Speichermedien

INHALTSVERZEICHNIS:

1. Einleitung

2. Ältere Speichermedien
2.1 Lochstreifen
2.2 Speicher aus Metallplättchen
2.3 Relaisspeicher
2.4 Laufzeitspeicher
2.5. Kernspeicher
2.6 gefädeltes ROM (oder auch Fädelspeicher)
2.7 Trommelspeicher
2.8 Magnetblasenspeicher
2.9 Magnetdrahtspeicher

3. Moderne Speichermedien
3.1 Halbleiterspeicher
3.1.1 ROM
3.1.2 RAM
3.1.2.1 SRAM
3.1.2.2 DRAM
3.2 Festplatte
3.2.1 Dateisysteme
3.2.2 FAT 32
3.2.3 NTFS
3.2.4 (De) Fragmentierung
3.2.5 Formatierung
3.3 Diskette
3.4 CD/DVD
3.5 Zukunftsaussichten

4. Glossar

5. Abbildungsverzeichnis

6. Literaturverzeichnis
6.1 Printmedien
6.2 Internetquellen
6.3 allgemeine Quellen

1. Einleitung

Vorweg möchte ich anmerken, dass ich mich auf elektronische, computerrelevante Speichermedien beschränken, um das Themengebiet der Datenspeicher einzugrenzen. Printspeichermedien (Papier, Glas, Pergament etc.) und Bildspeichermedien (Mikrofilm, Fotografie, Leinwand etc.) werden, da sie für die Anwendung am PC nicht relevant sind, in dieser Facharbeit nicht behandelt.

Ich werde versuchen zu zeigen, welche Medien es bisher gab, wie sie sich weiterentwickelt haben und wie sie funktionieren. Zur Veranschaulichung ist diese Arbeit illustriert, da man sich schwer vorstellen kann, wie diese Medien ausgesehen haben. Daher sind viele Bilder direkt in die Arbeit und nicht in den Anhang eingegliedert, um den direkten Bezug herzustellen. Außerdem habe ich die Arbeit großzügig strukturiert, um die Übersicht zu wahren.

Um Missverständnissen aus dem Weg zu gehen, habe ich Fachbegriffe recherchiert. Diese werden im Glossar erläutert.

2. Ältere Speichermedien

Die Geburtsstunde des Computers stellte Historiker immer wieder vor die Diskussion, ab wann eine Rechenmaschine als Computer bezeichnet werden kann. Auf der „1st International Conference on the History of Computing“ wurde erstmals der Versuch unternommen, den ersten Computer zu datieren. Sie legten fest, welche Merkmale eine Rechenmaschine erfüllen muss, um Computer genannt werden zu können. Als erster Computer wurde die Zuse Z3 des Ingenieurs Konrad Zuse gewählt. (vgl. Weller)

2.1 Lochstreifen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Lochstreifen

Lochstreifen gab es schon relativ früh: z.B. in Musikautomaten oder mechanischen Webstühlen. Sie sind ein dauerhafter Speicher zur Programm- und Dateneingabe. Sie sind somit ein ROM und nicht wiederbeschreibbar. Diese Art der Programmeingabe wurde nach 1955 durch die Magnetbänder abgelöst.

2.2 Speicher aus Metallplättchen

Der Rechenautomat (Z1) speichert die Binärzustände mittels Plättchen, welche - zentral angetrieben - in zwei Positionen gerückt werden konnten. Entweder Null oder Eins.

Zuses Erstentwurf dieser Rechenmaschine war jedoch nicht praxistauglich, da die Mechanik nicht feinmotorisch genug war und sich deshalb verhakte.

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Abbildung 2: Metallplattenspeicher

2.3 Relaisspeicher

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<< Abbildung 3: Relais in Ruhestellung

>> Abbildung 4: Relais in Arbeitsstellung

Ein Relais kann zwei Zustände ausführen: Stromkreis geschlossen oder Stromkreis unterbrochen. Kombiniert mit dem binären Zahlensystem war es nun möglich einfachere Rechenoperationen auszuführen und per Relais zu speichern.

Der Z3 funktionierte mit dem Prinzip der Relaistechnik und des Binärsystems. „Die Wortlänge betrug 22 Bit, die Speicherkapazität 65 Worte.“ (Diwald, 1991, S.427 ff) Um die Relais ansteuern zu können wurde ein Takt benötigt, die Taktfrequenz der Z3 betrug 5,3 Hz. Ein Motor wurde als Taktgenerator verwendet.

2.4 Laufzeitspeicher

Die Überlegung des Laufzeitspeichers ist recht einfach: Ein Schallimpuls benötigt eine gewisse Zeit, um einen bestimmten Weg zurückzulegen. Die Welle läuft durch einen gewickelten Draht und für die Umlaufdauer der Schallwelle ist die Information gespeichert. Am Ende wird das Signal wieder in Stromimpulse umgewandelt, um anschließend das Magnetfeld anzuregen, das gleiche Signal noch einmal durch den Draht zu schicken. Umso länger der Draht, desto

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Abbildung 5: Laufzeitspeicher

größer kann die Datenmenge sein.

