Preserving Digital Media - Hardware

Inhaltsverzeichnis

I Tabellenverzeichnis

II Abbildungsverzeichnis

III Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Digitale Langzeitspeicherung
2.1 Daten, Bit-Stream
2.2 Datensicherung
2.3 Digitale Langzeitsicherung
2.3.1 Kurzfristige Probleme
2.3.2 Mittelfristige Probleme
2.3.3 Langfristige Probleme

3 Speichermedien und ihre Eignung als Langzeitspeicher
3.1 Magnetische Datenträger
3.1.1 Disketten
3.1.2 Magnetplatten
3.1.3 Magnetbänder
3.2 Optische Datenträger
3.2.1 CD-ROM, DVD-ROM
3.2.2 CD-R, DVD-R
3.2.3 CD-RW, DVD-RW
3.3 Magneto-optische Datenträger
3.4 Zukunftsentwicklungen, -technologien
3.4.1 Blue-ray-disc, NFR
3.4.2 Holographische Speicher
3.4.3 Millipede
3.4.4 Internet

4 Die Problematik des Daten-Retrievals
4.1 Problembeschreibung
4.2 Lösungsansätze
4.2.1 Konvertierung in analoge Form
4.2.2 Emulation
4.2.3 Migration
4.2.4 Computer-Museen
4.2.5 Standards

5 Resümee

Quellenverzeichnis

Literaturquellen

Internetquellen

I Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Verschiedene Bandlaufwerke/Streamer im Vergleich

Tabelle 2: Empfohlene Lagerbedingungen für CDs und DVDs

II Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Bits in einem Bitstrom können alles Beliebige darstellen

Abbildung 2: Disketten (8-Zoll, 5,25-Zoll, 3,5-Zoll)

Abbildung 3: IDE-Festplatte

Abbildung 4: Bandlaufwerk/Streamer LTO Ultrium

Abbildung 5: CD-ROM

Abbildung 6: MiniDisc

III Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

"Digital documents last forever—or five years, whichever comes first."^[1]

Diese ironische Bemerkung von Jeff Rothenberg, Senior Computer Scientist bei Rand Corp., beschreibt genau die Problemstellung, die in der vorliegenden Arbeit behandelt und aufgearbeitet wird.

Vor vielen tausend Jahren wurden Botschaften für die Nachwelt in Stein gemeißelt. Dann wurden z.B. Tontafeln oder Papyrus als beschreibbare Medien eingesetzt, bis schließlich das Papier als Speichermedium an erster Stelle war. Heute noch können alle diese Überlieferungen gesehen, gelesen und verstanden werden, sofern sie nicht durch externe Einflüsse beschädigt und somit unlesbar oder vernichtet wurden.

Das erste Problem entstand mit der industriellen Papierherstellung ab der Mitte des 19. Jahrhunderts, wo säurehältiges Papier produziert wurde, das sich im Laufe der Zeit zu zersetzen begann (der sogenannte Papierzerfall).^[2] Doch dieses Problem des Papierzerfalls nimmt sich im Vergleich zu den Problemen der langfristigen Datenspeicherung und –erhaltung, mit denen die Gesellschaft heute konfrontiert ist, relativ bescheiden aus. Die vom Zerfall bedrohten Bücher können entsäuert werden, was ihre Lebensdauer erheblich verlängert.

Jedoch ist nur ein Bruchteil dessen, was heute an Daten produziert wird, in gedruckter Form vorhanden. Der Großteil der Daten wird ausschließlich digital produziert (d.h. die Daten sind ausschließlich elektronisch verfügbar) und niemand weiß, ob diese Daten in
50 Jahren noch gelesen werden können.

Es gibt in diesem Zusammenhang zwei große Problemkreise: Zum einen die Medien, auf denen die Daten gespeichert werden und zum anderen die Hard- und Softwarekonfiguration, in der die Daten produziert wurden. Wie lange ist die Lebensdauer der Speichermedien und können in beispielsweise 50 Jahren die Daten, falls das Speichermedium noch intakt ist, überhaupt noch gelesen werden? D.h. ist noch funktionierende Hardware vorhanden um die Daten auszulesen und können diese dann noch richtig interpretiert werden? Oder anders gefragt: Welche heute bekannten Speichermedien eignen sich zur langfristigen Datenspeicherung und welche Ansätze gibt es, um dem Problem der Rückgewinnung und Interpretation der gespeicherten Daten zu begegnen?

