CD-ROM-Laufwerk
Ein CD-ROM-Laufwerk (auch CD-Laufwerk genannt) ist ein Gerät zum Lesen von CDs und im Speziellen CD-ROMs. Die CD rotiert darin mit einer Drehzahl zwischen 200 und 10000/min und wird von einem Laser (Infrarot-Laserdiode, einige Milliwatt) abgetastet, der sich radial auf einem Schlitten bewegt. Dadurch wird ein wahlfreier Zugriff auf jede Stelle der CD erreicht. Die ersten CD-ROM-Laufwerke kamen um 1985 auf den Markt. Mittlerweile (Stand 2011) sind sie fast vollständig von DVD-Laufwerken bzw. CD/DVD-Kombilaufwerken verdrängt worden.
Bauformen
Format
Es gibt zwei genormte Ausführungen: 5,25″ (z. B. für PCs) und 5,25″ SlimLine (z. B. für Notebooks).
Einlegen des optischen Mediums
Es gibt verschiedene Verfahren, wie das optische Medium in das Laufwerk und wieder heraus gelangen kann.
- Schubladenlaufwerke besitzen eine Schublade, die über eine Taste an der Vorderseite des Laufwerkes oder auch softwaregesteuert ein- und ausgefahren werden kann. Das optische Medium wird in die Schublade eingelegt. Heutzutage ist dies der gängigste Typ. Die ersten Typen waren nur für den horizontalen Einbau geeignet. Später erschienen auch Laufwerke mit Halterungen, mit denen das optische Medium auch in ein senkrecht eingebautes Laufwerk eingelegt werden konnte, ohne herauszufallen. Beispiel: Toshiba SD-L902A.
- Slot-In-Laufwerke verfügen nur über einen schmalen Schlitz, in den das optische Medium eingeschoben wird. Der Auswurf erfolgt ebenfalls auf Tastendruck oder per Software. Durch den Verzicht auf die Schublade gibt es weniger mechanische Teile, die evtl. kaputtgehen könnten. Beispiel: Panasonic CW-8124B
- Bei Caddie-Laufwerken wird das optische Medium in eine spezielle Hülle, den Caddie, gelegt. Anschließend wird der Caddie in das Laufwerk geschoben. Vorteil dieser Technik: Jede Disc kann in ihrem eigenen Caddie verbleiben, wo sie vor Beschädigung und Verschmutzung geschützt ist. Nachteil, die Caddies kosten extra Geld. Diese Technik ist heute nicht mehr gebräuchlich. Beispiel: Plextor 4Plex.
- Top-Loader sind Laufwerke, die auf der Oberseite eine Klappe besitzen. Zum Einlegen und zur Entnahme wird die Klappe geöffnet. Diese Variante ist nicht für interne Laufwerke geeignet. Sie wird heute vereinzelt noch für extern angeschlossene Laufwerke verwendet. Plextor PX-608CU.
- Es gab jedoch eine Sonderform, die auch zum Einbau geeignet war: Die Kombination aus Top-Loader und Schubladenlaufwerk. Dabei bildet das Laufwerk selbst (mit Ausnahme eines Halterahmens und der rückseitigen Anschlüsse) die Schublade. Durch Druck auf die Laufwerksfront fährt das Laufwerk aus. Anschließend kann eine Klappe geöffnet werden. Diese Laufwerksform wird heute nicht mehr hergestellt. Beispiel: Mitsumi LU005S.
