Kapitel 3: Netzwerkspeicher dimensionieren

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In diesem Kapitel werden Sie ...

... Speichertechnologien und -medien unterscheiden.
... Speichermaßeinheiten umrechnen.
... Größen von Bild- und Videodateien bestimmen.
... Übertragung von Daten berechnen.
... RAID-Level unterscheiden.
... die Energieeffizienz berechnen.
... einen Netzwerkspeicher auswählen.

Handlungssituation

Das Unternehmen Yoel.de AG hat bei der Change IT GmbH einen Netzwerkspeicher angefragt. Der zuständige Außendienst hat nach dem Gespräch mit dem Kunden eine Gesprächsnotiz für die Vertriebsabteilung geschrieben, um alle Anforderungen zur Datensicherheit, den verwendeten Technologien, der Energieeffizienz und weiterer Bedingungen an das System zusammenzufassen. Sie sollen sich auf Basis einer Vorauswahl für ein passendes Gerät entscheiden.

NAS mit Notebook

Informationsmaterial M|3.0: Gesprächsnotiz zu Yoel.de AG

Betrifft: Videokonferenz vom 01.10.
Zu erledigen: Auswahl für einen Netzwerkspeicher treffen

Hallo Zusammen,

ich habe mich in einer VK mit dem Kunden Yoel.de AG ausgetauscht. Aktuell gibt es dort ein Projekt zur Dokumentation der neuen Geschäftsprozesse und dem Anlegen von Leitfäden. Diese sollen im betriebsinternen Netzwerk bereitgestellt werden. Hierfür sollen wir einen Netzwerkspeicher anbieten.

Anforderungen an die Speichertechnologie
- Optimum von Kapazität und Preis
- verlässlich und langlebig
- Geschwindigkeit ist für den Anwendungsfall nicht ausschlaggebend
Anforderungen an die Speicherkapazität
- Video-Tutorials der Geschäftsprozesse liegen vor, die konkreten Datenmengen müssen noch bestimmt werden
- erste Schätzung: 18 TB zu realisierende Nettospeicherkapazität
Anforderungen an die Übertragungsraten
- relativ große Videodateien, daher angemessen schnelle Bandbreite berücksichtigen
- redundante Netzwerkschnittstelle wünschenswert
Anforderungen an die Datensicherheit
- Die Daten sollen gegen Festplatten-Ausfall eines Laufwerks gesichert werden
- Datensicherheit darf sich nicht zu sehr negativ auf die Nettospeicherkapazität auswirken
Weitere Anforderungen
- Im Rahmen der Neuausrichtung hat sich Yoel.de AG selbst zu mehr Umweltbewusstsein verpflichtet. Es ist in System auszuwählen, welches in der Energieeffizienz diese Ausrichtung berücksichtigt.
- Vor Ort sind alle 19"-Racks voll bestückt, ein separates Gerät soll ausgewählt werden.

Ich habe aus dem System die NAS-Datenübersicht als Vorauswahl beigefügt. Bitte senden Sie dem Kunden einen Produktvorschlag zu und setzen Sie mich mit in Kopie.

Danke und bis die Tage!

Z. Andersen

Informationsmaterial M|3.1: Vorauswahl der Change IT-NAS-Systeme

Auszug aus dem Produktkatalog der Change IT:

Merkmal	NAS Basis	NAS Advanced	NAS Expert	NAS Serv Plus
Betriebsmodi	JBOD, RAID 0, RAID 1	JBOD, RAID 0, RAID 1, RAID 5	JBOD, RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10	JBOD, RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6, RAID 10
Ethernet-Port	1x 1 Gbit/s	1x 2,5 Gbit/s	2x 2,5 Gbit/s	2x 5 Gbit/s
Gerätetyp	Standalone	Standalone	Standalone	19"-Rackmount
Anzahl Laufwerke	2 x 2,5" oder 3,5" SATA	4 x 2,5" oder 3,5" SATA	4 x 2,5" oder 3,5" SATA	8 x 2,5" oder 3,5" SATA
Laufwerkstypen	HDD	SSD oder HDD	SSD oder HDD	SSD oder HDD
Max. Laufwerksgröße	5.587,94 GiB	7,28 TiB	16 TB	16,37 TiB
Energieverbrauch in Voll-Betrieb	12 W	50 W	60 W	90 W
Energieverbrauch im Festplattenruhestand	8 W	8 W	10 W	10 W
Energieverbrauch im Standby	1 W	1000 mW	2 W	5 W
...	...	...	...	...

