Speichermedien mit wahlfreiem Zugriff

Speichermedien mit direktem Zugriff erlauben einen raschen Zugriff auf beliebige Daten, sofern die Stelle, an der diese Daten abgelegt wurden (die durch die sog. „Adresse” angegeben wird), bekannt ist; sie werden primär als Hintergrundspeicher verwendet.

Die Diskette

Disketten (engl. „floppy disks”) sind magnetische Speichermedien mit vergleichsweiser kleiner Speicherkapazität (die derzeit verwendeten Disketten mit einer Größe von 3 1/2 Zoll besitzen eine Speicherkapazität von ca. 1,4 MB; die Zugriffszeit auf einen Sektor (s.u.) liegt bei 240 ms). Aktuelle Computer verfügen über kein Diskettenlaufwerk mehr.

Die Festplatte

Festplatten (engl. „hard disk” bzw. „fixed disk”) sind die „großen Brüder” der Disketten. Sie stellen typischerweise Speicherkapazitäten von einigen hundert GB (bis zu 2 TB) zur Verfügung, die typische (durchschnittliche) Zugriffszeit auf einen Sektor liegt bei unter 10 ms. Festplatten können in Computersysteme fest eingebaut sein oder als externe Geräte (Verbindung mittels USB oder Serial ATA) verwendet werden.

Die Festplatte funktioniert prinzipiell auf gleiche Weise wie eine Diskette, anstelle einer biegsamen wird jedoch eine starre Scheibe verwendet. Mitunter werden mehrere Festplatten entlang einer gemeinsamen Achse zu einem Plattenstapel zusammengefasst. Spuren, die sich auf den verschiedenen Platten übereinander befinden, werden ebenso zusammengefasst und als Zylinder bezeichnet. Die Adresse eines Sektors besteht also aus der Nummer eines Zylinders, der Nummer der Plattenseite bzw. -oberfläche und der Sektornummer.

Festplatten müssen wie Disketten formatiert werden. Viele Personal-Computer-Betriebssysteme sehen darüber hinaus die Möglichkeit vor, eine (physische) Festplatte in mehrere „logische Festplatten” fester Größe (Partitionen) zu unterteilen. Jede Festplattenpartition kann dann für sich zur Aufnahme von Dateien vorbereitet werden.

In File-Servern und anderen Anwendungsbereichen, bei denen die Verfügbarkeit von Festplattenspeichern kritisch ist, kann die Ausfallssicherheit beträchtlich erhöht werden, indem die Platte gespiegelt wird: Eine zweite Festplatte gleicher Größe dient als Ebenbild der ersten. Alle Schreiboperationen werden auf beiden Festplatten gleichzeitig durchgeführt; Leseoperationen können wahlweise auf einer der beiden Festplatten ausgeführt werden (indem abwechselnd von beiden Festplatten gelesen wird, kann die Zugriffsgeschwindigkeit gesteigert werden). Fällt eine der beiden Festplatten aus, steht der vollständige Inhalt immer noch auf der anderen Festplatte zur Verfügung.

Abb.: Plattenstapel

Zu diesem Schema wurden verschiedene Verallgemeinerungen ausgearbeitet, die heute unter der Bezeichnung RAID („Redundant Array of Inexpensive Disks”) angeboten werden. Gemeinsam ist diesen Schemata, dass mit einer Sammlung von mehreren kleineren, gleich großen Festplatten der Eindruck einer einzigen, riesengroßen Festplatte erzeugt wird. Bei vielen dieser Verfahren wird ein Teil der so erzeugten Speicherkapazität (von der Größe einer der „physischen” Festplatten) für Sicherungsinformationen verwendet, sodass eine Festplatte ohne Datenverlust (je nach Bauweise des „Disk Arrays” unter Umständen auch während des Betriebs) ausgetauscht werden kann.

Aber auch das Spiegeln von Festplatten bzw. der Einsatz von RAID macht das periodische Sichern („Backup”) keinesfalls überflüssig. Löscht zB ein Benutzer versehentlich eine wichtige Datei, werden die betreffenden Änderungen unverzüglich auf allen beteiligten Datenträgern durchgeführt. Doch nicht nur Benutzungsfehler, auch fehlerhafte Anwendungssoftware kann wichtige Datenbestände unbrauchbar machen. Abhilfe schafft hier nur eine vorher angelegte Kopie der Datenbestände (zB auf einem Archivspeicher). Das Sichern von wichtigen Dateien sollte daher regelmäßig entweder automatisiert zu geeigneten Zeitpunkten (zB jede Nacht) oder durch den Benutzer (zB bei Dienstschluss) durchgeführt werden.

Auswechselbare Speichermedien (Wechsellaufwerke)

Der Bereich der magnetischen Wechselplatten (sie funktionieren ähnlich den Festplatten) ist gekennzeichnet durch eine Fülle von untereinander oft inkompatiblen, herstellerspezifischen Systemen. Die Größe der Datenträger folgt dem 3-1/2"- oder 5-1/4"-Formfaktor, sie besitzen Speicherkapazitäten zwischen 100 MB und 2 GB, die Zugriffszeiten liegen zwischen 10 und 30 ms. Größere Verbreitung im PC-Bereich haben Iomega's ZIP-Laufwerke mit einer Speicherkapazität von 100 MB, 250 MB oder 750 MB gefunden. Für Archivierungszwecke gibt es auch magnetische Wechselplatten im zweistelligen GB-Bereich.

