به نظر میرسد که سیدیها (CDs) و دیویدیها (DVDs) از دیرباز وجود داشتهاند. آنها برای نگهداری موسیقی، داده یا نرمافزار کامپیوتری استفاده شوند، به رسانهای استاندارد برای توزیع مقادیر زیادی اطلاعات در یک بستهبندی فیزیکی و مطمئن تبدیل شدهاند.
اما سیدیها چه زمانی اختراع شدند و چگونه کار میکنند؟ در این مقاله، به بررسی منشأ دیسک فشرده (Compact Disc (CD)) خواهیم پرداخت. همچنین به بررسی نحوه عملکرد سیدیها و سیدیرامها میپردازیم و در عین حال، آینده این فناوری را بررسی خواهیم کرد.
سیدیها کی اختراع شدند؟
اختراع دیسک فشرده استاندارد (CD) انقلابی در نحوه ذخیره و توزیع موسیقی، داده و بعدها ویدیو ایجاد کرد و جهشی قابل توجه از رسانههای ذخیرهسازی آنالوگ (Analog) به دیجیتال بود. فرمت CD که به طور مشترک توسط شرکتهای فیلیپس (Philips) و سونی (Sony) توسعه داده شد، در سال 1982 نهایی و به طور مشهور در استاندارد Red Book مستند شد (کتاب قرمز یک سیستم ثبت استاندارد ایالات متحده است-م). این همکاری نه تنها مشخصات فنی دیسک صوتی دیجیتال را متحد کرد، بلکه پذیرش گسترده آن را در بین تولیدکنندگان و صنایع مختلف تضمین کرد.
استفاده نوآورانه CD از یک دیسک نوری 120 میلیمتری برای ذخیره دیجیتالی دادهها، امکان ضبط صوتی با کیفیت بالاتری را در مقایسه با فرمتهای آنالوگ آن زمان مانند صفحات گرامافون و نوارهای کاست فراهم کرد. این دیسک از لیزر برای خواندن اطلاعات رمزگذاریشده در حفرههای ریز حکشده بر روی سطح دیسک استفاده میکرد، روشی که انقلابی بود و وضوح و دقت بیسابقهای را در اختیار کاربران قرار میداد.
اگرچه ابتدا در سال ۱۹۷۸ منتشر شد، اما آلبوم بیلی جوئل (Billy Joel) با نام « خیابان پنجام و دوم (52nd Street)» اولین دیسک فشردهای بود که برای اهداف تجاری تولید شد. معرفی CD و دستگاههای پخش آن تأثیر تحولآفرینی بر صنعت موسیقی و رفتار مصرفکننده گذاشت. این دیسک به تدریج جایگزین صفحات گرامافون و کاستها به عنوان فرمت غالب برای آلبومهای موسیقی شد و راحتی رد کردن آهنگها، مدت زمان پخش طولانیتر و دوام بهبود یافته را به کاربران ارائه داد.
فراتر از کیفیت صدا، فناوری پشت CD راه را برای راهکارهای ذخیرهسازی نوری بعدی، از جمله دیسک دیجیتال چندمنظوره (Digital Versatile Disc (DVD)) و دیسک Blu-ray هموار کرد، که ظرفیت و انواع محتوایی را که میتوان ذخیره کرد، از ویدیوهای با کیفیت بالا گرفته تا نرمافزارهای پیچیده و پایگاههای داده بزرگ، گسترش داد.
درکCD : جنس
همانطور که در مقاله “نحوه کار ضبط آنالوگ و دیجیتال” بحث شد، یک سی دی صوتی میتواند تا 74 دقیقه موسیقی را ذخیره کند. بنابراین، کل مقدار دادههای صوتی دیجیتالی که باید روی یک سیدی ذخیره شود، برابر است با (از راست به چپ بخوانید):
۴۴,۱۰۰ نمونه/کانال/ثانیه × ۲ بایت/نمونه × ۲ کانال × ۷۴ دقیقه × ۶۰ ثانیه/دقیقه = 783,216,000 بایت
برای جا دادن بیش از 783 مگابایت (MB) روی یک دیسک با قطر تنها 4.8 اینچ (12 سانتیمتر)، لازم است که هر بایت بسیار کوچک باشد. با بررسی ساختار فیزیکی یک سیدی، می توانید درک کنید که این بایتها چقدر کوچک هستند.
