Einleitung - In den 80er Jahren begann die CD ihren Siegeszug über Schallplatten und Musikkassetten, um Anfang der 90er auch bei Computersystemen Anwendung zu finden. Die Vorteile dieses digitalen Mediums liegen auf der Hand: Hohe Datensicherheit, relativ schneller Zugriff auf jeden Bereich des Mediums, geringes Gewicht, unabhängig gegenüber störenden elektromagnetischen Feldern und günstige Produktionskosten suchen ihresgleichen. Weit verbreitet sind CD-ROM-Laufwerke, die nur zum Lesen ausgelegt sind (ROM: Read-Only Memory). Eine Standard-CD-ROM kann bis zu 650 MByte Daten oder 74 Minuten Audio fassen. Doch viele Laufwerke sind heute bereits in der Lage, mehr Daten aufzuzeichnen, vorausgesetzt man hat das passende Medium dazu. 700 MByte oder 80 Minuten sind keine Seltenheit mehr. Nur noch ältere Laufwerke machen bei diesen Überlängen Schwierigkeiten. Mit der Einführung von CD-Recordern begann der zweite Siegeszug der CD. Besonders im Heim-PC sind die Brenner zur Normalität geworden.
Geschichtliches: Die ersten CD-ROM-Laufwerke Herkömmliche Disketten boten mit 1,2 oder 1,44 MByte Speicherkapazität auf Dauer zu wenig Platz. Vor dem Zeitalter der Daten-CD kam es hin und wieder vor, dass man für eine Installation eines Textverarbeitungsprogrammes schon einmal 30 Disketten benötigte. Als Datenträger für kommerzielle Software war die CD deshalb wie geschaffen. Der Herstellungsprozess ist de facto identisch mit dem einer Musik-CD, was die Kosten im Rahmen hält. Das erste CD-ROM-Laufwerk für den PC stammte von Mitsumi und arbeitete mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie ein Musik-CD-Player. Die daraus resultierende Übertragungsrate beträgt 150 Kilobyte pro Sekunde und wird umgangssprachlich mit 1X bezeichnet. Wenn Sie heute ein Laufwerk mit 40X oder 50X kaufen, dann ist dies das Vielfache jener 150 KByte/s. Beispiel: "40X" bedeutet eine maximale Übertragungsrate von 6000 KByte/s (40 x 150 KByte/s). Eines der bekanntesten CD-ROM-Laufwerke der zweiten Generation war das Mitsumi FX001-D (das "D" steht für Double-Speed). Die Übertragungsleistung wurde durch Verdoppelung der Umdrehungsgeschwindigkeit ebenfalls verdoppelt und lag nunmehr bei 300 KByte/s (2X). Auch die Zugriffszeit konnte man auf eine Viertelsekunde (250 ms) reduzieren. Auf der reflektierenden Substratsschicht jeder CD befindet sich eine Spur, die von innen nach außen reicht. Diese enthält sogenannte Pits und Lands (Vertiefungen). Sie repräsentieren logisch gesehen die digitalen Einser und Nullen. Durch die Pits und Lands wird der Laserstrahl unterschiedlich abgelenkt. Die reflektierten Informationen werden über ein Prisma dem eigentlichen Lesemodul, einer fotoelektrischen Zelle, zugeführt. In der Fotozelle werden die optischen Signale in elektrische umgewandelt, danach elektronisch aufbereitet und über die ATAPI- oder SCSI-Schnittstelle dem Motherboard des Rechners zugeleitet.
CD-ROM-Standards - Auch wenn alle CDs anscheinend gleich aussehen: Das Aufzeichnungsformat kann sich grundlegend unterscheiden. Für jedes Format gibt es international gültige Standards, die sogenannten Regenbogenbücher. Wir beschreiben die einzelnen Standards kurz in chronologischer Reihenfolge:
- RED BOOK: CD-DA - Rot ist die Farbe für den verbreitetsten Standard, nämlich die Audio- oder Musik-CD. Sie wurde 1982 von Philips ins Leben gerufen und erfreut sich noch heute ungebrochener Beliebtheit.
- YELLOW BOOK: CD-RAW, CD-XA - 1985 wurde der Standard für Daten-CDs abgesegnet. Das Yellow Book beschreibt die Art und Weise, wie Daten auf einer CD gespeichert sind. Dabei kann es Untertypen geben (sogenannte Sub-Books), die beispielsweise im CD-XA-Standard Verwendung finden. Praktisch jedes CD-ROM Laufwerk beherrscht heute XA.
