Der prim√§re Speicher des Computers ist der Arbeitsspeicher. Dort legt er die Informationen (Programme, Daten) ab, die er aktuell verarbeiten mu√ü. Da Arbeitsspeicher zwar sehr schnell, aber teuer und i.d.R. fl√ľchtig sind (nach dem Ausschalten des Computer gehen die Informationen verloren) werden zus√§tzlich die Massenspeicher als Sekund√§rspeicher ben√∂tigt. Sie dienen zur dauerhaften Speicherung von wiederverwendbaren Informationen, die aktuell nicht im Arbeitsspeicher ben√∂tigt werden oder ausgelagert werden m√ľssen, damit der Arbeitsspeicher f√ľr neue Prozesse frei wird. Massenspeicher besitzen eine wesentlich h√∂here Speicherkapazit√§t als der Arbeitsspeicher. Der Nachteil ist, das die Verf√ľgbarkeit der gew√ľnschten Information niedriger ist, da die Massenspeicher in der Regel sehr viel langsamer sind. Der Datentransport zwischen Massen- und Arbeitsspeicher findet blockweise √ľber den sogenannten Datenbus statt. Moderne Betriebssysteme benutzen die Massenspeicher auch als virtuelle Erweiterung des Arbeitsspeichers.

Viele der nachfolgend augef√ľhrten Massenspeicher sind mittlerweile obsolet. Niemand mehr – au√üer vielleicht ein paar Computermuseen oder Liebhaber – benutzt noch Lochkarten oder ben√∂tigt riesige Bandlaufwerke. Aber das Innovationskarrusell hat sich in der Computerwelt nicht nur in der Vergangenheit schnell gedreht, das tut es weiterhin, auch im Zeitalter des Cloud-Speichers. Daher wird auch ein aktuelles Medium wie z.B. der USB-Stick m√∂glicherweise bald als obsoletes Speichermedium betrachtet wie heute beispielsweise die Floppy-Disk.

Lochkarte

IBM 026 Key Punch (1949)

Lochkarten als Massenspeicher existierten lange vor den Computern. Bereits Hollerith’s Volksz√§hlungsmaschine setzte 1891 Lochkarten ein. Lochkarten stellen Bin√§rdaten dar, in dem eine bestimmte Stelle auf der Karte gelocht (oder eben nicht gelocht) ist. Beim Aufkommen der Computer in der 50iger Jahren beherschte man diese Technik inzwischen sehr gut, die Karten konnten sortiert, gez√§hlt und in jeder erdenklichen Form auswertet werden. Hergestellt wurden die Karten mit sogenannten Lochkartenstanzern. Mit den fertig codierten Karten f√ľtterte man √ľber einen Leser den Computer und f√ľhrte ihm auf diese Weise die gew√ľnschten Programm- und Verarbeitungsdaten zu.

Da man es bei Lockkarten mit Bin√§rdaten zu tun hat, die f√ľr den normalen Menschen nur schwer zu lesen sind, druckte man oben auf die Karte, was jede Karte enthielt. Dadurch konnten auch Nicht-Programmierer nachvollziehen, was auf der Karte gespeichert ist. Jede vertikale Spalte auf einer Lockkarte enth√§lt 8 Bits, also 1 Byte. Ein Bit ist 1, wenn die Stelle gelocht ist, ansonsten 0. Mit einem Byte (Reihe 0 – 7) kann ein Zeichen dargestellt werden. Hier eine Lockkarte der IBM-026 mit dem Text VINTAGE COMPUTING LAB.

Statt einzelner Karten wurden später auch Lochstreifen verwendet, die eine höhere mechanische Verarbeitungsgeschwindigkeit gestatteten.

Diskettenlaufwerk

Alan Shugart, der in den sp√§ten 60er Jahren f√ľr IBM arbeitete, wird die Erfindung der 8″ Diskette im Jahre 1971 zugeschrieben. Die Diskette besteht aus einer Kunstofffolie, die mit einer nichtorientierten Magnetschicht versehen ist. Die Datenaufzeichnung erfolgt entweder einseitig (SS) oder doppelseitig (DS). Zum Schutz und zur besseren Handhabung befindet sich die Scheibe in einer rechteckigen Kunststoffh√ľlle, die mit einem Gleit- und Reinigungsvlies ausgekleidet ist. Die H√ľlle besitzt √Ėffnungen f√ľr den Arbeitskonus (√ľber den die Scheibe angetrieben wird), das Indexloch und den Schreib/Lesekopf. Zus√§tzlich besitzt die H√ľlle noch eine Aussparung f√ľr das Setzen eines Schreibschutzes. Je nach System wird der Schreibschutz durch Abdecken oder Freilassen dieser Aussparung gesetzt. Der Schreib/Lese-Kopf ber√ľhrt beim Schreiben und Lesen die Diskettenoberfl√§che, ansonsten ist der Kopf angehoben. 1971 stellte IBM das erste 8″ Diskettenlaufwerk der √Ėffentlichkeit vor. Die zudem wird zum ersten Mal bei einem Massenspeicher der wahfreie Zugriff realisiert, denn der Schreib-/Lesekopf kann auf jeder Stelle des Datentr√§gers positioniert werden.

