Der primäre Speicher des Computers ist der Arbeitsspeicher. Dort legt er die Informationen (Programme, Daten) ab, die er aktuell verarbeiten muß. Da Arbeitsspeicher zwar sehr schnell, aber teuer und i.d.R. flüchtig sind (nach dem Ausschalten des Computer gehen die Informationen verloren) werden zusätzlich die Massenspeicher als Sekundärspeicher benötigt. Sie dienen zur dauerhaften Speicherung von wiederverwendbaren Informationen, die aktuell nicht im Arbeitsspeicher benötigt werden oder ausgelagert werden müssen, damit der Arbeitsspeicher für neue Prozesse frei wird. Massenspeicher besitzen eine wesentlich höhere Speicherkapazität als der Arbeitsspeicher. Der Nachteil ist, das die Verfügbarkeit der gewünschten Information niedriger ist, da die Massenspeicher in der Regel sehr viel langsamer sind. Der Datentransport zwischen Massen- und Arbeitsspeicher findet blockweise über den sogenannten Datenbus statt. Moderne Betriebssysteme benutzen die Massenspeicher auch als virtuelle Erweiterung des Arbeitsspeichers.

Viele der nachfolgend augeführten Massenspeicher sind mittlerweile obsolet. Niemand mehr – außer vielleicht ein paar Computermuseen oder Liebhaber – benutzt noch Lochkarten oder benötigt 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 möglicherweise 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 Volkszählungsmaschine setzte 1891 Lochkarten ein. Lochkarten stellen Binärdaten 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, gezählt und in jeder erdenklichen Form auswertet werden. Hergestellt wurden die Karten mit sogenannten Lochkartenstanzern. Mit den fertig codierten Karten fütterte man über einen Leser den Computer und führte ihm auf diese Weise die gewünschten Programm- und Verarbeitungsdaten zu.

Da man es bei Lockkarten mit Binärdaten zu tun hat, die für 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 enthält 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 späten 60er Jahren für 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 Kunststoffhülle, die mit einem Gleit- und Reinigungsvlies ausgekleidet ist. Die Hülle besitzt Öffnungen für den Arbeitskonus (über den die Scheibe angetrieben wird), das Indexloch und den Schreib/Lesekopf. Zusätzlich besitzt die Hülle noch eine Aussparung für das Setzen eines Schreibschutzes. Je nach System wird der Schreibschutz durch Abdecken oder Freilassen dieser Aussparung gesetzt. Der Schreib/Lese-Kopf berührt beim Schreiben und Lesen die Diskettenoberfläche, ansonsten ist der Kopf angehoben. 1971 stellte IBM das erste 8″ Diskettenlaufwerk der Öffentlichkeit vor. Die zudem wird zum ersten Mal bei einem Massenspeicher der wahfreie Zugriff realisiert, denn der Schreib-/Lesekopf kann auf jeder Stelle des Datenträgers positioniert werden.

Seine eigene Firma, Shugart Associates, gründete 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 Größenübersicht

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 größte Verbreitung fanden die 5.25″-Laufwerke in IBM PC’s und Kompatiblen, mit Kapazitäten von 360KiB (PC/XT) und später 1.2MiB (AT). Aber auch für Homecomputer von Commodore und Atari gab es eine Vielzahl von 5.25″- Laufwerksmodellen. Schon 1980 stellt Sony die 3,5″ Diskette der Öffentlichkeit vor. Workstation-Hersteller wie Sun, Apollo oder SGI aber auch Apple bei der Macintosh-Reihe setzen ausschließlich 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 vollständig 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 Kapazitäten 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 unterstützten.

Die Miniaturisierung bei den Diskettenlaufwerken brachte es u.a. mit sich, das eine Kombination von 5,25″ und 3,5″ Floppy in einem halbhohem Gehäuse untergebracht werden konnte. Es gab auch noch aussergewöhnliche Formfaktoren wie die 3″ Diskette von Amstrad, welche hauptsächlich 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 verdrängt. Auch Laufwerke mit höheren Speicherkapazitäten wie die SuperDisk (Imation, 1997, 120MiB, abwärtskompatibel 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 über kein internes Diskettenlaufwerk mehr verfügte.