Diese Fragen sind für jeden, der Daten produziert (sei es als Privatperson, als Unternehmen oder als Behörde) interessant. Privatpersonen wollen beispielsweise ihre digitale Fotosammlung auch in vielen Jahrzehnten noch verwenden können. Unternehmen werden bestrebt sein, wichtige und sensible Daten möglichst lange verwenden bzw. darauf zurückgreifen zu können. Außerdem sind gesetzliche Aufbewahrungspflichten (z.B. aus haftungs- und versicherungstechnischen Gründen) vorgeschrieben, die natürlich auch bei elektronischen Daten eingehalten werden müssen. Im öffentlichen Sektor gibt es unzählige Bereiche, wo hochsensible Daten vorliegen (z.B. Gesundheits-, Finanz-, Umweltdaten), deren Erhaltung garantiert werden muss. Außerdem geht es um die Erhaltung unseres kulturellen Erbes: Was wäre, wenn Mozart all seine großartigen Werke nur auf elektronischem Wege veröffentlicht hätte?

In den folgenden Kapiteln wird versucht, auf diese Fragestellungen und Probleme bezogen auf die Hardware einzugehen und den geneigten Leser für dieses in der Öffentlichkeit bislang nicht sehr präsente Thema zu sensibilisieren.

Kapitel 2 gibt einige Definitionen und grundlegende Informationen über die digitale Langzeitspeicherung und schafft durch Beispiele ein Problembewusstsein in Bezug auf die Notwendigkeiten und die Schwierigkeiten in diesem Zusammenhang. In Kapitel 3, das den Hauptteil darstellt, werden die derzeit gängigen Speichermedien vorgestellt und auf ihre Eignung als Langzeitspeicher hin untersucht. Darüber hinaus gibt es in diesem Kapitel einen Bereich, wo Zukunftstechnologien und –entwicklungen gezeigt werden. Kapitel 4 beschäftigt sich mit dem Problem der in Zukunft wahrscheinlich obsoleten Hardware- und Software und zeigt einige Lösungsansätze.

Ein Resümee, das die wichtigsten Ergebnisse zusammenfasst, beschließt die Arbeit.

2 Digitale Langzeitspeicherung

Das folgende Kapitel soll eine grundlegende Einführung in die digitale Langzeitspeicherung geben und Grundbegriffe definieren.

2.1 Daten, Bit-Stream

Daten sind Informationen in computerlesbarer Form, wobei die Informationen in Zeichen übersetzt werden, welche selbst wieder nach einer bestimmten Regel erzeugt werden.^[3] Eine andere, kürzere Definition besagt, dass Zeichen durch Syntaxregeln zu Daten werden.^[4]

Abbildung 1: Bits in einem Bitstrom können alles Beliebige darstellen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: http://www.amibusiness.com/dps/rothenberg-arma.pdf, Zugriff am 23. 04. 2004

Das, was dann schlussendlich auf dem Speichermedium gespeichert wird, sind die sogenannten Bitströme (engl. bit-streams), eine Folge von Nullen und Einsen. Hierin besteht der große Unterschied zwischen digitalen und analogen Dokumenten. Ein analoges Dokument (z.B. ein Buch) kann ohne irgendein Abspielsystem gelesen werden. Digitale Dokumente sind für den Menschen ohne ein solches Abspielsystem nicht zugänglich. Erst mit dem geeigneten Abspielsystem, der Kombination aus Hardware und Software, entstehen

aus den Zeichenfolgen aus Nullen und Einsen wieder Texte, Graphiken, Töne und Bilder. Dieses geeignete Abspielsystem ist meist zumindest das Programm, der Editor, mit dem das jeweilige Dokument ursprünglich erstellt wurde bzw. eine ähnliche Version davon. Das Problem ist, dass Bits eines Bitstroms für vieles stehen können (siehe Abb. 1). Erst das zugehörige Programm decodiert den Bitstrom so, dass die Originalinformationen wieder entstehen und somit für den Benutzer einen Sinn ergeben.^[5]

2.2 Datensicherung

Datensicherung ist die Gesamtheit aller organisatorischen sowie technischen Maßnahmen, um Daten gegen Verlust, Fälschung und unberechtigten Zugriff zu schützen.^[6] Im Allgemeinen kann als Ziel der Datensicherung die Datensicherheit verstanden werden. Datensicherung ist speziell für Unternehmen unabdingbar, da Daten und somit Information und Wissen für sie einen immensen Wert – materiell wie auch ideell – darstellen.^[7]

