Hiszen korongok, mi mást is tehetnének? Rátesszük a CD-t a tálcára, a tálca egy gombnyomásra becsukódik, és vagy automatikusan, vagy a CD játszón egy másik gomb megnyomására, illetve a számítógép egerén egy kattintásra az orsómotor forgatni kezdi a lemezt.

Azt nem állítom, hogy a világ legbonyolultabb folyamatáról van szó, de számos problémával kellett megküzdeniük a feltalálóknak és a részleteket kidolgozó mérnököknek. Elsőként a lemez geometriai tűréseit úgy kellett meghatározni, hogy az valóban korong alakú legyen, ne valamilyen tojás. A lemez megengedett excentricitása (lapultsága, ellipszissé válása) mindössze ±70 µm. A kép alatti linkre kattintva játszhatsz az excentricitással.

https://vilaglex.hu/Lexikon/Html/Excentri_.htm

A CD lemez hullámossága miatt a forgásból adódó axiális (fókusz irányú) elmozdulás elérheti a CD szabványban megengedett ±0,5 mm-t. A középponti lyuknak nagyon pontosan középen kell lennie, és sem túl szoros, sem túl tág nem lehet. A lemez csak akkor foroghat, ha a kúpos tengely már a helyén van, és lejátszás után csak akkor eshet vissza a tálcára, ha már áll. Sajnos, ez utóbbit nem minden CD játszó és CD-ROM meghajtó tudja. Gyakori, hogy még akkor is forog a lemez, amikor a tálca már kinyílik, s ez a hordozó, tehát az adatok sérüléséhez vezethet. Legrosszabb esetben kirepül a lemez a készülékből – én már találkoztam ezzel a jelenséggel, szerencsére, nem történt nagyobb baj, miként az alábbi esés következtében sem.

Na jó, legyen még egy korcsolyázás, aztán a lényegre térek.

Amikor a lemez már a helyén van, egy indító impulzus kényszeríti a motort a forgásra, amikor pedig a lejátszást le akarjuk állítani vagy CD írásakor befejeződött a lemez lezárása, egy ellenkező polaritású impulzus lefékezi a motort.

De mi történik a forgás közben? Alapvetően két eset lehetséges.

Az egyik, hogy a motor fordulatszáma, tehát a szögsebesség állandó. Ez külföldiül a Constant Angular Velocity névre hallgat, és biztosan meglepődnél, ha nem lenne rövidítése: CAV. Az állandó szögsebesség az analóg lemezjátszók szokása volt, és ha emlékszel rá, egyszerűen lehetett megvalósítani az olcsóbb lemezjátszókban, de az volt a következménye, hogy a belső barázdameneteken elég csúnyán szólt a felvétel. Ugyanis a hangszedő tűje alatt a lemez lineáris, kerületi sebessége nagyobb a külső barázdamenetek tapizásakor, mint a belsőkében. A digitális optikai lemezek esetén a barázdaspirál külső menetein nagyobb a lézersugár által letapogatott lemez sebessége, mint a belsőkben. Ez viszont a korong olvasásakor vagy írásakor az adatsebesség változását, az egységnyi hosszra eső bitek számának változását jelenti.

A másik esetben kerületi sebesség, másképp fogalmazva, a lineáris sebesség állandó. Ennek is van angol neve: Constant Linear Velocity, CLV. Az adatok írásakor vagy olvasásakor a motor, következésképpen a lemez gyorsabban forog, nagyobb a szögsebesség, amikor a lézersugár a középponthoz közelebb elhelyezkedő barázdamenetekbe ír vagy onnan olvas. A CLV adatsebessége állandó.

A CAV előnye, hogy az egyes adatblokkok szektoronként címezhetők és közvetlenül nyomon követhetők. A CAV lemezek tervezése és gyártása egyszerűbb. Az olvasó vagy író lézersugár jelenlegi helyéről egy adott címre történő mozgatása rövidebb időt és utat igényel. Míg a korai CLV-meghajtók átlagos hozzáférési ideje meghaladta az 500 ms-ot, a modern CAV-meghajtók átlagos hozzáférési ideje általában kevesebb, mint 100 ms. Az átlagos zaj alacsonyabb, mint a CLV zaja. A hátránya, s ez igen jelentős hátrány, hogy a külső barázdameneteken tárolható adatmennyiséget a belső barázdamenetek tárolókapacitása korlátozza.

