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Articulo de referencia

CD-ROM

{{cite web|url=https://iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=25869|title=ISO/IEC 10149:1995 – Information technology – Data interchange on read-only 120 mm optical data disk...

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Un CD-ROM ( / ˌ s iː d iː ˈ r ɒ m / , memoria de solo lectura en disco compacto ) es un tipo de memoria de solo lectura que consiste en un disco compacto óptico pregrabado que contiene datos que las computadoras pueden leer, pero no escribir ni borrar. Algunos CD, llamados CD mejorados , contienen tanto datos informáticos como audio, pudiendo reproducirse este último en un reproductor de CD , mientras que los datos (como software o vídeo digital) solo se pueden usar en una computadora (como los CD-ROM para PC con formato ISO 9660 [ 2 ] ).

Durante la década de 1990 y principios de la de 2000, los CD-ROM se usaban popularmente para distribuir software y datos para computadoras y consolas de videojuegos de quinta generación . Los DVD, así como las descargas, comenzaron a reemplazar a los CD-ROM en estas funciones a partir de principios de la década de 2000, y el uso de CD-ROM para software comercial es ahora poco común.

Historia

Los primeros trabajos teóricos sobre el almacenamiento en discos ópticos fueron realizados por investigadores independientes en Estados Unidos, entre ellos David Paul Gregg (1958) y James Russel (1965-1975). En particular, las patentes de Gregg sirvieron de base para la especificación LaserDisc , desarrollada conjuntamente por MCA y Philips tras la adquisición por parte de MCA de las patentes de Gregg, así como de la empresa que él fundó, Gauss Electrophysics. [ 3 ] El LaserDisc fue el precursor inmediato del CD, con la principal diferencia de que el LaserDisc codificaba la información mediante un proceso analógico, mientras que el CD utilizaba codificación digital.

El trabajo clave para digitalizar el disco óptico fue realizado por Toshi Doi y Kees Schouhamer Immink durante 1979-1980, quienes trabajaron en un grupo de trabajo para Sony y Philips . [ 4 ] El resultado fue el Compact Disc Digital Audio (CD-DA), definido en 1980. El CD-ROM fue diseñado posteriormente como una extensión del CD-DA, y adaptó este formato para contener cualquier forma de datos digitales, con una capacidad de almacenamiento inicial de 553 MB . [ 5 ] Sony y Philips crearon el estándar técnico que define el formato de un CD-ROM en 1983, [ 6 ] en lo que se denominó el Libro Amarillo . El CD-ROM fue anunciado en 1984 [ 7 ] y presentado por Denon y Sony en la primera feria de informática japonesa COMDEX en 1985. [ 8 ] La primera unidad de CD-ROM lanzada al público, la CM 100 , fue presentada en julio de 1985 por Philips. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] En noviembre de 1985, varios participantes de la industria informática, incluidos Microsoft , Philips , Sony , Apple y Digital Equipment Corporation , se reunieron para crear una especificación que definiera un formato de sistema de archivos para CD-ROM. [ 12 ] La especificación resultante, llamada formato High Sierra, se publicó en mayo de 1986. [ 12 ] Finalmente se estandarizó, con algunos cambios, como el estándar ISO 9660 en 1988. Uno de los primeros productos que se puso a disposición del público en CD-ROM fue la Enciclopedia Académica Grolier , presentada en la Conferencia de CD-ROM de Microsoft en marzo de 1986. [ 12 ]

Los CD-ROM comenzaron a usarse en consolas de videojuegos domésticas a partir del PC Engine CD-ROM 2 (TurboGrafx-CD) en 1988, mientras que las unidades de CD-ROM también estuvieron disponibles para computadoras domésticas a finales de la década de 1980. En 1990, Data East presentó una placa de sistema arcade que admitía CD-ROM, similar a los videojuegos LaserDisc de la década de 1980 pero con datos digitales, lo que permitía más flexibilidad que los juegos LaserDisc más antiguos. [ 13 ] A principios de 1990, se vendieron alrededor de 300 000 unidades de CD-ROM en Japón, mientras que se producían 125 000 discos CD-ROM mensualmente en los Estados Unidos. [ 14 ] Algunas computadoras que se comercializaron en la década de 1990 se denominaron computadoras " multimedia " porque incorporaban una unidad de CD-ROM, que permitía la entrega de varios cientos de megabytes de datos de video, imagen y audio. El primer portátil que tuvo una unidad de CD-ROM integrada como opción fue el CF-V21P de Panasonic en 1993 ; sin embargo, la unidad solo admitía mini CD de hasta 3,5  pulgadas de diámetro. [ 15 ] : 111 El primer portátil que admitió discos estándar de 4,7 pulgadas de diámetro fue el ThinkPad 755CD de IBM en 1994. [ 16 ]