Kompetenz 3.0: Speichertechnologien und -medien auswählen

Auf Basis der Gesprächsnotiz und der durch den Kollegen Herrn Andersen getroffenen Vorauswahl ist ein IT-System zu dimensionieren. Im ersten Schritt sollen unterschiedliche Speichertechnologien beleuchtet werden, um ein passendes Medium für die vorliegende Kundenanfrage von Yoel.de AG zu erhalten.

Verschiedene Speichermedien

Arbeitsauftrag A|3.0: Auswahl eines Speichermediums

Gehen Sie auf den Kundenauftrag ein:

Aufgabe 1

Was sind die Wünsche des Kunden Yoel.de AG bezüglich der Speichertechnologie?

Aufgabe 2

Erstellen Sie ein Schaubild zu den Eigenschaften und je zwei Vor- und Nachteilen der vier Arten der Speichertechnologien. Führen Sie außerdem beispielhaft den Technologien zuordenbare Speichermedien auf.

Aufgabe 3

Treffen Sie anhand Ihrer Zusammenstellung und auf Basis der NAS-Übersicht in der Vorauswahl eine sinnvolle und begründete Auswahl eines Speichermediums für die Kundenanfrage von Yoel.de AG.

Informationsmaterial M|3.2: Speichertechnologien

TODO kürzen und SAS / SATA aufnehmen

Einleitung

Informationen und Daten sind flüchtiger Natur, wenn man sie nicht rechtzeitig speichert. Im stromabhängigen Zentralspeicher der Zentraleinheit können Informationsbestände und Programme nicht über längere Zeit aufbewahrt werden.

Es ist daher erforderlich, externe Speichergeräte bereitzuhalten, um Programme und Daten dauerhaft zu speichern. Überwiegend werden heute fünf verschiedene Gerätetypen verwendet: Magnetplattenspeicher, Magnetbandspeicher, Halbleiterlaufwerke, Flash-Speicher und optische Speicher.

Durch die Wahl des richtigen Speichergeräts wird die Leistungsfähigkeit des Computersystems ganz entscheidend mitbestimmt. Bei der Auswahl der Speichereinheit sollte daher nicht nur der Preis berücksichtigt werden, sondern auch die Speicherkapazität und ihre Ausbaufähigkeit, die Schnelligkeit des Datenzugriffs und der Datenübertragung, die Austauschbarkeit und der Energieverbrauch sollten bedacht werden.

Speichergeräte mit magnetischen Datenträgern

Der magnetische Datenspeicher besteht aus einem Datenträger, der aus einem magnetisierbaren Material besteht. Das kann auf Bänder, Karten, Papier oder Platten aufgebracht werden. Der Datenträger wird dann mittels einem Lese-Schreib-Kopf gelesen und beschrieben.

Typischerweise wird das Speichermedium im Datenträger gedreht oder rotiert, während der bewegliche oder unbewegliche Lese-Schreib-Kopf über das Speichermedium geführt wird. Die Daten können auf dem Speichermedium sowohl digital als auch analog gespeichert werden.

Festplattenlaufwerk

Ein externer Speicher mit sehr großer Speicherkapazität, ist die Festplatte, auf der das Betriebssystem, umfangreiche Anwendungsprogramme und Daten gespeichert werden. Die Festplatten bestehen aus einem starren unflexiblen Material (z.B. Aluminium), das mit einer magnetisierbaren Schicht überzogen ist. Sie heißen Festplatten, weil sie nicht ausgetauscht werden können, sondern fest im Laufwerk montiert sind. Sie lassen sich platzsparend und relativ einfach in den PC einbauen, natürlich auch nachträglich.

