Un CD-ROM ( / ˌs iː d iː ˈr ɒ m / , compact disc read-only memory ) es un tipo de memoria de solo lectura que consiste en un disco compacto óptico preimpreso que contiene datos que las computadoras pueden leer, pero no escribir ni borrar. Algunos CD, llamados CD mejorados , contienen tanto datos de computadora como audio; este último puede reproducirse en un reproductor de CD , mientras que los datos (como software o video digital) solo se pueden usar en una computadora (como los CD-ROM para PC con formato ISO 9660 [2] ).
Durante la década de 1990 y principios de la década de 2000, los CD-ROM se utilizaron popularmente para distribuir software y datos para computadoras y consolas de videojuegos de quinta generación . Los DVD, así como las descargas, comenzaron a reemplazar a los CD-ROM en estas funciones a partir de principios de la década de 2000, y ahora el uso de CD-ROM para software comercial es poco común.
Los primeros trabajos teóricos sobre el almacenamiento en discos ópticos fueron realizados por investigadores independientes en los Estados Unidos, entre ellos David Paul Gregg (1958) y James Russel (1965-1975). En particular, las patentes de Gregg se utilizaron como base de la especificación LaserDisc que fue desarrollada conjuntamente entre MCA y Philips después de que MCA comprara las patentes de Gregg, así como la empresa que fundó, Gauss Electrophysics. [3] El LaserDisc fue el precursor inmediato del CD, con la principal diferencia de que el LaserDisc codificaba la información a través de un proceso analógico, mientras que el CD utilizaba codificación digital.
El trabajo clave para digitalizar el disco óptico fue realizado por Toshi Doi y Kees Schouhamer Immink durante 1979-1980, quienes trabajaron en un grupo de trabajo para Sony y Philips . [4] El resultado fue el Compact Disc Digital Audio (CD-DA), definido en 1980. El CD-ROM fue diseñado más tarde como una extensión del CD-DA, y adaptó este formato para contener cualquier forma de datos digitales, con una capacidad de almacenamiento inicial de 553 MB . [5] Sony y Philips crearon el estándar técnico que define el formato de un CD-ROM en 1983, [6] en lo que llegó a llamarse el Libro Amarillo . El CD-ROM fue anunciado en 1984 [7] y presentado por Denon y Sony en la primera feria informática japonesa COMDEX en 1985. [8] En noviembre de 1985, varios participantes de la industria informática, incluidos Microsoft , Philips , Sony , Apple y Digital Equipment Corporation, se reunieron para crear una especificación para definir un formato de sistema de archivos para CD-ROM. [9] La especificación resultante, llamada formato High Sierra, se publicó en mayo de 1986. [9] Finalmente, se estandarizó, con algunos cambios, como el estándar ISO 9660 en 1988. Uno de los primeros productos que se puso a disposición del público en CD-ROM fue la Enciclopedia Académica Grolier , presentada en la Conferencia de CD-ROM de Microsoft en marzo de 1986. [9]
Los CD-ROM comenzaron a usarse en las consolas de videojuegos domésticas a partir del PC Engine CD-ROM 2 (TurboGrafx-CD) en 1988, mientras que las unidades de CD-ROM también estuvieron disponibles para computadoras domésticas a fines de la década de 1980. En 1990, Data East presentó una placa de sistema de arcade que admitía CD-ROM, similar a los videojuegos LaserDisc de la década de 1980 pero con datos digitales, lo que permitía una mayor flexibilidad que los juegos LaserDisc más antiguos. [10] A principios de 1990, se vendieron alrededor de 300.000 unidades de CD-ROM en Japón, mientras que se producían 125.000 discos CD-ROM mensualmente en los Estados Unidos. [11] Algunas computadoras que se comercializaron en la década de 1990 se denominaron computadoras " multimedia " porque incorporaban una unidad de CD-ROM, que permitía la entrega de varios cientos de megabytes de datos de video, imagen y audio. La primera computadora portátil que tuvo una unidad de CD-ROM integrada como opción fue la CF-V21P de Panasonic de 1993 ; sin embargo, la unidad solo admitía mini CD de hasta 3,5 pulgadas de diámetro. [12] : 111 La primera computadora portátil que admitió discos estándar de 4,7 pulgadas de diámetro fue la ThinkPad 755CD de IBM en 1994. [13]
