CD-ROM

CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory, от англ. «компакт-диск с памятью только для чтения») — это оптический носитель информации на основе компакт-диска (CD), предназначенный для однократной записи данных и многократного считывания. Данные на CD-ROM записываются в цифровом виде (двоичном коде) и не могут быть изменены или стёрты пользователем. Стандартный CD-ROM имеет диаметр 120 мм и толщину 1,2 мм, вмещает до 700 мегабайт (МБ) данных (или 80 минут аудио). Является разновидностью оптических дисков и предшественником более ёмких форматов DVD-ROM и Blu-ray.

История

Предпосылки и разработка

Разработка компакт-диска началась в конце 1970-х годов совместными усилиями компаний Philips и Sony. Первоначально технология предназначалась для записи и воспроизведения аудио (формат CD-DA, 1980 год). Однако уже в 1983 году Philips и Sony представили спецификацию «Yellow Book» (Жёлтая книга), которая описывала формат хранения компьютерных данных на компакт-диске — CD-ROM. В отличие от аудиодисков, где данные организованы в виде непрерывного потока, CD-ROM использует секторную структуру с коррекцией ошибок (CIRC — Cross-Interleaved Reed-Solomon Code), что обеспечивает надёжность при чтении компьютером.

Коммерческий запуск и распространение

Первый коммерческий CD-ROM-привод для компьютеров был выпущен компанией Philips в 1984 году (модель CM 100). В 1985 году Microsoft выпустила первую версию операционной системы MS-DOS с поддержкой CD-ROM. Массовое распространение началось в конце 1980-х — начале 1990-х годов, когда цены на приводы снизились, а объёмы данных (программы, энциклопедии, игры) стали превышать возможности гибких дисков (1,44 МБ). Ключевым фактором стало появление стандарта ISO 9660 (1988 год), который унифицировал файловую систему для CD-ROM, делая диски совместимыми с разными операционными системами (DOS, Windows, Mac OS, Unix).

Упадок и вытеснение

С середины 2000-х годов CD-ROM начал вытесняться более ёмкими DVD-ROM (до 4,7 ГБ) и Blu-ray (до 25 ГБ), а также цифровыми носителями — флеш-накопителями и облачными сервисами. К 2010-м годам большинство производителей компьютеров перестали включать CD/DVD-приводы в стандартную комплектацию. Однако CD-ROM продолжал использоваться для распространения программного обеспечения, драйверов и игр до середины 2010-х годов. В настоящее время (2020-е годы) CD-ROM практически не применяется в розничной торговле, но сохраняет нишевое использование в архивировании, медицинском оборудовании и встраиваемых системах.

Технические характеристики

Физическая структура

CD-ROM состоит из трёх основных слоёв:

• Поликарбонатный слой (основа) — толщина 1,2 мм, прозрачный, обеспечивает механическую прочность и защиту от царапин.
• Отражающий слой — тонкая алюминиевая (или золотая для архивных дисков) плёнка, нанесённая на поликарбонат методом напыления. На ней записаны данные в виде микроскопических углублений (питов) и плоских участков (лендов).
• Защитный слой — лак или полимер, покрывающий отражающий слой для предотвращения окисления и механических повреждений. На него наносится этикетка.

Принцип записи и чтения

Данные на CD-ROM записываются в виде спиральной дорожки, начинающейся от центра диска. Дорожка состоит из последовательности питов (углублений глубиной около 100 нм) и лендов (плоских участков). При чтении лазерный луч (длина волны 780 нм, инфракрасный диапазон) фокусируется на дорожке. Отражение от ленда и рассеивание на пите создают разницу в интенсивности света, которая регистрируется фотодетектором и преобразуется в электрический сигнал (двоичные 0 и 1). Скорость чтения варьируется: 1x (одинарная) — 150 КБ/с, 2x — 300 КБ/с, 52x — до 7,8 МБ/с.

Ёмкость и форматы

Стандартный CD-ROM вмещает:

• 650 МБ (74 минуты аудио) — ранний стандарт.
• 700 МБ (80 минут аудио) — наиболее распространённый.
• 800–900 МБ (99 минут) — нестандартные диски, поддерживаются не всеми приводами.

Форматы записи:

• Mode 1 — для компьютерных данных (с коррекцией ошибок).
• Mode 2 — для аудио и видео (меньше коррекции, больше полезных данных).

Классификация и виды

По способу записи

• Прессованные CD-ROM — производятся промышленным способом методом штамповки (литьё под давлением). Массовое тиражирование (от нескольких тысяч экземпляров) дешевле, чем запись поштучно.
• Записываемые (CD-R) — однократная запись пользователем на специальный диск с органическим красителем (цианин, фталоцианин). Данные не могут быть изменены.
• Перезаписываемые (CD-RW) — многократная запись и стирание с использованием фазового перехода материала (сплав серебра, индия, сурьмы и теллура). Ёмкость — до 700 МБ, но скорость записи ниже, чем у CD-R.

