Optische Laufwerke
Erklärung zum Thema
Differentzierung zwischen virtuellen und optischen Laufwerken
Lese/Scanfunktion
Der Laser
Das Rotieren, des Datenträgers
Das Brennen
CD
(HD) DVD
Blue-ray Disc
Ein optisches Laufwerk wird definiert, als Gerät/Hardware die ein Speichermedium(optische Datenträger) Lesen oder auch beschreiben kann.
Dazu zählen also Diskettenlaufwerke, CD-Rom Laufwerke und auch Medien mit Speicherchips(z.B USB-Stick).
Letzteres ist aber ein Sonderfall, auf den ich nicht weiter eingehe. Anstatt ,,optische Laufwerke" wird auch oft der Begriff ,,physikalische Laufwerke" verwendet.
Die häufigsten und bekanntesten optischen Laufwerke sind Disketten-,DVD- und CD-Rom Laufwerke, aber auch DVD- und CD-Rom Brenner.
Die Softwarekomponenten zu den optischen Laufwerken heißen ,,virtuelle Laufwerke". Diese emulieren die physischen Laufwerke und funktionieren analog zu der zugehörigen Hardware.
Virtuelle Laufwerke sind aber mehr als eine einfache Nachahmung.
Nachdem man die Daten auf ein virtuelles Laufwerk gespeichert hat, durch eine Installation, hat man praktisch einen virtuellen Datenträger und braucht den physischen Datenträger nichtmehr.
Das hat den Vorteil, das es schneller ist, eine gespeicherte Information aufzurufen, als den ,,langsamen" mechanischen Leselaser zu verschieben.
Es ist auch beim Energieverbrauch vorteilhafter Daten auf ein Laufwerk zu speichern.
Man muss aber natürlich auch genügend Speicher frei haben, was bei heutigen PCs selbstverständlich ist.
Ich werde die funktionsweise des Laufwerkes am Beispiel der CD erläutern:
Auf einer CD befinden sich sogenannte pits und lands.
Wenn man auf die Unterseite der CD schaut, sind die pits als Hügel zu erkennen, die lands hingegen als Vertiefung.
Bei der Ansicht auf die Oberseite, sieht es logischer weiße umgedreht aus (Siehe Abbildung 1).
Ein Laser strahlt nun auf die CD. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 780 nm
Die Strahlen werden reflektiert und werden von einem halbdurchlässigen Spiegel in eine Photodiode umgelenkt (Siehe Abbildung 2).
Durch den Höhenunterschied zwischen pits und lands gibt es 2 unterschiedliche Laufwege zu der Photodiode. Der Unterschied beträgt genau eine halbe
Wellenlänge.
Die Fotodiode erkennt den Wechsel der Wellenlänge und erzeugt ein Signal, dass weitergeleitet wird.
Es gibt verschiedene Arten von Laufwerken.
Die Anzahl und Art der Laser ist daher unterschiedlich.
Das Dreistrahlsystem ist das häufigste Abtastsystem und die Grundlage für bessere Abtastsysteme..
Wie der Name schon sagt, gibt es 3 Strahlen/Laser.
Ein Laser liest die Daten.
Die beiden anderen Laser sind für die Spurführung (Tracking).
Die untere Abbildung zeigt ein solches Dreistrahlsystem.
LaserBeam1 und LaserBeam3 sind die ,,Spurenführer".
LaserBeam2 ist der Leselaser, der sich durch die Koordinaten der beiden anderen Laser dann genau justieren kann.
Die ersten CD Laufwerke hatten dieses System und konnten mit einfacher Drehgeschwindigkeit 150kB/s lesen.
Sehr schnell reichte diese Leserate nichtmehr aus.
Man musste also die Drehzahl erhöhen um schneller lesen zu können.
Schon bald gab es dann Laufwerke mit doppelter Drehzahl, also doppelter Lesegeschwindigkeit.
