Datenspeicher

Ein Datenspeicher () dient in der Datenverarbeitung zur Speicherung von Daten. Im engeren Sinne ist der Datenspeicher ein Element der Zentraleinheit eines Computers, das aus einer Vielzahl von Speicherzellen besteht und Arbeitsspeicher, Schnellspeicher und Register umfasst.

Begriffsklärungen

Datenträger/Speichermedium 
Im weiteren Sinne bezeichnet man mit Datenträger oder Speichermedium transportable Medien, die als Datenspeicher dienen
 für Unterhaltung (Musik, Sprache, Film etc.), die mit Hilfe Wiedergabegeräten abgespielt oder auch gespeichert werden (Bildträger, Tonträger) und zur Unterscheidung von Datenspeichern auch Wechseldatenträger genannt werden, und
 für digitale Daten jeglicher Art, die von Computern bzw. Computeranlagen oder Peripheriegeräten nur gelesen oder auch geschrieben werden.

Datenspeicher 
 Datenspeicher für elektronische Geräte:
 elektronische Bauteile (Halbleiterspeicher), die (oft eingebaut in elektronische Geräte) Daten speichern
 Datenträger bzw. Speichermedien, die nur mit elektronischen Geräten gelesen oder beschrieben werden können, aber keine Halbleiterspeicher sind
 Sonstige Datenspeicher:
 Schrift-/Printmedien (Bücher, Zeitungen, Papier, Glas, Tierhaut, Pergament, …)
 Bildträger (Leinwand, Teppich, Mikrofilm, Fotofilm, …)
 Tonträger (Schallplatten, Stiftwalzen, Magnetbänder (z. B. in Tonbandkassetten), …)

Speicherart/Speicherform 
 als Schrift, in der Sprache und Daten kodiert gespeichert sind; Sonderformen:
 Musik kann in Notenschrift festgehalten sein.
 Blindenschrift ist vor allem für haptische Wahrnehmung bestimmt.
 als (analoges) Bild, in dem ein (Ab-)Bild der realen oder der fiktiven Welt gespeichert wird: analoge Fotografien, Gemälde, Zeichnungen etc.
 als maschinell lesbare Kodierung (analog oder digital); es wird ein mechanisches, elektrisches oder elektronisches Gerät benötigt, um die Kodierung in eine für den Menschen verständliche physische Form zu wandeln:
 mechanische Wandlung: z. B. Schallplatte mittels Grammophon
 elektrische Wandlung: z. B. Musikkassette
 elektronische Wandlung: z. B. CD, DVD, USB-Stick

Nichttechnische Speicherung 
Der Mensch speichert die Information von Hand auf oder mithilfe eines Trägermaterials. Sie ist daher ohne technische Vermittlung direkt wieder lesbar. Die Speicherung erfolgt ohne technische Vermittlung, abgesehen von einfachen Hilfsmitteln zum Führen mit der Hand, wie Messer oder Pinsel. Natürlicherweise können alle festen Materialien Träger von Zeichen, Schriften und Bildern sein.

 Früher oder heutzutage gebräuchliche Materialien und Medien
 Papier (Blatt, Buch)
 Folien (Blatt)
 Kerbholz
 Rollen aus Papyrus und Pergament
 Tafeln aus Ton, Holz, Wachs, Stein (oft Schiefer)
 Stoffe und Webwaren (Bilder, Knotenschrift des Quipu)

Berühmte historische Beispiele sind: Teppich von Bayeux, Höhlenmalerei, Quipu, Abydos-Hieroglyphen und Schriftrollen vom Toten Meer

Technische Speicherung 
Die technische Speicherung umfasst alle Datenspeicher und Speichermedien, die nicht direkt mit den Sinnen gelesen oder eigenhändig erzeugt werden können. Es bedarf eines technischen Hilfsmittels, um die Daten zu speichern oder verständlich zu machen.

Fotografische Speicherung 
Chemo-optische Speicher, die durch einen chemischen Prozess Daten in Form von Lichtbildern (statischen und bewegten Bildern sowie Lichtton) speichern.

