Jugenddorf-Christophorusschule
Rostock

Klassenstufe 10
Klasse 10e

Facharbeit im Fach Informatik Optische Speicher in der Datenverarbeitung: Die Entwicklung vom Lochstreifen zum Polymeren Datenspeicher

Verfasser: Henryk Plötz
Betreuer: Herr Kups
Bearbeitungszeitraum: 26.10.1998 - 14.02.1999
Abgabetermin: 15.02.1999

Inhaltsverzeichnis

0. Vorwort

Ich werde in dieser Facharbeit versuchen, die Entwicklung optischer Speichermedien von den Anfängen des Lochstreifens über moderne DVD-RAMs hin zu holographischen und polymeren Speichern näher zu beleuchten. Dabei liegt eine besondere Betonung auf den neueren Entwicklungen dieses Gebietes und speziell den derzeit noch erforschten Methoden der Datenkonservierung.

Ich möchte aber nicht verschweigen, dass das Gebiet der holographischen Speicher und der sich daraus ergebenden Anwendungen sowie die Möglichkeit der Verwendung photorefraktiver Polymere sich noch im Entwicklungszustand befinden und ständig neue Erkenntnisse hinzukommen. Auch werden die meisten Forschungen auf diesem Gebiet von Firmen zur späteren kommerziellen Vermarktung vorangetrieben, so dass verständlicherweise ein gewisses Geheimhaltungsbedürfnis besteht. Es wird mir daher nicht möglich sein, die allerneuesten Erkenntnisse dieses interessanten Forschungszweiges mit einzubeziehen, sondern ich kann mich nur auf veröffentlichte Publikationen berufen, die aus diesen Gründen nicht ohne weiteres den Stand der aktuellen Forschungen widerspiegeln müssen.

1. Einleitung

Vorerst will ich den Begriff "optischer Speicher" für die weitere Benutzung in dieser Facharbeit definieren. Ein optischer Speicher ist ein Medium oder ein Gerät, das solch ein Medium enthält, welches in der Lage ist ,Informationen in der Art zu speichern, dass diese zur Benutzung auf optischem Wege ausgelesen werden können. Es ist dabei weder erforderlich, dass diese Informationen optisch gespeichert werden müssen, noch ist ausgeschlossen, dass sie auf anderen Wegen wieder eingelesen werden können.

2. Herkömmliche Formen optischer Speicher

2.1 Der Lochstreifen als Vorgänger aller optischen Speicher

2.1.1 Funktionsweise

Der Lochstreifen ist ein dünner Streifen aus Papier oder Plastik. Zum Speichern von Informationen wird dieser Streifen gelocht. Die Information ist in dem Vorhanden bzw. Nichtvorhandensein von Löchern im Lochstreifen enthalten. Dabei wird meistens das Vorhandensein als binäre 1 und das Nichtvorhandensein als binäre 0 ausgewertet. Die Informationen werden zeilenweise verschlüsselt und jede Zeile besteht normalerweise aus 7 Spalten sowie einer Positionierungsspalte in der Mitte, die in jeder korrekten Zeile ein Loch enthält.

Der Lochstreifen wird mechanisch mit einem Schreibgerät beschrieben und dann optisch oder elektrisch wieder ausgelesen. Beim elektrischen Auslesen wird der Lochstreifen zwischen einer Kontaktplatte und einer Reihe Bürstenkontakte entlanggezogen. Die Kontaktplatte und die Bürstenkontakte berühren sich durch die Löcher hindurch und es kann ein Strom fließen.

Gegenüber dem mechanischen Auslesen stellt das optische Auslesen einen gewaltigen Fortschritt dar. Hierzu wird der Lochstreifen unter einer Lichtquelle entlanggeführt und das Licht fällt durch die Löcher auf einen Photowiderstand oder einen Phototransistor und wird so in ein elektrisches Signal umgewandelt. Diese Art der Informationsrückgewinnung hat den Vorteil, dass der Lochstreifen nicht mechanisch beansprucht wird und so länger benutzbar bleibt. Weiterhin kann die Lesegeschwindigkeit erhöht werden, ohne das die Gefahr besteht den Lochstreifen zu beschädigen.

