Facharbeit informatik
Name der Schule: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Schuljahr: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Fach: Informatik
vollständige Aufgabenstellung:
Geben Sie einen Überblick über die geschichtliche
Entwicklung des Hauptspeichers. Erstellen Sie eine
Marktübersicht über die Platten, die als
Externspeicher in der virtuellen Speichertechnik
verwendet werden. Es interessieren: Zugriffszeit,
Suchzeit, Transferrate, Preis pro Bit bzw. MB.
Vergleichen Sie diese Parameter mit den Parametern der
Platte in ihrem Heimcomputer und auch mit den
Parametern von CD-Roms.
Verfasser der Arbeit: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Klasse: xxxxxxxxxxxxxxxxx
betreuende Lehrkraft: xxxxxxxxxxxxxxxx
Abgabedatum: xxxxxxxxxxxxxxxx
Inhaltsverzeichnis
1.
Geschichte Speichertechniken und Medien…………... Seite 1
2. Der Hauptspeicher……………………………………. Seite 2
3.
Die Geschichtliche Entwicklung des Hauptspeichers...Seite 3-5
3.1 Der EDO-RAM……………………………………… Seite 2
3.2 Der SDRAM und DDR-SDRAM…………………….
Seite 3
3.3 Der RDRAM………………………………………….Seite 4
3.4 Die Zukunft der Arbeitsspeicher……………………...
Seite 5
4. Marktübersicht der Externspeicher in der Virtuellen Speichertechnik……………………………………….Seite 6-9
4.1 Übersicht der Festplatten…………………………….. Seite 6
4.
2 Übersicht der optische Medien und Lesegeräte………Seite 7
4.3 Übersicht der Elektronischen Speicher……………….Seite 8
5. Vergleich der Parameter der Marktübersicht
mit der Festplatte in meinen Heimcomputer und den Parametern von CD-Roms……………………………..Seite 8
6.
Quellen…………………………………………………Seite 10
1. Geschichte der Speichertechniken und Medien
Die ersten Massenspeicher auf magnetischer Basis waren die Magnetbänder. Ihr größter Nachteil war ihr sequentieller Datenzugriff, sie besaßen also keinen wahlfreien Zugriff. Deshalb wurde Anfang der 70er Jahre die "Magnetfolienplatte in eine Hülle" (8 Zoll Diskette) entwickelt. Sie war jedoch für nur für Großrechner sinnvoll weil sie zu unhandlich waren. Daraufhin entwickelte man die 5,25"-Disk und später die 3,5"-Disk.
Diese Disketten hatten aber nur geringe Speicherkapazitäten. Deshalb Versuchte man eine neues Speichermedium zu entwickeln. 1973 lief bei IBM ein Projekt mit dem Decknamen "Winchester" an, was sich zur Aufgabe gemacht hatte einen rotierenden Speicher mit einem nicht entnehmbaren Medium zu entwickeln. Die Entwicklung der Festplatte hatte also begonnen. Nach 6 Jahren wurden die ersten 8-Zoll Winchester Laufwerke vorgestellt, die sehr schwer und sehr teuer waren. Für eine Speicherkapazität von 5 MB musste man mit 5000€ rechnen und die Anpassung an ein System dauerte bis zu drei Monaten.
Deshalb trat die erste Festplatte erstmal in den Hintergrund. Später kamen neue verbesserte Modelle auf dem Markt die sich auch erfolgreich durchgesetzt haben. Es gab zwei unterschiedliche Antriebsarten. Für die Laufwerke mit einer Kapazität bis zu 30 MB arbeiteten mit einen Schrittmotor, dieser Antrieb war preisgünstig, robust und einfach zu handhaben. Aber er hatte auch Nachteile. Die langen Zugriffszeiten von Spur zu Spur von über 19 ms, durchschnittliche Zugriffszeiten von über 70 ms.