En los primeros reproductores de CD de audio, lanzados antes de la llegada del CD-ROM, los datos binarios sin procesar del CD-ROM se reproducían como ruido. Para solucionar este problema, el canal de subcódigo Q tiene una bandera de "datos" en las áreas del disco que contienen datos informáticos en lugar de audio reproducible. Esta bandera indica a los reproductores de CD que silencien el audio. [ 17 ] [ 18 ]

discos CD-ROM

Medios de comunicación

Un CD-ROM en la bandeja de una unidad de CD-ROM parcialmente abierta.

Los CD-ROM son idénticos en apariencia a los CD de audio , y los datos se almacenan y recuperan de forma muy similar (la única diferencia radica en los estándares utilizados para almacenar los datos). Los discos están hechos de un  disco de plástico de policarbonato de 1,2 mm de grosor , con una fina capa de aluminio para crear una superficie reflectante. El tamaño más común de CD-ROM es de 120 mm de diámetro, aunque también existen el estándar Mini CD, más pequeño, con un diámetro de 80 mm, así como discos compactos con formas y tamaños no estándar (por ejemplo, soportes del tamaño de una tarjeta de visita ).  

Los datos se almacenan en el disco como una serie de hendiduras microscópicas llamadas "pozos", y los espacios sin hendiduras entre ellas se denominan "áreas". Se proyecta un láser sobre la superficie reflectante del disco para leer el patrón de pozos y áreas. Debido a que la profundidad de los pozos es aproximadamente entre un cuarto y un sexto de la longitud de onda de la luz láser utilizada para leer el disco, la fase del haz reflejado se desplaza con respecto al haz incidente, lo que provoca interferencia destructiva y reduce la intensidad del haz reflejado. Esto se convierte en datos binarios .

Estándar

Se utilizan varios formatos para los datos almacenados en discos compactos, conocidos como Libros Arcoíris . El Libro Amarillo , creado en 1983, [ 6 ] [ 19 ] define las especificaciones para CD-ROM, estandarizado en 1988 como el estándar ISO / IEC 10149 [ 1 ] y en 1989 como el estándar ECMA -130 [ 20 ] . El estándar CD-ROM se basa en el estándar original CD-DA del Libro Rojo para audio en CD. Otros estándares, como el Libro Blanco para Video CD , definen aún más formatos basados ​​en las especificaciones del CD-ROM. El Libro Amarillo en sí no está disponible gratuitamente, pero los estándares con el contenido correspondiente se pueden descargar gratuitamente de ISO o ECMA.

Hay varios estándares que definen cómo estructurar los archivos de datos en un CD-ROM. ISO 9660 define el sistema de archivos estándar para un CD-ROM. ISO 13490 es una mejora de este estándar que agrega soporte para discos de escritura única no secuenciales y regrabables como CD-R y CD-RW , así como sesiones múltiples . El estándar ISO 13346 fue diseñado para abordar la mayoría de las deficiencias de ISO 9660, [ 21 ] y un subconjunto de él evolucionó en el formato UDF , que fue adoptado para DVD . Una especificación de CD de arranque, llamada El Torito , fue publicada en enero de 1995, para hacer que un CD emule un disco duro o un disquete .

Fabricar

Los CD-ROM precomprimidos se producen en masa mediante un proceso de estampado en el que se crea un disco maestro de vidrio que se utiliza para fabricar matrices, las cuales, a su vez, se utilizan para fabricar múltiples copias del disco final con las hendiduras ya presentes. Los discos grabables ( CD-R ) y regrabables ( CD-RW ) se fabrican mediante un método diferente, en el que los datos se graban en ellos mediante un láser que modifica las propiedades de un tinte o un material de transición de fase en un proceso que a menudo se denomina " grabado ".

formato CD-ROM

Los datos almacenados en CD-ROM siguen las técnicas estándar de codificación de datos de CD descritas en la especificación Red Book (originalmente definida solo para CD de audio ). Esto incluye la codificación Reed-Solomon entrelazada cruzada (CIRC), [ 22 ] la modulación de ocho a catorce (EFM) y el uso de surcos y superficies planas para codificar los bits en la superficie física del CD.