Die Speicherung auf Mikrofilm ist zurzeit immer noch die sicherste Archivierungsmethode. Zum Lesen ist nur ein Vergrößerungsgerät notwendig, Probleme mit der Dauerhaftigkeit von Formaten und Lesegeräten entfallen.

 Filme
 fotografische Papiere
 Mikrofilme
 Fotoleinen
 Fotoemulsion

Mechanische Speicherung 

Bei der mechanischen Speicherung werden die Daten großtechnisch mechanisch beschrieben, sie sind physisch (Vertiefungen bzw. Erhöhungen im Trägermaterial) auf das Speichermedium aufgebracht. Die gefertigten Speichermedien können nur gelesen werden. Beispiel: Eine CD-ROM entsteht durch einen Pressvorgang, als dessen Folge Vertiefungen (Pits) die Information tragen.

 Mechanischer Lesevorgang
 analoge Medien
 Phonographenwalze
 LP (Langspielplatte)
 Schellackplatte
 Tonsteuerungsträger
 digitale Medien
 Lochkarte
 Lochstreifen

 optischer Lesevorgang (Laser); nur bei „gepressten“ Medien – per Laser beschriebene Medien siehe „Optische Speicherung“.
 Digital oder Analog
 Laserdisc
 digitale Medien
 Compact Disc
 DVD
 Blu-ray Disc
 HD DVD

Elektronische Speicherung – Halbleiterspeicher 

Unter der elektronischen Speicherung sind alle Speichermedien zusammengefasst, die Informationen in oder auf Basis von elektronischen (Halbleiter-)Bauelementen speichern. Dabei werden heute ausschließlich größere Bauteile mit mehreren Tausend oder Millionen Speichereinheiten in einem Bauteil zusammengefasst (Speicherbaustein). In der Regel enthalten diese Bauteile auch Elektronik zum Steuern und Verwalten des Speichers und bilden so einen integrierten Schaltkreis (IC), oder sie sind wichtiger Bestandteil des eigentlichen Schaltkreises, z. B. als Register oder Cache. Letztere werden vor allem, wenn es sich um erweiterte eingebaute Speicherfunktion handelt, als eingebetteter Speicher (engl. embedded memory) bezeichnet. Um die Information physisch zu speichern, kommen verschiedene Mechanismen zum Einsatz und können nach der Charakteristik der Datenhaltung unterschieden werden:
 flüchtige Speicher, deren Informationen verloren gehen, wenn sie nicht aufgefrischt werden oder wenn der Strom abgeschaltet wird,
und
 nicht-flüchtige Speicher, die Information längere Zeit (mindestens Monate) ohne Anliegen einer Betriebsspannung behalten. Sie werden nochmals unterteilt in:
 permanente Speicher, in denen sich eine einmal gespeicherte oder festverdrahtete Information befindet, die nicht mehr verändert werden kann und
 semi-permanente Speicher, die Informationen permanent speichern, in denen aber Informationen auch verändert werden können.

Diese Klassen von elektronischen Speichern können die Speichertypen zugeordnet werden:
 flüchtige Speicher:
 DRAM, dynamisches RAM ()
 SRAM ()
 nicht-flüchtige Speicher:
 permanente Speicher:
 ROM ()
 PROM ()
 semi-permanente Speicher:
 EPROM ()
 EEPROM ()
 Flash-EEPROM (z. B. USB-Speichersticks)
 FRAM ()
 MRAM ()
 Phase-change RAM ()

Um elektronische Speichermedien lesen zu können, bedarf es auch technischer Hilfsmittel. Der Endanwender erhält daher die elektronischen Speichermedien in der Regel nicht als einzelnen Speicherbaustein, sondern bereits als kombiniertes Produkt:
 Im Fall von DRAM für die Anwendung als Arbeitsspeicher in Computern oder Peripheriegeräte werden mehrere Speicherbausteine auf einem Speichermodul kombiniert.
 Die für die Speicherung von Multimedia-Daten in mobilen Anwendungen beliebten Flash-Speicher kommen in vielfältigen, meist als Speicherkarte oder USB-Speicherstick ausgeführten Gehäusen, die neben dem eigentlichen Speicherbaustein auch Controller enthalten. Gleiches gilt für Solid-State-Drives, die ebenfalls Flash-Speicher nutzen, aber in einer anderen Gerätebauform mit anderen Schnittstellen geliefert werden.