سیدی یک قطعه پلاستیکی نسبتاً ساده، به ضخامت حدود چهار صدم (۱۰۰/۴) اینچ (1.2 میلیمتر) است. بیشتر یک سیدی از یک قطعه پلاستیک پلی کربنات شفاف قالبگیری شده تزریقی تشکیل شده است. در طول تولید، این پلاستیک با برجستگیهای میکروسکوپی که بهصورت یک مسیر داده مارپیچی بسیار طولانی و پیوسته مرتب شدهاند، منقش میشود. در مورد این برجستگیها بعداً صحبت خواهیم کرد.
پس از تشکیل قطعه شفاف پلیکربنات، یک لایه آلومینیومی بازتابنده نازک روی دیسک پاشیده میشود و آن برجستگیها را می پوشاند. سپس یک لایه اکریلیک نازک روی آلومینیوم اسپری میشود تا از آن محافظت کند. سپس برچسب روی اکریلیک چاپ میشود.
درک CD: مارپیچ
یک سیدی دارای یک مسیر دادهای مارپیچی است که از داخل دیسک به سمت بیرون دور میزند. این واقعیت که مسیر مارپیچی از مرکز شروع میشود، به این معنی است که اگر مایل باشید، سیدی میتواند کوچکتر از 4.8 اینچ (12 سانتیمتر) باشد، و در واقع، اکنون کارتهای بیسبال پلاستیکی و کارتهای ویزیت وجود دارند که میتوانید در یک دستگاه پخش سیدی قرار دهید (سیدیهایی مستطیلی به شکل کارت ویزیت که در دهه 90 و 2000 میلادی رواج یافتند-م). کارتهای ویزیت سیدی قبل از اینکه اندازه و شکل کارت، مارپیچ را قطع کند، حدود 2 مگابایت داده را در خود جای میدهند (یعنی قبل از اینکه شکل مستطیلی کارت ویزیت دایره سی دی را قطع کند و دیگر مارپیچ تداوم نیابد، میتوانستند تا 2 مگابایت داده را در خود جای دهند-م).
آنچه که تصویر به نمایش درآمده از سیدی به شما نمیگوید این است که مسیر داده چقدر به طرز باورنکردنی کوچک است — عرض آن تقریباً 0.5 میکرون است، با 1.6 میکرون فاصله بین یک مسیر تا مسیر بعدی. (میکرون یک میلیونیم متر است.) و برجستگیها حتی ریزتر هستند…
درک CD: برجستگیها
برآمدگیها یا برجستگیهای کشیدهای که شیار را تشکیل میدهند، هر کدام ۰٫۵ میکرون عرض، حداقل ۰٫۸۳ میکرون طول و ۱۲۵ نانومتر ارتفاع دارند. (یک نانومتر یک میلیاردم متر است.)
اغلب به جای برآمدگیها (bumps)، در مورد “حفرهها” (pits) روی سیدی گفته میشود. آنها در سمت آلومینیومی به صورت حفره ظاهر میشوند، اما در سمتی که لیزر از روی آن میخواند، برآمدگی هستند.
ابعاد فوقالعاده کوچک برآمدگیها باعث میشود که شیار مارپیچی روی یک دیسک فشرده (CD) بسیار طولانی باشد. اگر بتوانید شیار داده را از روی یک سیدی بردارید و آن را به صورت یک خط مستقیم بکشید، ۰٫۵ میکرون عرض و تقریباً ۳٫۵ مایل (۵ کیلومتر) طول خواهد داشت!
برای خواندن چیزی به این کوچکی، به یک مکانیزم خواندن دیسک فوقالعاده دقیق نیاز دارید. بیایید نگاهی به آن بیندازیم.
اجزای دستگاه پخش سیدی
دستگاه پخش CD وظیفه یافتن و خواندن سیگنالهای صوتی ذخیره شده به صورت برجستگی بر روی CD را بر عهده دارد. با توجه به اینکه این برجستگیها چقدر کوچک هستند، دستگاه پخش CD یک قطعه تجهیزات فوقالعاده دقیق است. این درایو از سه بخش اساسی تشکیل شده است:
- یک موتور درایو، دیسک را میچرخاند. این موتور درایو به طور دقیق کنترل میشود تا بسته به اینکه کدام تِرَک خوانده میشود، بین 200 تا 500 دور در دقیقه بچرخد.
