CD - Nguyên lý hoạt động và cấu tạo cơ bản

Đĩa CD (Compact Disc) đã rất phổ biến trong thời đại ngày nay. Cho dù mục đích chúng dùng để chứa nhạc, dữ liệu hay phần mềm máy tính thì đĩa CD trở nên một phương tiện truyền thông tiêu chuẩn cung cấp một lượng rất lớn thông tin chỉ trong một miếng plastic nhỏ gọn. CD rất dễ sản xuất và giá thành cũng rất rẽ tại thời điểm này, bằng chứng ở Hoa Kỳ, hàng triệu chiếc CD trắng được bán hết hàng năm. Nếu bạn có máy tình kèm theo ổ đĩa ghi CD-RW, bạn có thể tạo ra cho mình một đĩa CD với bất cứ nội dung nào bạn thích.

Trong chuyên đề lần này, chúng ta sẽ tìm hiểu đĩa CD hoạt động như thế nào.

I. Cấu tạo cũng đĩa CD:

Trên mặt đĩa CD chuẩn luôn cho thấy dung lượng 700Mb, nếu dùng để chứa dữ liệu và 80 phút âm thanh (chính xác là 74 phút) nếu dùng để thâu nhạc (gọi là Compact Disc Digital Audio - CDDA).Hay nói một cách cụ thể, tổng dữ liệu được nhị phân hóa (Binary) mà một đĩa CD có thể chứa là:

44,100 samples/channel/second x 2 bytes/sample x 2 channels x 74 minutes x 60 seconds/minute = 783,216,000 bytes

Để có thể chứa 783Mb dữ liệu chỉ trong bán kính ~ 6cm, mỗi byte phải rất cực nhỏ.

Đĩa CD nhìn tổng quát là miếng nhựa tròn dày tầm 1.2mm. Cụ thể là mảnh nhựa Polycarbonate ép khuôn tròn




Đây là hình cắt dọc của 1 chiếc CD gồm 4 lớp (2 mặt):


Mặt nhãn:

-Lớp nhãn chứa thông tin nhà sản xuất (Sony, TDK,...) và các thông số kỹ thuật (700Mb|80 Minutes), Tốc độ ghi đọc (52x, 48x,...).
-Lớp nhựa Acrylic dùng để tách lớp nhãn và mặt dữ liệu.

Mặt dữ liệu:

- Lớp nhôm: chứa các "dữ liệu" của CD, có khả năng phản xạ ánh sáng (sẽ kĩ hơn mục sau)
- Lớp nhựa Polycarbonate: bảo vệ lớp Nhôm.


II.Đường Dữ Liệu Xoắn Ốc:

Mỗi đĩa CD phải một đường mang dữ liệu hình xoắn óc (single spiral track of data), xoắn từ gần tâm CD, từ trong ra ngoài. Trên đường dữ liệu này có thể cắt ra từng phần nhỏ gọi là Track ( Ví dụ: Một CD nhạc có 13 bài hát thì đường dữ liệu được cắt thành 13 đoạn, gọi là Track01, Track02,...,Track13.)


Kích thước đường dữ liệu cực nhỏ, độ rộng chỉ bằng 0.5 microns nhỏ hơn 200 lần tóc, các Track cách nhau chỉ 1.6 microns (1 micron = 1 micromet = 1/1,000,000 m).

*Bumps | Pits:

Trên đường dữ liệu được tạo bời các phần lồi lõm rất cực nhỏ. Một phần lồi đó kỹ thuật gọi là bump hoặc pit (tùy theo cách nhìn CD dọc hay ngang). Sau đây xin gọi là pit cho tiện. Mỗi pit hiễn nhiên có độ rộng bằng với độ rộng của đường dữ liệu 0.5 microns, dài ít nhất 0.83 microns ( Đây là nguyên nhân tại sao 1 bài hát phải ít nhất là 4 giây), và cao ít nhất là 125 nm (1nm = 1/1000 microns).



Có thể bạn không biết một đường dữ liệu hình xoắn ốc khi kéo thẳng ra là bao nhiêu microns không? 5 giây suy nghĩ,. . . . . Bingo! Đáp án là 5,000,000,000 microns hay 5 km!

Như nêu trên, trên rãnh dữ liệu gồm các pits có khả năng phản xạ ánh sáng (Nhôm). Khi tia laser chiếu vào các pits này thì sẽ bị phản xạ lại và đầu đọc sẽ nhận tính hiệu ánh sáng này và sẽ giãi mã thành tín hiệu 1. Ngược lại khi laser chiếu vào phần lõm trên đường dữ liệu sẽ không có tia phản xạ lại, hiễn nhiên tính hiệu đó sẽ được giãi mã là 0. Như ta đã biết 0 và 1 là hai số biểu thị của hệ nhị phân (binary). Từ đó ta được các dãy số nhị phân.



Nếu là CD nhạc, dãy nhị phân này sẽ là các tín hiệu số sẽ được giải mã bởi DAC (Digital Analog Conversion) thành các tính hiệu tương tự (Analog) sau đó được khếch đại bởi ampli rồi được phát ra loa .

Nếu là CD dữ liệu (Data), dãy nhị phân này sẽ là các dãy bits ( bit là đơn vị dung lượng máy tính nhỏ nhất chứa 1 số nhị phân 01 hoặc 10) tạo ra dung lượng đĩa. Như đã biết, 8 bits = 1 byte, 1024 byte = 1 Kb, 1024Kb = 1Mb. Căn cứ vào chiều dài của dãy dữ liệu trên đĩa , 1 CD có dung lượng ~ 700Mb.