Grundlagen der Datenspeicherung: Festplatten und RAM

1. Grundlagen der Datenspeicherung

Speichermedien ermöglichen die dauerhafte Sicherung von Daten und Programmen, die bei Bedarf abgerufen, geändert oder neu gespeichert werden können. Zentrale Komponenten sind hierbei Mikrocomputer-Systeme.

Schnittstellen

Die IDE-Schnittstelle ist der Standard für Festplatten sowie CD/DVD-Laufwerke und ermöglicht den Anschluss von bis zu vier Geräten an ein Motherboard. Die SCSI-Schnittstelle wird hingegen primär im professionellen Bereich eingesetzt. Zudem gewinnen Flash-Laufwerke aufgrund ihrer stetig wachsenden Speicherkapazität zunehmend an Bedeutung.

2. Physikalische und logische Struktur

Die Struktur von Speichermedien unterteilt sich in zwei Bereiche:

• Physikalische Struktur: Beschreibt die physische Anordnung des Speichermediums.
• Logische Struktur: Definiert, wie Informationen auf dem Datenträger organisiert sind.

Wichtige Komponenten der logischen Struktur

• FAT (File Allocation Table): Verwaltet die Position jedes belegten Speicherplatzes.
• Root-Verzeichnis: Enthält alle Daten, Dateien und Ordner.
• Dateiumgebung: Der Bereich, der ca. 98 % des gesamten Speicherplatzes für Benutzerdaten einnimmt.

3. Aufbau einer Festplatte

Eine Festplatte besteht aus magnetisch beschichteten Platten. Daten werden in konzentrischen Kreisen, den sogenannten Tracks (Spuren), gespeichert, die wiederum in 512-Byte-Sektoren unterteilt sind.

Funktionsweise

Festplatten enthalten mehrere gestapelte Scheiben, die mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 9600 U/min) rotieren. Eine Leiterplatte auf der Unterseite übersetzt Befehle in elektrische Spannung, die die Lese-/Schreibköpfe über die Oberfläche bewegen.

4. Physikalische Details und Betrieb

Die Lese-/Schreibköpfe schweben in minimalem Abstand über der Oberfläche, ohne diese physisch zu berühren. Da Festplatten hermetisch versiegelt sind, darf kein Staub eindringen, da dies die magnetische Oberfläche beschädigen würde.

Schreib- und Lesevorgang

• Schreiben: Daten werden durch einen elektromagnetischen Impuls auf die Oberfläche übertragen, der die magnetische Ausrichtung ändert.
• Lesen: Der Prozess basiert auf der Umkehrung: Variationen des Magnetfeldes induzieren eine Spannung im Elektromagneten, wodurch Bits (0 oder 1) erkannt werden.

5. RAM (Arbeitsspeicher)

Der RAM besteht aus tausenden Zellen, die elektrische Ladungen speichern können. Jede Zelle repräsentiert 1 Bit (0 oder 1).

Steuerung und Typen

Der Memory Controller (MCC) verwaltet den Zugriff, die Adressierung sowie die Refresh-Zyklen. Man unterscheidet zwei Haupttypen:

• SRAM: Sehr schneller Speicher, meist als Cache verwendet.
• DRAM: Geringere Geschwindigkeit, nutzt Kondensatoren zur Speicherung, die regelmäßig neu geladen werden müssen.