- یک لیزر و یک سیستم لنز بر روی برجستگیها متمرکز شده و آنها را میخوانند.
- یک مکانیزم ردیابی، مجموعه لیزر را حرکت میدهد تا پرتو لیزر بتواند مسیر مارپیچی را دنبال کند. سیستم ردیابی باید بتواند لیزر را با دقت میکرونی حرکت دهد.
کاری که دستگاه پخش CD انجام میدهد: تمرکز لیزر
در داخل دستگاه پخش CD، مقدار قابل توجهی از فناوری رایانه در شکلدهی دادهها به بلوکهای داده قابل فهم و ارسال آنها به DAC (در مورد ضبطهای صوتی) یا به رایانه (در مورد درایو CD-ROM) دخیل است.
وظیفه اساسی دستگاه پخش CD این است که لیزر را بر روی مسیر برجستگیها متمرکز کند. پرتو لیزر از لایه پلی کربنات عبور میکند، از لایه آلومینیوم منعکس میشود و به یک دستگاه نوری-الکترونیکی برخورد میکند که تغییرات نور را تشخیص میدهد. برجستگیها نور را متفاوت از “زمینها” (بقیه لایه آلومینیوم) منعکس میکنند و حسگر نوری-الکترونیکی این تغییر در بازتاب را تشخیص میدهد. الکترونیک موجود در درایو، تغییرات در بازتاب را تفسیر میکند تا بیتهایی را که بایتها را تشکیل میدهند، بخواند.
کاری که دستگاه پخش CD انجام میدهد: ردیابی
سختترین بخش، نگه داشتن پرتو لیزر به صورت متمرکز در مسیر داده است. این مرکزیت، وظیفه سیستم ردیابی است. سیستم ردیابی، در حین پخش CD، باید به طور مداوم لیزر را به سمت بیرون حرکت دهد. با حرکت لیزر به سمت بیرون از مرکز دیسک، برجستگیها با سرعت بیشتری از مقابل لیزر عبور میکنند. این اتفاق به این دلیل میافتد که سرعت خطی یا مماسی برجستگیها برابر با شعاع، ضربدر سرعتی است که دیسک در آن میچرخد (دور در دقیقه).
بنابراین، با حرکت لیزر به سمت بیرون، موتور اسپیندل (Spindle motor) باید سرعت CD را کاهش دهد. به این ترتیب، برجستگیها با سرعت ثابتی از مقابل لیزر عبور میکنند و دادهها با سرعت ثابتی از دیسک استخراج میشوند.
مسائل مربوط به رمزگذاری CD
دیسک فشرده قابل ضبط (Compact Disc Recordable (CD-R)) تاریخچه منحصر به فرد خود را دارد. اگر یک درایو CD-R دارید و میخواهید سیدیهای صوتی یا سیدیرامهای خود را تولید کنید، یکی از بهترین مواردی که به نفع شماست این واقعیت است که نرمافزار میتواند تمام جزئیات را برای شما مدیریت کند. شما میتوانید به نرمافزار خود بگویید: “لطفاً این آهنگها را روی این سیدی ذخیره کن” یا “لطفاً این فایلهای داده را روی این سیدیرام ذخیره کن” و نرمافزار بقیه کارها را انجام خواهد داد.
بههمین دلیل، برای ایجاد سیدیهای خود نیازی به دانستن چیزی در مورد قالببندی یا فرمت دادههای سیدی ندارید. با اینحال، قالببندی دادههای سیدی پیچیده و جالب است، بنابراین بیایید به آن بپردازیم. برای درک نحوه ذخیره دادهها روی سیدی، باید تمام شرایط مختلفی را که طراحان روش رمزگذاری دادهها در تلاش بودند تا آن را مدیریت کنند، درک کنید. در اینجا یک لیست نسبتاً کامل وجود دارد:
- از آنجایی که لیزر با استفاده از برجستگیها، مسیر مارپیچی دادهها را ردیابی میکند، نمیتواند شکافهای طولانی وجود داشته باشد که در آنها هیچ برجستگی در مسیر داده وجود نداشته باشد. برای حل این مشکل، دادهها با استفاده از EFM (مدولاسیون هشت به چهارده) رمزگذاری میشوند. در EFM، بایتهای 8 بیتی به 14 بیتی تبدیل میشوند و EFM تضمین میکند که برخی از آن بیتها 1 خواهند بود.
