تاريخ صناعة القرص المضغوط

التاريخ

يمكن إرجاع تاريخ نظام القرص المضغوط إلى أوائل السبعينيات ، عندما حدث تقدم سريع في الإلكترونيات الرقمية ، وبصريات الليزر ، وتقنيات التكامل على نطاق واسع (LSI). بدأت العديد من الشركات في استكشاف إمكانية تخزين الإشارات الصوتية في شكل بصري باستخدام الوسائل الرقمية بدلاً من الوسائل التناظرية. تم العثور على طريقة عملية لتعديل الإشارات الصوتية باستخدام النظريات المنشورة في عام 1948 من قبل عالم يدعى كلود إي شانون. هذه الطريقة ، المعروفة باسم Pulse Code Modulation (PCM) ، تأخذ عينات من الإشارات الصوتية خلال فترة زمنية قصيرة ثم تحول العينات إلى قيم رقمية للتخزين في تنسيق رقمي.

تخزين الصوت في تنسيق رقمي (المعروف باسم ترميز الصوت) يتطلب كميات كبيرة من البيانات. على سبيل المثال ، يتطلب تخزين ثانية واحدة من المعلومات الصوتية مليون بت من البيانات. تم العثور على الأقراص الضوئية القادرة على تخزين بلايين من أجزاء البيانات في مساحة صغيرة جدًا مثالية لمثل هذه التطبيقات. يمكن للقرص الضوئي تخزين ما يصل إلى مليون بت من البيانات على مساحة صغيرة مثل رأس الدبوس. بمجرد العثور على تقنيات تسجيل الصوت الرقمي وتخزينه ، بدأ المصنعون في البحث عن طرق لقراءة ومعالجة البيانات المخزنة في مثل هذه المنطقة الصغيرة. أثبتت التجارب باستخدام أجهزة الليزر (ينبعث الليزر شعاعًا ضيقًا جدًا من الضوء قادرًا على التركيز على منطقة صغيرة جدًا) نجاحًا كبيرًا. كان تطوير تقنيات LSI يعني أن الكمية الهائلة من البيانات المخزنة على القرص يمكن معالجتها بسرعة كافية لتوفير موسيقى مستمرة.

على الرغم من أن العديد من الشركات قد شاركت في البحث المبكر والتجريب مع التقنيات المختلفة المتضمنة في نظام الأقراص المضغوطة ، إلا أن شركتين – سوني اليابانية وفيليبس من هولندا – يُنسب لهما الفضل في دمج هذه التقنيات بنجاح في نظام كامل. تعاونت الشركتان لتطوير معايير محددة لنظام الأقراص المضغوطة ، واتفق اتحاد مكون من 35 مصنعًا على اعتماد هذه المعايير في عام 1981. تم تقديم مشغلات الأقراص المضغوطة الأولى في الأسواق الأوروبية واليابانية في أواخر عام 1982 وفي الولايات المتحدة في أوائل عام 1983.

مواد أولية

يعد مشغل الأقراص المضغوطة قطعة متطورة جدًا من المعدات الإلكترونية. يحتوي الجزء الخارجي البسيط على آليات داخلية معقدة لقراءة الإشارات الصوتية ومعالجتها وتحويلها إلى موسيقى شديدة الوضوح والنقاء. تشتمل المكونات المختلفة على خزانة مبيت ، ومجموعة التقاط بصرية ، ولوحات دوائر مطبوعة (PCBs) ، والتي تحتوي على شرائح ميكروية توجه العمليات الإلكترونية للنظام.

عادة ما تكون الخزانة التي تضم متاهة المكونات مصنوعة من الألمنيوم الخفيف المقوى. الليزر عبارة عن أنبوب زجاجي صغير مملوء بالغاز ومصدر طاقة صغير لتوليد شعاع ليزر ، بينما يتكون الصمام الثنائي الضوئي – وهو جزء من أشباه الموصلات ينعكس الضوء من القرص المضغوط إلى إشارة كهربائية – بشكل عام من السيليكون أو الجرمانيوم . العدسات والمرايا في الالتقاط البصري مصنوعة من زجاج أو بلاستيك مصقول للغاية. يوجد هذا التجميع في حاوية بلاستيكية خاصة به. غالبية المكونات الإلكترونية – المقاومات ، والترانزستورات ، والمكثفات – موجودة على رقاقات ميكروية متصلة بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. عادة ما تكون المادة الأساسية لهذه المكونات هي السيليكون.

تصميم

القرص المضغوط عبارة عن قرص بلاستيكي من البولي كربونات قطره 4.75 بوصة (12.065 سم) يحتوي على حوالي 74 دقيقة من المعلومات الصوتية. ليست كل المعلومات الموجودة على القرص عبارة عن موسيقى ؛ يتم استخدام بعضها لاكتشاف الأخطاء والمزامنة ولأغراض العرض. يتم ترميز المعلومات على قرص مضغوط على مسار حلزوني في شكل حزوز دعا الأراضي و حفر التي تمثل الارتفاعات والانخفاضات الثنائية. وهذه المسافات البادئة هي التي “يقرأها” ليزر مشغل الأقراص المضغوطة.

