Capítulo 12: CD/DVD-ROM.

12.1. El CD-ROM:  teoría y práctica

Cuando en 1981 se empezaron a sentar las bases de lo que sería el CD musical, pocos pensaron en las posibilidades que podría tener en un futuro.

El CD-ROM, derivado informático del CD-Audio, es el método de almacenamiento de masa que más se está utilizando en la actualidad, habiendo desplazado a gran cantidad de dispositivos tales como magneto-ópticos o cintas de streamer debido sobre todo a su gran popularidad y su bajo costo, lo que lo sitúa en una relación pesetas/MBytes muy razonable.

Antes de explicar el CD-ROM, debemos hacer un repaso histórico a lo que es el CD-Audio, así como la constitución de un disco CD y el método de lectura y escritura utilizados.  También acabaremos viendo una introducción a las grabadoras de CD así como unas nociones sobre el DVD (Digital Versatile Disc).

12.2. Fundamentos técnicos

Como ya dijimos antes, en 1981 se reunieron Sony y Phillips para definir lo que sería el sistema de audio que revolucionaría el mundo, y que más adelante acabaría siendo el sistema de almacenamiento del futuro.

A este invento se le llamó Compact Disc (Disco Compacto o CD), y consistía en un disco de 12 cm. de diámetro de plástico en cuya parte inferior se encuentra una capa de material tipo metálico.  Para proteger esta capa de metal, se pega otro disco de plástico.  Finalmente, la parte superior del CD está recubierto por una capa de serigrafía con el nombre del autor, publicidad, etc., para hacerlo más presentable.

El CD lleva grabada la información mediante un láser, pero no siguiendo las normas clásicas (analógicamente), sino de forma digital, o sea, la señal de audio ha sido convertida a un montón de ceros y unos.

La cuestión que se nos plantea es ¿Cómo se escriben los datos en el CD, y como se leen?.

En un CD, se ha grabado en su superficie una serie de “agujeros” no pasantes mediante un láser en el proceso de fabricación del CD.  En realidad, no son agujeros, sino que el láser ha quemado el metal y lo ha evaporado, dejando una depresión.  Debido a dicho proceso, el metal dentro del “agujero” ha quedado opaco a la luz. Si vemos la siguiente fotografía lo entenderemos mejor.

En ella se observa como hay zonas perforadas con color oscuro y zonas brillantes donde el láser no ha quemado nada.  El tamaño es increíblemente pequeño:  El ancho de una perforación es de 0,8 micras, y la distancia entre pista y pista es de 1,6 micras.  Y digo entre pista y pista porque en el CD, a diferencia de los discos de vinilo, no es una sola pista en espiral desde el borde exterior al interior, sino una serie de pistas concéntricas que van desde el borde interior al exterior.

Para la lectura se utiliza un láser, con un complicado sistema óptico que explicaremos dentro de un momento.  Dicha luz láser incide en la superficie del disco, pudiendo suceder dos cosas:  o bien la luz da en la superficie que no ha sido quemada por el láser grabador, en cuyo caso se refleja en el metal y dicha reflexión es captada por un sensor (interpretándose un uno lógico); o bien la luz incide en una de las perforaciones quemadas por el láser (esos puntos, los cuales son denominados PITS) y al ser una superficie opaca, no es reflejada, de manera que el sensor no capta nada, interpretando un cero lógico.

Por supuesto, por si aún no hemos caído en el detalle, para pasar la señal analógica a digital para su posterior grabación en el CD es necesario un sistema de muestreo similar al utilizado para la captura de sonido con una tarjeta Soundblaster.  El muestreo se realiza a una frecuencia de 44,1khz a 16Bits y Estéreo. El sistema de lectura de un CD es de lo más ingenioso, y se puede estudiar a partir del dibujo siguiente.

En él vemos el emisor láser a diodo LED, el cual entrega una potencia láser de menos de 1mw, por lo que no resulta perjudicial para el ser humano.  Por si no lo sabemos, los diodos láser no emiten su radiación al estilo de los láseres normales, o sea, de manera coherente y rectilínea, sino con una apertura de 30º.  Para poder enfocar el rayo en los puntos del disco (que a partir de ahora denominaremos pits), es necesario hacer un enfoque perfecto, mediante un juego de lentes denominado colimador.

Posteriormente, el rayo atraviesa un cristal denominado beamsplitter, (partidor de rayo), que se comporta de manera similar a unas gafas de sol: Si el rayo penetra por una de sus caras, ésta es transparente y el rayo pasa sin atenuación; por el contrario, al penetrar por la otra cara, se comporta como un espejo y el rayo es reflejado.