2.1.2 Grenzen der Anwendung und Weiterentwicklung

Der Lochstreifen hat jedoch viele Nachteile. So ist ein Lochstreifen beispielsweise sehr feueranfällig und ohnehin wenig robust. Gegen den Einsatz des Lochstreifens spricht auch die geringe Datendichte und Datentransferrate. Auch ist der Lochstreifen auf den sequentiellen Zugriff beschränkt und eignet sich somit nicht, um schnellen Zugriff auf die Datenbestände zu haben.

2.2 CD und Abkömmlinge

Als Weiterentwicklung des Lochstreifens ist die Compact Disk (CD) anzusehen. Obwohl die Entwicklung hier einen gewaltigen Schritt nach vorn gemacht hat, ist das Grundprinzip des Lochstreifens noch vorhanden. Allerdings sind die meisten Nachteile entfernt worden, so dass die CD heute das am weitesten verbreitete optische Massenspeichermedium ist.

Bei einer CD werden die Daten als Folge von 120 nm tiefen Vertiefungen (Pits) und Nicht-Vertiefungen (Lands) auf einer Kunstoffscheibe von 12 cm Durchmesser gespeichert. Diese werden im normalen Fabrikationsprozeß durch einen Abdruck von einem Master erzeugt. Im Premaster-Bereich wird der Datenfluß normalerweise durch einen starken LASER-Strahl (siehe 2.2.4) auf die CD gebrannt.

Die Daten werden dabei in einer Spur, die kreisförmig von Innen nach Außen verläuft, gespeichert. Abgetastet wird eine CD durch einen schwachen LASER-Strahl, der über ein Linsensystem auf die CD fokussiert wird. Der Höhenunterschied von Pits zu Lands beträgt ein Viertel der Wellenlänge des LASER-Strahls, wodurch es zu einer Phasenverschiebung um 180° kommt.

Über Polfilter im Linsensystem wird der von der CD reflektierte Strahl auf einen Photosensor geleitet. Durch die Polfilter wird der von einem Pit reflektierte Strahl herausgefiltert, so dass am Sensor eine Abfolge von Dunkel- und Hellzonen registriert werden kann.

Damit die CD nicht allzu störanfällig gegen Kratzer wird, können die Daten nicht einfach als 1 und 0 für Pit und Land gespeichert werden. Vielmehr steht der Wechsel von einer Höhenstufe auf die jeweils andere für eine binäre 1 und das Gleichbleiben der Höhe für eine binäre 0.

Damit dieses System funktioniert, müssen zwischen zwei 1 mindestens zwei 0 stehen. Um die korrekte Spurführung zu gewährleisten, dürfen es aber auch nicht mehr als elf 0 sein. Deshalb kommt die Eight to Fourteen Modulation (EFM) zum Einsatz. Dabei wird einem Byte eine Folge von 14 binären 1 oder 0 zugewiesen.

Aus der EFM folgt auch, dass die Pitlänge zwischen 0,833 µm und 3,054 µm variiert.

Zur Datenspeicherung auf CD sind verschiedene Standards definiert. In den sogenannten Coloured Books sind insgesamt fünf Standards enthalten:

Der Red Book Standard(CD-DA) definiert die digitale Tonkonservierung auf CDs.

Der Yellow Book Standard(CD-ROM) definiert die Datenspeicherung auf CDs.

Im Orange Book Standard(CD-R) wird die Datenspeicherung auf beschreibbaren CDs definiert.

Desweiteren gibt es noch den Green Book und den Blue Book Standard. Diese Standards enthalten jedoch nur selten benutzte Datenträger.

Eine CD ist in Sektoren aufgeteilt, welche die kleinste adressierbare Einheit bilden. Jeder Sektor enthält 98 Frames. Jedes Frame besteht aus 27 Bits für die Synchronisation, einem Subcode von 8 Bit Länge, 96 Bits für Daten, 32 Bits für die Paritätsinformationen, noch einmal 96 Bit Daten und wieder 32 Bit Paritätsinformationen. Durch die Paritätsinformationen ist sichergestellt, dass ein Lesefehler auch als solcher erkannt wird.

2.2.1 CD-ROM

Eine Compact Disk - Read Only Memory (CD-ROM) ist eine Weiterentwicklung der normalen CD-DA. Neben den reinen Daten werden auf einer CD-ROM auch Verwaltungs- und Fehlerkorrekturdaten gespeichert, so dass die tatsächliche Speicherkapazität unter der einer CD-DA liegt, welche nur zusätzlich zur Musik nur noch Fehlererkennungsdaten aufnimmt. Trotzdem liegt die Speicherkapazität einer CD-ROM noch bei etwa 650 bis 680 MegaByte (MB).

