Jetzt beobachten wir einen der Schritte in der Geschichte der Entwicklung digitaler Informationsspeicher: Die neuesten SSDs sind auf den Markt gekommen – energiesparende Speicher ohne bewegliche Teile. Derzeit konkurrieren sie mit den herkömmlichen HDDs mit Festplattenspeicher und Magnetköpfen zum Auslesen von Daten.
Dies ist nur ein weiterer Meilenstein in der Evolution der Informationsspeicher, die tatsächlich vor mehreren hundert Jahren begann. Heute betrachten wir alle wichtigen Erfindungen, die den Weg zu modernen Computern und Servern geebnet haben, die Möglichkeiten zur Speicherung und zum Austausch von Informationen.
Binärsystem
Bevor wir über den Speicher sprechen, lassen Sie uns die Geschichte dessen, was sie tatsächlich tragen, in Erinnerung rufen. Alle Informationen, die wir über das Internet erhalten, die wir in Computern und Smartphones speichern, sind in zwei Zahlen kodiert, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind — 1 und 0. Im Gegensatz zum normalen Dezimalsystem hängt der Wert einer Ziffer von ihrer Position unter den umgebenden Symbolen ab. Daher gehört dieses System zu den sogenannten Positionssystemen.
Moderne fortschrittliche Technologien basieren auf einem mathematischen System, das noch vor Beginn der neuen Zeitrechnung gelegt wurde. Die Wurzeln des Binärsystems finden sich im alten Indien — etwa im 3. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung schuf ein Wissenschaftler namens Pingala ein System, das in gewisser Weise der Morsealphabet ähnelt, wobei der Sinn der Nachricht in langen und kurzen Signalen kodiert ist.
Ähnliche Forschungen sind auch in China in Form von Hexagrammen dokumentiert. Die Regeln zu ihrer Erstellung wurden im 11. Jahrhundert vom chinesischen Wissenschaftler Shao Yung beschrieben. Allerdings ist dies noch nicht das Binärsystem im modernen Sinne, sondern nur Versuche, zwei Zeichen (kurz und lang) zur Kodierung von Informationen zu verwenden. Diese Methode korrespondiert mit den Darstellungen von Zahlen im Text des I Ching, der im alten China etwa im 13. Jahrhundert v. Chr. entstand. Der Autor verwendete eine gerade Linie für ungerade Zahlen und eine gebrochene für gerade.
Aber das offizielle Datum der Einführung des Binärcodes wird auf das 17. Jahrhundert datiert, als Gottfried Wilhelm Leibniz die binäre Arithmetik erfand — die einfachste von allen möglichen, da das System nur mit zwei Werten, zwei Zuständen arbeitet. Er empfahl nicht, das gewohnte Dezimalsystem durch dieses zu ersetzen, bemerkte jedoch, dass seine Entdeckung ein großes Potenzial für die Anwendung in der Wissenschaft birgt.
In diesen Zeiten fand die Erfindung tatsächlich keine praktische Anwendung und wurde erst in den 1930er Jahren wiederentdeckt, als die ersten Rechenmaschinen auf der Basis dieses Systems entwickelt wurden.
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Lochkarte — von der Kirche zum Computer
Die Lochkarte — das ist das erste Informationsmedium, auf dem das Binärsystem angewendet wird. Heute werden in digitalen Speichermedien die Zeichen 1 und 0 verwendet, damals war es einfach das Vorhandensein oder Fehlen eines Lochs an einer bestimmten Stelle in der Zeile.
Die Idee der Lochkarten entstand bereits im 14. Jahrhundert und wurde zur Steuerung zahlreicher Kirchenglocken verwendet, auf denen ganze musikalische Werke gespielt wurden. Es gab viele Glocken, sie waren alle unterschiedlich, und sie zu steuern war schwierig. Um den Prozess zu erleichtern, wurden spezielle Lochzylinder erfunden: spezielle Zähnchen an ihnen hängten Hebel, die dann eine bestimmte Glocke zu einer programmierten Zeit bewegten. Später arbeiteten nach demselben Prinzip auch Musikdosen und Drehorgeln.
Diese Idee wurde dann auch in anderen Bereichen verwendet — zum Beispiel im Weben und Stricken.
Papier-Lochkarten wurden 1884 von dem amerikanischen Ingenieur Herman Hollerith erfunden — genau in diesem Jahr wurde das Patent für «Die Kunst der Erstellung statistischer Daten» eingereicht. Er entwickelte ein Kartensystem, dessen Daten von einer Maschine gelesen werden konnten, und diese Technologie wurde für die Volkszählung der USA im Jahr 1890 verwendet.