Sigamos viendo el dibujo: El rayo emitido por el láser atraviesa la lente colimadora y es enfocada a un diámetro de 0,8 micras, para posteriormente llegar al partidor de rayo por su cara transparente.  El rayo sale del beamsplitter y va a parar al CD.

Como ya sabemos, si hay un pit en el CD, el rayo no es reflejado, de manera que se interpreta un 0 digital.  Si no hay pit, sino superficie pulida, el rayo es reflejado y vuelve al beamsplitter, pero ahora penetra por la cara tipo espejo, que lo desvía hacia los sensores que detectan la información, que en este caso es un 1 lógico.  Por supuesto, los sensores son fotodiodos.

De esta manera tan simple se lee el CD, pero realmente hay un mundo detrás de él, ya que, como podemos intuir, la sincronización de las señales debe ser perfecta, tanto para el movimiento del motor del CD como para el motor del conjunto láser o la decodificación de las señales captadas.

Por de pronto, la velocidad de un CD AUDIO oscila entre 200 y 500 r.p.m., puesto que  para mantener la lectura constante hay que variar la velocidad con objeto de poder leer la misma información tanto si la pista es la más interna como si es la más externa (la velocidad relativa aumenta en la pista más interior y disminuye en la más exterior).

Respecto al conjunto motor del lector láser, éste debe moverse de manera constante perpendicularmente al disco, por lo cual va montado en una varilla metálica sobre la cual se desliza a impulsos de un motor mediante un tornillo sin fin.  Por supuesto, esto permite el movimiento adelante - atrás en cualquier momento.

La parte más difícil es la decodificación de los datos leídos del CD.  Para no complicar mucho el tema diré que la información ha sido convertida a un formato determinado denominado “8 a 14”, de manera que ocupa menos espacio en el CD.  Además, se le añade información de control y el famoso corrector de errores de tipo “Reed-Solomon”, el cual permite reconstruir en la medida de lo posible alguna información errónea o perdida.

Huelga decir que también hay una lógica para la función de la botonera de control, que incluye los mandos de “Play”, “Stop”, “Eject”, “Rew” y “Fwd”.  En los CDROM, gran parte de estos controles ha desaparecido, manteniéndose sólo “Eject”, aunque algunos modelos incluyen también “Play” y “Fwd”, y otros incluyen todos los controles.

12.3. Velocidad de lectura de un CD

La pregunta es: ¿cuál es el flujo de datos que es capaz de leer un CD de Audio?.  Haciendo una sencilla operación podemos averiguarlo.

Debemos tener en cuenta que vamos a leer unas señales que han sido muestreadas a 44,1 Khz (44.100 muestras) en estéreo (88.200 muestras, el doble) y además a 16 bits (176.400 muestras, puesto que 16 bits son 2 bytes).  Ese el  número mágico: 176KB por segundo es el flujo de datos necesario.

12.4. Del CD-AUDIO al CD-ROM

Evidentemente, si podemos leer datos para interpretar música, también podemos leer datos para interpretar programas.  Eso es el CDROM:  un sistema para almacenar programas en un soporte tipo CD, aunque sea de solo lectura (de momento).

Para ello, se dota al lector de CD de la lógica necesaria para la lectura de datos de ordenador, así como de una interface para comunicarse con éste.

Los primeros CDROM llevaban una tarjeta propietaria para la comunicación, siendo las más conocidas las de Sony, Panasonic o Mitsumi.   Estas tarjetas solían ir en la dirección I/O 300h (podían cambiarse mediante jumpers) y en la IRQ 3 ó 5. 

Posteriormente, las tarjetas de sonido comenzaron a llevar los tres conectores necesarios para la correcta colocación de los CDROM, si bien el de Panasonic presentaba ciertas dificultades, puesto que Creative Labs compró gran cantidad de CDROM a Panasonic con el logotipo Soundblaster y que se colocaba en la I/O 230h, mientras que el auténtico Panasonic estaba en la I/O 300h.  Como la única diferencia era una pegatina en la carcasa del CDROM, a veces el cliente se encontraba buscando deseperadamente una tarjeta propietaria para poder conectar su CD, aún teniendo los conectores de la Soundblaster.

Todos estos problemas terminaron con la incorporación del interface tipo IDE a los CDROM, de manera que podía conectarse directamente a la controladora de disco duro, ya como maestro o esclavo.  También aparecieron CDROM SCSI, que se caracterizaban por su elevado rendimiento, sobre todo si se comunicaban con cualquier otro dispositivo SCSI.

