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Aufbau einer CD



Die CD besteht zum größten Teil aus einem durchsichtigen Trägermaterial (Polycarbonat), das mittels Spritzprägen geformt wird. Die Oberseite dieses Trägers enthält die digitalen Informationen in Form von mikroskopisch kleinen Vertiefungen („Pits“) und Zwischenräumen („Lands“), die zu einer einzigen langen, spiralförmigen Spur angeordnet sind (insgesamt etwa 5 km).

Diese „informationshaltige“ Oberfläche wird mit einem dünnen Aluminiumfilm bedampft und schließlich mit einem Lacküberzug geschützt und eventuell mit einem Etikett versehen oder bedruckt. Diese Informationen werden im Abspielgerät von einem Laser durch die Trägerschicht abgetastet. Daraus folgt auch, dass der Laser die Pits nicht als Vertiefungen, sondern durch das Polycarbonat als Hügel sieht.


Prinzip einer CDEin Spurabschnitt von ca. 0,3 Mikrometer Länge (eine Bitzelle) stellt ein sogenanntes Kanalbit (Null oder Eins) dar. Eine Bitzelle mit einem Wechsel am Anfang von Land/Pit oder Pit/Land stellt eine logische Kanalbit-Eins dar, eine Bitzelle ohne einen solchen Wechsel eine logische Kanalbit-Null (NRZ-I-Codierung).

Der so ausgelesene Datenstrom ist EFM-codiert (engl. Eight-to-Fourteen-Modulation EFM), d.h. jeweils 14 Kanalbits repräsentieren ein 8-Bit-Datenwort. Die 14-Bit-Datenwörter zeichnen sich dadurch aus, daß auf jede Eins immer mindestens 2 und maximal 10 Nullen folgen. Die 14-Bit-Datenwörter sind – u.a. zur Sicherstellung dieser Bedingung (manche fangen mit einer Eins an, andere hören mit einer Eins auf) – jeweils noch durch 3 Füllbits (auch Trennbits oder Mergingbits genannt) voneinander getrennt.

Aufgrund dieser Struktur des Datenstroms, bei der statt 8 Bits jeweils 17 Bits abgespeichert werden, passen überraschenderweise 50% mehr Information auf die Disc: Das kürzeste vom Laserpunkt auslesbare Pit/Land ist aus physikalischen Gründen knapp 1 Mikrometer lang (limitierende Größe ist der Durchmesser des optimal fokussierten Punkts). Wenn im Datenstrom zwei Einsen aufeinander folgen dürften, würde dies in der Spur z.B. wie folgt aussehen: Wechsel vom Land zum Pit plus Bitzellenlänge für die erste Eins und Wechsel vom Pit zum Land plus Bitzellenlänge für die zweite Eins (oder umgekehrt). Dieses so gebildete (kürzeste) Pit/Land würde genau eine Bitzelle darstellen. Umgekehrt entspräche eine Bitzellenlänge genau der Länge des kürzesten Pits/Lands, sprich knapp 1 Mikrometer. Wenn jedoch immer wenigstens 2 Nullen auf eine Eins folgen bevor die nächste Eins kommt, kann ein solches kürzestes Pit/Land plötzlich 3 Bits darstellen (Wechsel plus eine Bitzelle für die Eins plus zwei weitere Bitzellen für die beiden Nullen, dann folgt wieder der Wechsel für die folgende Eins). Eine Bitzelle hat dann – bei gleicher Pit/Land-Länge – nur noch die Länge von knapp 1/3 Mikrometer. Bei der EFM-Codierung ergeben sich zwar gut die doppelte Menge von Kanalbits (17 Kanalbits statt 8 Datenbits), diese passen jedoch auf 2/3 des Platzes, den die uncodierten Datenbits erfordern würden.

Beim Auslesen werden die 3 Füllbits sofort aus dem Datenstrom entfernt und für die je 14 EFM-codierten Kanalbits wird dann mittels einer Übersetzungstabelle der entsprechende Wert des uncodierten 8-Bit-Datenworts ermittelt.

Fehlerkorrektur und Fehlerverdeckung

Damit sich Kratzer nicht negativ auf die Datensicherheit auswirken, sind die Daten mittels Paritätsbits gesichert, so dass Bitfehler erkannt und korrigiert werden können. Weiterhin sind aufeinander folgende Datenbytes per Interleaving auf eine größere Fläche verteilt. Der Cross-Interleave Reed-Solomon code (CIRC) ist dadurch in der Lage einen Fehler von bis zu 3500 Bits (das entspricht etwa 2,4 mm) zu korrigieren und Fehler von bis zu 12000 Bits (etwa 8,5 mm) bei der Audio-CD zu kompensieren.

In diesem Dokument werden Materialien aus dem Artikel "Compact Disc" (Stand: Donnerstag, 24. Mai 2005 ) aus der freien Enzyklopädie Wikipedia verwendet. Dieser Text steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Eine Liste der früheren Autoren ist hier verfügbar.


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