Hardware. Speichermedien

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1 Die (Bauteile, auf denen etwas gespeichert wird.) eines Computers lassen sich unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachten. Die wichtigsten sind - Zugriffsverfahren, - Änderbarkeit, - Haltbarkeit, - Transportfähigkeit, - räumliche Entfernung von der Zentraleinheit sowie - Lese- und Schreibtechnik und -last not least- - Geschwindigkeit und Kosten Wegener Info/2/Speicher Samstag :05:51

2 Zugriffsverfahren Zugriffsverfahren: Auf welche Weise wird von dem Speichermedium gelesen bzw. darauf geschrieben: - Hintereinander (sequentiell): Weiter "hinten" stehende Information kann erst dann gelesen werden, wenn "davor" stehende überlesen wurde. Die Zugriffszeit hängt davon ab wie weit vorne bzw. hinten etwas steht. Beispiele für mit sequentiellem Zugriff sind Lochstreifen, Magnetband und -kassette. 2

3 Zugriffsverfahren - Kreisförmig (zyklisch): Bei einem zyklischen Zugriffsverfahren kann Information nur gelesen oder geschrieben werden, wenn die betreffende Stelle sich gerade am Schreib-/Lesekopf befindet. Schlimmstenfalls muss eine Umdrehung des Mediums (meistens eine (runde) platte Scheibe, früher gab es auch Trommeln!) abgewartet werden, um an eine Information heranzukommen. Beispiele für mit zyklischem Zugriff sind Magnetplatte, Diskette, CD und DVD. Sektor Spur Block 3

4 Zugriffsverfahren - Wahlfrei (random): Das Lesen oder Schreiben einer Information dauert unabhängig von der Stelle in bzw. auf dem betreffenden Medium gleich lange. Meistens werden Schreiben in oder Lesen aus Speicher mit wahlfreiem Zugriff durch elektrischen Strom bewerkstelligt, der bekanntlich mit Lichtgeschwindigkeit ( km pro Sekunde) durch eine Leitung fließt. Beispiel: Arbeitsspeicher

5 Zugriffsverfahren Beispiel für sequentiellen Zugriff: 100 Personen sitzen nebeneinander auf Stühlen. Es ist dunkel. Jeder Stuhl hat eine beleuchtete Nummer (wie die Stuhlreihen im Kino). Der Leser oder die Leserin stehe vor Stuhl Nummer 1, habe eine Taschenlampe und soll sagen, wer auf Platz 53 sitzt. Dazu muss er/sie an den Plätzen 1-52 vorbeilaufen und kann dann mit Hilfe seiner/ihrer Taschenlampe nachsehen. Wenn als nächstes Platz 75 betrachten werden soll, darf er/sie weiterlaufen, soll jedoch anschließend z.b. Platz 26 angesehen werden, muss er/sie zurücklaufen und wieder bei 1 anfangen. 5

6 Zugriffsverfahren Beispiel für zyklischen Zugriff: Die 100 Personen sitzen in einem Riesenrad auf dem Schützenfest jeweils auf vier Plätzen in einer Gondel. Das Riesenrad lässt sich nur in eine Richtung drehen. In der ersten Gondel sitzen die Nummern 1-4, in der zweiten die Nummern 5-8, usw. Wenn man/frau zu Anfang vor Platz 1 steht, muss er/sie um an Platz 53 zu kommen, das Karussel um 13 Positionen drehen (53:4) und an Stelle 1 (Rest der Division 53:4!) der Reihe nachsehen. (Die Reihe hat die Nummern ) Will er/sie als nächstes Platz 75 angucken, muss das Riesenrad um 5 Gondeln (75:4-53:4) weiterdrehen und die Person auf Platz 3 (Rest der Division 75:4) ist die gesuchte. Wenn anschließend das Person 26 gesucht wird, muss man/frau nicht von vorn anfangen, sondern kann das Riesenrad einfach weiterdrehen. Schlimmstenfalls musst es um 24 Positionen gedreht werden (es ist ja nur eine Richtung erlaubt!), etwa, wenn nach 75 die Nummer 72 gesucht wird. 6

