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Disketten und mobile Speichermedien

Physikalischer Aufbau von Disketten und mobile Speichermedien im Vergleich


Autor: Francisco Hidalgo (Chester1)
Datum: 02-04-2004, 08:14:07
Referenzen: keine
Schwierigkeit: Fortgeschrittene
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Das physikalische Funktionsprinzip beim Speichern auf Disketten


Jeder der einen PC besitzt, hat schon einmal Daten auf einer Diskette gespeichert oder Daten von einer heruntergeladen. Doch nur wenige wissen überhaupt, wie sie funktioniert. Hier kommt die Lösung.

Das Grundprinzip des Speicherns von Daten auf Disketten ist durch zwei physikalische Formeln zu erklären, nämlich die der elektromagnetischen Induktion und der Lehre des Ferromagnetismus.

Zur elektromagnetischen Induktion (Induktion = Flussdichte):
Hierbei handelt es sich um eine komplizierte Berechnung aus der Feldstärke H und der Permeabilität µ (Permeabilität = Magnetische Feldkonstante, welche sich aus der magnetischen Induktion und der magnetischen Feldstärke errechnet). Diese Rechnung ergibt dann die magnetische Induktion. Zur Feldstärke ist aber noch zu sagen, dass sie sich proportional zur Stromstärke und der Anzahl der Windungen einer Spule verhält.

Zum Ferromagnetismus:
Beim Ferromagnetismus handelt es sich um die Eigenschaften bestimmter Metalle (genannt Ferromagnetica) in einem Magnetfeld. Zu diesen Ferromagnetica gehören Eisen, Kobalt, Nickel und mache Legierungen, die aus diesen Metallen bestehen. Diese Metalle haben ein zweipoliges Magnetfeld. Wenn einem ferromagnetischen Stoff von außen ein Magnetfeld zugeführt wird, behält er trotz abschalten des Magnetfeldes eine Restmagnetisierung. Diese Restmagnetisierung dient der Speicherung, da die Speicherscheibe, welche aus Kunststoff besteht, magnetisierbar ist. Das Magnetfeld wir durch die Umdrehungen der Speicherscheibe um die Laufwerkspindel erzeugt. Die 3 ½ Zoll Disketten haben 300 U/min, die etwas älteren 5 ¼ Zoll Disketten haben 360 U/min. Das Drehen der Laufwerkspindel dient auch dem Erreichen aller Stellen auf dem Diskettenspeicher und dem Erzeugen eines Induktionsstromes, wodurch ein stärkeres Magnetfeld entsteht.

Der Lese- und Schreibvorgang

Das Speichern von Daten auf einer Diskette ist ein komplizierter sowohl elektromagnetischer als auch mechanischer Vorgang, denn der Lese- und Schreibkopf müssen immer über die selbe Spur gehen um zum Schreiben oder zum Lesen genutzt zu werden. Diese Methode ist als "Tunnel-Löschmethode" bekannt. Vor jedem Beschreiben legen die beiden Löschköpfe (links und rechts) eine komplette unbeschriebene Spur an, was dafür sorgt, dass die zu speichernden Daten in der Mitte der Spur geschrieben werden um zu verhindern, dass sich die Daten mit einer der nebenliegenden Spuren mischen. Der eigentliche Schreibvorgang ist, das mittels eines magnetischen Feldes die Schreib- /Leseköpfe als Transportmittel für das magnetische Feld dienen. Ansonsten müsste es sich durch den kleinen Luftraum innerhalb der Diskette verbreiten, da aber die Luft kein guter Träger für magnetische Felder ist wird es über die Schreib- /Leseköpfe übertragen. Durch die ständige Drehbewegung der Scheibe entsteht ein schwaches, aber messbares Magnetfeld, dass auch noch anhält, wenn die jetzt magnetischen Schreib- /Leseköpfe sich nicht mehr über einer Position befinden. Wird nun die Polarität an den Schreib- /Leseköpfen umgedreht, verändern sich auch die magnetischen Teilchen der Platte. Dabei spricht man von Flussumkehr. Dieser Vorgang ist der eigentliche Schreibvorgang, welcher vom Prinzip her nichts weiter ist, als sich abwechselnde Flusskehrungen. Es ist also immer wieder ein Zickzack an Flusskehrungen.

