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Moderne Speichermedien By Georg Gut und Martin Maron
Moderne Speichermedien
By Georg Gut und Martin Maron
Magnetband
Aufgrund ihrer hohen Speicherkapazität sind Magnetbänder immer noch ein begehrtes Speichermedium. Doch sie sind anfällig: Zuviel Wärme oder zu hohe Luftfeuchtigkeit reißen Löcher in die Bänder. Die Folge: Datenverlust.
Das Bandlaufwerk
Die Magnetplattenfamilie
Beginn ca 1980 Magnettrommel
Gewicht ca. 50 kg.
Mehrere fest installierte Schreib- / Leseköpfe.
Erste Platten
Die Magnetplatte ist eine runde, beidseitig mit Eisenoxid beschichtete legierte Metallplatte. Mehrere Platten in stapelförmiger Anordnung bilden einen Magnetplattenstapel.
Diese Plattenstapel kamen in waschmaschinenähnlichen Geräten als austauschbare Wechselplatten zum Einsatz. Ihre Kapazität stieg von 7,25 MB beim 6-Plattenstapel bis zu 200 MB beim 11-Plattenstapel.
Platten im PC
Die ersten PCs Anfang der 80er Jahre hatten gar keine Festplatte (sie arbeiteten mit Disketten als Speicherplätze) aber bald setzten sich erst 5 MB und dann 10 MB Festplatten durch.
Heutige Festplatten können mehrere GB (1 GB = 1.024 MB) speichern üblich sind 40 – 80 GB.
Funktion einer Festplatte
Die Scheibe ist pro Seite in Spuren unterteilt, die in Form von konzentrischen (ringförmig um die Mitte angeordnet) Kreisen angeordnet sind. Jede Spur ist weiter in Sektoren unterteilt. Die genau übereinander liegenden Spuren werden als Zylinder bezeichnet. Ein Sektor ist die kleinste zusammenhängende Dateneinheit.
Sektor
Spur
Zylinder
Schreiben und Lesen
Der Schreib- / Lesekopf
Da die Umdrehungsgeschwindigkeit der Platten immer höher wird, musste ein Weg gefunden werden, damit der Schreib-/Lesekopf die Platte nicht zerstört.
Eine schnell drehende Platte reißt einen Luftstrom mit, der über der Platte zirkuliert.
Auf diesem Luftstrom schwimmt der Schreib-/Lesekopf über der Platte. Er berührt diese nicht mehr direkt.
Kommt der Kopf mit der Platte in Berührung gibt es einen Headcrash und die Platte ist zerstört.
Moderne Festplatten
Moderne Festplatten haben einen Durchmesser von 3,5 Zoll. Methoden der Neuentwicklung:
• Die Daten werden durch neue Beschichtungsverfahren und Lese/Schreibtechniken immer dichter gepackt.
• Die Platten rotieren immer schneller. • Der Cache (schneller Speicher) wird vergrössert und effizienter
gemacht.Heute dreht sich eine normale, "faule" Festplatte mit 5400 U/min. Bessere Festplatten arbeiten mit 7200 und die besten mit 10.000 U/min und mehr .
Statistik
1973 Winchester Platten
1979 8 Zoll Winchester 5 MB kosten ca 5000 Euro
1980 5 ¼ Zoll Winchester
1982 Disketten / Wechselplatten (10 MB) 1 MB = 150 Euro
Datendurchsatz 102 KB / s Suchzeit 85 ms
Heute Datendurchsatz 21 MB/s Suchzeit 6 ms
1 MB = 0.03 Euro
Wechselplatten
Es sind Festplatten, die so in einem Gehäuse mit Steckverbindern eingebaut sind, daß sie leicht zwischen verschiedenen Computern ausgetauscht werden können.
Diese Platten heißen Bernoulli-Platten.
Jaz und Zip Laufwerke
Wechselplattenlaufwerke arbeiten langsamer als Festplattenlaufwerke. Die Laufwerke an sich sind auch relativ teuer. Dafür kann man die Datenträger aber viel einfacher auswechseln wenn sie voll sind. Man muß sich nicht gleich eine neue Festplatte kaufen, sondern nur einen einen neuen Datenträger. Die Datenträger sind auch wesentlich billiger als eine neue Festplatte.
