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Arten und Funktion der PC-Speichermedien von 1971 bis heute unter besondere Berücksichtigung der CD und DVD - Referat



Thema:

Arten und Funktion der PC-Speichermedien von 1971 bis heute unter besondere Berücksichtigung der CD und DVD













Inhaltsangabe

1. Einleitung
1. Einführung in die Kapazitäten von Diskette, CDs und DVDs

2. Cd / Compact Disc
1. Einleitung
2. Aufbau
3. Reflektionsschichten
4. Die Unterschiede einer CD-R und Einer CD-RW
5. Das Brennen von einer CD-R
6. Das Brennen von einer CD-RW

3. DVD / Digital Versatile Disc (Digitale vielseitige Scheibe)
1. Einleitung
2. Besonderheiten einer DVD
3. Die Vorteile, die DVDs und CDs haben
4. Aufbau
5. Eine DVD brennen
6. Weitere Infos zur DVD

4. Diskette (Floppy Disk)
1. Einleitung
2. Das abspeichern auf eine Diskette
3. Kapazitäten
4. Diskettenformate

5. Festplatte (hard disk drive)
1. Einleitung
2. Arten der Festplatte
3. Überblick über die Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen
4. Aufbau
5. Schreiben/Lesen der Informationen auf einer Festplatte
6. Ram (Random Access Memory)
1. Einleitung
2. Aufbau Statisches RAM
3. Aufbau Dynamisches RAM
4. Preisliche Entwicklung des RAM-Speichers

7. Schlussbetrachtung

8. Quellenangabe






1. Einleitung

PC-Speichermedien teilen sich in 3 Arten ein einmal die magnetischen Speicher, wie die Diskette. Dann den elektronischen, wie RAM und den optischen, wie CDs. Diese sind vom Aufbau, von den Beschreibungsverfahren etc. so unterschiedlich unterschiedlicher geht es nicht! Allerdings haben sie eine Gemeinsamkeit, sie speichern „Informationen“ mit 1 und 0 ab. Bei den magnetischen werden diese durch Magnetisierung einzelner „Sektoren“ veranlasst. Bei den elektrischen durch einzelne elektrische Ladungen und bei den beschreibbaren durch „Lands“ und „Pits“ (oder Tiefen und ebenen) die ein Laser schreibt.

1. Einführung in die Kapazitäten von Diskette, CDs und DVDs

0,01MB = 2 dina A4 seiten reiner text (kein word-dokument). Hier habe ich für ein Buch 200 Seiten genommen das entspricht 10,49mm

1diskette =1,44 MB Kapazität= 288 Seiten reiner text (1,5 Bücher) (16,35mm)

1 CD = 700MB Kapazität= 140000 Seiten reiner text (700 Bücher) (7343mm)

1 DVD *simple-sided/simple-layer=4,7 Gigabytes Kapazität = 940000 Seiten reiner text (4700 Bücher) (49303mm)

2 DVD *simple-sided/double-layer=8,5 Gigabytes= 1700000 Seiten reiner text (8500 Bücher) (89165mm)

3 DVD *double-sided/simple-layer=9,4 Gigabytes = 1880000 Seiten reiner text (9400 Bücher) (98606mm)

4 DVD *double-sided/double-layer=17 Gigabytes = 3400000 Seiten reiner text (17000 Bücher) (178330mm)

Blue-Ray-Disc simple Sided = 26 Gigabytes =5200000 Seiten reiner text (26000
Bücher)(272740mm)Regel von 272,74 Meter

Blue-Ray-Disc double-sided = 50 Gigabytes = 100000000 Seiten reiner text (50000 Bücher)(524500mm)Regal von 524,5meter



2. CD Compact Disc

CD-R+CD-RW

1. Einleitung:
Die CD ist das zurzeit meistgenutzte Speichermedium, sie dient der Digitalen Speicherung von Informationen(Daten) die nicht wieder Verändert werden können. Diese werden durch
CD-Brenner auf diese abgespeichert. Allerdings gibt es auch CD-RW die in der lange sind ihre Information(digitalisierte Daten) nahezu beliebig oft zu verändern oder gar zu löschen. Informationen (digitalisierte Daten) können z.b. Audio Tracks, Bilder, Videos, Software und andere Abspeicherbahre dinge sein. Ihre Speicherkapazität reicht von (bei einem Durchmesser von 120mm) von 650 MB bis zu 900MB. Allerdings gibt es andere formen und somit auch Größen (man kann nicht eine CD von 60mm nehmen und erwarten auch 650MB oder so darauf brennen zu können, nicht mit den derzeitigen Möglichkeiten[dies gilt bei normalen Verhältnissen! Ausnahmen bestätigen die Regel])