En los primeros reproductores de CD de audio que se lanzaron al mercado antes de la llegada del CD-ROM, los datos binarios sin procesar del CD-ROM se reproducían como ruido. Para solucionar este problema, el canal de subcódigo Q tiene un indicador de "datos" en las áreas del disco que contienen datos informáticos en lugar de audio reproducible. El indicador de datos indica a los reproductores de CD que silencien el audio. [14] [15]
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Los CD-ROM son idénticos en apariencia a los CD de audio , y los datos se almacenan y recuperan de una manera muy similar (solo se diferencian de los CD de audio en los estándares utilizados para almacenar los datos). Los discos están hechos de un disco de plástico de policarbonato de 1,2 mm de espesor , con una fina capa de aluminio para hacer una superficie reflectante. El tamaño más común de CD-ROM es de 120 mm de diámetro, aunque también existen el estándar Mini CD más pequeño con un diámetro de 80 mm, así como discos compactos con formas en numerosos tamaños y moldes no estándar (por ejemplo, medios del tamaño de una tarjeta de visita ).
Los datos se almacenan en el disco como una serie de hendiduras microscópicas llamadas "hoyos", y los espacios sin hendiduras entre ellos se denominan "tierras". Se proyecta un láser sobre la superficie reflectante del disco para leer el patrón de hoyos y tierras. Debido a que la profundidad de los hoyos es aproximadamente de un cuarto a un sexto de la longitud de onda de la luz láser utilizada para leer el disco, la fase del haz reflejado se desplaza en relación con el haz entrante, lo que provoca una interferencia destructiva y reduce la intensidad del haz reflejado. Esto se convierte en datos binarios.
Se utilizan varios formatos para los datos almacenados en discos compactos, conocidos como los Libros Arcoiris . El Libro Amarillo , creado en 1983, [6] [16] define las especificaciones para los CD-ROM, estandarizadas en 1988 como la norma ISO / IEC 10149 [1] y en 1989 como la norma ECMA -130 [17] . La norma CD-ROM se basa en la norma original Red Book CD-DA para CD de audio. Otras normas, como el Libro Blanco para CD de vídeo , definen aún más los formatos basados en las especificaciones del CD-ROM. El Libro Amarillo en sí no está disponible de forma gratuita, pero las normas con el contenido correspondiente se pueden descargar de forma gratuita desde ISO o ECMA.
Existen varias normas que definen cómo estructurar los archivos de datos en un CD-ROM. La norma ISO 9660 define el sistema de archivos estándar para un CD-ROM. La norma ISO 13490 es una mejora de esta norma que añade compatibilidad con discos no secuenciales de una sola escritura y reescribibles, como CD-R y CD-RW , así como con sesiones múltiples . La norma ISO 13346 se diseñó para abordar la mayoría de las deficiencias de la norma ISO 9660, [18] y un subconjunto de ella evolucionó hasta convertirse en el formato UDF , que se adoptó para los DVD . En enero de 1995 se publicó una especificación de CD de arranque, llamada El Torito , para hacer que un CD emulara un disco duro o un disquete .
Los CD-ROM preimpresos se producen en masa mediante un proceso de estampación en el que se crea un disco maestro de vidrio y se utiliza para hacer "estampadores", que a su vez se utilizan para fabricar múltiples copias del disco final con las marcas ya presentes. Los discos grabables ( CD-R ) y regrabables ( CD-RW ) se fabrican mediante un método diferente, en el que los datos se graban en ellos mediante un láser que cambia las propiedades de un tinte o material de transición de fase en un proceso que a menudo se denomina " quemado ".