Die Kapazität einer ZIP Diskette liegt zwischen 100 und 250 MB. Da die ZIP Disketten dicker sind als die Floppies sind sie untereinander nicht kompatibel. Zip-Laufwerke können eingebaut oder als externe Laufwerke angeschlossen werden.
Die Jaz Laufwerke haben 1 oder 2GB Speicherkapazität.
Die Disketten Historie
Die ersten Disketten, die aufkamen waren im 8'' - Format und man konnte darauf ca 100 - 300 KB speichern.
Die nächste Generation waren dann die 5.25'' Versionen, auf denen man ca 120 - 780 KB speichern konnte.
Danach kamen die 3.5'' Disketten, auf denen man ca 720 KB speichern konnte.
Derzeit benutzt man 3.5'' Disketten mit einer Speicherkapazität (high density) von 2 MB, das bedeutet formatiert ca 1.44 MB.
Die größten Disketten haben eine Kapazität von 2,88 MB. Sie sind jedoch nicht sehr weit verbreitet.
Disketten
Disketten sind Einplattenversionen mit 2 Oberflächen. Sie sind nicht geschützt gegen Wärme und Magnetismus, daher
können die Daten zerstört werden, wenn man sie auf die Heizung, in die Sonne oder neben einen starken Magneten legt.
Die Drehzahl liegt bei 300 Umdrehungen / Minute, somit liegt die Datenrate nur bei einigen 100 Kbyte / Sec. Die Zugriffszeiten liegen bei 100 - 300 ms.
Die Köpfe fliegen nicht, sondern liegen jeweils auf einer von beiden Seiten auf den Oberflächen auf.
Das Putzen wird durch ein beigelegtes Papier erledigt.
Der Microfich
Der Mikrofilm ist eine Alternative um große Datenmengen zu verwalten. Dazu werden die Bilder stark verkleinert auf 600 Linienpaare pro mm. die verkleinerten Bilder werden nebeneinander auf einen Film belichtet.
Dazu gibt es ein Anzeigegerät, das die Bilder stark vergrößert und wieder lesbar macht.
Der Mikrofilm eignet sich zum Speichern von Massendaten. Er ist sicherer als ein Magnetband, da er nicht so anfällig ist gegen Entladung. Man kann bis zu 270 Seiten auf einen 4x6 '' Film speichern. Er ist ein sehr billiges Medium.
Optische Datenträger
CD’s und DVD’s sind die bekanntesten Datenträger neuester Generation.
Sie sind zum Allround-Speichermedium geworden. Bequem kann man die unterschiedlichsten Daten zuhause auf CD brennen: Fotos, Musik, Text ...
Wie alles begann...WORM
WORM heißt ausgeschrieben Write Once Read Many. Die WORM Datenträger können einmal beschrieben und dann immer wieder gelesen werden.
Das WORM Laufwerk besitzt zwei verschiedene Laserstrahlen. Einen zum Lesen der Datenträger und einen intensiveren zum Schreiben.
Die Datenträger sind mit einer kristallinen Beschichtung überzogen. Wenn der Schreibstrahl auf die Oberfläche trifft, wird die Beschichtung geschmolzen oder verdampft.
Dadurch ordnen sich die Atome der Beschichtung nicht in ihrer ursprünglichen Struktur an und besitzen deshalb ein anderes Reflexionsvermögen als die Oberfläche.
Neue Medien, neue Sprache
Da die Laser "Löcher" in die CD brennen gibt es Pits (Löcher) und Land (Raum zwischen den Löchern).
Pits und Lands repräsentieren die 0, die Übergänge dazwischen repräsentieren die 1.
Die Länge der Pits oder Lands ist die Anzahl der 0-en.
0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1
|____| |_______| | Lands
_____ _____ ______ Pits
Die Compact Disc
Die Compact Disc (kurz CD) ist heute neben Festplatten das wichtigste Speichermedium. Sie kann bis zu 650 MByte Daten oder bis zu 74 Minuten Musik speichern.
CD's können auch leicht weitergegeben werden, da sie normalerweise von jedem CD-ROM Laufwerk gelesen werden können.
Die schnellsten CD Laufwerken liegen derzeit bei ca. 72-facher Geschwindigkeit.
CD-R
CD-R Laufwerke arbeiten im Prinzip wie WORM Laufwerke. Auch sie können nur einmal beschrieben und dann nur noch gelesen werden .
