Datenträger & Speichermedien

Diskette

Die Diskette oder Disk oder Floppy Disk ist ein magnetischer Datenträger in Form einer runden Kunststofffolie. Diese Folie ist von einer Hülle umgeben, die vor Fingerabdrücken und Verschmutzung schützen soll. Disketten sind sehr empfindlich gegenüber Hitze, magnetischen Feldern und mechanischer Beanspruchung.

Die ersten Disketten in der "Zeit vor dem PC" waren 8  Zoll groß und in einer flexiblen Hülle eingeschlossen. Mit dem PC kam die 5.25 Zoll Diskette, ebenfalls in einer flexiblen Hülle. Die Speicherkapazität lag zuerst bei 180 KB, dann bei 360 KB und zuletzt bei 1,2 MB. Die 3.5 Zoll Diskette hat die 5.25 abgelöst und ist heute Standard in allen Computersystemen. Diese ist von einer Hartplastikhülle umgeben, die nicht mehr - so wie bei ihren Vorgängern - flexibel ist. Die Speicherkapazität liegt bei 720 KB, 1,44 MB oder 2,88 MB. Die 1,44 MB Version ist die am meisten verbreitete.

Ausschlaggebend für die Speicherkapazität ist sowohl das Diskettenlaufwerk als auch die Diskette selbst. Die Daten der Diskette werden in einer Anzahl von Spuren untergebracht, die mit unterschiedlicher Dichte verschiedene Speicherkapazitäten ermöglichen. Die Aufzeichnungsgeschwindigkeit liegt bei PCs nur bei wenigen KB/s. Das liegt daran, dass der Schreib- bzw. Lesekopf direkt auf der Diskette aufsitzt, also mechanische Berührung hat.

Vor dem Beschreiben muss die Diskette formatiert werden. Bei diesem Vorgang wird die Diskette zuerst initialisiert und dann in Sektoren eingeteilt (auch unter der Bezeichnung "Softsektorierung" bekannt). Heutzutage sind die Disketten oft schon formatiert.

CD-Rom

Die CD-Rom (Compact Disc Read Only Memory) ist ein "Nur-Lese-Speicher", ein Datenträger für Computer. CD-ROMs speichern - ebenso wie die anderen Verwandten - die Informationen in einer Spur aus Vertiefungen, den sogenannten "Pits und Lands", auf einer Polycarbonatscheibe mit 12 cm Durchmesser. Die Spur verläuft spiralförmig mit einer Länge von mehreren Kilometern, die sich von innen nach außen windet.

Je 2.352 Bytes bilden einen Block, der bei Audio-CDs 1/75 Sekunde Stereomusik enthält. Im Computerbereich dienen davon 2.048 Bytes der Information, der Rest ist für Fehlerkorrekturen reserviert. Zum Lesen der Daten auf der CD-Rom werden CD-Rom lesefähige Laufwerke benötigt.

Standards zum Schreiben von Daten auf Compact Disc existieren als physikalische und logische Ebene. Die physikalische Ebene definiert die Struktur der Datenblöcke, gekennzeichnet durch Tracks und Sektoren. Die logische Ebene wird durch die Dateistruktur definiert, also durch die Verzeichnisse und den zugeordneten Dateien.

Die gängigsten CD-Formate sind:

• CD-Rom (für Computerdaten)
• CD-DA (Digital-Audio)
• CD-XA1 und CD-XA2 (extended Architecture, für Multimedia CDs und Multi-Session CDs)
• Mixed Mode XA

Bei Multi-Session ist zu beachten, dass jede Session zwischen einem Lead-in und einem Lead-out eingebettet wird. Bei der ersten Session werden ca. 22 MB benötigt, bei allen weiteren Sessions etwa 15 MB. Damit können auf eine CD-Rom mit 650 MB maximal 40 Sessions geschrieben werden. Ein Lead-in und Lead-out wird auch beim 1:1-Kopieren von CDs angelegt. Diese Eigenschaft wird teilweise als einfacher Kopierschutz für CDs ausgenutzt.

Normen

Die ISO 9660 Norm ist heutzutage Standard und hat sich aus dem "High Sierra Format" entwickelt, welches 1985 entstanden ist. Die Norm arbeitet unabhängig von dem Betriebssystem des angeschlossenen Computers und bestimmt, wie die Dateien auf der CD-Rom untergebracht werden.

CD-Rom-Spieler können Daten nach der ISO 9660 Norm zwar lesen - ob der angeschlossene Computer mit seinem Betriebssystem die Daten auch darstellen kann, hängt allerdings von dem Inhalt der Daten bzw. von den Dateiformaten ab. Deswegen sind CD-ROMs unter den verschiedenen Computerherstellern (IBM, Macintosh ) nicht unbedingt austauschbar.