Der Yellow Book Standard unterscheidet zwei Modi für die Speicherung. Modus 1 ist die gängige Daten-CD mit zusätzlichen Fehlererkennungs- und Korrekturdaten. Ein Sektor im Modus 1 gliedert sich in 12 Bytes Synchronisationsdaten, 4 Bytes Header, 2048 Bytes Nutzdaten, 4 Bytes Fehlererkennungsinformationen, 8 Bytes Leerstellen und 276 Bytes Fehlerkorrekturdaten.

Modus 2 hat heute keine weitere Bedeutung in der Datenverarbeitung, da er zwar eine erhöhte Kapazität hat, ihm jedoch die Fehlerkorrekturdaten fehlen. Im Modus 2 besteht ein Sektor nur aus 12 Bytes Synchronisationsdaten, 4 Bytes Headerinformationen und 2336 Bytes Nutzdaten.

Um die Datensicherheit bei einer CD-ROM zu gewährleisten, wird das Interleavingverfahren angewandt. Der Bitstrom wird auf der CD nicht hintereinander gespeichert, sondern verteilt. So liegen zusammengehörende Daten nicht hintereinander. Wenn nun ein Flächenfehler auftritt, ist er als kleiner Fehler auf mehrere Sektoren verteilt, anstatt auf einem Sektor einen unbehebbaren Fehler herzustellen. Dadurch kann er leichter mit Hilfe der Fehlerkorrekturdaten korrigiert werden.

2.2.2 Bildplatten

Bildplatten sind physikalisch ähnlich aufgebaut wie CD-ROMs, haben jedoch ein anderes Speicherformat. Es gibt allerdings auch Modifikationen, die größer sind als eine CD-ROM.

Bildplatten waren am Anfang dieses Jahrzehnts besonders im Bereich der Unterhaltungselektronik weit verbreitet, da sie zu diesem Zeitpunkt die Datenträger mit der höchsten Datendichte waren. Auf eine Seite einer Bildplatte passen circa 35 Minuten Video oder 54 000 Einzelbilder. Heute kommen Bildplatten fast nur noch in den alten Datenbeständen von Bibliotheken oder anderen Informationseinrichtungen vor.

2.2.3 DVD und andere CD-Typen

Die Digital Versatile Disk (DVD) scheint das Speichermedium der nahen Zukunft zu sein. Die DVD ist gar nicht einmal mehr so jung, aber ihre Verbreitung hält sich noch in Grenzen. Was wohl auch dem nicht eindeutig geklärten Streit über die Standardisierung geschuldet sein mag, weswegen viele Firmen noch vor einer Investition zurückschrecken.

Die DVD ist so vielseitig, dass sie womöglich CD-ROM, CD-DA und Videokassette ersetzen könnte. Obwohl sie die gleichen Maße hat wie eine herkömmliche CD, hat eine DVD selbst in der kleinsten Ausführung ein Datenvolumen von 4,7 GigaByte (GB).

Bei der DVD werden die Daten auf die gleiche Art und Weise wie auf einer CD untergebracht. Allerdings werden die Daten nun mit einem verringerten Spurabstand von 0,74 m m statt 1,6 m m und einer kleineren Pitlänge gesichert.

Noch größere Speichermengen werden auf einer DVD untergebracht, indem man zwei Lagen übereinanderlegt und die DVD zweiseitig beschreibt. Dabei ist die erste Lage nur für eine bestimmte Wellenlänge durchlässig und die zweite reflektiert alles. Wenn man jetzt mit zwei LASERn mit verschiedenen Wellenlängen die Daten liest, kann man wahlweise die erste oder die zweite Lage gezielt auslesen.

So hat eine zweilagige einseitige DVD bereits ein Volumen von 8,5 GB. Zweiseitig beschriebene DVDs erreichen demnach 9,4 GB bzw. 17 GB.