Seine eigene Firma, Shugart Associates, gr√ľndete Alan Shugart dann 1973, zur Entwicklung und Herstellung von Diskettenlaufwerken. Schon lange wollte er Prozessoren und Diskettenlaufwerke als Teile komplette Computersysteme integrieren. Die Computerwelt hat Alan Shugart viel zu verdanken, nicht nur die Diskettenlaufwerke, sondern auch die Festplatten und SCSI-Schnittstellen gehen auf sein Konto.

Verschiedene Diskettenlaufwerke in der Gr√∂√üen√ľbersicht

1976 ist es Alan Shugarts Firma, die das erste 5,25″ Diskettenlaufwerk (Auftraggeber war die Fa. Wang Laboratories) auf den Markt bringt (SA-400, 35-Spuren, einseitig). Doch bereits 1978 stellten 10 Firmen 5,25″ Laufwerke her. Einer der ersten Computerhersteller, die ein Diskettenlaufwerk anboten, war die Firma Apple. Sie bezogen allerdings nur die Laufwerksmechanik von Shugart, den Controller dazu entwickelten sie selbst (DIsk II). Die gr√∂√üte Verbreitung fanden die 5.25″-Laufwerke in IBM PC’s und Kompatiblen, mit Kapazit√§ten von 360KiB (PC/XT) und sp√§ter 1.2MiB (AT). Aber auch f√ľr Homecomputer von Commodore und Atari gab es eine Vielzahl von 5.25″- Laufwerksmodellen. Schon 1980 stellt Sony die 3,5″ Diskette der √Ėffentlichkeit vor. Workstation-Hersteller wie Sun, Apollo oder SGI aber auch Apple bei der Macintosh-Reihe setzen ausschlie√ülich auf die neue 3,5″ Diskette. Aber erst ab Mitte der 1990iger Jahre war das 5.25″ Laufwerk auch bei PC’s und Homecomputern praktisch vollst√§ndig verschwunden. Das 3.5″ – Diskettenformat wurde jetzt zum Standard bei PC’s und vielen Homecomputern wie dem Commodore Amiga, dem Acorn Archimedes und dem Atari ST. Die Kapazit√§ten der 3,5″ Diskette reichen von 720KiB bis max. 1.44MiB. Bei 3,5″ gab es auch noch ED-Disketten mit 2,88MiB (Enhanced Disk), welche aber nur geringe Verbreitung fanden, da die Standard-Floppy-Controller dieses Format nicht unterst√ľtzten.

Die Miniaturisierung bei den Diskettenlaufwerken brachte es u.a. mit sich, das eine Kombination von 5,25″ und 3,5″ Floppy in einem halbhohem Geh√§use untergebracht werden konnte. Es gab auch noch aussergew√∂hnliche Formfaktoren wie die 3″ Diskette von Amstrad, welche haupts√§chlich in deren CPC- und Joyce-Modellreihen verbaut wurden. Bis ca. 2010 wurde 3.5″ Diskettenlaufwerk noch in neuen PC’s verbaut, danach zunehmend vom USB-Stick verdr√§ngt. Auch Laufwerke mit h√∂heren Speicherkapazit√§ten wie die SuperDisk (Imation, 1997, 120MiB, abw√§rtskompatibel zur 1,44MB Diskette) und das¬† Zip-Drive (Iomega, 1994, 100 MiB – 750 MiB) konnten sich nicht mehr als Standard durchsetzen. Im Jahr 1998 wurde mit dem Apple iMac der erste kommerzielle Computer ausgeliefert, der √ľber kein internes Diskettenlaufwerk mehr verf√ľgte.

Zur Disketten-Vervielf√§ltigung gab es neben den gro√üen Industrieanlagen auch Ger√§te f√ľr kleinere Serien. Ein Beispiel ist das ALF Quick Copy, eine PC-unabh√§ngige Kopierstation, die es f√ľr 5.25″ und 3.5″ Disketten gab.