Magnetische Speicherung 

Die magnetische Speicherung von Informationen erfolgt auf magnetisierbarem Material. Dieses kann auf Bänder, Karten, Papier oder Platten aufgebracht werden. Magnetische Medien werden (außer Kernspeicher) mittels eines Lese-Schreib-Kopfes gelesen bzw. beschrieben.
Es wird unterschieden zwischen rotierenden Platten(stapeln), die mittels eines beweglichen Kopfes gelesen bzw. beschrieben werden und nicht rotierenden Medien, die üblicherweise an einem feststehenden Kopf zum Lesen bzw. Beschreiben vorbeigeführt werden.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, ob auf dem Medium Daten üblicherweise analog, digital oder in beiden Formen gespeichert werden.

 magneto-elektronisch
 digitale Medien
 Kernspeicher
 nicht rotierende Speichermedien
 digitale Medien
 Magnetband (z. B. DLT, DAT, Tonband (digital), Videoband (digital))
 Magnetkarte
 Magnetstreifen
 Magnetblasenspeicher
 analoge Medien
 Tonband (Musikkassette)
 Videoband
 rotierende Speichermedien
 digitale Medien
 Trommelspeicher
 Platter (Festplattenlaufwerk)
 Diskette
 Wechselplatte z. B. Zip-Diskette

Da beim Schreiben lediglich Magnetfelder umgelegt werden, sind anders als bei Flash-Datenträgern die Anzahl der Schreibzyklen unbegrenzt. Die Lebensdauer (nicht zu verwechseln mit der Datenhaltbarkeit) magnetischer Datenträger wie Festplatten ist lediglich durch den Verschleiß mechanischer Bauteile beschränkt.

Optische Speicherung 
Zum Lesen und Schreiben der Daten wird ein Laserstrahl verwendet. Die optische Speicherung nutzt dabei die Reflexions- und Beugungseigenschaften des Speichermediums aus, z. B. bei (nichtgepressten) CDs die Reflexionseigenschaften und bei holografischen Speichern die lichtbeugenden Eigenschaften. Die Speicherform ist heute ausschließlich digital.

 Holografischer Speicher, Formate: HVD
 Nicht rotierende Speichermedien
 Optisches Band
 Tesa-Film

Nachfolgende Medien nur als jeweils „nichtgepresste“ Varianten (gepresste siehe oben „Mechanische Speicherung“):
 Laserdisc
 PD
 CD, Unterformate: Audio-CD, CD-ROM, CD-R, CD-RW, SVCD, VCD, MVCD
 DVD, Unterformate: DVD-Video, DVD-Audio, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD±R, DVD±RW
 DVD-Nachfolger: BD, HD DVD, UDO

Die langfristige Haltbarkeit von CD-ROM ist in Frage gestellt worden, als der Geologe Victor Cárdenes 2001 entdeckte,
dass ein spezieller Pilzbefall unter tropischen Bedingungen komplette CDs unbrauchbar machen kann.
In gemäßigten Breitengraden wurde das Phänomen bisher nicht beobachtet.
Es ist aber anzunehmen, dass es in Tropengebieten auf ähnliche Speichermedien wie DVD ebenfalls zutrifft.

Eine analoge optische Speicherung war der Lichtton alter Kinofilme, heute wird auch hier digital (wenngleich weiterhin optisch) gespeichert, sofern die Kinoprojektion nicht komplett auf digitales Kino umgestellt worden ist.

