy az iskolába tanulni jár az ember – ez a manipuláció nem sokáig tévesztett meg téged sem –, a fizika vagy kémia lelkes oktatója a fejedbe verte, hogy az anyagnak négy halmazállapota van: szilárd, folyékony, légnemű és plazma. Ha ezt követően sem lankadt a figyelmed, akkor még arra is emlékszel, hogy a szilárd anyagok egy részének kristályos vagy polikristályos az atomszerkezete, a többinek meg nem az, inkább a folyadékokéra hasonlít. Őket nevezzük amorf szerkezetű anyagoknak. Az AgInSbTe cuccot a kémikusok kalkogenidnek hívják, mert az egyik összetevője, a tellúr, a periodikus rendszer kalkogén csoportjába tartozik. Tudom, hogy ezzel nem jutottál közelebb a megfejtéshez, de kalkogén pl. az oxigén és a kén is. Az alábbi fotó egy darabka tellúr, pontosabban, tellúr érc képét örökítette meg. A tellúrnak van magyar vonatkozása, ugyanis egy magyar bányamérnök, Müller Ferenc József az erdélyi ércek tanulmányozása során fedezte fel ezt az elemet 1782-ben. Tőle függetlenül fedezte fel egy másik magyar ember, Kitaibel Pál 1789-ben.

Az AgInSbTe olyan ötvözet, amely egyaránt lehet polikristályos szerkezetű és amorf. Csupán megjegyzem, hogy az azért elgondolkodtató, hogy vajon miképpen jöttek rá, hogy éppen ezekből az elemekből lehet ilyen ötvözetet létrehozni? A két állapot között rövid fény (lézer) vagy elektromos impulzusok által keltett hő segítségével lehet váltani. A folyamatot fázisváltásnak hívják, és lényeges, hogy kristályosból amorfot, illetve amorfból kristályosat többször is lehet csinálni. A felszínek kristályszerkezetűek, a gödröket, piteket utánzó részek amorfak. A polikristályos szerkezetű AgInSbTe fényvisszaverő képessége jóval nagyobb (25%), mint az amorf változaté (15%), de még polikristályos állapotban is jóval kevesebb fény érkezik a CD-olvasóba, mint a gyári CD és a CD-R esetén.
A gyárból kikerülő üres korongok adathordozó rétege polikristályos. Az AgInSbTe réteg azon pontjait, ahol piteket akarnak kialakítani, rövid idő alatt az AgInSbTe olvadási pontja, kb. 600 °C fölé melegíti a CD-RW író lézersugara. Ekkor az ötvözet elveszti kristályos szerkezetét, folyékony halmazállapotba kerül. A melegítés megszűnésekor a szabálytalan szerkezetű folyékony ötvözet a gyors lehűlés hatására amorf állapotban szilárdul meg. Ha az amorf fázisú ötvözetet lassan a kristályosodási hőmérséklet (kb. 200 °C) és az olvadási hőmérséklet közötti tartományba melegíti a CD-RW író lézersugara, az ötvözet atomszerkezete ismét polikristályossá alakul. A CD-RW író lézersugarát három különböző teljesítménnyel működtetik. A legnagyobb ez a teljesítmény akkor, amikor a polikristályos szerkezetű rétegen amorf piteket hoz létre. Ezt az értéket külföldiül Write Powernek hívják. A középső, a törléshez használt teljesítmény értékkel, az Erase Powerrel, a polikristályos szerkezet állítható vissza. A legkisebb teljesítményt a lejátszáshoz használja (Read Power) a CD-RW író, de ennek is nagyobbnak kell lennie, mint ami gyári műsoros CD vagy a CD-R olvasásáéhoz elegendő.
Az alábbi rajzból az is kiderül, hogy a piteket több kis foltból állítja össze a CD-RW író.

Gondoltál-e már arra, hogy egy parányi lézerdiódával miért lehet több száz fokos hőmérsékletre melegíteni egy anyagot? Ennek az az oka, hogy a kis méretek másik világba visznek minket. Vegyük példaként kedvenc élősködőnket, a bolhát!

Ha ennek a cuki, ízléses állatnak az egyszerűség kedvéért a méretét 2 mm-nek vesszük, és feltesszük, hogy 20 cm, azaz 200 mm magasra képes felugrani, akkor ez azt jelenti, hogy az állat a testmérete 100-szorosának megfelelő magasságra helyből képes felugrani. Ugyanazon gravitációs feltételek mellett helyből magasugrással az ember még testméretének egyszeresét sem tudja megugrani, nemhogy a százszorosát. Az átlagosan 170 cm magas embernél ez kb. 170 méter magasság lenne. Az ok egyszerű: az egydimenziójú mennyiség, például a magasság arányának négyzetével kell számolni a kétdimenziós mennyiségek (pl. a felület) esetén, és köbével a háromdimenziósaknál, amilyen pl. a térfogat. A lineáris méretek csökkenésével a kapacitások (pl. a hőkapacitás) is csökkennek. Ennek következménye szintén a gyorsabb működés. A CD-R és a CD-RW esetében a lézerdióda fényt bocsát ki. Az információ írása során e fény egy része hővé alakul, hiszen a viszonylag nagy sebességgel haladó hőérzékeny réteget kell több száz °C hőmérséklet fölé melegíteni. Ez azért lehetséges, mert a lézerdióda teljesítménye néhány μm2 területre fókuszálódik, tehát a felfűtendő felület nagyon kicsiny, emiatt nagyon kicsi a hőkapacitása is, így nagyon gyorsan eléri a kívánt hőmérsékletet. Mindez nagy méretekben nem lehetséges.
A CD-RW írását is segíti az előbarázda. Annak érdekében, hogy a CD-RW író a megkívánt sebességgel pörgesse a korongot, az előbarázdába rögzítenek egy 22,05 kHz-es szinuszos jelet, 0,3 µm-es amplitúdóval. Ez tehát mechanikai rezgés, és ez a jel vezérli a motort. Továbbá modulálnak erre a jelre FM-ben egy 1 kHz-es jelet is, amely a CD-RW író abszolút időalapjáról gondoskodik, hogy ehhez lehessen szinkronizálni az órajelét.
A legelső CD-RW korongokra legfeljebb négyszeres sebességgel lehetett írni. Az emberek azonban türelmetlenek, ezért a későbbiekben egyre gyorsabban írható változatokat fejlesztettek ki.

Mivel a CD-RW lemezeket az adatok rögzítése előtt törölni kell, ha túl lassan vagy túl alacsony energiával ír a CD-RW író egy nagy sebességű, üres lemezre, a fázisváltó réteg lehűl, mielőtt az anyag visszakristályosodna, ami megakadályozza az adatok megfelelő írását. Hasonlóképpen, túl nagy lézerteljesítmény használata az anyag túlmelegedését okozza. Ezért a korai írókkal nagyobb sebességre tervezett lemezek nem írhatók, az újabbakkal meg régi lemezek nem. Igaz, az üres, néhány évnél idősebb lemezek önként írhatatlanná válnak. A megírt CD-RW korongok kb. 200-szor írhatók újra, viszont az élettartamuk nem túl hosszú, legjobb esetben 10 év. Ezért a CD-RW-t már kezdetben is csak átmeneti tárolónak javasolták. Ma erre a célra alkalmasabb egy pendrájv vagy egy memóriakártya, és alig drágább, mint egy CD-RW korong, főként, ha a TEMU-ról rendeled.