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Medien, Eigenschaften, Größen

 
Massenspeicher sind Möglichkeiten mit dem Computer dauerhaft große Datenmengen zu archivieren. Die Art und Größe der Massenspeicher verändert sich rapide. Früher einmal bestanden sie in "Datasetten" oder Magnetbändern, das waren spezielle Audiokassetten oder größere Datenbänder mit einem magnetisierbaren Streifen der durch ein Schreib/Lesegerät lief. Das Fassungsvermögen eines solchen Bandes lag bei einigen hundert Kilobyte. Heute sind die Massenspeicher oft CDs (Compact Discs) oder DVDs (die Nachfolger der CDs). Auf eine solche DVD passen einige Gigabyte an Daten. Innerhalb von nur 15 Jahren hat sich die Menge der Daten die man für einen bestimmten Preis und in einem Medium bestimmter Größe speichern kann mehr als vertausendfacht. Es ist zu erwarten, daß diese Entwicklung noch eine ganze Weile anhält und in Zukunft vielleicht hollographische Speichermedien eine große Rolle spielen, welche ein Fassungsvermögen von einigen Terrabyte haben könnten.

(Für Erklärungen was Kilobyte, Megabyte, Gigabyte, Terrabyte bedeuten, siehe Bits&Bytes)
 

Computermedien sind Digital

Die Art der Medien die zur Datenspeicherung verwendet werden können ist vielschichtig und hat sich immer wieder gewandelt. Das ist vergleichbar mit dem dem Wandel von Langspielplatte zur Kassette und dann zur Musik-CD. Ähnlich hat sich auch im Bereich der Computer die Art der Datenaufzeichnung gewandelt. Der wichtigste Unterschied zu Langspielplatte und Audiokassette ist dabei, daß Computerdaten immer schon digital aufgezeichnet werden mußten. Ein Computer kann grundlegend nur zwei Zustände unterscheiden "Ein" und "Aus". Die Daten auf einem Computermedium müssen daher in dieser Form digital gespeichert werden. Es dürfen nur Einsen und Nullen verwendet werden. Eine Aufzeichnung muß immer präzise und einddeutig sein. Diese Art der Aufzeichnung nennt man Digital. Bei einer Musikkassette hingegen wird Analog aufgezeichnet. Das bedeutet, daß hier ein breites Spektrum an aufzeichenbaren Werten gespeichert wird. Es ist ein kontinuierliches unpräzises Muster das gepeichert wird. Dies ist für Computerdaten extrem ungeeignet.
 

Analog / Digital

Den Unterschied zwischen Analog und Digital kann man am Besten an Uhren erklären. Bei der Digitaluhr gibt es eine elektronische Zeitanzeige aus einzelnen Ziffern. Diese können nur Stunden, Minuten und Sekunden anzeigen. Es sind nur solche Werte darstellbar, die sich durch die Ziffern bilden lassen. Zwischenwerte gibt es einfach nicht. Jede Sekunde springt die Anzeige um eine Sekunde weiter. Halbe Sekunden sind nicht darstellbar. Die Darstellung ist digital. Die Anzahl darstellbarer Werte ist begrenzt. Betrachtet man nun eine Analoguhr, so hat man ein Ziffernblatt mit einem Zeiger der sich kontinuierlich herumbewegt. Hierbei sind beliebig viele Zwischenzustände darstellbar. Der Zeiger nimmt jede der unendlich vielen feinen Zwischenstellungen während einem Umlauf auch für kurze Zeit ein. Die Darstellung ist Analog. Die Anzahl darstellbarer Werte ist unendlich.
 

Lochkarten

Für den Computer (wie er zumindest heute verbreitet ist) brauchen wir jedoch exakte digitale Werte. Das Aufzeichnungsmedium muß daher auch digital sein. Die ersten solchen Medien waren Lochstreifen und Lochkarten. Hier gab es nur zwei Zustände "Loch" und "Nicht-Loch". Lochkarten mußten von Hand gefertigt werden und konnten nicht besonder viele Informationen speichern. Die Verwendung war recht mühseelig.
 