Papier-Lochkarte, erfunden im Jahr 1884
Im 20. Jahrhundert war dies eine der Hauptmethoden zur Speicherung digitaler Informationen, die in den ersten elektronisch-rechnerischen Maschinen von IBM verwendet wurden. So begann die Geschichte der Computer.
Perforiertes Band
Das perforierte Band entstand aus der Idee, mehrere Lochkarten in einer zu vereinen. Dann begannen sie, sie auf Papierbändern zu drucken, wodurch der Informationsfluss kontinuierlich wurde. Es gab Versuche, perforierte Bänder auf Kunststoff zu drucken, aber das war teurer, weshalb das Material nicht weit verbreitet war.
Papier-perforiertes Band
Solche Bänder wurden in vielen Bereichen aktiv verwendet:
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Telegramm;
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Teletype;
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Übertragung von kryptographischen Schlüsseln (verschlüsselte Informationen);
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Programmierung von CNC-Maschinen;
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Kassenautomaten.
Perforierte Bänder wurden bis in die 1990er Jahre aktiv verwendet, heute sind sie vollständig von moderneren Informationsspeichern verdrängt worden.
Magnettrommel
Ein Gerät zur Speicherung von Informationen, das in Computern der 1950er und 60er Jahre verbreitet war. Die Computer, die solche Speicher verwendeten, wurden — «Trommelcomputer» genannt.
Technisch gesehen war es ein schnell rotierender Zylinder, der mit einem ferromagnetischen Material beschichtet war, und mehrere Magnetköpfe lasen Informationen, jede auf ihrem eigenen Track.
Rechts — Computer mit installierter Magnettrommel als Speicher
Die Magnettrommel wurde 1932 vom Österreicher Gustav Tauschek erfunden und konnte nur 62,5 Kilobyte Informationen speichern.
Neben der Speicherung von Informationen wurden solche Trommeln auch für operationale Zwecke — Datenverarbeitung und Programmspeicherung — verwendet. Daher kann die Magnettrommel als Vorläufer des RAM, des Arbeitsspeichers, betrachtet werden.
Magnetband
Im Jahr 1928 wurde das Magnetband erfunden, das eine Revolution in der Tonaufnahme und im Fernsehen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts auslöste. Viele erinnern sich daran, wie wir Kassetten benutzt haben, und vorher Spulen, Videos auf Videorekordern angesehen haben. All dies wurde durch das Magnetband möglich.
Es wurde auch in der Computertechnik zur Aufnahme digitaler Informationen verwendet. Ihr Hauptvorteil im Vergleich zu früheren Speichermedien ist die viel höhere Kapazität, die Möglichkeit der Wiederbeschreibbarkeit und mehrfachen Verwendung, die Kosteneffizienz, die längere Datenspeicherung und die Kompaktheit.
Diese Technologie wurde zur Datenaufnahme für Computer verwendet. Mehr noch! Magnetband-Speicher erleben eine Wiedergeburt — sie werden jetzt von Rechenzentren, Cloud-Diensten und IT-Giganten wie Google genutzt.
Magnetbandbibliotheken – früher und heute
Im Jahr 2020 gaben IBM und Fujifilm die gemeinsame Einführung eines Speichers mit einer rekordverdächtigen Kapazität von 580 TB bekannt.
Disketten
Eine Diskette, flexibler Magnetdisk oder Floppy — das sind die Bezeichnungen eines neuen Speichermediums, das 1971 von IBM vorgestellt wurde. Die Idee, Informationen auf flexiblen Disks aufzunehmen, wurde 1967 von David Noble, einem der Ingenieure des Unternehmens, vorgeschlagen.
Die Basis war eine fragile Disk, die mit einer ferromagnetischen Schicht beschichtet und in einem Kunststoffgehäuse geschützt war. Disketten ermöglichten das mehrfache Wiederbeschreiben von Informationen und hatten eine höhere Schreib- und Lesegeschwindigkeit als frühere Speicher.
Disketten
Disketten hatten neue interessante Funktionen — zum Beispiel einen Schreibschutz, bei dem die Disk nur zum Lesen verwendet werden konnte, sowie die Möglichkeit, eine große Datei auf mehrere Disketten zu speichern und eine kontinuierliche Sitzung zu erstellen.
Disketten waren von den 1970er bis zu den 1990er Jahren verbreitet, danach wurden sie durch größere optische Discs und USB-Sticks ersetzt.
Optische Discs
Die erste optische Disc entstand in Kiew und wurde von Vyacheslav Petrov, einem Doktoranden des Cybernetik-Instituts, erfunden.
Übrigens haben wir in unserem Blog einen Artikel über Erfindungen von Ukrainern im IT-Bereich veröffentlicht — darin können Sie erfahren, wie unsere Landsleute die Welt der Technologie verändert haben.
