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 80 er 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 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 1979 1980 1982 Winchester Platten 8 Zoll Winchester 5 MB kosten ca 5000 Euro 5 ¼ Zoll Winchester 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 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 2 GB 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 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 4 x 6 '' 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 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. 000100100001 |____| |_______| | Lands ______ Pits

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 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 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 kompatibel Billig; 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 dieses Vortrags ist erreicht und wir bedanken uns für Ihre Aufmerksamkeit. Martin Maron und Georg Gut