Datenbänder

Das nächste war bereits die magnetische Aufzeichnung auf magnetische Datenbänder. Das physikalische Grundprinzip ist das gleiche wie bei der Audiokassette. Die Aufzeichnung ist also grundsätzlich analog, benötigt wird aber eine digitale Aufzeichnung. Man muß nun aus der analogen Aufzeichnung eine digitale Aufzeichnung machen, indem man die Anzahl der darstellbaren Zustände drastisch reduziert auf eine endliche Zahl. Dazu definiert man eine endliche Zahl deutlich unterscheidbarer Impulse, die man dann auf den analogen Datenträger aufzeichnet. Wenn man sich ein solches Band als Tonband akkustisch anhört, ist ein wildes Gepiepe zu hören. Dies sind die markanten und diskreten Signale der digitalen Aufzeichnung.
 

Verschmierte Aufzeichnung

Die ersten Datenbänder hatten noch keine große Aufzeichnungskapazität. Dies hängt auch damit zusammen, daß man auf den analogen Datenträger die digitalen Signale nicht zu kompakt (zu schnell hintereinander) aufzeichen kann, da sie sonst beim Aufnehmen oder Wiedergeben verschmieren und nichtmehr exakt sind und deshalb falsch interpretiert werden. Dieses Vefahren hat sich aber mit der Zeit immer mehr Verbessert.
 

Platten und Disketten

Ein weiteres Problem war die Sache, die jeder Benutzer von Audiokassetten kennt. Um an bestimmte Daten (ein bestimmtes Lied) heran zu kommen muß man oft lange Vor- oder Zurückspulen und dann suchen bis man die richtige Stelle gefunden hat. Ein Fortschritt waren da die Disketten- oder Plattenlaufwerke. Diese ermöglichten einen schnellen und gezielten Zugriff. Das magnetisierbare scheibenförmige Medium drehte sich und darüber kann ein Schreib/Lesekopf die jeweils benötigte Datenspur recht genau ansteuern. Mit diesem System funktionieren auch noch heutige Festplatten, Disketten und in abgewandelter Form sogar CD-Laufwerke. Die Speicherunsdichte und Arbeitsgeschwindigkeit hat sich dabei aber drastisch verbessert. Erste Festplatten waren viele Kilogramm schwere Platten von 2 Meter Durchmesser und 1 MB Fassungsvermögen. Heute fast ein kleines Zigarrenschachtel großes surrendes Kästchen die 10'000 fache Menge (gut 10 GB).
 
 

Überblick über gebräuchliche Medien

Werfen wir jetzt einmal einen kurzen Blick auf heute einigermaßen übliche Aufzeichnungsmedien
(Die Tabelle stellt nur einen ungefähren Ausschnitt mit ungefähren Werten dar)
 
Medium Eigenschaften Kapazität Preis pro Medium Preis pro MB
3 1/2 Zoll Diskette Langsam unsicher, wiederbeschreibbar 1,44 MB 0,50 DM 34 Pf
ZIP - Diskette bessere Diskette, wiederbeschreibbar 100 MB 20 DM 20 Pf
Bandlaufwerk / Streamer unflexibel, wiederbeschreibbar ~ 500 MB 40 DM 8 Pf
MagnetoOptische Cardriges rel. robust, wiederbeschreibbar 1 GB 150 DM 14 Pf
Magnet Cardridges unsicher, wiederbeschreibbar 1 GB 100 DM 9 Pf
CD ROM robust, nur einmal beschreibbar 650 MB 3 DM 0,5 Pf
CD RW wiederbeschreibbare CD 650 MB 20 DM 3 Pf
DVD  robust, nur einmal beschreibbar max. 15 GB ? (< 1 Pf)
Festplatte * sehr schnell, wiederbeschreibbar, 
fest eingebaut (kein Wechselmedium)		 ~ 6 GB 400 DM 6 Pf
RAM (Hauptspeicher) ** Nicht für Archivierung, sondern 
als Arbeitsspeicher. Extrem unsicher, 
extrem schnell (hier nur zum Vergleich)		 (64 MB) (250 DM) (400 Pf)
Hologrammspeicher *** Nocht nicht verfügbar ~~ 10 TB ?? (<1 Pf)
 (Die Preise und sonstigen Angaben sind nur ungefähr, abhängig vom verwendeten Gerät und Typ,  und innerhalb kurzer Zeit wieder unaktuell. Für die Preiskalkulation müßte man auch hinzurechnen wie teuer die einmalige Anschaffung des Schreib/Lese-Gerätes ist)

