Nous utilisons tous fréquemment ces deux types de supports, mais peu d'entre nous ont une idée de leur fonctionnement. J'ai récupéré une description de ces supports dans un livre que j'avais acheté à la fac. Tout ce qui suit est tiré de ce livre.
Bonne lecture
« Ces dernières années ont vu l'apparition sur le marché d'un nouveau type de disque, le disque optique (en opposition à magnétique), qui offre une capacité de stockage très largement supérieur à celle d'un disque magnétique (en considérant un seul plateau d'un disque dur). À l'origine, les disques optiques furent développés pour réaliser des enregistrements de programmes de télévision, mais leur intérêt s'est fait rapidement sentir en informatique comme mémoire secondaire de forte capacité de stockage sous un faible encombrement. En raison de leur importante capacité de stockage, les disques optiques ont fait l'objet de nombreuses recherches afin d'améliorer leurs performances et de les rendre accessibles à tous les systèmes.
La première génération fut inventée par le groupe hollandais Philips pour l'enregistrement de films vidéo. Ces disques, qui faisaient 30 cm de diamètre, étaient commercialisés sous la marque LaserVision. Mais, hormis au Japon, ces disques n'ont pas eu le succès escompté.
En 1980 Philips et Sony créèrent ensemble un nouveau disque, le compact disque ou CD appelé également CD audio, afin de concurrencer le disque de musique en vinyle à 33 tours 1/3. Les spécifications techniques du CD audio ont fait l'objet d'une norme internationale de l'ISO qui les a publiées sous la référence IS 10139. Le fait que ces CD audio soient normalisés permit à tous les les lecteurs de CD de les lire sans difficultés. Les CD audio font 120 mm cd diamètre et 1,2 mm d'épaisseur, et ont un trou central de 15 mm de diamètre. Depuis leur apparition sur le marché ces CD ont eu un énorme succès. Ils ont constitué les premiers supports de musique enregistrée sous forme numérique sur le marché grand public. Leur durée de vie est estimée à 100 ans.
L'élaboration d'un CD commence par la réalisation d'un disque, appelé disque maître, qui est percé de minuscules trous de l'ordre d'un micron provoqués par échauffement local avec un laser à haute énergie. À partir de ce maître, on réalise une matrice (un moule), qui sert à la fabrication, par pressage ou emboutissage, de nombreux « disques fils » dans une matière à base de verre. Cela ressemble beaucoup à la fabrication des microsillons. Une mince pellicule d'aluminium est déposée sur le disque fils (ou substrat), puis une pellicule de protection plastique dur transparent est déposée sur l'aluminium. Enfin le label (étiquette) est collée sur le CD. Les minuscules trous du substrat sont appelés les microcuvettes (tips), les zones sans trous sont des zones-planes (lands).
La lecture d'un CD se fait par un rayon laser de faible puissance et de 0,78 micron de longueur d'onde dirigé sur la surface d'aluminium. Un détecteur reçoit et mesure l'énergie du rayon réfléchi. Les microcuvettes et les zones planes du substrat entraînent des différences de réflectivité qui sont mises en valeur par le détecteur. Diverses méthodes sont possibles pour associer les 1 et les 0 à la lecture des zones-planes et des microcuvettes (il s'agit de méthodes de codage). On associe souvent un 1 à une transition « microcuvette/zone-plane » ou « zone-plane/microcuvette » et un 0 à une zone-plane.
Les microcuvettes et les zones-planes sont inscrites sur une spirale continue contrairement aux disques magnétiques où les informations sont écrites sur des pistes circulaires concentriques. La spirale se déploie du bord du trou central jusqu'à proximité du bord extérieur du disque (à environ 32 mm du bord). La spirale fait 22 188 révolutions autour du disque (environ 600 spires par millimètre). En déroulant cette spirale, on obtiendrait une ligne de 5,6 km de long.
Afin de permettre une écoute uniforme et de qualité de la musique enregistrée sur un CD audio il est nécessaire que les microcuvettes et les zones-planes défilent à vitesse constante. En conséquence, la vitesse de rotation du disque doit être réduite de façon continue à mesure que la tête de lecture (sur laquelle se trouve le laser et le détecteur) se déplace sur la spirale du centre vers le bord extérieur du disque. Au centre du disque, la vitesse de rotation est de 530 tours/mn pour obtenir le flux d'information désiré à 120 cm/seconde ; à proximité du bord extérieur du disque est de 200 tours/mn pour offir le même flux d'information et la même vitesse de lecture de la tête. Une vitesse de lecture constante est un concept différent de celui d'un disque magnétique qui fonctionne lui à vitesse angulaire constante indépendamment de la piste au-dessus de laquelle se trouve la tête magnétique. Il en est de même de la vitesse de rotation du CD qui est très largement différente de celle d'un disque magnétique qui tourne lui entre 3 600 et 7 200 tours/mn.