Magnetband

IBM 726 Magnetband, Quelle: IBM Corporation

Ab 1950 verdr√§ngte das Mangnetband langsam die Lochkarten als Massenspeicher. Dabei handelte es sich ein ein 12,4mm breites Plastikband, bei dem eine Seite mit einer magnetisierbaren Beschichtung √ľberzogen ist. Die Datenaufzeichnung besteht darin, das die auf dem Band enthaltenen Ferritstreifen magnetisiert oder nicht magnetisiert sind und so die Informationen in dem f√ľr den Computer ben√∂tigten Bin√§rsystem darstellten. Auf einer zus√§tzlichen Bandspur konnten sogenannte Parit√§tsbits untergebracht werden, wodurch eine hohe Datensicherheit gew√§hrleistet wurde. Der Vorteil der Magnetb√§nder lag neben einer hohen Verabeitungsgeschwindigkeit vor allem in der hohen Speicherkapazit√§t. Allerdings konnten Daten auf einem Band immer nur sequentiell (also hintereinander) abgelegt und wieder gelesen werden. Trotzdem sollte das Magnetband bei Gro√ürechner-Systemen mit hohem Archivierungsbedarf bis Ende der 80iger Jahre Verwendung finden. Im Foto oben die IBM 726, die erste Magnetbandeinheit, die in den Verkauf ging.

1963 f√ľhrte die Digital Equipment Corporation das DECtape zur Verwendung mit den DEC PDP Rechnern ein. DEC entwickelte es, um als Hauptspeichermedium f√ľr das Betriebssystem dieser Rechner zu fungieren. Das Band war 0,75 Zoll (19 mm) breit und nahm 6 Datenspuren auf. Auf jedem Band konnten 184.000 12-Bit-PDP-8-W√∂rter oder 144.000 18-Bit-W√∂rter gespeichert werden.

√úbrigens, auch die Standard-Kompaktkassette z√§hlt zu den Magnetb√§ndern. Diese wurden in den sp√§ten 70er und 80er Jahren auch zur Datenspeicherung f√ľr PCs verwendet. Auf einem 90-min√ľtigen Band k√∂nnen ungef√§hr 660 kB pro Seite speichern. Praktisch alle Homecomputer ab 1977 nutzten diese billige Medien und Laufwerke, wobei es auch handels√ľbliche Audio-Kassettenrekorder gab, die an Computer angeschlossen werden konnten. Meist aber lieferten die Computerhersteller passende Kassettenrekorder mit, wie z.B. die Commodore Datassette C2N. Der gr√∂√üte Nachteil dieser Technik war jedoch die langsame Daten√ľbertragung.

Da Bandlaufwerke und deren Medien g√ľnstige St√ľckkosten und eine lange Archivierungsstabilit√§t vorweisen k√∂nnen finden sie seit Mitte der 1980iger und bis heute in Backupsystemen weiterhin Verwendung. Hier spielt der langsame sequentielle Speicherzugriff nicht die gro√üe Rolle. Bandlaufwerke k√∂nnen jedoch sehr schnell Daten von einem Band streamen, wenn die Stelle auf dem Band erstmal erreicht wurde. Beispielsweise unterst√ľtzte Linear Tape-Open (LTO) ab 2010 eine sehr hohe kontinuierliche Daten√ľbertragungsraten von bis zu 140 MiB/s.

Magnetplatten

IBM 305 Ramac, Quelle: IBM Corporation

Magnetplatten sind die Nachfolger der volumin√∂sen Trommelspeicher und gelten als die direkten Vorl√§ufer der heutigen Festplatten. Am 13. September 1956 stellte IBM die erste Magnetplatte mit der Bezeichnung 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) und einer Kapazit√§t von 5 MByte der √Ėffentlichkeit vor. Diese Kapazit√§t verteilte sich auf 50 Scheiben mit je 24 Zoll (60 cm) Durchmesser. Die Abtastung der Informationen erfolgte (wie sp√§ter bei bei Diskettenlaufwerken) durch einen direkten Kontakt des Schreib/Lesekopfes mit der Platte. Im Gegensatz zu Bandlaufwerken war bei der Magnetplatte direkter Zugriff auf Dateien m√∂glich, ohne vorher den gesamten Datenbestand des Mediums sequentiell durchsuchen zu m√ľssen. Durch den mechanischem Kontakt wurde Abrieb erzeugt, was nat√ľrlich die Lebensdauer und auch die maximal erreichbare Geschwindigkeit der Magnetplatten begrenzte.

Massenspeicher, die sich nicht durchgesetzt haben:
die “Ledger Card” (Kombination aus normal lesbarer Vorderseite und maschinenlesbarem Magnetstreifen, NCR)
das “CRAM” (Card Random Access Memory oder Magnetkartenspeicher, Siemens, NCR)
die “Strip Reader” (Daten wurden bin√§r kodiert auf Papier gedruckt und mit einem Leseger√§t wieder eingelesen, Kodak)

Aufgrund der hohen Anschaffungspreise blieb diese moderne Speichertechnik lange Zeit den Großrechnersystemen vorbehalten. Das Speichern von Daten auf Festplatten entwickelte sich in den 50iger und 60iger Jahren zu einem Dienstleistungssektor, die Megabytes wurden zu Monats- oder Jahrespreisen vermietet.

