Formfaktoren
Optische Laufwerke für Computer gibt es in zwei Hauptformfaktoren: Half-Height (auch bekannt als Desktop-Laufwerk) und Slim-Type (verwendet in Laptops und kompakten Desktop-Computern). Es gibt sie sowohl als interne als auch als externe Varianten.
Halbhohe optische Laufwerke sind etwa 4 cm hoch, während schlanke optische Laufwerke etwa 1 cm hoch sind.
Halbhohe optische Laufwerke arbeiten mit mehr als doppelt so hohen Geschwindigkeiten wie schlanke optische Laufwerke, da die Geschwindigkeiten bei schlanken optischen Laufwerken durch die physikalischen Grenzen der Rotationsgeschwindigkeit des Laufwerksmotors (etwa 5000 U/min) und nicht durch die Leistung des optischen Abtastsystems begrenzt sind.
Da halbhohe Laufwerke viel mehr Strom und eine Spannung von 12 V DC benötigen, während optische Slim-Laufwerke mit 5 Volt laufen, benötigen externe optische Laufwerke halber Höhe einen separaten externen Stromanschluss, während externe Slim-Laufwerke in der Regel vollständig mit Strom betrieben werden können, der über den USB-Anschluss des Computers geliefert wird. Half-Height-Laufwerke sind dadurch auch schneller als Slim-Laufwerke, da mehr Strom benötigt wird, um die Disc mit höherer Geschwindigkeit zu drehen.
Half-Height-Laufwerke halten die Discs von beiden Seiten fest, während Slim-Laufwerke die Disc von unten befestigen.
Half-Height-Laufwerke befestigen die Disc mit 2 Spindeln, die jeweils einen Magneten enthalten, eine unter und eine über dem Disc-Tray. Die Spindeln können mit einer Beflockung oder einem texturierten Silikonmaterial ausgekleidet sein, um Reibung auf die Disc auszuüben, damit sie nicht verrutscht. Die obere Spindel ist etwas lose und wird von der unteren Spindel aufgrund ihrer Magnete angezogen. Wenn das Tablett geöffnet wird, zieht ein Mechanismus, der durch die Bewegung des Tabletts angetrieben wird, die untere Spindel von der oberen Spindel weg und umgekehrt, wenn das Tablett geschlossen wird. Wenn die Schale geschlossen ist, berührt die untere Spindel den inneren Umfang der Scheibe und hebt die Scheibe leicht von der Schale zur oberen Spindel, die von dem Magneten auf der unteren Scheibe angezogen wird, wodurch die Scheibe festgeklemmt wird. Nur die untere Spindel ist motorisiert. Trays in Laufwerken mit halber Höhe öffnen und schließen sich oft vollständig über einen motorisierten Mechanismus, der zum Schließen gedrückt, vom Computer gesteuert oder über eine Taste am Laufwerk bedient werden kann. Trays in Laufwerken mit halber Höhe und Slim-Laufwerken können auch durch das jeweilige Programm verriegelt werden, können aber immer noch ausgeworfen werden, indem man das Ende einer Büroklammer in ein Notauswurfloch an der Vorderseite des Laufwerks steckt. Frühe CD-Player wie der Sony CDP-101 verwendeten einen separaten motorisierten Mechanismus, um die Disc an die motorisierte Spindel zu klemmen.
Slim-Laufwerke verwenden eine spezielle Spindel mit federbelasteten, speziell geformten Noppen, die nach außen strahlen und gegen den inneren Rand der Disc drücken. Der Benutzer muss einen gleichmäßigen Druck auf den inneren Umfang der Scheibe ausüben, um sie an die Spindel zu klemmen, und vom äußeren Umfang aus ziehen, während er den Daumen auf die Spindel legt, um die Scheibe zu entfernen, wobei sie sich dabei leicht biegt und nach dem Entfernen wieder in ihre normale Form zurückkehrt. Der äußere Rand der Spindel kann eine texturierte Silikonoberfläche haben, um Reibung auszuüben, damit die Disc nicht abrutscht. Bei Slim-Laufwerken befinden sich die meisten, wenn nicht alle Komponenten auf der Disk-Schublade, die über einen Federmechanismus, der vom Computer gesteuert werden kann, herausspringt. Diese Schalen können nicht von selbst schließen, sondern müssen bis zum Anschlag geschoben werden.