Hinweise:
*) Festplatten sind keine Wechselmedien und deshalb weder transportabel noch austauschbar. Man kann also nicht einfach eine neue Festplatte einlegen wenn die alte Festplatte voll ist. Bei richtigen Wechselmedien (Disketten, etc.) funktioniert das recht problemlose, deshalb sind zum Archivieren vorallem Wechselmedien gut geeignet.
**) RAM (Hauptspeicher) fällt aus der obigen Auflistung eigentlich völlig heraus, da er Daten überhauptnicht langfristig speichern kann. Sobald der Rechner ausgeschaltet wird, verliert der RAM-Speicher alle gespeichterten Daten. Er wird deshalb niemals zum Archivieren eingesetzt, sondern nur zum "Arbeiten" da er sehr schnell ist.
***) Hologrammspeicher gibt es bisher nur als experimentelle Prototypen. Es ist denkbar daß sie bis zum Jahr 2005 verfügbar sein könnten, aber es ist auch möglich daß sie erst 2050 oder niemals realisiert werden können. Die Aussagen sind deshalb spekulativ.
 

Quantiät wird billig

Grundsätzlich ist zu bemerken, daß Speicherplatz immer größer, billiger, sicherer und flexibler wird.  Der Preis pro MB nahm in den letzten fünfzehn Jahren von etwa 5 DM auf jetzt 0,5-20 Pfennige ab und die Preise werden weiter sinken. Große Datenmengen kann man also immer schneller, leichter und sicherer archivieren. Aber Quantität ist nicht Qualität und so enstehen gigantische Datenmüllhalden in den sich keiner mehr auskennt und wo enorme Datenmengen ungenutzt und unausgewertet liegen bleiben. Unsystematische Archivieren um jeden Preis ist also nicht unbedingt sinnvoll, jedoch immer problemloser möglich.
 

Magnetaufzeichnung

Bei der Aufzeichnung gibt es bisher eine relativ kleine Palette an Möglichkeiten die Anwendung finden. Hauptsächlich werden heute noch magnetische Medien verwendet. Dabei ist eine magnetisierbare Schicht auf einer Trägerschicht aufgetragen. Die magnetisierbare Schicht wird nun mit "Einsen" und "Nullen" beschrieben und kann danach durch einen ganz schwachen Magneten wieder vorsichtig ausgelesen werden. Magnetfelder und Verschmutzungen können bei dieser Aufzeichnungsart jedoch schwere Datenverluste herbeiführen. Je mehr Informationen auf eine bestimmte Fläche gepackt werden umso höher ist das Risiko eines Datenverlustes. Bei Festplatten sind die Aufzeichnungsdichten inzwischen sehr hoch. Das Risiko von Datenverlusten wird hier durch eine Kapselung vermindert. Zudem wird bei der Herstellung auf eine präzise und fehlerfrei Magnetschicht geachtet. Trotzdem sind magnetsiche Datenträger gegenüber elektromagnetischen Feldern und Wellen nicht imun und auch Erschütterungen können Beschädigungen hervorrufen. Das liegt vorallem daran, daß der Schreib/Lese-kopf bei Festplatten bis auf wenige Mikrometer an die Oberfläche der Festplatte herankommt, diese jedoch nicht berühren darf. Bei Erschütterungen kann es zum "Headcrash" kommen. Es gibt eine Berührung und die Magnetoberfläche und der Schreib/Lesekopf wird zerkratzt und zerstört.
 