Der Nachteil ist, daß man einmal geschriebene Daten nicht mehr löschen kann. Für einen Preis von 50 Cent pro Rohling kann man 650 MB Daten speichern. Das ist immerhin die Kapazität von 452 3,5 Zoll Disketten.
CD-RW
CD-RW Laufwerke können genauso CD-R's schreiben.
Zusätzlich bieten sie noch die Möglichkeit CD-RW's, also wiederbeschreibbare CD-R's zu schreiben.
Beim Schreiben benutzt der Schreibstrahl seine maximale Leistung und erhitzt das Material auf 500 bis 700 Grad Celsius.
Zum Löschen des Datenträgers erhitzt der Schreibstrahl die gebrannten Bereiche mit niedriger Leistung auf etwa 200 Grad Celsius. Die Legierung wird nicht verflüssigt, kehrt aber in den ursprünglichen Zustand zurück und wird damit wieder reflektionsfähig.
Digital Versatile Disc - DVD
Die DVD hat die gleichen Abmessungen wie eine CD, kann jedoch ein vielfaches an Daten speichern. Dazu wurden die Pits auf eine Größe von 0,4 Mikrometer reduziert und der Abstand der Spur auf 0,74 Mikrometer verringert.
Um diese kleinen Pits genau abtasten zu können, wurde die Wellenlänge des Abtastlasers verringert. Man erreicht dadurch die 25-fache Kapazität einer CD.
Auf der DVD kann auf zwei Ebenen übereinander und auf jeder Seite gespeichert werden. Auf einer Seite mit einfacher Speicherschicht erreicht man so eine Kapazität von 4,7 GByte. Zweiseitig und doppeltschichtig können sogar 17 Gbyte gespeichert werden.
Heute und dann...
Die modernsten Medien, die es derzeit zu kaufen gibt sind:
• Der blue Laser (brennt viel dichter auf die DVD)• Bubbles (Daten werden auf Magnetblasen auf
einem Chip gespeichert)• Memory Stick (mobiler Speicherchip mit USB
Stecker)
Speichermedium Vorteile Nachteile
Magnetbänder Großer Speicher; für grosse Datanmengen auch heute noch in Rechenzentren gebraucht
Nicht überall kompatibel; alt; nicht lesbar; Kein direkter Datenzugriff
Disketten Billig; Massenprodukt; überall kompatibel; Mobil
Geringer Speicher; gehen leicht kaputt; extrem Hitzeempfindlich
Wechselplatten Mobil; immer wieder beschreibbar
Teuer; Nicht überall kompatibel
WORM Großer Speicher; überall kompatibel
Nicht wiederbeschreibbar (ähnlich wie CD-R)
CD-R’s/CDRW Massenprodukt; überall kompatibelBillig; Mobil
Empfindlich gegen Kratzer; Hitzeempfindlich
DVD Großer Speicher; gute Videoqualität; Mobil
Teuer; empfindlich gegen Kratzer; Hitzeempfindlich
Blue Laser DVD Riesiger Speicher; Mobil; für diesen riesigen Speicherplatz sind die DVDs billig.
Extrem teuer (Laser); extrem Hitze- und Kratzerempfindlich; nicht überall
Bubbles Riesiger Speicher Teuer; nicht mobil; nicht überall kompatibel
Die Zukunft
Die Datenspeicher der Zukunft werden einzelne Atome benutzen, um Informationen zu speichern.
Wissenschaftler aus Hamburg und München können den Spin (Drehrichtung) einzelner Atome messen (0 oder 1).
Kapazität im Test 600 Terrabyte = 60 000 Festplatten, das entspricht einem 3 km hohen Turm.
Nobelpreisträger Gerd Bonning will einen mechanischen Speicher entwickeln, „millipede = Tausendfüßler“, Er benutzt die magnetische Spitze eines Rasterkraftmikroskops. Eine geheizte Spitze drückt winzige Löcher von wenigen Atomen Größe in eine Plastikfolie. Ein solches Loch bedeutet eine 1.
Das Ende......?
Moderne Speichermedien befinden sich seit Jahren in einem rasanten Wachstum und es ist noch kein Ende abzusehen.
Nicht nur werden bestehende Medien immer weiter verbessert, nein es werden auch immer neue Medien und Verfahren entwickelt die auf immer kleinerem Platz immer mehr Daten unterbringen.
Das Ende
Das Ende dieses Vortrags ist erreicht und wir bedanken uns für Ihre Aufmerksamkeit.
Martin Maron und Georg Gut