По отрасли применения

• Программное обеспечение — дистрибутивы операционных систем (Windows, Linux), офисных пакетов (Microsoft Office), игр (Doom, The Sims, Grand Theft Auto).
• Мультимедиа — энциклопедии (Britannica, Encarta), фотоальбомы, обучающие программы, карты.
• Архивные диски — для долговременного хранения данных (золотые CD-R с повышенной стойкостью к окислению).
• Специализированные — CD-ROM для игровых консолей (PlayStation, Sega Saturn), автомобильных навигационных систем, медицинского оборудования.

Устройство и работа привода CD-ROM

Основные компоненты

Привод CD-ROM (CD-ROM drive) состоит из:

• Лазерный блок — включает инфракрасный лазерный диод (780 нм), систему линз и фотодетектор.
• Шпиндельный двигатель — вращает диск с постоянной линейной скоростью (CLV) или постоянной угловой скоростью (CAV). Для CD-ROM обычно используется CLV (от 200 до 500 об/мин).
• Система фокусировки — электромагнитная катушка, перемещающая линзу для точной фокусировки лазера на дорожке.
• Сервопривод — управляет перемещением лазерного блока по радиусу диска (поиск дорожки).
• Контроллер — обрабатывает сигнал, декодирует данные, исправляет ошибки, передаёт данные на шину (IDE, SCSI, SATA, USB).

Интерфейсы подключения

• IDE (PATA) — наиболее распространённый интерфейс в 1990-х — начале 2000-х годов.
• SCSI — использовался в серверах и профессиональных системах.
• SATA — заменил IDE в середине 2000-х.
• USB — внешние приводы, популярные в 2000-х и 2010-х.
• FireWire — редко, в основном для Mac.

Применение и значение

Распространение программного обеспечения

CD-ROM стал основным носителем для дистрибуции ПО в 1990-х — начале 2000-х годов. Операционные системы (Windows 95, Windows XP), офисные приложения, игры, драйверы — всё это поставлялось на CD-ROM. Это позволило значительно увеличить объём поставляемых данных по сравнению с гибкими дисками (1,44 МБ) и сократить количество дисков в комплекте.

Мультимедийные энциклопедии и обучение

CD-ROM дал возможность создавать интерактивные энциклопедии с текстом, изображениями, аудио и видео. Примеры: «Большая советская энциклопедия» на CD-ROM, «Microsoft Encarta», «Britannica». Также активно использовался в образовании — обучающие программы по языкам, математике, истории.

Игры и развлечения

Игровая индустрия в 1990-х годах перешла с картриджей и гибких дисков на CD-ROM. Это позволило включать в игры полноценное видео (FMV), качественный звук (CD-аудио), большие текстуры и уровни. Примеры: «Myst», «Doom», «Final Fantasy VII» (на PlayStation), «The Elder Scrolls III: Morrowind».

Архивное хранение

CD-ROM и CD-R использовались для долговременного хранения документов, фотографий, резервных копий. При правильном хранении (вдали от света, влаги, высоких температур) срок службы CD-R оценивается в 10–50 лет, прессованных CD-ROM — до 100 лет (по заявлениям производителей). Однако на практике деградация красителя в CD-R может происходить быстрее.

Критика и недостатки

Ограничения

• Малая ёмкость — 700 МБ недостаточно для современных игр, фильмов в высоком разрешении, больших баз данных.
• Низкая скорость чтения — даже 52x (7,8 МБ/с) уступает современным жёстким дискам (100–200 МБ/с) и SSD (500+ МБ/с).
• Механическая уязвимость — царапины, пыль, перекосы могут сделать диск нечитаемым.
• Однократная запись — для CD-R, что неудобно для резервного копирования с частыми изменениями.

Экологические проблемы

CD-ROM и CD-R содержат поликарбонат, алюминий и красители, которые не разлагаются естественным путём. Массовое производство и утилизация миллионов дисков создают отходы. В 2000-х годах начались программы переработки, но они не получили широкого распространения.

Устаревание приводов

С исчезновением CD-ROM-приводов из современных компьютеров пользователи, имеющие старые диски, вынуждены использовать внешние USB-приводы или эмуляцию. Многие ноутбуки и нетбуки с 2010-х годов выпускаются без оптических приводов.

Интересные факты

• Первый коммерческий CD-ROM-привод (Philips CM 100) стоил около 1000 долларов США (в 1984 году).
• Стандарт ISO 9660 был разработан на основе файловой системы High Sierra, предложенной в 1985 году.
• Некоторые CD-ROM содержали «защиту от копирования» (например, SafeDisc, SecuROM), которая могла повредить привод при попытке эмуляции.
• Золотые CD-R (с золотым отражающим слоем) считаются наиболее долговечными — до 100 лет при правильном хранении.
• В 1990-х годах существовали «музыкальные CD-ROM» (CD+Graphics, CD+MIDI), но они не получили широкого распространения.

Источники

• «Compact Disc: A History of the CD-ROM» — Philips Research, 2004.
• «The CD-ROM Drive: Technology and Applications» — Springer, 1995.
• «ISO 9660:1988 — Information processing — Volume and file structure of CD-ROM for information interchange».
• «Optical Storage Technology: From CD to Blu-ray» — IEEE Spectrum, 2007.
• «CD-R and CD-RW: A Practical Guide» — O'Reilly Media, 2002.
• «The Rise and Fall of the CD-ROM» — Ars Technica, 2016.