2. Aufbau:
Eine CD ist im Normalfall rund mit einem Durchmesser von 120mm allerdings gibt es auch andere formen. Eine CD besteht aus 5 Schichten, die untere Schicht(Trägersicht) besteht aus Polycarbonat. Danach kommt eine organische lichtempfindliche Farbstoff Schicht. Danach eine golden reflektierende Schicht (Aluminium, Gold oder Silber, diese Stoffe werden auf das Polycarbonat gedampft da sie vorher speziell behandelt wurden glänzen alle golden), eine Lackschicht und eine Schutzschicht.
Polycarbonat: Von diesem Kunststoff wurde ein spezieller Typ entwickelt der nur bei CDs (und DVDs) verwendet wird. Da er sehr robust und eine hohe Durchsichtigkeitsrate hat, die so hoch ist das der Laser ohne Probleme schreiben kann, ist er Grundvorrausetzung für eine CD (oder DVD) geworden.

3. Reflektionsschichten:

Gold: Hierbei wird der Farbstoff Phtalocyanin verwendet, bei solchen CDs wird die Haltbarkeit auf über 100 Jahre geschätzt. Bei diesen Rohlingen ist der Reflexionskontrast am höchsten.

Grüne: Hierbei wird der Farbstoff Cyanin verwendet. Er ist billiger und nicht so stabil, deswegen sind diese Rohlinge auch am billigsten. Ihre Lebensdauer liegt bei 10 Jahre. Grüne Medien liefern den schwächsten Kontrast (Dies führt bei älteren Laufwerken sogar zu Lesefehlern)

Blau: Hierbei wird der Farbstoff Azo verwendet, diese sind selten zu finden. Der Hersteller dieser CDs verspricht eine ebenso lange Haltbarkeit wie die der Gold-Medien.

Allerdings richtet sich die wahre Haltbarkeit eine CD immer nach ihrem gebrauch und pflege! Richtig gelagert! (nicht mit der Datenseite direktes UV-licht ausgesetzt etc.) und wenn sie nicht zu oft verwendet werden. So mal beim Auslesen im laufe der Zeit durch dadurch eindringenden Sauerstoff- und Wassermolekühle z.B. die Aluminiumschicht in ein durchsichtiges Hydroxid überführt werden kann. Wesentlich mehr Jahre als angegeben allerdings bei schlechter pflege und häufigen gebrauch wesentlich weniger Jahre (nur max.25-30 Jahre bei der Goldreflektierenden)

4. Die Unterschiede einer CD-R und Einer CD-RW

CD-RWs haben eine völlig andere Beschichtung als eine CD-R, eine CD-R wird mit „Dellen“ gebrannt (die dann für 0 steht), hingegen wird bei CD-RWs die Struktur der Beschichtung, an der vom Laser behandelten fälsche, von einem kristallinen in einen Amphoren Zustand (der hier für 0 steht) gebracht. Die Datenstruktur ist bei einer CD-RW ist optisch schwächer ausgeprägt als bei einer CD-R, dies kann dienen ein Kopiergeschütztes Programm besser zu brennen als mit einer CD-R. Kopierschutze sind auf ungleichmäßigen Pressungen hinterlegt (dies führt zu einem Schutz des perfekten Kopierens des Kopieschutzes). Aber von einer CD-RW wird dies durch ihre optische schwäche „glatt gebügelt“ so wird der Kopierschutz zwar unperfekter aber lesbarer übertragen!

5. Das Brennen von einer CD-R:

Beim Schreibvorgang wird die Trägerschicht auf ca. 250°C erhitzt. Der Pregroove führt den Laser über die Komplette CD-R Oberfläche. Hierbei schmilzt der Laser im Grunde nur die Schreibsubstanz an den orten, Hierbei soll eine Veränderung von 0 auf eins gemacht werden. Dies geschieht bei einer Stromstärke von Gerademahl 4-8mW (0.5mW beim Lesen).

6. Das Brennen von einer CD-RW:

Das Brennen einer CD-RW basiert auf dem so genannten Phase-Change, dies ist eine magnetisch-optische Speichertechnologie. Das heißt dass hier der Brennvorgang anders abläuft als bei einem herkömmlichen CD-R. Das Schreiben erfolgt hier durch das ändern des Kristallinzustandes der Schreibschicht, und zwar erzeugt ein unterschiedlich starker lasser strahl verschiedene Refelktionseigenschaften und zwar „kristallin“= hohe Reflektivität und „amorph“ = niedrige Reflektivität. Diese stellen so das herkömmliche Muster von Pits und Lands dar.

