Die Geschichte der Datenspeicher – von der Lochkarte zur SSD

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Die Geschichte der Datenspeicher – von der Lochkarte zur SSD

Ein Speichermedium oder Datenspeicher wird zur Speicherung von Daten oder von Informationen verwendet. Die Bezeichnung Speichermedium wird auch als bedeutungsgleicher Begriff für einen konkreten Datenträger benutzt. Mit einem Speichermedium ist ein Trägerobjekt gemeint, auf dem oder in dem die Daten und Informationen gespeichert werden können. Seit dem Beginn der Computertechnik haben sich die Speichermedien mehrmals grundlegend verändert. In den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Daten für eine dauerhafte Verwendung als Lochmuster auf Papier oder Karton gestanzt. Dagegen wurden die Daten für den kurzfristigen Abruf in Relais und später in Flipflops und Kernspeichern abgelegt. In den Jahren darauf wurden die Speichermedien mit magnetischer Technik bekannt, zuerst die Magnetbänder oder Magnetplatten, später die Disketten und Festplatten. Aus den unterschiedlichen Technologien, je nach Entwicklungsstand, ist eine ganze Reihe von Produkten hervorgegangen. Beispiele hierfür sind Flash-Speicher, Speicherkarten, die Magnetbandgeräte für die Video- und Informationstechnik, die vielen unterschiedlichen Packages für die Halbleiterspeicher, Magnetkarten, SIM-Karten, Smartcards und viele andere.

Datenspeicherung vor dem digitalen Zeitalter

Von den Anfängen der Menschheit ist es scheinbar ein grundsätzliches Bedürfnis, Informationen, Erfahrungen und Begebenheiten oder technische Fakten wie Baupläne oder geografische Karten und vieles andere mehr den Nachkommen zu hinterlassen. Dabei waren die Menschen ständig auf der Suche nach den geeigneten Trägern für diese Informationen. Beispielsweise verwendeten die Vorzeit-Menschen die Kalksteine, verkohltes Holz oder das Blut erlegter Tiere, um ganze Jagdszenen auf die Felsen ihrer Höhlen zu zeichnen. Mit fortschrittlicheren Werkzeugen wurden später Hieroglyphen in die Steine geritzt. Dabei entwickelten die Menschen die unterschiedlichsten Schriften: die Keilschrift, die Hieroglyphen der Pharaonen und der Mayas, lateinische, kyrillische oder deutsche und viele weitere. Zunächst diente Pergament oder Papyrus als Träger der Schrift und somit der Daten, später wurde Papier benutzt. Die Erfindung des Buchdrucks gilt als Revolution auf dem Gebiet der Datenspeicherung. Überhaupt bringen weitere technische Revolutionen neue Formen der Speicherung von Informationen hervor. Mithilfe der Elektrotechnik war es nicht nur möglich, Sprache zu übertragen, sondern diese wurde auch auf einem Draht gespeichert, womit das Diktiergerät erfunden war.

Renaissance einer alten Technik: Lochstreifen

Etwa im Jahr 1725 entwickelte der französischen Erfinder Basile Bouchon den Lochstreifen als Vorläufer der Lochkarte zur mechanischen Steuerung von Webstühlen. Bouchon war ein Angestellter einer Textil-Manufaktur im französischen Lyon, der ein Verfahren zur maschinellen Steuerung von Webstühlen mit Papierstreifen, in die Löcher gestanzt waren, begründete. Bouchon bediente sich dabei des Prinzips der automatisierten Orgelsteuerung, um die sich ständig wiederholenden Arbeitsprozesse des Webens durchzuführen. Weitere Verbesserungen der Methode führten zu der Erfindung der Lochkarte. Das Material der ersten Lochstreifen waren Holzplättchen, die aneinandergereiht waren. Mit der Einführung der Computertechnik erweiterten sich die Anwendungsgebiete der Lochstreifen. Diese dienten besonderes als Datenspeicher und zur Ausführung von Programmen, die auf Lochstreifen programmiert und über Computer oder angeschlossene Peripheriegeräte ausgeführt wurden.

