Ответ на этот вопрос искал (и нашёл) руководитель отдела междисциплинарных проектов Политехнического музея, компьютерный инженер Алексей Бутырин.

###SLIDER-photo
$image

$source
$slide-end ###

Пластинки

Читатели, заставшие расцвет грамзаписи или увлекающиеся винтажной музыкой, прекрасно представляют, с чего начинается проигрывание грампластинки. Нужно подвести тонарм — рычаг со считывающей головкой и иглой — к краю пластинки и аккуратно, вручную либо с помощью микролифта, опустить на вводную дорожку. Игла попадёт в спиральную канавку и будет следовать ей до конца записи.

Однако некоторые исторические проигрыватели были рассчитаны на воспроизведение пластинок от центра к краю! Например, такую систему вначале продвигала фирма Патэ (Pathé) — кстати говоря, подарившая нам слово «патефон». Конкурируя с производителями граммофонов, в Патэ всё делали по-своему: и пластинки у них игрались в другую сторону, и вместо иглы использовался стилус с сапфировым шариком, и колебался он не влево-вправо, а вверх-вниз.

###SLIDER-photo
$image Патефон «Пате» Политехнический музей.jpg
$source Патефон «Пате», 1910–1914 гг
$slide-end ###

Но всё-таки будущее оказалось за граммофонной схемой. Если записывать звук ближе к краю пластинки, при равном числе оборотов игла будет двигаться по дорожке быстрее — иначе говоря, будет выше её линейная скорость. Это позволяло передавать более высокие частоты и в конечном счёте повышало качество звучания. К тому же подводить тонарм к краю, а не к середине быстро вращающейся пластинки просто удобнее.

Также проигрывание пластинки от края к центру позволяло использовать простые механизмы автостопа. Когда игла переходила на выводную дорожку и устремлялась к «яблоку» (круглой наклейке в центре пластинки), проигрыватель останавливал двигатель и поднимал тонарм — чтобы зря не расходовать ресурс игры и энергию. Если бы записи заканчивались на разном расстоянии от центра, механизмы автостопа были бы устроены сложнее.

Компакт-диски

На первый взгляд, у компакт-дисков много общего с грампластинками. Но воспроизводятся они от центра к краю. Оригинальный стандарт на Audio CD не даёт однозначного ответа на вопрос, почему это было сделано так. Большинство специалистов сходятся, что это позволило не включать в конструкцию проигрывателей механизм поиска начала дорожки.

###SLIDER-photo
$image Схема записи на CD-R.jpg

$source Схема записи информации на компакт-диск типа CD-R
$slide-end ###

Стандарт, принятый ещё в 1980 году, изначально допускал, что диски могут быть разного диаметра. Со временем появились даже диски (если можно так их называть) некруглой формы — например, в виде визитной карточки. Но если на дорожку грампластинки иглу ставит человек, для которого эта операция не составляет труда, то в оптических проигрывателях пришлось бы внедрять специальную систему, которая сначала искала бы край диска. Что же касается линейной скорости, она в компакт-дисках не влияет на частотный диапазон, поскольку это цифровые носители, и вращаются они с переменной угловой скоростью — и постоянной линейной.

###SLIDER-photo
$image Компакт-диск визитная карточка.jpg

$source Компакт-диск в габаритах визитной карточки
$slide-end ###

Кстати, в дальнейшем стало понятно, что эта особенность звуковых CD удобна для портативных дисковых плееров. Они питались от разряжающихся аккумуляторов. Но поскольку обороты диска по мере его проигрывания снижались, плееру нужно было тратить на его вращение всё меньше энергии — а у вас было больше шансов дослушать любимый альбом до конца.

###SLIDER-photo
$image Sony D-50.jpg

$source Sony D-50 — первый портативный CD-плеер, 1984
$slide-end ###

Ещё один косвенный аргумент, подтверждающий удачность изначального решения, заключается в том, что такое направление записи снижает риск потери данных. С компакт-дисками не всегда обращались аккуратно. При этом, как правило, больше страдали периферийные участки. Если же информация записана ближе к центру, её с большей вероятностью удастся прочитать без потерь.

Когда появились диски CD-R и CD-RW, которые можно было записывать самостоятельно, принцип заполнения от центра к краю сохранился. Те, кто активно пользовался этими носителями лет 10–15 назад, наверняка обращали внимание, что после записи файлов вокруг центрального отверстия появлялся кольцевой участок, отличающийся от остального диска по цвету.

***

Стандарты, принятые людьми, не имеют силы физических законов, и при необходимости от них можно отступать. Известны как минимум два типа оптических дисков, в которых запись осуществлялась в обратную сторону — от края к центру! Первый из них — это диски для игровой приставки Xbox. Её разработчики прибегли к такому решению из соображений производительности: оптический привод, установленный в Xbox, обладал постоянной угловой скоростью вращения, и данные с периферийных частей дорожки считывались быстрее. Создатели приставки воспользовались этим, чтобы увеличить скорость загрузки игр. При этом возможность чтения обычных CD и DVD у привода тоже сохранялась.

###SLIDER-photo
$image Xbox от Microsoft.jpg

$source Игровая приставка Xbox от Microsoft, 2001
$slide-end ###

Второе исключение из правил — это двухслойные DVD, на которых распространялись фильмы в высоком качестве. Фактически один и тот же диск записывался в обоих направлениях сразу: нижний слой — в прямом, верхний — в обратном. Это было сделано для бесшовного перехода между частями фильма, записанными на разных слоях. Когда первая часть заканчивалась, не нужно было ждать, пока головка с лазером переместится в начальную позицию, — привод просто переходил к считыванию второго слоя с той же точки. А вот на двухслойных DVD-ROM, то есть DVD с данными общего назначения, оба слоя записывались от центра к краю.

***

Отвечая на вопрос подписчика, нельзя не упомянуть и третий важнейший тип дисков — жёсткие. У них тоже есть свои особенности. Данные на жёстких дисках записаны не в виде одной спиральной дорожки, а в виде множества концентрических. Конструкция диска позволяет производить запись и чтение с любого места — иными словами, это носитель с произвольным доступом. Но с точки зрения скорости выгоднее располагать данные ближе к краю магнитной пластины. Жёсткие диски вращаются с постоянной угловой скоростью — как правило, 7200 оборотов в минуту. Количество секторов с данными на дорожке тем больше, чем она длиннее. Возле края диска за одно и то же время головка может считать и записать больше данных, чем возле центра. И операционные системы, работающие с жёсткими дисками, стремятся размещать файлы ближе к краю магнитной пластины.

Опытные пользователи ПК знакомы с таким понятием, как дефрагментация. В ходе этой сервисной процедуры данные, относящиеся к каждому файлу, перезаписывались не просто в идущие друг за другом секторы диска, но и по возможности ближе к его краю — для повышения скорости. Впрочем, всё это актуально только для классических магнитных жёстких дисков (HDD), которые постепенно выходят из использования. Твердотельные накопители (SSD) организованы совсем по-другому, и ни края, ни центра у них нет.

***

Резюмируя этот длинный ответ, можно сказать: направление записи на пластинки и компакт-диски определялось в первую очередь соображениями качества звука и простоты конструкции. Но в особых случаях — скажем, для обхода патентных ограничений или для получения максимальной скорости — эти принципы можно было и нарушить.

Если у вас тоже есть вопрос к учёным об устройстве человека или мира, задайте его в комментариях или по почте question@polytech.one

Почему грампластинки проигрываются от края к центру, а компакт-диски — от центра к краю?