Los datos almacenados en CD-ROM siguen las técnicas de codificación de datos de CD estándar descritas en la especificación Red Book (originalmente definida solo para CD de audio ). Esto incluye la codificación Reed-Solomon entrelazada (CIRC), la modulación de ocho a catorce (EFM) y el uso de pits y lands para codificar los bits en la superficie física del CD.
Las estructuras utilizadas para agrupar datos en un CD-ROM también se derivan del Libro Rojo . Al igual que los CD de audio (CD-DA), un sector de CD-ROM contiene 2.352 bytes de datos de usuario, compuestos por 98 cuadros, cada uno de los cuales consta de 33 bytes (24 bytes para los datos de usuario, 8 bytes para la corrección de errores y 1 byte para el subcódigo). A diferencia de los CD de audio, los datos almacenados en estos sectores corresponden a cualquier tipo de datos digitales, no a muestras de audio codificadas según la especificación de CD de audio. Para estructurar, direccionar y proteger estos datos, el estándar de CD-ROM define además dos modos de sector, Modo 1 y Modo 2, que describen dos diseños diferentes para los datos dentro de un sector. [2] Una pista (un grupo de sectores) dentro de un CD-ROM solo contiene sectores en el mismo modo, pero si hay varias pistas presentes en un CD-ROM, cada pista puede tener sus sectores en un modo diferente del resto de las pistas. También pueden coexistir con pistas de CD de audio, que es el caso de los CD de modo mixto .
Tanto los sectores del Modo 1 como del Modo 2 utilizan los primeros 16 bytes para la información de cabecera , pero difieren en los 2.336 bytes restantes debido al uso de bytes de corrección de errores . A diferencia de un CD de audio, un CD-ROM no puede depender de la ocultación de errores por interpolación ; se requiere una mayor fiabilidad de los datos recuperados. Para lograr una mejor corrección y detección de errores, el Modo 1, utilizado principalmente para datos digitales, añade un código de comprobación de redundancia cíclica (CRC) de 32 bits para la detección de errores, y una tercera capa de corrección de errores Reed-Solomon [n 1] utilizando un Código similar a un producto Reed-Solomon (RSPC). Por tanto, el Modo 1 contiene 288 bytes por sector para la detección y corrección de errores, dejando 2.048 bytes por sector disponibles para los datos. El Modo 2, que es más apropiado para datos de imagen o vídeo (donde la fiabilidad perfecta puede ser un poco menos importante), no contiene bytes adicionales de detección o corrección de errores, por lo que tiene 2.336 bytes de datos disponibles por sector. Ambos modos, al igual que los CD de audio, aún se benefician de las capas inferiores de corrección de errores a nivel de cuadro. [19]
Antes de ser almacenados en un disco con las técnicas descritas anteriormente, cada sector del CD-ROM se codifica para evitar que aparezcan algunos patrones problemáticos. [17] Estos sectores codificados luego siguen el mismo proceso de codificación descrito en el Libro Rojo para ser finalmente almacenados en un CD.
La siguiente tabla muestra una comparación de la estructura de sectores en CD-DA y CD-ROM: [17]
La velocidad neta de bytes de un CD-ROM de Modo 1, en comparación con los estándares de audio CD-DA, es de 44.100 Hz × 16 bits/muestra × 2 canales × 2.048 / 2.352 / 8 = 150 KB/s (150 × 2 10 ). Este valor, 150 Kbyte/s, se define como "velocidad 1×". Por lo tanto, para los CD-ROM de Modo 1, una unidad de CD-ROM 1× lee 150/2 = 75 sectores consecutivos por segundo.
El tiempo de reproducción de un CD estándar es de 74 minutos, o 4.440 segundos, contenidos en 333.000 bloques o sectores . Por lo tanto, la capacidad neta de un CD-ROM de modo 1 es de 650 MB (650 × 2 20 ). Para los CD de 80 minutos, la capacidad es de 703 MB.