- In CD-/DVD-Wechslern lassen sich mehrere CDs/DVDs unterbringen, sodass ein Wechsel, vor allem bei häufig verwendeten Datenträgern, entfällt. Laufwerke dieser Art bieten sich vor allem an, wenn verschiedene CDs/DVDs in einem lokalen Netzwerk oder per Internet zur Verfügung gestellt werden sollen. In Zeiten von Terabyte-Festplatten haben solche Wechsler jedoch an Bedeutung verloren, da sich CDs und DVDs in großer Zahl auf Festplatten überspielen lassen. Die Lesegeschwindigkeit von Festplatten ist zudem deutlich größer als die von CD- und DVD-Laufwerken, zusätzlich entfällt der Wechselvorgang. Beispiel: Pioneer DRM-6324X
-
geöffnetes CD-ROM-Laufwerk -
CD-ROM-Leseeinheit -
beweglicher Schlitten für den wahlfreien Zugriff auf die CD
Notauswurf
Bei Schubladen-, Slot-in-Laufwerken sowie Caddie-Laufwerke befindet sich an der Front in der Regel ein sogenannter Notauswurf. Dieser erlaubt den Auswurf des Datenträgers auch dann, wenn das Laufwerk keinen Strom hat (z. B. bei ausgeschaltetem Computer). Es handelt sich um eine ca. 1-2 mm breite, runde Öffnung, in die ein langer, dünner Gegenstand, meist eine aufgebogene Büroklammer, eingeführt werden kann. Durch Drücken auf den dahinter verborgenen Mechanismus werden Schublade, CD/DVD bzw. Caddie ausgeworfen.
Schnittstellen
Controller-Schnittstelle
Die meistverwendete Schnittstelle ist SATA. Daneben gibt es noch SCSI und ATA für interne Laufwerke sowie USB und Firewire für externe Laufwerke. Einige der ersten CD-ROM-Laufwerke (Sony, Panasonic, Mitsumi) besitzen proprietäre Schnittstellen, für die entsprechende Controllerkarten (Legacy-ISA-Karten) zur Verfügung stehen. Auch einige Soundkarten (Legacy-ISA-Karten) dieser Zeit besitzen entsprechende Anschlüsse. Daneben wurden auch Legacy-ISA-Karten, die eine einzelne ATA-Schnittstelle zur Verfügung stellen, als „CD-ROM-Controller“ verkauft.
-
Controllerkarte für proprietäre Mitsumi-Laufwerke -
Soundkarte mit Anschlüssen für proprietäre CD-ROM-Laufwerke: Sony (SONY), Mitsumi (MIT), Panasonic (PAN) -
IDE-CD-ROM-Laufwerk
Audioausgänge
CD-ROM-Laufwerke besitzen in der Regel einen analogen und einen digitalen Audioausgang.
Die Pins für den analogen Ausgang sind wie folgt genormt:
Nase Rechts Masse Masse Links
wenn man auf die Pins schaut.
Bei Laufwerken im 5,25″-Format befindet sich an der Frontseite des Weiteren in der Regel ein Line-out-Ausgang (meist in Kombination mit einem Lautstärkeregler), an den z. B. ein Kopfhörer angeschlossen werden kann.
Stromversorgung
Interne CD-ROM-Laufwerke besitzen für die Stromversorgung einen 4-Pin-Molex-Anschluss oder einen moderneren SATA-15-Pin-Stromanschluss. Externe Laufwerke haben entweder ein eingebautes Netzteil, einen Anschluss für ein externes Netzteil oder werden über USB mit Strom versorgt, sofern das Laufwerk nicht mehr als 500 mA Strom benötigt. Hängt das Laufwerk an einem Hub zusammen mit anderen Geräten, kann dies zum Problem werden, da sich das Laufwerk dann die 500 mA mit anderen Geräten teilen muss, es sei denn, der Hub hat eine eigene Stromversorgung.
Optische Abtastung
CD-ROM-Laufwerke besitzen wie andere optische Laufwerke Laserdioden zur Abtastung (bzw. zum Schreiben). CD benutzt 780 nm (infrarot), DVD 650 nm (rot) und Blu Ray Disc 405 nm (violett) Wellenlänge. Auch die Numerischen Aperturen der Fokussierlinsen stiegen im Laufe der Weiterentwicklungen CD/DVD/BR an, sodass die stark steigenden Datendichten erklärbar sind: je kleiner die Wellenlänge und je größer die Apertur, desto kleiner der Fokusdurchmesser.
