Définition générale :
Inventé en 1978 par la société Philips, le disque compact ou cd (compact disc) est une galette en matière plastique qui contient de l'information sous forme numérique (succession de bits à 1 ou à 0), gravée de manière définitive sur une piste en spirale et lue par un procédé optique (réflexion d'un faisceau laser).
Les avantages du cd sont son coût peu élevé, son faible encombrement (un cd de 650 Mo valant à peu prés 450 disquettes, on gagne de la place de rangement), sa facilité d’utilisation, etc, etc.
Un lecteur CD-ROM est caractérisé:
- Par sa vitesse : celle-ci est calculée par rapport à la vitesse d'un lecteur de CD-Audio (150 Ko/s). Un lecteur allant à 3000Ko/s sera caractérisé de 20X (20 fois plus vite qu'un lecteur 1X)
- Par son temps d'accès. C'est le temps moyen qu'il met pour aller d'une partie du CD à une autre.
- Par son type: ATAPI (IDE) ou SCSI
| Type | Temps d’accès (ms) | Débit théorique (Ko/s) |
| X1 | 530 | 150 |
| X2 | 280 | 300 |
| X3 | 240 | 450 |
| X4 | 200 | 600 |
| X6 | 150 | 900 |
| X8 | 145 | 1200 |
| ... | ... | ... |
| X32 | 90 | 4800 |
| X52 | 95 | 7800 |
| X64 | 9600 |
Historique : Type de cd
la structure de cd :
Le CD est constitué d'un substrat en matière plastique (poly carbonate) et d'une fine pellicule métallique réfléchissante (or 24 carat, aluminium ou alliage d'argent) de 12 cm de diamètre et de 1,2 mm d’épaisseur (peut varier de 1,1 à 1,5 mm). La couche réfléchissante est recouverte d'une laque anti-UV en acrylique créant un film protecteur pour les données. Enfin, une couche supplémentaire peut être ajoutée afin d'obtenir une face supérieure imprimée.
Il possède un orifice central de 15mm de diamètre qui est utilisé par le dispositif d’entraînement du lecteur.
gravure de donnée :
Les données sont gravées sous forme numérique sur une piste en spirale entre les rayons 20 et 58mm. Cette piste est lue à partir du centre. Une seule face est gravée. Pour réfléchir le faisceau laser, cette face est recouverte d’une mince couche d’aluminium protégée par un vernis transparent. Le pas de la spirale valant 1,6 micron, on peut faire 23.750 fois le tour du cd. Le rayon moyen du cd étant de 39mm, on peut ainsi déduire qu’un seul cd peut supporte une piste de 5,8 km de long.
Remarque : le nombre de tours du cd que fait la pis te varie légèrement d’un cd à l’autre. C’est une des raisons pour lesquels les cd-r n’ont pas to us exactement la même capacité. Les sources que nous avons trouvé en réalisant ce travail menti onnent des nombres entre 22.000 et 24.000 tours pour une piste.
Principe de codage des informations :
Les informations sont donc codées sur cette piste spiralée sous forme numérique. Cela veut dire qu’elles sont représentées sous forme binaire, des 0 et des 1, correspondants en général en électronique à la présence où à l’absence de tension.
Sur la piste, ces informations binaires sont représentées « physiquement » par une succession de creux et de bosses (pits) séparés par des espaces ou méplats (lands) qui traduisent les 0 et les 1 du signal numérique.
Ces creux ont une largeur de 0,6 microns pour une profondeur de 0,12 à 0,16 microns. La longueur d’un méplat est variable et est comprise entre 0,38 et 3,56 microns. (On peut remarquer au passage que les creux ont des dimensions dont l’ordre de grandeur correspond à la longueur d’onde de la lumière utilisée dans les lecteurs de cd-rom, à savoir 0,78 microns).
Les CD achetés dans le commerce sont pressés, c'est-à-dire que les alvéoles sont réalisées grâce à du plastique injecté dans unmoule contenant le motif inverse.
Une couche métallique est ensuite coulée sur le substrat en poly carbonate, et cette couche métallique est elle-même prise sous une couche protectrice.
Une couche métallique est ensuite coulée sur le substrat en poly carbonate, et cette couche métallique est elle-même prise sous une couche protectrice.
Un cd peut contenir à peu prés 3 milliards de pits
Un autre groupe s’occupant des cd-r, nous n’allons pas nous attarder sur ceux-ci, mais pour information, ils possèdent une couche supplémentaire (située entre le substrat et la couche métallique) composée d'un colorant organique
(en anglais dye) pouvant être marqué (le terme brûl er est souvent utilisé) par un laser de forte puissance (10 fois celle nécessaire pour la lecture). C'est donc la couche de colorant qui permet d'absorber ou non le faisceau de lumière émis par le laser.
Vue au microscope des pits et des lands de la surface d’un cd. On voie très bien ici qu’ils n’ont pas tous le même longueur.