Bei einem Festplattenlaufwerk berühren die Schreib-/Leseköpfe nicht die Plattenoberfläche, sondern schweben auf einem Luftkissen, dass durch die hohe Umdrehungszahl (bis zu 10.000 U/Min.) entsteht. Die Schreib-/Leseköpfe bewegen sich dann in einem Abstand von wenigen tausendstel Millimetern mit einer hohen Geschwindigkeit über der Plattenoberfläche. Aus diesem Grund darf eine laufende Platte keinen harten Stößen ausgesetzt werden, um einen mechanischen Kontakt der Schreib-/Leseköpfe mit der Plattenoberfläche zu vermeiden. Solche Kollisionen, die man als Headcrash bezeichnet, beschädigen die Magnetschicht und führen zu Datenverlust.

Bevor Magnetfestplatten zur Speicherung von Software verwendet werden können, müssen sie formatiert werden. Über die Formatierung, die mithilfe eines speziellen Programms des Betriebssystems erfolgt, wird die Platte in Spuren und Sektoren unterteilt. Bei der Installation des Betriebssystems kann der Anwender die Platte in mehreren Partitionen (Bereiche) aufteilen, um auf diese Weise Systemsoftware und Anwendungssoftware mit den zugehörigen Daten voneinander getrennt auf der Platte abzulegen.

Magnetplatten bestehen aus runden Aluminiumscheiben, die beidseitig mit einem hochempfindlichen magnetisierbaren Material beschichtet sind, auf dem die Daten gespeichert werden. Mehrere Platten, die auf einer Spindel übereinander angeordnet sind, werden Plattenstapel genannt.

Jede dieser Platten ist in Spuren und Sektoren aufgeteilt, allerdings ist die schreibt Dichte erheblich höher als bei Disketten, sodass bei gleichem Durchmesser deutlich mehr Spuren und Sektoren aufgezeichnet werden können.

Für jede Magnetplattenseite ist ein separater Schreib-/Lesekopf vorgesehen. Alle Köpfe sind an einem horizontal beweglichen Arm befestigt. Durch konstante Bewegung der Magnetplatten um ihre Achse kann jeder Sektor einer Spur äußerst schnell im direkten Zugriff erreicht werden. Die Zugriffszeit auf die Daten liegt unter zehn Millisekunden. Beim Zugriff befinden sich immer alle Köpfe auf der gleichen Spur der untereinanderliegenden Platten, wobei sich immer nur ein Kopf in Aktion befindet. Die genau untereinanderliegenden Spuren eines Plattenstapels mit der jeweils gleichen Spurnummer, die sich mit einer Einstellung des Arms erreichen lassen, nennt man Zylinder.

Es gibt verschiedene Festplattentechnologien, am weitesten verbreitet sind SATA-Festplatten (auch Serial ATA oder SATA). Die Abkürzung SATA steht für Serial Advanced Technology Attachment. Diese Technologie wurde zunächst für den Datentransfer zwischen Prozessor und Festplatte entwickelt, kurze Zeit später auch für den Anschluss weiterer Geräte über die externe Schnittstelle eSATA (external SATA). Ältere Rechner arbeiten noch mit Enhanced-IDE-Platten. Die Abkürzung IDE steht für Integrated Disk Environment. Etwas teurer, dafür aber auch leistungsfähiger sind die SCSI-Festplatten (Abkürzung für Small Computer System Interface).

HDD

Mobile Festplatte

Aufgrund der flexiblen Einsatz- und Transportmöglichkeiten liegen mobile Festplatten zunehmend im Trend. Sie sind mit unterschiedlichen Zoll-Größen (bspw. 2,5‘‘ und 3,5‘‘) verfügbar und können sowohl in der Tasche als auch am Arbeitsplatz bequem und platzsparend aufbewahrt werden. Über die Schnittstellen USB (z.B. USB 3.0) oder FireWire wird die Verbindung mit dem PC oder Laptop hergestellt.