Die DVD hat dem Unterhaltunggssektor allerdings noch einige Erweiterungen zu verdanken. Ein Ländercode soll das Abspielen von DVDs aus anderen Erdteilen unmöglich machen, um die Filme, die in den USA früher erscheinen, nicht auch sofort im Rest der Welt verfügbar zu machen. Der Speicherplatz wird verbraucht, indem man 8 Ton- und 9 Videospuren aufzeichnet, um den Film in mehreren Sprachen und aus vielen Perspektiven abspielen zu können. Zum Kopierschutz wurde eine Verschlüsselung hinzugefügt sowie ein Modell, das zwar noch umstritten, aber dennoch durchführbar ist. Demnach soll eine DVD einmal für private Zwecke kopierbar sein. Eine Kopie von der Kopie ist jedoch ausgeschlossen. Außerdem soll es Modelle, geben bei denen die DVD nach dem ersten Einlegen nur 72 Stunden abspielbar bleibt. Man erspart sich so das Zurückbringen der DVD in den Videoverleih. Durch Anruf und entsprechende Bezahlung ließe sich dann die Frist um weitere 72 Stunden verlängern oder durch eine höhere Bezahlung ganz abschalten. Allerdings bliebe die DVD dann nur im selben Abspielgerät lesbar.

2.2.4 CD-R und DVD-RAM

Die CD-Recordable (CD-R) ist eine beschreibbare Form der CD. Dabei wird ein Rohling benutzt, der den selben Spezifikationen folgt wie die CD. Statt der Vertiefungen hat der Rohling aber eine gleichförmige Schicht aus einem meist organischen Farbstoff, der durch Hitzeeinwirkung lichtundurchlässig wird. In einem CD-Recorder werden die Daten auf die CD ,gebrannt`.

Durch dieses Verfahren werden die selben Strukturen auf der CD-R gespeichert wie bei einer herkömmlichen CD. Dadurch kann man, eine entsprechende Software vorausgesetzt, alle Unterarten der normalen CD mit einem Brenner erzeugen. Eine gebrannte CD-DA ist also auch in jedem CD-Spieler abspielbar.

Allerdings gibt es einige neue Formate, die sich nur im jeweiligen Brenner lesen lassen. Durch diese Erweiterungen wird es möglich mehrere Sessions auf einer CD zu speichern.

Eine Session enthält die gesamte Datenstruktur einer CD. So ist es möglich, neben mehreren Dateisystemen, z.B. Macintosh und PC, auch verschiedene Standards, z.B. Audio- und Datentracks auf einer CD zu speichern. Man kann auch in einer Session die CD nur halb beschreiben, um in der nächsten Session den Rest des Speicherplatzes zu benutzen.

Eine Erweiterung, das sogannte UDF macht es sogar möglich Daten auf der CD zu löschen. Dabei werden die Daten allerdings nicht physikalisch gelöscht, das ist unmöglich, sondern nur als gelöscht markiert.

Bei der DVD-RAM kommt die Phase-Change-Technologie zum Einsatz um die Daten auch wieder löschen zu können. Dazu wird mit einem LASER die DVD-RAM auf verschiedene Temperaturen erhitzt um etwas zu speichern oder zu löschen. In der DVD befindet sich dann ein Farbstoff, der bei unterschiedlichen Aggregatzuständen unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit erzielt. Die Standardisierung ist allerdings noch nicht abgeschlossen. Eine DVD-RAM nach heutigem Standard kann 2.6 GB speichern.

3. Die Speicher von Morgen

Im professionellen Sektor haben die Speicheranforderungen für große Datenbanksysteme die TeraByte (TB)-Grenze längst überschritten. Einen eventuellen Lichtblick am Horizont stellen sicherlich die holographischen und die polymeren Speichermedien dar. So gelten 170 TB auf der Größe einer Kreditkarte als innerhalb der nächsten 20 Jahre durchaus erreichbar.

3.1 Holographische Speichermedien: Ein Terabyte auf dem Volumen eines Stückchens Würfelzucker

3.1.1 Allgemeines

Holographische Speicher sichern Daten als Veränderungen des Brechungsindex in Kristallen. Möglich wird dies durch den photorefraktiven Effekt.

Um etwas im Kristall zu speichern lenkt man einen Addressierungs- und einen Bildstrahl so auf den Kristall, dass sie sich im Kristall überlagern. Dem Bildstrahl wird die zu speichernde Infomation aufmoduliert, beispielsweise mit einem Flüssigkristalldisplay im Strahlengang. Es kommt im Kristall zu einem Interferenzmuster aus Bild- und Adressierungstrahl, welches durch den Photorefraktiven Effekt gespeichert wird. Wenn man den Adressierungstrahl wieder anlegt, ohne einen Bildstrahl auf den Kristall gerichtet zu haben, wird der ursprüngliche Bildstrahl wiederhergestellt (Siehe Bilderverzeichnis Nr.1).