Structure logique d’un cd:
Un CD, qu'il soit audio ou CD-ROM , est constitué de trois zones constituant la zone d'information(information area ) :
- La zone Lead-in Area(parfois notée LIA ) contenant uniquement des informations décrivant le contenu du support (ces informations sont stockées dans la TOC, Table of Contents ). La zone Lead-ins'étend du rayon 23 mm au rayon 25 mm. Cette taille est imposée par le besoin de pouvoir stocker des informations concernant un maximum de 99 pistes. Lazone Lead-insert au lecteur de CD à suivre les creux en spirale afin dese synchroniser avec les données présentes dans la zone programme
- La zone Programme(Program Area ) est la zone contenant les données. Elle commence à partir d'un rayon de 25 mm, s'étend jusqu'à un rayon de 58mm et peut contenir l'équivalent de 76 minutes de données. La zone programme peut contenir un maximum de 99 pistes (ou sessions)d'une longueur minimale de 4 secondes.
- La zone Lead-Out(parfois notée LOA ) contenant des données nulles (du silence pour un CD audio) marque la fin du CD. Ellecommence au rayon 58 mm et doit mesurer au moins O.5 mm d'épaisseur (radialement). La zone lead-out doit ainsi contenir au minimum 6750 secteurs, soit90 secondes de silence à la vitesse minimale (1X).
La PCA peut être vue comme une zone de test pour le laser afin de lui permettre d'adapter sa puissance au type de support. C'est grâce à cette zone que la ncommercialisation de supports vierges utilisant descolorants organiques et des couches réfléchissantes différents est possible. A chaque calibration, le graveur note qu'il a effectué un essai. Un maximum de 99 essais par media est autorisé.
Les systèmes de fichiers d’un cd.
Le format de CD (ou plus exactement « le système defichiers ») s'attache à décrire la manière selon laquelle les données sont stockées dans la « zone programme » .
Le premier système de fichiers historique pour les CD est le « High Sierra Standard » .
Le format ISO 9660(voir aussi point I.c.3) normalisé en 1984 par l' ISO (International Standards Organisation ) reprend le « High Sierra Standard » afin de définir la structure des répertoires et des fichiers sur un CD-ROM. Il se décline en trois niveaux :
- Niveau 1: Un CD-ROM formaté en « ISO 9660 Level 1 » ne peut contenir que des fichiers dont le nom est en majuscule (A-Z ), pouvant contenir des chiffres (0-9) ainsi que le caractère "_". L'ensemble de ces caractères est appelé « d-characters ». Les répertoires ont un nomlimité à 8 d-characters et une profondeur limitée à 8 niveaux de sous-répertoires. De plus la norme ISO 9660impose que chaque fichier soit stocké de manière continue sur le CDROM, sans fragmentation.
- Niveau 2: Le format « ISO 9660 Level 2 » impose également que chaque fichier soit stocké comme un flux continu d'octets,mais permet un nommage de fichiers plus souple en acceptant notamment les caractères @ - ^ ! $ % & ( ) # ~et une profondeur de 32 sous-répertoires maximum.
- Niveau 3:Microsoft a également défini le format Joliet , une extension au format ISO 9660
permettant d'utiliser des noms de fichiers longs (LFN , long file names ) de 64
caractères comprenant des espaces et des caractèresaccentués selon le codage
Unicode.
Le format ISO 9660 RockRidge est une extension de nommage au format ISO 9660 lui permettant d'être compatible avec les systèmes de fichiers UNIX.
Afin de pallier les limitations du format ISO 9660 (le rendant notamment inapproprié pour les DVD-ROM), l'OSTA(Optical Storage Technology
Association) a mis au point le format ISO 13346 , connu sous le nom de UDF(Universal Disk Format ).
Correction des erreurs – ECC et EDC :
La piste d’un cd contient 333.000 secteurs de mêmelongueur, contenant chacun 3.234 octets. Le secteur est la plus petite unité logique de donnée lisible sur un cd. La lecture des données sur un disque compacts’accompagne d’un nombre d’erreurs beaucoup plus importants que sur un support magnétique. De plus, si une erreur est détectée, il n’est pas question que le lecteur revienne en arrière et reprenne la lecture : le son ou l’animation doit absolument suivre son cours à son rythme propre. Heureusement, les mathématiciens Reed et Solomon ont développé une méthode appelée CIRC (Cross Interverleaved Redd-Solomon Code), qui permet au contrôleur du lecteur de détecter et de corriger les erreurs de lecture en temps réel, à partir de données spécialement stockées à cette effet.
Tout secteur de cd contient donc :
- Des données utilisées pour la détection des erreursde lecture, l’ensemble des octets étant appelé EDC (Error Detection Code).
- Des octets utilisés pour la correction des erreurs de lecture, l’ensemble de ces octets étant appelé ECC (Error Correction Code)
Le cd-rom engendre des contraintes plus sévères :
- Certains secteurs contiennent des programmes et leur taux d’erreur ne doit pas dépasser 10-12.
- L’interactivité nécessite que chaque secteur soit repéré.
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