Externe Speichersysteme: Aufbau, Typen & Formatierung

Definition Externe Speichersysteme

Externe Speichersysteme (Storage-Systeme) sind periphere Einheiten oder Geräte, über die die CPU mit der Außenwelt kommuniziert. Sie dienen als Massenspeicher oder Hilfsmittel, die Informationen dauerhaft speichern und automatisch wieder zugänglich machen können.

Struktur Externer Speichersysteme

Im Wesentlichen bestehen externe Speichersysteme aus zwei Teilen:

• Der mechanische Teil: Dieser wird im Wesentlichen von elektromechanischen Geräten mit mechanischen Elementen gebildet.
• Der elektronische Teil: Verantwortlich für die Interpretation der von der CPU kommenden Befehle, den Empfang oder die Übertragung von Daten und die Erzeugung von Steuersignalen.

Typen Externer Speichersysteme

Nach Technologie

Magnet-Technologie: Nutzt die Anwendung eines Magnetfeldes auf bestimmte Materialien, deren Partikel darauf reagieren, indem sie sich in eine bestimmte Position bewegen, um diese Datenpositionen darzustellen.

Optische Technologien: Ein Laser liest oder schreibt mikroskopisch kleine Vertiefungen (Pits) auf der Oberfläche eines Datenträgers. Das Hauptmerkmal optischer Geräte ist ihre Zuverlässigkeit.

Magneto-optische Technologien: Magneto-optische Geräte verwenden einen optischen Laser, ein Magnetfeld und einen Photodetektor zur Aufzeichnung von Daten. Sie zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aus. Magneto-optische Datenträger sind mit einem speziellen Material beschichtet, das magnetisiert werden kann, aber nur bei hoher Temperatur (ca. 150 Grad Celsius). Dies stellt sicher, dass die magnetische Ladung nicht durch normale Umgebungstemperaturen beeinträchtigt wird.

Nach Speicherart

Wiederverwendbar: Das Speichermedium kann beliebig oft beschrieben und gelöscht werden.

Nicht wiederverwendbar: Nachdem Informationen aufgezeichnet wurden, können sie nicht mehr geändert werden (z. B. WORM - Write Once Read Many).

Nach Zugriff

Sequenziell: Um auf bestimmte Daten zuzugreifen, müssen alle vorhergehenden Daten gelesen oder übersprungen werden.

Direkt (Zufällig): Es kann fast sofort auf beliebige Daten zugegriffen werden, unabhängig von ihrer Position.

Nach Systemposition

Intern: Das Laufwerk (Leser/Schreiber) ist im Inneren des Computers eingebaut.

Extern: Das Laufwerk (Leser/Schreiber) befindet sich außerhalb des Computers.

Nach Verbindung Medium/Laufwerk

Wechselbar: Das Speichermedium kann aus dem Laufwerk entnommen und gewechselt werden.

Nicht wechselbar: Das Speichermedium und das Laufwerk sind fest miteinander verbunden.

Encoder-Signale

Beispiele für Codierungsverfahren zur Signalübertragung:

1. RZ (Return to Zero)
2. RS (Return to Saturation)
3. BRZ (Bipolar Return to Zero)
4. NRZ (Non-Return to Zero)
5. NRZI (Non-Return to Zero Inverted)
6. PE (Phase Encoding)

Art der Formatierung

Physische (Low-Level) Formatierung: Besteht aus dem Schreiben von Spur- und Sektormarkierungen auf das Speichermedium.

Logische (High-Level) Formatierung: Organisiert die Sektoren so, dass sie vom Betriebssystem verwendet werden können (z. B. Dateisystem erstellen).

Master Boot Record (MBR)

Der Master Boot Record (MBR) enthält Informationen über die logische Struktur der Festplatte. Er ist der erste Sektor der Festplatte und speichert ein kleines Boot-Programm sowie die Partitionstabelle. Der MBR besteht aus 512 Bytes, die wie folgt aufgeteilt sind:

• 2 Bytes für die Signatur (Boot-Signatur)
• 64 Bytes für die Partitionstabelle
• 446 Bytes für den Bootloader

Partitionen

Partitionen sind Unterteilungen einer physischen Festplatte, die als separate logische Laufwerke behandelt werden können. Es gibt zwei Haupttypen von Partitionen:

• Primäre Partitionen: Können ein Betriebssystem enthalten und als aktive Partitionen markiert werden, von denen das System bootet. Eine Festplatte kann bis zu 4 primäre Partitionen haben.
• Erweiterte Partition: Enthält einen der vier möglichen Einträge in der Partitionstabelle. Innerhalb einer erweiterten Partition können beliebig viele logische Laufwerke definiert werden.

Festplatten

Die Festplatte ist eines der wichtigsten Speichermedien in einem Computer. Sie kann große Mengen an Informationen speichern, was für moderne Anwendungen unerlässlich ist. Physisch besteht eine Festplatte aus mehreren gestapelten Scheiben, die durch eine Spindel in einem Gehäuse verbunden sind.