- GREEN BOOK: CDi - Zwei Jahre später, 1987, entstand die CDi. Dabei handelt es sich um einen Standard namens "Computer Disc Interactive". Er sollte dem Kunden mehr Möglichkeiten bescheren und war für die Verwendung in Set-Top-Geräten im Hifi-Bereich gedacht. Dieses Multimedia-Format ermöglicht beispielsweise die Steuerung über eine komfortable Menüführung statt über die klassische Tipptastenbedienung.
- Photo-CD - Sie können mittlerweile in vielen Fotogeschäften Ihre Urlaubsbilder auf eine CD-ROM bannen. Eigens dafür hat man diesen Standard geschaffen, der jedoch mit steigender Verbreitung von CD-Recordern wenig Verwendung fand.
- ORANGE BOOK: CD-R - Orange Book ist der Standard für CD-R und CD-RW (CD-Recordable und CD-Rewritable), also für einfach und mehrfach beschreibbare CDs. Es gibt ihn zwar auch schon seit 1991, doch erst Mitte der 90er konnten sich CD-Recorder langsam durchsetzen. Der Grund für diesen Dornröschenschlaf waren die damals noch extrem hohen Preise, kaum ein Endkunde wollte diese bezahlen. Der Vollständigkeit halber wollen wir noch die drei Untertypen des Orange Books erwähnen: CD-MO war für magneto-optische Medien gedacht, fand aber keine Anwendung. Orange Book Teil II definiert den Standard für einfache CD-Rs, Orange Book III für CD-RWs. In den Standards sind die Anforderungen an Recorder, Medien sowie die Art und Weise der Aufnahme festgelegt.
- BLUE BOOK: CD Extra - Dieser Standard erlaubt es, sowohl Musik- als auch Computerdaten gemeinsam auf einer CD-ROM unterzubringen. Dabei sind die Daten auf dem Medium physisch voneinander getrennt. Musikdaten müssen dabei immer an erster Stelle stehen, damit man die Disc auch auf normalen CD-Playern wie gewohnt verwenden kann. Am PC wäre die Reihenfolge theoretisch egal, da ein Multi-Session-Laufwerk auch damit zu recht käme. Eine sogenannte Mixed-Mode-CD entspricht im Wesentlichen dem CD-Extra-Standard, nur dass die Musik-Tracks nach der Datenspur gespeichert sind.
- WHITE BOOK: Video-CD - 1993 gesellte sich noch der Standard für Video-CDs zu der inzwischen langen Liste an Möglichkeiten. Die Daten auf einer Video-CD liegen im MPEG-1 Format vor und können somit auch an jedem PC mit geeigneter Software wiedergegeben werden. White Book war vornehmlich für Hifi-Geräte vorgesehen.
Dateisystem - Üblich und am verbreitetsten ist das ISO-Dateisystem ISO9660. Es definiert die Methode zur Speicherung von Dateien und Verzeichnissen. Der wohl größte Vorteil dieses Standards ist die Plattform-Unabhängigkeit. Jede ISO-CD kann auf Unix, Macintosh oder x86-PCs gelesen werden. Doch auch Hybrid-CDROMs sind möglich. In diesem Fall werden verschiedene Dateisysteme auf einer CD untergebracht. Es kann natürlich nur von den jeweils passenden Computersystemen gelesen werden. Das ISO-Dateisystem ist so etwas wie der kleinste gemeinsame Nenner. Doch es bringt einige Einschränkungen mit sich: So darf ein Dateiname nur aus maximal 8 + 3 Zeichen bestehen. Außerdem müssen es Großbuchstaben sein und als Sonderzeichen gibt es nur den Unterstrich. 8 Verzeichnisebenen sind möglich, wobei jedes Verzeichnis maximal 8 Buchstaben ohne Erweiterung haben darf. Apple und Microsoft haben das ISO-Dateisystem für ihre Betriebssysteme gemeinsam erweitert. Das ganze nennt sich Joliet und ist nicht mehr an die strengen Restriktionen der ISO9660 gebunden. Dateinamen dürfen nun 64 Zeichen lang sein. Aus Kompatibilitätsgründen enthält eine Joliet-CD gleich zwei Verzeichnisse: Eines für Joliet, welches nur unter Windows 95/98, NT oder Windows 2000 lesbar ist. Außerdem muss ein ISO-Verzeichnis dabei sein, um die CD für andere Systeme grundsätzlich lesbar zu halten.
