Il compact disc (termine di origine inglese che tradotto letteralmente in italiano significa "disco compatto"), in sigla CD, è una tipologia di disco ottico ultilizzata in vari ambiti per la memorizzazione di informazioni in formato digitale.
Il compact disc è composto da un disco di policarbonato trasparente, generalmente di 12 centimetri di diametro, accoppiato nella parte superiore ad un sottile foglio di materiale metallico sul quale, nella parte inferiore vengono memorizzate le informazioni come successioni di "buchi" e "terre" (in inglese "pits" e "lands") successivamente letti per mezzo di un laser (per questo motivo sono detti anche dischi ottici).
Nascita del CD
L'origine del CD risale al 1979, quando fu inventato, congiuntamente, dalle aziende Sony e Philips.
La genesi del CD è dovuta alla ricerca, da parte del mondo della telefonia, di un sistema efficiente di moltiplicazione per le informazioni, attraverso la numerizzazione e semplificazione dei segnali.
L'applicazione congiunta del sistema numerico binario al suono e del laser diede vita al compact disc.
Fu il 17 agosto 1982 che il primo CD per l'utilizzo commerciale venne prodotto in una fabbrica della Philips ad Hannover in Germania.
Il primo CD musicale ad essere messo in commercio fu The Visitors del gruppo svedese degli ABBA(curiosamente il loro ultimo album prodotto in studio).
Altre fonti rivelano invece che il primo cd musicale prodotto fu 52nd street di Billy Joel, altre ancora (Federazione Industria Musicale Italiana), dichiarano che il primo CD pubblicato fu la Sinfonia delle Alpi di Richard Strauss suonata dai Berliner Philharmoniker e diretta da Herbert von Karajan.
Struttura fisica
I CD hanno una struttura paragonabile a quella dei normali dischi musicali: i dati sono ordinati lungo un'unica traccia a forma di spirale, un'organizzazione quindi molto diversa da quella dei dischi magnetici (hard disk e floppy disk). La spirale parte al centro (contrariamente ai dischi in vinile) e procede verso l'esterno, permettendo così di avere CD più piccoli dello standard (per esempio i mini-CD o i CD a forma di carta di credito).
La struttura a spirale del CD-ROM è tale da massimizzare le prestazioni per l'accesso sequenziale a scapito dell'accesso diretto.
Una caratteristica dei CD audio è data dalla velocità di lettura costante (CLV: Constant Linear Velocity). Il principio stabilisce che il laser deve leggere i dati a velocità uniforme, sia che si tratti della parte esterna sia quella interna del disco. Questo si ottiene variando la velocità di rotazione del disco, che passa da 500 giri al minuto al centro a 200 giri al minuto all'esterno. I CD dati invece possono essere letti tranquillamente anche a velocità variabile. Per ottenere prestazioni di lettura elevate il disco viene pertanto fatto girare a velocità costanti ed elevate (in modalità CAV: Constant Angular Velocity), pur se questo comporta un po' di rumore. La velocità di lettura dati (DTR) è una caratteristica fondamentale di un CD-ROM: essa viene contrassegnata da un numero standard seguito da una "x", equivalente a 153,6 kB/s - ad es. 4x = 614,4 kB/s. Questa velocità di base indicata con "x" è quella a cui vengono letti i CD audio registrati in PCM con 44100 campioni al secondo, ognuno da due byte per l'altoparlante destro e altri due per quello sinistro.
Formati fisici
I formati fisici dei CD sono definiti da documenti che prendono il nome di Red Book, Yellow Book ecc., noti collettivamente con il nome di Rainbow Books. Il motivo di utilizzare nomi di colori per gli standard si perde nella leggenda: pare che la prima versione delle specifiche del CD Audio fosse rilegata in un libro in cartoncino rosso, da cui il nome. Gli standard, pur mantenendo lo stesso formato fisico si differenziano per l'organizzazione dei dati e per i sistemi di codifica. Tutti utilizzano il codice Reed-Solomon per la correzione dei dati ma, per esempio, mentre i compact disc dedicati all'utilizzo dati implementano due livelli di codifica dei dati, i compact disc dedicati all'audio implementano un solo livello di codifica: in quest'ultimo caso, si è preferito ridurre la correzione degli errori per aumentare la capacità utile del supporto.