CD und DVD

Lichtstrahlen (insbesondere Laserstrahlen) lassen sich wesentlich stärker bündeln als Magnetfelder. Mit der dadurch erreichbaren größeren Aufzeichnungsdichte lassen sich deutlich höhere Speicherkapazitäten bewerkstelligen. Dieses Prinzip hat man sich bei der Entwicklung der CD zunutze gemacht, einem Datenträger, der zunächst als Nachfolger der Schallplatte entwickelt wurde, später jedoch auch als Speichermedium für Computersysteme „entdeckt” wurde.

CD-ROMs („Compact Disk / Read Only Memory”) können bei einer Größe von 5 1/4" bis zu 650 MB Informationen aufnehmen. Die Geschwindigkeit eines CD-ROM-Laufwerks wird in Vielfachen eines herkömmlichen CD-Plattenspielers („1x”: 600 ms Zugriffszeit, 150 kB/s Datentransferrate) angegeben; bei zur Zeit marktgängigen Geräten ist mit Faktoren ab 58x zu rechnen.

Die Informationsaufzeichnung erfolgt bei der CD-ROM durch Unebenheiten in der Oberfläche (Grübchen, Bläschen, ...), die bei der Erzeugung des Datenträgers in die Oberfläche eingepresst und bei der Wiedergabe durch einen Laser abgetastet werden. Die auf einer CD-ROM aufgezeichneten Informationen sind daher nicht änderbar. CD-ROMs haben sich einen festen Platz in der Distribution von umfangreichen Programmpaketen und Informationsmaterialien (z. B. Online-Handbücher, Online-Lexika, ...) gesichert.

Dank CD-R („Compact Disk - Recordable”) kann man auch selbst CDs in „Kleinserien” herstellen. Die Information wird dabei durch einen Laser in einen sogenannten „Rohling” (einer unbeschriebenen CD) „eingebrannt”. Wie bei der CD-ROM ist diese Information im Nachhinein nicht mehr änderbar, die resultierenden CDs können jedoch in jedem CD-ROM-Laufwerk gelesen werden. Es gibt aber auch CD-RW-Laufwerke und -Datenträger, die ein Wiederbeschreiben des Datenträgers (ca. 1000 Mal) erlauben.

Als Nachfolger der CD-ROM hat sich die DVD („Digitial Video Disk” bzw. „Digital Versatile Disk”) durchgesetzt. Dieses Speichermedium wurde zunächst dafür konzipiert, dass es komplette, 90-minütige Spielfilme aufnehmen kann (daher auch der erste Name); es besitzt eine Speicherkapazität von 4,7 GB (Informationsaufzeichnung auf einer Seite in einer Ebene), 8,5 GB (eine Seite, zwei Ebenen), 9,4 GB (zwei Seiten, eine Ebene) bzw. 17 GB (zwei Seiten, zwei Ebenen). DVD-Laufwerke werden CD-ROMs, jedoch nicht gegenwärtige CD-R-Datenträger lesen können. Bei wiederbeschreibbaren DVD-Medien haben sich die Formate DVD+RW und DVD-RW durchgesetzt.

BlueRay

Als Nachfolger der DVD standen zwei Formate in Konkurrenz, einerseits die BlueRay Disc (vertreten unter anderem durch Sony, Panasonic, Hewlett-Packard, Apple) und HD DVD (vertreten unter anderem durch Microsoft, IBM, Time Warner). Die BlueRay Disc konnte sich im Kampf um die Marktvorherrschaft gegen die HD DVD durchsetzen.

Die BluRay Disc (BD) gibt es in drei Varianten: als nur lesbare BD-ROM (vergleichbar mit DVD-ROM), als einmal beschreibbare Variante BD-R (vergleichbar mit DVD±R) und als wiederbeschreibbare BD-RE (vergleichbar mit DVD±RW).

Es kommt ein tief-violetter Laser mit 405 nm Wellenlänge (bei der wiederbeschreibbaren BluRay Disc mit der Phase-Change-Technik) zum Einsatz. Eine BlueRay Disc mit einer Lage kann bis zu 25 GB, eine mit zwei Lagen bis zu 50 GB an Daten fassen. Es gibt bereits Prototypen mit bis zu 16 Lagen und bis zu 400 GB Speicherkapazität. Ein wichtiger Bestandteil der Spezifikation ist auch ein Kopierschutz. BlueRay Disks finden vor allem im Bereich der Unterhaltungselektronik zum Speichern von Filmen Anwendung, sie eignen sich gut für Full-HD-Videos, die dank der hohen Auflösung eine bessere Qualität als die gängigen Systeme wie PAL und NTSC bieten, aber auch dementsprechend mehr Speicherplatz benötigen.

Literatur

Quellen

entnommen aus Pils: Informationsverarbeitung 1, 10. Auflage, 2008 S. 70ff

Zitiervorschlag

Huemer in Höller, Informationsverarbeitung I, Speichermedien mit wahlfreiem Zugriff#Überschrift (mussswiki.idb.edu/iv1)