Opslagmedia

Samenvatting Opslagmedia is tegenwoordig niet meer weg te denken uit de elektronische wereld. Een computer zonder harde schijf is niks waard en zonder cd’s en dvd’s was mobiele opslag veel geringer geweest. De opmars die de opslag voor de computer heeft gemaakt is vele malen groter dan men ooit had gedacht. Tegenwoordig haalt men met harde schijven een overdrachtsnelheid van tientallen diskette’s per seconde. Toch is er nog een nieuw soort opslagmedia doorgebroken en dat ligt hem aan het feit dat harde schijven niet mobiel zijn en cd’s of dvd’s groot en kwetsbaar zijn. Flashkaartje kennen dit probleem niet. Ze zijn ongevoelig voor temperatuur en schokken. Het is daarnaast ook nog eens geruisloos, klein, licht, snel en het bevat geen bewegende onderdelen zodat het weinig stroom neemt. Flashkaartjes worden vooral gebruikt voor digitale fotografie en zakcomputers. De bekendste flashkaartjes zijn compactflash, smartmedia, Secure Digital card, memorystick en de XD-Picture Card. Inleiding Dit verslag is zo ingedeeld dat het opslagmedia waarmee het bekend is geworden in het eerste hoofdstuk verwerkt is. Het eerste hoofdstuk gaat over opslagmedia in en rond computers. Daarnaast is het verslag in een aantal paragrafen ingedeeld die chronologisch verlopen. Het begint met een inleiding welke algemene informatie bevat over het betreffende hoofdstuk. Omdat het eerste hoofdstuk chronologisch verloopt begint het daarom met ponskaarten omdat dit de grondlegger is voor de opslag van binaire en dus digitale data. Vervolgens wordt wat verteld over de diskette waarop de harde schijf volgt. De cd-rom en de dvd-rom zijn de laatste ontwikkelingen en deze worden uitgebreid beschreven in de laatste twee paragrafen. In het tweede hoofstuk wordt verteld hoe flashkaartjes functioneren en vervolgens wordt per paragraaf een type flashkaart besproken. Dit is zo ingedeeld dat de geheugenkaartjes met de meeste toekomst als laatste wordt besproken. Hiermee wordt een volgorde gehandhaafd welke interesse zal wekken bij de lezer. Het begint daarom met smartmedia en wordt opgevolgd door compactflash. De memorystick van Sony komt in het volgende paragraaf en SD card wordt daarna behandeld en uitgelegd. De laatste paragraaf is xD card. Het derde hoofstuk zal gaan over een onderzoek wat ikzelf heb gedaan. Dit onderzoekje heb ik ondergebracht in een vraagstuk waarop andere mensen van een bekend computerforum konden antwoorden. Het resultaat was interessant maar toch verwacht. Ook wordt hier nog een paragraaf gewijd aan USB sticks.
Hoofdstuk 1 Computermedia
1.1 Inleiding De meeste mensen kennen opslagmedia of geheugen van de computer. De computer heeft niet alleen een harde schijf maar ook een diskettestation en vaak ook nog een cd-rom/dvd-speler. Dit soort geheugen vergaat niet als de stroom uitvalt en is daardoor erg belangrijk voor het dragen van informatie. Het is bovendien enorm ontwikkeld de laatste decennia. 1.2 Ponskaarten Ponskaarten of Hollerithkaarten (genoemd naar de uitvinder Herman Hollerith) zijn kaarten die vroeger werden gebruikt om informatie in op te slaan op zo'n manier dat deze informatie machinaal gelezen kon worden. Binaire data bestaat uit enen en nullen. Om binaire informatie op te slaan wird gebruik gemaakt van gaten in kaarten. Een gaatje stelde dan een 1 voor en geen gaatje een 0. Een standaard ponskaart bestaat uit 80 kolommen van 12 rijen en kan per kolom 1 teken bevatten. De informatie werd in de kaart aangebracht door in een of meer rijen van een kolom een klein rechthoekig gaatje te ponsen. Zulke gaatjes konden mechanisch worden gedetecteerd. Voor een kilobyte aan informatie waren dus ca 13 ponskaarten nodig. Computerprogramma's werden als ponskaarten bewaard in de tijd dat er voor computers nog geen grote en snelle massageheugens anders dan magneetbanden waren. Ook voor er computers waren werden ze al gebruikt in sorteer- en data-opslagtoepassingen. Acceptgirokaarten en overschrijvingskaarten zijn nog heel lang (tot in de jaren '70) ponskaarten geweest waarop het gironummer van de houder al was ingeponst. Voor het maken van ponskaarten werden kaartponsers gebruikt, grote apparaten met een typemachine-achtig toetsenbord waarop datatypistes en programmeurs hun kaarten ponsten. Een bestand dat eenmaal in de computer zat kon door de computer op een automatisch ponsmachine veel sneller en foutloos worden uitgeponst. Soms stond op de bovenste regel in inkt de machinaal leesbare inhoud van de ponskaart afgedrukt voor menselijke lezers. Bepaalde kolommen van een ponskaart werden op sommige computersystemen of door bepaalde programmeertalen (Fortran) gebruikt om er een serienummer in te ponsen: als men namelijk de stapel kaarten op de grond liet vallen en ze raakten door elkaar was het programma meestal niet meer te met de hand te construeren door de kaarten op volgorde te leggen zonder sorteernummer. Ponskaarten werden in de computer ingelezen door kaartlezers, met honderden of duizenden kaarten per minuut. Kleine mechanische imperfecties van de kaarten (vouwtjes, hoekjes) konden tot blokkades en dataverlies leiden. Naast ponskaarten bestond er ook ponsband. 