CD Audio (Red Book)
Fu il primo tipo di compact disc messo in commercio nei primi anni ottanta, concepito per la memorizzazione di flussi audio.
CD-ROM (Yellow Book)
Acronimo di Compact Disc Read Only Memory, sono usati per la memorizzazione di dati generici. Si ottengono per stampa, con appositi macchinari industriali. I CD-ROM di più larga distribuzione hanno una capienza di 74 minuti/650 MB e di 80 minuti/700 MB, mentre più rari sono i formati da 90 minuti/800 MB e da 100 minuti/870 MB.
CD-R/CD-RW (Orange Book)
Acronimo di Compact Disc Recordable e di Compact Disc Re-Writable. L'arrivo sul mercato nel 1990 dei primi masterizzatori di CD rendeva necessario uno standard commerciale. L'orange book prevede, in realtà tre diverse tipologie:
* CD-R Compact Disc Scrivibili
* MO Dischi magneto-ottici
* RW Compact disc Riscrivibili
Il Compact Disc Recordable non permette di cancellare file scritti in precedenza. Se il programma di masterizzazione consente di mantenere aperta la sessione di scrittura, al CD_R possono essere aggiunti file in più di una scrittura, sempre senza poter cancellare quelli inseriti in precedenza.
Un CD riscrivibile, invece, permette l'aggiunta e/o cancellazione di file per un numero illimitato di volte, anche in sessioni di scrittura differenti.
CD-i (Green Book)
Acronimo di Compact Disc Interactive. Inventato dalla Philips nel 1986 e ceduto poi alla Sony, può essere definito il progenitore del DVD, in quanto è un supporto in grado di contenere audio, video ed altra multimedialità integrata seppur di qualità comparabile alle cassette VHS. La loro diffusione è limitata all'oriente e agli Stati Uniti. Fanno parte di questo standard anche i Photo CD di origine Kodak.
Video CD (White Book)
Si tratta di un formato in grado di memorizzare audio e video in formato MPEG-1, con qualità più o meno equivalente a quella di una videocassetta VHS. Può contenere sino a 74 minuti di video a schermo pieno, e di solito un film completo è memorizzato su due dischi. Molto diffuso in oriente e pressoché sconosciuto in Europa, è stato in gran parte soppiantato dal DVD.
CD-XA (Blue Book)
Detto anche CD-Extra, è la contrazione di Compact Disc Extended Architecture. Formato apparso nel 1989 da una collaborazione tra Sony, Philips e Microsoft, che permette di mescolare tracce audio secondo il Red Book, tracce di dati secondo lo Yellow Book, permettendo così di ottenere CD audio multimediali, CD-Text, CD-Plus o CD+G (Karaoke). Una delle caratteristiche di questo formato, fondamentale per il multimedia, è la tecnica dell'interleaving: è possibile memorizzare fisicamente le informazioni in modo diverso dall'ordine logico, in modo da minimizzare il movimento della testina.
Compatibilità
In generale, dato che i Books sono apparsi in modo cronologico, un lettore moderno dovrebbe essere in grado di leggere tutti i tipi di formati.
In realtà spesso non è così: vi sono problemi relativi al CD-RW dato che la riflettività del materiale utilizzato è diversa e che necessita in genere di modifiche speciali (e costose). I lettori CD più antichi (e quelli di livello non eccelso come quelli delle autoradio) non sono in grado di leggere i Blue book senza problemi, specie se la traccia dati è all'inizio.
Formati logici
I formati logici stabiliscono il significato dei dati memorizzati sui CD ed hanno nomi ancora più fantasiosi e strani del formati fisici.
