CD - Rom DVD - Rom

CD - Rom DVD - Rom

CD-ROM :

1979 erfanden Philips und Sony die Compact-Disc. Sie dient zur Speicherung von Ton und Bild in analoger Form.

1983 wurde die CD-ROM in Europa eingeführt. Im selben Jahr wurden 380000 CD`s verkauft.

Die erste Fassung der CD-ROM heißt "Golden Master". Die Daten der Golden Master werden auf eine hochpolierte Glasscheibe (wie ein Spiegel in einem Weltraumteleskop) die sogenannte "Glasmaster" übertragen. Die "Glasmaster" wird mit einer lichtempfindlichen Substanz beschichtet, danach werden alle CD-Rom-Daten per Laserstrahl in diese Schicht geschossen. Der Raum in der die "Glasmaster" produziert wird, muß vollkommen steril sein, da das kleinste Staubkörnchen einen Fehler auf der CD-ROM verursachen. Die "Glasmaster" dient nur als ein Modell für den sogenannten "Stamper", der aus Nickelmetall gemacht wird. In einer Spritzgussmaschine wird Plastikgranulat durch Erhitzen flüssig gemacht und auf den Stamper gespritzt. Wenn das Plastik abkühlt, entsteht eine durchsichtige Scheibe, auf der sich die Daten befinden. Diese Scheibe kann allerdings noch nicht vom Laufwerk gelesen werden, denn der Laserstrahl würde einfach durch die CD durchgehen. Deshalb wird sie mit einer Spiegelschicht aus Aluminium bedampft und danach mit einem Schutzlack versehen. Eine CD-ROM hat einen Durchmesser von 12 cm und ist 1.2 mm dick.

Das Prinzip der CD-ROM ist relativ einfach: Ein Laserstrahl dringt durch das Trägersubstrat aus Polycarbonat und trifft auf die aufgebrachte Aluminiumschicht. Diese Schicht enthält in spiralenförmiger Bahn kleine Vertiefungen "PITS". Ein Pit hat 0.1 Mikrometer Tiefe, 0.5 Mikrometer Breite, 1Mikrometer Länge.Bereich ohne Pits nennt man  "LAND". Trifft der Laser auf "Land" ,so reflektiert ihn das Aluminium in Richtung eines Fototransitors. Trifft der Laser jedoch auf ein "Pit", wird der Laserstrahl so abgelenkt das der Strahl den Lichtempfänger nicht erreicht. Dieses simpel codierte Muster wertet eine aufwendige Elektronik aus, welche die ursprünglichen Daten und Dateien wieder zusammensetzt.

Würde eine CD-ROM für ein Bit nur jeweils einen Wechsel zwischen Vertiefung nutzen, so hätten die meisten CD-ROMs keine Chance: Schon kleine Kratzer, die ein Auslesen der CD behindern, würden die gespeicherten Information zerstören. Aus diesem Grunde arbeitet die CD mit einem bestimmten Muster: Wechseln sich Pits und Lands regelmäßig ab, so erkennt die Elektronik fortlaufende logische Nullen. Erst wenn dieses Muster einmal unterbrochen wird, realisiert sie eine logische 1.

Die bereits angeführte Spirale aus Pits und Lands liest die CD-ROM von innen nach außen. Diese Organisation ergibt bei schnelleren Laufwerken das Problem, daß die Datenübertragungsrate von innen nach außen schnell ansteigt, da die Abstände zwischen den Pits und Lands gleichbleiben aber eine äußere Spur zwangsläufig länger ist als eine innere.

Soll ein CD-ROM unter alle Umständen eine konstante Übertragungsrate liefern, dann müßte man die CD-ROM verschieden schnell rotieren lassen: Liest der Kopf im Inneren der Scheibe, so dreht man sie etwas schneller, in den Außenbezirken dagegen langsamer. Viele Laufwerke nutzen diese variable Drehzahl: Die Technologie heißt entsprechend Constant Linear Velocity (CLV). Allerdings hat das Ganze auch Nachteile: Der Motor des Laufwerks hat die Scheibe ständig zu beschleunigen und abzubremsen, je nachdem , welche Spur der Laser ansteuert. Das führt auf der einen Seite zu Vibrationen, andererseits zu Wartezeiten , denn der Lesekopf wird erst aktiv, wenn die Drehzahl der CD annähernd stimmt.