Laser und OptikBearbeiten
Optisches AbtastsystemBearbeiten
Tonabnehmerkopf
Der wichtigste Teil eines optischen Plattenlaufwerks ist der optische Pfad, der sich im Inneren eines Tonabnehmerkopfes (PUH) befindet. Der PUH wird auch als Laser-Pickup, optischer Pickup, Pickup, Pickup-Baugruppe, Laser-Baugruppe, laseroptische Baugruppe, optischer Pickup-Kopf/-Einheit oder optische Baugruppe bezeichnet. Sie besteht in der Regel aus einer Halbleiter-Laserdiode, einer Linse zur Fokussierung des Laserstrahls und Fotodioden zur Erkennung des von der Oberfläche der Disc reflektierten Lichts.
Anfänglich wurden CD-Laser mit einer Wellenlänge von 780 nm (im Infrarotbereich) verwendet. Für DVDs wurde die Wellenlänge auf 650 nm (rote Farbe) und für Blu-ray Disc sogar auf 405 nm (violette Farbe) reduziert.
Zwei Hauptservomechanismen werden verwendet, der erste zur Aufrechterhaltung des richtigen Abstands zwischen Linse und Disc, um sicherzustellen, dass der Laserstrahl als kleiner Laserpunkt auf der Disc fokussiert wird. Der zweite Servomechanismus bewegt den Abtastkopf entlang des Radius der Disc und hält den Strahl auf der Spur, einem kontinuierlichen spiralförmigen Datenpfad. Optische Datenträger werden beginnend am inneren Radius bis zum äußeren Rand „gelesen“.
Nah an der Laserlinse sind optische Laufwerke in der Regel mit einem bis drei winzigen Potentiometern ausgestattet (meist separate für CDs, DVDs und meist ein drittes für Blu-ray Discs, falls vom Laufwerk unterstützt), die mit einem feinen Schraubendreher gedreht werden können. Das Potentiometer ist mit der Laserlinse in Reihe geschaltet und kann zu Reparaturzwecken zum manuellen Erhöhen und Verringern der Laserleistung verwendet werden.
Die in DVD-Brennern verwendete Laserdiode kann Leistungen von bis zu 100 Milliwatt haben, solch hohe Leistungen werden beim Schreiben verwendet. Einige CD-Player verfügen über eine automatische Verstärkungsregelung (AGC), um die Leistung des Lasers zu variieren und so eine zuverlässige Wiedergabe von CD-RW-Discs zu gewährleisten.
Die Lesefähigkeit (die Fähigkeit, physisch beschädigte oder verschmutzte Discs zu lesen) kann aufgrund von Unterschieden bei optischen Abtastsystemen, Firmwares und Beschädigungsmustern zwischen verschiedenen optischen Laufwerken variieren.
Schreibgeschützte MedienBearbeiten
Bei werkseitig gepressten Nur-Lese-Medien (ROM) werden während des Herstellungsprozesses die Spuren durch das Pressen eines thermoplastischen Harzes in eine Nickelmatrize geformt, die durch das Beschichten eines Glas-„Masters“ mit erhabenen „Bumps“ auf einer flachen Oberfläche hergestellt wurde, wodurch Pits und Lands in der Kunststoffscheibe entstehen. Da die Tiefe der Vertiefungen etwa ein Viertel bis ein Sechstel der Wellenlänge des Lasers beträgt, wird die Phase des reflektierten Strahls im Verhältnis zum eintreffenden Strahl verschoben, was zu gegenseitiger destruktiver Interferenz führt und die Intensität des reflektierten Strahls verringert. Dies wird von Photodioden erkannt, die entsprechende elektrische Signale erzeugen.
Beschreibbare MedienBearbeiten
Ein optischer Plattenrekorder kodiert (auch bekannt als Brennen, da die Farbstoffschicht permanent eingebrannt wird) Daten auf eine beschreibbare CD-R, DVD-R, DVD+R oder BD-R (genannt Rohling) durch selektives Erhitzen (Brennen) von Teilen einer organischen Farbstoffschicht mit einem Laser.
Dadurch ändert sich das Reflexionsvermögen des Farbstoffs, wodurch Markierungen entstehen, die wie die Pits und Lands auf gepressten Discs gelesen werden können. Bei beschreibbaren Discs ist der Prozess permanent und das Medium kann nur einmal beschrieben werden. Während der Leselaser in der Regel nicht stärker als 5 mW ist, ist der Schreiblaser wesentlich leistungsstärker. DVD-Laser arbeiten mit Spannungen von etwa 2,5 Volt.
