Le lecteur de CD-ROM

Les nouvelles applications nécessitant beaucoup de mémoire, la majorité des logiciels multimédia sont désormais livrés sur disque CD et non plus sur disquettes. C'est pourquoi de nombreuses machines récentes sont équipées en standard avec un lecteur de CD-ROM interne. 

Types de CD-ROM et standards

L'évolution est extrêmement rapide dans le domaine des lecteurs de CD-ROM. Avant d'acheter un lecteur de CD-ROM, il est indispensable de bien connaître les nombreuses caractéristiques techniques et les normes afférentes à ces périphériques. Les lecteurs de CD-ROM sont d'abord classés selon la vitesse de transfert des données : simple, double, triple ou quadruple vitesse et le temps d'accès (en millisecondes) .Voici les caractéristiques les plus importantes :

1. Simple vitesse : Correspond à une vitesse de transfert de données de 150 Ko par seconde. (Vitesse de lecture d'un CD audio ...)

2. Double vitesse : Correspond à une vitesse de transfert de données de 300 Ko par seconde.

3. Triple vitesse : Identique aux modèles double vitesse, mais avec une vitesse de transfert de données de 450 Ko par seconde.

4. Quadruple vitesse :  Ces vieux modèles permettent une vitesse de transfert de l'ordre de 600 Ko par seconde, avec un temps d'accès inférieur à 200 millisecondes.

5. 24 X ou 32 X et plus sont les modèles les plus récents avec des temps d'accès de l'ordre de 90 ms, ceux sont les derniers standards.

Constitution d'un CD par Bruno Brolis

Les CD se présentent sous la forme d'un disque de 12 cm et de 1,2 mm d'épaisseur percé d'un trou central de 15 mm de diamètre. Le disque est réalisé dans une matière plastique transparente (bien qu'il fut à un moment envisagé de les réaliser en verre  recouverte d'un vernis protecteur.
Les informations sont stockées à la surface du disque sous la forme de pits (cuvettes ou dépressions de 0,11 micromètre) et de lands (plats) . 
Les pits et les lands sont ordonnés le long de la seule et unique spirale constituant la piste du CD. Cette spirale qui commence au bord intérieur du CD et finit au bord extérieur a plus de 6 km de longueur.
Les pits et les lands forment donc près de 2000 pistes distantes de 1,6 micromètres. Chacune des pistes est trente fois plus fine que l'un de nos cheveux !

L'originalité du CD est d'utiliser un système à vitesse linéaire constante (CLV), la vitesse de défilement du disque est donc constante et égale à 1,2 mètre par seconde. La vitesse angulaire de rotation du disque doit donc être adaptée à la position de la tête de lecture sur le disque. Cette vitesse varie de 200 tours par minute (à l'extérieur du disque) à 500 tours par minute (près du centre du disque). C'est une des raisons pour lesquelles on note un délai lors du passage d'une chanson à une autre lors de la lecture d'un CD-Audio, ce délai est nécessaire à l'adaptation de la vitesse de rotation. On trouve aussi des lecteurs à vitesse angulaire constante (CAV) ou un mixte des deux (CLV et CAV) pour augmenter le temps de réponse et le débit de lecture.

Principe de la lecture

La tête de lecture est composée d'une diode Laser émettant un faisceau laser très fin de couleur rouge (longueur d'onde égale à 780 nanomètres) et d'une photodiode. Ces composants sont associés à un dispositif optique destiné à atteindre la précision suffisante à la lecture (le point d'impact du laser ne doit pas excéder 1 micromètre).

Ce schéma simpliste ne respecte ni la disposition réelle de la diode laser et de la photodiode, ni l'échelle

Détection d'un land
La lumière émise par le laser est réfléchie en totalité et captée par la photodiode. Celle-ci détecte l'information lumineuse et transmet un signal électrique au dispositif de décodage.

Détection d'un pit
On note que le rayon laser est réfléchi en partie par la surface du disque et en partie par le fond du pit. En fait, la moitié de l'énergie lumineuse est réfléchie par la surface du disque.
La lumière réfléchie par le fond du pit parcourt une distance supérieure à la distance parcourue par la lumière réfléchie par la surface. L'écart entre les deux trajets correspond exactement à la moitié de la longueur d'onde du rayon Laser.
Dans ces conditions, un phénomène physique appelé interférence destructive se produit. Les deux rayons lumineux s'annulent (se "détruisent") l'un l'autre. Aucune lumière n'est réfléchie, la photodiode ne capte pas d'information lumineuse, aucun signal électrique n'est transmis au dispositif de décodage.

Décodage
La succession de pits et de lands permet de définir le message à coder. Le code utilisé est relativement complexe et ne sera pas détaillé ici. 

Les signaux issus de la lecture des pits et des lands sont traduits en données numériques. Ces données numériques correspondent à un signal sonore qui peut alors être restitué. L'ensemble des opérations de décodage, de restitution du son et de réglage de la vitesse de rotation du moteur sont gérées par un microprocesseur simplifié. Ces opérations sont effectuées à un rythme élevé puisqu'un lecteur de CD-Audio lit 88 200 nombres de 16 bits en une seconde.

Le DVD-ROM (Digital Versatile Disc - Read Only Memory) 

C'est une variante du CD-ROM dont la capacité est beaucoup plus grande que celle du CD-ROM.
En effet, les alvéoles du DVD sont beaucoup plus petites (0,4 µ et un espacement de 0.74 µ), impliquant un laser avec une longueur d'onde beaucoup plus faible.

Les DVD existent en version "double couche", ces disques sont constitués d'une couche transparente à base d'or et d'une couche réflexive à base d'argent.

Pour lire ces deux couches le lecteur dispose de deux intensités pour le laser : avec une intensité faible le rayon se réfléchit sur la surface dorée ; lorsqu'on augmente cette intensité le rayon traverse la première couche et se réfléchit sur la surface argentée.

Quelques caractéristiques

L'intérêt du DVD est essentiellement le stockage vidéo qui nécessite une place de stockage importante. Un DVD de 4,7 Go permet de stocker plus de deux heures de vidéo comprimées en MPEG-2 (Motion Picture Experts Group), un format qui permet de comprimer les images tout en gardant une très grande qualité d'image.

Direction de l'Enseignement scolaire -  juillet 2001
Document proposé par le groupe d'experts de Physique Chimie