7 Zugriffsverfahren Beispiel für wahlfreien Zugriff: Die Personen setzen sich mit ihren Stühlen in eine Sporthalle und zwar in 10 Reihen zu je 10. In der ersten Reihe sitzen die mit den Nummern 1-10, in der zweiten die von 11-20,... und in der letzten die von Nun braucht man/frau einen Helfer bzw. eine Helferin, der/die auch eine Taschenlampe haben muss. Soll jetzt der Platz 53 angesehen werden, läuft einer/eine an die Seite der Reihe mit den Nummer und der/die andere an einer anderen Seite (nicht gegenüber!) zu der Reihe mit den Nummern 3,13,23,...,53,...,93. Jeder leuchtet mit der Taschenlampe seine/ihre Reihe entlang. Dort wo sich die Strahlen der Lampen treffen ist Platz 53. Zusammenfassung: Bei unserem Beispiel für sequentiellen Zugriff, dauert das Lesen einer Information schlimmstenfalls 99 Schritte, bei dem für zyklischen 24 und bei dem für wahlfreien 9 (weil ja beide gleichzeitig losrennen können). 7

8 Änderbarkeit Änderbarkeit: Wie oft kann der Computer ein Speichermedium neu be- bzw. überschreiben: - Gar nicht (read only): Das Speichermedium ist in einer Fabrik hergestellt und dabei beschrieben worden. Beispiele: ROM (aufgebaut wie ein RAM, enthält z.b. wichtige Programme, die jeder Computer nach dem Einschalten benötigt (Bootstrap)), CD-ROM, DVD-ROM (kennt wohl jeder!) - Genau einmal (write once, read many): Einmal hat man Gelegenheit, das Medium zu beschreiben, und anschließend nicht mehr. Beispiele: Lochstreifen, beschreib- bzw. "brenn"- bare CD - Beliebig oft (read/write): Information kann immer wieder neu auf das Medium geschrieben werden. Dabei sind vorher evtl. vorhandene Daten, wenn sie überschrieben wurden, nicht mehr da! 8

9 Haltbarkeit Haltbarkeit: Wie lange halten sich Daten auf einem Speichermedium: - Flüchtig (volatile): Die Speicherung funktioniert nur, wenn der Strom eingeschaltet ist. Beim Abschalten des Stroms ist alles gelöscht (normaler Zentralspeicher aus Elektronik- Chips). Flüchtige sind sinnvollerweise immer wiederbeschreibbar. Beispiel: Hauptspeicher, Cache - Beständig (permanent): Informationen auf dem Speichermedium bleiben unabhängig von einer Stromversorgung solange erhalten, bis sie -wenn das möglich ist- durch neue überschrieben werden. Alle transportablen sind sinnvollerweise auch beständig. 9

10 Transportfähigkeit Transportfähigkeit: Kann man das Speichermedium getrennt vom Computer aufbewahren: - Fest (fixed): Das Speichermedium ist fest eingebaut und kann nicht -ohne den Computer auszuschalten- entfernt werden. Beispiele: Festplatte, ROM - Auswechselbar (removable): Speichermedium und Schreib-/Lesevorrichtung (Laufwerk) sind voneinander getrennt, so dass man verschiedene Medien in ein Laufwerk einlegen und damit arbeiten kann. Beispiele: CD-ROM, Diskette, Kassette, ZIP-Disk, usw. Auswechselbare sind sinnvollerweise immer beständig. 10