Das Prinzip des Magnetplattenspeichers ist auch heute noch (in Form von Festplatten) stark verbreitet in der Informationstechnologie, obwohl die Verbreitung der SSD- und Flash-Speicher stark zunimmt. Die optischen Speicher in Form der wiederbeschreibbaren Compact Discs verlieren stark Anteile am Massenspeichermarkt. Das Diskettenlaufwerk ist praktisch verschwunden. Magnetplattenspeicher funktionieren alle nach dem gleichen Grundprinzip: als Speichermedium dient eine runde Scheibe, auf der sich eine Schicht aus hartmagnetischem Material (verschiedene Ferrite) befindet. Die Platte ist in konzentrische Spuren unterteilt. Ein beweglicher Magnetkopf wird radial √ľber diese Platte bewegt, um die nadelf√∂rmigen Ferrite auf den einzelnen Spuren so zu magnetisieren, das Bin√§rdaten abgebildet werden. Er ist auch in der Lage, durch Verschiebung des Laufwerksarms schnell von der einen in die andere Spur zu wechseln. Die Spuren wiederum sind in Sektoren unterteilt. Die Lage und Ausdehnung der einzelnen Sektoren werden durch die sogenannte Formatierung festgelegt.

Auf dem Prinzip des Magnetplattenspeichers basierende Medien sind:

Einzeldiskette (Floppy)
Festplatten
Einzelplatten
Einzelplattenkassetten
Festkopfplatten
Festplattenstapel
Wechselplattenstapel
ZIP-Diskette
MO-Disketten (Magneto Optisch)

Prinzipiell sind Magnetplattenspeicher auf wahlfreien Zugriff ausgelegt. Die bedeutet, das das Medium nicht – wie z.B. bei Bandlaufwerken – von Beginn an sequentiell durchsucht werden mu√ü, um eine bestimmte Stelle (Datei) zu finden. Die K√∂pfe der Magnetplatten k√∂nnen – vergleichbar mit dem Tonarm eines Plattenspielers und dem Anw√§hlen eines bestimmten Musikst√ľcks – direkt zu der Stelle springen, an der die gew√ľnschte Datei angelegt ist.

Festplatten

IBM 3340 Winchester, Quelle: http://computermuseum.informatik.uni-stuttgart.de

IBM stellt 1973 die Festplatte “Winchester 3340″ vor. Kapazit√§t: 30MB. Der Name Winchester stammt daher, da das produzierende IBM-Werk in Winchester (England) stand. Bereits mit dem Modell 3380 √ľbertraf IBM im Jahr 1987 die 1 GiB-Grenze f√ľr eine Laufwerkseinheit.
Wie funktionieren Festplatten? Eigentlich bis heute nach dem gleichen Prinzip. Im einem luftdicht verschlossenen Geh√§use (beinahe luftdicht, denn ein gewisser Luftaustausch findet statt) sind mehrere √ľbereinander rotierenden Magnetplatten montiert. Bei neueren Festplatten sind das – zur Reduzierung der Bauh√∂he – nur noch eine oder max. zwei Magnetplatten. 1977 brachte Shugart das erste preiswerte Laufwerk auf den Markt (14”, 30 MByte). Die weitere Entwicklung f√ľhrte zu kleineren Platten. Seagate baute 1979 die erste Festplatte im 5,25-Zoll-Format. 1981 kam SCSI und 1982 gab es die ST506-Schnittstelle von Seagate, aus der sich IDE, E-IDE, ATA und ATAPI entwickelt haben. Das Seagate-ST506-Laufwerk, nach dem die Schnittstelle benannt wurde, kam (wie das RAMAC-Laufwerk aus dem Jahre 1956) mit einer Kapazit√§t von 5 MByte.

1996 hat Seagate mit der Cheetah-Serie erste Festplatten mit 10.000 U/min pr√§sentiert. 1998 bot die Seagate-Barracuda-Serie eine Maximalkapazit√§t von 50 GByte. Nur zwei Jahre sp√§ter waren es schon fast 200 GByte. Dies √ľbertrifft die bislang √ľbliche Steigerung von 60 Prozent in einem Jahr oder die Verdoppelung in 18 Monaten bei weitem. Zwischen 1957 und 1990 lag die Steigerungsrate noch bei etwa 25 Prozent im Jahr. Die Fl√§chendichte auf den Festplattenscheiben stieg von 2000 Bit/inch¬≤ im Jahr 1957 auf √ľber 1 GBit/inch¬≤ in den Jahren 1995 bis 1997. Heutige Werte liegen bei 10 bis 15 GBit/inch¬≤. Werte von 50 bis 60 GBit/inch¬≤ sind in naher Zukunft auch f√ľr Serienlaufwerke zu erwarten.

