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Um CD-R padrão é um disco de 1,2 mm (0,047 pol) de espessura feito de policarbonato com cerca de 120 mm (5″) de diâmetro. O disco de 120 mm (5″) tem uma capacidade de armazenamento de 74 minutos de áudio ou 650 Megabytes de dados. CD-R/RWs estão disponíveis com capacidades de 80 minutos de áudio ou 737.280.000 bytes (700 MiB), o que se consegue moldando o disco nas tolerâncias mais apertadas permitidas especificadas nas normas Orange Book CD-R/CD-RW. A margem de engenharia que foi reservada para a tolerância de fabrico foi antes utilizada para a capacidade de dados, não deixando qualquer tolerância de fabrico; para que estes discos estejam verdadeiramente em conformidade com a norma Orange Book, o processo de fabrico deve ser perfeito .
Apesar do anterior, a maioria dos CD-Rs no mercado têm uma capacidade de 80 minutos. Existem também discos de 90 minutos/790 MiB e 99 minutos/870 MiB, embora sejam menos comuns (e partem directamente do padrão Orange Book). Além disso, devido às limitações das estruturas de dados no ATIP (ver abaixo), os espaços em branco de 90 e 99 minutos serão identificados como sendo de 80 minutos. (Como o ATIP faz parte do padrão Orange Book, é natural que seu design não suporte algumas configurações de discos não padronizadas). Portanto, para utilizar a capacidade adicional, estes discos têm de ser gravados utilizando as opções de “overburn” no software de gravação de CD. (O overburn é assim chamado porque está fora dos padrões escritos, mas, devido à demanda do mercado, tornou-se uma função padrão de fato na maioria das unidades de gravação de CD e software para elas.)
algumas unidades utilizam técnicas especiais, tais como o GigaRec da Plextor ou o HD-BURN da Sanyo, para gravar mais dados num determinado disco; estas técnicas são inerentemente desvios dos padrões Compact Disc (Red, Yellow, e/ou Orange Book), tornando os discos gravados em formato proprietário e não totalmente compatíveis com leitores e unidades de CD standard. Entretanto, em certas aplicações onde os discos não serão distribuídos ou trocados fora de um grupo privado e não serão arquivados por muito tempo, um formato proprietário pode ser uma forma aceitável de obter maior capacidade (até 1.2 GiB com GigaRec ou 1.8 GiB com HD-BURN em mídia de 99 minutos). O maior risco na utilização desse formato proprietário de armazenamento de dados, assumindo que ele funciona de forma confiável como projetado, é que pode ser difícil ou impossível reparar ou substituir o hardware usado para ler a mídia se ele falhar, for danificado ou for perdido depois que seu fornecedor original o descontinuar.
Nada nos padrões do Livro Vermelho, Amarelo ou Laranja proíbe que dispositivos de leitura/gravação de discos tenham capacidade de ler ou escrever discos além dos padrões do Compact Disc. As normas exigem que os discos cumpram requisitos precisos para serem chamados de Compact Discs, mas os outros discos podem ser chamados por outros nomes; se isso não fosse verdade, nenhuma unidade de DVD poderia legalmente ostentar o logotipo do Compact Disc. Embora os leitores de discos e unidades possam ter recursos além dos padrões, permitindo-lhes ler e gravar discos não padrão, não há garantia, na ausência de especificações adicionais explícitas do fabricante além da certificação normal do logotipo do Compact Disc, de que qualquer leitor ou unidade em particular terá um desempenho além dos padrões ou de forma consistente. Além disso, se o mesmo dispositivo sem especificações de desempenho explícitas além do logotipo do Compact Disc lidar inicialmente com discos não padrão de forma confiável, não há nenhuma garantia de que ele não irá parar de fazê-lo mais tarde e, nesse caso, não há nenhuma garantia de que ele possa ser feito para fazê-lo novamente por serviço ou ajuste. Portanto, os discos com capacidades superiores a 650 MB, e especialmente aqueles com mais de 700 MB, são menos intercambiáveis entre jogadores/discos padrão e não são muito adequados para uso em arquivo, pois sua legibilidade em equipamentos futuros, ou mesmo no mesmo equipamento em um momento futuro, não está assegurada, mesmo sob o pressuposto de que os discos não irão se degradar de forma alguma.
O disco de policarbonato contém uma ranhura em espiral, chamada “pregroove” (porque é moldada antes de os dados serem escritos no disco), para guiar o feixe de laser ao escrever e ler a informação. A “pregroove” é moldada no lado superior do disco de policarbonato, onde as fossas e terrenos seriam moldados se fosse um CD de livro vermelho prensado (não gravável); o lado inferior, que fica de frente para o feixe laser no leitor ou drive, é plano e liso. O disco de policarbonato é revestido no lado da pré-camada com uma camada muito fina de corante orgânico. Depois, no topo do corante é revestida uma fina camada reflectora de prata, uma liga de prata, ou ouro. Finalmente, um revestimento protector de uma laca fotopolimerizável é aplicado em cima do reflector metálico e curado com luz UV.