Mobile Platten stellen durch die sehr große Speicherkapazität von bis zu 8 Terrabyte und die hohen Datenübertragungsraten (USB 3.0 mit 640 Megabyte/s im Vergleich zu USB 2.0 mit 60 Megabyte/s und eSATA mit 375 Megabyte/s) ein ideales Backup-Medium zur Archivierung und Datensicherung dar.

mobile HDD

Magnetbandspeicher, Magnetband

Zur Sicherung von umfangreichen Datenbeständen bietet sich als preiswerte Möglichkeit der Einsatz von Magnetbandspeichern (Streamer) an. Das sind Geräte, die mit sehr hoher Geschwindigkeit die Daten von der Festplatte auf eine spezielle Magnetband-Kassette schreiben. Das Band selbst ist 1/4 Zoll bereit und in neun Spuren eingeteilt, die parallel zur Laufrichtung angeordnet sind.

Den Streamer gibt es zum festen Einbau in dem PC oder als separates Laufwerk. Die Handhabung des genauso einfach wie bei einem Kassettenrekorder. Magnetbänder bestehen aus einer Kunststofffolie von unterschiedlicher Breite mit einseitig aufgetragener Magnetschicht, auf der die Daten gespeichert werden. Sie werden ausschließlich zur Archivierung, zur Datensicherung und zum Datenaustausch eingesetzt, weil sie keinen direkten Zugriff auf bestimmte Datensätze zulassen. Der Zugriff auf die Daten erfolgt bei einem Magnetband sequenziell, d.h., die Daten werden nacheinander in der Reihenfolge ihrer Aufzeichnung gelesen.

Nach der Art des Aufzeichnungsverfahrens unterscheidet man zwischen analogen und digitalen Magnetbändern. Bei der analogen Neunspuraufzeichnung werden acht Bit und ein Prüfbit gleichzeitig in einer Reihe quer zur Bahnrichtung aufgezeichnet. Je nach Bandlänge kann auf diesen Halbzollbändern eine Kapazität von mehreren Terabyte gespeichert werden.

Eine ganz andere Technik verwenden Streamer, die beispielsweise mit der DAT- oder DLT-Technologie arbeiten. Die Daten werden hier entweder schräg zur Bandachse oder blockweise über die Aufzeichnungsspuren versetzt in digitalisierter Form auf das Band geschrieben. Auf einer DLT-Kassette können bis zu 1.000 Gigabyte gespeichert werden. Magnetbänder verwendet man hauptsächlich dann, wenn sehr große Datenbestände langfristig archiviert oder komplette Festplatteninhalte gesichert werden sollen (Backup).

Magnetband

Quelle: http://2014.kes.info

Speichergeräte mit elektrischen Datenträgern

Halbleiterspeicher dient sowohl der zeitlich begrenzten als auch der unbegrenzten Aufbewahrung von Daten, Zuständen und Programmen in Form von digitalen Signalen.

Elektronische Datenspeicher fassen Halbleiterbauelemente, vorwiegend Transistoren, zu integrierten Schaltkreisen zusammen, um Daten und Informationen zu speichern. Dazu werden spezielle nicht-leitende Materialien, wie zum Beispiel Silizium, gezielt verunreinigt, um sie unter bestimmten Bedingungen in einen leitenden oder nicht-leitenden Zustand zu versetzen.

Flash-Speichermedien

Flash-Speicher (Blitz-Schreib-Lese-Speicher, elektrisch lösch- und beschreibbare Halbleiterspeicher) sind SSD-Speichermedien mit nichtflüchtigen, gepufferten Bausteinen, die aufgrund ihrer geringen Größe, der relativ großen Speicherkapazität und der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten für einen breit gestreuten Anwenderkreis inzwischen unverzichtbar geworden sind. Die Produktpalette der Flash-Speicher reicht vom sogenannten Memorystick, auch unter den Bezeichnungen Flash Drive, Jump Drive, Mini Drive oder Speicherstick bekannt, bis hin zu diversen Flash-Speicherkarten (compact flash cards).