Die erste Produktion wurde in den 1970er Jahren gemeinsam von den Unternehmen Philips und MCA eingerichtet. Musikalische CDs, CD- und DVD-Discs zur Datenaufnahme sind bis heute zu finden, obwohl moderne Computer immer seltener mit CD-ROM-Laufwerken ausgestattet sind.
Optische Discs und ihr Player
Der Speicher bestand aus einer Kunststoff- oder Aluminiumdisc, deren Informationen mit einem Laser gelesen wurden. Es gab sowohl Discs mit der Möglichkeit zur erneuten Beschreibbarkeit als auch ohne. Nach dem Schreiben konnten die entstandenen Spuren mit bloßem Auge gesehen werden. Daher wurde der Prozess als «auf die Disc schneiden» bezeichnet.
USB-Sticks
Flash-Laufwerke oder USB-Laufwerke wurden 1984 in Japan erfunden, und der gewohnte USB-Standard wurde 1994-1996 eingeführt. Dies waren bereits Speicher der neuen Generation, die nicht auf Magnetismus, sondern auf Transistoren basierten.
USB-Sticks haben sofort die Vorherrschaft über Disks übernommen, da sie kleiner waren, keine Aufbewahrungsboxen benötigten und man sich keine Sorgen um Kratzer machen musste. Ihre Kapazität war jedoch größer.
Ungewöhnliches Design von USB-Sticks
Allerdings hatten USB-Sticks auch Nachteile. Zum Beispiel wurden sie zu massiven Übertragern von Viren, die man sich sogar nur durch das Einstecken des Sticks in einen fremden Computer einfangen konnte. Damit zwangen sie die Benutzer, mehr Aufmerksamkeit auf die Sicherheit zu richten und beschleunigten die Entwicklung von Antivirenprogrammen.
HDD- und SSD-Speicher
Lassen Sie uns chronologisch zurückkehren und uns von tragbaren Informationsspeichern ablenken, mit denen Daten von Computer zu Computer transportiert wurden. Im Bereich der PC-Entwicklung fanden gleichzeitig eigene Prozesse statt. Eine der wichtigen Erfindungen war die Festplatte oder Winchester, die zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Computer und Server wurde.
Festplatten wurden 1956 von IBM geschaffen, und die Winchester, in der Disk und Kopf zum Lesen und Schreiben von Daten in einem Gehäuse kombiniert wurden, wurde 1973 entwickelt. Der Name «Festplatte» erhielt der Speicher, weil im Gegensatz zu seinen Vorgängern, die hauptsächlich aus Kunststoff hergestellt wurden, der Scheibenteil aus Metall gefertigt war.
Innere Struktur von HDD und SSD
Dies war ein so grandioser Durchbruch in der Branche, dass HDDs bis heute verwendet werden. Zu Beginn des Artikels erwähnten wir, dass sie in den letzten Jahren von SSD-Geräten verdrängt wurden. Die neuesten Festplattenspeicher wurden 1978 in den USA entwickelt. Zunächst erschienen Halbleiterspeicher auf der Basis von dynamischem Speicher, ähnlich wie RAM — Arbeitsspeicher. Und später, im Jahr 1995, wurden Speicher auf der Basis von Flash-Speicher entwickelt. Ja, sie arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie USB-Sticks.
SSDs sind schneller, kompakter, geräuschlos und nutzen sich nicht so schnell ab. Aber sie haben auch Nachteile im Vergleich zu HDDs, die deutlich günstiger, ausfallsicherer sind und mehr Schreibzyklen haben. Daher arbeiten diese beiden Speichertypen parallel.
Cloud-Speicher
Cloud-Speicher – das ist eine einzigartige Idee zur Speicherung und Verarbeitung von Daten. Eine Reihe von Servern wird in einem gemeinsamen Cloud-Raum vereint, aus dem jedem Benutzer ein Teil der Ressourcen in Form eines virtuellen Servers oder eines Hosting-Kontos zugewiesen wird.
«Wolken» ermöglichen es, den Dienst einfach und schnell zu skalieren, die Menge der genutzten Ressourcen ohne zusätzliche Neuausrichtungen zu verringern und zu erhöhen. Da die Server die Arbeit des anderen duplizieren, ist die Möglichkeit eines Datenverlusts aufgrund eines Ausfalls auf der Seite des Anbieters relativ gering.
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Wir haben die wichtigsten Meilensteine der Entwicklung digitaler Speicher betrachtet, eine Reise durch Jahre und Jahrhunderte gemacht. Stellen Sie sich vor — damit wir Artikel lesen, Nachrichten schreiben und Anwendungen herunterladen können, sind so viele Ereignisse geschehen. An jeder dieser Entdeckungen arbeiteten viele Menschen, die ihren Beitrag zur Entwicklung der digitalen Gesellschaft geleistet haben und in die Geschichte eingegangen sind.
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