2.3 Digitale Langzeitsicherung

Hiermit ist das gemeint, was herkömmlich unter „Bewahren“ verstanden wird.^[8]

In zunehmendem Maße werden kulturelle, wissenschaftliche, öffentliche sowie verwaltungstechnische Ressourcen heute in digitaler Form produziert, vertrieben und es wird digital darauf zugegriffen. Die weltweite Datenproduktion beläuft sich mittlerweile auf mehr als 1,5 Mrd. GB jährlich; umgerechnet ergibt das ca. 250 MB Datenvolumen pro Erdenbürger. Dazu kommt, dass 93 % der neu erstellten Informationen bereits digital erstellt werden („born digital“) und dass der Großteil der heute verfügbaren Informationsprodukte und –services vor fünf Jahren noch nicht existierte.^[9]

Auch werden in zunehmendem Maße hochsensible Daten ausschließlich in elektronischer Form erstellt, bearbeitet und gespeichert. Es ist dabei an z.B. genetische Langzeitstudien, Überwachung von globalen Umweltveränderungen, Informationen über nukleare Endlager, Kriminalstatistiken und –daten, etc. zu denken. Solch wichtige Daten sollten auf eine Art und Weise erhalten werden, dass sie Jahrhunderte überdauern können.^[10]

Prof. Dr. Hartmut Weber, Präsident des deutschen Bundesarchivs, meint, dass in Zukunft die meisten Daten auch in Archiven in elektronischer Form gespeichert werden. Er nimmt nur wichtige Dokumente aus, die als Sicherung auch in ausgedruckter Form verfügbar sein sollen. Die Vorteile eines traditionellen Archivs (Haltbarkeit, Identität und Integrität) sollen mit denen eines elektronischen Archivs (Zugänglichkeit, Bedienungskomfort) kombiniert werden.^[11]

Das alles zeigt, dass der digitalen Langzeitspeicherung in Zukunft eine viel höhere Bedeutung beigemessen werden muss, um auch folgenden Generationen noch Zugang zu heute aktuellen Daten zu ermöglichen.

Digitale Langzeiterhaltung beinhaltet grundsätzlich folgende Maßnahmen bzw. Aufgaben:

- Erhaltung des digitalen Speichermediums (Lagerung in der richtigen Umgebung),
- Kopieren der Daten auf neue Datenträger, um sicherzustellen, dass die Informationen auch in Zukunft noch gelesen werden können und
- Erhaltung der Datenintegrität während des Kopiervorganges^[12]

Die aufgezählten Maßnahmen bzw. Aufgaben sind jedoch nur ein Lösungsansatz. Im Allgemeinen ist ein Großteil der Fragen in Bezug auf die zuverlässige Archivierung der digitalen Ressourcen weitgehend unbeantwortet. Dies gilt für die Erhaltung der Speichermedien, den zukünftigen Zugriff auf die Daten und auch auf die Nutzbarkeit der Informationen in der Zukunft.^[13]

Es entstehen bei der langfristigen Datensicherung in der Praxis Probleme, die in drei verschiedene Zeitspannen eingeteilt werden können, wobei sich die vorliegende Arbeit vor allem mit den langfristigen Problemen und Anforderungen beschäftigt.

2.3.1 Kurzfristige Probleme

Auf kurze Sicht gesehen, ist es speziell für Unternehmen oft notwendig, digitales Material schnell zu sichern, welches in permanenter Gefahr ist, unleserlich oder unzugänglich zu werden. Auch müssen Daten gerettet werden, bei denen bereits der Zugang mit Problemen verbunden ist. Die angewandten Maßnahmen sind meist nicht so ausgelegt, dass sie die Daten für eine lange Zeit sicher bewahren; auch die benutzten Techniken sind oft nicht adäquat, um in der Zukunft vor ähnlichen Problemen geschützt zu sein.^[14]

2.3.2 Mittelfristige Probleme

Mittelfristig gesehen, sollten Unternehmen und Organisationen danach trachten, Taktiken und technische Vorgänge zu implementieren, um Datenverlust in der nahen Zukunft vorzubeugen. Die Herausforderung ist, Daten, die gerade erstellt werden, vor kurzem erstellt wurden oder in naher Zukunft erstellt werden, so zu sichern bzw. zu speichern, dass sie vor drohendem Verlust geschützt sind, da derzeit aktuelle Medien, Formate und Software dann veraltet sein werden. Alles sollte so ausgerichtet sein, dass Daten zuverlässig abgelegt sind, damit Umstände, wie sie im vorangegangenen Punkt 2.2.1 beschrieben wurden, nicht eintreffen.^[15]