1.3 De diskette Een diskette dankt zijn naam aan het feit dat het bestaat uit een dun, cirkelvormig en flexibel (waarvan de Engelse benaming floppy is afgeleid) stuk plastic, bedekt met een magnetiseerbare laag en gevat in een vierkant of rechthoekig omhulsel. Tegen het begin van de jaren 90 werden softwarepakketten zo groot dat ze op sets van floppy's werden opgeslagen. Tegen het eind van de jaren 90 werd hiervoor steeds meer de cd-rom gebruikt. De zipdisk werd soms als alternatief voor de floppy ingezet bij het bewaren van gegevens. Met de opkomst van internet en goedkoop ethernet werd opslag op diskette steeds minder noodzakelijk. Tegenwoordig wordt voor externe opslag meestal gebruik gemaakt van compact discs. De diskette en floppy disk drive (FDD) werden in 1967 uitgevonden door de IBM-technicus Alan Shugart. De eerste floppydrives gebruikten een schijf met een doorsnede van 8 inch, ongeveer 20 centimeter, en een capaciteit van slechts 160 kilobytes. De opvolgende diskette voor de thuiscomputer was de 5¼ inch-versie (ongeveer 13 centimeter), klein genoeg om in een desktopmachine te passen, met een capaciteit van 360 kB (single-sided, single-density). Door IBM werd deze floppy (als read-only unit) gebruikt in grote mainframes voor de snelle installatie van firmware en diagnostics software. 1.4 De harde schijf De harde schijf is het onderdeel van de computer waar de gegevens opgeslagen kunnen worden. Het dankt zijn naam aan de harde metalen schijven, die zijn uitgerust met een magnetisch laagje. De informatie wordt met schrijf- en leeskoppen op de schijf gezet en weer teruggelezen. Omdat hiervoor de kop moet worden verplaatst en soms moet worden gewacht tot het juiste gedeelte van de schijf onder de kop doordraait is de harde schijf trager dan werkgeheugen. De opslagcapaciteit van de harde schijf heeft de laatste decennia onvoorstelbare vorderingen gemaakt. Naast het nadeel dat de harde schijf traag is, is het ook gevoelig voor schokken, hitte en magnetisme. De harde schijf is door deze nadelen ook niet geschikt om data over te brengen naar andere computers. Daarvoor is de USB-stick de beste oplossing. De maximale capaciteit van de harde schijf ligt tegenwoordig rond de 400 GB. Ook wordt de toegangstijd, wat 1 van de grootste belemmeringen is in de snelheid, steeds kleiner in tegenstelling tot de rotatiesnelheid die steeds hoger wordt. Een speciale techniek is SCSI (Small Computer System Interface) welke 10 000 toeren per minuut ondersteund. Het in 1986 vervaardige IDE (Integrated Drive Electronics) en tevens het meest gangbare systeem ondersteund “nog” maar 7200 toeren per minuut. 1.5 Cd-rom De cd of de Compact Disc is uitgevonden in 1969 door de natuurkundige Klaas Compaan die zijn beroep uitoefende bij Philips. Drie jaar later heeft hij samen met zijn collega Piet Kramer een prototype van glas gemaakt. Het was bedoeld voor opslag van videomateriaal maar de markt was in 1979 zodanig veranderd dat het veel meer gebruikt werd voor de opslag van muziek. Normalerwijze is de diameter van cd’s 120 mm en de dikte is 1,2 mm. Er zijn echter ook cd’s met een diameter van 80 mm. Deze worden veelal gebruikt in mobiele apparatuur zoals MP3-spelers. De schijven worden gemaakt van plastic (polycarbonaat) met een heel dun laagje aluminium waarin de digitale informatie wordt gebrand. De cd wordt van binnenuit naar buiten afgelezen in een spiraalspoor van putjes. aan het begin draait de schijf daarvoor sneller rond dan aan het eind. Het lezen van de putjes gebeurt met een diode-laser met een golflengte van 850 nm. De putjes zijn ongeveer 125 nm diep, en 500 nm breed, en variëren in lengte van 850 tot 3500 nm lang. De reflectie van de laser wordt continu gemeten, en daaruit wordt het originele signaal teruggerekend. Het aluminium buiten de putjes spiegelt het laserlicht goed, maar de putjes zijn donker door destructieve interferentie. Dit houdt in dat de lichtgolflengte zodanig wordt veranderd dat de het lichtsignaal niet meer wordt herkend.
