Projekt:2016/Geschichte der Informatik/Speichermedien
Ein Speichermedium oder Datenspeicher wird zum speichern von Musik, Sprache, Viedos, Fotos etc. verwendet. Die Oberfläche, auf der gespeichert wird, variiert nach Datenform, somit können beispielsweise nur Fotos auf Filmen gespeichert werden. Daten werden entweder mit Hilfe von elektronischen Geräten abgespielt oder von Computern oder dessen Peripheriegeräten [1]ver- oder bearbeitet.
Geschichte der Speichermedien
Angefangen hat das Speichern von Daten 1890/1891 durch die Erfindung der [2]Lochkarten von Herman Hollerith. Diese wurden bis 1930 weiterentwickelt und 1937
benutzte Konrad Zuse Lochstreifen für seinen Zuse Z1. 1950 war mit dem [3]Z22 erstmals die Möglichkeit Daten elektronisch zu verarbeiten gegeben. Die ersten größeren Mengen an Daten konnte man 1950 mit Hilfe von [4]Magnetstreifen Speichern. Einer dieser Magnetstreifen konnte so viel Speichern wie 10000 Lochkarten. Nun konnte man auch Privat Speichermedien nutzen, da der Magnetstreifen auch als Tonband und als Compact Kassette verwendet werden konnte. 1969 dann der Durchbruch der [5]Floppy Disc durch die Firma IBM. Die ersten [6]CD Prototypen wurden 1979 auf einer Messe in Tokio gezeigt. Die Floppy Disc wurde 1982 von der Diskette abgelöst, da sie mehr Speicherplatz hatte. 1933 konnte man schon Videos auf CDs speichern und 1994 wurden mit dem [7]ZIP-Laufwerk die Disketten zukunfttauglich gemacht. 1996 dann die große Revolution, Der [8]USB-Stick. 2001 dann noch die [9]SD Memory Card als Datenspeicher für digitale Geräte. Der letzte Meilenstein in der Geschichte der Datenspeicherung ist die [10]Blu-Ray-Disk auch Edel-DVD genannt.
Nichtelektronische Speicherung
Die Nichtelektronische Speicherung umfasst alle Speichermöglichkeiten, die nicht auf Basis von elektronischen Bauelementen funktionierten.
Schrift
Daten werden vom Mensch mit Hilfe eines Schreibwerkzeuges (o.Ä.) auf ein Trägermaterial aufgetragen. Sie ist jederzeit ohne technische Vermittlung und auf nahezu allen festen Materialien zu schreiben als auch zu lesen. Die älteste Form von Schrift geht auf das 4. Jahrtausen vor Christus zurück. Der Fund stammt aus dem Irakischen Uruk [11] (heute Warka) und stammt vermutlich aus der Kultur der Sumer [12].
Fotografische Speicherung
In einem optischen Verfahren wird Licht mit Hilfe von Linsentechnik auf ein Lichtempfindliches Medium projiziert, auf welchem es sofort und dauerhaft gespeichert bleibt (analoges Verfahren) oder in elektronische Daten verwandelt und auf einen Datenträger [13] übertragen (digitales Verfahren). Dieses Verfahren wird gewöhnlich von Fotoapparaten oder Kameras ausgeführt, die auch in anderen Geräten verbaut sein können.
Mechanische Speicherung
Um Informationen auf einem Datenträger zu speichern, wird das Trägermaterial mit einem Code in Form von physikalischen Merkmalen (z.B. Vertiefungen oder Erhebungen) versehen. Allerdings ist die Speicherung nach Anfertigung unveränderbar und können somit auch nur gelesen werden. Bei mechanischen Speichermedien unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Lesevorgängen. Zu den mechanisch gelesenen Speichern gehören beispielsweise die analoge Schallplatte oder die digitalen Lochstreifen, bzw. -karten. Der optische Lesevorgang funktioniert mit Hilfe eines Laserstrahls, der die ins Trägermaterial gepressten Vertiefungen erkennt. Zu diesen Medien gehören unter anderem Laserdisc [14],CD-ROM [15] oder DVD-ROM [16].