Zur Disketten-Vervielfältigung gab es neben den großen Industrieanlagen auch Geräte für kleinere Serien. Ein Beispiel ist das ALF Quick Copy, eine PC-unabhängige Kopierstation, die es für 5.25″ und 3.5″ Disketten gab.

Magnetband

IBM 726 Magnetband, Quelle: IBM Corporation

Ab 1950 verdrängte 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 überzogen ist. Die Datenaufzeichnung besteht darin, das die auf dem Band enthaltenen Ferritstreifen magnetisiert oder nicht magnetisiert sind und so die Informationen in dem für den Computer benötigten Binärsystem darstellten. Auf einer zusätzlichen Bandspur konnten sogenannte Paritätsbits untergebracht werden, wodurch eine hohe Datensicherheit gewährleistet wurde. Der Vorteil der Magnetbänder lag neben einer hohen Verabeitungsgeschwindigkeit vor allem in der hohen Speicherkapazität. Allerdings konnten Daten auf einem Band immer nur sequentiell (also hintereinander) abgelegt und wieder gelesen werden. Trotzdem sollte das Magnetband bei Großrechner-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 führte die Digital Equipment Corporation das DECtape zur Verwendung mit den DEC PDP Rechnern ein. DEC entwickelte es, um als Hauptspeichermedium für 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-Wörter oder 144.000 18-Bit-Wörter gespeichert werden.

Übrigens, auch die Standard-Kompaktkassette zählt zu den Magnetbändern. Diese wurden in den späten 70er und 80er Jahren auch zur Datenspeicherung für PCs verwendet. Auf einem 90-minütigen Band können ungefähr 660 kB pro Seite speichern. Praktisch alle Homecomputer ab 1977 nutzten diese billige Medien und Laufwerke, wobei es auch handelsübliche 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 größte Nachteil dieser Technik war jedoch die langsame Datenübertragung.

Da Bandlaufwerke und deren Medien günstige Stückkosten und eine lange Archivierungsstabilität vorweisen können finden sie seit Mitte der 1980iger und bis heute in Backupsystemen weiterhin Verwendung. Hier spielt der langsame sequentielle Speicherzugriff nicht die große Rolle. Bandlaufwerke können jedoch sehr schnell Daten von einem Band streamen, wenn die Stelle auf dem Band erstmal erreicht wurde. Beispielsweise unterstützte Linear Tape-Open (LTO) ab 2010 eine sehr hohe kontinuierliche Datenübertragungsraten von bis zu 140 MiB/s.

Magnetplatten

IBM 305 Ramac, Quelle: IBM Corporation

Magnetplatten sind die Nachfolger der voluminösen Trommelspeicher und gelten als die direkten Vorläufer 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 Kapazität von 5 MByte der Öffentlichkeit vor. Diese Kapazität verteilte sich auf 50 Scheiben mit je 24 Zoll (60 cm) Durchmesser. Die Abtastung der Informationen erfolgte (wie später 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 möglich, ohne vorher den gesamten Datenbestand des Mediums sequentiell durchsuchen zu müssen. Durch den mechanischem Kontakt wurde Abrieb erzeugt, was natürlich 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 binär kodiert auf Papier gedruckt und mit einem Lesegerät 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 über diese Platte bewegt, um die nadelförmigen Ferrite auf den einzelnen Spuren so zu magnetisieren, das Binärdaten 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 muß, um eine bestimmte Stelle (Datei) zu finden. Die Köpfe der Magnetplatten können – vergleichbar mit dem Tonarm eines Plattenspielers und dem Anwählen eines bestimmten Musikstücks – direkt zu der Stelle springen, an der die gewünschte Datei angelegt ist.