Las estructuras utilizadas para agrupar datos en un CD-ROM también se derivan del Libro Rojo . Al igual que los CD de audio (CD-DA), un sector de CD-ROM contiene 2352 bytes de datos de usuario, compuestos por 98 marcos, cada uno de los cuales consta de 33 bytes (24 bytes para los datos de usuario, 8 bytes para la corrección de errores y 1 byte para el subcódigo). A diferencia de los CD de audio, los datos almacenados en estos sectores corresponden a cualquier tipo de datos digitales, no a muestras de audio codificadas según la especificación del CD de audio. Para estructurar, direccionar y proteger estos datos, el estándar CD-ROM define además dos modos de sector, Modo 1 y Modo 2, que describen dos diseños diferentes para los datos dentro de un sector. [ 2 ] Una pista (un grupo de sectores) dentro de un CD-ROM solo contiene sectores en el mismo modo, pero si hay varias pistas presentes en un CD-ROM, cada pista puede tener sus sectores en un modo diferente al del resto de las pistas. También pueden coexistir con pistas de CD de audio, que es el caso de los CD de modo mixto .

Estructura del sector

Los sectores de los modos 1 y 2 utilizan los primeros 16 bytes para la información de encabezado , pero difieren en los 2336 bytes restantes debido al uso de bytes de corrección de errores . A diferencia de un CD de audio, un CD-ROM no puede depender de la ocultación de errores mediante interpolación ; se requiere una mayor fiabilidad de los datos recuperados. Para lograr una mejor corrección y detección de errores, el modo 1, utilizado principalmente para datos digitales, agrega un código de verificación de redundancia cíclica (CRC) de 32 bits para la detección de errores y una tercera capa de corrección de errores Reed-Solomon [ n 1 ] utilizando un código tipo producto Reed-Solomon (RSPC). Por lo tanto, el modo 1 contiene 288 bytes por sector para la detección y corrección de errores, dejando 2048 bytes por sector disponibles para datos. El modo 2, que es más apropiado para datos de imagen o video (donde la fiabilidad perfecta puede ser un poco menos importante), no contiene bytes adicionales de detección o corrección de errores, por lo que tiene 2336 bytes de datos disponibles por sector. Ambos modos, al igual que los CD de audio, siguen beneficiándose de las capas inferiores de corrección de errores a nivel de fotograma. [ 23 ]

Antes de almacenarse en un disco con las técnicas descritas anteriormente, cada sector del CD-ROM se codifica para evitar que aparezcan ciertos patrones problemáticos. [ 20 ] Estos sectores codificados siguen el mismo proceso de codificación descrito en el Libro Rojo para finalmente almacenarse en un CD.

La siguiente tabla muestra una comparación de la estructura de sectores en CD-DA y CD-ROM: [ 20 ]

La tasa de bits neta de un CD-ROM Modo 1, según la comparación con los estándares de audio CD-DA, es de 44 100  Hz × 16 bits/muestra × 2 canales × 2 048 / 2 352 / 8 = 150 KiB/s (150 × 2 × 10 ). Este valor, 150 KiB/s, se define como "velocidad 1×". Por lo tanto, para los CD-ROM Modo 1, una unidad de CD-ROM 1× lee 150/2 = 75 sectores consecutivos por segundo.

La duración de un CD estándar es de 74 minutos, o 4440 segundos, distribuidos en 333 000 bloques o sectores . Por lo tanto, la capacidad neta de un CD-ROM Modo 1 es de 650 MiB (650 × 2²⁰ ). Para CDs de 80 minutos, la capacidad es de 703 MiB.

Extensión CD-ROM XA

CD-ROM XA es una extensión del estándar Yellow Book para CD-ROM que combina audio comprimido, video y datos de computadora, lo que permite acceder a todos simultáneamente. [ 24 ] Fue concebido como un puente entre CD-ROM y CD-i (Green Book / CD interactivo) y fue publicado por Sony y Philips , y respaldado por Microsoft , en 1991, [ 25 ] anunciado por primera vez en septiembre de 1988. [ 26 ] "XA" significa Arquitectura Extendida.