3. DVD Digital Versatile Disc (Digitale vielseitige Scheibe)

1. Einleitung

Eine DVD hat eine Speicherkapazität von bis zu 25 CDs (kein Blue-Ray) , so passen bequem die 41 Symphonien von Mozart auf eine einzige DVD. Sie dient genau wie ihr kleiner Bruder die CD der Digitalen Speicherung von Daten. Allerdings diente sie Ursprünglich nur der Speicherung Digitalen Videos, aber die DVD hat sich auch nützlich zur Speicherung von Computeranwendungen und anderen Digitalen Daten erwiesen.


2. Besonderheiten einer DVD:

Oberflächlich gesehen ähnelt eine DVD der CD sehr. Da sie auch 12 cm Durchmesser hat und auch eine dicke von 1,2 Millimetern aufweißt. Doch bei näherem betrachten erlebt man ein paar Überraschungen:
- Eine DVD besteht aus zwei aneinander geklebten platten die jeweils 0,6mm dick sind, dies dient der Verbesserung der Verwindungssteifheit.
- Eine DVD kann pro Seite bis zu 2 Informationsebenen enthalten, dies verdoppelt ihre Speicherkapazität. Allein schon eine Informationsebene hat eine Speicherkapazität von 7CDs. Bei beidseitig 2 Informationsebenen erhalten wir eine Kapazität von ca. 25
CDs.
- Eine DVD lässt die auf ihr gespeicherten Informationen ca. 10X so schnell auslesen wie eine CD.
- Eine DVD hat eine etwa 10mal so hohe Störungssicherheit als eine herkömmliche CD.

3. Die Vorteile, die DVDs und CDs haben sind:

- durch berührungslose (optische) Abtastung mit dem Laserstrahl kommt es weder zu Verlust noch zu verschleiß
- kompakt gehaltene Größe
- leicht und Handlich
- großer Bedienkomfort

4. Aufbau

Eine DVD ist vom Aufbau her sehr ähnlich der CD. (Siehe CD) Es gibt nur einen gravierenden unterschied im Aufbau zwischen einer CD und einer DVD und zwar die zweite Informationsebene auf der DVD. Die erste Informationsebene eine DVD hat eine Größe von 4,7Gigabyte und die zweite nur eine Größe von 3,8Gigabyte, dies kommt daher da die zweite Informationsebene dünner ist.

Ein weiterer Unterschied ist das die Daten auf der DVD viel Komprimierter (dichter gespeichert) sind als auf einer CD. Dies führt zu einer höheren Datendichte und so zu „mehr Speicherplatz“.

5. Eine DVD brennen:

Wie bei der CD wird gebrannt indem der Laser in der Farbstoffschicht eine chemische Reaktion auslöst die die Reflektionseigenschafften ändern. Der einzigste Unterschied beim Brennen Von einer CD und einer DVD ist die Wellenlänge des Lasers. Eine CD wird mit einer Wellenlänge von 700nm gebrannt eine DVD hingegen mit einer Wellenlänge von 635-650nm (1 Millionen nm = 1mm).

6. Weitere Infos zur DVD

Die neuste Errungenschaft in der DVD Familie ist das Blue-ray Verfahren hierbei wird nicht wie herkömmlich mit einem roten sondern mit einem Blauen Laser gebrannt. Diese haben eine Wellenlänge von 405 Nanometern. Dies führt zu einer Speicherkapazität auf einer Seite von 27 GB. Allerdings geht des nur mit geeigneten DVDs diese haben nur noch eine 0,1mm dicken Schutzschicht, im Gegensatz hat eine herkömmliche 0,6mm und der Spurstand vom Pregroove ist mit 0,32 Mikrometer nur etwa halb so groß wie bei einer herkömmlichen.


