Datenspeicher

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Verschiedene Massenspeichermedien (Streichholz als Maßstab)

Ein Datenspeicher oder Speichermedium dient zur Speicherung von Daten. Der Begriff Speichermedium wird auch als Synonym für einen konkreten Datenträger verwendet.

Begriffsklärungen[Bearbeiten]

Datenträger/Speichermedium[Bearbeiten]

Im engeren Sinne bezeichnet man mit Datenträger oder Speichermedium Medien, die als Datenspeicher dienen

  1. für Unterhaltung (Musik, Sprache, Film etc.), die mit Hilfe elektronischer Geräte abgespielt oder auch gespeichert wird; und
  2. für Daten jeglicher Art (auch Unterhaltung), die von Computern bzw. Computeranlagen oder Peripheriegeräten nur gelesen oder auch geschrieben werden.

Datenspeicher[Bearbeiten]

Speicherart/Speicherform[Bearbeiten]

  • als Schrift, in der Sprache und Daten kodiert gespeichert sind; Sonderformen:
  • als (analoges) Bild, in dem ein (Ab-)Bild der realen oder der fiktiven Welt gespeichert wird: analoge Fotografien, Gemälde, Zeichnungen, etc.
  • als maschinell lesbare Kodierung (analog oder digital); es wird ein mechanisches, elektrisches oder elektronisches Gerät benötigt, um die Kodierung in eine für den Menschen verständliche physische Form zu wandeln:
    • mechanische Wandlung: z. B. Schallplatte mittels Grammophon
    • elektrische Wandlung: z. B. Musikkassette
    • elektronische Wandlung: z. B. CD, DVD, USB-Stick

Nichttechnische Speicherung[Bearbeiten]

Der Mensch speichert die Information von Hand auf oder mithilfe eines Trägermaterials. Sie ist daher ohne technische Vermittlung direkt wieder lesbar. Die Speicherung erfolgt ohne technische Vermittlung, abgesehen von einfachen Hilfsmitteln zum Führen mit der Hand, wie Messer oder Pinsel. Natürlicherweise können alle festen Materialien Träger von Zeichen, Schriften und Bildern sein.

Früher oder heutzutage gebräuchliche Materialien und Medien

Berühmte historische Beispiele sind: Teppich von Bayeux, Höhlenmalerei und Quipu.

Technische Speicherung[Bearbeiten]

Die technische Speicherung umfasst alle Datenspeicher und Speichermedien, die nicht direkt mit den Sinnen gelesen oder eigenhändig erzeugt werden können. Es bedarf eines technischen Hilfsmittels, um die Daten zu speichern oder verständlich zu machen.

Fotografische Speicherung[Bearbeiten]

Speicher, die durch einen chemischen Bearbeitungsprozess Daten in Form von Lichtbildern (statischen und bewegten Bildern sowie Lichtton) speichern. Es handelt sich um eine chemo-optische Speicherform.

Die Speicherung auf Mikrofilm ist immer noch die zurzeit sicherste Archivierungsmethode. Zum Lesen ist nur ein Vergrößerungsgerät notwendig, Probleme mit der Dauerhaftigkeit von Formaten und Lesegeräten entfallen.

Mechanische Speicherung[Bearbeiten]

Edison-Hartgusswalze aus Wachs, ca. 1904
Lochkarte

Bei der mechanischen Speicherung werden die Daten großtechnisch mechanisch beschrieben, sie sind physisch (Vertiefungen bzw. Erhöhungen im Trägermaterial) auf das Speichermedium aufgebracht. Die gefertigten Speichermedien können nur gelesen werden. Beispiel: Eine CD-ROM entsteht durch einen Pressvorgang, bei denen Vertiefungen (Pits) die Information tragen.

Elektronische Speicherung – Halbleiterspeicher[Bearbeiten]

Verschiedene Typen von RAM-Speicherbauteilen bzw. -modulen
Größenvergleich verschiedener Flash-Speicherkarten

Unter der elektronischen Speicherung sind alle Speichermedien zusammengefasst, welche Informationen in oder auf Basis von elektronischen (Halbleiter-)Bauelementen speichern. Dabei werden heute ausschließlich größere Bauteile mit mehreren Tausend oder Millionen Speichereinheiten in einem Bauteil zusammengefasst. In der Regel enthalten diese Bauteile auch mehr oder weniger komplexe Elektronik zum steuern und verwalten des Speichers und bilden so einen integrierten Schaltkreis. (IC) oder sie sie sind wichtiger Bestandteil des eigentlichen Schaltkreises, z. B. als Register oder Cache. Letztere werden vor allem wenn es sich um erweiterte eingebaute Speicherfunktion handelt, als eingebetteter Speicher (engl. embedded memory) bezeichnet. Um die Information physikalisch zu speichern, kommen verschiedene Mechanismen zum Einsatz und können nach der Charakteristik der Datenhaltung unterschieden werden:

  • flüchtige Speicher, deren Informationen verloren gehen, wenn sie nicht aufgefrischt werden oder wenn der Strom abgeschaltet wird,

und

  • nicht-flüchtige Speicher, die Information längere Zeit (mindestens Monate) anliegen einer Betriebspannung oder ähnliches behalten. Sie werden nochmals unterteilt in:
    • permanente Speicher, in denen sich eine einmal gespeicherte oder festverdrahtete Information befindet, die nicht mehr verändert werden kann :und
    • semi-permanente Speicher, die Informationen permanent speichern, in denen aber Informationen auch verändert werden können.