Festplatten

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

IBM stellt 1973 die Festplatte “Winchester 3340″ vor. Kapazität: 30MB. Der Name Winchester stammt daher, da das produzierende IBM-Werk in Winchester (England) stand. Bereits mit dem Modell 3380 übertraf IBM im Jahr 1987 die 1 GiB-Grenze für eine Laufwerkseinheit.
Wie funktionieren Festplatten? Eigentlich bis heute nach dem gleichen Prinzip. Im einem luftdicht verschlossenen Gehäuse (beinahe luftdicht, denn ein gewisser Luftaustausch findet statt) sind mehrere übereinander rotierenden Magnetplatten montiert. Bei neueren Festplatten sind das – zur Reduzierung der Bauhöhe – nur noch eine oder max. zwei Magnetplatten. 1977 brachte Shugart das erste preiswerte Laufwerk auf den Markt (14”, 30 MByte). Die weitere Entwicklung führte 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 Kapazität von 5 MByte.

1996 hat Seagate mit der Cheetah-Serie erste Festplatten mit 10.000 U/min präsentiert. 1998 bot die Seagate-Barracuda-Serie eine Maximalkapazität von 50 GByte. Nur zwei Jahre später waren es schon fast 200 GByte. Dies übertrifft die bislang übliche 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 Flächendichte auf den Festplattenscheiben stieg von 2000 Bit/inch² im Jahr 1957 auf über 1 GBit/inch² in den Jahren 1995 bis 1997. Heutige Werte liegen bei 10 bis 15 GBit/inch². Werte von 50 bis 60 GBit/inch² sind in naher Zukunft auch für Serienlaufwerke zu erwarten.

Die Datentransferraten der Festplatten sind mindestens das zehnfache höher 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 Schreibköpfe, die die Platten auf der Ober- oder Unterseite abtasten. Es gibt allerdings auch Festplatten, die über mehrere Sets an Schreib-/Leseköpfen verfügen, z B. Festplatten in Hochleistungsrechnern oder SCSI-Festplatten mit 4 R/W-Köpfen, wodurch die Zugriffszeit verringert werden kann. Durch das Rotieren der Magnetscheiben entsteht ein Luftpolster, auf denen sich dann die Schreib-Lese-Köpfe bewegen. Diese sind mechanisch über den Schreib-/Lesearm auch (Kamm) mit den anderen Köpfen verbunden, so daß ein Spurwechsel für alle Platten gleichzeitig vollzogen wird. Um die Bewegung von Kopf zu Kopf zu beschreiben, hat man den Begriff des Zylinders eingeführt. Dieser umfaßt alle Spuren, die die gleiche Spurnummer tragen. Jede Platte ist also in Spuren aufgeteilt, die in konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt angeordnet sind (ähnlich einer Schallplatte). Spuren werden mit den Nummern von 0 bis N bezeichnet, wobei N die Gesamtzahl der Spuren minus 1 darstellt. Die äußere Spur trägt 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 Größe 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 verfügt über wesentlich mehr konzentrische Spuren als eine Diskette, die Positionierungsgenauigkeit ist höher und somit wird auch die mögliche Speicherdichte höher. Moderne Festplatten packen mittlerweile fast 100 Sektoren auf eine Spur, wodurch sich natürlich die Datentransferrate erhöht. 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, übernahmen die Idee und legten gemeinsam die Standards für CD-ROM fest. 1982 beginnt  Produktion von Audio-CD’s, übrigens als Erstes in Deutschland. Ab 1983 gibt es die ersten CD-Player zu kaufen (Philips CD-100, Sony CDP-01). Gemeinsam veröffentlichen Philips und Sony 1984 das “Yellow Book”, das den ANSI-Standard für Daten-CD’s beschreibt.