Magnetische Speicherung
Gespeichert wird hier auf magnetisierbarem [17] Material, meist Bänder, Karten, Papier oder Platten. Alle magnetischen Medien außer der Kernspeicher werden mittels eines Lese-Schreib-Kopfes gelesen, bzw. beschrieben. Unterschieden wird zwischen zwei Techniken, bei der sich entweder der fest installierte Kopf über einer oder mehreren rotierenden Platte/n befindet oder der Kopf sich über einer Feststehenden Platte bewegt und diese beschreibt oder liest.
Optische Speicherung
Optische Speicherung nennt man digitale Datenspeicher, die von einem Laserstrahl geschrieben und gelesen werden können. Dies passiert mit Hilfe der Reflexions- und Beugungseigenschaften des Speichermediums. Optische Speicherungen sind zum Beispiel: das optische Band, Holografischer Speicher. Des weiteren gibt es Optische Speicherungen als nicht gepresste Varianten wie zum Beispiel: die Laserdisc, die CD, die DVD und die PD.
Magneto-Optische Speicherung
Magneto-Optische Speicherung benutzt die Tatsache, das manche Materialien durch an einem bestimmten Hitzepunkt magnetisch beschreibbar werden. Dies wird meistens mit einem Laser erreicht, der das Medium dann punktuell aufheizt damit er magnetisch beschreibbar wird. Durch abkühlen des Mediums verfestigt sich sein Zustand und er kann optisch gelesen werden. Zwei Beispiele dafür sind, die Minidisc und die [18]MO-disc.
Elektronische Speicherung
Halbleiterspeicher
Als elektronische Speicherung bezeichnet man Speicherelemente, die auf Grund von elektronischen Bauteilen funktionieren. Dabei besteht ein Speichermedium heutzutage aus mehreren tausend Speichereinheiten und der Technik, die zum Verwalten des Moduls nötig ist. Sie bilden so einen internen Schaltkreis [19] (IC),der zusätzlich sogenannte eingebettete Speicher beinhalten kann, die deutlich kleiner sind als das Speichermodul und mit diesem zusammenarbeiten. Halbleiterspeicher bestehen aus einem meistens auf Kunststoffplatten aufgetragenem Schaltkreis aus sehr dünnen Halbleitersträngen, die auf Grund ihrer speziellen Leiteigenschaften nur unter bestimmten Voraussetzungen elektrische Impulse weitergeben.
Bei Halbleiterspeichern unterscheidet man zwischen flüchtigen, nicht-flüchtigen, permanenten und semi-permanenten Speicherzellen. Nicht-flüchtig bedeutet, dass die gespeicherten Informationen auch bei unterbrochener Stromversorgung auf dem Medium erhalten bleiben, bei flüchtigen bleiben die Daten bei einer solchen Unterbrechung nicht erhalten. Permanente Speicherzellen können nachdem sie einmal angefertigt wurden nicht mehr verändert werden. Semi-permanente Speicher speichern sowohl permanent können aber auch jederzeit verändert werden.
Beispiele für Speicherzellen
flüchtige Speicher
- DRAM (dynamic random access memory ;dynamisches RAM): Wird oft in Computern oder Druckern verwendet, da es im Vergleich zur Speicherkapazität sehr klein und preisgünstig ist. Gespeichert wird beim DRAM auf einem Kondensator[20], der über einen Schalttransistor[21] beschrieben oder gelesen wird. Zusätzlich muss der DRAM alle 32 bis 64 Millisekunden aufgefrischt "refresht" werden.
- SRAM (static random acceess memory ;statisches RAM): Im Gegensatz zum DRAM ist die kontinuierliche Wiederauffrischung hier nicht notwendig. Ein SRAM funktioniert mit Hilfe eines FlipFlops[22], der die Daten pro Bit speichert. Im Vergleich zu dynamischen Speicherzellen ist der SRAM sehr groß, benötigt dafür aber im Halten der Information weniger Leistung.
Nicht-flüchtige Speicher
permanente Speicher
- ROM (read only Memory ;Festwertspeicher): Ein ROM ist ein Speicher, der nur gelesen und nicht beschrieben werden kann. Er wird oft in eingebetteten Systemen verwendet. Eine bekannte Form ist unter anderem auch die CD-ROM, die auch ausschlließlich gelesen werden kann.