Um mehrere Seiten zu speichern, ändert man den Winkel des Adressierungsstrahls minimal. So können bis jetzt 160 000 verschiedene Seiten gespeichert werden. Da die Technik noch entwickelt wird, werden bis zur Marktreife des Systems wohl viel mehr möglich sein.

3.1.2 Der Photorefraktive Effekt

Der Photorefraktive Effekt wurde entdeckt als unerwünschte Eigenart von bestimmten Kristallen, z.B. Lithiumniobat, ihren Brechungsindex durch Lichteinwirkung zu verändern. Das machte diese Stoffe untauglich zur Verwendung als Linsen, da der Lichtstrahl unvorhersehbar abgelenkt wurde. Durch den photorefraktiven Effekt sind diese Kristalle aber vorzügliche holographische Speicher.

Durch Lichteinwirkung werden in den Kristallen Ladungsträger freigesetzt. Unter dem Einfluß eines von außen angelegten elektrischen Feldes werden die Ladungsträger beweglich. In den dunklen Bereichen sind die Ladungsträger quasi gefangen und sammeln sich. Infolge dieser Ladungsverteilung wird der Brechungsindex des Materials aufgrund des elektro-optischen Effekts geändert.

3.1.3 Die Möglichkeiten der Datencodierung

Holographische Speicher arbeiten seitenorientiert, wodurch sie sich sehr gut zur Verwendung in relationalen Datenbanken eignen. Eine relationale Datenbank ist normalerweise zweidimensional in Zeilen und Spalten organisiert. Dieses Prinzip läßt sich fast ohne Veränderung zur Verwendung in holgraphischen Speichern übernehmen.

Da ein holographischer Speicher über das reine Speichern und Abrufen hinaus noch Fähigkeiten zur Mustersuche bietet, muss eine Datencodierung diese Möglichkeiten einbeziehen. Bei der Entwicklung einers Codierungsschemas muss man auch die Fehlererkennung und Korrektur berücksichtigen.

Eine Möglichkeit zur Fehlererkennung und Korrektur ist der Cross-Parity-Code (CPC) . Hierbei wird über jede Spalte und jede Zeile ein Parity-Bit gebildet. Das Parity-Bit gibt mit 1 und 0 an, ob in der Spalte bzw. Zeile eine gerade oder ungerade Zahl an 1 vorkommt. Zusätzlich wird ein Parity-Bit für die gesamte Tabelle berechnet. Aus einer Tabelle mit I Zeilen und J Spalten wird eine Tabelle mit I+1 Zeilen und J+1 Spalten, die dann letztendlich abgespeichert wird.

Beim Lesen wird diese Prozedur wiederholt. Wenn keine Lesefehler aufgetreten sind, sind alle neu berechneten Parity-Bits auf 0 gesetzt. Bei einem Lesefehler, wird das Parity-Bit für die gesamte Tabelle 1 und in den Parity-Bits über die Spalten und Zeilen wird jeweils genau ein Bit 1 sein, welches dann die fehlerhafte Stelle angibt. (siehe Bilderverzeichnis Nr.2). Bei zwei Lesefehlern ist das Gesamt-Parity-Bit 0, aber in den Zeilen- und Spalten-Parity-Bits sind mehrere 1. Dann muß die Seite noch einmal gelesen werden.

Da in Datenbankanwendungen nur ein eingeschränkter Zeichensatz benötigt wird, kann man die Spalten-Parity-Bits weglassen, wenn man gleichzeitig vereinbart, dass in jeder Spalte beispielsweise nur genau zwei 1 vorkommen dürfen. Erreicht wird dies, indem man pro Spalte ein Zeichen codiert und die Bit-Kombinationen so wählt, dass jedes Zeichen aus genau zwei 1 besteht. Denkbar wäre z.B. ein Bit zum Auswählen der Gruppe und ein Bit zum Auswählen des Zeichens aus der Gruppe, und eine Einteilung in 5 Gruppen á 10 Zeichen. Diese Codierung begünstigt auch das assoziative Wiederauffinden.

