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30.04.1993 - 

CD-ROM

Optische Speicher lassen andere Medien alt aussehen

Wenn man davon ausgeht, dass der Text von etwa 280 000 Schreibmaschinenseiten, 470 3,5-Zoll-High-Density-Disketten oder drei enzyklopaedischen Baenden auf einer einzigen CD-ROM Platz findet, laesst sich unschwer vorstellen, dass die kleine, 6 Zentimeter in ihrem Radius messende Plastikscheibe eine Menge Platz und auch Kosten spart.

Nach neuesten Berechnungen des Chip-Herstellers NEC liegen die Kosten zur Speicherung von einem MB Daten auf Papier bei rund 15 Mark. Auf CD-ROM kostet das MB nur noch 0,4 Pfennig - die Papiervariante ist damit 3750mal so teuer wie die optische (vgl. Abbildung 1). Ganz abgesehen vom Stauraum, den die Aktenordner im Vergleich zur CD-ROM einnehmen, und dem damit verbundenen Aufwand.

CD-ROM steht heute vielfach als Synonym stellvertretend fuer alle optischen Speichermedien, auch wenn gegenwaertig eine ganze Reihe verschiedener optischer Datentraeger am Markt verfuegbar sind. Die eigentliche Scheibe besteht aus drei verschiedenen Materialschichten, und zwar einer Lackschutzschicht, einer reflektierenden Aluminiumbeschichtung und einer etwas dickeren Kunststoffschicht.

Die CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) ist die Definition eines physikalischen Formats und leitet sich von der CD-A, der Compact Disc Audio ab, deren Datenstrukturen in der Spezifikation "Red Book" festgelegt wurden.

Angefangen hat es 1979 mit der Audio-CD

Wer von CD-ROM spricht, meint die physikalische, glitzernde Scheibe, die, wie der Name schon sagt, ausschliesslich ein Lesespeicher ist, und zwar mit einer Speicherkapazitaet von zirka 650 MB.

Einmal beschrieben, lassen sich die Daten weder loeschen noch ueberschreiben. Die Daten werden nur auf einer Seite der zwoelf Zentimeter grossen und 1,2 Millimeter dicken Scheibe untergebracht.

Angefangen hat alles mit der Audio-CD, die mittlerweile bei nahezu jedem Musikfan Einzug gehalten hat. Vorgestellt wurde sie erstmals 1979.

Ende 1985 trafen sich dann die wichtigsten Hard- und Softwarehersteller im Hotel High Sierra am kalifornischen Lake Tahoe, um die ersten Standards zur Datenstruktur und zur Ablage von Daten auf optischen Speichermedien festzuschreiben.

Aus dem Proposal der High Sierra Group (HSG) wurde rasch die High Sierra Norm, und die uebernahm kurze Zeit spaeter die International Standardization Organization (ISO) als Norm ISO 9660. Damit hatten sowohl die Hardware- als auch die Softwarehersteller erste Richtlinien, an denen sie ihre Entwicklungen orientieren konnten.

Die heute gueltigen Standards zur Speicherung von Daten auf optischen Datentraegern sind zusammengefasst im Red Book, im Green Book, im Yellow Book und im Orange Book sowie in der ISO 9660 (High Sierra) und in den Rock Ridge-Erweiterungen, die allerdings nur von einigen wenigen Herstellern genutzt werden.

Aufbauend auf dem Red Book, der allgemeinen Bezeichnung fuer den Compact-Disc-Digital-Audio-Standard, der heute fuer die meisten Musik-CDs gueltig ist, entwickelte man den Yellow-Book-Standard fuer CD-ROM.

Federfuehrend in der Entwicklung der Standards fuer optische Speichermedien sind der japanische Elektronikriese Sony und der niederlaendische Philips-Konzern.

Wenn auf einer Disc Daten gespeichert sind, muss sie dem Yellow Book-Standard entsprechen. In diesem wurde beispielsweise die Form der Spur festgelegt, auf der die Daten fixiert sind. Denn anders als bei Festplatten, deren Spuren konzentrisch angelegt sind, verlaeuft die Spur auf einer CD-ROM spiralfoermig.

Ueberdies beinhaltet der Standard Festlegungen zum Abstand der Spiraldrehungen, Informationen zur Aufteilung der Spirale (Laenge 5000 Meter) in Sektoren und ueber deren Laenge und Aufbau, zur Oberflaechenbeschaffenheit sowie zum Mastering- und Replikationsverfahren der Disk. Ein erweiterter Teil des Yellow Book spezifiziert technisch den Standard fuer CD-ROM XA, den Philips und Sony in Zusammenarbeit mit Microsoft entwickelten und 1989 vorstellten. Die Festlegungen zur Geometrie, zur Physik und zum grundsaetzlichen Codierverfahren sind identisch mit denen des Red Book.