Herstellung der CDs

Audio-CDs und CD-ROMs werden wie eine Schallplatte gefertigt. Ein Master dient als Vorlage für eine Presse, welche die Daten auf die Rohlinge stempelt. Anders arbeitet der CD-Recorder (-Brenner). Hier werden die Daten blockweise von einem Laser auf den Rohling gebrannt. Der Block ist danach nicht mehr löschbar. Der Vorteil beim CD-Recorder besteht darin, dass die Daten nicht im sogenannten Single-Session-Verfahren - also in einem Vorgang - gebrannt werden, sondern nach dem Multi-Session-Verfahren in mehreren Sitzungen aufgebracht werden können. So können CD-ROMs nach und nach mit Daten belegt werden.

DVD

DVD war ursprünglich die Abkürzung für "Digital Video Disc" - 1997 einigten sich alle Marktteilnehmer jedoch dann auf den Namen "Digital Versatile Disc". Beide Bezeichnungen werden verwendet - sie meinen aber trotzdem die gleiche Technik.

Immerhin ist das Ziel dasselbe: Die DVD soll sowohl die CD-Audio, die CD-ROM als auch die Videobänder ablösen und hat je nach Ausführung eine Speicherkapazität von 4,7 GB bis zu 17 GB. Die Informationen auf der DVD sind wie auf der CD-Audio und CD-ROM digital gespeichert und sie sieht äußerlich ebenso aus.

Je nach Einsatzzweck werden die DVD-ROM, die DVD-Audio und die DVD-Video unterschieden. Die DVD-ROM als Datenträger für Computersoftware ist vor allem für Lexika, Spiele und Multimedia-Titel interessant. Daneben bringen Anbieter von Unterhaltungselektronik Abspielgeräte für Filme und Musik auf den Markt, vergleichbar mit den bisherigen CD-Laufwerken oder Videorecordern. Die DVD-Laufwerke sind abwärtskompatibel, sie können auch die CDs und CD-ROMs abspielen.

DVD-Video

Die Bild- und Tonqualität der DVD sind erheblich besser als die von Videobändern. Um neben einem ganzen Spielfilm auch noch mehrere Synchronisationen (max. 8 Sprachen) und Untertitel zu speichern, ist trotz der Speicherkapazität eine Datenkompression nötig. Das verwendete Verfahren lautet MPEG II und arbeitet mit einer Auflösung von 720x480 Pixeln bei einer Kompression von ca. 1:200. Um eine derart hohe Kompression bei einer ausgezeichneten Qualität erreichen zu können, besteht MPEG II aus einer Kombination von Hard- und Software. Die Hardware besteht aus einer separaten MPEG II Karte oder aus einer Grafikkarte mit integriertem Decoder.

Um einen Missbrauch zu verhindern, kann ein Kopierschutz verwendet werden. Bei dem analogen Kopierschutz wird das Videosignal mit einem zusätzlichen Signal versehen, das die Synchronisation des Recorders durcheinanderbringt. Für den digitalen Kopierschutz kann das sogenannte Content Scrambling System (CSS) als Verschlüsselungsverfahren eingesetzt werden. Der DVD-Player muss hier die Daten erst wieder entschlüsseln, um sie wiedergeben zu können.

Der sogenannte Regional- oder Ländercode garantiert, dass eine DVD nur in einer bestimmten Region benutzt werden kann. Die Erde wird dabei in sechs Regionen aufgeteilt. Innerhalb jeder Region werden die DVD-Geräte unterschiedlich codiert. Jede Disk kann nur mit einem Gerät wiedergeben werden, das denselben Code trägt. Mittlerweile gibt es bereits "code free" DVD-Player und DVD-Laufwerke, die unabhängig vom Code die DVDs abspielen können. So können z.B. DVDs aus dem asiatischen Raum angesehen werden ohne einen DVD-Player importieren zu müssen.

DVD-Audio

Eine weitere Verwendung der DVD ist der Audiosektor. Eine herkömmliche CD bietet im Normalfall 74 Minuten (max. 90 Minuten) Musik bei 44,1 kHz und 16 Bit Auflösung. Im ersten Quartal 1999 einigte sich die Industrie auf einen neuen Standard für digitale Tonträger:

Die DVD-Audio soll der Nachfolger der CD-Audio werden. Die technischen Daten hiezu:

. Samplingraten: 44,1 kHz; 48 kHz; 88,2 kHz; 96 kHz; 176,4 kHz; 192 kHz
. Auflösung: 16 Bit; 20 Bit; 24 Bit
. Anzahl der Kanäle: 2 bis 6
. max. Übertragungsrate: 9,6 MBit/s