Das Medium für Daten-CD’s ist aufgebaut wie die Musik-CD. Die Datenspeicherung erfolgt während der Herstellung der Platte und die Daten können nur gelesen werden (Analogie: ROM). Im Gegensatz zu Magnetplatten erfolgt die Aufzeichnung – wie bei einer Schallplatte – in einer einzigen, spiralförmigen Spur. In diese vorgeprägte, reflektierende Schicht werden bei der Herstellung der Masterplatte mit einem Laser Löcher (pits) eingebrannt. Von der Masterplatte lassen sich dann beliebig viele Kopien herstellen.

Die Kopie wird vom Laserstrahl abgetastet, der durch die unterschiedliche Stuktur der Speicherfläche mit einer digitalen Information moduliert wird. Die Spurdichte beträgt bis zu 16’000 Spuren/Zoll. Als Aufzeichnungsstandard hat sich das Format ISO 9660 durchgesetzt (Transferrate: 1,2 MBit/s, Kapazität: ca. 600 MByte). Die CD-ROM dient haupsächlich der Verbreitung größerer Datenmengen, als Photo-CD und jüngst auch als Videoträger. 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 große Vorteil einer CD-ROM gegenüber 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 große Nachteil der CD-ROM ist, dass sie nur lesbar ist. Im Gegensatz zu einer Diskette können Informationen nach dem Brennen nicht mehr gelöscht, geändert oder hinzugefügt werden. Man kann jedoch CD-ROM-Dateien kopieren und auf die Festplatte eines PCs übertragen, wo die Wörter, Töne und Bilder beispielsweise in herkömmliche Textverarbeitungs- oder Tabellenkalkulationsprogramme eingebunden werden können. Seit der Einführung der CD-ROM-Technologie im Jahr 1985 haben Computerexperten vorausgesagt, dass die CD-ROM die Welt der PCs verändern würde. Sie hatten recht, lange Zeit (bis zum Erscheinen der DVD und später der USB-Sticks) gab es keine bessere Möglichkeit, große Informationsmengen auf einem Datenträger 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 erwärmt den Farbstoff, um Bereiche freizulegen, die das Licht wie bei einem herkömmlichen 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 durchgeführt werden. Sowohl eine CD-R als auch eine CD-RW verfügt – wie die CD-ROM – über die volle 16-Bit-Auflösung 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 späteren 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 Verfügung. 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 für den privaten Gebrauch: der SureStore CDWriter 7100e Plus von Hewlett Packard aus dem Jahr 1998, in einem externen Gehäuse. Er wird über die parallele Schnittstelle an den Computer angeschlossen und brennt mit 2-facher Geschwindigkeit. Er verabeitet CD-R und CD-R/W. Natürlich gab es dieses Modell auch als interne Ausführung, z.B. mit SCSI-Schnittstelle.

DVD (Digital Versatile Disc)

DVD steht für ‘Digital Versatile Disk’ (ehemals ‘Digital Video Disk’). Das Medium ist so groß wie eine normale CD-ROM, jedoch wird mit einer wesentlich höheren 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 übereinanderliegenden Schichten gespeichert, eine davon ist durchsichtig.

Durch unterschiedliche Fokussierung des Lasers wird die richtige Schicht angesteuert. Damit sind 8,5 GB möglich. Und dann gibt es das ganze noch zweiseitig. Damit sind 17 GB Daten auf einer einzigen DVD möglich. Die ersten Video’s auf DVD erschienen 1996. Sie werden in MPEG-2 kodiert, was eine sehr gute Qualität bei der Wiedergabe ergibt. Die ersten Brenngeräte für einseitige, einschichtige DVDs stammen von Pioneer kamen im 1997 für über 10000 Mark auf den Markt. Aufgenommen wird mit ca. 1 – 2 MB/s, und speichern kann er maximal 3,9 GB. Ansonsten verläuft die Geschichte der DVD ähnlich der CD-ROM. Laufwerke und Brenner werden in der Folge immer billiger. DVD ist heute noch als Datenträger für Filme und als Installationsmedium für Software in Benutzung.