En 1984, Philips et Sony, à nouveau, réalisèrent un CD qui permettait de stocker des données informatiques. Ils publièrent les spécifications techniques de ce nouveau produit, qu'ils appelèrent CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) dans le Livre jaune, Yellow Book. Afin de positionner les CD-ROM sur le marché des lecteurs de CD audio ils définirent un produit qui avait les même dimensions physiques, la même mécanique de lecture et le même dispositif de lecture optique que le CD audio. De même, la fabrication des CD-ROM relevait du même processus industriel que celle des CD audio. En conséquence, ces décisions de compatibilité imposèrent au disque de fonctionner à une faible vitesse de rotation.
Les spécifications techniques du livre jaune définissent entre autres l'organisation et le format des enregistrements de données sur le disque ainsi que la méthode de détection/correction d'erreur qui est utilisée. En effet, si l'on admet que des erreurs sont sans importance lorsqu'on écoute la musique d'un CD audio, car on ne les entend pas, il n'en est pas de même des ordinateurs qui ne se satisfont pas de la moindre erreur de bit sur un fichier de programme ou d'informations provenant d'un CD-ROM.
Sur un CD-ROM, on encode les octets (8 bits) dans des symboles de 14 bits. 14 bits sont amplement suffisants pour encoder un octet selon un code de Hamming ; en fait deux bits sont inutilisés. En réalité tous les bits sont utilisés car on utilise un code similaire à Hamming, mais beaucoup plus performant. Une table de mappage établit une correspondance immédiate entre un symbole de 14 bits et un octet. Au niveau supérieur on associe les symboles par groupe de 42 symboles pour former une trame de 588 bits. Chaque trame contient 192 bits de données (24 octets). Les 396 bits restant sont utilisés pour la détection/correction d'erreur et pour des mécanismes de contrôle. Ce schéma est le même pour les CD audio et pour les CD-ROM.
Dans le livre jaune on définit un secteur de CD-ROM constitué d'un groupe de 98 trames. Chaque secteur de CD-ROM commence par un préambule de 16 octets. Les 12 premiers octets valent 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00 (en hexadécimal). Cela permet au lecteur de repérer le début d'un secteur. Les trois octets suivant contiennent le numéro de secteur, qui permet à la tête de lecture de se positionner correctement sur le secteur désiré. Le mécanisme de positionnement de la tête sur le bon secteur est une opération plus complexe que celle d'un disque magnétique. Pour effectuer le positionnement de la tête, le logiciel du contrôleur du disque CD-ROM calcule approximativement l'emplacement qu'elle doit rejoindre, puis lance le déplacement de la tête vers cette position avant de commencer à chercher le préambule du secteur désiré en arrivant autour de cette position approximative. Le dernier octet du préambule définit un « mode » ; deux modes sont définis dans le Livre jaune.
Le mode 1 utilise le format décrit précédemment, avec un préambule de 16 octets, 2 048 octets de données et 288 octets pour la détection/correction d'erreur ; le code utilisé est un code de Reed-Solomon. Le mode 2 combine les champs données et ECC (code détecteur et correcteur d'erreur) en un seul champ de 2 336 octets pour des applications qui n'ont pas besoin d'effectuer de détection/correction d'erreur comme par exemple l'audio et la vidéo. Notez que pour obtenir une excellente fiabilité, on utilise trois mécanismes de détection/correction d'erreur : sur un symbole, sur une trame et sur un secteur du CD-ROM. Les erreurs d'un bit sont corrigés par le mécanisme de plus bas niveau, les erreurs de bloc par le mécanisme de niveau trame et les erreurs résiduelles au niveau secteur. Le prix à payer pour assurer cette fiabilité revient à prendre 98 trames de 588 bits (soit 7203 octets) pour disposer d'une charge utile dans le secteur de 2 048 octets, ce qui représente un rendement de 28% seulement. »
Architecture de l'ordinateur 4° édition (1999)
Andrew Tanenbaum
ISBN 2 10 005158 X