Im laufe der Zeit brauchte man immer größere Drehzahlen, aber ungefähr ab der 60-fachen Drehgeschwindigkeit wird es gefährlich für die CD, da die Zentrifugalkräfte die CD zerstören können.
Um noch schneller lesen zu können, setzt man mehrere Laser ein (Multibeaming).
Das hat den vorteil, das man eine niedrigere Drehgeschwindigkeit braucht und das laufwerk somit leiser arbeitet.
Laufwerke mit Multibeam kosten dafür aber auch mehr.
Zum Brennvorgang gibt es nicht viel zu sagen.
Anstatt des schwachen Lasers, der beim lesen benutzt wird, braucht man zum Brennen einen stärkeren Laser.
Da dieser nicht im normalen Leselaufwerk ist, gibt es zusätzliche Laufwerke mit dem stärkeren Laser.
Solche Laufwerke nennt man Brenner.
Brenner schmelzen in das Material hinein und ändern somit die Lichtbrechung.
Ein pit entsteht.
Die CompaktDisk ist wiefolgt aufgebaut:
Die pits werden in das Polycarbonat gebrannt/gepresst.
Der chronologisch, erste pit findet man an der Innenseite und weitet sich spiralförmig nach außen aus..
Das kommt daher, das der Umfang an der Innenseite am kleinsten ist und man somit schneller eine Umdrehung schafft.
Und da man eher selten eine CD komplett beschreibt, ist das die beste Anordnung.
Die Funktionsweiße der CD wird schon hier beschrieben.
Die Lebensdauer einer CD ist der des Menschen ähnlich.
Ca. 80 Jahre halten sie durch.
Die volle Lebensdauer erreicht man aber nur wenn man folgende Dinge unterlässt:
- Die CD stark erhitzen/abkühlen
- Starkem Licht aussetzten (Sonnenlicht)
- Verbiegen/krümmen
- Verkratzen
Durch neue Technologien und bessere chemische Schutzverfahren kann die Lebensdauer noch weiter ansteigen.
Die DVD unterscheidet sich von der CD durch einen höheren Speicherplatz. Das war nötig, da die DVD speziell für Videodateien geschaffen wurde.
Daher auch der Name: Digital Video Disc und später Digital Versatile Disc
Im Vergleich zu der CD hat die DVD die Datenschicht in der Mitte.
Für das DVD-Laufwerk bedeutet das, einen kürzeren Laserweg. Daraus resultiert ein kleinerer Laserspot (Laserpunkt).
Der kleinere Laserspot kann dann im Vergleich zum CD-Laserspot kleinere Daten lesen und beschreiben.
⇒ Mehr Platz für Daten = Mehr Speicher
Die Blue-Ray Disc ist zur Zeit eines der besten Speichermedium. Sie wird als nachfolger der DVD angesehen.
Für die Blue-Ray (zu deutsch: blaue Lichtstrahlen) Disc wird überraschender weiße ein blauer Laser benutzt.
Genau wie bei der ,,Evolution" der CD zu der DVD, rückt nun bei dieser Weiterentwicklung Die Datenschicht näher an die Laserquelle.
Auch hier wird der Laserspot kleiner, was noch mehr Speicher bedeutet.
Jeder geringere Abstand zur Laserquelle bedeutet aber auch weniger Schutzschicht.
Die Blue-Ray Disc müsste daher am anfälligsten gegen Kratzer und Staubpartikel sein.
Hierfür wurde extra eine Schutzschicht namens Durabis entwickelt, welche die geringe Schutzschicht ausgleicht.
Der Laserspot wurde so optimiert, das Schreibfehler und stärkere Streuungen verringert wurden.
Nun war es möglich die Polycarbonatschicht gegen ein Metall auszutauschen oder andere stabile Materialien.
Mit diesem stärkeren Stoff kann man die Drehzahlen erhöhen was wiederrum die Übertragungsrate erhöht.