Aber die besseren Laufwerke mit 10 bis 80 MB arbeiteten mit einem Tauchspulen-System sie hatten mehr Vorteile als Nachteile, schnellere Zugriffszeiten sowie eine hohe Spurdichte, leider war der Preis auch sehr hoch. Die Entwicklung ging damals wie heute eindeutig in die Richtung kleinere Festplatten mit größeren Speicherkapazitäten zu entwickeln. Aber es gab auch schon die ersten Versuche, auf magneto-optische Beschichtungen Daten zu speichern und mit einem gebündelten Elektronenstrahl auszulesen. Diese Versuche hatten aber zunächst kaum Erfolg, da sie schwer beziehungsweise teuer zu realisieren waren. Aber mit Entwicklung des Lasers wurde alles viel einfacher und die Speicherung wurde revolutioniert. In den 80er Jahren wurde dann die erste funktionstüchtige CD für den Markt freigegeben.
2. Der Hauptspeicher
Hauptspeicher oder auch Arbeitsspeicher genannt sind sogenannte flüchtige Speicher. Im Gegensatz zu nichtflüchtigen Speicher wie zum Beispiel einer Festplatte oder einer CD gehen die gespeicherten Daten beim Ausschalten des Computers verloren.
Beim Arbeitsspeicher handelt es sich um einen schnellen Speicher mit einer Zugriffszeit von unter 4 ms. Deshalb sind Zugriffe auf den Arbeitsspeicher sind innerhalb kürzester Zeit möglich, daher eignet sich dieser Speichertyp dazu Daten abzulegen um kurz darauf erneut auf sie zuzugreifen.
3.
Die Geschichtliche Entwicklung des Hauptspeichers
3.1 Der EDO-RAM
Die Geschichte des Arbeitspeichers begann 1972 wo der erste 1 KB RAM herauskam.
Der EDO-RAM war erster Arbeitspeicher der Welt.
EDO-RAM steht für Extended Data Output-Read and Memory.
Im EDO-RAM steckt eine Technik, mit der die Spannung in den Kondensatoren, die den Speicherzustand einer Speicherzelle beinhalten, länger aufrechterhalten wird. Das führt zur Verlängerung der Zeitspanne, in der die Daten am Ausgang bestehen bleiben und verringert gleichzeitig auch die Häufigkeit der notwenigen
Speicher-Refreshs(Erholungszeit des RAMs).
Während die Daten noch gelesen werden, wird bereits die nächste Adresse an den Speicherbaustein angelegt. Wenn die Lesezugriffe aufeinander folgen, dann lässt sich eine schnellere Lesezugriffsgeschwindigkeit erreichen.
3.2 Der SDRAM und DDR-SDRAM
Der SDRAM (Synchrone DRAM) ist der direkte Nachfolge-Speicherbaustein von EDO-RAM. Das Synchrone DRAM hat den großen Vorteil, dass es seine Aktionen am Systemtakt orientiert. Dadurch lässt sich die Ansteuerung des Speichers deutlich vereinfachen und beschleunigen.
Intern besteht das SDRAM aus zwei Speicherbänken. Der Zugriff erfolgt abwechselnd, so dass die benötigte Erholungszeit zwischen den Zugriffen entfällt. Zusätzlichen Geschwindigkeitsvorteil bringt das Pipeline-Verfahren. Während der SDRAM-Chip noch Daten einliest, gibt er Daten aus. SDRAM kann mit bis zu 133 MHz betrieben werden. Es gabt auch höher getaktete Speicherbausteine für bis zu 150 MHz.
Diese waren aber sehr teuer und haben sich auf dem Markt nicht durchgesetzt. Stattdessen benutzt man das (DDR) Double Data Rate-Verfahren und nutzt zur Übertragung beide Taktzyklen (aufsteigend und absteigend). Das Entspricht einer Bandbreitenverdopplung. In einer weiteren Entwicklungsstufe und überträgt pro Taktschritt 4 Datenworte (DDR-II-SDRAM).
Es gibt mittlerweile DDR-SDRAMs mit bis zu 533 MHz.
Ein SDRAM kann auch programmiert werden, und so die Art des Zugriffs gesteuert werden.
