Strom weg, Daten weg …

Strom weg, Daten weg. Nicht so, wenn die Informationen auf einer Festplatte, einer Diskette oder einem Magnetband abgelegt sind. Wir erklären, warum diese Speichermedien die Daten auch bei Stromausfall nicht verlieren. Elektronische Daten werden in binärer Form verarbeitet. Binär bedeutet, dass ein Element nur zwei Grundzustände annehmen kann, welche im allgemeinen durch die beiden Ziffern "0" und "1" repräsentiert werden. Jede beliebige Information, zum Beispiel Buchstaben oder Zahlen, kann durch eine Kombination beider Zustände ausgedrückt werden. Die heutigen Computer basieren auf dieser digitalen Technik, da mit zwei diskreten Zuständen sehr viel leichter gearbeitet werden kann als mit kontinuierlich veränderbaren Grössen.

Bei der Speicherung werden diese binären Daten, die innerhalb eines Rechners als eine zeitliche Folge von elektronischen Impulsen dargestellt werden, in eine örtliche Folge von binären Zuständen umgewandelt. Das Wiedergeben bzw. Lesen der Daten ist dann die genaue Umkehrung der Speicherung. Um diese beiden Zustände zu speichern, werden physikalische Effekte ausgenutzt. Im Hauptspeicher entsprechen meist geladene bzw. ungeladene Kondensatoren genau diesen binären Zuständen. Beim Lesen einer CD-ROM werden beide Zustände abwechselnd durch einen reflektierenden bzw. weniger-reflektierenden Laserstrahl repräsentiert. Bei der Speicherung auf einer Festplatte oder Diskette wird ein anderes physikalisches Phänomen für die Darstellung der beiden Zustände genutzt, nämlich die entgegengesetzte Magnetisierung. Die Gründe, warum für verschiedene Speicher verschiedene Techniken genutzt werden, liegen neben den Kostengründen vor allem in den unterschiedlichen Anforderungen, die an die Speicherbausteine gestellt werden. Der Vorteil bei der magnetischen Speicherung ist die lange Lebenszeit der Magnete und die einfache Art der Wiederbeschreibbarkeit.

Bei einer Festplatte oder Diskette handelt es sich daher um sogenannte nicht-flüchtige Speicher. Die Kondensatoren im Hauptspeicher eines Computers müssen dagegen nach kurzen regelmässigen Abständen durch kurze Stromimpulse immer wieder aufgeladen werden. Unterbleibt die Auffrischung der Kondensatoren, z.B. durch Stromausfall, gehen die Daten verloren. Diese Art von Hauptspeichern sind daher flüchtige Speicher.

Ausblick: Künftige Techniken

Zur Zeit wird an neuen Generationen von magnetischen Speicherbausteinen gearbeitet, die für die Speicherung weiterhin magnetisierbares Material einsetzen, aber über neuartige Techniken die Daten auf der Speicherplatte lesen. Es kommen nicht mehr die relativ langsamen mechanischen Leseköpfe zum Einsatz, sondern es fliessen elektrische Leseströme, die je nach Richtung der Magnetisierung sich unterschiedlich verhalten. Bei Speicherbausteinen, die auf dem Effekt des Magneto-Widerstands beruhen, wird ausgenutzt, dass sich die elektrische Leitfähigkeit innerhalb von magnetischen Metallen sehr stark ändert. Beim Lesen der beiden Zustände verändert sich in den Übergangsregionen der Lesestrom von hoch zu niedrig, bzw. niedrig zu hoch. Ein weiterer Effekt, der zum Lesen binärer Daten verwendet werden kann, ist aus der Quantentheorie bekannt. Beim Tunneleffekt können Elektronen einen Isolator durchqueren. Die Höhe des Tunnelstroms hängt dabei wieder von der Ausrichtung der magnetisierten Zustände ab.

Bei einer dritten Art von neuen Speicherverfahren wird zum Lesen der Zustände der Halleffekt ausgenutzt. Je nach Magnetisierung der Zustände wird der fliessende Strom in unterschiedliche Richtungen ausgelenkt. IBM brachte Anfang der 90iger-Jahre die ersten Speicherbausteine mit Leseköpfen, die auf dem Effekt des Magneto-Widerstandes beruhen, auf dem Markt. Die anderen Arten von Speicherbausteinen liegen bis jetzt nur als Prototypen vor. Wohin die Reise geht und welche Arten von Speichern sich letztendlich durchsetzen werden, kann man im Moment noch nicht vorhersagen. Grundsätzlich zeichnet sich aber der Trend ab, dass sich die Grenzen zwischen Festplatte und Hauptspeicher immer mehr verwischen, denn durch den schnelleren Zugriff auf Daten werden die neuartigen magnetischen Speicherbausteine auch für einen Einsatz als Arbeitsspeicher interessant.