Je höher die Schreibgeschwindigkeit, desto weniger Zeit hat ein Laser, um einen Punkt auf dem Medium zu erwärmen, also muss seine Leistung proportional steigen. Die Laser von DVD-Brennern erreichen oft eine Spitzenleistung von etwa 200 mW, entweder in kontinuierlicher Welle oder in Pulsen, obwohl einige bis zu 400 mW betrieben wurden, bevor die Diode versagte.
Wiederbeschreibbare Medien
Bei wiederbeschreibbaren CD-RW-, DVD-RW-, DVD+RW-, DVD-RAM- oder BD-RE-Medien wird der Laser verwendet, um eine kristalline Metalllegierung in der Aufzeichnungsschicht der Disc zu schmelzen. Abhängig von der angewendeten Leistung kann die Substanz wieder in die kristalline Form zurückschmelzen (die Phase zurück ändern) oder in einer amorphen Form belassen werden, wodurch Markierungen mit unterschiedlicher Reflektivität erzeugt werden können.
Doppelseitige MedienBearbeiten
Doppelseitige Medien können verwendet werden, sind aber mit einem Standard-Laufwerk nicht leicht zugänglich, da sie physisch umgedreht werden müssen, um auf die Daten auf der anderen Seite zuzugreifen.
Doppelschichtige MedienBearbeiten
Doppelschichtige oder Dual Layer (DL)-Medien haben zwei unabhängige Datenschichten, die durch eine halbreflektierende Schicht getrennt sind. Beide Schichten sind von der gleichen Seite aus zugänglich, erfordern aber eine Änderung der Optik, um den Fokus des Lasers zu verändern. Traditionelle einlagige (SL) beschreibbare Medien werden mit einer spiralförmigen Rille hergestellt, die in der schützenden Polycarbonatschicht (nicht in der Datenaufzeichnungsschicht) geformt ist, um die Geschwindigkeit des Aufzeichnungskopfes zu führen und zu synchronisieren. Zweischichtige beschreibbare Medien haben: eine erste Polycarbonatschicht mit einer (flachen) Rille, eine erste Datenschicht, eine halbreflektierende Schicht, eine zweite (Abstandshalter-)Polycarbonatschicht mit einer weiteren (tiefen) Rille und eine zweite Datenschicht. Die erste Rillenspirale beginnt in der Regel an der Innenkante und erstreckt sich nach außen, während die zweite Rille an der Außenkante beginnt und sich nach innen erstreckt.
Photothermischer Druck
Einige Laufwerke unterstützen Hewlett-Packards LightScribe oder die alternative photothermische Drucktechnologie LabelFlash zur Beschriftung speziell beschichteter Discs.
Mehrstrahl-LaufwerkeBearbeiten
Zen Technology und Sony haben Laufwerke entwickelt, die mehrere Laserstrahlen gleichzeitig verwenden, um Discs zu lesen und mit höherer Geschwindigkeit zu beschreiben, als es mit einem einzelnen Laserstrahl möglich wäre. Die Einschränkung bei einem einzelnen Laserstrahl ergibt sich aus dem Wackeln der Disc, das bei hohen Drehzahlen auftreten kann; bei 25.000 U/min werden CDs unlesbar, während Blu-rays nicht über 5.000 U/min beschrieben werden können. Mit einem einzelnen Laserstrahl ist die einzige Möglichkeit, die Lese- und Schreibgeschwindigkeit zu erhöhen, die Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Disc; daher drehen schnellere Laufwerke die Disc mit höheren Geschwindigkeiten. Außerdem können CDs mit 27.500 RPMs (z.B. um das Innere einer CD mit 52x zu lesen) explodieren und die Umgebung der Disc stark beschädigen, und schlechte Qualität oder beschädigte Discs können bei niedrigeren Geschwindigkeiten explodieren.
Bei Zens System (das in Zusammenarbeit mit Sanyo entwickelt und von Kenwood lizenziert wurde) wird ein Beugungsgitter verwendet, um einen Laserstrahl in 7 Strahlen aufzuteilen, die dann auf die Disc fokussiert werden; ein zentraler Strahl wird zum Fokussieren und Verfolgen der Rille der Disc verwendet, so dass 6 verbleibende Strahlen (3 auf jeder Seite) übrig bleiben, die gleichmäßig verteilt sind, um 6 separate Abschnitte der Rille der Disc parallel zu lesen, was effektiv die Lesegeschwindigkeit bei niedrigeren Drehzahlen erhöht, das Laufwerksgeräusch und die Belastung der Disc reduziert. Die Strahlen werden dann von der Disc zurückreflektiert, kollimiert und in ein spezielles Fotodioden-Array projiziert, um gelesen zu werden. Die ersten Laufwerke mit dieser Technologie konnten mit 40x lesen, später wurde die Geschwindigkeit auf 52x und schließlich 72x erhöht. Es verwendet einen einzelnen optischen Pickup.