2.5. Kernspeicher

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Abbildung 6: Kernspeicher

Der Kernspeicher ist eine frühe Form des RAM. Jedes Bit hat seinen eigenen Ring aus einem ferromagnetischen Stoff. Der Kernspeicher besitzt ein äußeres Magnetfeld und der Ferritring ein eigenes. Der Kernspeicher hat nun eine Matrix aus verschiedenen Drähten. Somit kann „eine Ummagnetisierung des Kerns nur erfolgen, wenn die Summe aus dem Feld des Kerns und dem der Drähte ausreichend groß ist“ (Falk, 2006) [Anm. d. Verf.: grammatikalisch angepasst]. Der Ring wird magnetisiert und kann somit von anderen unterschieden werden. Im Binärsystem kann jeder Ring nun als Eins oder Null interpretiert werden. Beim Lesen wird diese Information ausgelesen und der Ring entmagnetisiert. Er muss also sofort wieder mit der vorherigen Information beschrieben werden, sodass die gespeicherten Daten nicht verloren gehen. Diese Daten auf Kernspeichern können bis heute ausgelesen und verwendet werden; das Alter spielt hier keine Rolle. Ein bedeutender Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch das immense Volumen, das zur Datenspeicherung benötigt wird. Die Ringe wurden mit der Zeit zwar immer kleiner - wodurch sie die Zugriffszeit verkürzte - aber dennoch waren die Grenzen dieser Speichermethode bald erreicht. Zum Beispiel zeigt Abb. 7 (rechts) eine Ebene eines Kernspeichers, der ca. 1975-1978 gebaut wurde. Der Speicherblock beinhaltet 16 Ebenen mit insgesamt ca. 256000 Kernen. Er kann also 32 kB (Wortlänge 8 Bit) speichern. Dazu wurde ein Volumen von ca. 2,5 dm³ benötigt. Das entspricht 2,5 Milchtüten! (vgl. Müller, 2003- 2008)

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Abbildung 7: Ebene eines Kernspeicherblocks

2.6 gefädeltes ROM (oder auch Fädelspeicher)

Der Aufbau eines gefädelten Roms ist sehr komplex. Die Techniker der Firma Wanderer machten sich die physikalischen Eigenschaften von ferromagnetischen Stoffen zu nutze. Jeder Kern hat die Funktionsweise eines Transformators. Diese haben eine Primär- und Sekundärwicklung. Die Primärwicklung läuft entweder durch den Kern (logisch Eins) oder an ihm vorbei (logisch Null). Wenn nun ein Taktimpuls durch die Sekundärwicklung läuft, wird entweder Spannung induziert (d.h. log 1) oder es wird keine Spannung induziert (d.h. log 0). Um das Programm zu ändern, muss man die Drähte trennen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Ausschnitt eines gefädelten Rom

und neu einfädeln, sodass am Ende ein neuer Binärcode entsteht, der von dem jeweiligen Computer als Code interpretiert werden kann.

2.7 Trommelspeicher

Die Trommelspeicher sind die Vorreiter der heutigen Festplatten, mit dem Unterschied, dass genau das gegenteilige Prinzip angewandt wird. Man benutzt eine große, drehbare Magnetrolle, auf der Daten gespeichert werden. Durch fest installierte Magnetköpfe kann man Daten lesen und schreiben. Der mechanische Aufbau der heutigen Festplatten ist im Vergleich sehr komplex. Der Trommelspeicher hat die Eigenschaft, dass für jede Datenspur ein eigener Magnetkopf benötigt wird. Die Adressierung der einzelnen Sektoren erfolgt über eine Indexspur. Oftmals wird eine weitere Spur als Taktgenerator für den Computer integriert. Somit ist der Rechner nicht von der Drehgeschwindigkeit der Trommel abhängig.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Trommelspeicher

2.8 Magnetblasenspeicher

Der Magnetblasenspeicher (bubble memory) kann Daten ohne ständige Energiezufuhr speichern. 1981 legte Intel die große Hoffnung in diese Speicherbausteine. Fünf Jahre später wurde jedoch die Produktion wieder eingestellt, da CMOS-RAM Bausteine erschwinglicher waren.

Ähnlich wie bei dem Trommelspeicher ist das zu beschreibende Medium (magnetisch) fest installiert und benötigt ein externes Magnetfeld. „Aufgrund komplizierter physikalischer Vorgänge bilden sich bei entsprechender Stärke des Magnetfelds kleine zylindrische Bereiche (Domänen, Blasen)“ (Papadakis, 2006- 2008), welche bei stärkerem Magnetfeld abnehmen, bis sie bei einer bestimmten Feldstärke, der Kollapsfeldstärke, völlig verschwinden.

Diese Blasen sind Bereiche der Magnetschicht, deren magnetische Feldrichtung umgekehrt zu ihrer Umgebung ist. Es gibt Pfade, die sog. Permalloy-Pfade, welche in einer Ebene isoliert zu der Magnetschicht verlaufen. Diese sind ferromagnetisch und lassen sich sehr leicht magnetisieren und entmagnetisieren. Man kann sich nun vorstellen, dass die gekreuzten Spulen wie ein Plotter funktionieren und die Pfade entlang fahren können, um die Domänen zu verschieben.