Aus diesem Grund etablierte sich eine zweite Technologie namens Constant Angular Velocity (CAD). Sie dreht die CD-ROM immer im gleichen Tempo, egal wo sich der Kopf gerade befindet. Die Folge sind höhere Datenübertragungsraten aus den äußeren Bereichen der Scheibe.

Um diesen Effekt etwas zu mildern, begann man schließlich einen Kompromiß einzuführen: Partitial CAV. Hier dreht sich die CD so lange mit konstanter Geschwindigkeit bis der Laser auf die äußeren 20 Prozent der Spur zugreift. Dort senkt der Motor automatisch die Umdrehungszahl. Das Ergebnis sind vergleichsweise hohe Übertragungsraten, die trotzdem nicht allzu drastisch von einem Mittelwert abweichen.

Auf der Spirale einer CD-ROM sitzen Sektoren, die rund 2 Kilobyte Nutzdaten enthalten. Allerdings stecken darin noch eine Reihe von Bytes, die bei der Synchronisation der Zugriffe und der Fehlerkorrektur eine große Rolle spielen, da sich aus den Pits und Lands ein Abbild ergibt, das unter anderem viele Informationen zur Fehlerkorrektur enthält. Um letzten Endes 1 Kilobyte an den Rechner zu liefern, liest das Laufwerk fast das Vierfache an Daten ein. Diese eingebaute Sicherheit ist dringend nötig: Bereits eine recht neue CD-ROM kann Spuren von Klebstoff oder Fingerabdrücke tragen. Hinzu kommen später Staub und die unvermeidlichen Kratzer. Die Logik der Fehlerkorrektur muß nun in der Lage sein, diese Fehler, die die Reflektion des Laserstrahls stören, mit Hilfe der Sicherheitsinformationen herauszurechnen. Das Problem dabei: Für die Berechnung des ursprünglichen Bitmusters aus den beeinträchtigten Informationen bleibt der Fehlerkorrektur immer weniger zeit, denn die Daten ziehen bei höheren Drehzahlen zunehmend schneller am Laser vorbei.

Doch auch an dieser Stelle wenden praktisch alle aktuellen Laufwerke einen Trick an: Sie schalten die Umdrehungszahlen der CD-ROM herunter, wenn die Fehlerkorrektur nicht mehr mitkommt. Bei niedrigerem Tempo versucht es die Logik dann noch einmal - mit etwas mehr Zeit. In Tests kann man dabei beobachten, daß die Datenübertragungsrate von oft rund 3600 Kilobyte je Sekunde (24faches CD-ROM-Laufwerk) auf mitunter weniger als 100 Kilobyte in der Sekunde zurückgeht (langsamer als Singel-Speed-CD-ROM-Laufwerk).Ein Singel-Speed-Laufwerk hat eine Übertragungsrate von 150 Kilobyte pro Sekunde.

Dieses Verhalten schlägt sich natürlich auf das allgemeine Tempo des Laufwerks nieder. Wenige Laufwerk schalten nach einem erkannten Fehler wieder zum maximalen Tempo hoch, was aus dem 24fach-Laufwerk durchaus eine Singel-Speed-Laufwerk machen kann. Jedoch die meisten schaffen die Rückkehr zum maximalen Tempo. Einige wenige Modelle arbeiten jedoch mit einer Spitzentechnologie in der Logik: Sie gehen selbst über tiefe Kratzer mit vollem Tempo hinweg, als wären sie gar nicht vorhanden - ohne einen Fehler an das Betriebssystem zu melden.