Bei Sonys System (das in ihrem proprietären Optical Disc Archive System verwendet wird, das auf der Archival Disc basiert, die wiederum auf Blu-ray basiert) hat das Laufwerk 4 optische Pickups, zwei auf jeder Seite der Disc, wobei jeder Pickup zwei Linsen für insgesamt 8 Linsen und Laserstrahlen hat. Dadurch können beide Seiten der Disc gleichzeitig gelesen und beschrieben werden, und der Inhalt der Disc kann während des Schreibens überprüft werden.
RotationsmechanismusBearbeiten
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Vergleich verschiedener Formen von Plattenspeichern mit Darstellung der Spuren (nicht maßstabsgetreu); grün bezeichnet den Anfang und rot das Ende.
* Einige CD-R(W)- und DVD-R(W)/DVD+R(W)-Rekorder arbeiten in den Modi ZCLV, CAA oder CAV. -
Ein halbhohes CD-ROM-Laufwerk (ohne Gehäuse)
Der Rotationsmechanismus in einem optischen Laufwerk unterscheidet sich erheblich von dem eines Festplattenlaufwerks, dadurch, dass letzteres eine konstante Winkelgeschwindigkeit (CAV), also eine konstante Anzahl von Umdrehungen pro Minute (RPM), einhält. Mit CAV ist an der äußeren Scheibe in der Regel ein höherer Durchsatz erreichbar als an der inneren.
Die optischen Laufwerke hingegen wurden unter der Annahme entwickelt, einen konstanten Durchsatz zu erreichen, bei CD-Laufwerken zunächst gleich 150 KiB/s. Diese Eigenschaft war wichtig für das Streaming von Audiodaten, die tendenziell immer eine konstante Bitrate benötigen. Aber um sicherzustellen, dass keine Disc-Kapazität verschwendet wurde, musste ein Kopf auch immer Daten mit einer maximalen linearen Rate übertragen, ohne am äußeren Rand der Disc langsamer zu werden. Das führte dazu, dass optische Laufwerke – bis vor kurzem – mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit (CLV) arbeiteten. Die Spiralrille der Disc lief unter ihrem Kopf mit konstanter Geschwindigkeit. Die Auswirkung von CLV, im Gegensatz zu CAV, ist, dass die Winkelgeschwindigkeit der Disc nicht mehr konstant ist und der Spindelmotor so konstruiert werden musste, dass er seine Geschwindigkeit zwischen 200 U/min am äußeren Rand und 500 U/min am inneren Rand variieren konnte.
Spätere CD-Laufwerke behielten das CLV-Paradigma bei, entwickelten sich aber weiter, um höhere Drehgeschwindigkeiten zu erreichen, die üblicherweise in Vielfachen einer Grundgeschwindigkeit beschrieben werden. So rotiert ein 4×-Laufwerk beispielsweise mit 800-2000 U/min und überträgt Daten mit 600 KiB/s, was 4 × 150 KiB/s entspricht.
Bei DVDs beträgt die Basis- oder 1×-Geschwindigkeit 1,385 MB/s, was 1,32 MiB/s entspricht und etwa neunmal schneller ist als die CD-Basisgeschwindigkeit. Bei Blu-ray-Laufwerken beträgt die Basisgeschwindigkeit 6,74 MB/s, was 6,43 MiB/s entspricht.
Da die Einhaltung einer konstanten Übertragungsrate für die gesamte Disc bei den meisten heutigen CD-Anwendungen nicht so wichtig ist, musste ein reiner CLV-Ansatz aufgegeben werden, um die Rotationsgeschwindigkeit der Disc sicher niedrig zu halten und gleichzeitig die Datenrate zu maximieren. Einige Laufwerke arbeiten in einem partiellen CLV-Schema (PCLV), indem sie nur von CLV auf CAV umschalten, wenn eine Rotationsgrenze erreicht wird. Aber das Umschalten auf CAV erfordert beträchtliche Änderungen im Hardware-Design, daher verwenden die meisten Laufwerke stattdessen das Z-CLV-Schema (Zoned Constant Linear Velocity). Dabei wird die Platte in mehrere Zonen unterteilt, die jeweils ihre eigene konstante lineare Geschwindigkeit haben. Ein Z-CLV-Brenner, der auf „52ד ausgelegt ist, würde z.B. mit 20× in der innersten Zone schreiben und dann die Geschwindigkeit in mehreren diskreten Schritten bis auf 52× am äußeren Rand erhöhen. Ohne höhere Drehzahlen kann eine höhere Leseleistung durch gleichzeitiges Lesen von mehr als einem Punkt einer Datenrille erreicht werden, auch bekannt als Multi-Beam, aber Laufwerke mit solchen Mechanismen sind teurer, weniger kompatibel und sehr selten.