Der Memorystick ist praktisch Datenträger und mobiles Speicherlaufwerke zugleich, dass ohne Zusatzgerät mit der sonst üblichen Mechanik Daten über einen längeren Zeitraum speichern kann. Der Stick wird einfach an die USB-Schnittstelle des Rechners gesteckt, über die er die Stromversorgung erhält, und unmittelbar darauf vom Betriebssystem als externes Laufwerk erkannt (Plug and Play, also kein Treiber erforderlich).

Der USB-Stick eignet sich hervorragend für die mehr oder weniger spontane Speicherung von Daten jeder Art, für den Datenaustausch von Rechner zu Rechner oder für den Vor-Ort-Anwender-Service (z.B. Überspielen von Treibern, Dokumenten, etc.).

Speicherkarten werden überwiegend im Multimedia-Bereich eingesetzt, und zwar als Datenträger in mobilen Geräten wie digitale Kamera oder MP3 Player. Speicherkarten sind aber auch in Diktiergeräten oder dem Raspberry Pi anzutreffen. Die folgende Tabelle beschreibt einige gängigen Speicherkarten:

Speicherkarte	Spezifikation
Compact Flash Card (CF)	wiederbeschreibbare Karte, Lesen mit 7 Mbit/s, Schreiben mit 2 Mbit/s
Multi Media Card (MMC)	Karte mit nicht-flüchtigen Halbleiter-Chips; über den integrierten Controller ist ein Passwort-Schutz möglich.
Secure Digital Card (SD)	Karte mit nicht-flüchtigen Halbleiter-Chips; Daten können verschlüsselt abgelegt oder auch in nicht geschützte Bereiche gespeichert werden; zusätzlicher mechanischer Schreibschutz, Lesen mit 18 Mbit/s, Schreiben mit 8 Mbit/s
Secure Digital Card High Capacity (SDHC)	Speicherkarte mit großer Kapazität (bis 512 GB), Lesen mit 24 Mbit/s, Schreiben mit 21 Mbit/s
microSDHC Card	Erweiterungskarte zur SD-Karte über SD-Adapter für Digitalkameras, Camcorder, eBook-Reader, Tablets und Smartphones
Smart Media Card (SM)	wiederbeschreibbare Karte auf Basis von Flash-Speicherbausteinen; sehr geringes Gewicht

SSD-Speichermedien

Mit magnetisierbaren Oberflächen ausgestattete Festplatten bieten dem Anwender heute zwar sehr große Kapazitäten (z.B. 8 Terrabyte), sind jedoch aufgrund der mechanischen Arbeitsweise der Rotations- und Schreib-/Lese-Zugriffstechnik stoßempfindlich und unterliegen im jahrelangen Einsatz auch einem gewissen Verschleiß. Die Technologie der SSD (Solid State Drive) setzt im Vergleich zu den mechanischen Teilen der Magnetplattenlaufwerke auf den Einsatz von festen Halbleiterbausteinen. Da diese Speicher auf bewegliche Teile gänzlich verzichten, ist die Bezeichnung "Drive" für Laufwerk eigentlich eher irreführend. Diese besitzen gegenüber den Magnetplatten nicht nur den Vorteil, dass sie sehr robust und unempfindlich sind, sondern auch sehr kurze Zugriffszeiten erlauben und darüber hinaus völlig geräuschlos arbeiten.

Gegenwärtig sind SSD-Speicherlaufwerke deutlich teurer als herkömmliche Magnetplattenlaufwerke, auch die Kapazitäten der SSD-Speichermedien erreichen noch nicht die der gegenwärtig im Einsatz befindlichen magnetischen Festplatten. Es ist die Speicher sind aufgrund ihrer geringen Größe auch sehr gut geeignet für den mobilen Einsatz, beispielsweise in MP3-Playern oder als Flash-basierte SSD in USB-Sticks.

