Computerspeicher und Datenträger: Grundlagen, Typen und Funktionen
Computerspeicher und Datenträger im Überblick
Hauptspeicher (Arbeitsspeicher)
Der Hauptspeicher ist der Speicher, in dem Programme ausgeführt und Daten verarbeitet werden. Er ist flüchtig, das heißt, die gespeicherten Daten gehen beim Abschalten verloren. Der RAM-Speicher ist elektrisch aufgebaut.
Sekundärspeicher
Der Sekundärspeicher dient der dauerhaften Speicherung von Programmen und Daten. Er ist nicht flüchtig und arbeitet mit elektrischen, magnetischen oder optischen Verfahren.
Magnetische Speicher
- Festplatte (HDD): Hohe Kapazität, schnelle Drehzahl, mehrere Platten mit Schreib-Lese-Köpfen. Die Daten werden intern gespeichert.
- Diskette: Geringe Kapazität, langsame Drehzahl, eine Speicherplatte mit fester Dichte.
- Magnetband: Magnetisches Speichermedium mit Lese-/Schreibkopf, Daten werden sequenziell gespeichert.
Optische Speicher
Optische Medien (CD, DVD, Blu-ray) besitzen eine spiralförmige Spur aus Pits und Lands. Ein Laser liest die Daten aus. Alle Sektoren haben dieselbe Größe, die Drehzahl ist variabel.
- CD-ROM: bis zu 52-fache Lesegeschwindigkeit
- CD-R: einmal beschreibbar
- CD-RW: mehrfach beschreibbar
- DVD: Varianten DVD-5 (eine Schicht), DVD-9 (zwei Schichten), DVD-10 (zwei Seiten), DVD-18 (zwei Seiten und zwei Schichten)
- Blu-ray: Kapazität von 25 GB pro Schicht, hohe Effizienz und Datensicherheit
Elektrische Speicher
- ROM: Nur-Lese-Speicher
- PROM: programmierbar, einmal beschreibbar
- EPROM: löschbar und neu programmierbar
- EEPROM: elektrisch löschbar und programmierbar
- Flash-Speicher: elektrisch programmierbar, blockweise gelöscht, zum Beispiel in USB-Sticks, Speicherkarten (SD, microSD) und MP3-/MP4-Playern
Grafik- und Audiodaten
Bildauflösung und Farbtiefe
Ein Bild besteht aus Pixeln. Die Auflösung wird als Anzahl der Pixel in horizontaler und vertikaler Richtung angegeben. Die Farbtiefe ergibt sich aus der Anzahl der Bits pro Pixel. Die benötigte Speichergröße berechnet sich aus Auflösung mal Farbtiefe.
Audio-Abtastung
Ein Audiosignal wird mit einer Abtastrate (Frequenz in Hz) und einer Auflösung (Bit pro Abtastwert) digitalisiert. Eine CD-Audioaufnahme verwendet 44.100 Abtastwerte pro Sekunde mit 16 Bit pro Kanal.
Der Prozessor
Aufbau und Funktionen
Der Prozessor führt Befehle aus und steuert die Interaktion mit dem Speicher.
- Steuerwerk (Control Unit): Holt Befehle aus dem Speicher und steuert deren Ausführung.
- Rechenwerk (ALU): Führt arithmetische und logische Operationen aus.
- Register: Sehr schneller Speicher innerhalb des Prozessors.
- Bus: Verbindet die Komponenten des Prozessors und den Hauptspeicher.
- Cache: Schneller Zwischenspeicher zwischen Prozessor und Hauptspeicher.
- Core: Verarbeitungseinheit mit eigenem Rechenwerk, Steuerwerk und Registern. Moderne Prozessoren besitzen mehrere Cores.
Die Anzahl der Transistoren und die Strukturbreite bestimmen maßgeblich die Leistungsfähigkeit eines Prozessors.