CD-ROM XA define dos nuevos diseños de sector, denominados Modo 2 Forma 1 y Modo 2 Forma 2 (que difieren del Modo 2 original). El Modo 2 Forma 1 de XA es similar a la estructura del Modo 1 descrita anteriormente y puede intercalarse con sectores del Modo 2 Forma 2 de XA; se utiliza para datos. El Modo 2 Forma 2 de XA tiene 2324 bytes de datos de usuario y es similar al Modo 2 estándar, pero con bytes de detección de errores añadidos (aunque sin corrección de errores). Puede intercalarse con sectores del Modo 2 Forma 1 de XA y se utiliza para datos de audio/vídeo. [ 23 ] Los Video CD , Super Video CD , Photo CD , Enhanced Music CD y CD-i utilizan estos modos de sector. [ 27 ]

La siguiente tabla muestra una comparación de la estructura de los sectores en los modos XA de CD-ROM:

Imágenes de disco

Cuando se crea una imagen de disco de un CD-ROM, esto se puede hacer en modo "raw" (extrayendo 2352 bytes por sector, independientemente de la estructura interna), u obteniendo solo los datos útiles del sector (2048/2336/2352/2324 bytes dependiendo del modo CD-ROM). El tamaño del archivo de una imagen de disco creada en modo raw siempre es un múltiplo de 2352 bytes (el tamaño de un bloque). [ 28 ] Los formatos de imagen de disco que almacenan sectores de CD-ROM raw incluyen CCD/IMG , CUE/BIN y MDS/MDF . El tamaño de una imagen de disco creada a partir de los datos en los sectores dependerá del tipo de sectores que esté utilizando. Por ejemplo, si una imagen de CD-ROM modo 1 se crea extrayendo solo los datos de cada sector, su tamaño será un múltiplo de 2048; este suele ser el caso para las imágenes de disco ISO .

En un CD-R de 74 minutos, es posible almacenar imágenes de disco de mayor tamaño utilizando el modo sin procesar, hasta 333 000 × 2 352 = 783 216 000 bytes (aproximadamente 747 MB). Este es el límite superior para las imágenes sin procesar creadas en un CD Red Book de 74 minutos o aproximadamente 650 MB . El aumento del 14,8 % se debe al descarte de los datos de corrección de errores.

Capacidad

Un CD-ROM puede almacenar fácilmente la totalidad de las palabras e imágenes de una enciclopedia en papel, además de clips de audio y vídeo.

La capacidad de los CD-ROM se expresa normalmente con prefijos binarios , restando el espacio utilizado para los datos de corrección de errores. [ 29 ] La capacidad de un CD-ROM depende de cuán cerca se extiende la pista de datos exterior del borde exterior del disco. [ 30 ] Un CD-ROM estándar de 120  mm y 700 MB puede almacenar aproximadamente 703 MB de datos con corrección de errores (o 847 MB ​​en total). En comparación, un DVD-ROM de una sola capa puede almacenar 4,7 GB (4,7 × 10⁹ bytes ) de datos protegidos contra errores, más que 6 CD-ROM.

Unidades de CD-ROM

Vista del sistema láser desmontado de una unidad de CD-ROM.
El movimiento del láser permite la lectura en cualquier posición del CD.
El sistema láser de una unidad de CD-ROM

Los discos CD-ROM se leen mediante unidades de CD-ROM. Una unidad de CD-ROM puede conectarse al ordenador mediante una interfaz PATA , SCSI , SATA , FireWire o USB , o mediante una interfaz propietaria, como la interfaz de CD de Panasonic o los estándares LMSI/Philips, Sony y Mitsumi. Prácticamente todas las unidades de CD-ROM modernas también pueden reproducir CD de audio (así como CD de vídeo y otros formatos de datos) con el software adecuado.

Láser y óptica

Las unidades de CD-ROM emplean un diodo láser de infrarrojo cercano de 780 nm . El haz láser se dirige al disco mediante un módulo de seguimiento optoelectrónico, que detecta si el haz se ha reflejado o dispersado.

