Конструкція диска CD-DA (Compact Disk - Digital Audio, компакт-диск - цифровий звук) і спосіб запису звуку на ньому описується стандартом запропонували його фірм Sony і Philips, виданим в 1980 році під назвою Red Book (Червона Книга).
Стандартний компакт-диск (CD) складається з трьох шарів: основи, що відображає і захисного. Основа виконана з прозорого полікарбонату, на якому методом пресування сформований інформаційний рельєф. Поверх рельєфу напилюється металевий шар, що відображає (алюміній, золото, срібло, інші метали і сплави). Що відображає шар покривається зверху захисним шаром полікарбонату або нейтрального лаку - так, щоб вся металева поверхня була захищена від контакту з зовнішнім середовищем. Загальна товщина диска - 1.2 мм.
Інформаційний рельєф диска являє собою безперервну спіральну доріжку, що починається від центру і складається з послідовності поглиблень - питов (pits). Проміжки між пітамі звуться lands. Чергуванням питов і проміжків різної довжини на диску записується закодований цифровий сигнал: перехід від проміжку до піту і навпаки позначає одиницю, а довжина пита або проміжку - довжину серії нулів. Відстань між витками доріжки вибирається від 1.4 до 2 мкм, стандарт визначає відстань в 1.6 мкм.
Стандаpт на компакт-диски опpеделяет їх фізичні та оптичні параметри: товщину і отpажает здатність алюмінієвого шару, глибину і фоpму питов (елементів записи), pасстояние між доріжку, пpозpачность захисного шару, ексцентpісітет і т.п. Провідні постачальника, виробляли компакт-диски, мають отpаботанние технології та надійне обоpудование, що дозволяють дотримати ці параметри; аппаpатуpа і технології нелегальних пpоізводітелей неpедко цього не забезпечують.
Пpи стандартної швидкості обертання швидкість пеpедачи даних становить близько 150 кб / с. У дво- і більш швидкісні CD-ROM диск обертатися з пpопоpціонально більшою швидкістю, і пpопоpціонально підвищується швидкість пеpедачи (напpимеp, 1200 кб / с для 8-швидкісний).
Фірми Compaq і Creative випускають 52-швидкісні CD-ROM
Сучасні приводи CD-ROM досягли високих швидкостей зчитування з лазерного компакт-диска завдяки технології CAV (Constant Angular Velocity - постійна кутова швидкість). В цьому режимі частота обертів диска залишається постійною, відповідно на периферійних ділянках дані зчитуються з більшою швидкістю (4-7.8 Мбайт / сек), ніж на внутрішніх ділянках (2-3.5 Мбайт / сек). Середня швидкість зчитування при цьому набагато ближче до мінімальних значень, оскільки запис на диску починається з внутрішніх областей.
Для 50-швидкісних приводів частота обертання досягає 10400 об / хв. На таких швидкостях починають сильно позначатися дефекти виробництва і зберігання лазерних дисків - нерівномірність маси, спотворення геометрії. Виробники приводів вдаються до різних хитрощів, покликаним зменшити паразитні биття. Зокрема приводи ASUSTeK обладнані спеціальними демпфірувальними пристроями, що підвищують надійність зчитування навіть з «кривих» дисків.
На реальних задачах різниця в продуктивності приводів в діапазоні 20-50 для користувача практично не відчутна, і може бути заміряна тільки спеціальними тестами. Більш швидкісні приводи мають перевагу в разі зчитування великого обсягу безперервно розташованих даних (наприклад, при установці програмного забезпечення або завантаження кольорових зображень високої роздільної здатності). Тому платити гроші за приріст швидкості в 10-12 одиниць зовсім необов'язково - дешевший може працювати більш надійно.
Подальше перевищення продуктивності CD-ROM за рахунок збільшення частоти обертання практично неможливо через механічні обмежень. Зараз ведуться дослідження в інших напрямках. Наприклад, фірма Zen Research розробила технологію TrueX, суть якої полягає в паралельному зчитуванні даних з декількох сусідніх витків доріжки. Для цього використовується більш широкий промінь лазера, захоплюючий одночасно 7 доріжок, і матричний датчик, осередки якого зчитують дані зі своєю доріжки.
У секторі CD-R і CD-RW прогрес не так помітний. Пояснюється це підвищеними вимогами до точності позиціювання всіх елементів приводу під час запису інформації. Збільшення частоти обертання призводить до помітного зростання витрат на позиційну механіку. Зараз на ринку представлені в основному 2х, 4x і 8x.
Які позначення робляться на записуваних дисках? Позначеннями CD-R і CD-RW маркуються одноразові і перезаписувані диски. Диски CD-R можна використовувати для запису в приводах CD-RW, але не навпаки.
Останнім часом у зв'язку з настанням технології DVD виробники змушені поступово знижувати вартість приводів з одноразовою записом (CD-R). Сьогоднішній рівень цін дозволяє говорити про початок широкого застосування цих розладів в домашніх комп'ютерах.
На всіх дисках вказується максимальна гарантований час запису (зазвичай 74 хвилини, 333000 блоків). У разі, коли попередня розмітка зроблена на більший час, на диск можливий запис більш тривалої програми, проте в разі недостатньої довжини розміченій доріжки диск буде зіпсований. Точна кількість доступних для запису блоків залежить від моделі диска; його можна отримати, надіславши запит властивості диска в записуючої програмою. Деякі диски мають менше 333000 доступних блоків.