- از آنجایی که لیزر میخواهد بتواند بین آهنگها حرکت کند، دادهها باید در موسیقی رمزگذاری شوند و به درایو بگویند “کجای” دیسک قرار دارد. این مسئله با استفاده از چیزی که به عنوان دادههای زیرکد (subcode data) شناخته میشود، حل میشود. دادههای زیرکد میتوانند موقعیت مطلق و نسبی لیزر را در مسیر رمزگذاری کنند و همچنین میتوانند مواردی مانند عناوین آهنگها را رمزگذاری کنند.
- از آنجایی که ممکن است لیزر یک برآمدگی را به اشتباه بخواند، باید کدهای تصحیح خطا برای رسیدگی به خطاهای تکبیتی وجود داشته باشد. برای حل این مشکل، بیتهای داده اضافی، اضافه میشوند که به درایو اجازه میدهند خطاهای تک بیتی را تشخیص داده و آنها را تصحیح کند.
- از آنجایی که یک خراش یا لکه روی سیدی ممکن است باعث شود که کل بسته بایتها به اشتباه خوانده شود (که به عنوان خطای پشت سر هم (Burst error) شناخته میشود)، درایو باید بتواند از چنین رویدادی خود را بازیابی کند. این مسئله با درهم آمیختن دادهها (interleaving) روی دیسک حل میشود، بهطوری که دادهها به طور غیر متوالی در اطراف یکی از مدارهای دیسک ذخیره میشوند. درایو در واقع دادهها را طی یک دور چرخش در یک زمان میخواند و دادهها را برای پخش، از حالت درهم آمیختگی خارج میکند.
- اگر چند بایت در موسیقی به اشتباه خوانده شوند، بدترین اتفاقی که میتواند بیفتد کمی خِشخِش در حین پخش است. بااینحال، هنگامی که دادهها روی سیدی ذخیره میشوند، هرگونه خطای داده فاجعهبار است. بنابراین، از کدهای تصحیح خطای اضافی هنگام ذخیره دادهها روی سیدیرام استفاده میشود.
فرمتهای داده سیدی
فرمتهای مختلفی برای ذخیره دادهها روی سیدی استفاده میشود، برخی بهطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند و برخی دیگر مدتهاست فراموش شدهاند. دو مورد از رایج ترین آنها CD-DA (صوتی) و CD-ROM (دادههای رایانه) هستند. همچنین سیدیهای صوتی فوق العاده (SACD) وجود دارند که تجربه گوش دادن پیشرفتهای را ارائه میدهند.
این مقاله با همکاری فناوری هوش مصنوعی بهروزرسانی شد، سپس توسط یک ویراستار HowStuffWorks بررسی و ویرایش شد.
سؤالات متداول دیسک فشرده
۱. کاربرد دیسک فشرده چیست؟
دیسک فشرده یا سیدی دیسکی است که از پلاستیک ساختهشده و برای ذخیره دادههایی مانند فایلهای ویدیویی، صوتی و متنی استفاده میشود. دیسکهای فشرده جایگزین فلاپی دیسکها (Floppy discs) شدند زیرا استفاده از آنها کارآمدتر است و میتوانند دادههای بیشتری را ذخیره کنند.
۲. چه زمانی سیدیها جایگزین کاستها شدند؟
سیدیها از سال 1991 شروع به جایگزینی کاستها کردند. در اواخر دهه 2010، سیدیها در حال خروج بودند و جای خود را به پخش موسیقی و دانلودهای دیجیتالی دادند.
۳. DVD مخفف چیست؟
DVD مخفف Digital Versatile Disc یا Digital Video Disc است.
۴. آیا تولید دیویدی متوقف میشود؟
خدمات استریم (Streaming services) تقریباً خود را جایگزین دیسکها، از جمله دیویدیها کردهاند. رشد صنعت استریم باعث میشود که دیویدیها در آینده منسوختر شوند.
۵. چگونه میتوانم سیدیها را بدون سیدیپلیر پخش کنم؟
میتوانید سی دی خود را در یک فایل MP3 کپی کرده و آن را به یک درایو USB منتقل کنید. یا کابل USB را به دستگاه USB خارجی خود و انتهای دیگر را به پورت USB در ماشین خود وصل کنید. همچنین می توانید از رایانه شخصی یا سیستم های موسیقی خود که دارای پخش کننده سیدی هستند نیز استفاده کنید.