Die Datentransferraten der Festplatten sind mindestens das zehnfache h√∂her als bei Disketten, weil sie sich die Platten mit der bis zu 20fachen Geschwindigkeit einer Diskette drehen, je nach Typ zwischen 3500 und bis zu 15000 U/min. Jede Platte besitzt mindestens zwei Lese- und Schreibk√∂pfe, die die Platten auf der Ober- oder Unterseite abtasten. Es gibt allerdings auch Festplatten, die √ľber mehrere Sets an Schreib-/Lesek√∂pfen verf√ľgen, z B. Festplatten in Hochleistungsrechnern oder SCSI-Festplatten mit 4 R/W-K√∂pfen, wodurch die Zugriffszeit verringert werden kann. Durch das Rotieren der Magnetscheiben entsteht ein Luftpolster, auf denen sich dann die Schreib-Lese-K√∂pfe bewegen. Diese sind mechanisch √ľber den Schreib-/Lesearm auch (Kamm) mit den anderen K√∂pfen verbunden, so da√ü ein Spurwechsel f√ľr alle Platten gleichzeitig vollzogen wird. Um die Bewegung von Kopf zu Kopf zu beschreiben, hat man den Begriff des Zylinders eingef√ľhrt. Dieser umfa√üt alle Spuren, die die gleiche Spurnummer tragen. Jede Platte ist also in Spuren aufgeteilt, die in konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt angeordnet sind (√§hnlich einer Schallplatte). Spuren werden mit den Nummern von 0 bis N bezeichnet, wobei N die Gesamtzahl der Spuren minus 1 darstellt. Die √§u√üerste Spur tr√§gt die Nummer Null, die darauffolgende die Nummer Eins. Jede Spur nimmt dabei eine konstante Anzahl von Sektoren auf, die die Spur in einzelne Abschnitte gleicher Gr√∂√üe unterteilen. Der Aufbau gleicht also dem einer Diskette. Jeder Sektor beinhaltet 512 Byte an Daten (oder auch mehr) und stellt zugleich die kleinste Zugriffseinheit dar. Jede Festplatte verf√ľgt √ľber wesentlich mehr konzentrische Spuren als eine Diskette, die Positionierungsgenauigkeit ist h√∂her und somit wird auch die m√∂gliche Speicherdichte h√∂her. Moderne Festplatten packen mittlerweile fast 100 Sektoren auf eine Spur, wodurch sich nat√ľrlich die Datentransferrate erh√∂ht. Weiterlesen

CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory)

Der Amerikaner James T. Russell forscht in den 1960iger Jahren daran, mit einem Laser Musik und Daten auf einem optischen Medium zu speichern wieder auszulesen. Zwar meldet er ein Patent an, verkauft dann aber sein Patent an die kanadische Firma Optical Recording. Die Konzerne Philips und Sony werden auf Russel’s Erfindung aufmerksam, √ľbernahmen die Idee und legten gemeinsam die Standards f√ľr CD-ROM fest. 1982 beginnt¬† Produktion von Audio-CD’s, √ľbrigens als Erstes in Deutschland. Ab 1983 gibt es die ersten CD-Player zu kaufen (Philips CD-100, Sony CDP-01). Gemeinsam ver√∂ffentlichen Philips und Sony 1984 das “Yellow Book”, das den ANSI-Standard f√ľr Daten-CD’s beschreibt.

Das Medium f√ľr Daten-CD’s ist aufgebaut wie die Musik-CD. Die Datenspeicherung erfolgt w√§hrend der Herstellung der Platte und die Daten k√∂nnen nur gelesen werden (Analogie: ROM). Hier wird deutlich, das die CD f√ľr die Verwendung in der Musikindustrie entwickelt wurde. Im Gegensatz zu Magnetplatten erfolgt die Aufzeichnung – wie bei einer Schallplatte – in einer einzigen, spiralf√∂rmigen Spur. In diese vorgepr√§gte, reflektierende Schicht werden bei der Herstellung der Masterplatte mit einem Laser L√∂cher (pits) eingebrannt. Von der Masterplatte lassen sich dann beliebig viele Kopien herstellen.