A CLV legnagyobb előnye, hogy állandó az adathozzáférési sebesség. Ezzel szemben adatok véletlenszerű elérése lassabb és nehézkesebb. A nagysebességű digitális optikai meghajtók esetében teljesítménybeli problémák vannak, ami azt jelenti, hogy nem tudnak elég gyorsan pörögni. A CLV-meghajtó sebességének növekedésével a hozzáférési idők gyakran megnőnek, mivel egyre nehezebb megoldani, hogy a motor sebessége hirtelen változzon a lemez tömegéből adódó tehetetlenség miatt. Magasabb az átlagos zajszint, mint a CAV esetén.

Léteznek kevert megoldások is. Ezek egyike sebességtől függően váltja a CLV-t és a CAV-ot. Ezt használta 1996-ban a Pioneer DR-U10X LaserMemory típusú meghajtó. A 10X azt jelentette, hogy tízszeres sebességgel is tudott olvasni 110 ms-os hozzáférési idővel, ami akkoriban nagy szám volt. Ha egy pillantást vetsz a fizimiskájára, kiderül, hogy füles csatlakozója és hangerő szabályzója is volt, ami szintén akkoriban természetes volt, mert a CD meghajtókba saját digitális-analóg átalakítót szereltek, hogy audió CD lejátszásakor ne az amúgy is gyengécske mikroprocesszort terheljék.

A másik megoldás a Partial CAV (P-CAV), amit egyes CD-ROM és DVD meghajtókban használták. A P-CAV két részre osztja a lemezt. Állandó értéken tartja a szögsebességet a belső zónában, és változtatja a külső zónában. A P-CAV alkalmazása azért előnyös, mert úgy növelhető az olvasási-írási digitális adatsebesség, hogy nem kell nagyon gyorsan pörgetni a lemezt. A harmadik megoldás a Zone-CLV (Z-CLV), amely több zónára bontja a lemezt, és megváltoztatja a sebességet az egyes zónákon belül. CD-khez ezt nem használták.

Az audió CD játszók ritka kivételtől eltekintve CLV rendszerben működnek. A legbelső barázdamenet tapizásakor 519 rpm a fordulatszám, a külső szélen 204 rpm. De honnan tudja a motor, hogy mikor, milyen fordulatszámmal kell forognia? Amikor a CD lejátszása elindul, a készülék elektronikája egy számláló áramkörbe azonnal beolvassa a korong tartalomjegyzékét, a TOC-ot (lásd a sorozat 466. részét). Ez a számláló egy kis tároló, ebben van tehát többek között az az információ, hogy melyik nóta a barázda melyik pontján kezdődik. Amikor a lézerhangszedő erre a pontra ugrik, az adott helyen, illetve annak környezetében levő adatok feldolgozásából kiderül, hogy ott milyen fordulatszámon kell lejátszani a lemezt, és ahányszor beolvas egy adatcsomagot a CD játszó, annyiszor változtatja a fordulatszámot a motor vezérlése, a motorszervónak nevezett egység. Mint minden tényleges szabályozás, ez sem tökéletesen pontos, de ennek a lötyögésnek a következményeit az adattartalom feldolgozásakor figyelembe tudják venni a további áramkörök. Mégpedig úgy, hogy a CD végleges, teljes információ sűrűsége 4,3218 megabit/s. Ez a CD órajel frekvenciája, és ha van a CD játszóban olyan oszcillátor, amelyik 4,3218 MHz-en ketyeg, akkor ehhez lehet idomítani az adatfolyamot, korrigálva a lötyögés okozta hibákat.

Most következne annak kiszámolgatása, hogy hogyan jött ki éppen 4,3218? Nos, a mintavételi frekvenciából, a felbontásból, a csatornakódolásból, a CIRC hibakódokból, az alkódokból, a szinkronizáló jelekből és egyebekből valahogyan biztosan kijön, mert a Vörös Könyv esküszik rá, de bevallom neked, én sem gyötörtem magam azzal, hogy eszeveszettül szorozgassak. Következhetne az is, hogy a lemezt forgató orsómotor szervoáramkörének működését írom le, de egyrészt ez típusonként változó (általában fázisszabályozás), másrészt lehet, hogy nem tudnám visszafogni magam, és olyan áramköri részletekkel kábítanálak téged, ami szintén típusfüggő. Annyit azért megemlítek, hogy a CD játszók gyorskeresésekor nem a lemez pörgetése gyorsul föl, hanem a lézersugár ugrál minden tizedik vagy századik soron következő adatcsomaghoz. Ami megint nem olyan egyszerű, ne feledd, az összetartozó adatok a lemezen szétszórva találhatók meg (lásd megint a sorozat 466. részét.)