Die Lesegeräte können auch normale CDs lesen, jedoch manchmal keine CD-R’s, also die beschreibbaren CDs. Dies kommt daher, daß ein Laser mit einer kürzeren Wellenlänge 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 für 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 Löschen über Laser und enthält in Aufzeichnungsspuren geordnet bis zu einer Milliarde Mikromagnete. Diese sind in einer bestimmten Richtung vormagnetisiert. An den mit einem Laserstrahl erwärmten 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 zurückgeworfen (magneto-optischer Kerr-Effekt). Die Änderung der Polarisation kann über eine entsprechende Optik gelesen werden. Die MOD ist weniger lichtempfindlich als die CD-R, kann schneller beschrieben werden, ist unempfindlich gegen Nässe, hat eine hohe Lebenserwartung und bietet somit hohe Datensicherheit. Warum hat sich – bei all den Vorteilen gegenüber 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 Speicherkapazitäten 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 Speicherkapazitäten bis 1 GigaByte (Transferrate 1,5 MByte/s) möglich. 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 dafür, daß bei mehrfacher Speicherung einer Datei immer die jüngste Version angesprochen wird (ältere Versionen lassen sich über spezielle Programme lesen) –> Speicherung einer Dateichronologie. Beim Schreiben wird durch hohe Laserenergie die Plattenstruktur dauerhaft verändert. Beim Lesen wird diese Veränderung mit niedriger Laserenergie abgetastet und detektiert. Man unterscheidet zwei Speichertechniken:
Bei der Blasenerzeugung wird durch den Laserstrahl eine Polymerschicht erhitzt, die unter einem dünnen Metallfilm liegt. Es kommt zur Bildung einer Blase, die den Metallfilm dauerhaft verformt. Bei der Abtastung mit geringer Laserenergie kann die geänderte Streuung ausgewertet werden. Die WORM-Laufwerke sehen den MO-Laufwerken ähnlich.
Bei der Pit-Erzeugung durchbrennt der Laserstrahl eine lichtundurchlässige Schicht, die über 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 nichtflüchtigen Speicher zum Speichern und Zugreifen auf Daten verwendet. Im Gegensatz zu einer Festplatte verfügt die SSD über keine beweglichen Teile. Dies bietet Vorteile wie schnellere Zugriffszeiten, geräuschlosen Betrieb, höhere Zuverlässigkeit und geringeren Stromverbrauch.

Die erste SSD wurde in den 1970er und 1980er Jahren für den Einsatz in IBM-Supercomputern entwickelt. Sie wurden seitdem drastisch verbessert und bieten heute Speicherkapazitäten von über 2 TB für Heimcomputer. Begonnen hat der kommerzielle Einsatz der SSD ein bißchen kleiner. Der 1983 eingeführte Sharp PC-5000 verwendete 128-KB-Solid-State-Speicherkassetten mit Blasenspeicher. Die ersten 20-MB-Solid-State-Festplatten (SSD) wurden 1991 für 1.000 US$ verkauft. Ab dem Jahr 2005 stieg Samsung in diesen Markt ein, ab 2006 SanDisk, ein Jahr später Toshiba und OCZ. Jetzt wurde die SSD richtig populär. Die Preise begannen zu sinken, die Speicherkapazitäten 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 für eine Standardfestplatte in Desktop-und Notebook-Computern erwiesen. Sie sind auch eine optimale Lösung für Tablets und andere Portables, bei denen Gewicht und Stoßunempfindlichkeit 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 Geräts 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 Datenspeichergerät, das einen Flash-Speicher mit einer integrierten USB-Schnittstelle enthält. 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 Störungen sind rechnet man mit einer Haltbarkeit der Flash Drives von mindestens 10 Jahren. Die Übertragungsraten hängen natürlich von der USB-Version ab: bei USB 2.0 erreichen sie effektiv 35 MiB pro Sekunde, bei USB 3.0 fast das Doppelte. Die Speicherkapazitäten 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 verdrängt. 2000 hatten die ersten USB-Sticks noch 8 MiB, heute werden sie bereits im TB-Bereich angeboten.

Weiterführende Links:

RICM (The History of Computer Data Storage)