2.3.3 Langfristige Probleme

Auf lange Sicht gesehen, sollten Strategien und Lösungen gefunden werden, die eine stabile, zuverlässige Datensicherung gewährleisten. Der laufende Aufwand sollte so gering als nur irgendwie möglich gehalten werden, auch wenn sich im Zeitablauf ein Paradigmenwechsel z.B. auf Seiten der Hardware (Speichermedien) oder im Bereich der Formate bzw. der Software vollzieht. Solch eine Lösung sollte ausbaufähig sein und mit bisher unbekannten Formaten und dergleichen keine Probleme haben, da zum heutigen Zeitpunkt natürlich nicht vorhergesagt werden kann, welche Änderungen die Zukunft bringen wird.^[16]

Das Problem ist also, dass es nicht ausreicht, die Daten langfristig speichern zu können, sondern dass sichergestellt sein muss, dass die Daten gelesen und verarbeitet werden können. Es muss daher neben dem intakten Speichermedium auch ein funktionierendes Lesegerät sowie die zugehörige Software vorhanden sein. Welche Schwierigkeiten damit in der Zukunft auftreten werden, können wir bereits jetzt erleben. Es ist heute fast unmöglich, ein Lesegerät für Lochkarten zu finden, welches darüber hinaus noch mit den heutigen PCs kompatibel sein sollte. Wenn folglich die Daten von den Lochkarten nicht früh genug auf neuere Medien wie Disketten und später dann CDs überspielt wurden, sind die Daten mit großer Wahrscheinlichkeit für immer verloren.^[17]

Diese Datenverluste sind auch heute schon gegeben: Es sind bereits 10 bis 20 Prozent der Weltraum-Daten, die die NASA in den 60er Jahren mit den Viking-Sonden erhoben hatte, unlesbar geworden. Ebenso hat jeder User schon die Erfahrung gemacht, dass z.B. CD-ROMs plötzlich nicht mehr lesbar sind oder dass es bereits heute ausgesprochen schwierig ist, ein Diskettenlaufwerk für eine alte 5 1/4 –Zoll Diskette aufzutreiben, welche Ende der 80er noch geläufig waren.^[18]

Die Schwierigkeiten bei der langfristigen Datensicherung und –erhaltung haben mehrere Ursachen:

- Die Speichermedien (magnetische, optische und andere Datenträger) sind selbst der Alterung unterworfen
- Software sowie Datenformate, die bei der Erstellung der Daten verwendet wurden, werden nicht mehr benutzt
- Die Hardware, die verwendet wurde, ist entweder beschädigt oder einfach nicht mehr vorhanden; d.h. es gibt hardwaretechnisch keine Möglichkeit mehr, die Daten zu lesen^[19]

Im folgenden Kapitel 3 werden derzeit vorhandene Speichermedien gezeigt und beschrieben sowie ihre Eignung als langfristige Datenspeicher hinterfragt. Im Unterpunkt 3.5 sollen Zukunftstechnologien und –entwicklungen im Bereich der Massenspeichermedien vorgestellt werden.

3 Speichermedien und ihre Eignung als Langzeitspeicher

Wie bereits in Kapitel 2.3.3 (Langfristige Probleme) kurz angesprochen, ist ein Hauptproblem bei der digitalen Langzeitsicherung die Alterung der Speichermedien. Es gibt derzeit kein digitales Speichermedium, welches ewig haltbar ist. Bei allen derzeit bekannten Speichermedien besteht durch physikalische Verfallsprozesse die Gefahr eines Datenverlustes im Zeitablauf.