Mégsem bírok magammal. Minden szabályozó áramkör úgy működik, hogy a szabályozni kívánt mennyiséget összehasonlítják a vonatkoztatási alapnak, referenciának választott mennyiséggel. Ha a két érték között különbség van, akkor a szabályozandó paramétert addig masszírozzák, ameddig a legkisebb lesz a különbség közte és a referencia között. Egyenlő nem lehet vele, mert akkor a szabályozó jel 0 lesz, márpedig, ha nincs szabályozó jel, akkor szabályozás sincs, a rendszer elszabadul. Esetünkben a CD lemezről kiolvasható adatszerkezet, pitstruktúra szaporasága a szabályozni kívánt mennyiség. Ez a mennyiség a CD játszókban az ún. WFCK impulzus (Write Frame Clock, az írási keretfrekvencia). A WFCK impulzust a CD-ről keretenként beolvasott 24 szinkronbitből állítják elő. A CD keretismétlődési frekvenciája 7 350 Hz, ennek reciproka 136 ms, vagyis ennyi időnként képződik egy WFCK impulzus. A referenciajelet a CD játszó órajeléből osztással képzik, amit RFCK-nak (Read Frame Clock, azaz olvasási keretfrekvencia) nevezik. Egy-egy WFCK és RFCK impulzus keletkezésének időkülönbségéből képzett hibajellel nyaggatják az orsómotort. Áramköri szintre nem süllyedek le, viszont mutatok egy CD-ROM IC tömbvázlatot, amelyben a pirossal írt részeknek közük van az orsómotor fordulatszám szabályozásához.

Míg a hang CD-k olvasásakor elegendő az egyszeres olvasási sebesség, a számítástechnikai programok, adatok olvasásához és a CD írásához általában édeskevés. A CD-ROM meghajtók gyártói versenyeztek, hogy melyikük tud gyorsabb jószágot készíteni. A sorozat 469. részében már volt szó arról, hogy a CD számítástechnikai alkalmazásaiban a pozícionálási időt 1/75 s-ban állapították meg. 1/75 másodperc alatt egy adatblokkot lehet beolvasni egyszeres sebességgel. Ez blokkonként 2 kB-nyi adatot jelent, tehát a CD-ROM digitális sebessége 150 kB/s. Ez a CD-ROM meghajtók alapsebesség értéke, ehhez viszonyítják a többit.

Sokáig a 20-szorosat tartották a maximális sebességnek a mechanikai korlátok miatt, amikor 1996-ban a Samsung Electronics bemutatta az SCR-3230-at, egy 32-szeres sebességű CD-ROM meghajtót, amely golyóscsapágy rendszert használt a forgó korong kiegyensúlyozására a vibráció és a zaj csökkentése érdekében.

Jelenleg a maximum a 72-szeres olvasási sebesség.

A fenti táblázat a CD-ROM meghajtóknak a gyárilag sokszorosított CD-kkel elérhető maximális sebességét tartalmazza; az írható és különösen az újraírható CD-ket lassabban játsszák le, s az írási sebesség is jóval kisebb. De nemcsak az adatok írása okoz időveszteséget, hanem a lemezek lezárása is. A lemez gyors pörgetésének következménye az egyre nagyobb mechanikai motorzaj és mindenféle más rezgés. Gyakran sziszegés is jön a meghajtóból, amit az okoz, hogy a forgó lemez kiszorítja a levegőt a meghajtó házából. Mivel a lemez a közepén van rögzítve, a legkellemetlenebb rezgés a korong külső szélein jelentkezik. Emiatt is cél, hogy a fordulatszám minél kisebb legyen, s a táblázat utolsó sorában látható, elvileg 72-szeres sebességgel olvasó jószág alacsony fordulatszámához különleges technológiát használtak.

A legtöbb 21. századi meghajtó lehetővé teszi a kényszerű alacsony sebességű üzemmódokat kis segédprogramok használatával a biztonság, a pontos olvasás vagy a csend érdekében, és automatikusan visszaesik a fordulatszám, ha számos egymást követő olvasási hibát észlel az operációs rendszer vagy több az egymást követő újrapróbálkozás.

Persze, annak örülünk, ha minden pörgés, forgás, ugrás tökéletes.