Tipos de transferencia

Velocidad original

Las unidades de CD-ROM se clasifican con un factor de velocidad relativo a los CD de música. Si un CD-ROM de Modo 1 se lee a la misma velocidad de rotación que un CD de audio , la velocidad de transferencia de datos es de 150 Kbyte/s, comúnmente denominada "1×" (con velocidad lineal constante, abreviada "CLV" ). A esta velocidad de datos, la pista se mueve bajo el punto láser a unos 1,2  m/s. Para mantener esta velocidad lineal a medida que el cabezal óptico se mueve a diferentes posiciones, la velocidad angular varía desde aproximadamente 500 rpm en el borde interior hasta 200 rpm en el borde exterior. La clasificación de velocidad 1× para CD-ROM (150 Kbyte/s) es diferente de la clasificación de velocidad 1× para DVD (1,32 MB/s).

avances de velocidad

Cuando se aumenta la velocidad de giro del disco, se pueden transferir datos a mayor velocidad. Por ejemplo, una unidad de CD-ROM que puede leer a 8× de velocidad hace girar el disco entre 1600 y 4000 rpm, lo que da una velocidad lineal de 9,6  m/s y una tasa de transferencia de 1200 Kbyte/s. Por encima de 12× de velocidad, la mayoría de las unidades leen a velocidad angular constante (CAV, rpm constante) para que el motor no tenga que cambiar de velocidad mientras el cabezal busca un lugar en el disco. En el modo CAV, el número "×" indica la tasa de transferencia en el borde exterior del disco, donde es máxima. Se creía que 20× era la velocidad máxima debido a limitaciones mecánicas hasta que Samsung Electronics presentó el SCR-3230, una unidad de CD-ROM de 32× que utiliza un sistema de rodamientos de bolas para equilibrar el disco giratorio en la unidad y reducir la vibración y el ruido. En 2004, la velocidad de transferencia más rápida disponible era de aproximadamente 52× o 10 400 rpm y 7,62 MB/s. Las velocidades de giro más altas están limitadas por la resistencia del plástico de policarbonato con el que están hechos los discos. A 52×, la velocidad lineal de la parte más externa del disco es de alrededor de 65  m/s. Sin embargo, aún se pueden obtener mejoras utilizando múltiples lectores láser, como lo demuestra el Kenwood TrueX 72×, que utiliza siete haces láser y una velocidad de rotación de aproximadamente 10×.

La primera unidad 12× se lanzó a finales de 1996. [ 31 ] Por encima de la velocidad 12×, hay problemas con la vibración y el calor. Las unidades CAV proporcionan velocidades de hasta 30× en el borde exterior del disco con la misma velocidad de rotación que una estándar ( velocidad lineal constante , CLV) 12×, o 32× con un ligero aumento. Sin embargo, debido a la naturaleza de CAV (la velocidad lineal en el borde interior sigue siendo solo 12×, aumentando suavemente en el medio) el aumento real del rendimiento es menos de 30/12; de hecho, aproximadamente 20× de media para un disco completamente lleno, e incluso menos para uno parcialmente lleno.

Limitaciones físicas

Los problemas de vibración, debido a las limitaciones en la simetría y resistencia alcanzables en los soportes de producción en masa, han provocado que la velocidad de las unidades de CD-ROM no haya aumentado considerablemente desde finales de la década de 1990. Más de 10 años después, las unidades disponibles comúnmente varían entre 24× (unidades delgadas y portátiles, velocidad de giro de 10×) y 52× (normalmente unidades de CD y de solo lectura, velocidad de giro de 21×), todas utilizando CAV para alcanzar sus velocidades "máximas" declaradas, siendo las de 32× a 48× las más comunes. Aun así, estas velocidades pueden causar una lectura deficiente (la corrección de errores de la unidad se ha vuelto muy sofisticada en respuesta) e incluso la rotura de soportes mal fabricados o dañados físicamente, con pequeñas grietas que crecen rápidamente hasta convertirse en roturas catastróficas cuando se someten a una tensión centrípeta de 10 000–13 000 rpm (es decir, 40–52× CAV). Las altas velocidades de rotación también producen ruido indeseado debido a la vibración del disco, el flujo de aire y el propio motor del eje. La mayoría de las unidades de disco del siglo XXI permiten modos de baja velocidad forzados (mediante el uso de pequeños programas de utilidad) por motivos de seguridad, lectura precisa o silencio, y recurrirán automáticamente a estos modos si se producen numerosos errores de lectura secuenciales y reintentos.

