Speichergeräte
Das Speichern von Daten kann auf verschiedene Arten erfolgen. Man unterscheidet flüchtige von nicht flüchtigen Speichern. Flüchtige Speicher sind jene, welche nur so lang in der Lage sind die Daten zu behalten, so lange sie mit elektrischer Spannung versorgt werden.
Die wichtigsten flüchtigen Speicher sind die sogenannten RAM- Speicherchips. RAM steht für „Random Access Memory“, was soviel bedeutet wie „Speicher mit wahlfreiem Zugriff“. RAM-Speicher haben den Vorteil, dass sie die Daten extrem schnell speichern und auch wieder auslesen können. In praktisch jedem Computer arbeitet der Prozessor mit solchen RAM Speichern zusammen.
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Im Gegensatz zu den flüchtigen Speichern gibt es auch die nicht flüchtigen. Diese speichern die Information auch, wenn sie von der elektrischen Stromversorgung getrennt werden. Eine Art von nicht flüchtigem Speicher gehört zum innersten Verarbeitungsteil des Computers. Der Sogenannte ROM Chip (Read Only Memory) beinhaltet das sogenannte BIOS (Basic Input Output System). Das BIOS wird bei jedem Start des Computers abgearbeitet. Informationen zu den im Computer verbauten Komponenten sind im BIOS hinterlegt. Fragen wie: „Wo ist mein RAM Speicher? Habe ich Anschlüsse für eine Festplatte und ein optisches Laufwerk? Woher soll ich das Betriebssystem laden?“ kann der Computer mit Hilfe des BIOS beantworten.
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Für das Speichern von nicht flüchtigen Daten werden drei Arten von Speichermethoden verwendet.
Die Magnetspeicher speichern die Daten dadurch, dass kleine magnetisierbare Partikel nach Nord und Südpol ausgerichtet werden können. Zu den Magnetspeichern gehören neben den Festplatten auch die Disketten und die Magnetbänder.
Die zweite Art, wie Daten nicht flüchtig gespeichert werden können, ist die mit optischen Datenträgern. Hier werden kleinste Bereiche einer Scheibe hell oder dunkel eingefärbt. Ein Laserstrahl kann dann die Abfolge der hellen und dunklen Bereiche abtasten. Die Vertreter der optischen Datenträger sind die CD, die DVD und die Blue-Ray-Disc.
Die dritte Art der Datenspeicherung erfolgt elektrisch auf Halbleiterplatten. Im Gegensatz zu den RAM Speichern können die Flash Speicher die elektrischen Ladungen in mikroskopisch kleinen Bereichen der Platine dauerhaft halten, auch wenn keine elektrische Energie von außen zugeführt wird. USB-Sticks, Speicherkarten und die SSD’s, eine recht neue Alternative zu Festplatten, arbeiten mit dieser Speichertechnik.
Die Magnetspeicher speichern die Daten dadurch, dass kleine magnetisierbare Partikel nach Nord und Südpol ausgerichtet werden können. Zu den Magnetspeichern gehören neben den Festplatten auch die Disketten und die Magnetbänder.
Die zweite Art, wie Daten nicht flüchtig gespeichert werden können, ist die mit optischen Datenträgern. Hier werden kleinste Bereiche einer Scheibe hell oder dunkel eingefärbt. Ein Laserstrahl kann dann die Abfolge der hellen und dunklen Bereiche abtasten. Die Vertreter der optischen Datenträger sind die CD, die DVD und die Blue-Ray-Disc.
Die dritte Art der Datenspeicherung erfolgt elektrisch auf Halbleiterplatten. Im Gegensatz zu den RAM Speichern können die Flash Speicher die elektrischen Ladungen in mikroskopisch kleinen Bereichen der Platine dauerhaft halten, auch wenn keine elektrische Energie von außen zugeführt wird. USB-Sticks, Speicherkarten und die SSD’s, eine recht neue Alternative zu Festplatten, arbeiten mit dieser Speichertechnik.
Mehr zu den einzelnen Speichermedien erfährst du ...hier.
Ordnung auf den Speichermedien
Speichermedien, vor allem jene, auf die immer wieder Daten gespeichert und auch wieder gelöscht werden, benötigen ein ausgeklügeltes Ordnungssystem, um die Daten auch möglichst schnell wiederfinden zu können. Die Daten liegen bei elektrischen und magnetischen Speichermedien physikalisch gesehen in sogenannten Speichereinheiten. Diese sind bei den runden Datenscheiben der Festplatten und Disketten in sogenannten Blöcken in Sektoren auf Spuren angeordnet. Bei Flash Speichern sind die Speichereinheiten in Registern abgelegt.
