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.

ucd02a

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.

ucd03

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.

ucd04

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

ucd05

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!

ucd06

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.

ucd07

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.

ucd08

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.

ucd09

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.

ucd10

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!

ucd11

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.

ucd12

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.