Keine Panik: Wenn Sie Ihre SSD "normal" verwenden, dürfte sie kaum an die Grenze der Belastbarkeit kommen. Dennoch: Je öfter Sie auf die Flash-Zellen einer Solid State Disk schreiben, desto schneller erreicht sie das Ende der Lebensdauer. Durch Schreibzyklen werden diese Zellen quasi abgenutzt. Je nach SSD-Modell und Speichertype hält jede einzelne Zelle zwischen 1.000 und mehreren zehntausend Schreibvorgänge aus, bevor sie an die Grenze der Belastbarkeit stößt. Dabei liegen TLC-Modelle bei rund 1.000, MLC-Speicher bei 3.000 und die selten genutzten SLC-Speicher bei bis zu 100.000 Vorgängen. Seit den ersten SSDs hat sich zudem technisch einiges getan. So sorgt beispielsweise "Wear Leveling", das viele moderne SSDs unterstützen, für eine gleichmäßige Beschreibung aller verfügbaren Flash-Zellen. Dadurch wird verhindert, dass einzelne Blöcke immer wieder beschrieben und andere wiederum gar nicht genutzt werden.

SSD

Quelle: http://praxistipps.s3.amazonaws.com

Speichergeräte mit optischen Datenträgern

Sehr große Speicherkapazitäten bieten auch die optischen Speicher. Sie bestehen aus festen Kunststoffscheiben und einer speziellen Beschichtung, die auf optische Einwirkung reagiert. Fünf unterschiedliche Versionen sind derzeit auf dem Markt: die CD-Rom, die WORM, die MOD, die DVD und die Blu-Ray-Disc.

CD-Rom

Die CD-ROM ist ein Massenspeicher mit 650 bis 879 MByte Speicherkapazität. Als Vorlage diente die Compact-Disc (CD), die bereits Anfang der 80er Jahre als digitales Medium für Musik entwickelt wurde.

Im aufkommenden Multimedia-Zeitalter wurde es nötig die umfangreichen Computerdaten sinnvoll zu speichern. Dazu reichte die alte Diskette mit 1,4 MByte nicht mehr aus. Mit der Musik-CD war bereits ein zuverlässiger Datenträger für digitale Daten auf dem Markt. Somit war es naheliegend die Compact Disc als Speichermedium auch in der Computertechnik einzusetzen.

Der Durchmesser einer CD-ROM beträgt 12 cm. Die CD besteht aus Polycarbonat mit einer Dicke von 1,2 mm. Darin liegt eine reflektierende Aluminiumschicht. Sie ist einseitig mit Daten beschrieben und hat eine Speicherkapazität von 650 MByte bzw. 74 Minuten Abspielzeit.

Die Daten sind auf einer spiralförmigen, von innen nach außen, führenden Spur in Vertiefungen gespeichert. Diese Vertiefungen werden Pits (Täler) genannt. Sie sind 0,2 µm tief, 0,6 µm breit und maximal 0,9 µm lang. Der Abstand zwischen den Spuren beträgt 1,6 µm. Die Zwischenräume zwischen den Pits werden Lands genannt.

Die Laserdiode erzeugt einen Laserstrahl, der zusätzlich durch eine Linse gebündelten wird. Dieser Laserstrahl trifft auf die Unterseite der CD-ROM, durchdringt die Schutzschicht und trifft auf die Aluminium-Schicht. Dort wird er reflektiert. Das Prisma leitet den Laserstrahl zur Fotozelle weiter. Der Laserstrahl, der die Fotozelle trifft, erzeugt eine geringe elektrische Spannung. Trifft der Laserstrahl auf einen Übergang zwischen Pit und Land, dann wird der Laserstrahl abgelenkt, was eine andere elektrische Spannung in der Fotozelle verursacht. Auf diese Weise entsteht eine Reihe von Einsen und Nullen.