Zur Abtastung wird der Laserstrahl auf die Datenträgerschicht fokussiert. Die Fokussierlinse wird dazu anhand des von der Datenschicht reflektierten, über einen Strahlteiler auf einen Fotoempfänger geleiteten Infrarot- bzw. Lichtstrahles lateral (Spurlage) und vertikal (Autofokus) nachgeregelt. Hierzu ist sie in einem Galvanometerantrieb aufgehängt. Der Fotoempfänger besitzt zur lageabhängigen Detektion 4 Empfänger, deren Summen- und Differenzsignale ausgewertet werden. Für den Autofokus wird die elliptische Strahlkaustik des fokussierten Halbleiter-Laserstrahles ausgenutzt, bei welcher vor und nach der Fokusebene jeweils eine orthogonal zueinander orientierte Ellipse auftritt.
Daten dieses inneren Regelkreises sowie die Datenrate, verglichen mit einer Quarzoszillator-Referenz, dienen der Steuerung des CD-Antriebsmotors und des Motors, welcher den Abtastkopfschlitten bewegt.
Vorstehende und weitere Fakten können in [1] nachgelesen werden.
Geschwindigkeit
Mit den ersten CD-Laufwerken (ab 1985) wurden die Daten mit einer Geschwindigkeit von 150 KB/s gelesen (einfache Geschwindigkeit, 1x). Zu dieser Lesegeschwindigkeit kommt es deshalb, weil die Musikinformation auf der schon früher entwickelten Audio-CD in 16-Bit Stereo und einer Abtastrate von 44,1 kHz gespeichert ist, was einen Datenstrom von 44,1 kHz × 16 Bit × 2 Kanäle (Stereo) = 176,4 kB/s brutto ergibt bzw. 150 kB/s netto (ohne Fehlerkorrektur). Bald wurde die Drehzahl immer weiter erhöht (in der Mitte der 1990er gab es Begriffe wie Double-Speed- bzw. Quad-Speed-Laufwerk für Laufwerke mit zwei- bzw. vierfacher Geschwindigkeit), bis mit 60-facher Geschwindigkeit 100 Umdrehungen pro Sekunde und damit eine Grenze erreicht wurde, bei deren Überschreitung die Gefahr besteht, dass die CD durch die auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte zerstört wird.
Um die Lesegeschwindigkeit weiter zu erhöhen, wurden Laufwerke entwickelt, deren Laser mehrere Spuren gleichzeitig auslesen können (Multibeam). Bei der von Kenwood verwendeten TrueX-Technik liest das Laufwerk sieben Spuren gleichzeitig ein. Ein solches Gerät mit faktisch 72-facher Lesegeschwindigkeit lässt die CD mit maximal 2700/min rotieren und arbeitet somit wesentlich leiser als ein 52-fach-Laufwerk ohne Multibeam. Es konnte sich aber aufgrund des hohen Anschaffungspreises nie durchsetzen. Laufwerke, die nur eine Spur lesen, besitzen üblicherweise drei Beams, weil sie neben dem Datenstrom auch noch Informationen für die Spurverfolgung benötigen.
Weiterentwicklungen
CD-Brenner
Zum Beschreiben (umgangssprachlich „Brennen“) von CD-R und CD-RW wurden spezielle Laufwerke mit stärkeren Lasern entwickelt. Da diese Geräte zum Speichern der Daten das Material lokal aufschmelzen, nennt man sie CD-Brenner.
DVD-Laufwerke
Die Weiterentwicklung der CD-ROM-Laufwerke sind die DVD-Laufwerke und DVD-Brenner, die außer DVDs auch CDs lesen und beschreiben können. Da alle diese Laufwerke auf dem Auslesen der Daten durch einen Laser beruhen, spricht man auch zusammenfassend von optischen Laufwerken.
DVD-Nachfolger
Inzwischen gibt es auch schon Nachfolger der DVD mit einem Mehrfachen an Speicherkapazität. Dazu gehören Blu-ray Disc, HD DVD, VMD und HVD.
Einzelnachweise
- ↑ http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/lehre/2001ws/vorlesung/medientechnik/15-cd-dvd.pdf Vortrag Medientechnik zu Physik und Informatik der CD/DVD Laufwerke