Doch das ist nicht unbedingt immer so: Bei maximalem Tempo kapitulieren viele Modelle und steigen in Sachen Fehlerkorrektur völlig aus. Das bedeutet im Ernstfall, daß Anwendungen nicht installierbar sind oder daß man keine Daten einlesen kann, weil das Laufwerk einen ganzen Sektor nicht zu lesen vermag. An dieser Stelle hilft mitunter ein simpler Trick: Man versucht, die angeknackste CD-ROM auf einem sehr langsamen Laufwerk zu lesen, beispielsweise mit Vierfach-Speed. Funktioniert das Ganze dort, dann können Sie die gesuchten Daten entweder auf die Platte kopieren oder, wenn ein CD-ROM-Brenner vorhanden ist, eine Sicherheitskopie der lädierten Scheibe anlegen.

Das CD-ROM -Laufwerk besteht aus einem stabilen Rahmen, den eine Blechhülle kapselt. Drinnen steck ein meist weichgelagerter Motorblock, der einen Schrittmotor zum Antrieb der Scheibe, einen zweiten Motor für den Vorschub des Lesekopfes und einen dritten für das Aus- und Einfahren der Schublade enthält. In diesen Motorblock wird die CD-ROM zur Spindel und ihrem Andruckmechanismus transportiert oder von dort wieder ausgeworfen. Dann ist noch eine größere Platine in dem CD-ROM-Laufwerk enhalten, welche die gesamte Elektronik enthält. Zum Beispiel: die Motorsteuerung, die Fehlerkorrektur und weitere Feinheiten. Das aufwendige an dieser Mechanik besteht im Andruckmechanismus, der die CD mit einem kleinen Teller fixiert und gegen das zweite Lager an der Oberseite des Gehäuses drückt. Darüber hinaus gleitet der Schlitten mit dem Laser meist auf zwei Stahlschinen, die so präzise ausgeführt werden müssen, daß der Schlitten nicht verkanntet oder in seiner Führung klappert. Der eigentliche Lesevorgang basiert auf dem Prinzip einfacher Reflektion. Dazu führt der Kopfschlitten die Laseroptik knapp unterhalb der rotierenden CD-ROM entlang im rechten Winkel zu den Windungen der Datenspirale. Die Zeit, die diese Positionierung benötigt, wirkt sich grundlegend auf die Zugriffsgeschwindigkeit des Laufwerkes aus: Aktuelle Modelle sind in der Lage angeforderte Daten nach einer mittleren Zugriffszeit von weniger als 80 Millisekunden an die Schnittstelle zu liefern. Das setzt voraus, das die Schlittenmechanik nicht nur schnell, sondern auch sehr genau arbeitet. Dazu trägt der Präzisionsantrieb bei; doch auch die Führungsschinen aus Stahl mit einer sehr glatten Oberfläche sind an der schnellen Positionierung beteiligt.

Bei den hohen Drehzahlen von Laufwerken mit 16fachem bis 24fachem Tempo entsteht zwangsläufig ein Problem: Hat die CD eine Unwucht, sitzt die Bohrung also nicht hundertprozentig in der Mitte oder differiert die  Materialstärke leicht, dann fängt das Laufwerk stark zu rütteln an. Davon abgesehen, daß eine solche Vibration die Nerven der Anwender belastet: Sie kann auch dazu führen, daß der Laserkopf aus seiner Justierung gerät und das Laufwerk damit praktisch unbrauchbar wird. Die Maßnahmen gegen diesen Effekt sind einfach: Einerseits lagert der Hersteller die Mechanik im Innern des Gehäuses nochmals "schwimmend", also auf Gummipolstern oder Kunststoffen. So überträgt sich eine Schwingung nicht so stark auf die restliche Mechanik und den Rechner. Andererseits wird der antreibende Schrittmotor nicht nur verstärkt ausgeführt, sondern seine Spindel erhält im Gegensatz zu früheren Laufwerken eine zweite Lagerung. Sie fixiert jene Spindel nach dem Einlegen der CD-ROM, so daß die Scheibe zwischen einem oberen und einem unteren Lager rotiert. Diese stabilere Halbierung fängt einiges an Schwingungen ab.