Das Green Book enthaelt die Spezifikationen fuer die Compact-Disc- Interactive, eine Stand-alone-Loesung, die bislang nur Philips herstellt. Dabei handelt es sich nicht so sehr um einen Standard als vielmehr um eine Systemspezifikation, die auf einer eigenen Rechner- (Motorola) und Betriebssystemarchitektur (OS 9) fusst. Im Maerz 1987 wurde das Green Book verabschiedet.

Etwa ein Jahr spaeter folgten die Festlegungen fuer das Orange Book, das den Standard fuer einmal beschreibbare Compact Discs (WORM ; Write Once Read Many) definiert. Haupteinsatzgebiete solcher Medien sind grosse Archive, beispielsweise beim Finanz- oder Katasteramt, in denen umfangreiche Mengen von Daten abgelegt werden muessen. Mit der Jukebox, einer Vorrichtung, in der mehrere optische Platten, aehnlich wie beim altbekannten Musikkasten in der Kneipe nebenan, abgelegt sind, lassen sich mehrere hundert GB Daten in einer einzigen Lesestation platzsparend unterbringen. Neueste Entwicklungen in diesem Bereich gehen in Richtung mehrfach beschreibbarer CDs.

Wer sich tiefer in diese Materie einarbeiten will, erhaelt die nicht ganz preisguenstigen Normenunterlagen vom American National Standard Institute (ANSI) in New York City, von der amerikanischen CD-I Association in Los Angeles oder von Philips in den Niederlanden. Einen Ueberblick ueber die Standardisierungen gibt Abbildung 2.

Der allumfassende CD-ROM-XA-Standard

Die CD-ROM-XA-Spezifikation ist eine Erweiterung des Yellow Book. Sie betrifft hauptsaechlich die Speicherung von Audiodaten mittels des Interleaving-(Verschachtelungs-)Verfahrens. Erklaertes Ziel dieser Spezifikation ist der Brueckenschlag zwischen mehreren Systemen und Standards. Denn XA-faehige Laufwerke sind mit passendem Treiber in der Lage, neben den normalen CD-ROMs auch CD- Is, CD-As (Musik-CDs), Foto-CDs und Electronic-Book-Discs zu lesen. Ein allumfassender Standard in der optischen Speichertechnologie ist damit geschaffen.

Eine besondere Stellung unter den XA-faehigen Drives nimmt Kodaks Photo-CD ein. Praktisch daran ist, dass man Urlaubsschnappschuesse oder Fotos von Immobilien, Schmuck, Kunstgegenstaenden und dergleichen kostenguenstig und raumsparend archivieren, jederzeit wieder ansehen und gegebenenfalls zu anderen Zwecken exportieren kann. Bei einer maximalen Bildaufloesung von 2048 Linien x 3072 Pixel sind die Bilder gut fuer jede Reproanstalt. Bis zu 100 Bilder, die in jedem Fotofachgeschaeft innerhalb weniger Tage entwickelt und auf die Disk aufgespielt werden, passen auf eine Scheibe. Will man sich alle Bilder ansehen, die nach und nach auf der CD gespeichert wurden, muss das Laufwerk Multisession-faehig sein. Andernfalls lassen sich nur die ersten Bilder aufrufen, die auf der CD abgelegt wurden.

Technisch bedingt, sind die ersten Laufwerke fuer einige Anwendungen zu langsam. 150 KB/s

Datentransfer sind nur ein Bruchteil der Transferrate einer Festplatte, und das macht sich in der Praxis stark bemerkbar. Die Daten sind mit der gleichen Speicherdichte aufgenommen, die Rotationsgeschwindigkeit der Disk unterscheidet sich aber zwischen deren aeusserem Rand und der Scheibenmitte. Aufgrund einer konstanten Datenrate unter dem Lesekopf muss die Rotationsgeschwindigkeit der Disk, je nach Position des Lesekopfes, angepasst werden, denn in den aeusseren Spuren sind mehr Informationen untergebracht als in den inneren. Das staendige Beschleunigen und Verlangsamen der Disk, je nachdem an welcher Stelle auf sie zugegriffen wird, erschwert es bisher am meisten, sie schneller zu machen. Ein weitere Hindernis sind die optischen Lesekoepfe. Wenn den Entwicklern die Reduzierung des Gewichts des optischen Lesekopfes gelingt, wird dadurch auch ein hoeheres Tempo realisierbar sein (Abbildung 3 zeigt den aktuellen technischen Stand optischer Speicherplatten).

Vom Lexikon bis zum Kiosksystem

Gegenwaertige Haupteinsatzbereiche der CD-ROM sind vor allem lexikalische Werke wie Woerterbuecher oder Enzyklopaedien, Softwaredistribution, Kataloge, Bilderdatenbanken (Atlanten und Strassenkarten), technische Dokumentationen, Teilelisten (als Ersatz fuer Microfiche), Foto-CDs, Datenarchivierung oder Multimedia-Anwendungen, hier vor allem in der Aus- und Weiterbildung und bei Kiosksystemen.

