Os CDs e os DVDs estão em toda parte. Sejam usados para armazenar música, dados ou software de computador, eles se tornaram a mídia padrão para a distribuição de grandes quantidades de informações em um pacote confiável. Se você tem um computador e uma unidade de CD-R (com capacidade de gravação), pode criar seus próprios CDs, incluindo ali as informações que desejar.

Neste artigo, vamos dar uma olhada em como funcionam os CDs e as unidades de CD. Também vamos ver as diferentes formas de CDs e o que o futuro reserva para essa tecnologia.

Entendendo o CD: material

Como foi discutido em Como funcionam as gravações analógica e digital, um CD pode armazenar até 74 minutos de música, de modo que a quantidade total de dados digitais que deve ser armazenada em um CD é de:

Encaixar mais de 783 megabytes (MB) em um disco de somente 12 cm de diâmetro requer que os bytes individuais sejam muito pequenos. Examinando a construção física de um CD, você pode começar a entender quão pequenos são esses bytes.

Um CD é um pedaço de plástico bastante simples, com cerca de 1,2 mm de espessura. A maior parte de um CD consiste de uma peça de plástico de policarbonato transparente moldada por injeção. Durante a fabricação, esse plástico é impresso com sulcos microscópicos dispostos como uma trilha de dados em espiral, contínua e extremamente longa. Vamos falar desses sulcos daqui a pouco. Assim que a peça transparente de policarbonato é formada, uma fina camada refletora de alumínio é micropulverizada sobre o disco, cobrindo os sulcos. Em seguida, uma fina camada de acrílico é pulverizada sobre o alumínio para protegê-lo. A etiqueta é então impressa sobre o acrílico. Uma seção transversal de um CD completo (fora de escala) se parece com isto:

Entendendo o CD: a espiral

O que a foto à direita nem sequer permite imaginar é o tamanho incrivelmente pequeno da trilha de dados: ela tem aproximadamente 0,5 mícron de largura, com 1,6 mícron separando uma trilha da próxima (um mícron é um milionésimo de um milímetro). E os sulcos são ainda menores...

Os sulcos na trilha de um CD

Cada sulco alongado que compõe a trilha tem 0,5 mícron de largura, comprimento mínimo de 0,83 mícron e altura de 125 nanômetros (um nanômetro é um bilionésimo de um metro.) Olhando os sulcos através da camada de policarbonato, eles se parecem com isto:

Você freqüentemente ouvirá falar de "pits" em vez de sulcos do CD. Eles aparecem como "dentes" no lado do alumínio, mas são sulcos no lado de leitura do laser.

As dimensões incrivelmente pequenas dos sulcos formam uma trilha espiral extremamente longa. Se você pudesse arrancar a trilha de dados de um CD e esticá-la em uma linha reta, ela teria 0,5 mícron de largura e quase 5 quilômetros de comprimento!

Para ler algo assim tão pequeno você precisa de um mecanismo de leitura de disco extremamente preciso. Vamos dar uma olhada nisso.

Componentes do CD player

O CD player tem o trabalho de localizar e ler os dados armazenados como sulcos no CD. Considerando o tamanho extremamente pequeno dos sulcos, o CD player é um equipamento de precisão excepcional. A unidade consiste em três componentes fundamentais:

O que o CD player faz: foco do laser

No interior do CD player há bastante tecnologia de computador envolvida na formação dos dados em blocos compreensíveis e em seu envio para o DAC (conversor digital para analógico, no caso de um CD de áudio) ou para o computador (no caso de uma unidade de CD-ROM).

O trabalho fundamental do CD player é focalizar o laser sobre a trilha de sulcos. O feixe de laser passa através da camada de policarbonato, é refletido na camada de alumínio e atinge o dispositivo optico-eletrônico que detecta mudanças na luz. Os ressaltos refletem a luz diferentemente das "lands" (espaço entre so sulcos na camada de alumínio), e o sensor optico-eletrônico detecta essa mudança na refletividade. A eletrônica da unidade interpreta as mudanças na refletividade para ler os bits que compõem os bytes.

interpreta as mudanças na refletividade para ler os bits que compõem os bytes.