Auf diese Weise lässt sich SDRAM an jede beliebige Anwendung anpassen.
3.3 Der RDRAM
Den RDRAM (Rambus-DRAM) gab es bereits 1995. Dieser Speicher wurde hauptsächlich in Workstations und Großrechner eingesetzt. Auch in den Nintendo-Spiele-Konsolen und auf einigen Grafikkarten fand dieser Speicher Anwendung. Ende 1996 haben die Firmen Intel und Rambus ein Lizenzabkommen geschlossen.
Um ein Monopol bei Chipsätzen für die Pentium-Prozessoren durchzusetzen hat Intel entschieden nur diesen Speicher in seinen Chipsätzen zu unterstützen. Da der Speicher durch die Lizenzpolitik sehr teuer ist, hat sich der Speicher nie richtig durchgesetzt. Intel hat dann später auch Chipsätze für SDRAM entwickelt. Wie der Name schon sagt, ist das RDRAM ein Bus, der 16 Bit breit ist. Dies ist das große Problem des Speichers.
Denn trotz 400 MHz Taktfrequenz und DDR-Verfahren ist das Ende der Übertragungsrate schnell erreicht.
SDRAM überträgt pro Takt mit 64 Bit viermal so viele Daten. Weiterhin müssen die RDRAM-Speichermodule (RIMM) immer im Doppelpack auf dem Motherboard installiert werden. Unbelegte RIMM-Slots müssen mit Dummy-Modulen (Brücken-Modulen ohne nutzen) bestückt werden. Sie überbrücken ungenutzte Slots, die sonst zu einem offenen Ende des Rambus-Busses führen würden. Die Rambus-Speichermodule sind hintereinander angeordnet. Der Zugriff auf den Speicher erfolgt wie bei einem Bus.
Ein funktionierendes Rambus-Speichersystem setzt einen abgeschlossenen Bus und gleichlange Leiterbahnen vom Speicher zum Memory-Controller (Chipsatz) voraus. Bei Taktfrequenzen von 400 MHz sind synchrone Signallaufzeiten auf allen Leiterbahnen notwendig. Damit die Leiterbahnen gleichlang sind führt das zu ungewöhnlichen Leiterbahngebilden im Zickzack-Kurs auf dem Motherboard.
3.4 Die Zukunft der Arbeitsspeicher
Jetzt kommen wir zu den neuen Speicherbausteinen wie zum Beispiel den SGRAM.
Der SGRAM(Synchronized Graphics RAM)ist eine spezielle erweiterte Variante von SDRAM-Bausteinen, die für Grafikkarten verwendet wird.
Mit Hilfe einer internen Kommando-Pipeline können Zugriffssequenzen auf dem Chip gepuffert(zwischengespeichert) und hierdurch höhere Zugriffs-Bandbreiten erreicht werden. Außerdem können SGRAMs nach Angabe einer Speicheradresse intern die Spaltenadresse jeweils innerhalb eines Systemtakts ändern, woraus sich sehr schnelle sequentielle Zugriffe ergeben. Weitere Hauptunterschiede zu SDRAM-Bausteinen bestehen in speziellen Erweiterungen, die für Zugriffe auf den Grafikspeicher besonders wichtig sind. Um den Grafikspeicher in einem Bereich mit gleichen Farbinformationen zu füllen wurde der 8-Spalten-Block-Write-Befehl implementiert. Hierbei werden 8 Spaltenadressen der ausgewählten Zeile mit den Daten, die sich in einem für SGRAM spezifischen Farb-Register befinden, beschrieben. Außerdem kann gleichzeitig die Write-per-Bit-Funktion eingesetzt werden, wodurch eine Maskierung der Schreibinformation möglich.
Die zu verwendende Schreibmaske befindet sich dabei in einem sogenannten Masken Register auf dem Speicher-Chip. Eine weitere Funktion besteht aus einem schnellen Burst-Modus, bei dem alle Spalten sequentiell geschrieben oder gelesen werden können. Es kommt in nächster Zeit noch ein neuer Speicherbaustein auf dem Markt. Der XDR-DRAM den die Firma Rambus entwickelt hat. Sony hat bereits Interesse daran bekundet und wird XDR-DRAM in der kommenden Playstation 3 einsetzen. Wie bei den bisherigen DRAMs kommunizieren die einzelnen XDR-Chips mit dem XIO-Speicherkern.