Eine Audio-CD wird mit einer konstanten Datenrate von 150 kByte/s ausgelesen. Dieser Datendurchsatz wird mit "1x" bezeichnet. Laufwerke, die einen 52-fachen Datendurchsatz haben, erreichen 7800 kByte/s. Diese Angabe bezieht sich auf den maximalen Datendurchsatz. Jede CD-ROM erhält im Laufe der Zeit und durch unsachgemäße Behandlung fehlerhafte Stellen (Kratzer, Risse). Diese Stellen bringen ein CD-ROM-Laufwerk zum häufigen Wiederholen des Lesevorgangs mit reduzierter Geschwindigkeit. Arbeitet die Fehlerkorrektur gut, sind diese Vorgänge seltener. Wobei sich das positiv auf die Lesegeschwindigkeit auswirkt.

Quelle: http://1.bp.blogspot.com

DVD

Die DVD ist ein Massenspeicher, ähnlich wie die CD-ROM. Mit einer Speicherkapazität von 4,7 GByte (Single Layer) bzw. 8,5 GByte (Dual Layer) konnten viel mehr Daten gespeichert werden, als auf einer CD-ROM. Parallel dazu wurden beschreibbare und wiederbeschreibbare DVD-Varianten entwickelt. Ursprünglich stand DVD für Digital Video Disc. Ein Großteil der Anwendungen liegen jedoch im Computerbereich. Daher ist heute die korrekte Bezeichnung Digital Versatile Disc.

Die Daten auf einer DVD werden in Erhöhungen (Pits) und Vertiefungen (Lands) in der Reflektionsschicht gespeichert. Der Übergang von einem Pit zu einem Land bzw. umgekehrt wird als logische 1 gewertet. Findet kein Wechsel statt, wird das als logische 0 gewertet. Um mehr Daten auf ein gleich großes Medium wie die CD unterzubringen, werden die Pits und deren Abstand zueinander verkürzt und die Daten auf vier übereinanderliegende Schichten verteilt. Dadurch entsteht ein Speichermedium, das bis zu 17 GByte speichern kann. Um die kleineren Pits lesen zu können, ist die Wellenlänge des roten Lasers auf 635 nm bzw. 650 nm verkürzt. Zum Vergleich: die CD-ROM wird mit einem infraroten Laser und einer Wellenlänge von 780 mm gelesen.

Der Durchmesser einer DVD beträgt 12 cm oder 120 mm. Die Scheibe ist 1,2 mm dick und wiegt zwischen 13 und 20 Gramm. Das Loch in der Mitte muss mindestens 15 mm groß sein. Es darf nicht enger, aber 0,15 mm weiter sein.

Die Speicherkapazitäten einer DVD sind eine Vorgabe der Filmindustrie. Diese geht von einer Standardlänge pro Film von 135 Minuten aus. Durch Addieren der Datenrate pro Sekunde kommt man mit Bild und Ton in mehreren Sprachen und Untertitel auf 4,69 MBit. In der Minute sind das 281,4 MBit. Bei 135 Minuten ergibt das eine Datenmenge von ca. 38 GBit, was umgerechnet etwa 4,7 GByte entspricht. Das ist die Speicherkapazität einer DVD-5 (Single Layer). Diese wird für Video-DVDs verwendet. Wenn die Speicherkapazität nicht ausreicht, dann greift man auf die doppellagige DVD-9 (Dual-Layer) zurück.

DVD

Quelle: https://upload.wikimedia.org/

Blu-ray Disc

Die Blu-ray Disc (BD) wurde für die Speicherung von hochauflösenden Videodaten (HDTV) entwickelt. Die Speicherung von mehr als zwei Stunden Audio- und Videodaten ist das maßgebliche Kriterium bei der Entwicklung gewesen. Die Speicherkapazität einer DVD reicht für diese Datenmenge nicht aus.

Die Bezeichnung Blu-ray Disc ist von der Farbe des Lasers abgeleitet. Weil sich eine Farbe nicht als Warenzeichen schützen lässt, hat man einfach das "e" aus dem Wort "Blue" weggelassen. Deshalb findet man ab und zu fälschlicherweise die Bezeichnung "Blue-ray Disc".

