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Le Compact Disc a été inventé par Sony © et Philips © en 1981 afin de constituer un support audio compact de haute qualité permettant un accès direct aux pistes numériques. Il a été officiellement lancé en octobre 1982. En 1984, les spécifications du Compact Disc ont été étendues (avec l'édition du Yellow Book) afin de lui permettre de stocker des données numériques.
Le CD (Compact Disc) est un disque optique de 12 cm de diamètre et de 1.2 mm d'épaisseur (l'épaisseur peut varier de 1.1 à 1.5 mm) permettant de stocker des informations numériques, c'est-à-dire correspondant à 650 Mo de données informatiques (soient 300 000 pages dactylographiées) ou bien jusqu'à 74 minutes de données audio. Un trou circulaire de 15 mm de diamètre en son milieu permet de centrer le CD.
Le CD est constitué d'un substrat en matière plastique (polycarbonate) et d'une fine pellicule métallique réfléchissante (or 24 carat ou alliage d'argent). La couche réfléchissante est recouverte d'une laque anti-UV en acrylique créant un film protecteur pour les données. Enfin, une couche supplémentaire peut être ajoutée afin d'obtenir une face supérieure imprimée.
La couche réfléchissante possède de petites alvéoles. Ainsi lorsque le laser traverse le substrat de polycarbonate, la lumière est réfléchie sur la couche réfléchissante, sauf lorsque le laser passe sur une alvéole, c'est ce qui permet de coder l'information. Cette information est stockée sur 22188 pistes gravées en spirales (il s'agit en réalité d'une seule piste concentrique).
Les CD achetés dans le commerce sont pressés, c'est-à-dire que les alvéoles sont réalisées grâce à du plastique injecté dans un moule contenant le motif inverse. Une couche métallique est ensuite coulée sur le substrat en polycarbonate, et cette couche métallique est elle-même prise sous une couche protectrice. Les CD vierges par contre (CD-R) possèdent une couche supplémentaire (située entre le substrat et la couche métallique) composée d'un colorant organique (en anglais dye) pouvant être marqué (le terme brûler est souvent utilisé) par un laser de forte puissance (10 fois celle nécessaire pour la lecture). C'est donc la couche de colorant qui permet d'absorber ou non le faisceau de lumière émis par le laser.
Les colorants les plus souvent utilisés sont :
Etant donné que l'information n'est plus stockée sous forme de cavité
mais par une marque "colorée", une pré-spirale (en anglais pre-groove) est
présente dans le support vierge afin d'aider le graveur à suivre le chemin en spirale, ce
qui évite la présence d'une mécanique de précision sur les graveurs de CD-R.
La tête de lecture est composé d'un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) émettant un faisceau lumineux et d'une cellule photoélectrique chargée de capter le rayon réfléchi. Le laser utilisé par les lecteurs de CD est un laser infra-rouge (possèdant une longueur d'onde de 780 nm) car il est compact et peu coûteux. Une lentille située à proximité du CD focalise le faisceau laser sur les alvéoles. Un miroir semi-réfléchissant permet à la lumière réfléchie d'atteindre la cellule photo-électrique, comme expliqué sur le dessin suivant:
Un chariot est chargé de déplacer le miroir de façon à permettre à la tête de lecture d'accéder à l'intégralité du CD-ROM. On distingue généralement deux modes de fonctionnement pour la lecture de CD :
La piste physique est en fait constituée d'alvéoles d'une profondeur de 0,168 µm, d'une largeur de 0.67 µm et de longueur variable. Les pistes physiques sont écartées entre elles d'une distance d'environ 1.6µm. On nomme creux (en anglais pit) le fond de l'alvéole et on nomme plat (en anglais land) les espaces entre les alvéoles.
Le laser utilisé pour lire les CD a une longueur d'onde de 780nm dans l'air.
Or l'indice de réfraction du polycarbonate étant égal à 1.55, la longueur d'onde du laser dans le polycarbonate
vaut 780 / 1.55 = 503nm = 0.5 µm.
De cette façon, lorsque le laser passe au niveau d'une alvéole, l'onde et sa réflection sont déphasées d'une demi-longueur d'onde et s'annulent (interférences destructrices), tout se passe alors comme si aucune lumière n'était réfléchie. Le passage d'un creux à un plat provoque une chute de signal, représentant un bit. C'est la longueur de l'alvéole qui permet de définir l'information. La taille d'un bit sur le CD, notée "T", est normalisée et correspond à la distance parcourue par le faisceau lumineux en 231.4 nanosecondes, soit 0.278 µm à la vitesse standard minimale de 1.2 m/s. D'après le standard EFM (Eight-to-Fourteen Modulation), utilisé pour le stockage d'information sur un CD, il doit toujours y avoir au minimum deux bits à 0 entre deux bits consécutifs à 1 et il ne peut y avoir plus de 10 bits consécutifs à zéro entre deux bits à 1 pour éviter les erreurs. C'est pourquoi la longueur d'une alvéole (ou d'un plat) correspond au minimum à la longueur nécessaire pour stocker la valeur OO1 (3T, c'est-à-dire 0.833 µm) et au maximum à la longueur correspondant à la valeur 00000000001 (11T, soit 3.054 µm).
Il existe de nombreux standards décrivant la façon selon laquelle les informations doivent être stockées sur un disque compact, selon l'usage que l'on désire en faire. Ces standards sont référencés dans des documents appelés books (en français livres) auxquels une couleur a été affectée :
Un CD-R, qu'il soit audio ou CD-ROM, est constitué, d'après le Orange Book, de trois zones constituant la zone d'information (information area) :
Un CD-R contient, en plus des trois zones décrites ci-dessus, une zone appelée PCA (Power Calibration Area) et une zone PMA (Program Memory Area) constituant à elles deux une zone appelé SUA (System User Area). La PCA peut être vue comme une zone de test pour le laser afin de lui permettre d'adapter sa puissance au type de support. C'est grâce à cette zone qu'est possible la commercialisation de supports vierges utilisant des colorants organiques et des couches réfléchissantes différents. A chaque calibration, le graveur note qu'il a effectué un essai. Un maximum de 99 essais par media est autorisé.
Le format de CD (ou plus exactement le système de fichiers) s'attache à décrire la manière selon laquelle les données sont stockées dans la zone programme. Le premier système de fichiers historique pour les CD est le High Sierra Standard. Le format ISO 9660 normalisé en 1984 par l'ISO (International Standards Organisation ) reprend le High Sierra Standard afin de définir la structure des répertoires et des fichiers sur un CD-ROM. Il se décline en trois niveaux :
Microsoft a également défini le format Joliet, une extension au format ISO 9660 permettant d'utiliser des noms de fichiers longs (LFN, long file names) de 64 caractères comprenant des espaces et des caractères accentués selon le codage Unicode. Le format ISO 9660 Romeo est une option de nommage proposée par Adaptec, indépendante donc du format Joliet, permettant de stocker des fichiers dont le nom peut aller jusqu'à 128 caractères mais ne supportant pas le codage Unicode. Le format ISO 9660 RockRidge est une extension de nommage au format ISO 9660 lui permettant d'être compatible avec les systèmes de fichiers UNIX. Afin de pallier les limitations du format ISO 9660 (le rendant notamment inapproprié pour les DVD-ROM), l'OSTA (Optical Storage Technology Association) a mis au point le format ISO 13346, connu sous le nom de UDF (Universal Disk Format).
Le lecteur CD-ROM est caractérisé:
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