CD-ROM XA es una extensión del estándar Yellow Book para CD-ROM que combina audio comprimido, video y datos de computadora, permitiendo que todos sean accedidos simultáneamente. [20] Fue pensado como un puente entre CD-ROM y CD-i ( Green Book ) y fue publicado por Sony y Philips , y respaldado por Microsoft , en 1991, [21] anunciado por primera vez en septiembre de 1988. [22] "XA" significa eXtended Architecture.
El CD-ROM XA define dos nuevos diseños de sectores, llamados Modo 2 Forma 1 y Modo 2 Forma 2 (que son diferentes del Modo 2 original). El Modo 2 Forma 1 de XA es similar a la estructura del Modo 1 descrita anteriormente y puede intercalarse con sectores del Modo 2 Forma 2 de XA; se utiliza para datos. El Modo 2 Forma 2 de XA tiene 2324 bytes de datos de usuario y es similar al Modo 2 estándar, pero con bytes de detección de errores añadidos (aunque sin corrección de errores). Puede intercalarse con sectores del Modo 2 Forma 1 de XA y se utiliza para datos de audio/vídeo. [19] Los Video CD , Super Video CD , Photo CD , Enhanced Music CD y CD-i utilizan estos modos de sector. [23]
La siguiente tabla muestra una comparación de la estructura de sectores en los modos CD-ROM XA:
Cuando se crea una imagen de disco de un CD-ROM, esto se puede hacer en modo "raw" (extrayendo 2.352 bytes por sector, independientemente de la estructura interna), o obteniendo solo los datos útiles del sector (2.048/2.336/2.352/2.324 bytes dependiendo del modo del CD-ROM). El tamaño de archivo de una imagen de disco creada en modo raw es siempre un múltiplo de 2.352 bytes (el tamaño de un bloque). [24] Los formatos de imagen de disco que almacenan sectores de CD-ROM raw incluyen CCD/IMG , CUE/BIN y MDS/MDF . El tamaño de una imagen de disco creada a partir de los datos de los sectores dependerá del tipo de sectores que esté utilizando. Por ejemplo, si se crea una imagen de CD-ROM en modo 1 extrayendo solo los datos de cada sector, su tamaño será un múltiplo de 2.048; este suele ser el caso de las imágenes de disco ISO .
En un CD-R de 74 minutos, es posible incluir imágenes de disco más grandes utilizando el modo raw, hasta 333.000 × 2.352 = 783.216.000 bytes (~747 MB). Este es el límite superior para imágenes raw creadas en un CD Red Book de 74 minutos o ≈650 MB . El aumento del 14,8 % se debe al descarte de los datos de corrección de errores.
Las capacidades de los CD-ROM se expresan normalmente con prefijos binarios , restando el espacio utilizado para los datos de corrección de errores. La capacidad de un CD-ROM depende de lo cerca que se extienda la pista de datos de salida hasta el borde exterior del disco. [25] Un CD-ROM estándar de 120 mm y 700 MB puede contener en realidad unos 703 MB de datos con corrección de errores (o 847 MB en total). En comparación, un DVD-ROM de una sola capa puede contener 4,7 GB (4,7 × 10 9 bytes) de datos protegidos contra errores, más que 6 CD-ROM.
Los discos CD-ROM se leen mediante unidades de CD-ROM. Una unidad de CD-ROM se puede conectar al ordenador a través de una interfaz IDE ( ATA ), SCSI , SATA , FireWire o USB o una interfaz propietaria, como la interfaz de CD de Panasonic , los estándares LMSI/Philips, Sony y Mitsumi. Prácticamente todas las unidades de CD-ROM modernas también pueden reproducir CD de audio (así como CD de vídeo y otros estándares de datos) cuando se utilizan con el software adecuado.