Um CD-R em branco não está “vazio”; a pregroove tem uma oscilação (o ATIP), o que ajuda o laser de gravação a manter-se no caminho e a escrever os dados no disco a uma taxa constante. Manter uma taxa constante é essencial para garantir o tamanho e espaçamento adequado dos poços e terrenos queimados na camada de corante. Além de fornecer informações de tempo, o ATIP (tempo absoluto em pré-gravação) é também uma faixa de dados contendo informações sobre o fabricante do CD-R, o corante utilizado e informações sobre a mídia (comprimento do disco e assim por diante). A pregroove não é destruída quando os dados são gravados no CD-R, um ponto que alguns esquemas de proteção de cópia usam para distinguir cópias de um CD original.
Existem três formulações básicas de corante usadas em CD-Rs:
- CD-Rs de corante de cianina foram os mais antigos desenvolvidos, e sua formulação é patenteada pela Taiyo Yuden. Os CD-Rs baseados neste corante são na sua maioria de cor verde. Os modelos anteriores eram muito quimicamente instáveis e isto tornou os discos baseados em cianina impróprios para uso em arquivos; eles poderiam desbotar e se tornar ilegíveis em poucos anos. Muitos fabricantes como Taiyo Yuden usam aditivos químicos proprietários para fazer discos de cianina mais estáveis (“metal stabilized Cyanine”, “Super Cyanine”). Os CD-Rs mais antigos baseados em corantes de cianina, assim como todos os corantes híbridos baseados em cianina, são muito sensíveis aos raios UV e podem se tornar ilegíveis após apenas alguns dias se forem expostos à luz solar direta. Embora os aditivos utilizados tenham tornado a cianina mais estável, ela ainda é a mais sensível dos corantes nos raios UV (mostrando sinais de degradação dentro de uma semana após a exposição direta à luz solar). Um erro comum dos utilizadores é deixar os CD-Rs com a superfície “clara” (gravação) para cima, a fim de protegê-los de riscos, pois isto permite que o sol atinja directamente a superfície de gravação.
- Os CD-Rs com corante de ftalocianina são geralmente prateados, dourados ou verdes claros. As patentes dos CD-Rs de ftalocianina são detidas pela Mitsui e Ciba Specialty Chemicals. A ftalocianina é um corante nativamente estável (não tem necessidade de estabilizadores) e os CD-Rs baseados neste são muitas vezes dados uma vida útil nominal de centenas de anos. Ao contrário da cianina, a ftalocianina é menos resistente aos raios UV e os CD-Rs baseados neste corante só mostram sinais de degradação após duas semanas de exposição directa à luz solar. No entanto, a ftalocianina é mais sensível do que a cianina à calibração da potência de gravação a laser, o que significa que o nível de potência utilizado pelo laser de gravação tem de ser ajustado com maior precisão para o disco, de modo a obter uma boa gravação; isto pode corroer os benefícios da estabilidade do corante, uma vez que os discos escritos marginalmente (com maiores taxas de erro corrigíveis) perderão dados (i.e. têm erros irrecuperáveis) após menos degradação do corante do que discos bem gravados (com taxas de erro menos corretas).
- CD-Rs com corante Azo são de cor azul escuro, e sua formulação é patenteada pela Mitsubishi Chemical Corporation. Os corantes Azo também são quimicamente estáveis, e os CD-Rs Azo são tipicamente classificados com uma vida útil de décadas. O Azo é o corante mais resistente à luz UV e só começa a degradar-se após a terceira ou quarta semana de exposição directa à luz solar. As implementações mais modernas deste tipo de corante incluem o Super Azo que não é tão azul profundo como o anterior Azo metálico. Esta mudança de composição foi necessária para alcançar velocidades de escrita mais rápidas.
Existem muitas variações híbridas de formulações de corantes, como Formazan by Kodak (um híbrido de cianina e ftalocianina).
Felizmente, muitos fabricantes adicionaram corantes adicionais para disfarçar seus CD-Rs instáveis de cianina no passado, portanto a formulação de um disco não pode ser determinada com base puramente na sua cor. Da mesma forma, uma camada reflectora de ouro não garante o uso de corante de ftalocianina. A qualidade do disco também não depende apenas do corante utilizado, mas também é influenciada pela vedação, a camada superior, a camada reflectora e o policarbonato. A simples escolha de um disco com base no seu tipo de corante pode ser problemática. Além disso, a calibração correta da potência do laser no gravador, assim como o tempo correto dos pulsos do laser, a velocidade estável do disco, etc., é fundamental não só para a legibilidade imediata, mas também para a longevidade do disco gravado, portanto, para o arquivamento é importante ter não só um disco de alta qualidade, mas também um gravador de alta qualidade. Na verdade, um gravador de alta qualidade pode produzir resultados adequados com mídia de qualidade média, mas a mídia de alta qualidade não pode compensar um gravador medíocre, e os discos escritos por tal gravador não podem atingir seu potencial máximo de vida útil de arquivo.