Die Kopie wird vom Laserstrahl abgetastet, der durch die unterschiedliche Stuktur der Speicherfl√§che mit einer digitalen Information moduliert wird. Die Spurdichte betr√§gt bis zu 16’000 Spuren/Zoll. Als Aufzeichnungsstandard hat sich das Format ISO 9660 durchgesetzt (Transferrate: 1,2 MBit/s, Kapazit√§t: ca. 600 MByte). Die CD-ROM dient haups√§chlich der Verbreitung gr√∂√üerer Datenmengen, als Photo-CD und j√ľngst auch als Videotr√§ger. Die erste CD ROM Applikation, die auf CD-ROM ausgeliefert wird, ist 1987 Microsoft Bookshelf. 1990 kommt der Commodore CDTV auf den Markt, ein auf dem Amiga 500 basierender Computer mit integriertem CD-ROM Laufwerk. 1993 und 1994 gibt NEC den Takt mit 3fach (Triple Speed) bzw. 4fach (Quad Speed) CD-ROM Laufwerken an.

Der gro√üe Vorteil einer CD-ROM gegen√ľber anderen Formen der Datenspeicherung besteht darin, dass sie auf einem billigen Medium gigantische Mengen speichern kann – bis zu 660 Megabyte pro Diskette, was 350.000 Schreibmaschinen-Seiten oder 330 Disketten entspricht. Der gro√üe Nachteil der CD-ROM ist, dass sie nur lesbar ist. Im Gegensatz zu einer Diskette k√∂nnen Informationen nach dem Brennen nicht mehr gel√∂scht, ge√§ndert oder hinzugef√ľgt werden. Man kann jedoch CD-ROM-Dateien kopieren und auf die Festplatte eines PCs √ľbertragen, wo die W√∂rter, T√∂ne und Bilder beispielsweise in herk√∂mmliche Textverarbeitungs- oder Tabellenkalkulationsprogramme eingebunden werden k√∂nnen. Seit der Einf√ľhrung der CD-ROM-Technologie im Jahr 1985 haben Computerexperten vorausgesagt, dass die CD-ROM die Welt der PCs ver√§ndern w√ľrde. Sie hatten recht, lange Zeit (bis zum Erscheinen der DVD und sp√§ter der USB-Sticks) gab es keine bessere M√∂glichkeit, gro√üe Informationsmengen auf einem Datentr√§ger zu verteilen.

CD-R(W) (Compact Disc-Recordable)

Zum Aufzeichnen der Informationen ist eine CD-R-Disk ist mit einem lichtempfindlichen organischen Farbstoff beschichtet. Der Laser im Laufwerk erw√§rmt den Farbstoff, um Bereiche freizulegen, die das Licht wie bei einem herk√∂mmlichen CD-Pit streuen. Das CD-R-Laufwerk erzeugt keine Pits auf der CD. Stattdessen erzeugt der Brenner reflektierende Bereiche auf der CD, sodass der CD-ROM-Laser des Computers diese als Vertiefung interpretiert. Diese Vorgng kann auf einer CD-R nur einmal, auf einer CD-RW mehrfach durchgef√ľhrt werden. Sowohl eine CD-R als auch eine CD-RW verf√ľgt – wie die CD-ROM – √ľber die volle 16-Bit-Aufl√∂sung und eine Abtastfrequenz von 44,1 kHz. Dadurch ist sichergestellt, dass eigene Aufnahmen genauso hochwertig sind wie die einer CD-ROM. Eine CD-R(W) kann nach dem Brennen in einem beliebigen Standard-CD-ROM-, CD-R-, CD-RW- oder DVD-Laufwerk gelesen werden. Nur die ersten Revisionen der DVD-Laufwerke hatten Probleme mit CD-R’s, die sp√§teren Laufwerke nicht mehr.

Die professionellen CD-R-Aufnahmesysteme waren 1990 ziemlich groß und ziemlich teuer (ca. 30.000 US$). Erst 1995 stellte Hewlett-Packard einen Recorder vor (Modell 4020i), der unter 1000 US$ kostete.

Zur Erstellung von CDs stehen zahlreiche Softwareprogramme zur Verf√ľgung. Hier eine kurze Liste der beliebtesten Programme zum Kopieren, Brennen und Erstellen von Audio- und Daten-CDs. Beispiele sind CDBurnerXP Pro (Canneverbe Limited), Nero (Roxio), Alkohol 120% (Alcohol Soft) und Toast (Roxio). Letzteres ist auf Apple Macintosh-Computern sehr verbreitet.

Unten Bilder eines der ersten CD-Brenner f√ľr den privaten Gebrauch: der SureStore CDWriter 7100e Plus von Hewlett Packard aus dem Jahr 1998, in einem externen Geh√§use. Er wird √ľber die parallele Schnittstelle an den Computer angeschlossen und brennt mit 2-facher Geschwindigkeit. Er verabeitet CD-R und CD-R/W. Nat√ľrlich gab es dieses Modell auch als interne Ausf√ľhrung, z.B. mit SCSI-Schnittstelle.

