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Datenspeicher,

 

allgemein jede Einrichtung, mit deren Hilfe sich Daten aufzeichnen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung stellen lassen; im engeren Sinn die kurz als Speicher oder auch als Speicherwerk (zum Teil auch als Register) bezeichnete Funktionseinheit einer Datenverarbeitungsanlage zur Speicherung und Bereitstellung von Daten. In Computern werden ausschließlich Datenspeicher verwendet, die Daten und Programme in digitaler Form speichern. Digitale Datenspeicher arbeiten in binärer Weise, d. h., sie bestehen aus einer Vielzahl einzelner Speicherelemente (Speicherstellen), die jeweils nur zwei mögliche Zustände (binär) annehmen und somit nur die Informationsmenge 1 Bit speichern können. Das Einspeichern von Daten in einen digitalen Datenspeicher wird als (Ein-)Schreiben, das Abrufen von Daten aus ihm als (Aus-)Lesen bezeichnet. Dementsprechend gibt es funktionell zwei Arten von Datenspeicher: Beim Nur-Lese-Speicher (englisch read only memory, Abkürzung ROM) können die gespeicherten Daten nur abgerufen (ausgelesen) werden, er dient zur Aufnahme von Programmen und Daten, die zur Funktionsfähigkeit des Systems dauernd und unverändert zur Verfügung stehen müssen. Beim Schreib-Lese-Speicher (englisch random access memory, Abkürzung RAM) können Daten durch direkte, wahlfreie Ansteuerung seiner Speicherplätze eingegeben (eingeschrieben) und ausgelesen werden.

 

Sowohl das Einschreiben als auch das Auslesen von Daten erfordert adressierte Speicherstellen: Jedem Speicherelement ist fest eine Adresse zugeordnet, sodass es beim Ansprechen seiner Adresse über die Adresseingänge des Datenspeichers aktiviert wird. Mit gleicher Adresse versehene und damit durch einmaligen Zugriff erreichbare Speicherelemente bilden eine Speicherzelle. Diese nimmt je nach Organisationsform des Datenspeichers Informationen vom Umfang 1 Bit, 4 Bit (Halbbyte oder Nibble), 8 Bit (Byte), 16 Bit (Wort) oder 32 Bit (Doppelwort) auf. Die Speicherkapazität eines Datenspeichers wird in Vielfachen der Einheit Bit oder Byte angegeben (z. B. MBit, MByte). Kennzeichnendes Merkmal eines Datenspeichers ist seine Zugriffszeit, die Zeitspanne zwischen Ansprechen der Adresse und Bereitstehen der damit angesprochenen Information; sie beträgt bei langsamen Datenspeicher einige Millisekunden, bei schnellen weniger als 20 ns.

 

Ein weiteres wesentliches Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Datenspeicher ist deren Flüchtigkeit beziehungsweise Nichtflüchtigkeit: Nichtflüchtige Datenspeicher behalten die in ihnen gespeicherten Informationen auch bei Ausfall der Versorgungsspannung, während diese bei flüchtigen Datenspeichern beim Abschalten der Stromversorgung verloren gehen. Nach der Platzierung unterscheidet man die zur CPU oder Zentraleinheit eines Computers gehörenden internen Datenspeicher in Form der Register beziehungsweise des Haupt- oder Arbeitsspeichers, und die außerhalb davon befindlichen externen Datenspeicher (Hintergrund- oder Peripheriespeicher). Bei den meisten Mikrocomputern befindet sich zwischen dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher noch ein kleiner, schneller Speicher (Cachespeicher), auf den der Prozessor ohne Wartezyklen zugreifen kann. Interne Datenspeicher sind heute Halbleiterdatenspeicher, während externe Datenspeicher meist magnetische Datenspeicher (v. a. Magnetplattenspeicher sowie Disketten) sind; ihre Speicherkapazitäten reichen bis zu einigen 10⁹ Byte.

 

Es sind grundsätzlich vier Ausführungsformen zu unterscheiden: 1) die als integrierte Schaltungen ausgeführten Halbleiterspeicher, darunter als ausnahmslos nichtflüchtige Festwertspeicher der seine Information beim letzten Maskierungsvorgang der Chipherstellung erhaltende ROM, der programmierbare PROM, bei dem der Anwender mithilfe eines speziellen Programmiergeräts den Inhalt eingeben kann, der EPROM und der EEPROM, beide lösch- und programmierbar, wobei das Löschen mit kurzwelligem Licht hoher Intensität beziehungsweise durch elektrische Signale erfolgt. Bei den ausnahmslos flüchtigen Schreib-Lese-Speichern (RAM) unterscheidet man statische RAM, die je Speicherzelle ein Flipflop besitzen, und dynamische RAM, die Kapazitäten zur Speicherung verwenden. Bei den Halbleiterdatenspeichern sind Speicherdichten von über 10 kBit/mm² und Zugriffszeiten von weniger als 5 ns möglich; 2) die nichtflüchtigen und sehr kostengünstig herstellbaren Magnetspeicher (Magnetschichtspeicher), bei denen ein magnetisierbarer Werkstoff als Speichermedium dient; sie benötigen zum Betrieb mechanisch bewegte Teile und haben daher längere Zugriffszeiten (einige Millisekunden). Magnetplatten und Disketten (Floppydisks) finden v. a. als externe Massenspeicher Anwendung; 3) die optischen Speicher, bei denen Daten unter Einwirkung von Licht vom und zum Speichermedium übertragen werden können. Die Möglichkeiten sind hierbei denen der Halbleiterspeicher vergleichbar. So gibt es Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), Speicher, die lesbar und nur einmal beschreibbar und Speicher, die lesbar und beschreibbar sind (optische Speicherplatte); 4) die aus Kryotrons und Josephson-Elementen aufgebauten Supraleitungsspeicher.

 

Literatur:

 

H. Völz: Kleines Lex. der Speichertechnik (²1990).