In diesen Speichern werden neue Daten nach und nach in die freien Speichereinheiten abgelegt. Um diese recht zufällig abgelegten Daten wiederfinden zu können, muss der Datenträger eine Art Ordnungssystem besitzen, in dem er notiert, wo welche Daten abgelegt wurden. Um dieses Ordnungssystem auf dem Speicher anzulegen, muss er vor der ersten Benutzung formatiert werden. Das ist jedoch meist schon ab Werk geschehen. Formatiert man einen Datenträger, muss man zuerst einige Entscheidungen treffen. Die erste betrifft das System, in dem der Datenträger formatiert werden soll. Das gebräuchlichste Dateisystem für USB-Sticks und mobile Festplatten ist das FAT Dateisystem (File Allocation Table). Es ist seit Beginn der PC Ära im Einsatz und wurde immer wieder verbessert, um längere Dateinamen zu ermöglichen, größere Datenträger verwalten zu können und größere Einzeldateien zu ermöglichen. Aktuell ist FAT32 die verbreitetste Variante. Sie hat jedoch Schwächen. So ist es nicht möglich, Dateien einzeln mit benutzerspezifischen Rechten auszustatten und einzelne Dateien, die größer als 4 GB sind, können nicht abgespeichert werden. Vor allem der Nachteil des fehlenden Rechtemanagements machte zuerst für Computer im professionellen Umfeld einen Ersatz nötig. Seit ca. 2000 wird das Dateisystem NTFS (New Technology File System) von Windowssystemen auf den internen Festplatten benutzt. Es kommt auf tragbaren Speichern nur selten zum Einsatz, da die Rechtevergabe zu Problemen führt, wenn ein Computer die dort angegebenen Benutzer nicht kennt. Außerdem können Apple und Linux Computer FAT32 Datenträger problemlos einbinden, NTFS jedoch nicht. Die Dateisysteme von Linux (Ext und ReiserFS) und das von Apple benutzte HSF Plus sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert, sondern nur erwähnt werden.
Fragmentierung von Datenträgern
Auch wenn die Dateisysteme recht gut Ordnung auf den Speichermedien halten, so kommt es doch unweigerlich zu einer Zunahme der Unordnung durch die sogenannte Fragmentierung der Daten. Auf dem Datenträger werden Daten in Form von Dateien verschiedener Größe gespeichert und von Zeit zu Zeit auch wieder gelöscht. Durch das Löschen von Dateien kommt es zu verschieden großen Lücken in der Belegung des Datenträgers. Damit diese Bereiche nicht unnütz bleiben, kann das Dateisystem neu zu speichernde Dateien zerlegen und in die freien Lücken speichern.
Das ist zwar im Sinne des Platzsparens sehr nützlich, hat jedoch auch zwei Nachteile, welche das Auslesen der Daten aus dem Datenträger empfindlich verlangsamen können. Erstens muss das Dateisystem in seiner Zuordnungstabelle nicht nur vermerken, an welcher Stelle die betreffende Datei beginnt, sondern auch alle Stellen gespeichert haben, an denen die Datei unterbrochen ist. Das macht die Zuordnungstabelle recht groß. Das zweite Problem liegt in der Mechanik von Festplatten und Disketten. Der Schreib-Lesekopf muss bei jeder Unterbrechung an die neue Anfangsstelle gefahren werden, was Zeit benötigt. Eine Festplatte, auf der möglichst viele Dateien in einem Stück abgespeichert sind, ist also deutlich schneller im Auffinden und im Ausgeben der Daten.
Betriebssysteme bieten daher meist in ihren Systemprogrammen die Möglichkeit, eine sogenannte Defragmentierung durchzuführen. Dabei werden die Dateien auf dem Datenträger so hin und her geschoben, dass möglichst viele von ihnen wieder am Stück sind. Auf einer stark fragmentierten Festplatte kann das Defragmentieren durchaus einen Tag und mehr in Anspruch nehmen. Daher gibt es auch kostenpflichtige Defragmentierungsprogramme, die immer dann, wenn der Computer läuft aber freie Systemrecourcen hat, ein bisschen auf der Festplatte aufräumen. Das geschieht dann im Hintergrund, ohne dass der User irgend einen Unterschied beim Arbeiten bemerkt.
Betriebssysteme bieten daher meist in ihren Systemprogrammen die Möglichkeit, eine sogenannte Defragmentierung durchzuführen. Dabei werden die Dateien auf dem Datenträger so hin und her geschoben, dass möglichst viele von ihnen wieder am Stück sind. Auf einer stark fragmentierten Festplatte kann das Defragmentieren durchaus einen Tag und mehr in Anspruch nehmen. Daher gibt es auch kostenpflichtige Defragmentierungsprogramme, die immer dann, wenn der Computer läuft aber freie Systemrecourcen hat, ein bisschen auf der Festplatte aufräumen. Das geschieht dann im Hintergrund, ohne dass der User irgend einen Unterschied beim Arbeiten bemerkt.