Das assoziative Wiederauffinden von Daten ist eine Spezialität holographischer Speicher. Dabei wird ein Bildstrahl mit den gesuchten Informationen auf den Kristall gerichtet, ohne dass ein Adressierungsstrahl anliegt. Alle gespeicherten Hologramme, die mit den gesuchten Daten etwas gemeinsam haben, rekonstruieren nun ihren Adressierungsstrahl, der dann aufgefangen und gemessen werden kann. Um ein gutes Funktionieren dieser Methode gewährleisten zu können, müssen die gespeicherten Seiten einen guten Kontrast untereinander haben.

Es wäre also keine gute Idee alle Ziffern in eine Gruppe zu bringen, da sonst bei der Suche nach einer Telephonnummer sämtliche Datensätze zumindest eine teilweise Übereinstimmung mit dem Suchargument haben würden.

3.1.4 Anwendungsgebiete

Wie bereits gesagt, wird das hauptsächliche Anwendungsfeld sich vorerst zumindest auf Datenbankanwendungen beschränken. So kann eine riesige Mitgliederdatenbank beispielsweise in wenigen Augenblicken nach beliebigen Informationen durchsucht werden.

Auf lange Sicht werden durch holographische Speicher aber auch völlig neuartige Formen der Unterhaltungselektronik entstehen können. Auf einem Kristall könnte man dann hunderte verschiedene Filme oder hunderte verschiedene Versionen eines Films speichern. Man könnte den Film als Hologramm aufzeichnen und der Unterhaltungsindustrie so eine dritte Dimension verschaffen.

3.2 Polymere Speicher: Die Tesarolle als Datenspeicher

3.2.1 Allgemeines

Polymere sind Verbindungen der organischen Chemie. Es handelt sich dabei um Riesenmoleküle, die als lange Ketten aus den kurzen Monomeren zusammengesetzt sind. Dazu verbinden sich viele gleichartige Monomere wie Perlen an einer Kette zu einem langen Riesenmolekül. Polymere haben weite Verbreitung, da jede Art von Kunststoff aus ihnen besteht.

In letzter Zeit haben die Polymere die Wissenschaftler immer wieder in Aufregung versetzt. So wurden Polymere entdeckt, die Strom leiten, sich bei Stromfluß zusammenziehen oder ausdehnen, leuchten und sogar Licht in elektrischen Strom umwandeln können. Es wurden auch Polymere entdeckt, die den photorefraktiven Effekt aufweisen, wie z. B. der Tesafilm.

3.2.2 Forschung und Entwicklung

Einer Mannheimer Forschungsgruppe ist es gelungen, auf einer 10m-Rolle Tesafilm 10 GB Daten zu speichern. Dazu werden die Daten mit einem LASER-Strahl auf den Film "gebrannt" und so als Brechungsmuster gespeichert. Ausgelesen werden die Daten wieder mit einem LASER-Strahl. Dieses Prinzip erreichte im Labor eine Datenrate, die einer normalen 4 GB Festplatte entspricht.

Die Tesarolle ist zwar das prominenteste Beispiel für polymere Speicher, bei weitem aber nicht das einzige.

Die amerikanische Firma Ioptics will in diesem Jahr ihre "OROM" als Prototyp vorführen. Diese soll 128 MB auf Kreditkartengröße speichern können.

Die norwegische Firma Opticom arbeitet an einer Speicherfolie, die gänzlich aus Polymeren bestehen und in Sandwich-Bauweise mehrere Schichten vereinen soll. Die oberste Schichte besteht aus elektrisch leitfähigen Polymeren, die in einer Art Gitter übereinander angeordnet sind und das Adressierungsnetz bilden. Darunter liegt eine Schicht aus Polymeren, die leuchten, wenn man ein elektrisches Feld anlegt. Die dritte Schicht ist die eigentliche Speicherschicht, deren Polymere sich durch Lichteinwirkung in ihrer Lichtdurchlässigkeit verändern lassen. Die vierte und fünfte Schicht bilden Polymere, die den Lichtimpuls wieder in Strom auf einem Adressierungsnetz umwandeln.

Um Daten zu speichern wird ein starker Lichtimpuls erzeugt, der die Lichtdurchlässigkeit der dritten Schicht ändert. Wenn man die Daten wieder abfragen will, erzeugt man einen schwächeren Lichtimpuls und bekommt die Daten von der fünften Schicht zurückgeliefert.