Soluciones alternativas

Se probaron otros métodos para mejorar la velocidad de lectura, como el uso de múltiples haces ópticos, aumentando el rendimiento hasta 72× con una velocidad de giro de 10×, pero junto con otras tecnologías como los soportes grabables de 90 a 99 minutos, GigaRec y las grabadoras de discos compactos de doble densidad ( estándar Purple Book ), su utilidad quedó anulada por la introducción de unidades de DVD-ROM para el consumidor capaces de alcanzar velocidades de CD-ROM equivalentes a 36× (DVD 4×) o superiores. Además, con un CD-ROM de 700 MB completamente legible en menos de 2,5 minutos a 52× CAV, los aumentos en la tasa de transferencia de datos real tienen una influencia cada vez menor en la velocidad efectiva general de la unidad cuando se consideran otros factores como la carga/descarga, el reconocimiento del soporte, el arranque/parada del giro y los tiempos de búsqueda aleatoria, lo que resulta en una rentabilidad mucho menor de la inversión en desarrollo. Desde entonces, se ha observado un efecto de estratificación similar en el desarrollo de los DVD, donde la velocidad máxima se ha estabilizado en 16× CAV (con casos excepcionales entre 18× y 22×) y la capacidad en 4,3 y 8,5 GB (capa simple y doble), mientras que las necesidades de mayor velocidad y capacidad se satisfacen con unidades Blu-ray.

Clasificación de velocidad

Las unidades de CD grabables suelen venderse con tres velocidades diferentes: una para escritura única, otra para reescritura y otra para lectura. Normalmente, las velocidades se indican en ese orden; es decir, una unidad de CD de 12×/10×/32× puede grabar discos CD-R a 12× (1,76 MB/s), grabar discos CD-RW a 10× (1,46 MB/s) y leer CD a 32× (4,69 MB/s), si la CPU y el software del reproductor multimedia lo permiten.

Tabla de velocidad

Un episodio de MythBusters de 2003 afirma erróneamente que un CD que gira a "52×" velocidad gira a 30 000 revoluciones por minuto (rpm). [ 37 ] Este error de cálculo se debe a que se asume una velocidad lineal de 52× en el borde interior del área de datos del disco, lo que de hecho alcanzaría velocidades peligrosas de más de 25 000 rpm; por lo tanto, las unidades ópticas nunca hacen girar los discos a tales velocidades. En realidad, una velocidad de "52×" equivale aproximadamente a 10 000 rpm , dado que las unidades se anuncian con sus velocidades angulares . La velocidad angular se mide como la velocidad lineal en el borde más externo del disco, donde la velocidad lineal (y, por consiguiente, la tasa de transferencia de datos) es aproximadamente 2,5 veces mayor que en el borde más interno del área de datos. [ 32 ]

Los distribuidores de software, y en particular los de videojuegos, suelen utilizar diversos sistemas de protección anticopia para impedir que el software se ejecute desde cualquier soporte que no sean los CD-ROM originales. Esto difiere de la protección de los CD de audio, ya que generalmente se implementa tanto en el soporte como en el propio software. El CD-ROM puede contener sectores "débiles" para dificultar la copia del disco, así como datos adicionales que pueden ser difíciles o imposibles de copiar a un CD-R o una imagen de disco, pero que el software verifica cada vez que se ejecuta para garantizar que haya un disco original y no una copia no autorizada en la unidad de CD-ROM del ordenador.

Los fabricantes de grabadoras de CD ( CD-R o CD-RW ) son alentados por la industria musical a garantizar que cada unidad que producen tenga un identificador único, que será codificado por la unidad en cada disco que grabe: el RID o Código de Identificación de la Grabadora. [ 38 ] Este es el equivalente al Código de Identificación de la Fuente (SID), un código de ocho caracteres que comienza con " IFPI " y que generalmente se imprime en los discos producidos por las plantas de grabación de CD.

Véase también

Notas

  1. ↑ El sistema de corrección de errores CIRC utilizado en el formato de audio CD tiene dos capas entrelazadas.
  2. ↑ A tres cifras significativas .

Referencias

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