CD, DVD und Blue-Ray-Laufwerke

0. Einordnung

 

 

Mechanische Speicher

  Magnetische Speicher   Optische Speicher   Halbleiterspeicher
  Lochkarte   Festplatte   CD   ROM
              DVD   SRAM
              Blue Ray   DRAM

 

 

1. Aufbau und Leistungsmerkmale der Datenträger

 

1.1. Querschnitt

 

  CD   DVD   Blue-Ray
 
  • Lackschicht (obere Schicht, die vor Zerkratzen schützt)
  • Informationsschicht (Aluminium oder Gold)
  • Grundsubstrat: (durchsichtiges Polykarbonat mit einer Dicke von 1,1 mm Dicke)
 
  • Lackschicht
  • Seite 1, Layer 1 als halbdurchlässige Informationsschicht
  • Seite 1, Layer 2 als Informationsschicht
  • Grundsubstrat (0,6 mm)
 
  • Lackschicht
  • Informationsschicht
  • Grundsubstrat (0,1mm)

 

 

1.2. Pitgröße und Spurabstand

 

  CD   DVD   Blue-Ray
 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Speicherdichte

 

  CD   DVD   Blue-Ray
 
  • 650 MByte
  • großer Spurabstand und hohe Größe der Pits
  • notwendig wegen Wellenlänge des infraroten Lasers (780 nm) und dicker Grundsubstratschicht
  • dicke Grundsubstratschicht bedeutet höhere Wahrscheinlichkeit optischer Fehler durch Streuung und Brechung des Lasers
 
  • 4,7 GByte bis 17 GByte
  • zweilagig bis 8,5 GByte
  • zweilagig und beidseitig bis 17 GByte
  • Verringerung von Spurabstand und Größe der Pits
  • möglich durch kurze Wellenlänge des roten Lasers (650 nm) und dünnerer Grundsubstratschicht
  • verbesserte Fehlerkorrektur
  • Nutzung von Komprimierungsverfahren bei Video DVDs
 
  • 25 GByte bis 100 GByte
  • zweilagig bis 50 GByte
  • zweilagig und beidseitig bis 100 GByte
  • weitere Verringerung von Spurabstand und Größe der Pits
  • möglich durch sehr kurze Wellenlänge des blauen Lasers (405 nm), der Objektiv mit kleinerer Blendöffnung ermöglicht und durch noch dünnere Grundsubstratschicht

 

 

 

1.4. Datentransferrate

 

  CD   DVD   Blue-Ray
 
  • 1-fach = 150 KByte/s
  • 52-fach = 7,8 MByte/s
 
  • 1-fach = 1,1 MByte/s
  • 20-fach = 22 MByte/s
 
  • 1-fach = 4,5 MByte/s
  • 8-fach = 36 MByte/s

 

2. Prinzipielle Funktionsweise eines optischen Laufwerkes

 

Beim Auslesen einer CD, DVD oder Blue-Ray-Disk tastet ein Laser die Datenspirale berührungslos ab.

Ein Fotodetektor registriert die Reflektion des Laserstrahls.

Trifft der Laser auf ein Pit oder Land, wird er reflektiert.

Bei einem Wechsel von Pit zu Land und umgekehrt, wird der Reflektionsstrahl umgelenkt und somit nicht mehr vom Fotodetektor registriert.

Dieser Wechsel wird als binäres Signal interpretiert. Ein Wechsel entspricht der Eins, kein Wechsel dagegen Null.

Es käme jedoch zu Leseproblemen, wenn ein Pit oder Land sehr lang sein würde. Dabei könnte so manche Null unter den Tisch fallen. Um ein fehlerfreies Auslesen von optischen Datenträgern zu ermöglichen, gibt es die folgende Festlegung:

 

Pits und Lands müssen eine Länge von mindestens zwei und höchstens elf Bits haben.

 

Das bedeutet, dass die Bitfolge von zwei Einsen auf einer CD nicht realisierbar ist. Um dennoch eine Bitfolge von zwei Einsen auf einer CD abzuspeichern, muss sie umcodiert werden.

Um eine beliebige 8-Bitfolge so umzucodieren, dass eine Folge von Einsen vermieden wird, werden 14 Bits benötigt.

Die Umcodierung einer 8-Bit Kombination in eine 14-Bit Kombination wird daher auch als EFM (Eight-to-Fourteen-Modulation) bezeichnet.

Natürlich kann am Anfang und Ende einer 14-Bitfolge eine Eins stehen. Daher werden zur Sicherheit an jede 14-Bitfolge drei so genannte Merge-Bits angehängt. Aus diesen Gründen benötigt ein Byte auf einer CD nicht nur 8 Bits, sondern mehr als das Doppelte: 17 Bits.

Des weiteren werden auf einer CD auch Vorkehrungen zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur getroffen, so dass auch 17 Bits nicht ausreichen, um ein Byte abzuspeichern.

 

 

 

Aufgabe

Skizzieren Sie maßstabsgenau das kurze Stück der Datenspur einer DVD, die nur aus sieben Bits besteht: 01010001.

Informieren Sie sich über den Kopierschutz Lockblocks und erläutern Sie, gegen welche CD-Merkmale er verstößt.