Sollte sich allerdings die NEC-Prognose hinsichtlich eines weltweit bis zur Jahrtausendwende auf 2,5 Exabyte (2,5-18) erhoehten Speicherbedarfs bewahrheiten, muessen sich die Entwickler neue Speichertechniken einfallen lassen. Die scheckkartengrossen PCMCIA- Karten, deren Speicherkapazitaet mit 20 oder 40 MB noch etwas mager ausfaellt, sind ein vielversprechendes Speichermedium der Zukunft.

Die Speicherung von Daten mit Hilfe von Licht und Lichtleitern und ohne bewegliche Mechanik (holografische Speichertechnik), hat sich als naechster Innovationsschub bereits angekuendigt.

*Ulrich Pesch ist freier Fachjournalist in Baldham.

Kriterien fuer CD-ROM-Laufwerke

Die Preise fuer CD-ROM-Drives bewegen sich zur Zeit zwischen etwa 500 und 1500 Mark. Viele Hersteller bieten Laufwerke sowohl zum Einbau in den Rechner als auch fuer den externen Anschluss an. Die externen, mit einem eigenen Gehaeuse versehenen Laufwerke verfuegen in nahezu allen Faellen ueber einen eigenen Stromanschluss. Die Vor- und Nachteile: Ein internes Laufwerk benoetigt keine zusaetzliche Stellflaeche auf dem Schreibtisch. Sollte das Laufwerk einmal defekt sein, muss es allerdings ausgebaut werden, um es zur Reparatur zu bringen; bei einem externen Laufwerk ist das einfacher.

Die wichtigsten Kriterien fuer den Kauf sind Uebertragungsrate, Zugriffszeiten sowie die technische Spezifikation, der das Laufwerk entspricht. Wichtig ist noch die Art der Schnittstelle, mit der der Anschluss an den Rechner bewerkstelligt wird. Die hochwertigeren Laufwerke verfuegen heute ueber Uebertragungsraten von zirka 300 KB/s, was den Datentransfer zum Rechner gegenueber den aelteren Laufwerken verdoppelt hat. Einige wenige ganz neue, aber auch noch relativ teure Modelle verfuegen bereits ueber doppelt so hohe Uebertragungsgeschwindigkeiten.

Aeltere Ausfuehrungen hatten Zugriffszeiten bis zu 600 und mehr Millisekunden. Heute sind Werte von unter 300 Millisekunden realistisch.

Je groesser der Cache-Speicher ist - ueblich sind 64 KB -, um so unterbrechungsfreier funktioniert der Datentransfer. Fuer den Allround-Anwender ist vor allem der technische Standard des Drives wichtig. Hier profiliert sich der CD-ROM-XA-Standard als die zur Zeit technisch ausgereifteste Alternative. Mit einem XA-Laufwerk lassen sich mit passendem Treiber sowohl normale Audio-CDs als auch CD-ROM, CD-I, Foto-CDs und seit neuestem auch Electronic-Book-Daten (zum Beispiel von Sonys Data Discman) lesen. Andere Laufwerke koennen immer nur eines der angefuehrten Systeme (plus Audio-CD) lesen.

Ferner sollte das Laufwerk Multisession-faehig sein, weil beschreibbare Disks (zum Beispiel Foto-CDs), die ueber mehrere Indexverzeichnisse verfuegen, sonst nur begrenzt lesbar sind. Mit Kodaks PCD Writer 200 kann der Anwender seine Disks sogar selbst beschreiben.

Die meisten grossen Hersteller von CD-ROM-Laufwerken statten ihre Systeme mit einem SCSI-1- oder SCSI-2-Bus aus. Andere haben ihre eigenen Interfaces. Da SCSI eine normierte Schnittstelle ist, werden die Laufwerke, die damit ausgeruestet sind, immer an den technischen Entwicklungen dieser Norm partizipieren. Die Hersteller proprietaerer Systeme (nicht SCSI) muessen ihre eigenen Standards weiterentwickeln. Wer das Laufwerk unter Windows anschafft, sollte darauf achten, dass der passende Microsoft-Treiber (MSCDEX.EXE) mitgeliefert wird.

Laufwerke, die den beschriebenen Spezifikationen entsprechen, werden zur Zeit fuer knapp unter 1000 Mark gehandelt.

Abb. 1: Kostenuebersicht der Speichermedien

Papier ist bei der Datenspeicherung die teuerste Loesung. Quelle: NEC

Abb. 2: CD-ROM-Standards

Grundsaetzlich ist CD-ROM-XA kein neuer Standard, sondern eher eine Erweiterung der bestehenden CD-ROM-Spezifikation (Yellow Book), in die Elemente der CD-I-Spezifikation (Green Book) eingefuegt wurden. Der ISO-9660-Standard fuer den systemunabhaengigen Datenaustausch wird eingehalten. Quelle: NEC

Abb. 3: Optische Speicherplatten im Vergleich

Schnelligkeit ist nicht die Staerke der CD-ROM; dafuer hat sie viele andere Pluspunkte. Quelle: NEC