Dieser kann im Chipsatz oder im Prozessor verankert sein. Die XIO hat 8 bis 32 Datenleitungen. XDR-DRAMs haben 8 oder 16 Datenleitungen. Das Speicherinterface kann bis zu 6,4 GB/s übertragen. Spezielle Techniken zur Stabilität werden die vom RDRAM bekannten hochpräzisen Leiterbahnführungen unnötig machen. Auch reicht vierlagiges Platinenmaterial für die Speichermodule aus.
Mit 12 Adressleitungen lässt sich ein Speicherausbau von 8 GB adressieren.
4. Marktübersicht Externspeicher in der Virtuellen Speichertechnik
In der Virtuellen Speichertechnik ist der Externspeicher ein wichtiges Medium um viele Daten zu speichern. Deshalb wird der Externspeicher auch als Massenspeicher bezeichnet.
Der Externspeicher sind alle Speichermedien ausser dem Arbeitspeicher. Jetzt möchte ich eine kurze Marktübersicht der Externspeicher geben.
4.1 Übersicht der Festplatten
Die Festplatten sind die größten Externspeicher.
Mit einer Kapazität von bis zu 300 GB sind sie die unangefochtene Nummer eins unter den Massenspeichern.
Hersteller Maxtor, IBM, Seagate, Samsung, und Western Digital sind die führenden Festplatten Hersteller. Sie versuchen die Festplatten so zu entwickeln das sie schnell, leise, lange haltbar und einfach anzuschließen sind. Deshalb gibt es verschiedene Anschlüsse die mit der Geschwindigkeit im Zusammenhang stehen.
Die langsamen IDE Anschlüsse mit 5400 rpm sind die langsamsten.
Aber Festplatten mit IDE Anschlüssen gibt es bis zu 7200 rpm.
Sie sind die Preiswertesten, bei ca. 0,80€ pro GB, und meist verbreiteten Festplatten auf dem Markt.
Auch die schnelleren SCSI Festplatten werden immer populärer.
Aber die Schnelligkeit will auch bezahlt sein.
Eine Festplatte mit SCSI Anschluss und 250 GB Speicher kostet 250€ dagegen eine IDE festplatte nur 180€.
Das ist aber noch nicht das Ende der Geschwindigkeit.
Es gibt SCSI Festplatten mit bis zu 15000 rpm für stolze 6€ pro GB.
Diese werden mit dem zusätzlichen Kürzel Ultra2-SCSI verkauft.
Da diese Platten nur schnell sind haben sie sich nicht so stark durchgesetzt, was verständlich ist bei diesen Preisen und Kapazitäten von höchstens 200GB.
Es gibt aber noch andere Externspeicher ausser der Festplatte.
4.2 Übersicht der optische Medien und Lesegeräte
Die optischen Medien wie CD und DVD sind sehr beliebt um kleinere Datenmengen zu sichern.
Da der preis für eine CD sehr niedrig ist, 0,25€ pro stück bei einer Kapazität von 700 MB, ist die CD beliebtestes optisches Medium.
Der größte Vorteil ist das es CDs gibt die wiederbeschreibbar (CD-RW) sind. Diese kosten nur unwesentlich mehr und auf ihnen lassen sich bis zu 1000-mal neue Daten speichern.
Die DVDs haben eine größere Kapazität von bis zu 9,4 GB, wenn sie auf beide Seiten beschreibbar ist.
DVDs gibt es für 0,80€ mit einer Kapazität von 4,7 GB und sind somit preiswerter als CDs. DVDs werden im laufe der zeit das Medium CD verdrängen. Leere CDs und DVDs werden als Rohlinge bezeichnet da noch keine Daten auf ihnen gespeichert sind. Es gibt viele verschiedene Arten der DVD. DVD-R, DVD+R, DVD-RW und DVD+RW.
