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Data: 07.12.2000
Tipo: Curso
Fabricante: Não se Aplica
Por: Carlos E. Morimoto

 

   Parte 1: Introdução

Originalmente, o Compact Disk, ou simplesmente CD, foi desenvolvido para armazenar música, e substituir os antiquados discos de vinil com vantagens. Como num CD o som é gravado no formato digital, com uma amostragem de 44.100 Hz, e 16 bits de resolução, temos um som completamente livre de ruídos, e com uma qualidade quase perfeita.

Não demorou muito para os fabricantes perceberem que, com um mínimo de esforço, o CD também poderia ser usado para gravar dados. Criou-se então uma distinção: os CDs destinados a gravar música passaram a ser chamados de CD-DA, ou "Compact Disk Digital Audio" enquanto os destinados à gravação de dados passaram a ser chamados de CD-ROM, ou "Compact Disk Read Only Remory".

Naquela época, os discos rígidos custavam bem mais que atualmente, e com uma capacidade de armazenamento bem menor. Existia também um grande problema relacionado à distribuição de softwares, já que com apenas 1,44 MB de capacidade, são necessários inúmeros disquetes para armazenar programas grandes ou mesmo jogos.

A grande capacidade, e o baixo custo de produção dos CD-ROMs, também tornaram possíveis as enciclopédias digitais com som e vídeo, títulos em multimídia, e jogos mais avançados. Imagine quantos disquetes seriam necessários para armazenar uma enciclopédia como a Encarta da Microsoft, por exemplo, e quanto esse batalhão não iria custar ;-)

 

Formatação

Como o CD foi originalmente desenvolvido para armazenar áudio, os dados são gravados na forma de uma grande espiral (como num disco de vinil) ao invés de serem usadas trilhas concêntricas como num HD. Esta espiral engloba todo o disco, dando cerca de 20.000 "voltas" e tendo um comprimento total de quase 5 quilômetros. Esta imensa espiral pode ser dividida em trilhas lógicas, cada uma englobando uma faixa de um CD de áudio, por exemplo. Trilha lógica, pois a divisão existirá apenas do ponto de vista do leitor. Fisicamente a espiral continuará sendo ininterrupta.

Cada bit gravado corresponde a um conjunto de sulcos no CD, e não a um único sulco como poderíamos supor. De fato, são usados 17 sulcos para formar um bit 1 ou 0. O uso desta grande quantidade de sulcos para cada bit é necessária para que, durante a leitura, a cabeça de leitura tenha tempo suficiente para "perceber" a mudança entre bits 1 e 0.

Um CD possui cerca de 106 bilhões de sulcos, ou "bits óticos". Se cada sulco correspondesse a um bit de dados, teríamos uma capacidade incrível de armazenamento por CD, mas não seria possível, pelo menos com a tecnologia atual, desenvolver processos de gravação, e principalmente leitores de CD com cabeças suficientemente sensíveis para conseguir ler os dados com esta precisão.

A fim de chegar a um consenso quanto à capacidade ideal para o CD, ficou determinado que ele deveria ser capaz de armazenar 74 minutos de música, com amostragem de 44.100 Hz, e 16 bits de resolução, o que corresponde a cerca de 742 Megabytes. A fim de melhorar a organização, os dados são agrupados na forma de setores, assim como num disco rígido. A diferença é que enquanto num HD cada setor engloba 512 bytes, num CD cada setor (também chamado de "large frame") contém 2.352 bytes.

Como toda a mídia, o CD não é livre de erros de leitura. Num HD por exemplo, além dos 512 bytes de dados, cada setor engloba mais algumas dezenas de bytes com códigos de correção de erro, que são usados para detectar e corrigir qualquer alteração nos dados anteriormente gravados. No caso de um CD de música porém, os erros de leitura não causam grandes inconvenientes. Caso alguns bits não possam ser lidos, o CD-Player simplesmente usaria interpolação para evitar quebras no som.

Num CD cada ponto de amostragem de som é composto por 16 bits, o que permite um valor qualquer entre 0 e 65.535. Digamos que ao tocar uma música qualquer, fossem extraídos os valores 54.580, 54.500, 53.700, houvesse um erro de leitura e em seguida fosse lido o valor 52.000. Para tapar o "buraco" o CD-Player simplesmente tiraria a média entre o valor anterior e o posterior (53.700 e 52.000) chegando a 52.850, que não é necessariamente o valor correto, mas serviria para evitar qualquer alteração perceptível no som. Devido a isto, podemos aproveitar num CD de música, todos os 2.352 bytes de cada setor, sendo que num CD de música, cada segundo de áudio gravado ocupa 75 setores.

Num CD de música, além dos 2.352 bytes de dados, temos mais uma pequena área de 98 bits em cada setor, que armazena os dados do subcanal Q. Estes 98 bits são reservados para armazenar informações adicionais sobre a faixa do CD que está sendo tocada, tempo decorrido em minutos e segundos, o endereço do setor e 16 bits que armazenam um código ECC rudimentar. Além de serem essenciais para manter uma velocidade constante de leitura, estas informações são usadas pelos CD-Players para exibir o tempo decorrido do início da faixa.

Veja como fica organizado cada setor num CD de áudio:

Dados

Subcanal Q (98 bits)

2.352 bytes (18.816 bits)

Sincronismo

Controle

Faixa

Índice

Minutos

Segundos

Frames

Vago

Endereço do setor

ECC

6 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

24 bits

16 bits

Num CD de dados, o cenário já é um pouco diferente. Ao contrário de um CD de música, a falha na leitura de apenas alguns bits seria suficiente para inutilizar o programa a ser lido. Para tornar o CD confiável para o armazenamento de dados, foram reservados 288 bytes em cada setor para o armazenamento de códigos ECC, permitindo a correção automática de qualquer alteração nos dados, sendo reservados mais 16 bytes para sinais de sincronismo e endereçamento. Sobram então 2.048 bytes em cada setor para armazenamento de dados. Como cada CD possui 330.000 setores, chegamos a 650 MB de capacidade total de armazenamento de dados. Num CD de dados, os 98 bits reservados ao subcanal Q não são usados. Veja como fica cada setor em um CD de dados:

Dados

Sincronismo

Endereçamento

Código ECC

Subcanal Q (não utilizado)

2.048 bytes (16.384 bits)

12 bytes (96 bits)

4 bytes (32 bits)

288 bytes (2.304 bits)

98 bits

Assim como num HD, cada setor de um CD de dados possui um endereço único, armazenado no campo de 4 bytes reservado ao endereçamento. No início do CD, é gravado um índice, chamado de TOC ("table of contents", ou "tabela de conteúdo") que, semelhantemente à FAT de um HD, informa quais arquivos estão gravados no disco e em quais setores cada um está. Veja que traduzindo para o português, TOC vira "tabela", por isso não usamos o termo "o TOC" e sim "a TOC". Finalizando, a TOC do CD também é às vezes chamada de índice.

 

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