O que o CD player faz: rastreamento

A parte mais difícil é manter o feixe de laser centralizado sobre a trilha de dados. Essa centralização é o trabalho do sistema de rastreamento. O sistema de rastreamento tem de mover continuamente o laser para fora à medida que toca o CD. Conforme o laser se move para fora, a partir do centro do disco, os sulcos passam cada vez mais rápido pelo laser: isso acontece porque a velocidade linear, ou tangencial, dos sulcos é igual ao raio vezes a velocidade na qual o disco está girando (rpm). Assim, à medida que o laser se move para fora, o motor de rotação do disco deve diminuir a velocidade do CD. Desse modo, os sulcos se deslocam diante do laser a uma velocidade constante, e os dados saem do disco em uma taxa constante.

Aspectos da codificação no CD

Foto cedida Ernest von Rosen, AMGmedia
CD gravável

Se você tiver uma unidade de CD-R e quiser produzir seus próprios CDs de áudio ou CD-ROMs, uma das grandes coisas que terá a seu favor é o fato de que o software pode manipular todos os detalhes para você. Você pode dizer para o software, "Grave estas músicas neste CD," ou "Salve estes arquivos de dados neste CD-ROM" e o software fará o resto. Graças a isso, você não precisa saber nada a respeito de formatação de dados do CD para criar seus próprios CDs. Mas a formatação de dados do CD é tão complexa e interessante que vamos falar um pouco disso.

Para entender como os dados são armazenados num CD, você precisa entender todas as diferentes condições que os projetistas da metodologia de codificação de dados tiveram que manipular. Aqui está uma lista razoavelmente completa:

Como o laser está rastreando a espiral de dados usando os sulcos, não pode haver espaços extensos sem sulcos na trilha de dados. Para solucionar esse problema, os dados são codificados usando EFM (eight-fourteen-modulation ou modulação 8-14). Na EFM, bytes de 8 bits são convertidos para 14 bits, e a EFM garante que alguns desses bits serão 1s.
Como o laser deve querer se mover entre as canções, os dados devem ser codificados na música para informar à unidade "onde ela está" no disco. Esse problema é solucionado usando o que é conhecido como dados de subcode. Os dados de subcode podem codificar a posição absoluta e relativa do laser na trilha e também podem codificar coisas como os títulos das músicas.
Como o laser pode ler incorretamente um sulco, há necessidade de códigos de correção de erros para manipular os erros de um único bit. Para solucionar esse problema, bits de dados adicionais são acrescentados para permitir que a unidade detecte e corrija os erros de um único bit.
Como um arranhão ou uma mancha de sujeira no CD podem fazer com que todo um pacote de bytes seja lido incorretamente (o que é conhecido como "burst erro" ou erro de rajada), a unidade precisa ser capaz de se recuperar de tal evento. Esse problema é solucionado por meio do entrelaçamento dos dados no disco, para que eles sejam armazenados de modo não-seqüencial ao redor do disco. Na verdade, a unidade lê os dados uma revolução por vez e desentrelaça os dados para poder reproduzi-los.
Se alguns poucos bytes forem lidos incorretamente em uma música, a pior coisa que poderá acontecer é um pequeno chiado durante a reprodução. Entretanto, quando os dados são armazenados em um CD, qualquer erro de dado pode ser catastrófico. Assim, códigos de erro adicionais são usados quando se armazena dados em um CD-ROM.

Formatos de dados de CD

Há diversos formatos diferentes usados para armazenar dados em um CD, alguns amplamente usados e outros esquecidos há muito tempo. Os dois mais comuns são o CD-DA (áudio) e o CD-ROM (dados de computador).

Marshall Brain. "HowStuffWorks - Como funcionam os CDs". Publicado em 01 de abril de 2000 (atualizado em 31 de janeiro de 2008) http://eletronicos.hsw.uol.com.br/cd8.htm (04 de abril de 2008)

Introdução