- PROM (programmable read only memeory ;Nur-Lese-Speicher): Der Unterschied zwischen ROM und PROM besteht darin, dass im Gegensatz zu ROM, der seinen Speicherinhalt schon bei der Herstellung erhält, das PROM programmierbar ist. Hierbei werden aber nur die 0-Signale programmiert. Heutzutage ist der PROM fast vollständig von dem neueren EEPROM abgelöst worden.
semi-permanente Speicher
- EPROM (erasable programmable read only memory ;löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher): EPROM ist die Erweiterung des PROMs, welche nun außerdem mit Hilfe eines sogenannten "EPROM-Brenners" löschbar ist. Das Löschen ist begrenzt auf 100 bis 200 Vorgänge, da das verwendete Quarzglas irgendwann vom zum löschen nötigen UV-Licht unbrauchbar gemacht wird. EPROM ist nahezu gänzlich von EEPROM abgelöst worden.
- EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory ;elektrisch löschbarer programierbarer Nur-Lese-Speicher): Die Neuerung zu EPROM ist hier, dass die Löschung nicht mehr in dem aufwendigen und teuren UV-Licht-Verfahren geschieht, sondern elektrisch. Er wird meist in Situationen verwendet, wo kleinere Mengen von Daten schnell, einfach und ohne Risiko eines Verlustes durch Stromausfall, gespeichert werden (z.B. im Rufnummerspeicher des Telefons)
- Flash-EEPROM: Der Flash-EEPROM oder Flash-Speicher und besser bekannt als USB-Sticks ist die miniaturisierte Form eines EEPROMS, die gleichzeitig auch einen niedrigeren Energieverbrauch hat. Jedoch ist es hier nicht mehr, wie beim EEPROM, möglich einzelne Bytes zu löschen.
- FRAM (ferroelectric random access memory ;ferroelektrischer Festwertspeicher): Ist ähnlich wie ein DRAM aufgebaut nur, dass Speichern und Löschen nicht mit Hilfe von herkömmlichen Kondensatoren, sondern durch die Polarisationsänderung einer ferroelektrischen Schicht geschieht. FRAMs werden häufig als Alternative zu EEPROMs, Flash-EEPROMS und SRAMs verwendet, da sie deutlich schneller und stromsparender sind.
- MRAM (magnetoresistive random Access memory; magnetoresistiver Festwertspeicher): Bei dem MRAM wird sich die Eigenschaft mancher Materialien zu Nutze gemacht den Widerstand unter Einfluss von magnetischen Feldern zu ändern. Sie finden auf Grund ihres hohen Preises hauptsächlich Anwendung in industriellen Systemen, auch vermehrt in der Raumfahrt wegen ihrer großen Strahlungsfestigkeit.
- PRAM (Phase-Change random Access Memory; phasenwechselnder Festwertspeicher): Ist einer der jüngst entwickelten Speicher (2009). Funktioniert auf Grund der Eigenschaft von Materialien ihren Widerstand zu verändern, wenn sie sich in amorpher (hoher Widerstand) oder kristalliner (niedriger Widerstand) Form, bzw. "Phase" befinden. Da der Phasenwechsel sehr schnell und oft hintereinander wiederholbar ist, eignet er sich gut als Alternative zu DRAM und SRAM und als Flash-Speicher.
Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Datenspeicher/ https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Random_Access_Memory https://de.wikipedia.org/wiki/Static_random-access_memory https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Random_Access_Memory https://de.wikipedia.org/wiki/Festwertspeicher https://de.wikipedia.org/wiki/Programmable_Read-Only_Memory https://de.wikipedia.org/wiki/Erasable_Programmable_Read-Only_Memory https://de.wikipedia.org/wiki/Electrically_Erasable_Programmable_Read-Only_Memory https://de.wikipedia.org/wiki/Flash-Speicher https://de.wikipedia.org/wiki/Phase-change_random_access_memory http://www.mkdiscpress.de/ratgeber/chronik-der-speichermedien/ http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0807111.htm