CD-ROM

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CD-ROM (auch CDROM) ist die Abkürzung für Compact Disc Read-Only Memory. Eine CD-ROM speichert digitale Daten dauerhaft. Sie ist nach der Audio-CD die zweite Anwendung der Compact Disc.

CD-ROM in Nahaufnahme

[Bearbeiten] Einleitung

Speichermedium

Allgemeines
Name	Compact Disc Read-Only Memory
Abkürzung	CD-ROM
Ursprung
Erfindungsjahr	1979
Erfinder	Philips + Sony
Lesegeschwindigkeit (1x)	150 KiB/s (Nutzdaten, bei CD-ROM Mode 1)
Daten
Größe	12 cm × 1,2 mm
Speicherkapazität	650 bis 900 MiB
Schnellste Schreibgeschwindigkeit	52x (7,8 MB/s)
Schnellste Lesegeschwindigkeit	72x (10,8 MiB/s)
Lebensdauer (in Jahren)	10 bis 50

Rohling Datenschicht

CD-Brenner

CD-ROM-Mechanik

Eine CD-ROM speichert zwischen 650 MiB (entspricht 74 Minuten Musik – den herkömmlichen Audio-CDs) und 900 MiB (100-Minuten-CDs, die aber nicht in allen CD-Brennern beschrieben und nicht in allen CD-Laufwerken gelesen werden können).

Fast alle heutigen Computersysteme verfügen über ein CD-ROM-Laufwerk, mit dem die Daten gelesen werden können. Die CD-ROM ist eines der wenigen Speichermedien, die von verschiedenen Computersystemen gelesen werden können, vorausgesetzt die Daten wurden nach der ISO-9660-Norm aufgezeichnet. Andere verbreitete Dateisysteme für CD-ROM sind zum Beispiel Rockridge (UNIX) und Joliet (Windows). Unterstützt eine CD-ROM die El Torito-Spezifikation, so ist sie ein bootfähiges Medium. Alle diese Spezifikationen setzen jedoch auf der ISO 9660-Norm auf.

Die erste CD wurde 1979 auf einer Messe in Tokio vorgestellt. Die CD-ROM ist das zur Zeit am weitesten verbreitete Medium zum Verteilen von Daten und Software.

Die CD-ROM ist eines der offiziellen CD-Formate, die in den so genannten „Bunten Büchern“ (Rainbow Books) spezifiziert sind, im Falle von CD-ROM im „Yellow Book“ (= Daten-CDs) und „Orange Book“ (= beschreibbare CD-Formate mit Multisession-Fähigkeit). Nur wenn die dort beschriebenen Spezifikationen eingehalten werden, darf die CD-ROM das von Philips vergebene offizielle Compact Disc-Logo tragen. Es existieren weitere spezielle Formate, z. B. CD-ROM XA, CD-Extra, CD-i usw. Da bei der Herstellung von CD-ROM (und deren Derivate) bestimmte Patente von Philips und/oder Sony genutzt werden, ist zu prüfen, ob dafür von den Patentrechtsinhabern Lizenzgebühren verlangt werden. Die Herstellung und der Vertrieb von unlizensierten CD-ROMs kann in Deutschland oder anderen Ländern durch die Patentinhaber oder staatliche Stellen verfolgt oder verboten werden.

[Bearbeiten] Aufbau des Datenträgers

Als Trägermedium verwendet man hier eine Kunststoffscheibe (aus Polykarbonat) mit einem Durchmesser von 12 cm und einer Stärke von 1,2 mm. Auf dieser Scheibe befindet sich, analog zur Schallplatte, eine spiralförmig verlaufende Datenspur. Die Informationsträger sind auch hier kleine Vertiefungen, die sogenannten „Pits“ und „Lands“, welche im Maßstab gegenüber der Schallplatte jedoch um ein Vielfaches verkleinert wurden, unterschiedlich lang sind und so konzipiert wurden, dass sie mit Hilfe eines Laserstrahls ausgelesen werden können. Der Wechsel von „Pit/Land“ bzw. „Land/Pit“ bildet eine 1, gleich bleibende Struktur „Land/Land“ oder „Pit/Pit“ eine 0. Daraus folgt, dass keine Darstellung von zwei aufeinanderfolgenden 1en möglich ist. Daher ist eine Umkodierung notwendig, welche mit der 8-zu-14-Modulation realisiert wird. (Mit weiteren 3 Merge-Channelbits getrennt ergeben sich 17 Kanalbits für ein Datenbyte.) Die „Tonspur“ (Datenspur) verläuft hier von innen nach außen. Am Anfang der Datenspur ist ein Inhaltsverzeichnis gespeichert. Bei Musik-CDs gibt dieses Inhaltsverzeichnis die Anzahl der Musiktitel, die Einspieldauer und die Gesamtspieldauer an. Bei Daten-CDs sind dort nicht die Positionen der Dateien und Verzeichnisse gespeichert, sondern nur die Positionen der Tracks, welche ihrerseits normalerweise ein Dateisystem (mit Positionen der Dateien und Verzeichnisse) enthalten. (Siehe auch Dateisystem oder CDFS.)