4. Diskette (Floppy Disk)

1. Einleitung

Dieser Datenträger ist vom Typ magnetisch (da ihre Speicherung auf einer Kunststoffscheibe stattfindet die mit magnetisierbarem Material(meist Eisenoxid) beschichtet ist). Zum Schutz ist die Kunststoffscheibe in einem Kunststoffgehäuse verpackt, dass biegsam oder fest ist. Die Lebensdauer einer Diskette liegt bei ca. 5 Jahren. Der Vorgänger der Disketten war das Magnetband, diese Beiden Speichermedien sind nahezu identisch aufgebaut. Es gibt lediglich 2 Unterschiede:

1. Das Laufwerk, ihr schreib Vorgang ist zwar gleich allerdings sind die Schreib-/Lesegeräte verschieden aufgebaut.
2. Die Form, das Magnetband ist ein Band(das allerdings ungeschützt ist und deshalb nicht so lange lebt wie eine Diskette) und die Diskette ist eine Scheibe in einer Schutzhülle.





2. Das abspeichern auf eine Diskette:

Ein Schreib-Lese-Kopf in einem Disketten Laufwerk speichert die Informationen mit magnetischen Ladungen ab, auf der magnetisierbaren Oberfläche der Kunststoffscheibe in der Diskette.

3. Kapazitäten:

Kapazitäten einer Diskette liegen in einem großen bereich und zwar zwischen nur wenigen hunderttausend Bytes bis hin zu mehreren Millionen. Im laufe der zeit Veränderte sich die Diskette von der gebräuchlichen 51/4-Zoll zu der 3,5-Zoll Diskette.

4. Diskettenformate
Format Erscheinungsjahr Kapazität in KB (KiB)

8-inch 1971 80
8-inch 1973 256
8-inch 1974 800
8-inch dual-sided 1975 1000
5¼-inch 1976 110
5¼-inch DD 1978 360
5¼-inch HD 1984 1200
3-inch 1982 360
3-inch (DD) 1984 720
3½-inch DD 1984 720
2-inch 1985 720
3½-inch HD 1987 1440
3½-inch ED 1991 2880
Historische Liste nach Erscheinen der Diskettenformate, einschließlich des zuletzt überall vorhandenen Formates, (3½-inch HD).
DD = Double Density; QD = Quad Density; HD = High Density; ED = Extended Density.

5. Festplatte (hard disk drive)

1. Einleitung

Dieses Speichermedium zählt zu den Magnetischen Speichern. Deren Speichervermögen wird in GB angegeben, ihre Größe liegt heutzutage zwischen 5,25“ bis 0,85“. Die gebräuchlichsten Festplatten z.b. die 3,5" laufen mit einer Umdrehung von 5.400 bis 7.200 Umdrehungen pro Minute. Die Scheiben einer Festplatte bestehen entweder aus Aluminium oder einer Legierung und sind gering Leitfähig.

2. Arten der Festplatte:

• 5,25"-Baugrößen, dies ist ursprüngliche Größe einer Festplatte, allerdings wird diese seit 1996/97 nicht mehr produziert.
• 3,5"-Baugrößen, diese platten sind heutzutage am meisten verbreitet, obwohl sie schon 1990 eingeführt wurden.

• 2,5"-Baugrößen, diese Festplattenart werden für Notebooks oder Spezialrechner genutzt. Allerdings kommen diese Platten, im Gegensatz zu ihren großen Brüdern, mit nur einer Betriebsspannung aus.

• 1,8"-Baugrößen, diese wurde im Jahre 2003 eingeführt und für Sub-Notebooks und für andere diversen Industrieanwendungen genutzt

• 1"-Baugrößen, diese sind seit 2002 auf dem Markt unter den Namen MicroDrives Bekannt. Hauptsächlich wurden diese Platten in Mitte 2004 für digital Kameras genutzt. Allerdings weißen diese Platten einen hohen Energieverbrauch auf.
• 0,85"-Baugrößen, Diese Platten sind kaum Verbreitet, erstmals Tratten sie im März 2004 auf die Bildfläche mit 4 Gigabyte
3. Überblick über die Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen
Jahr 5,25" 3,5" 2,5" 1,8" 1,0" 0,85" Typ. Modell(e) mit hoher Kapazität
1983 20 MByte - - - - - 20 MB Festplatte im IBM PC XT

1989 80 MByte - - - - -
1995 - 540 MByte - - - -
1997 12 GByte 9 GByte 2 GByte - - - Quantum Bigfoot (12 GB, 5,25"), Nov. 1997
2000 - >75 GByte - - - -
2005 - 500 GByte 120 GByte 60 GByte 8 GByte 6 GByte Hitachi Deskstar 7K500 (500 GB, 3,5"), Juli 2005
(2007) - 1 TByte = 1024 GByte - - 20 GByte -

Diese Angeben richten sich nach dem Privatverbraucher! Es gibt bereits Prototypen der 3,5" platten mit 3 Tbyte.