LimitEdit
Sowohl DVDs als auch CDs sind dafür bekannt, dass sie explodieren, wenn sie beschädigt oder mit zu hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Dies führt zu einer Beschränkung der maximalen sicheren Geschwindigkeiten (56× CAV für CDs bzw. ca. 18×CAV bei DVDs), mit denen Laufwerke arbeiten können.
Die Lesegeschwindigkeiten der meisten halbhohen optischen Laufwerke, die seit ca. 2007 auf den Markt gekommen sind, sind auf ×48 für CDs, ×16 für DVDs und ×12 (Winkelgeschwindigkeiten) für Blu-ray Discs begrenzt. Schreibgeschwindigkeiten auf ausgewählten einmal beschreibbaren Medien sind höher.
Einige optische Laufwerke drosseln zusätzlich die Lesegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Inhalt der optischen Discs, wie z. B. max. 40× CAV (constant angular velocity) für die Digital Audio Extraction („DAE“) von Audio-CD-Tracks, 16× CAV für Video-CD-Inhalte und noch niedrigere Beschränkungen bei früheren Modellen wie 4× CLV (constant linear velocity) für Video-CDs.
LademechanismenBearbeiten
Laden über Tray und SlotBearbeiten
Aktuelle optische Laufwerke verwenden entweder einen Tray-Lademechanismus, bei dem die Disc in einen motorisierten Tray geladen wird (wie bei halbhohen „Desktop“-Laufwerken), einen manuell bedienten Tray (wie bei Laptops, auch Slim-Typ genannt), oder einen Slot-Lademechanismus, bei dem die Disc in einen Schlitz geschoben und von motorisierten Rollen eingezogen wird. Slot-Loading-Laufwerke gibt es sowohl in halbhoher (Desktop) als auch in schmaler Ausführung (Laptop).
Bei beiden Arten von Mechanismen kann eine CD oder DVD, die nach dem Ausschalten des Computers im Laufwerk verbleibt, nicht über den normalen Auswurfmechanismus des Laufwerks ausgeworfen werden. Die Laufwerke mit Tray-Loading-Mechanismus berücksichtigen diese Situation, indem sie ein kleines Loch vorsehen, in das man eine Büroklammer einführen kann, um das Laufwerk manuell zu öffnen und die Disc herauszuholen.
Laufwerke mit Slot-Loading-Mechanismus werden häufig in Spielkonsolen und Fahrzeug-Audioeinheiten verwendet. Sie erlauben zwar ein bequemeres Einlegen, haben aber den Nachteil, dass sie in der Regel nicht die kleineren Discs mit 80 mm Durchmesser (es sei denn, es wird ein Adapter für optische Discs mit 80 mm Durchmesser verwendet) oder andere Nicht-Standardgrößen aufnehmen können, in der Regel kein Notauswurfloch oder eine Auswurftaste haben und daher zerlegt werden müssen, wenn die optische Disc nicht normal ausgeworfen werden kann. Allerdings wurden einige optische Laufwerke mit Slot-Loading so entwickelt, dass sie Miniatur-Discs unterstützen. Die Nintendo Wii, wegen der Abwärtskompatibilität mit Nintendo GameCube-Spielen, und die PlayStation 3-Videospielkonsolen sind in der Lage, sowohl DVDs in Standardgröße als auch 80-mm-Discs in das gleiche Slot-Loading-Laufwerk zu laden. Das Slot-Laufwerk des Nachfolgers, der Wii U, ist jedoch nicht mit Miniatur-Discs kompatibel.
Es gab auch einige frühe CD-ROM-Laufwerke für Desktop-PCs, bei denen der Tray-Lademechanismus leicht ausfährt und der Benutzer das Tray manuell herausziehen muss, um eine CD zu laden, ähnlich der Tray-Auswurfmethode, die in internen optischen Laufwerken moderner Laptops und modernen externen schlanken tragbaren optischen Laufwerken verwendet wird. Wie der Top-Loading-Mechanismus haben sie federgelagerte Kugellager auf der Spindel.