На диску або коробці повідомляється також максимально допустима швидкість запису (1x..6x). Для запису на підвищених швидкостях потрібен розрахований на ці швидкості реєструючий шар, і перевищення допустимої швидкості запису може привести до змазування інформаційних міток і подальшої поганий читання диска, або до повної його непридатності. Відсутність маркування швидкості або згадки про неї в супровідному тексті говорить про те, що запис на підвищених швидкостях не гарантується.
Основний спосіб виготовлення дисків - пресування з матриці. Оригінал формується з вихідної цифрової майстер-стрічки, що містить вже підготовлений і закодований цифровий сигнал, спеціальним високоточним верстатом на скляному диску, покритому шаром фоторезиста - матеріалу, що змінює свою розчинність під впливом лазерного променя. При обробці записаного оригіналу розчинником на склі виникає необхідний рельєф, який методом гальванопластики переноситься на нікелевий оригінал (негатив), який може служити матрицею при дрібносерійному виробництві, або основою для зняття позитивних копій, з яких, в свою чергу, знімаються негативи для масового тиражування.
Штампування виконується методом лиття під тиском: з негативною матриці пресується полікарбонатна підкладка з рельєфом, зверху напилюється шар, що відображає, який покривається лаком. Поверх захисного шару зазвичай наносяться інформаційні написи і зображення.
Диски з можливістю запису (CD-R, "болванки") виготовляються таким же методом, але між основою і шаром розташовується шар органічної речовини, що темніє при нагріванні. У початковому стані шар прозорий, при впливі лазерного променя утворюються непрозорі ділянки, еквівалентні Пітам. Для полегшення стеження за доріжкою під час запису на диску в процесі виготовлення формується попередній рельєф (розмітка), доріжка якого містить мітки кадрів і сигнали синхронізації, записані зі зниженою амплітудою і згодом перекриваються записуваним сигналом.
Записуються диски за рахунок наявності органічного фіксуючого шару мають більш низький коефіцієнт відбиття, ніж штамповані, чому деякі програвачі (Compact Disk Player - CDP), розраховані на стандартні алюмінієві диски і не мають запасу за надійністю читання, можуть відтворювати диски CD-R менш надійно, ніж звичайні.
Чим пояснюється різний колір робочої поверхні дисків? Різним матеріалом реєструючого і відображає шарів. Як реєструючого шару для дисків CD-R найбільш поширені органічні сполуки, відомі під умовними назвами "ціанін" (Cyanine) і "фталоцианин" (Phtalocyanine). Ціанін має блакитний (cyan) колір (від якого і походить назва матеріалу, що не має відношення до ціаніду - хімічним похідним ціановодорода) і характеризується середньою стійкістю до опромінення світлом і перепадів температури. Фталоціанін має золотистий колір і значно більш стійкий до зовнішніх впливів.
Як відображають матеріалів використовують золото і срібло, рідше - алюміній і сплави. Відповідно, робоча поверхня диска з шаром з безбарвного металу має колір свого реєструючого шару, а відображає шар із золота змінює колір ціаніна з блакитного на зелений.
Органічний шар дисків CD-RW зазвичай має сіро-коричневий колір.
Крім цього, диск містить дві службові області: PCA (Power Calibration Area - область калібрування потужності) і PMA (Program Memory Area - область пам'яті програми), розташовані всередині від "офіційного" радіуса початку запису. PCA використовується для вибору оптимальної потужності лазера перед кожним записом, а PMA - для тимчасового зберігання TOC в разі запису однієї сесії в кілька прийомів.
PCA і PMA є таблицями фіксованої довжини ємністю по 100 елементів кожна, що обмежує як загальна кількість випадків записи, так і етапів формування незакритих сесій.
Мінімальною одиницею інформації, що записується на CD-R за один прийом, є доріжка (track) в форматі CD-DA або CD-ROM. Мінімальна довжина доріжки - 300 блоків (600 кб, 4 сек). На початку кожної доріжки формується службовий зазор (pre-gap), що містить її параметри, розміром 150 блоків (300 кб, 2 сек) для однотипних доріжок і 225 блоків (450 кб, 3 сек) для доріжок різних типів.
Міцний дисків CD-R / RW в порівнянні зі штампованими? Оскільки відображає шар дисків CD-R / RW зазвичай робиться з золота і срібла, менш схильних до окислення, ніж алюміній в більшості штампованих дисків, вони тьмяніють повільніше звичайних. Однак матеріал реєструючого шару CD-R / RW більш чутливий до світла і також схильний до окислення і розкладання. Крім того, реєструє плівка знаходиться в напіврідкому стані і тому чутлива до ударів і деформацій диска - наприклад, до його перегину при вилученні з коробки. Найбільш оптимістична оцінка часу життя дисків на основі фталоцінаніна - близько 100 років, однак реальні цифри для більшості сучасних дисків (ціанін і інші матеріали) набагато нижче. Приблизна оцінка довговічності середнього CD-R на основі масової статистики - близько двох-трьох і більше років при акуратному зверненні і близько року - при інтенсивному використанні в поєднанні з неохайним використанням (удари, перегини, вплив тепла, вологості, яскравого світла і т.п .). Для якісно виготовлених і записаних дисків при повному дотриманні умов зберігання і експлуатації час життя оцінюється мінімум в 10 років.