DVD (Digital Versatile Disc)

DVD steht f√ľr ‘Digital Versatile Disk’ (ehemals ‘Digital Video Disk’). Das Medium ist so gro√ü wie eine normale CD-ROM, jedoch wird mit einer wesentlich h√∂heren Speicherdichte gearbeitet. Dabei unterscheidet man vier verschiedene Medien. Die einfache einseitige DVD kann 4,7 GB auf einer Schicht speichern. Es gibt aber auch zweischichtige DVDs. Dabei wird die Information auf zwei √ľbereinanderliegenden Schichten gespeichert, eine davon ist durchsichtig.

Durch unterschiedliche Fokussierung des Lasers wird die richtige Schicht angesteuert. Damit sind 8,5 GB m√∂glich. Und dann gibt es das ganze noch zweiseitig. Damit sind 17 GB Daten auf einer einzigen DVD m√∂glich. Die ersten Video’s auf DVD erschienen 1996. Sie werden in MPEG-2 kodiert, was eine sehr gute Qualit√§t bei der Wiedergabe ergibt. Die ersten Brennger√§te f√ľr einseitige, einschichtige DVDs stammen von Pioneer kamen im 1997 f√ľr √ľber 10000 Mark auf den Markt. Aufgenommen wird mit ca. 1 – 2 MB/s, und speichern kann er maximal 3,9 GB. Ansonsten verl√§uft die Geschichte der DVD √§hnlich der CD-ROM. Laufwerke und Brenner werden in der Folge immer billiger. DVD ist heute noch als Datentr√§ger f√ľr Filme und als Installationsmedium f√ľr Software in Benutzung.

Die Leseger√§te k√∂nnen auch normale CDs lesen, jedoch manchmal keine CD-R’s, also die beschreibbaren CDs. Dies kommt daher, da√ü ein Laser mit einer k√ľrzeren Wellenl√§nge verwendet wird, der die selbstgebrannten CDs nicht richtig lesen kann. Heutige DVD-Laufwerke besitzen zwei Laser-Dioden, mit dem man dann auch die CD-R’s einwandfrei lesen kann.

MOD (Magneto Optical Disc)

Mit dem WORM verwandt ist die MOD, ein ebenfalls rotierendes Speichermedium f√ľr Computer auf magnetisch-optischer Basis. Sie kam 1985 erstmals auf den Markt, der Standard wurde aber erst 1991 definiert. Die MOD erlaubt das digitale Aufnehmen und L√∂schen √ľber Laser und enth√§lt in Aufzeichnungsspuren geordnet bis zu einer Milliarde Mikromagnete. Diese sind in einer bestimmten Richtung vormagnetisiert. An den mit einem Laserstrahl erw√§rmten Stellen lassen sich diese Mikromagnete durch ein angelegtes Magnetfeld umpolen. Beim Abtasten wird der Laserstrahl durch die nun verschieden gepolten Magnete zirkular entweder rechts- oder linksdrehend zur√ľckgeworfen (magneto-optischer Kerr-Effekt). Die √Ąnderung der Polarisation kann √ľber eine entsprechende Optik gelesen werden. Die MOD ist weniger lichtempfindlich als die CD-R, kann schneller beschrieben werden, ist unempfindlich gegen N√§sse, hat eine hohe Lebenserwartung und bietet somit hohe Datensicherheit. Warum hat sich – bei all den Vorteilen gegen√ľber der CD-R – die MOD nicht durchgesetzt ? Die Antwort ist einfach, denn das Medium war im Vergleich zu einer CD-R schlicht und ergreifend zu teuer. Die Laufwerke und Medien erschienen mit den Formfaktoren 5.25″ und 3.5″. Die Speicherkapazit√§ten reichten von 230 MiB bis 9.1 GiB im Jahr 2001. 2010 stellten alle Hersteller die Produktion der Mo-Laufwerke und -Medien ein, auch Sony und Fujitsu, die die meisten Produkte mit dieser Speichertechnologie am Markt hatten.

WORM (Write Once Read Many)