Die Drehzahl wird abhängig von der Stellung des Abtastsystems auf der spiralförmigen Spur reguliert, um eine gleich bleibende Datenabtastung zu gewährleisten. So wird vom Abtastsystem innen die Drehzahl etwa auf 520 U/min und außen etwa auf 210 U/min eingestellt. Bei einfacher CD-Geschwindigkeit werden etwa 150 KiB (CD-ROM Mode 1) bis 172,3 KiB (Audio-CD) Nutzdaten pro Sekunde ausgelesen. Dazu kommen noch Zusatzinformationen für Fehlerkorrektur, Codierung und Synchronisation.

[Bearbeiten] Lebensdauer

Die Frage, wie lange die Daten effektiv gelesen werden können, ist offen. Schätzungen schwanken zwischen 10 und 50 Jahren, wobei die Alterung sehr stark von Temperaturschwankungen abhängig ist; auch Sonnenlicht lässt die Medien sehr viel schneller altern. Sicher ist, dass Daten auf CD-ROM bedeutend kürzer als auf Papier oder Pergament halten. Man geht davon aus, dass eine optimale Lebensdauer durch Lagerung bei konstant 20 Grad Celsius in absoluter Dunkelheit erreicht werden kann.

[Bearbeiten] Herstellung

Eine CD-ROM besteht aus einem Kunststoffträgermaterial mit Aluminiumbeschichtung. Die digitale Information wird auf einer spiralförmigen Spur aufgebracht. Es werden stellenweise Vertiefungen in die Beschichtung gepresst, so genannte Pits. Diese reflektieren etwas früher als die unbeschädigten reflektierenden Stellen, die Lands genannt werden, da die CD-ROM von der Oberseite gepresst werden und von der Unterseite gelesen werden. Somit sind die Pits von der Lese-Seite nicht als Vertiefungen sichtbar, sondern als Hügel. Die Übergänge von Land zu Pit, und umgekehrt, reflektieren das Licht nicht. Beim Lesen tastet ein schwacher Laserstrahl die gespeicherte Information ab.

Die industrielle Herstellung einer CD-ROM beginnt mit dem Premastering. Dabei werden die auf einer CD-ROM zu speichernden Daten zusammengestellt, der dazugehörige Fehlererkennungscode (EDC/Fehlerkorrektur) wird berechnet. Der Fehlererkennungscode dient zum Beseitigen von Fehlern beim Lesen einer CD-ROM durch ein spezielles Korrekturverfahren (CIRC, Cross-Interleaved Reed-Solomon Code). Beim Premastering werden den eigentlichen Nutzdaten auch noch Synchronisationsbytes und Headerinformationen vorangestellt.

Beim nächsten Produktionsschritt, dem Mastering, werden mit Hilfe eines starken Laserstrahles die Daten vom Premastering auf eine photoresistente Schicht übertragen, ausgewaschen und versilbert. Das Negativ einer CD-ROM, ein so genannter Glasmaster entsteht. In den meisten Fällen wird der Glasmaster vor der CD-ROM-Herstellung mit Nickel galvanisiert, der so genannte „Vater“ entsteht.

Die eigentliche CD-ROM-Herstellung (Pressung) erfolgt in einem Spritzgussverfahren (genau: Spritzprägen). Das Ausgangsmaterial, flüssiges Polycarbonat, wird mit Hilfe des Masters in eine Form gepresst, anschließend mit Aluminium beschichtet und versiegelt. Meist wird noch ein CD-Label im Siebdruckverfahren auf die Oberseite der CD-ROM aufgetragen.

[Bearbeiten] Normen und Standards

ISO/IEC 10149, basiert auf dem Standard ECMA-130.

[Bearbeiten] Spezielle Arten und Formate

CD-DA (Compact Disc Digital-Audio) – klassische Audio-CD
CD-i (Compact Disc Interactive) – inzwischen veraltetes Multimedia-Format
CD-R (Compact Disc Recordable) – übliche, einmal beschreibbare CD-ROM
CD-RW (Compact Disc ReWritable) – mehrfach lösch- und wiederbeschreibbare CD
DVD (Digital Versatile Disc) – Nachfolgeformat mit vielfacher Speicherkapazität

ISO 9660 - bei der CD-ROM übliches Dateisystem
UDF (Universal Disk Format) – plattformunabhängiges Dateisystem für optische Medien, welches ISO 9660 ergänzt

[Bearbeiten] Sonstiges

Ursprünglich sollte die Kapazität nach Planung der Erfinder 60 Minuten Musik betragen und somit einen Durchmesser von genau 10 Zentimeter haben, die CD-ROM könnte somit in die Brusttasche eines Hemdes gesteckt werden. Die willkürlich erscheinenden 74 Minuten entstanden angeblich, weil Mitglieder der japanischen Entwicklungsfirma gerne die 9. Sinfonie von Ludwig van Beethoven hörten, die jedoch 74 Minuten lang ist, und deshalb nicht auf einer Audio-CD Platz gefunden hätte. So entschieden sich die an der Entwicklung beteiligten Firmen Sony und Philips dafür, die geplante Kapazität zu erweitern. Die CD-ROM hat somit einen Durchmesser von ca. 12 Zentimeter.

Das Loch in der Mitte der CD-ROM hat seinen Ursprung in der Größe einer alten niederländischen 10-Cent-Münze. Diese hatten die Entwickler von Philips ständig in ihrem Geldbeutel. Die Größe des Durchmessers dieser Münze schien für die Anwendung ideal zu sein.