Optische Aufzeichnung

Optische Aufzeichnungsmedien wie CDs haben dieses Crashproblem nicht, da sie völlig berührungsfrei arbeiten. Das sich drehende Medium wird mit einem Laserstrahl beschrieben und abgetastet. Verschmutzungen beim Schreiben können hier ebenfalls fatal sein, jedoch sind Verschmutzungen beim Lesen weniger tragisch, da sich das Medium vorsichtig reinigen läßt und danach fast immer wieder problemlose lesbar ist. Die Aufzeichnung bei CDs erfolgt durch unterschiedlich stark reflektierende Bereiche auf der reflektierenden CD-Schicht. Diese stellen entweder Einsen oder Nullen dar. Durch einen entsprechend starken Laser können die reflektierenden Schichten in einem speziellen CD-Rohling so verändert werden, daß sie Einsen und Nullen darstellen. Ist die CD einmal beschrieben läßt sie sich nichtmehr verändern und auch nichtmehr einfach so löschen. Man kann sie allenfalls noch vernichten.
 

Read/Write-CDs und MagnetoOptische Speicher

Es gibt jedoch auch CDs die wieder löschbar und neu beschreibbar sind. Diese kosten jedoch wesentlich mehr und sind auch nicht so flexibel beschreibbar wie magnetische Disketten. Das heisst, daß das Aufzeichnen und Löschen entsprechend aufwendig ist. Ansonsten ist eine sogenannte CD-RW verwendbar wie eine normale CD-ROM nur daß sie eben wieder löschbar ist und sich neu beschreiben läßt. Ähnlich lassen sich auch MagnetoOptische Disketten (MOs) benutzen. Sie sind mit einigem Aufwand beliebig oft beschreibbar und löschbar. Das Abtasten erfolgt hier ebenfalls optisch über einen Laser. Die Aufzeichnung hingegen funktioniert durch Erhitzung und Magnetisierung. Die Trägerschicht wird erwärmt und ist dadurch veränderbar. Durch magnetische Beeiflussung werden nun optisch lesbare Unterschiede auf das Trägermedium gebracht. Die so veränderte Trägerschicht erstarrt wenn sie kalt wird und ist dann sehr robust. Erst bei Erwärmung läßt sie sich wieder verändern.
 

Hollogrammspeicher

Eine weiter Revolution wären die hollographischen Aufzeichnungsmedien. Sie funktionieren theoretisch völlig ohne bewegliche Teile, indem ein Laserstrahl das Medium abtastet. Das Medium selbst ist nichtmehr flächig sondern räumlich. Es steht also ein ganzer dreidimensionaler Raum für die Aufzeichnung zur Verfügung. Das erhöht die Kapazität enorm. Die Aufzeichnung erfolgt, indem in ein durchsichtiges festes Medium durch einen Laser ein Hologramm eingebracht wird. Der Laser verändert die optischen Kristalleigenschaften sodaß ein Hologramm (also eine dreidimensionale Information) entsteht. Diese Hologramm kann mittels einen sehr schwachen Lasers dann wieder abgetastet werden. Das funktioniert bisher in Experimenten einigermaßen ist aber noch nicht praktikabel. Wenn es doch irgendwann Realität wird, könnte man einige TerraByte an Daten auf einem kleinen Chip so groß wie ein Daumennagel speichern und transportieren. Der Speicher hat keine mechanischen Teile und ist somit relativ verschleißfrei.

Dieser Ausblick in die Zukunft, soll diese kurze Einführung in die Speichermedien und die Speicherdimensionen abschließen. Wichtig ist, ein ungefähres Verständnis erlangt zu haben. Die konkreten Details ändern sich sowieso dauern. Mit etwas Arbeit wird man sich dann aber in die jeweils interessanten Details problemlos reinwurschteln können.
 

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