CD-Audio
Lo standard utilizzato dai CD audio prevede di campionare con codifica PCM l'onda sonora, utilizzando una quantizzazione a 16 bit (che fornisce una dinamica di 96 dB) ed una frequenza di campionamento di 44 100 campioni al secondo (che fornisce una risposta in frequenza di 5-20 kHz). I dati sono memorizzati sul disco nei settori, ciascuno dei quali rappresenta 1/75 di secondo audio. È possibile ripartire i dati in un massimo di 99 tracce. La velocità di trasferimento dati è circa 150 kB/s, detta anche CDx1.
ISO 9660
È il formato più utilizzato, dato che utilizza una base comune molto semplice ed è estensibile facilmente.
* Il primo livello di ISO9660 prevede solo nomi con standard MS-DOS, ovvero 8 caratteri per il nome, 3 di estensione ed interamente maiuscole. Ogni nome deve essere diverso dai nomi degli altri file nella stessa directory.
* Il secondo livello (con qualche problema di compatibilità) prevede l'uso di nomi lunghi, fino a 31 caratteri e non sono ammessi file condivisi.
* Il terzo livello è privo di ogni limitazione.
In ogni caso, dato che i sistemi operativi sono tanti e ciascuno ha le proprie caratteristiche, sono previste estensioni specifiche al formato ISO. Tali estensioni sono:
* El Torito Estensione per il Boot via BIOS. Occorre preparare l'immagine di un dischetto di boot.
* Joliet Estensione per Windows 95. Prevede nomi in formato Unicode lunghi sino a 64 caratteri.
* Rock Ridge Definisce un modo per introdurre nomi con caratteri maiuscoli e minuscoli e collegamenti simbolici. Poiché si tratta ancora di un file system ISO 9660, i file possono ancora essere letti da macchine che non supportano questa estensione, semplicemente non saranno visibili i nomi lunghi dei file. Rock Ridge è supportato dai sistemi Unix-like.
* Apple estensione per Apple Macintosh. Tali dischi sono leggibili dai sistemi MS-DOS (perdendo le informazioni specifiche di Macintosh)
* Romeo Opzione di alcuni software di masterizzazione che consente la registrazione di CD con nomi di file lunghi fino a 128 caratteri, spazi inclusi. Tale opzione non è inclusa nello standard Joliet, non supporta i caratteri Unicode, e non prevede nomi file DOS associati.
I sistemi Windows 95, Windows 98 e Windows NT leggono i nome file Romeo. I sistemi Macintosh leggono i dischi Romeo se la lunghezza dei nomi file non supera i 31 caratteri.
Apple-ISO (HFS)
Permette di memorizzare i dati secondo il sistema di file di Macintosh, e prevede quindi nomi con maiuscole, minuscole e di lunghezza sino a 31 caratteri. Oltre a ciò memorizza altri dati tipici del filesystem HFS. Tale CD può essere utilizzato nativamente solo sui computer Macintosh, ma è leggibile anche con i sistemi operativi Linux.
Mixed Mode
Noto anche come CD Ibrido (Hybrid CD). Permette di mescolare, ad esempio, un CD Macintosh e un CD Windows.
Photo CD
Formato specifico utilizzato dalla Kodak. Permette di memorizzare 100 immagini ad alta, media e bassa risoluzione su un singolo disco.
UDF
Si tratta di un nuovo filesystem in grado di superare le limitazioni di ISO9660. Viene anche usato da certi software di scrittura a pacchetti CD-R/CD-RW.
Problemi
Se tra i punti forti del CD possiamo elencare il basso costo, l'elevata capacità e la durata fisica del mezzo, non mancano diversi problemi.
Lentezza
La lentezza del CD-ROM è un fattore decisivo. Nonostante i produttori sbandierino lettori CD con velocità 30X, 40X o 60X (si legge rispettivamente 30per, 40per e 60per), non è possibile accelerare il tempo di "seek" di un CD, ovvero lo spostamento fisico della testina, reso ancora più lento dalla struttura a spirale della traccia. Per fare un paragone, se il tempo di accesso medio di un calcolatore è equivalente a perdere 20 secondi per cercare qualcosa nell'indice di un libro, il tempo equivalente per un CD è di circa 2 anni e mezzo!