Respecto a la forma de carga del disco, existen dos métodos:  La tradicional bandeja ó “Tray”, como en los lectores de CD de equipos de audio, y el sistema “Caddy”, que consiste en una especie de caja que es expulsada y que se abre e introduce el CD dentro, de manera que queda protegido totalmente.  Luego, el caddy es introducido de nuevo en el CDROM, que se lo “traga”.  Este método, si bien es el que más protege al CD, también es el más engorroso para el cambio de discos, de manera que ha quedado reservado para sistemas grabadores de CD y DVD-RAM.

En los CD´s de última generación de marca Pionner ha aparecido un nuevo sistema: El “Slot-In”, que consiste en una ranura que se “traga” al CD, al igual que los reproductores CD de Car-Audio.  Si bien parece que el sistema puede arañar el disco, no olvidemos que la boca de la ranura se encuentra rodeada de fieltro, de manera que no hay tal peligro.  Además, una casa de tanto prestigio como Pionner no puede permitirse el lujo de tal fallo.

A continuación nos surge la siguiente pregunta: ¿Cuál es la velocidad de lectura de un CDROM?.

Los primitivos CDROM, que eran evolución de los lectores de CD-Audio, podían leer hasta 150KB por segundo, siendo esta medida la base standard para las futuras ampliaciones de velocidad.  Por cierto, para mantener la compatibilidad con los CD-audio, existía un modo “turbo” en el cual el CDROM podía leer hasta 176KB por segundo, justo el flujo necesario para leer los CD´s musicales.

Posteriormente, aparecieron los CD-ROM de doble velocidad, o lo que es lo mismo, el doble de la base standard (150 x 2 = 300Kbytes por segundo).    Si bien fue una revolución, la cosa no quedó ahí,  sino que evolucionó a 4x, 6x y 8x hasta llegar a los 52X actuales.

El truco para poder leer el cuádruple, séxtuple ó más de datos fue aumentar la velocidad de rotación, pero aparecieron nuevos problemas:  El peso del conjunto lector láser impedía llegar a las pistas con la rapidez necesaria.  La reducción del peso del bloque lector así como los aumentos de la velocidad del motor posibilitaron estos lectores.

Actualmente, han aparecido los lectores de 44x, 48x y hace unos días, los primeros lectores Jamicon de 50x.  Para saber cual es la velocidad de lectura, debe multiplicarse la base standard por el número que indica la velocidad.  Así, un lector de 8x es capaz de leer hasta 8 x 150Kbytes = 2.000 KB = 2MB por segundo.  Un CDROM de tipo 20x leería hasta 3MB por segundo.

Pero no nos engañemos, a veces no se consiguen las velocidades que se anuncian, de manera que nos están engañando.  Bueno, es posible que en la parte más interna del disco y si los datos están contíguos  podamos alcanzar esas velocidades de pico.

Como norma general, los CDROM “de marca” si cumplen lo que prometen.  En mi caso, dispongo de un lector Plextor SCSI de 32x y puedo garantizar que es más veloz que algunos lectores IDE 50x que he podido probar. Como norma general, se alcanza la velocidad real de 20x, el resto es velocidad de pico en determinados momentos, como ya se ha explicado anteriormente.

Otro handicap a tener en cuenta es el hecho de la velocidad de rotación del disco:  Para poder leer de manera fiable un CD es necesario que la velocidad sea constante.  En un lector de 8x ó superior, podemos encontrarnos velocidades de 3.000 r.p.m., muy lejos de las primitivas 500 r.p.m. de los lectores CD-Audio.  Mientras el motor alcanza su velocidad nominal, estamos perdiendo un tiempo precioso.  Además, si bien algunos CDROM dejan el motor de giro del disco conectado para evitar pérdidas de tiempo, a esas velocidades no tarda en quemarse, por lo que la solución es desconectarlo cuando terminemos, para encontrarnos que tenemos que volver a leer... y esperar de nuevo a que el motor alcance su velocidad.

En resumen:  Es posible comprar un CDROM de 40x (6MB por segundo) con un fantástico tiempo de acceso de...140mseg (por más que nos prometa en el manual que es de menos de 90mseg.).

A partir de su CDROM 8x, Sony comenzó a utilizar una técnica que ha acabado siendo utilizada por todos los lectores de cierto “caché”.  Me refiero a la lectura de velocidad variable.

Mediante esta técnica, desde los primeros momentos en los que el disco comienza a girar, ya es posible ir leyendo datos del CDROM (aunque sea a menor velocidad), sin esperar a que se alcance la velocidad máxima de giro.  Evidentemente, en esos primeros momentos, la lectura de datos no será la que nos especifique el lector, pero por lo menos ya se irá leyendo el directorio del CD, o bien algunos datos.

Con la técnica de lectura de velocidad variable se consigue reducir el tiempo de acceso a los datos hasta unos impresionantes 90mseg.