Mit Hilfe eines blauen Lasers mit einer Wellenlänge von 405 nm können 25 GByte auf einer einlagigen, einseitig beschreibbaren Blu-ray Disc gespeichert werden. Zweilagige Blu-ray Discs haben sogar die doppelte Kapazität (50 GByte). Denkbar wären Medien mit 8 Schichten, also 200 GByte. Allerdings wäre die Produktion dieser Medien sehr schwierig.

Um auf dem gleichen Medium, wie die CD bzw. DVD, eine höhere Speicherkapazität möglich zu machen, wurde die Struktur auf der Blu-ray Disc verkleinert. Dazu wird ein Laser im blauvioletten Bereich verwendet und die Wellenlänge auf 405 nm abgesenkt. Blaues Licht lässt sich feiner fokussieren und ermöglicht so eine höhere Datendichte auf der Scheibe. Dadurch muss aber auch der Abstand zwischen Scheibe und Schreib-/Leseoptik verringert werden. Nur lassen sich Schreib- und Lesefehler verringern.

Die Blu-ray Disc hat eine Schutzschicht von nur 0,1 mm. Aus diesem Grund war sie ursprünglich in einer Cartridge (Gehäuse) vorgesehen. Im Laufe der Weiterentwicklung gab es dann Materialien, die deutlich härter und als sehr dünne Schutzschicht geeignet waren. Deshalb wird die Blu-ray Disc ohne Gehäuse hergestellt. Der Formfaktor bleibt jedoch zur CD und DVD identisch. 12 cm Durchmesser und 1,2 mm Dicke. Damit ist die Kompatibilität zu Laufwerken gegeben, die neben der Blu-ray Disc auch CDs und DVDs lesen und schreiben können.

Blu-ray

Quelle: http://zdnet3.cbsistatic.com

Speichergeräte mit mechanischen Lesevorgängen

Man unterscheidet bei Speichergeräten mit mechanischen Lesevorgängen zwischen den analogen und digitalen Speichergeräten.

Ein Beispiel für die analogen Medien ist die Schellackplatte / die Vinylschallplatte. Die eingepressten Vertiefungen in diesem Datenträger werden durch eine Spezialnadel abgetastet.
Das Beispiel für digitale Medien dieser Kategorie ist die Lochkarte, welche zumeist aus hochwertigem Karton gefertigt ist. In der Datenverarbeitung wurde sie zur Datenerfassung und -Speicherung verwendet. In ihr wurden die Dateninhalte durch einen Lochcode abgebildet, dessen Verarbeitung mithilfe von elektro-mechanischen Geräten erfolgte.

Kompetenz 3.1: Speichermaßeinheiten umrechnen

Bei der Auswahl eines geeigneten Speichermediums für einen Kunden fallen im Vergleich verschiedener Anbieter unterschiedliche Angaben zu den Größen auf. So werden einige Laufwerke mit der Einheit Gibibyte und andere mit der Einheit Gigabyte angeboten. Nach dem Einbau einer 1 TB Festplatte in einen Windows-PC für Testzwecke ist die Verwirrung groß: es werden nur 931 GB angezeigt. Wo ist der Rest? Etwas ähnliches ist Ihnen auch in der Vorauswahl unter der Angabe der maximalen Speichergröße je Laufwerk aufgefallen.

Cartoon WTF

Taschenrechner

Nutzen Sie einen Taschenrechner, den Sie auch in der IHK-Prüfung verwenden wollen. Je mehr Übung Sie mit Ihrem Taschenrechner haben, desto einfacher werden Ihnen die Aufgabentypen in der Prüfung fallen. Ich empfehle Ihnen ein Modell, welches Zahlensysteme umrechnen kann (bspw. Casio FX991 DEX); damit ist bspw. auch das Berechnen von Break-even-Points und ähnliches möglich.