Top-Loading
Eine kleine Anzahl von Laufwerksmodellen, meist kompakte tragbare Geräte, haben einen Top-Loading-Mechanismus, bei dem der Laufwerksdeckel manuell nach oben geöffnet wird und die Disc direkt auf die Spindel gelegt wird (z. B. alle PlayStation One-Konsolen, die meisten tragbaren CD-Player und einige Standalone-CD-Brenner haben Top-Loading-Laufwerke). Diese haben manchmal den Vorteil, dass sie federgelagerte Kugellager verwenden, um die Disc an ihrem Platz zu halten, wodurch die Beschädigung der Disc minimiert wird, wenn das Laufwerk bewegt wird, während es hochgedreht wird.
Im Gegensatz zu Tray- und Slot-Lademechanismen können optische Top-Loading-Laufwerke standardmäßig geöffnet werden, ohne an den Strom angeschlossen zu sein.
Cartridge-Laden
Einige frühe CD-ROM-Laufwerke benutzten einen Mechanismus, bei dem CDs in spezielle Cartridges oder Caddies eingelegt werden mussten, die einer 3 1⁄2-Zoll-Mikrodiskette ähneln. Dies sollte die Disc vor versehentlicher Beschädigung schützen, indem sie in ein robusteres Plastikgehäuse eingeschlossen wurde, aber es setzte sich wegen der zusätzlichen Kosten und Kompatibilitätsbedenken nicht durch – solche Laufwerke erforderten auch, dass „nackte“ Discs vor der Verwendung manuell in einen zu öffnenden Caddy eingelegt werden mussten. Ultra Density Optical (UDO), magneto-optische Laufwerke, Universal Media Disc (UMD), DataPlay, Professional Disc, MiniDisc, Optical Disc Archive sowie frühe DVD-RAM und Blu-ray-Discs verwenden optische Disc-Cartridges.
ComputerschnittstellenBearbeiten
Alle optischen Disc-Laufwerke verwenden das SCSI-Protokoll auf Kommandobusebene, und die ersten Systeme benutzten entweder einen vollwertigen SCSI-Bus oder, da diese für den Verkauf an Endverbraucher zu teuer waren, eine proprietäre, kostenreduzierte Version des Busses. Das liegt daran, dass die konventionellen ATA-Standards zu dieser Zeit keine Wechselmedien oder Hot-Plugging von Festplattenlaufwerken unterstützten oder vorsahen. Die meisten modernen internen Laufwerke für Personal Computer, Server und Workstations sind so konzipiert, dass sie in einen standardmäßigen 5 1⁄4-Zoll-Laufwerksschacht (auch als 5,25-Zoll-Laufwerk geschrieben) passen und über eine ATA- oder SATA-Busschnittstelle mit ihrem Host verbunden sind, aber auf Software-Ebene mit den SCSI-Protokollbefehlen gemäß dem ATA Package Interface-Standard sprechen, der entwickelt wurde, um parallele ATA/IDE-Schnittstellen mit Wechselmedien kompatibel zu machen. Zusätzlich können digitale und analoge Ausgänge für Audio vorhanden sein. Die Ausgänge können über ein Header-Kabel mit der Soundkarte oder der Hauptplatine verbunden werden oder über ein 3,5-mm-AUX-Steckerkabel, mit dem viele frühe optische Laufwerke ausgestattet sind, mit einem Kopfhörer oder einem externen Lautsprecher. Früher steuerte eine Computersoftware, die einem CD-Player ähnelte, die Wiedergabe der CD. Heute werden die Informationen als digitale Daten von der CD extrahiert, um sie abzuspielen oder in andere Dateiformate umzuwandeln.
Einige frühe optische Laufwerke haben spezielle Tasten für die CD-Wiedergabesteuerung auf ihrer Vorderseite, so dass sie als eigenständiger Compact-Disc-Player fungieren können.
Externe Laufwerke waren anfangs sehr beliebt, da die Laufwerke oft eine komplexe Elektronik benötigten, die in ihrer Komplexität mit dem Host-Computersystem selbst konkurrierte. Es gibt externe Laufwerke mit SCSI-, Parallelport-, USB- und FireWire-Schnittstellen, wobei die meisten modernen Laufwerke USB sind. Einige tragbare Versionen für Laptops versorgen sich selbst über Batterien oder direkt über den Schnittstellenbus.
