CDROM

Speichermedium
Allgemeines
Name	Compact Disc Read-Only Memory
Abkürzung	CD-ROM
Ursprung
Erfindungsjahr	1979
Erfinder	Philips + Sony
Lesegeschwindigkeit (1x)	153,6 KiB/s (= 150·1024 Byte/s) (Nutzdaten, bei CD-ROM Mode 1) 176,4 KiB/s (Audiodaten bei CD-DA)
Daten
Größe	12 cm × 1,2 mm
Speicherkapazität	650 MiB bis 879 MiB
Schnellste Lesegeschwindigkeit	72× (11,06 MB/s[1])
Lebensdauer (in Jahren)	10 bis 50

CD-ROM (auch CDROM) ist die Abkürzung für Compact Disc Read-Only Memory, ein physikalischer Permanentspeicher für digitale Daten. Sie ist nach der Audio-CD die zweite Anwendung der Compact Disc.

Einleitung

Rohling-Datenschicht

CD-Brenner

Eine CD-ROM speichert zwischen 650 MiB (entspricht 74 Minuten Musik – den herkömmlichen Audio-CDs) und 879 MiB (100-Minuten-CDs, die aber nicht in allen CD-Brennern beschrieben und nicht in allen CD-Laufwerken gelesen werden können). Je nach Qualität und Art des Rohlings und nach Brenner kann auch noch außerhalb des standardisierten Bereichs gebrannt werden (überbrennen). Dies kann jedoch zu Fehlern oder Verlust der Daten in diesem Bereich führen.

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 unlizenzierten CD-ROMs kann in Deutschland oder anderen Ländern durch die Patentinhaber oder staatliche Stellen verfolgt oder verboten werden.

Aufbau des Datenträgers

Als Trägermedium verwendet man hier eine Kunststoffscheibe (aus Polycarbonat) 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. Da die „Pits“ und „Lands“ bei aufeinanderfolgenden Einsen zu kurz würden, muss dieser Fall ausgeschlossen werden. 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 bei 1-facher Lesegeschwindigkeit vom Abtastsystem innen die Drehzahl etwa auf 520 U/min und außen etwa auf 210 U/min eingestellt. Dabei werden Nutzdaten mit einer Geschwindigkeit von etwa 153,6 KB/s (CD-ROM Mode 1) bis 176,4 KB/s (Audio-CD)^[1] ausgelesen. Dazu kommen noch Zusatzinformationen für Fehlerkorrektur, Codierung und Synchronisation.

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 °C in absoluter Dunkelheit erreicht werden kann. Allerdings spielt auch die Produktqualität eine große Rolle, so können schlecht produzierte CDs durchaus nach einigen Jahren Leseprobleme aufweisen.

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 Land. Diese reflektieren etwas früher als die unbeschädigten reflektierenden Stellen, die Pits 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 Land, 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.

Siehe auch: Presswerk (Optische Datenträger), Disc Publishing

Normen und Standards

• ISO/IEC 10149, basiert auf dem Standard ECMA-130.
• Eine Datenmenge von maximal 359849 Extents (je 2048 Bytes) bzw. 79:59,74 Minuten bleibt gerade noch innerhalb der maximal zulässigen Toleranzwerte für die CD-Norm.

Spezielle Arten und Formate

Verschiedene Arten von Medien:

• CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) – die industriell hergestellte, also „gepresste“ und unzählig vervielfältigte, klassische Compact Disc
• CD-R (Compact Disc Recordable) – übliche, einmal beschreibbare CD
• CD-RW (Compact Disc ReWritable) – mehrfach lösch- und wiederbeschreibbare CD
• DVD (Digital Versatile Disc) – Nachfolger der CD mit vielfacher Speicherkapazität

Verschiedene Formate und Dateisysteme respektive mögliche Inhalte auf den genannten Medien:

• CD-DA (Compact Disc Digital-Audio) – klassische Audio-CD
• CD-i (Compact Disc Interactive) – inzwischen veraltetes Multimedia-Format
• MiniDVD – Standard-CD, die mit DVD-konformen Daten beschrieben wurde
• CD-MRW (Compact Disc Mount Rainier Read/Write) – Verwendung von Standard-CD-R(W)-Medien zum Beschreiben in MRW-fähigen Laufwerken
• ISO 9660 – bei der CD-ROM übliches Dateisystem
• UDF (Universal Disk Format) – plattformunabhängiges Dateisystem für optische Medien, welches ISO 9660 ergänzt oder ersetzt

Multimedia-Computerspiele

1991 erschienen die ersten Multimedia-Computerspiele auf CD-ROM, zuvor wurden mehrere Disketten für ein Spiel benötigt. Das erste derartige Spiel für den PC war Sherlock Holmes: Consulting Detective. Die ersten Spielkonsolen mit CD-ROM-Laufwerk waren FM Towns Marty von Fujitsu (1991, eingebautes Laufwerk) und die PC Engine (ab 1988, jedoch externes Gerät). Frühe Spiele waren oft identisch mit den Diskettenversionen oder hatten zusätzlich erweiterte Zwischensequenzen und Musik, die während des Spiels direkt von der CD abgespielt wurde.

Sonstiges

Die CD-ROM kann leicht die ganzen Texte und Bilder eines Lexikons oder Atlanten enthalten – und auch Audio- und Videostreams

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 aber nicht, weil der Chef des Entwicklungsunternehmens gerne die 9. Sinfonie von Ludwig van Beethoven hörte, die 74 Minuten lang ist, und deshalb nicht auf einer Audio-CD Platz gefunden hätte. Vielmehr wurde der für die Spieldauer entscheidende CD-Durchmesser durch die Philips-Führung folgendermaßen begründet: Die Compact Cassette war ein großer Erfolg, die CD sollte nicht viel größer sein. Die Compact Cassette hatte eine Diagonale von 11,5 cm, die Ingenieure machten die CD 0,5 cm größer.

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.

Weblinks

• Care and handling of CDs and DVDs (englisch)
• Lexikon-Eintrag beim Elektronik-Kompendium
• Dokumentation von Timo Frohnapfel (PDF)
• Artikel des Linux-Magazins zu den verschiedenen CD-Standards
• Studie zur Haltbarkeit von Informationen auf Optischen Datenträgern (englisch, PDF)

Fußnoten

1. ↑ Referenz-Fehler: Ungültiger <ref>-Tag; es wurde kein Text für das Ref mit dem Namen pr.C3.A4fix angegeben.