Las unidades de CD-ROM utilizan un diodo láser de 780 nm de infrarrojo cercano . El haz láser se dirige al disco a través de un módulo de seguimiento optoelectrónico, que luego detecta si el haz se ha reflejado o dispersado.
Las unidades de CD-ROM se clasifican con un factor de velocidad relativo a los CD de música. Si un CD-ROM se lee a la misma velocidad de rotación que un CD de audio , la velocidad de transferencia de datos es de 150 Kbyte/s, comúnmente llamada "1×" (con velocidad lineal constante, abreviado "CLV" ). A esta velocidad de datos, la pista se mueve bajo el punto láser a aproximadamente 1,2 m/s. Para mantener esta velocidad lineal a medida que el cabezal óptico se mueve a diferentes posiciones, la velocidad angular varía de aproximadamente 500 rpm en el borde interior a 200 rpm en el borde exterior. La clasificación de velocidad 1× para CD-ROM (150 Kbyte/s) es diferente de la clasificación de velocidad 1× para DVD (1,32 MB/s).
Cuando se aumenta la velocidad de giro del disco, los datos se pueden transferir a velocidades mayores. Por ejemplo, una unidad de CD-ROM que puede leer a una velocidad de 8× hace girar el disco a entre 1600 y 4000 rpm, lo que da una velocidad lineal de 9,6 m/s y una velocidad de transferencia de 1200 Kbyte/s. Por encima de una velocidad de 12×, la mayoría de las unidades leen a una velocidad angular constante (CAV, rpm constantes) de modo que el motor no tenga que cambiar de una velocidad a otra a medida que el cabezal busca un lugar en el disco. En el modo CAV, el número "×" indica la velocidad de transferencia en el borde exterior del disco, donde es máxima. Se pensaba que 20× era la velocidad máxima debido a limitaciones mecánicas hasta que Samsung Electronics presentó la SCR-3230, una unidad de CD-ROM de 32× que utiliza un sistema de cojinetes de bolas para equilibrar el disco giratorio en la unidad y reducir la vibración y el ruido. En 2004, la velocidad de transferencia más rápida disponible era de aproximadamente 52× o 10 400 rpm y 7,62 MB/s. Las velocidades de giro más altas están limitadas por la resistencia del plástico de policarbonato del que están hechos los discos. A 52×, la velocidad lineal de la parte más externa del disco es de aproximadamente 65 m/s. Sin embargo, aún se pueden obtener mejoras utilizando múltiples captadores láser, como lo demuestra el Kenwood TrueX 72×, que utiliza siete rayos láser y una velocidad de rotación de aproximadamente 10×.
La primera unidad 12× se lanzó a fines de 1996. [26] Por encima de la velocidad 12×, hay problemas con la vibración y el calor. Las unidades CAV brindan velocidades de hasta 30× en el borde exterior del disco con la misma velocidad de rotación que una 12× estándar ( velocidad lineal constante , CLV), o 32× con un ligero aumento. Sin embargo, debido a la naturaleza de CAV (la velocidad lineal en el borde interior sigue siendo solo 12×, aumentando suavemente en el medio) el aumento de rendimiento real es menor que 30/12; de hecho, aproximadamente 20× de promedio para un disco completamente lleno, e incluso menos para uno parcialmente lleno.