Diese Klassen von elektronischen Speichern können die Speichertypen zugeordnet werden:

  • flüchtige Speicher:
    • DRAM, dynamisches RAM (dynamic random access memory)
    • SRAM (static random access memory)
  • nicht-flüchtige Speicher:
    • permanente Speicher:
      • ROM (read only memory)
      • PROM (programmable read only memory)
    • semi-permanente Speicher:

Um elektronische Speichermedien lesen zu können, bedarf es auch technischer Hilfsmittel. Der Endanwender erhält daher die elektronischen Speichermedien in der Regel nicht als einzelnen Speicherbaustein, sondern bereits als kombiniertes Produkt: Im Fall von DRAM für die Anwendung als Arbeitsspeicher in Computern oder Peripheriegeräte werden mehrere Speicherbausteine auf einem Speichermodul kombiniert. Die für die Speicherung von Multimedia-Daten in mobilen Anwendungen beliebten Flash-Speicher kommen in vielfältigen, meist als Speicherkarte oder USB-Speicherstick ausgeführten Gehäusen, die neben dem eigentlichen Speicherbaustein auch Controller enthalten. Gleiches gilt für Solid-State-Drives, die ebenfalls Flash-Speicher nutzen aber in einer anderen Gerätebauform mit anderen Schnittstellen geliefert werden.

Magnetische Speicherung[Bearbeiten]

historisches Kernspeicherelement

Die magnetische Speicherung von Informationen erfolgt auf magnetisierbarem Material. Dieses kann auf Bänder, Karten, Papier oder Platten aufgebracht werden. Magnetische Medien werden (außer Kernspeicher) mittels eines Lese-Schreib-Kopfes gelesen bzw. beschrieben. Wir unterscheiden hier zwischen rotierenden Platten(stapeln), die mittels eines beweglichen Kopfes gelesen bzw. beschrieben werden und nicht rotierenden Medien, die üblicherweise an einem feststehenden Kopf zum Lesen bzw. Beschreiben vorbeigeführt werden. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, ob auf dem Medium Daten üblicherweise analog, digital oder in beiden Formen gespeichert werden.

Diskettenlaufwerk mit 3,5″ und 5,25″ Disketten

Optische Speicherung[Bearbeiten]

Zum Lesen und Schreiben der Daten wird ein Laserstrahl verwendet. Die optische Speicherung nutzt dabei die Reflexions- und Beugungseigenschaften des Speichermediums aus, z. B. bei (nichtgepressten) CDs die Reflexionseigenschaften und bei holografischen Speichern die lichtbeugenden Eigenschaften. Die Speicherform ist ausschließlich digital.

Nachfolgende Medien nur als jeweils „nichtgepresste“ Varianten (gepresste siehe oben „Mechanische Speicherung“):

Magneto-Optische Speicherung[Bearbeiten]

Die Magneto-Optische Speicherung nutzt die Tatsache, dass einige Materialien oberhalb einer bestimmten Temperatur (Curie-Punkt) magnetisch beschreibbar sind. D. h. zum Schreiben wird das Medium punktuell aufgeheizt (meist mittels eines Lasers), und an dieser Stelle kann ein Magnetfeld dann die „Elementarmagnetchen“ ausrichten; beim Abkühlen fixiert sich ihr Zustand. Unterhalb dieser heißen Temperatur ist das Material kaum mehr ummagnetisierbar. Der Speicherzustand kann optisch mit einem Laserstrahl ausgelesen werden, dabei wird der polare MOK-Effekt ausgenutzt. D. h. die aktuelle Ausrichtung der „Elementarmagnetchen“ an der Leseposition hat eine optische Auswirkung, welche zum Auslesen herangezogen wird – es wird also „magnetisch geschrieben“ aber „optisch gelesen“.

Siehe hierzu beispielsweise

Sonstige Speicherung[Bearbeiten]

Quecksilber-Laufzeitspeicher des UNIVAC I (1951)

Weitere mögliche Untergliederungs-Kriterien[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise / Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Zeitschrift „Spektrum der Wissenschaft“, Ausgabe 4/13 (April 2013), S.16: „Datenspeicher für die Ewigkeit“ von Jan Dönges: Gelungenes Experiment bestehend aus der Speicherung (Kodierung) von ca. 739 KByte Computerdaten auf einen DNA-Strang in einer US-amerikanischen DNA-Synthesefirma. Anschließend fehlerfreie Ablesung (durch Sequenzierung) derselben Daten in England (durch die Bioinformatiker Ewan Birney und Nick Goldman). Der Autor nennt die Eignung für Langzeitarchivierung – wegen einer wahrscheinlichen Langlebigkeit von über 10.000 Jahren sowie des hohen Dichtefaktors.