3.2.3 Vorteile gegenüber herkömmlichen Speichern

Die Polymeren Speicher können als Folien übereinandergelegt werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Auf diese Art kann die Speicherkapazität leicht vervielfacht werden. Durch die Folienbauweise sind sie auch sehr leicht und dünn, biegsam und trotzdem robust. Nicht zuletzt deshalb zeigt das Militär reges Interesse an Polymeren. Man kann polymere Speicher in Folienbauweise mit riesigen Datentransferraten ausstatten, indem man eine ganze Zeile auf einmal liest.

Aufgrund der Kompaktheit lassen sie sich leicht in mobile Geräte einbauen. Digitalkameras oder tragbare Computer sind Paradebeispiele für diese Art der Verwendung.

Die Folien, die für diese Speicher benötigt werden, lassen sich kostengünstig in riesigen Mengen herstellen und werden dann einfach auf die richtige Größe zugeschnitten.

4. Zusammenfassung

Die nahe Zukunft gehört sicherlich der DVD, da sie Standards für nahezu jeden Bereich der Datenaufzeichnung bereitstellt. Mittelfristig werden die Polymeren Speicher eine Datenaufzeichnung in noch nicht gekanntem Umfang möglich machen. Doch letztendlich werden sich wahrscheinlich die holographischen Speicher durchsetzen, da sie sehr gut in das Konzept der rein optisch arbeitenden Computer passen.

5. Bildmaterial

Grafik Nr. 1: Aufbau eines holographischen Datenspeichersystems

Grafik Nr. 2: Beispiel für holographisch gespeicherte Daten

6. Glossar

Bit	Kleinste Informationseinheit eines Computers. Ein Bit speichert nur 1 oder 0.
Byte	Ein Byte besteht aus 8 Bits und ist die Standardeinheit mit der im Computerbereich gerechnet wird.
Datendichte	Gibt an wie dicht Daten auf einem Speicher aufgezeichnet werden. Üblich sind Bit/cm² bzw. Bit/cm³ als Einheit.
Datentransferrate	Gibt an mit welcher Geschwindigkeit Daten vom Speicher in den Computer übertragen werden. Einheit ist MB/s.
Interferenz	Überlagerung von zwei oder mehr Wellen, bei der es zu teilweiser gegenseitiger Auslöschung oder Verstärkung kommt.
Master	Eine Glasscheibe von 12 cm Durchmesser in die die Pits die die CD später enthalten soll eingebrannt werden. Vom Master werden Abdrücke hergestellt, die als Pressformen für die herzustellenden CDs dienen.
Modulieren	Ein Trägersignal so verändern, dass es Nutzdaten mitführt.
Parity	Verfahren um die Datensicherheit bei der Übertragung sicherstellen soll. Dabei wird für eine Gruppe aus einzelnen Bits ermittelt, ob eine gerade Anzahl 1 oder eine ungerade Anzahl enthalten ist.
RAM	Random Access Memory (Speicher für willkürlichen Zugriff) ist ein Speicher, bei dem Daten gelesen und geschrieben werden können.
ROM	Read Only Memory (Speicher für nur-lesenden Zugriff) ist ein Speicher, der nur gelesen werden kann.
Seitenorientiert	Bedeutet, dass die Daten nicht Bit für Bit ausgelesen werden, sondern gleich eine Seite auf einmal. Die meisten Datenträger arbeiten nicht Seitenorientiert.
Sequentieller Zugriff	Beschreibt die Art der Adressierung. Die Daten werden nacheinander ausgelesen und es ist nicht möglich an eine bestimmte Stelle zu springen. Eine Tonbandkassette arbeitet sequentiell, eine CD nicht.
Wellenlänge	Physikalische Eigenschaft von Wellen die angibt wie groß die Entfernung von einem Wellenberg zum nächsten ist. Wir nehmen Licht unterschiedlicher Wellenlägen mit unterschiedlichen Farben war.

7. Literaturverzeichnis

Viele Quellen habe ich aus dem Internet bezogen. Da sich die Inhalte im Internet ständig ändern, ist es möglich, dass einige Quellen nicht mehr auffindbar sind. In diesem Fall bekommen Sie bei mir eine Kopie davon.

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