Die CD dagegen nur 2 CD-R und CD-RW.
Diese CDs und DVDs brauchen Lesegeräte. Die CDs ein CD-ROM Laufwerk und die DVDs ein DVD-ROM Laufwerk. Die meisten DVD Laufwerke können CDs lesen. CD-ROM Laufwerke können dagegen keine DVDs lesen. In beiden Laufwerksarten spielt sich dasselbe ab.
Ein Laser tastet die Disk ab und liest die Daten aus.
Bei CD-ROM Laufwerken ist der Laser nur für CDs ausgerichtet.
Bei diesen Laufwerken gibt es auch wieder die Unterteilung der Anschlüsse in IDE und SCSI wobei SCSI teurer und schneller als IDE ist. Die meisten CD-ROM Laufwerke gibt es nur noch mit 52facher Geschwindigkeit. Sie kosten um die 12€ und sind daher billig. DVD Laufwerke gibt es dagegen mit 16facher Geschwindigkeit für 30€. Die Laufwerke womit man diese Medien beschreiben kann nennt man Brenner.
Ein CD-ROM Brenner mit 52facher Brenngeschwindigkeit kostet um die 30€. DVD-Brenner kosten dagegen einiges mehr.
Dabei sollte man auf Multiformat Brennern achten da sie alle DVD Medien beschreiben können. Ein DVD Brenner mit 8facher Brenngeschwindigkeit kostet um die 100€.
Es gibt noch ein optisches Medium welches aber noch in der Entwicklung ist. Sony entwickelt eine Disk die bis zu 30 GB Daten speichern kann.
Diese Disk soll unter dem Namen Blue Ray Laser Disk im Jahr 2005 vermarktet werden.
4.3 Übersicht der Elektronischen Speicher
Der letzte externe Speicher ist der elektronische Speicher.
Er findet in Digitalkameras, MP3-Playern und Handys Verwendung.
Für Diese Geräte gibt es verschiedene Arten der Speicher.
Diese nennen sich CompactFlash-Karten, SmartMedia-Karten, xD-Picture Card, Multi Media Card, (MMC) Memory Stick und Secure Digital Card.
Sie entscheiden sich nur in der Größe und haben alle die gleiche Speichertechnik.
In ihnen werden die Daten in Elektrische Zellen des Halbleiters geschrieben und somit gespeichert.
Es gibt CompactFlash-Karten mit 3GB für 1500€. Normale CompactFlash-Karten mit 256 MB Speicher gibt es schon für 50€.
5.Vergleich der Parameter der Marktübersicht mit der Festplatte in meinen Heimcomputer und den Parametern von CD-ROMs
In Meinen Rechner befindet sich eine 60GB große Maxtor Festplatte mit IDE Anschluss und sie hat 7200 rpm.
Diese Festplatte ist schon 2 Jahre alt läuft aber noch relativ stabil.
Ein CD-ROM Laufwerk befindet sich nicht in meinen Rechner.
Dafür ein DVD-ROM Laufwerk und ein DVD-Brenner.
Diese beiden Laufwerke können CDs mit 48facher Geschwindigkeit auslesen.
Das DVD-ROM Laufwerk hatte ich vor 3 Jahren gekauft und es besitzt einen IDE Anschluss.
Der DVD-Brenner von der Firma NEC beschreibt DVDs mit bis zu 8facher Geschwindigkeit und CDs mit bis zu 32facher Geschwindigkeit.
Der Brenner hat auch eine IDE Anschluss.
6.Quellen
-Eigenes Wissen
-Informatikhefter 11 Klasse
-https://www.informationsarchiv.net
-https://www.wissen.
de
-https://www-ti.informatik.uni-tuebingen.de/~heim/lehre/proseminar_ss99/ausarbeitung/martin_siebenhaller/virtmem/node8.html#SECTION00410000000000000000
-https://www.geizhals.
at
-https://www.computerlexikon.com/kategorie.php?kategorie=06
-https://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/
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