Laufwerke mit SCSI-Schnittstelle waren ursprünglich die einzige verfügbare Systemschnittstelle, aber sie wurden auf dem preissensiblen Low-End-Consumer-Markt, der den Großteil der Nachfrage ausmachte, nie populär. Sie waren weniger verbreitet und tendenziell teurer, wegen der Kosten für die Schnittstellen-Chipsätze, der komplexeren SCSI-Anschlüsse und des geringen Verkaufsvolumens im Vergleich zu proprietären, kostenreduzierten Anwendungen, aber vor allem, weil die meisten Computersysteme des Consumer-Marktes keine Art von SCSI-Schnittstelle in sich trugen, war der Markt für sie klein. Die Unterstützung für eine Vielzahl verschiedener kostenreduzierter proprietärer optischer Laufwerksbusstandards war jedoch in der Regel in Soundkarten eingebettet, die in den ersten Jahren oft mit den optischen Laufwerken selbst gebündelt wurden. Einige Bundles aus Soundkarte und optischem Laufwerk verfügten sogar über einen vollständigen SCSI-Bus. Moderne IDE/ATAPI-konforme parallele ATA- und serielle ATA-Laufwerkssteuerungs-Chipsätze und ihre Schnittstellentechnologie sind komplexer in der Herstellung als eine traditionelle 8-Bit-50-MHz-SCSI-Laufwerksschnittstelle, weil sie Eigenschaften sowohl des SCSI- als auch des ATA-Busses aufweisen, aber aufgrund von Skaleneffekten insgesamt billiger in der Herstellung sind.
Als das optische Laufwerk zum ersten Mal entwickelt wurde, war es nicht einfach, es zu Computersystemen hinzuzufügen. Einige Computer wie der IBM PS/2 waren standardmäßig auf die 3 1⁄2-Zoll-Floppy und die 3 1⁄2-Zoll-Festplatte ausgerichtet und hatten keinen Platz für ein großes internes Gerät. Auch IBM-PCs und Klone enthielten zunächst nur eine einzige (parallele) ATA-Laufwerksschnittstelle, die zu der Zeit, als das CD-ROM eingeführt wurde, bereits zur Unterstützung von zwei Festplatten verwendet wurde und völlig unfähig war, Wechselmedien zu unterstützen, ein Laufwerk, das herunterfiel oder vom Bus entfernt wurde, während das System in Betrieb war, würde einen nicht behebbaren Fehler verursachen und das gesamte System abstürzen lassen. Frühe Laptops der Consumer-Klasse hatten einfach keine eingebaute Hochgeschwindigkeitsschnittstelle zur Unterstützung eines externen Speichergeräts. High-End-Workstation-Systeme und Laptops verfügten über eine SCSI-Schnittstelle, die einen Standard für extern angeschlossene Geräte hatte.
Dieses Problem wurde durch mehrere Techniken gelöst:
- Frühe Soundkarten konnten eine Schnittstelle für ein CD-ROM-Laufwerk enthalten. Anfänglich waren solche Schnittstellen proprietär für jeden CD-ROM-Hersteller. Eine Soundkarte konnte oft zwei oder drei verschiedene Schnittstellen haben, die in der Lage waren, mit dem CD-ROM-Laufwerk zu kommunizieren.
- Eine Methode zur Nutzung der parallelen Schnittstelle zur Verwendung mit externen Laufwerken wurde irgendwann entwickelt. Diese Schnittstelle wurde traditionell verwendet, um einen Drucker anzuschließen, aber entgegen dem weit verbreiteten Mythos ist das nicht ihre einzige Verwendung, und es gibt verschiedene externe Zusatzgeräte für den IEEE-1278-Bus, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Band-Backup-Laufwerke usw. Dies war langsam, aber eine Option für Laptops der unteren bis mittleren Leistungsklasse ohne integriertes oder per PCMCIA-Erweiterungsbus angeschlossenes SCSI.
- Eine PCMCIA-Schnittstelle für optische Laufwerke wurde ebenfalls für Laptops entwickelt.
- Eine SCSI-Karte konnte in Desktop-PCs installiert werden, um ein externes SCSI-Laufwerksgehäuse zu versorgen oder um intern montierte SCSI-Festplatten und optische Laufwerke zu betreiben, obwohl SCSI typischerweise etwas teurer war als andere Optionen, wobei einige OEMs einen Aufpreis dafür verlangten.
Aufgrund der fehlenden Asynchronität in den vorhandenen Implementierungen kann ein optisches Laufwerk, das auf beschädigte Sektoren stößt, dazu führen, dass Computerprogramme, die versuchen, auf die Laufwerke zuzugreifen, wie z. B. der Windows Explorer, sich aufhängen.