Aufbau einer Diskette

Die ersten Disketten wurden in den siebziger Jahren hergestellt und in einer Größe auf 8 Zoll. Denn sie wurden damals mit Schallplattenpressen gefertigt, welche einen Durchmesser von 8 Zoll haben. Als der erste PC von IBM auf den Markt kam, hatte er aber kein 8 Zoll - sondern ein 5 ¼ Zoll Laufwerk, welches heute durch ein 3 ½ Zoll Laufwerk ersetzt wurden. Damals wurden keine 8-er Laufwerke genutzt, weil sie im der Herstellung kostenspieliger waren als die sowieso kleineren 5 ¼ Zoller.

Im hier gezeigten Bild sieht man eine 3 ½ Zoll (oben) und eine 5 ¼ Zoll Diskette (unten).

Quelle: Aufbau einer Diskette (Arbeitsblatt)

Alle Disketten bestehen aus einer dünnen magnetischen Folie, welche von beiden Seiten mit einer leichten Eisenlegierung versehen ist, wodurch die Magnetisierung erleichtert wird, diese Folie wird auch Trägerfolienscheibe genannt. Darüber hinaus bestehen Disketten aus einer sehr temperaturbeständigen Kunststoffhülle, welche aus einem antistatischen Stoff besteht. Danach wird sie in die Kunststoffhülle eingeschweißt, welche auf der Innenseite eine Vliesbeschichtung hat. Die Vliesbeschichtung hat zwei Funktionen. Als erstes dient es der Abgrenzung der statischen Aufladung, damit die Diskette durch die Rotation nicht statisch auflädt und die Reibung nachlässt. Und es dient der Staubbekämpfung, indem das Vlies ihn wegwischt, falls durch ein Loch Staub in die Hülle gelangen sollte.

Welche Bauform von Disketten hat sich durchgesetzt?

Am Anfang als die ersten Disketten auf den Markt kamen, hatten sie eine Größe von 8 Zoll und wurden mit Hilfe von Schallplattenpressen hergestellt. Diese wurden aber sehr schnell abgelöst und IBM brachte den ersten Standard mit dem ersten PC für Jedermann. Dieser neue Standard wartete mit 5 ¼ Zoll Disketten auf, welche kleiner waren und trotzdem mehr Speicherplatz zur Verfügung hatten. Danach wurden die 5 ¼ Zoll Disketten durch die kleineren 3 ½ Zoll Disketten ersetzt, welche noch deutlich kleiner sind, und auch mehr Speicheplatz zur Verfügung haben. Die 3 ½ Zoll Disketten habe sich also gegenüber den 5 ¼ und den 8 Zollern durchgesetzt.

Warum sollte man Formatieren und was ist Formatieren eigentlich?

Jede fabrikneue Diskette ist nicht unbedingt sofort nutzbar, sondern muss erst einmal formatiert werden. Unter Formatieren versteht man das Einrichten von Spuren und Sektoren auf der Diskette. In diesen Spuren und Sektoren wird dann geschrieben und später wird davon gelesen. Wenn man also eine Diskette formatiert, werden die Spuren und Sektoren wieder gelöscht und neu eingerichtet. Nun ist die Diskette leer und bereit zum Beschreiben.

Der Bootsektor

Der Bootsektor ist der erste Teil eines Datenträgers(z.B. Partition einer Festplatte/Diskette/Bootfähige CD), in dem sich einige wichtige Daten befinden, wie z.B. Informationen über den Aufbau des Datenträgers. Hierbei handelt es sich um Daten wie etwa die Größe der Partition oder der Cluster. Systemdisketten enthalten im Bootsektor noch zusätzlich das Startprogramm zum Booten des PC.