Der DVD-Audio Standard ist zum bereits eingeführten DVD-Video Standard nicht kompatibel. Mit den heute verfügbaren eingeführten DVD-Geräten können die neuen Tonträger nicht abgespielt werden

Die Technik

Auf der DVD sind die Daten ebenso wie auf einer CD in einer spiralförmigen Spur abgelegt. In der reflektierenden Aluminiumschicht der Scheibe sind die Daten als Vertiefungen, den sogenannten Pits, gespeichert. Trifft der Laserstrahl beim Abtasten der Daten auf den Bereich zwischen den Pits - das Land - so wird er reflektiert. Die Pits hingegen lenken ihn so ab, dass der Empfänger in dem Laufwerk kein Signal empfängt und daraus die digitalen Zustände als 1 oder 0 erkennt.

Die DVD besteht aus zwei zusammengeklebten Halbdisks, von denen jede zwei bespielbare Seiten hat. Insgesamt gibt es vier Varianten der DVD, die sich in ihrem Speichervolumen unterscheiden. Die Steigerung des Speichervolumens wird durch eine Miniaturisierung erreicht. Von 0,83 Mikrometern bei einer CD ist die kleinste Länge der Pits bei der DVD auf 0,4 Mikrometer geschrumpft. Die Datenspuren liegen bei der CD bei 1,6 Mikrometer auseinander, bei der DVD noch bei 0,74 Mikrometer.

Um die Daten noch zuverlässig lesen zu können, werden Laser mit kürzeren Wellenlängen eingesetzt. Bei der CD-ROM wird ein Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 780 Nanometern verwendet, bei der DVD ein roter Laser mit 635 bis 650 Nanometern.

Bei der zweischichtigen DVD werden auf jeder Seite der Halbdisk Daten gespeichert. Die oberste Halbschicht ist durchlässig und ermöglicht das Abtasten dieser oberen Schicht, aber auch der tiefer liegenden Schicht - die Laseroptik kann auf beide Schichten fokussiert werden. Die Daten der unteren Schicht können entweder parallel zur ersten Spur ausgelesen werden, indem der Strahl abwechselnd auf die Spuren fokussiert wird, oder der Lesekopf liest erst die Daten der einen Spur von innen nach außen und anschließend die zweite Spur vor außen nach innen. Auf diese Weise soll über beide Schichten hinweg eine Videowiedergabe ohne Unterbrechung möglich sein. Zweischichtige DVDs sind an ihrer goldenen Farbe sowie an zwei Seriennummern auf einer Seite zu erkennen.

Damit ein DVD-Laufwerk auch herkömmliche CDs und selbstgebrannte CD-ROMs lesen kann, ist es mit einem Zwei-Linsen-System ausgestattet. Der einliegende Typ wird automatisch erkannt. Die Speicherkapazität der DVD lässt sich in der Zukunft durch kurzwelligere Laser weiter erhöhen.

Festplatte:

Magnetischer Datenträger - in der Regel fest im Computer eingebaut - der beliebig beschrieben und gelöscht werden kann. Die Festplatte behält auch nach dem Abschalten der Betriebsspannung ihre Informationen.

Die Speicherkapazität hat sich innerhalb von 10 Jahren verhundertfacht. Die ersten PCs Anfang der 80er Jahre hatten - wenn überhaupt - eine 10 MB Festplatte. Heutige Festplatten können mehrere GB (1 GB = 1.000 MB) speichern. Der eigentliche Datenträger besteht - ähnlich wie eine Diskette - aus einer oder mehreren rotierende(n) Scheibe(n), die auf der Ober- und Unterseite jeweils einen Schreib-/Lesekopf installiert hat. Anderes als bei der Diskette hat die Festplatte kein auswechselbares Speichermedium.

Die Scheibe ist pro Seite in Spuren unterteilt, die in Form von konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Jede Spur, auch als Zylinder bezeichnet, ist weiter in Sektoren unterteilt. Ein Sektor ist die kleinste zusammenhängende Dateneinheit. Durch die Anordnung mehrerer übereinanderliegender Scheiben kann die Festplattenkapazität erhöht werden.

Heutige Festplatten sind 3,5 Zoll groß oder kleiner.

Um die Zugriffszeit weiter zu reduzieren, hat Seagate das Advanced-SCSI-Architecture-II-Interface (ASAII) entwickelt. Das Ziel besteht darin, den Wege des Kopfes zu optimieren. Deswegen werden bei mehreren Leseanforderungen die Sektoren nicht in der Reihenfolge der Anforderungen gelesen, sondern so, wie sie vom Kopf am schnellsten erreicht werden. Nach dem Lesevorgang erfolgt dann die Rücksortierung in die korrekte Reihenfolge.