Interner Mechanismus eines LaufwerksBearbeiten
Die optischen Laufwerke auf den Fotos sind mit der rechten Seite nach oben abgebildet; die Disc würde auf ihnen sitzen. Der Laser und das optische System tasten die Unterseite der Disc ab.
Beim oberen Foto befindet sich rechts von der Bildmitte der Disc-Motor, ein Metallzylinder, mit einer grauen Zentriernabe und einem schwarzen Gummi-Antriebsring auf der Oberseite. Es gibt eine scheibenförmige runde Klammer, die lose in der Abdeckung gehalten wird und sich frei drehen kann; sie ist nicht auf dem Foto. Nachdem die Disc-Schublade aufhört, sich nach innen zu bewegen, während der Motor und die daran befestigten Teile nach oben fahren, kontaktiert ein Magnet nahe der Oberseite der rotierenden Baugruppe die Klemme und zieht sie stark an, um die Disc zu halten und zu zentrieren. Dieser Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, der einen Außenrotor hat – jedes sichtbare Teil dreht sich.
Zwei parallele Führungsstangen, die auf dem Foto zwischen oben links und unten rechts verlaufen, tragen den „Schlitten“, den beweglichen optischen Schreib-Lese-Kopf. Wie auf dem Bild zu sehen ist, befindet sich dieser „Schlitten“ in der Nähe bzw. an der Position, an der er am Rand der Disc liest oder schreibt. Um den „Schlitten“ während der kontinuierlichen Lese- oder Schreibvorgänge zu bewegen, dreht ein Schrittmotor eine Leitspindel, um den „Schlitten“ über seinen gesamten Verfahrbereich zu bewegen. Der Motor selbst ist der kurze graue Zylinder gleich links neben der am weitesten entfernten Stoßdämpferbefestigung; seine Welle ist parallel zu den Stützstangen. Die Leitspindel ist die Stange mit gleichmäßig verteilten dunkleren Details; dies sind die schraubenförmigen Rillen, die in einen Stift auf dem „Schlitten“ eingreifen.
Im Gegensatz dazu verwendet der Mechanismus auf dem zweiten Foto, der von einem billig hergestellten DVD-Player stammt, weniger genaue und weniger effiziente Gleichstrommotoren mit Bürsten, um sowohl den Schlitten zu bewegen als auch die Disc zu drehen. Einige ältere Laufwerke verwenden einen Gleichstrommotor, um den Schlitten zu bewegen, haben aber auch einen magnetischen Drehgeber, um die Position zu verfolgen. Die meisten Laufwerke in Computern verwenden Schrittmotoren.
Das graue Metallgehäuse ist an den vier Ecken stoßgeschützt, um die Empfindlichkeit gegenüber externen Stößen zu verringern und die Laufwerksgeräusche durch Restunwucht bei schnellem Lauf zu reduzieren. Die weichen Tüllen für die Stoßdämpferbefestigung befinden sich direkt unter den messingfarbenen Schrauben an den vier Ecken (die linke ist verdeckt).
Auf dem dritten Foto sind die Komponenten unter der Abdeckung des Linsenmechanismus sichtbar. Zu sehen sind die beiden Permanentmagnete auf beiden Seiten des Linsenhalters sowie die Spulen, die die Linse bewegen. Dadurch kann die Linse nach oben, unten, vorwärts und rückwärts bewegt werden, um den Fokus des Strahls zu stabilisieren.
Auf dem vierten Foto ist das Innere des Optikgehäuses zu sehen. Da es sich um ein CD-ROM-Laufwerk handelt, gibt es nur einen Laser, nämlich das schwarze Bauteil unten links in der Baugruppe. Direkt über dem Laser befinden sich die erste Fokussierlinse und das Prisma, die den Strahl auf die Disc richten. Das hohe, dünne Objekt in der Mitte ist ein halb verspiegelter Spiegel, der den Laserstrahl in mehrere Richtungen aufspaltet. Unten rechts vom Spiegel befindet sich die Hauptphotodiode, die den von der Scheibe reflektierten Strahl erfasst. Oberhalb der Hauptphotodiode befindet sich eine zweite Photodiode, die dazu dient, die Leistung des Lasers zu messen und zu regeln.
Das unregelmäßige orangefarbene Material ist eine flexible geätzte Kupferfolie, die von einer dünnen Kunststoffplatte getragen wird; dies sind „flexible Schaltkreise“, die alles mit der Elektronik verbinden (die nicht abgebildet ist).