Optischer Datenspeicher

Als optischer Datenspeicher werden auswechselbare Massenspeicher bezeichnet, die durch optische Abtastung (meist mittels Laser) gelesen oder beschrieben werden. Neben optischen Platten gab es auch Entwicklungen von optischen Bändern, die hier nicht beschrieben werden.

Größenvergleich zwischen Laserdisc (30 Zentimeter Durchmesser) und CD/DVD (12 Zentimeter Durchmesser)

Wasser läuft auf einer CD-RW. Da optische Datenträger wasserdicht sind, bleiben die Daten unversehrt.

Die bekanntesten optischen Speichermedien sind die CD-ROM (Beginn der nennenswerten Verbreitung seit etwa 1981) und deren Weiterentwicklungen DVD (seit etwa 1996) und Blu-ray Disc (seit etwa 2007). Daneben wurden noch diverse andere Medien und auch die Hybridvariante der Magneto-Optical Disc entwickelt. Diese haben jedoch in der Praxis eine geringere Bedeutung. Nur einmal beschreibbare optische Speichermedien werden WORM (vom englischen write once, read many, deutsch einmal schreiben, vielfach lesen) genannt und für die Archivierung von digitalen Informationen eingesetzt.

Optische Speichermedien sind zwar nicht anfällig für Datenverluste aufgrund eines mechanischen Versagens des Magnetkopfes wie bei Festplatten oder dem Versagen von Schaltkreisen wie bei Flash-Speichern, allerdings sind sie der natürlichen Alterung ausgesetzt und anfällig für Kratzer auf der Oberfläche. Bei einem möglichen Defekt eines optisches Laufwerkes bleibt die Datenscheibe jedoch unversehrt. Zudem bewahren Verfahren zur digitalen Fehlerkorrektur die vollständige Datenkonsistenz bei mäßigen Oberflächenkratzern auf.^[1] Datenträger mit höherer Datendichte wie Blu-ray Discs sind verfügen über eine entsprechend höhere Fehlertoleranz.

Geschichte

Das Unternehmen Foto-Mem wurde 1967 mit dem Ziel gegründet, Massenspeicher für Computer zu entwickeln, die im Gegensatz zu den damals üblichen Verfahren Daten nicht magnetisch auf Trommeln, Bändern oder Platten speichern, sondern auf optischen Medien. Anfang der 1970er Jahre gelang es Foto-Mem, eines seiner FM-360-Systeme an die New York Times zu verkaufen, die damit Inhalte alter Ausgaben archivieren wollte. Schließlich ging Foto-Mem das Geld aus und die Firma musste 1973 Konkurs anmelden, ohne je ein vollständig funktionierendes Gerät installiert zu haben.

Typen

Tabelle der gebräuchlichsten Formate

Es gibt viele verschiedene Formate optischer Platten:

Name	Ursprünglich für	Kapazität ^a [GB]	Nicht beschreibbar	Einmal- beschreibbar	Wieder- beschreibbar	RAM-Version	Größere Version ^b
CD	Audio	0,7	CD-DA (Audio) CD-ROM (Daten)	CD-R	CD-RW	–	–
DVD	Video	4,7	DVD-Video DVD-Audio DVD-ROM	DVD+R ^c DVD-R	DVD+RW ^c DVD-RW	DVD-RAM	DL (8,5 GB) DL Flipper (2 × 8,5 GB)
BD	HD-Video	25	BD-ROM	BD-R	BD-RE	–	DL (50 GB) BDXL (100–128 GB)

^a

Die wirklichen Kapazitäten können je nach Fabrikat um einige Prozent von den angegebenen abweichen. CD-Rs gibt es z. B. u. a. mit 650 MB oder 700 MB.

^b

Die größeren Versionen gibt es i. A. sowohl als ROM, einmal- oder wiederbeschreibbare Version.

^c

Die Hersteller konnten sich bei den beschreibbaren Versionen der DVD nicht auf ein Format einigen, so gibt es die Plus- und die Minus-Variante.

Übersicht optischer Datenspeicher

Name	Kapazität ^a	Experimentell ^b	Zeitraum ^c
Laserdisc (LD)	300 MB		1971–2001
Write Once Read Many Disk (WORM)	0,2–6,0 GB		1979–1984
Compact Disc (CD)	650–900 MB		seit 1981
MiniDisc (MD)	140 MB		seit 1989
Magneto Optical Disc (MOD)	0,1–16,7 GB		seit 1990
Phasewriter Dual (PD)	600 MB		1995–1999
Digital Versatile Disc (DVD)	4,7–17 GB		seit 1995
Laser Intensity Modulation Direct OverWrite (Limdow-Disc)	2,6 GB	10 GB	seit 1996
GD-ROM	1,2 GB		seit 1997
Fluorescent Multilayer Disc		50–140 GB	1998–2003
Versatile Multilayer Disc (VMD)	5–20 GB	100 GB	1999–2010
Hyper CD-ROM	1 PB	100 EB	seit 1999
DataPlay	500 MB		1999–2006
Ultra Density Optical (UDO)	30–60 GB		seit 2000
HD-FVD (FVD)	5,4–15 GB		seit 2001
Enhanced Versatile Disc (EVD)	wie DVD (4,7 GB)		2002–2004
HD DVD	15–51 GB	1 TB	2002–2008
Blu-ray Disc (BD)	25–100 GB	400 GB	seit 2002
BD XL	100 GB, 128 GB	1 TB	seit 2010
Professional Disc for Data (PDD)	23 GB		2003–2006
Professional Disc	23–128 GB		seit 2003
Digital Multilayer Disk		22–32 GB	2004–2007
Multiplexed Optical Data Storage (MODS-Disc)		250 GB – 1 TB	seit 2004
Universal Media Disc (UMD)	900 MB – 1,8 GB		seit 2004
Holographic Versatile Disc (HVD)		3,9 TB	seit 2004
Protein-coated Disc (PCD)		50 TB	seit 2005
M-DISC	4,7 GB (DVD-Format), 25 GB (Blu-Ray-Format), 100 GB (Blu-ray – BD-R XL)		seit 2009
Archival Disc	0,3 - 1 TB		seit 2014
Ultra HD Blu-ray	50 GB, 66 GB, 100 GB, 128 GB		seit 2015

^a

Die wirklichen Kapazitäten können je nach Fabrikat um einige Prozent von den angegebenen abweichen. CD-Rs gibt es z. B. u. a. mit 650 MB oder 700 MB.