Los problemas con la vibración, debido a los límites de simetría y resistencia alcanzables en los medios producidos en masa, significan que las velocidades de las unidades de CD-ROM no han aumentado de forma masiva desde finales de los años 90. Más de 10 años después, las unidades comúnmente disponibles varían entre 24× (unidades delgadas y portátiles, velocidad de giro 10×) y 52× (normalmente unidades de CD y de sólo lectura, velocidad de giro 21×), todas utilizando CAV para alcanzar sus velocidades "máximas" declaradas, siendo las más comunes las de 32× a 48×. Aun así, estas velocidades pueden provocar una lectura deficiente (la corrección de errores de la unidad se ha vuelto muy sofisticada en respuesta a ello) e incluso la rotura de medios mal fabricados o dañados físicamente, con pequeñas grietas que rápidamente se convierten en roturas catastróficas cuando se someten a una tensión centrípeta de 10.000 a 13.000 rpm (es decir, 40–52× CAV). Las altas velocidades de rotación también producen ruidos indeseables debido a la vibración del disco, el aire que entra y el propio motor del husillo. La mayoría de las unidades del siglo XXI permiten modos de baja velocidad forzados (mediante el uso de pequeños programas de utilidad) por razones de seguridad, lectura precisa o silencio, y retrocederán automáticamente si se encuentran numerosos errores de lectura secuencial y reintentos.
Se probaron otros métodos para mejorar la velocidad de lectura, como el uso de haces ópticos múltiples, lo que aumentaba el rendimiento hasta 72× con una velocidad de giro de 10×, pero junto con otras tecnologías como los medios grabables de 90 a 99 minutos, GigaRec y grabadoras de discos compactos de doble densidad ( estándar Purple Book ), su utilidad se vio anulada por la introducción de unidades de DVD-ROM para el consumidor capaces de alcanzar velocidades de CD-ROM equivalentes a 36× (4× DVD) o superiores. Además, con un CD-ROM de 700 MB totalmente legible en menos de 2,5 minutos a 52× CAV, los aumentos en la velocidad de transferencia de datos real tienen una influencia cada vez menor en la velocidad efectiva general de la unidad cuando se toman en consideración otros factores como la carga/descarga, el reconocimiento de medios, el giro hacia arriba/abajo y los tiempos de búsqueda aleatorios, lo que hace que el rendimiento de la inversión en desarrollo sea mucho menor. Desde entonces se ha observado un efecto de estratificación similar en el desarrollo del DVD, donde la velocidad máxima se ha estabilizado en 16× CAV (con casos excepcionales entre 18× y 22×) y la capacidad en 4,3 y 8,5 GB (capa simple y doble), mientras que las necesidades de mayor velocidad y capacidad han sido satisfechas por las unidades Blu-ray.
Las unidades de CD grabables suelen venderse con tres clasificaciones de velocidad diferentes: una velocidad para operaciones de una sola escritura, otra para operaciones de reescritura y otra para operaciones de solo lectura. Las velocidades suelen aparecer en ese orden; es decir, una unidad de CD de 12×/10×/32× puede escribir en discos CD-R a una velocidad de 12× (1,76 MB/s), escribir en discos CD-RW a una velocidad de 10× (1,46 MB/s) y leer CD a una velocidad de 32× (4,69 MB/s), si la CPU y el software del reproductor multimedia permiten velocidades tan altas.
Los distribuidores de software, y en particular los distribuidores de juegos de ordenador, suelen utilizar diversos sistemas de protección de copia para impedir que el software se ejecute desde cualquier medio que no sea el CD-ROM original. Esto difiere un poco de la protección de los CD de audio en que normalmente se implementa tanto en el medio como en el propio software. El propio CD-ROM puede contener sectores "débiles" para dificultar la copia del disco y datos adicionales que pueden resultar difíciles o imposibles de copiar a un CD-R o una imagen de disco, pero que el software comprueba cada vez que se ejecuta para asegurarse de que en la unidad de CD-ROM del ordenador hay un disco original y no una copia no autorizada. [ cita requerida ]
La industria musical alienta a los fabricantes de grabadoras de CD ( CD-R o CD-RW ) a garantizar que cada unidad que produzcan tenga un identificador único, que será codificado por la unidad en cada disco que grabe: el RID o Código de identificación de grabadora. [32] Este es un equivalente al Código de identificación de fuente (SID), un código de ocho caracteres que comienza con " IFPI " que generalmente se estampa en los discos producidos por plantas de grabación de CD.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )Aquí llega Diamond con el primer CD-ROM 12X.