Die Lochkarte: Standard seit Ende der 19. Jahrhunderts

Dr. Herman Hollerith, der offizielle Erfinder der Lochkarte, entwickelte 1890 anlässlich der 11. US-amerikanischen Volkszählung eine auf Lochkarten basierende Methode, bestehend aus einer Lochkarte selbst und den zu ihrer Bearbeitung notwendigen Stanz- und Auswerteapparaturen. Diese Volkszählung gilt als erste Bewährungsprobe des sich später auf breiter Basis durchsetzenden Formats der Lochkarte. Die Hollerith-Lochkarte, die nach ihrem Erfinder auch später benannt wurde, besteht aus einem dünnen, rechteckigen Karton und besitzt die Abmessungen 18,7 cm × 8,3 Zentimetern bei einer Stärke von 0,17 Millimetern. Auch die auf der Karte markierten Spalten, in die später an vorgegebenen Ort Löcher gestanzt werden, sind ebenfalls Elemente des Standards. Auf diese Weise kann eine Reihe von Zeichen an jeder hierfür geeigneten Maschine codiert oder decodiert werden.

Mit der Entwicklung der ersten Computer im 20. Jahrhundert wurden die bereits auf dem Markt befindlichen Lochkarten als Medium zur Datenspeicherung und der Programmeingabe verwendet. 1937 wurde der erste Rechner von Konrad Zuse mit Hilfe eines Code gesteuert, der in einem Lochstreifen hinterlegt wurde. Allerdings wurden für Computer später nahezu ausschließlich Lochkarten nach Hollerith benutzt, wobei für das traditionelle Code-Format für Hollerith-Karten 240 Loch-Positionen vorgesehen waren. Aber weil dies den späteren Ansprüchen nicht genügte, wurde 1928 von IBM bereits ein Format mit 80 Spalten patentiert, das sich publikumswirksam durchsetzte. Das Fassungsvermögen dieser Lochkarte entsprach etwa 80 Byte. Damit könnte eine Festplatte von 320 Gigabyte den Inhalt von vier Milliarde Lochkarten speichern, was einem Stapel der Karten von 680 Kilometer Höhe entsprechen würde.

Magnetbänder zur Speicherung von Daten

Schon in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Magnetbänder in den Vereinigten Staaten eingeführt. Eine entsprechende Technologie wurde ab 1935 in Deutschland von der AEG und der I.G. Farben entwickelt, die in den Folgejahren zur Aufzeichnung analoger Tonsignale eingesetzt wurde. Anfangs bestanden diese aus beschichtetem Karton oder auch aus homogenen magnetisierbaren Stoffen. In den 50er und 60er Jahren dienten diese als Datenträger der elektronischen Datenverarbeitung bei den damaligen Großcomputern. Magnetbänder werden in vielen Formaten angeboten und sie werden auch in unseren Tagen noch zur digitalen Abspeicherung von Audio-, Video- und allgemein digitalen Daten für die EDV verwendet. Das Magnetband selbst ist ein analoger Datenträger, der normalerweise aus einem schmalen Band aus Kunststofffolie besteht. Diese ist mit einem magnetisierbarem Rohstoff, beispielsweise Eisen- oder Chromoxid beschichtet. Magnetbänder stellten die ersten maschinellen Datenträger dar, mit denen die Massenspeicherung von großen Datenmengen möglich wurde.

Mobile Datenträger: Diskette und CD-ROM

Die Diskette ist ein mobiler magnetisierbarer Datenspeicher, dessen wichtigste Komponente eine flexible Kunststoffscheibe ist, deren Beschichtung aus einem magnetisierbaren Stoff wie Eisenoxid besteht. Ein Gehäuse aus Kunststoff ummantelt die flexible Kunststoffscheibe und dient als Schutzverpackung, das abhängig von der Größe des Diskettentyps starr oder biegsam ist. Der englische Name der Diskette, „floppy disk“ oder kurz „floppy“, geht zurück auf die Biegsamkeit der Kunststoffscheibe. Im Unterschied zur Festplatte schleift bei einer Diskette der Schreib-/Lesekopf direkt auf der Oberfläche des Trägermediums. Ferner schleift auch das Trägermedium selbst am Kunststoffgehäuse, daher ist dieses oft mit Teflon oder einem anderen weichen Stoff verkleidet. Obwohl eine ganze Reihe dieser präventiven Maßnahmen vorgenommen werden, kommt es im Laufe der Lebensdauer einer Diskette zu einem deutlichem Abrieb, sodass bei längerer, ständiger Nutzung die Gefahr des Verlustes von Informationen besteht.