^b

Das beinhaltet Prototypen und theoretische Größen.

^c

Angaben von Beginn der Entwicklung bis zu Vermarktungsende oder Aufgabe der Entwicklung.

Vorteile

Geringe Abnutzung durch berührungsloses Lesen
Geringe Medienkosten

Nachteile

Einige beschreibbare und wiederbeschreibbare Medien – hier vor allem CD-R, CD-RW, DVD±R und DVD±RW – haben nur eine begrenzte zeitliche Haltbarkeit.
Bei unsachgemäßer Lagerung können Probleme während des Lesevorganges auftreten.
Begrenzte Zahl an Schreibzyklen bei wiederbeschreibbaren Medien (DVD-RAM max. 1.000.000, andere CD/DVD-Formate max. 1.000, in der Realität meistens deutlich weniger).
optische Disks sind langsamer als typische Festplattenlaufwerke und deutlich langsamer als SSDs^[2]

Vergleichstabelle

		CD	DVD	HD DVD	Blu-ray Disc^[3]	Ultra HD Blu-ray^[3]
Speicherkapazität (SL/DL/TL/QL):		540–900 MB	4,7/8,5 GB	15/30/51 GB	25/50 & 66/100 & 128/200 GB	-/50 & -/60/100 & -/-/-/128
Markteinführung:		1982 (noch erhältlich)	1996 (noch erhältlich)	2005 (bereits eingestellt)	2006 (noch erhältlich)	2015 (noch erhältlich)
Datenrate (1×):		1,228 MBit/s (Daten), 1,411 MBit/s (PCM-Audio)	11,08 MBit/s	36,55 MBit/s	36 MBit/s	72–144 Mbit/s
Lesemethode:		CAV/CLV
Laser-Wellenlänge:		780 nm (Nahes Infrarot)	650 nm (Rot)	405 nm (Violett)	405 nm (Violett)	405 nm (Violett)
Numerische Apertur (NA):		0,45	0,60	0,65	0,85	0.85
Fokusdurchmesser:		650 nm	542 nm	312 nm	238 nm	238 nm
Spurabstand:		1,60 µm	0,74 µm	0,40 µm	0,32 µm	0,32 μm
Laserpunkt:		2,11 µm	1,32 µm	0,76 µm	0,58 µm	0,58 µm
Video- codec:	MPEG-1	ja	ja	ja	ja	ja
	MPEG-2	nein	ja	ja	ja	ja
	H.264/MPEG-4 AVC	nein	nein	ja	ja	ja
	VC-1	nein	nein	ja	ja	ja
	H265/HEVC	nein	nein	nein	nein	ja
Audio- codec:	Linear PCM	ja	ja	ja	ja	ja
	Dolby TrueHD	nein	nein	ja	ja	ja
	DTS-HD Master Audio	nein	nein	ja	ja	ja
	Dolby Digital	siehe AC-3 CD	ja	ja	ja	ja
	DTS	siehe DTS-CD	ja	ja	ja	ja
	Dolby Digital Plus	nein	nein	ja	ja	ja
Maximale Videoauflösung:		480 × 576 (PAL)A 480 × 480 (NTSC)	720 × 576 (PAL) 720 × 480 (NTSC)A	1920 × 1080 (Full HD)		3840 × 2160 (Ultra HD)
Bildwiederholrate:		25 Hz (PAL) 29,97 Hz (NTSC)		24/25/30p, 50/60i	24/30/50/60p, 50/60i	24/30/50/60p, 50/60i
DRM:		keine	CSS	AACS	AACS / BD+	AACS
Datenblockgröße:		2048 Byte

Weblinks

Optical Storage Technology Association (OSTA) (seit 2009 nicht mehr aktualisiert)
Optische Speicherung In: Lexikon der Optik Spektrum Akademischer Verlag 1999

Einzelnachweise

↑ Optical Storage Media. (PDF; 424 kB) In: Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen — Lehrstuhl für Informatik. Abgerufen am 25. Dezember 2020.
↑ Rodney Brown: Optisches Storage (Optical Storage). In: Computer Weekly. April 2022, abgerufen am 29. April 2024.
↑ ^a ^b White Paper: Blu-ray Disc™ Format, 4th Edition. (PDF; 2,5 MB) August 2015, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 20. Oktober 2020; abgerufen am 18. Januar 2021.

[1] Optical Storage Media. (PDF; 424 kB) In: Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen — Lehrstuhl für Informatik. Abgerufen am 25. Dezember 2020.

[2] Rodney Brown: Optisches Storage (Optical Storage). In: Computer Weekly. April 2022, abgerufen am 29. April 2024.

[:0-3] White Paper: Blu-ray Disc™ Format, 4th Edition. (PDF; 2,5 MB) August 2015, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 20. Oktober 2020; abgerufen am 18. Januar 2021.

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