Auch die Drehzahl ist ein wichtiger Faktor. Je schneller sich die Magnetplatten drehen, desto mehr Speicherzellen passieren den Schreib-/Lesekopf und es verringert sich die sogenannte Latenzzeit, also der Zeitraum, bis der Schreib-/Lesekopf eine bestimmte Datenzelle erreicht. Hohe Drehzahlen bewirken aber auch Laufgeräusche, die vor allem durch die Kugellager entstehen. Einen Ausweg schaffen dynamische Flüssigkeitslager, in denen ein dünner Ölfilm für eine reibungsfreie Lagerung der Motorwelle sorgt. Laufwerke mit dieser Lagerung sind seit Anfang 1998 verfügbar und zeichnen sich durch ein kaum vernehmbares Laufgeräusch und eine geringe Wärmeentwicklung aus.

Eine weitere Erhöhung der Zugriffszeit von 9,5 auf 6,5 Millisekunden wird möglich, weil nur noch die Speicherzellen im Außenbereich der Magnetplatten benutzt werden - der vom Zugriff und der Datenrate her gesehene langsame Innenbereich bleibt einfach ungenutzt. Der abzusuchende Bereich wird kleiner und die Zugriffszeit verkürzt sich also über den gesamten Datenbereich.

ZIP-Laufwerke

ZIP-Laufwerke gibt es seit 1995 von der Firma Iomega. Sie sind eine preiswerte und praktische Alternative zu anderen Wechselplattensystemen, haben aber nur eine Kapazität von ca. 100 MB oder 250 MB pro Speichermedium. Sie werden durch die geringen Kosten zur Datensicherung und zum Datenaustausch verwendet.

Die neuen 250 MB Versionen unterstützen auch auch die 100 MB Datenträger, sind aber nicht mehr so stark vertreten.

Man kann ZIP-Laufwerke auch mit dem Begriff "schnelle Diskettenlaufwerke mit großer Speicherkapazität" beschreiben - für die, die keine so große Computererfahrung haben.

Man kann ZIP-Laufwerke an den Parallelport, an den SCSI, an den IDE/ATAPI oder den USB Port anschließen.

Beachten sollte man, dass man für den IDE/ATAPI Anschluss eigene Treiber braucht. Diese sind aber meist mitgeliefert und somit ist es die beste Variante, da sie sehr preiswert und schnell ist.

SCSI ZIP-Laufwerke brauchen einen eigenen SCSI Controller - sie sind zwar sehr schnell, aber auch nur bedingt bootfähig.

Streamer

Streamerbänder sind vergleichbar mit Audiokassetten und funktionieren so ähnlich wie ein Videorekorder. Sie werden verwendet für die Datensicherung im Bürobereich, können aber auch zu privaten Zwecken genutzt werden.

Ein Magnetband zeichnet alle Daten auf und speichert diese. Die Kassetten sind robust, klein und können mehrere GB speichern.

Für die Verwendung braucht man allerdings spezielle Laufwerke.

Flash Speicher

Kleine Speicherkarten mit nichtflüchtigem Flash-Speicher erobern den Weltmarkt. Sie werden als einfaches digitales Speichermedium für digitale Fotoapparate, Camcorder, Mp3 Player, Handheld Computern, mobilen Telefonen und Notebooks eingesetzt..

Neben verschiedenen Flash- und Multimedia Karten ist jedoch nur eines für den PC interessant.

ThumbDrive

Das ThumbDrive zählt zu den kleinsten externen Speicherlösungen für Notebooks und PCs.
Der Anschluss des 'Laufwerks' erfolgt an der  USB-Schnittstelle. Die Speicherkapazität kann bis zu einem GB betragen und wird ständig erweitert.

Dank kleiner Abmessungen und direktem USB-Anschluss eignet sich das ThumbDrive zum einfachen Datenaustausch zwischen Notebooks und PCs.

Hinter dem ThumbDrive verbirgt sich Flash-Speicher sowie ein integrierter USB-Controller.

Die Performance des ThumbDrives ist durch die USB-1.1-Schnittstelle auf theoretische 1,2 MByte/s beschränkt. In der Praxis bleiben davon laut Hersteller 750 KByte/s beim Lesen übrig. Der Schreibvorgang fällt sogar auf 350 KByte/s ab. Um Daten gegen versehentliches Löschen zu schützen, findet sich auf dem ThumbDrive zusätzlich noch ein kleiner Schreibschutzschalter.

Auch wenn diese Datenträger sehr praktisch sind, ist der Preis nach wie vor recht hoch. Daher wird es sicherlich noch eine Weile dauern, bis diese das Diskettenlaufwerk und das ZIP-Laufwerk abgelöst haben.