من الناحية المفاهيمية ، يشبه تصميم مشغل الأقراص المدمجة تصميم مشغل الفونوغراف (التسجيل). مثل التسجيل ، يتم تدوير القرص المضغوط على قرص دوار ، ويتم قراءة الصوت بواسطة جهاز الالتقاط. ومع ذلك ، على عكس مشغل الأسطوانات ، لا يقوم المحرك بتدوير القرص الدوار بسرعة ثابتة ولكنه يعدلها وفقًا لمسافة الالتقاط من مركز القرص الدوار. علاوة على ذلك ، فإن جهاز الالتقاط في مشغل الأقراص المضغوطة ليس قلمًا ميكانيكيًا (إبرة) ولكنه شعاع ليزر ضوئي لا يتلامس فعليًا مع القرص المضغوط. يركز هذا الليزر شعاعه على مسار القرص الذي يحتوي على الأراضي والحفر ، ويستشعر كاشف مشغل الأقراص المضغوطة (الثنائي الضوئي) الفرق بين الضوء المنعكس من الأرض والضوء المنعكس من الحفر. يحول الثنائي الضوئي هذا الضوء المنعكس إلى إشارة كهربائية. يتم نقل هذه الإشارة إلى لوحة الدوائر الإلكترونية ، ثم يتم تحويلها مرة أخرى إلى صوت.

توجد ثلاث مجموعات فرعية بشكل أساسي في مشغل الأقراص المضغوطة: مجموعة آلية محرك الأقراص ؛ مجموعة الالتقاط البصري ؛ ومجموعة لوحات الدوائر الإلكترونية ، التي تنسق الأنظمة الأخرى داخل المشغل والتي تشمل آلية المؤازرة ودائرة فك تشفير البيانات. عن طريق إرسال إشارات إلى آلية المؤازرة ، تقوم لوحة الدائرة بضبط سرعة المحرك والتركيز وتتبع الالتقاط البصري ؛ يدير تدفق البيانات إلى دائرة فك التشفير ؛ ويوفر معلومات العرض استجابة للأزرار المختلفة على لوحة التحكم.

تتكون آلية محرك الأقراص من مغزل يحمل القرص المضغوط ومحرك يقوم بتدويره. يتم تثبيت المحرك ، المسمى بمحرك المغزل ، أسفل صينية تحميل القرص البلاستيكي أو القرص الدوار. محرك منفصل مركب على الهيكل (قاعدة أو إطار مشغل الأقراص المدمجة) ينقل علبة التحميل داخل وخارج المشغل ؛ يتم ذلك عن طريق ترس متصل بالمحرك والذي يشغل أيضًا ترسًا أكبر لرفع وخفض المشبك لتثبيت القرص في مكانه.

يتكون الالتقاط البصري من ليزر وثنائي ضوئي وعدسات ومرايا مختلفة. تنزلق الجمعية الفرعية بأكملها للخلف وللأمام على القضبان ويتم التحكم فيها بواسطة آلية مؤازرة تستقبل إشارات التوجيه من لوحة الدائرة. يقع الالتقاط البصري عادةً أسفل المشبك الذي يضع القرص ، بينما يتم تثبيت المحرك الذي يحرك التجميع على الهيكل بالقرب من القضبان. تعمل الآلية عن طريق توجيه شعاع الليزر عبر العدسات والمرايا على الجانب السفلي من القرص المضغوط. العدسات والمرايا تحافظ على تركيز الشعاع بشكل صحيح. إذا اصطدمت الحزمة بحفرة على القرص ، فلن ينعكس أي ضوء ويظل الثنائي الضوئي مفصولًا. إذا اصطدم الشعاع بأرض ، ينعكس الضوء مرة أخرى من خلال العدسات والمرايا على الثنائي الضوئي ، والتي تولد بعد ذلك إشارة كهربائية. يتم نقل هذه الإشارة إلى مجموعة لوحات الدوائر الإلكترونية ، حيث يتم تحويلها بواسطة نظام فك تشفير البيانات إلى إشارات صوتية للتشغيل.

تتكون مجموعة لوحات الدوائر الإلكترونية من لوحات الدوائر المطبوعة التي تحتوي على الدوائر لآلية المؤازرة ، والتي تشغل نظام الالتقاط البصري ، وفك تشفير البيانات ، ونظام التحكم. هناك العديد من شرائح الدوائر المتكاملة والمعالجات الدقيقة والمكونات المتكاملة واسعة النطاق في مجموعة اللوحة.