Compact Disc Read-Only Memory (zu Deutsch: nur-lese-Speicher) wird mit CD-ROM abgekürzt und steht für einen physikalischen, optischen Datenträger, der permanent digitale Daten speichern kann. Die Compact Disc kann neben der Funktion einer CD-ROM, also als ein Datenspeicher, auch als Audio-CD verwendet werden. Eine CD-ROM kann in der Regel 650 Megabyte, was etwa 74 Minuten Musik auf einer herkömmlichen Audio-CD entspricht, abspeichern.

Flash-Speicher – viele Daten auf engstem Raum

Im Allgemeinen werden unter Flash-Speichern, die auch als Flash-EEPROM bezeichnet werden, digitale Speicherchips verstanden, die besonders dann eingesetzt werden, wo die langfristige Speicherung von Daten erforderlich ist, ohne dass eine permanente Versorgungsspannung vonnöten ist. Ferner können Flash-Speicher eine hohe Datendichte zur Verfügung stellen, wodurch große Informationsmengen auf geringem Raum gespeichert werden können. Beispiele für Flash-Speicher sind:

  • Solid State Drives (Flash-Festplatten)
  • Speicherkarten für Digitalkameras, Handies, PDAs
  • MP3-Player
  • dauerhafte Speicherung bestimmter Einstellungen, die geändert werden können, z. B. BIOS.

DVD, HD DVD und Blue Ray

Mit DVD-ROM wird die englische Bezeichnung Digital Versatile Disc Read-Only Memory abgekürzt. Sie sind ein permanenter, optischer Datenspeicher für digitale Informationen. DVDs können durchaus mit einer CD verglichen werden, allerdings verfügen sie über eine wesentlich größere Speicherkapazität. Ferner werden auch DVDs mit zwei Datenschichten (Dual-Layer) angeboten, sodass auf diesen bis zu 9,4 Gigabyte Daten abgespeichert werden können. Die High Density Digital Versatile Disc, kurz HD DVD, ist eine Folgeentwicklung der DVD, die noch größere Datenmengen aufnehmen sollte. Die Blu-ray Disc (abgekürzt BD) ist die modernste im Handel befindliche Form eines digitalen, optischen Speichermediums. Neben der HD DVD galt die Blu-Ray Disc als möglicher Nachfolger der DVD und wird seit der Einstellung der Entwicklung und Herstellung des HD DVD Standards durch Toshiba als Gewinner im Wettlauf um das bestimmende Format gesehen.

Festplatten – immer kleiner, immer mehr Speicherplatz

Das Festplattenlaufwerk, das auch Festplatte oder Hard Disk, kurz HD, genannt wird, ist ein magnetisches Speichermedium der EDV. Bei der Festplatte werden die Daten auf die Oberfläche im Innern rotierender Scheiben geschrieben. Zu diesem Zweck wird die magnetische Beschichtung der Oberfläche der Platten entsprechend der abzuspeichernden Daten verändert. Die Speicherung der Information erfolgt durch die Restmagnetisierung und das Auslesen der Daten findet durch die Abtastung der Magnetisierung auf den Plattenoberflächen statt. Festplatten gehören im Unterschied zu sequenziell adressierbaren Datenspeichern wie Lochstreifen oder Magnetband zu den direkt adressierbaren Speichermedien. Bei den direkt adressierbaren Datenträgern ist kein linearer Durchlauf erforderlich, wenn eine bestimmte Speicherstelle angesteuert wird.

Die Festplatte ist in ihrer gut 50-jährigen Historie ständig kleiner, sicherer und schneller geworden. Wenn die frühen Modelle mit 24 Zoll und wenigen Megabyte Speicherplatz noch einen sehr großen Platzbedarf hatten, so besitzen die derzeit gängigen Festplatten nur noch eine Größe von 1,8, 2,5 oder 3,5 Zoll. In den größeren Desktop-PCs und Servern sind 3,5 Zoll Festplatten gebräuchlich, in Laptops werden in unseren Zeiten meist 1,8 oder 2,5 Zoll Festplatten verbaut. Darüber hinaus werden in Notebooks zunehmend stromsparende und verschleißfreie Solid State Drives, kurz SSD, eingesetzt. Diese sind weniger störanfällig als mechanische Festplatten, da sie aus Transistorschaltkreisen bestehen.

Die Geschichte der Datenträger dürfte noch lange nicht beendet sein. In den Forschungslabors werden längst Entwicklungen getestet, die die Datenspeicher der Zukunft noch kompakter machen und diese in Bezug auf die Abrufdauer der Daten verbessern.

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