11 Entfernung Räumliche Entfernung von der Zentraleinheit: Wie dicht an der Zentraleinheit befindet sich das Speichermedium: - Cache: Ein Speicher, der sich auf demselben Chip wie die CPU befindet, und kurzfristig gerade von dieser zu bearbeitende Programme und Daten enthält. - Zentral- oder Hauptspeicher: Immer ein RAM, in dem alle Programme und Daten abgelegt sind, die zur Zeit aktiv sind. - Periphere Speicher: Platten, Disketten, CD- ROMs, Kassetten, usw., die alle Programme und Daten enthalten, die man besitzt. Wenn ein Programm aktiviert wird (z.b. durch Doppelklick), so wird dieses normalerweise von einem peripheren Speicher in den Zentralspeicher geladen und dann ausgeführt. - Periphere Speicher anderer Computer: Man kann mehrere Computer über Netzwerke miteinander verbinden. Dabei kann man über dafür entsprechende Programme auch auf Platten, CD-ROMs, usw. anderer Computer zugreifen. 11

12 Lese- und Schreibtechnik Lese- und Schreibtechnik: Mit welcher Art von Technik wird Information gespeichert und gelesen: - Mechanisch: Beispiele sind Lochstreifen (etwa in einer Drehorgel) und Lochkarten: Schreiben mit Stanzer, Lesen mit beweglichen Stiften oder Licht - Elektr(on)isch: Etwa in elektronischen Speicherchips mit Strom - Magnetisch: Das geschieht normalerweise mit einem Schreib-/Lesekopf auf einer Magnetplatte oder einem Magnetband. - LASER-Strahl: Dazu gibt es CD-ROM-Laufwerke, -Brenner oder DVD-Laufwerke. - Biologisch-Chemisch: So etwas ist z.b. mit (gentechnisch produzierten) Nervenzellen in Nährlösungen durchaus im Bereich des Möglichen (aber noch nicht im Handel). 12

13 Geschwindigkeit und Kosten Allgemein gilt: Ein Speichermedium mit wahlfreiem ist schneller als eins mit zyklischem und dieses ist wiederum schneller als eins mit sequentiellem Zugriff. Je näher sich ein Speichermedium an der CPU befindet, desto schneller ist es: Cache ist schneller als der Hauptspeicher, dieser schneller als Plattenlaufwerke und diese schneller als Bandkassetten. Bei der Anschaffung von sind natürlich die Kosten zu berücksichtigen. Allgemein gilt: je schneller desto teurer. RAM-Chips kosten z.z. etwa 2,- DM pro Megabyte, Festplattenspeicher pro Gigabyte etwa 10,- DM, also -,01 DM pro Megabyte. Mit den handelsüblichen Größen von verhält es sich entsprechend: je billiger desto größer. Als Hauptspeicher sind etwa MB üblich. Festplatten fassen etwa GB. 13

14 Maßeinheiten Speicherkapazität - Bit: Kleinste Informationseinheit überhaupt (0 oder 1). (Abkürzung von binary digit.) - Byte: Zusammenfassung von -normalerweise- 8 Bits.Kleinste adressierbare Einheit in EDV- Anlagen. - 1 KiloByte (KB): genau 2 10 = Bytes. - 1 MegaByte (MB): genau 2 20 = Bytes. - 1 GigaByte (GB): genau 2 30 = Bytes. - 1 TeraByte (TB): genau 2 40 = Bytes. 14

15 Maßeinheiten Taktrate Elementare Vorgänge in Computern geschehen nur zu diskreten Zeitpunkten, die durch sog. Taktimpulse vorgegeben werden. Je kürzer die Taktimpulse aufeinander folgen, desto schneller ist der Computer. Allgemein wird stets die Taktfrequenz der CPU angegeben. - 1 Hertz (Hz) entspricht einem Takt pro Sekunde. (Nach Heinrich Hertz ( ).) - 1 Kilohertz (khz): sind Taktimpulse pro Sekunde. - 1 Megahertz (MHz): sind Taktimpulse pro Sekunde. - 1 Gigahertz (GHz): sind Taktimpulse pro Sekunde. - 1 Terahertz (THz): wären Taktimpulse pro Sekunde. (Ich weiß nicht, ob das physikalisch überhaupt möglich ist.) 15

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