Sicurezza
Quando i CD furono inventati, le macchine duplicatrici erano costosissime e 650 MB sembravano un'enormità. Oggi tali macchine sono estremamente a buon mercato, e chiunque può creare una copia perfetta di un CD (audio, dati, video), spendendo meno di 1 euro; se si passa produzione su larga scala, un CD-ROM può costare meno di 10 centesimi. Per questo motivo, le ditte produttrici si sono preoccupate per le copie non autorizzate e hanno cercato di introdurre sistemi anti-copia. Per quanto riguarda il software, varie aziende di software (soprattutto di giochi) sono sempre alla ricerca di nuove tecniche anti-cracker. Una di esse, sviluppata da Macrovision, si chiama SafeAudio e dovrebbe impedire la copia digitale ma non il normale funzionamento del CD. Il sistema funziona creando dei settori volutamente difettosi: se letto con un normale lettore CD Audio, questi verranno visti come "imperfezioni" e automaticamente corretti - seppure con una piccola perdita di qualità mentre i lettori CD-ROM troveranno il disco illeggibile. La cosa non è priva di strascichi: alcune case discografiche sono state citate in giudizio per aver venduto materiale (volutamente) scadente e non riproducibile su tutti i dispositivi. Famoso è il caso del gruppo Sony/BGM, che ha inserito nei suoi CD[2] un programma ad avvio automatico, chiamato XCP, che modificava i driver per ostacolarne la copia e utilizzava una serie di tecniche per nascondere queste modifiche anche agli utenti piuttosto esperti. Il fatto che le modifiche fossero permanenti e fatte automaticamente e praticamente all'insaputa del proprietario ebbe un certo clamore, e Sony rilasciò uno strumento per rimuoverlo. Attualmente non sono note delle tecniche efficaci per la protezione dei CD audio.
Qualità
Orientarsi nella scelta fra le innumerevoli marche presenti sul mercato di CD-R e CD-RW non è sempre facile, in ogni caso il costo sensibilmente superiore di una marca rispetto ad un'altra può essere giustificato da una superiore qualità del supporto, a garanzia di una maggiore durata nel tempo dei dati scritti; esistono supporti CD-R la cui superficie scrivibile non è protetta da alcuna pellicola, cosa difficilmente distinguibile ad occhio, basta però applicare un post-it e toglierlo due giorni dopo, che ci si ritrova appiccicato il materiale riflettente, e sul disco una zona trasparente dove è stato asportato. Inoltre il CD disperso nell'ambiente è molto dannoso perché contiene materiali tossici come il tetrabromobisfenolo.
Timori e problemi relativi alla durata
Quando vennero messi sul mercato i primi CD, tra i vantaggi decantati dai produttori vi era la loro lunga durata nel tempo. Ma nell'arco di pochi anni si verificò un fenomeno increscioso: alcuni dischi prodotti da aziende europee cambiavano colore ai bordi e il programma ne soffriva.
Il fenomeno si chiamò "bronzing" e si propagò sulla stampa (anche specializzata) un allarme del tipo: "i CD non durano" o "sono destinati a rovinarsi nell'arco di anni o meno". In realtà il problema era limitato: era dovuto al contatto con alcune sostanze (principalmente zolfo) contenuto nella carta e nelle etichette.
Lo strato inciso tendeva a diventare più scuro partendo dai bordi (il punto in cui lo strato era meno protetto) e si rovinava. Questo problema riguardò diverse marche prestigiose, che producevano dischi basati sulle produzioni da Philips/DuPont: Hyperion, Pearl, Academy Sound&Vision, CRD, Archiv, Deutsche Grammophon, London/Decca, Unicorn-Kanchana.
Oggi come oggi questo problema è stato definitivamente risolto, ma si trovano ancora pubblicazioni e dicerie che riecheggiano i timori di quei tempi, trasformati in una vera e propria leggenda metropolitana.