Wann dieser Datenverlust eintritt, ist sehr schwer zu sagen. Die Lebensdauer der verwendeten Speichermedien ist nur rudimentär bekannt. Durch Simulation der physikalischen Rahmenbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Licht und mechanische Beanspruchung können zumindest mehr oder weniger zuverlässige Schätzungen vorgenommen werden.^[20]

Darüberhinaus ist die Lebensdauer von Speichermedien sehr stark von der Qualität des jeweiligen Mediums abhängig. Die Qualität und die Lagerbedingungen sind demnach die zwei großen Einflussfaktoren.^[21]

3.1 Magnetische Datenträger

Bei allen Arten von magnetischen Datenträgern wird der Magnetismus benutzt. Hierbei wird eine dünne magnetische Schicht, die auf unterschiedlichsten flexiblen oder harten Basismaterialien aufgebracht sein kann, von einem Schreibkopf magnetisiert. Die Richtung des Magnetisierungszustandes der Bitpositionen repräsentiert die gespeicherte Information. Auf der einen Seite sind magnetische Speichermedien kostengünstig und die Technik ist sehr ausgereift. Andererseits führen bereits geringe äußere Einflüsse sowie die Entmagnetisierung im Zeitablauf zu Datenverlusten.^[22]

Im Folgenden werden die wichtigsten Massendatenträger,

- Disketten,
- Magnetplatten und
- Magnetbänder

vorgestellt und auf ihre Eignung als Langzeitspeicher untersucht.

3.1.1 Disketten

„Disketten (engl.: diskette; floppy disk) sind Wechseldatenträger und bestehen aus flexiblen, runden Kunststoffplatten, die auf beiden Seiten mit einer magnetisierbaren Schicht bedeckt sind. Die Information wird beidseitig durch Magnetisierung in konzentrischen Kreisspuren mit Hilfe je eines Schreib-/Lesekopfes aufgezeichnet. Zum Schutz ist der eigentliche Datenträger in einem festen Gehäuse eingeschlossen. Beim Lesen und Schreiben rotiert die Diskette in diesem Behältnis in einem Luftpolster.“^[23]

Abbildung 2: Disketten (8-Zoll, 5,25-Zoll, 3,5-Zoll)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: http://www.speicherguide.de/magazin/special0603.asp?theID=57, Zugriff am 26.03.2004

Die erste Diskette verließ 1969 das Werk von Imation. Es war dies eine 8-Zoll-Diskette (Kantenlänge 20 cm) mit einem Speichervolumen von knapp 300 KB (später bis zu 1 MB). 1975 gab es die erste 5,25-Zoll-Diskette, die im Unterschied zur 8-Zoll-Diskette auch in Büros Einzug hielt. Die Speicherkapazität betrug maximal 1,2 MB. In den frühen 90ern wurde dann die heute noch gängige 3,5-Zoll-Diskette eingeführt, die eine maximale Kapazität von 1,44 MB aufweist. Viele Jahre lang waren Disketten die einzigen standardisierten, digitalen, universell einsetzbaren Speichermedien, die darüber hinaus auch im Preis relativ günstig waren.^[24]

[...]

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^[1] Rothenberg (1999), S. 2.

^[2] Vgl. Universitätsbibliothek Marburg (2000), S. 12.

^[3] Vgl. Borges/Schumacher (2001), S. 283.

^[4] Vgl. Probst/Raub/Romhardt (1999), S. 36.

^[5] Vgl. Borghoff/Rödig/Scheffczyk/Schmitz (2003), S. 5.

^[6] Vgl. Pommerening (1991), S. 10.

^[7] Vgl. Mücke (1991), S. 218 f.

^[8] Vgl. Universitätsbibliothek Marburg (2000), S. 11.

^[9] Vgl. Smith (2003), S. 4 f.

^[10] Vgl. ebenda S. 6.

^[11] Vgl. DigiCULT (2002), S. 9.

^[12] Vgl. Hendley (1998), S. 6.

^[13] Vgl. Dobratz/Tappenbeck (2002), S. 257.

^[14] Vgl. Rothenberg (1999), S. 5 f.

^[15] Vgl. ebenda, S. 6.

^[16] Vgl. Rothenberg (1999), S. 6.

^[17] Vgl. Hendley (1998), S. 6.

^[18] Vgl. Landwehr (2001), S. 21.

^[19] Vgl. ebenda, S. 2.

^[20] Vgl. Landwehr (2001), S. 22.

^[21] Vgl. Manes, http://www.nytimes.com/library/cyber/compcol/040798archive.html, Zugriff am 23. 04. 2004.

^[22] Vgl. Hansen/Neumann (2001), S. 718 und Borges/Schumacher (2001), S. 100.

^[23] Hansen/Neumann (2001), S. 739.

^[24] Vgl. Fröhlich, http://www.speicherguide.de/magazin/special0603.asp?theID=57, Zugriff am 26.03.2004.