WORM-Medium von Imation

WORM-Platten lassen sich vom Anwender beschreiben, jedoch nur einmal (Analogie: CD-R, DVD-R). Bei 5+-Zoll-Platten sind Speicherkapazit√§ten bis 1 GigaByte (Transferrate 1,5 MByte/s) m√∂glich. Die WORM kann zur Archivierung von Daten aller Art verwendet werden (Backup-Medium). Die Platte arbeitet wie ein Magnetplattenlaufwerk und kann genauso angesprochen werden, die Treibersoftware sorgt daf√ľr, da√ü bei mehrfacher Speicherung einer Datei immer die j√ľngste Version angesprochen wird (√§ltere Versionen lassen sich √ľber spezielle Programme lesen) –> Speicherung einer Dateichronologie. Beim Schreiben wird durch hohe Laserenergie die Plattenstruktur dauerhaft ver√§ndert. Beim Lesen wird diese Ver√§nderung mit niedriger Laserenergie abgetastet und detektiert. Man unterscheidet zwei Speichertechniken:
Bei der Blasenerzeugung wird durch den Laserstrahl eine Polymerschicht erhitzt, die unter einem d√ľnnen Metallfilm liegt. Es kommt zur Bildung einer Blase, die den Metallfilm dauerhaft verformt. Bei der Abtastung mit geringer Laserenergie kann die ge√§nderte Streuung ausgewertet werden. Die WORM-Laufwerke sehen den MO-Laufwerken √§hnlich.
Bei der Pit-Erzeugung durchbrennt der Laserstrahl eine lichtundurchl√§ssige Schicht, die √ľber einer Reflexionsschicht liegt (Pit entsteht). Beim Lesen werden die so entstandenen Hell-Dunkel-Zonen ausgewertet.

SSD (Solid State Drives)

Samsung 840 EVO SSD – 2,5″ SATA 250 GB

Drive bzw. Laufwerk ist eigentlich eine falsche Bezeichnung, da in einer SSD kein Laufwerksmechanismus vorhanden ist. Eine SSD ist ein Speichermedium, das nichtfl√ľchtigen Speicher zum Speichern und Zugreifen auf Daten verwendet. Im Gegensatz zu einer Festplatte verf√ľgt die SSD √ľber keine beweglichen Teile. Dies bietet Vorteile wie schnellere Zugriffszeiten, ger√§uschlosen Betrieb, h√∂here Zuverl√§ssigkeit und geringeren Stromverbrauch.

Die erste SSD wurde in den 1970er und 1980er Jahren f√ľr den Einsatz in IBM-Supercomputern entwickelt. Sie wurden seitdem drastisch verbessert und bieten heute Speicherkapazit√§ten von √ľber 2 TB f√ľr Heimcomputer. Begonnen hat der kommerzielle Einsatz der SSD ein bi√üchen kleiner. Der 1983 eingef√ľhrte Sharp PC-5000 verwendete 128-KB-Solid-State-Speicherkassetten mit Blasenspeicher. Die ersten 20-MB-Solid-State-Festplatten (SSD) wurden 1991 f√ľr 1.000 US$ verkauft. Ab dem Jahr 2005 stieg Samsung in diesen Markt ein, ab 2006 SanDisk, ein Jahr sp√§ter Toshiba und OCZ. Jetzt wurde die SSD richtig popul√§r. Die Preise begannen zu sinken, die Speicherkapazit√§ten stiegen gleichzeitig. Im Jahr 2018 wird praktisch kein High-End Notebook oder Desktop-Computer ohne eine SSD ausgeliefert. Die SSD’s haben sich als geeigneter Ersatz f√ľr eine Standardfestplatte in Desktop-und Notebook-Computern erwiesen. Sie sind auch eine optimale L√∂sung f√ľr Tablets und andere Portables, bei denen Gewicht und Sto√üunempfindlichkeit eine Rolle spielt. Hier werden sie nicht als SDRAM, sondern meist als Flash-Speicher verbaut, denn diese verlieren die Daten auch nach dem Abschalten des Ger√§ts nicht.

Detallierte Info’s zur Entwicklung der SSD finden Sie hier.

USB Flash Drive

Erfunden hat den USB-Stick im Jahr 1996 der israelische Ingenieur Dov Moran. Die ersten USB-Flash-Drive’s kamen dann in 2000 auf den Markt. Es handelt sich dabei um ein kompaktes Datenspeicherger√§t, das einen Flash-Speicher mit einer integrierten USB-Schnittstelle enth√§lt. Sie sind sehr leicht (20g – 30g), wiederbeschreibbar und werden einfach in den USB-Port eines Computer ein- und ausgesteckt. Da sie keine beweglichen Teile enthalten und unempfindlich gegen elektromagnetische St√∂rungen sind rechnet man mit einer Haltbarkeit der Flash Drives von mindestens 10 Jahren. Die √úbertragungsraten h√§ngen nat√ľrlich von der USB-Version ab: bei USB 2.0 erreichen sie effektiv 35 MiB pro Sekunde, bei USB 3.0 fast das Doppelte. Die Speicherkapazit√§ten sind seit ihrem Erscheinen permanent gestiegen und die Preise sind gesunken. Die USB Sticks haben – zusammen mit den Compact-Flash Karten¬† – seit ihrem Erscheinen praktisch alle anderen Wechselmedien vom Markt verdr√§ngt. 2000 hatten die ersten USB-Sticks noch 8 MiB, heute werden sie bereits im TB-Bereich angeboten.

Weiterf√ľhrende Links:

RICM (The History of Computer Data Storage)