4. Aufbau:

Eine Festplatte besteht aus:
• min. einer drehbaren Scheibe (min.1 - max.12)
• einen Antrieb (z.b. einen Antriebsmotor) für die Scheibe(n) und den Schreib-/Lesekopf
• dem beweglichen Schreib-/Lesekopf (auch Heads genannt)
• Für die Scheiben und dem Schreib-/Lesekopf gibt es je ein Lager
• Das Steuerelement für die Motor- und der Kopfsteuerung

Die Scheiben einer Festplatte bestehen entweder aus Aluminium oder einer Legierung und sind gering Leitfähig. So mal diese selber nicht magnetisch sind wird eine Mikrometer dicke schicht von Eisenoxid oder Kobalt aufgetragen. Um eine Beschädigung vermeiden z.b. eine durch die Mechanik wird eine Schutzsicht aus Graphit noch darüber aufgetragen.
Der Schreib-/Lesekopf selbst schwebt über der platte durch deren erzeugtem Luftpolster(das sich durch die hohe Umdrehung bildet).

5. Schreiben/Lesen der Informationen auf einer Festplatte

Durch genau Magnetisierungen auf den Scheiben der Festplatte wird geschrieben. Hierbei nehmen kleinste Flächen, je nach ihrer Polarität, den Wert 0 oder 1 an. Dies geschieht mit dem Schreib-/Lesekopf, der nichts weiter als ein winziger Elektromagnet ist. Bevor jedoch die Daten auf die Festplatte geschrieben werden, werden diese kodiert( Hierbei gibt es die Verfahren GCR, MFM, RLL allerdings wird heutzutage mehr mit PRML oder EPRML kodiert). Hierbei werden sie auch komprimiert dies führt zu einer höheren Datendicht.

6. Ram (Random Access Memory)

1. Einleitung
Ram zählt zu den elektronischen Speichern, als elektrische Ladung werden Informationen darauf abgespeichert. Ram ist ein viel verwendeter Speicher er wird zwar Hauptsächlich in Computern als Arbeitsspeicher verwendet allerdings findet man ihn auch in anderen Geräten (z.b. USB-Sticks, MP3-playern, ….). Der Ramspeicher der im Computer verwendet wird ist flüchtiger Speicher, dass bedeutet dass er sobald er kein Strom mehr bekommt seine abgespeicherten Daten verliert.
Es gibt zwei Gruppen von flüchtigen Ramspeichern:
1. Statisches RAM oder SRAM
2. Dynamisches RAM oder DRAM
Der Unterschied dieser Ram arten ist das beim SRAM, neben der Betriebsspannung, keine Signale zur Auffrischung benötigt werden um die Daten auszulesen. Die Daten bleiben selbst bei „statischer“ Ansteuerung erhalten. Der Nachteil bei SRAM ist der wesentlich höhere Flächenbedarf gegenüber DRAM.

2. Aufbau Statisches RAM

Die SRAM-Speicherzelle setzt sich aus 6 Transistoren zusammen, diese sind als bistabile Kippstufe geschaltet.

3. Aufbau Dynamisches RAM

Eine DRAM-Speicherzelle ist sehr einfach zu verstehen, sie besteht lediglich aus einem Kondensator und einem Transistor. Auf dem Kondensator wird mittels elektrischer Ladung gespeichert und der Transistator dient zum Lesen und Schreiben der Informationen.



4. Preisliche Entwicklung des RAM-Speichers


7. Schlussbetrachtung

Die PC-Speichermedien haben sich enorm entwickelt und werden dies auch weiter. Man kann bei den Zurzeit verwendeten arten (magnetische-, elektrische- und den Optischenspeicher) keinen Favoriten nennen der besser als die anderen Speicher ist. Sie sind finanziell, in ihrem Aufbau und überhaupt dafür zu unterschiedlich. Das einigste was ich voraus sagen kann ist das sie finanziell billiger, leistungsstärker und vor allem kleiner werden.

8. Quellenangabe

-Microsoft Encarta
-http://www.wikipedia.de
-http://www.wissen.de
-http://www.wissenschaft.de
-http://www.computermuseum-muenchen.de/dictionary/storage.html
-http://www.mathematik.uni-hildesheim.de/pc-hardware/PCTechnik/cdrom.asp
-http://www.tu-chemnitz.de/informatik/RA/kompendium/vortraege_96/CDROM/cdrom0.html
-Zeitschrift ComputerBild




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