Magneto-Optische Speicherung 
Die Magneto-Optische Speicherung nutzt die Tatsache, dass einige Materialien oberhalb einer bestimmten Temperatur (Curie-Punkt) magnetisch beschreibbar sind. D. h. zum Schreiben wird das Medium punktuell aufgeheizt (meist mittels eines Lasers), und an dieser Stelle kann ein Magnetfeld dann die „Elementarmagnetchen“ ausrichten; beim Abkühlen fixiert sich ihr Zustand. Unterhalb dieser heißen Temperatur ist das Material kaum mehr ummagnetisierbar.
Der Speicherzustand kann optisch mit einem Laserstrahl ausgelesen werden, dabei wird der polare MOK-Effekt ausgenutzt. D. h. die aktuelle Ausrichtung der „Elementarmagnetchen“ an der Leseposition hat eine optische Auswirkung, welche zum Auslesen herangezogen wird – es wird also „magnetisch geschrieben“ aber „optisch gelesen“.

Siehe hierzu beispielsweise
 MiniDisc
 MO-Disk

Sonstige Speicherung 

 Laufzeitspeicher basieren auf dem Prinzip der Endlosschleife und sind daher nicht Speicher im eigentlichen Sinne. Die elektrischen Signale, die die zu speichernden analogen oder digitalen Daten enthalten, werden stark verlangsamt, zum Beispiel durch Umwandlung in akustische Signale. Bei der Rückwandlung werden dann dieselben Signale beliebig oft wieder in die Leitung eingespeist und können zu einem festen, periodischen Zeitpunkt auch wieder als ausgelesener Wert verwendet werden.
 Speicherröhren, die auf Kathodenstrahlröhren basieren, wie zum Beispiel die Williamsröhre oder das Selectron, funktionieren ähnlich nach dem Verzögerungsprinzip der Laufzeitspeicher. Die stromlose Verzögerung oder Verlängerung der Signale wird hierbei durch das Anregen der Atome in einer Lumineszenzschicht erreicht, die genügend lang nachleuchtet.
 Relaisspeicher haben im Laufe der Computergeschichte kaum eine Rolle gespielt, waren allerdings die Grundlage für den ersten funktionsfähigen Digitalrechner Zuse Z3 sowie einige seiner Nachfolgemodelle.
 biologische Speicher unter anderem mit der künstlichen DNA von Deinococcus radiodurans-Bakterien
 Molekularspeicher
 atomare Speicher

Weitere mögliche Untergliederungs-Kriterien 
 Speicherkapazität
 Datenübertragungsrate
 Zugriffszeit
 Zugriffsart: wahlfreier Zugriff oder sequentieller Zugriff
 Beschreibbarkeit: Schreib-Lese-Speicher oder Nur-Lese-Speicher
 Lebensdauer des Speichermediums
 Speicherform: Speicherung der Daten in digitaler oder analoger Form
 Mediumverwendung: Unterhaltungsmedien oder (Computer-)Datenmedien
 Verwendung elektronischer Lesegeräte/Schreibgeräte
 Lebensdauer der verwendeten elektronischen Lesegeräte/Schreibgeräte
 Datenformate
 Zeichenkodierung

Abgrenzung 
Datenspeicher und Datenträger werden manchmal als Synonyme angesehen, beide sind jedoch voneinander zu unterscheiden. Der Datenspeicher ist ein Element der Zentraleinheit eines Computers, das aus einer Vielzahl von Speicherzellen besteht und Arbeitsspeicher, Schnellspeicher und Register umfasst. Zur Unterscheidung von den in Computern eingebauten Festplatten werden die transportablen Datenträger auch Wechseldatenträger genannt.

Literatur 
 Horst Völz: Wissen – Erkennen – Information – Datenspeicher von der Steinzeit bis in das 21. Jahrhundert, Digitale Bibliothek, Band 159, Directmedia Publishing, Berlin 2007, ISBN 978-3-89853-559-5.

Weblinks 
 Historische Speichermedien im Museum, private Webseite, abgerufen am 7. November 2018
 Die Anfangsepoche der elektromagnetischen Speicherung 1952 bis 1961 – Fachartikel auf Storage-Insider.de

Einzelnachweise / Anmerkungen 

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