Unter einer Dateizuordnungstabelle versteht man auch FAT(File Allocation Table). Dies ist eine besondere Datei des Betriebsystems, wo sämtliche Informationen der gespeicherten Daten auf dem Datenträger zu finden sind. FAT ist nur auf Festplatten, CD-Roms und Disketten vorzufinden. FAT bezeichnet die Zuordnungstabelle selbst und verwaltet sie auch. Es protokolliert die freien, belegten und auch die defekten Cluster (Zuordnungseinheiten), sowie das Dateisystem. Es gibt 2 Varianten: das Dateisystem FAT16 und FAT32. Die FAT16 Variante verwaltet maximal 65.536 Cluster und FAT32 kann 228 Cluster ansprechen.
Durch das wiederholte Schreiben auf einer Festplatte oder Diskette werden Teile von Dateien darauf verstreut. Dies wirkt sich so ziemlich ungünstig für den Lesekopf aus, dass er dann sehr oft die Spur wechseln muss. Durch das Defragmentieren werden die Daten so zusammengeführt, dass sie wieder mit minimalen Lesekopfbewegungen gelesen werden können. Doch durch einen Fehler beim Defragmentieren, kann es zum Verlust aller auf dem Datenträger sich befindender Daten kommen. Eine Diskette wird in Spuren und Sektoren unterteilt. Die Spuren sind die Bahnen, über die der Schreib- /Lesekopf fährt. Die logische Struktur wird durch das Formatieren angelegt. Eine Spur ist noch in einzelnen Sektoren unterteilt. Die Diskette wird durch die einzelnen Sektoren aufgeteilt. Dieses Prinzip kann man mit einer Torte vergleichen. Das heißt, dass die Sektoren immer gleich groß sind. Von einem Sektor werden nicht immer die einzelnen Bytes gelesen sondern der Sektor als ganzes. Einige Sektoren werden für interne Informationen benötigt. Das Stammverzeichnis ist das oberste Verzeichnis von dem sich alle Unterverzeichnisse her ableiten. Ein Verzeichnis wird immer mit einem / geschlossen. Als Beispiel dafür: C:\WIN98. Hier ist C das Stammverzeichnis und WIN98 das Unterverzeichnis. In dem Stammverzeichnis sind, alle Daten zu finden, die man dort abgespeichert hat. Eine Diskette mit 9 Sektoren und 80 Spuren hat folgende Daten:

Bytes pro Sektor:512
Kapazität:720 KByte
Diskettenformat:3 1/2 Zoll DD-Diskette


Natürlich gibt es auch noch andere mobile Speichermedien, die ich in der darauf folgenden Tabelle mal kurz in Bezung auf den Aufbau, der verfügbaren Speicherkapazität, des Preises und der Marktakzeptanz erläutern möchte.

SpeichermediumAufbauSpeicherkapazitätPreisMarktakzeptanz
Compact Flash34 x36 x3,3mm großca. 1Gbyte1000€Marktführer
Data Play Disc39,5 x33,3 x3mm groß550MbyteCa. 10-11€Durchsetzungsvermögen fraglich, da nur 1 Mal beschreibbar
ID-Photo50mm Durchmesser730MbyteCa. 50€Konnte sich in Europa nicht durchsetzen
Memory Stick21 x50 x2,8mm128Mbyte32Mbyte ca. 35€Anderen Speichermedien unterlegen wegen der niedrigen Marktpräsenz
Microdrive42,8 x36,4 x5mm1GbyteCa. 330€Wird nicht so benutzt, obwohl es billiger ist als andere Flash-Medien
Pocket Zip55 x50mm40MbyteCa. 17€Nicht erfolgreich, da niedrige Speicherkapazität und hohe Kosten für Laufwerkintegration
SD-Memory Card24 x32 x2,1mm256MbyteCa. 290€Ist nur schwach auf dem Markt vertreten, obwohl mehr als 500 Anhänger vorhanden sind.
Smart Media Card45 x37 x0,76mm128MbyteCa. 93€Vorteile dadurch das sie ziemlich kompakt sind
Thumb Drive57 x17 x10mm512MbyteCa. 340€Einfache Möglichkeit um Daten auszutauschen, aber teuer


Morraldor
Senior Member
Beitrag vom:
05-04-2004, 13:17:53

ne 1

finde ich auch mehr als ungerechtfertigt. Immerhin wird hier dieses Topic unkompliziert so erklärt, dass es für jedermann mehr oder weniger verständich wird. Und sogar mit Bildern zusätzlich visualisiert wird.

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Wer dem Leben zu lang zuschaut verpasst es


Chester1
Junior-Member
Beitrag vom:
04-04-2004, 09:13:23

Ich finde das selber auch mehr als Mies. Gut selber kan ich nicht so beurteilen wie der Artikel ist, aber ich denke mal nicht das die eins da mit gerechtfertigt ist. Also ich würde zu gerne wissen wer das war und warum???? So etwas geht in die Credits. Man setzt sich ja nicht umsonst so seine Zeit hin und schreibt Artikel. Das kostet doch schon Freizeit!!!!!!

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Ich weiß nicht ob sich etwas bessert wenn sich was ändert, aber es muss sich was ändern damit etwas besser wird!(Aphorismus)


incsoft
Professonial
Beitrag vom:
02-04-2004, 17:25:25

Ich finde den Artikel sehr gelungen. Ich kann nicht verstehen, wenn jemand diesen mit 1 bewertet (ich denke das sieht man auch an den mittlerweile erfolgten Bewertungen Anderer). Schließlich steckt da sehr viel Arbeit hinter, um dem Leser das Thema kompakt und übersichtlich zu präsentieren. Meiner Meinung nach 10 Punkte.

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