Technische Fortschritte - Für viele Anwendungen waren CD-Laufwerke mit einer Transferrate von 150 oder 300 KByte/s zu langsam geworden, etwa bei der direkten Wiedergabe von Videos. Auch nicht jedes Programm konnte man getrost von CD starten, denn die langsamen Zugriffszeiten und Transferraten machten das Arbeiten zum Geduldsspiel. Später gaben die Triple-Speed-Geräte ein kurzes Debüt, doch erfolgreich waren sie nicht. Länger überlebten Vierfach-Laufwerke, für diese gab es gleich mehrere Bezeichnungen, von Quadro über Quadra bis zu Quattro-Speed. Nach Dual, Triple und Quattro waren die Hersteller mit ihrem "Latein" im wahrsten Sinne des Wortes am Ende, und die neuen Bezeichnungen mit Multiplikator setzten sich durch: 4x, 8x, 16x etc.
Nicht nur Tempo zählt - Anfangs sahen einige Hersteller bei 10x das Ende der Fahnenstange. Das erste große Problem waren die Schwingungen bei hohen Drehzahlen. Damit verbunden erschienen immer wieder Laufwerke, deren Geräuschpegel einer Spülmaschine Konkurrenz machen konnten. Beide Probleme hat man bisher immer wieder zur Zufriedenheit des Kunden lösen können, so dass heutige 32x- oder 40x-Markenlaufwerke in der Regel nicht lauter sind als alte 12x- oder 16x-Modelle. Der Geräuschpegel wird jedoch von Mensch zu Mensch anders empfunden. Wichtig ist natürlich eine zuverlässige Fehlerkorrektur eines Laufwerkes. Sie kennen es bestimmt: Schnell ist versehentlich ein Kratzer in einer CD und Ihr CD-Player fängt an zu knacken oder zu "springen". Die Fehlerkorrektur ist bei CD-ROM-Laufwerken meist besser als bei CD-Playern. Kann eine CD nicht einwandfrei gelesen werden, so setzt das Laufwerk entsprechende Gegenmaßnahmen ein. Die mit Abstand üblichste ist das Herabsenken der Drehzahl in Zusammenspiel mit häufigen Leseversuchen, bis die angeforderten Daten korrekt ausgelesen sind.
Die Betriebsmodi CAV und CLV - Viele setzen die Umdrehungszahl mit der linearen Auslesegeschwindigkeit gleich. Diese Annahme ist falsch. Die physikalischen Begriffe Umdrehungszahl, Winkelgeschwindigkeit und Lineargeschwindigkeit sollte man nicht verwechseln. Winkelgeschwindigkeit und Umdrehungszahl sind zueinander proportionale Größen. Die Lineargeschwindigkeit ist jedoch abhängig von der Position des Lesekopfes. So ist sie im Inneren der CD langsamer als am äußeren Rand. Das erklärt, dass die Transferleistung bei fast allen Laufwerken nach außen hin steigt. Es gibt zwei verschiedene Betriebsarten für CD-ROM-Laufwerke: CAV und CLV. CAV steht für Constant Angular Velocity (konstante Winkelgeschwindigkeit) und bedeutet, dass die Drehzahl des Laufwerkes immer konstant bleibt. Damit sind die Datentransferraten im Außenbereich einer CD höher. CLV dagegen (Constant Linear Velocity, konstante Lineargeschwindigkeit) arbeitet mit angepasster Drehzahl. Moderne Laufwerke beherrschen in der Regel beide Modi. Notwendig ist das schon, denn beispielsweise bei der Wiedergabe von Audiodaten oder Videostreams muss die Übertragungsrate, und damit auch die Lineargeschwindigkeit, konstant gehalten werden. Beim reinen Kopieren von Daten in den Arbeitsspeicher oder auf die Festplatte gilt die Prämisse "Je schneller desto besser". Der CAV-Modus ist dann die bevorzugte Alternative. Daten, die im äußeren Bereich einer CD liegen, werden dann natürlich schneller übertragen, als die im inneren Bereich. Doch bei einigen Modellen setzt hingegen die physikalische Konstruktion des Lesekopfes Grenzen. Kommen die Daten aus dem äußeren Bereich einer CD "zu schnell" an, d. h. der Lesekopf kann diese nicht mehr interpretieren, dann muss die Lineargeschwindigkeit herunter gedreht werden. Einige Laufwerke steuern beispielsweise zwei Drittel einer CD mit dem CAV-Modus, sobald eine kritische Übertragungsrate erreicht ist, erfolgt ein Umschalten in den CLV-Modus.