1.6 Dvd-rom De Digital Versatile Disc (dvd) is in principe een doorontwikkeling van de cd. Het principe van enen en nullen herkennen dmv een laser en een chip is gebleven. De dvd heeft alleen met dezelfde afmetingen veel meer capaciteit. Dit heeft men bereikt door de tussenruimte van de sporen te verklein naar 0,74 µm en de ruimte tussen de enen en nullen te verkleinen naar 0,4 µm. Door deze ruimtes te verkleinen past er op de meest gangbare dvd 4,7 GB op de dvd. Dit is in werkelijkheid ongeveer 4,5 GB. Dit verschijnsel bestaat omdat de fabrikanten uitgaan van 1000000 bytes per GB, alleen de kenner weet dat er 10242 kB gaan in een GB. Deze dvd kan ongeveer 120 minuten beeld en geluid van bioscoopkwaliteit bevatten, ofwel het equivalent van ongeveer 1.360.000 getypte vellen papier. De eenheidssnelheid (1x) voor het lezen van een dvd is 1,38 MB/s. Er zijn 2 soorten dvd’s, namelijk de dvd-r en de dvd+r. Deze zijn helaas niet onderling uitwisselbaar en het verschil is ook enkel de ondersteuning van de fabrikanten. De dvd+r blijkt de overhand te krijgen omdat ze ook de ondersteuning krijgen van bedrijfen zoals Microsoft, Dell, Hewlett-Packard, Mitsubishi, Philips, Ricoh, Sony, Thomson en Yamaha. Er zijn echter genoeg dvd-branders die beide types probleemloos kunnen lezen en schrijven. De nieuwste techniek is de Dubbellaagse schijf. Deze kan 8,5 GB bevatten doordat er twee maal een reflecterend laag op 1 zijde zit. Hoofdstuk 2 Flashmedia
2.1 Inleiding Geheugenkaartjes kunnen tegenwoordig 1 GB aan binaire informatie bevatten en ze zijn niet groter dan een postzegel. De flashkaartjes zijn zogenaamde “solide staat” geheugenchips. Dit houdt in dat er geen mechanisch bewegende delen aanwezig zijn om de data op te slaan. De enen en nullen worden in een raamwerk opgeslagen en met een transistors geschakeld. De transistor bestaat uit twee delen, de zwevende schakelaar en de bestuurschakelaar. Spanning zetten op de bestuurschakelaar zorgt ervoor dat er spanning op die intersectie komt en er dus stroom gaat lopen dwars door de isolator naar de zwevende schakelaar. Een speciale cel sensor leest dit uit en geeft een 1. Het aansturen via dit raamwerk gebeurt door middel van het Fowler-Nordheim tunneling principe. In de bijlage staat een tekening welke het schematisch uitlegd. Door deze relatief ingewikkelde methode kan men met 10 Volt en zeer laag wattage schakelen. Het grote voordeel van Flashgeheugen tov van EEPROM is dat flashmedia blokken data tegelijk kan wissen itt EEPROM die maar per bitje kan wissen. Dat maakt Flashmedia snel en zuinig in gebruik en doordat er geen mechanische delen in zitten is het ongevoelig voor schokken en temperatuur. De voordelen van Flashgeheugen tov van een harde schijf zijn: - Flash geheugen is geruisloos - Sneller toegangstijd - Kleiner in omvang - Lichter in gewicht - Geen bewegende onderdelen 2.2 Smartmedia Toshiba heeft de “in vaste staat diskettekaart” oftewel smartmediakaart uitvonden. Zoals op het plaatje links is te zien is het geheugenkaartje zeer klein. Het kan van 2 MB tot 256 MB opslaan en het is maar ongeveer 45 mm lang, 37 mm breed and minder dan 1 mm dik. Smartmedia functioneert stukken simpeler dan compact flash. Het heeft geen controllers of ingewikkelde zwevende transistoren. Het werkt met een techniek genaamd “overgoten tin pakket”. Met deze techniek kun je alles zonder solderen in een behuizing stoppen. Smartmedia schrijft, leest of verwijdert kleine blokjes van 256- or 512-bytes groot tegelijk en is daardoor snel in gebruik. 2.3 CompactFlash Compactflash is uitgevonden door Sandisk in het jaar 1994 en ze verschillen in 2 opzichten van Smartmedia. In het eerst opzicht zijn compactflash kaarten dikker dan smartmedia, het voordeel hiervan is dat compactflash ook meer data kan bevatten. Tegenwoordig is de maximale opslagcapaciteit 1 GB. Het tweede opzicht waarin ze verschillen met smartmedia is dat compactflash een controller aan boord heeft waardoor compactflash in de meeste gevallen sneller is dan smartmedia. De controller beetje dikker dan MMC, maar is daarentegen wel sneller en kan meer data bevatten. Het werkt ook niet met het NOR principe maar met het NAND principe. Dit principe werkt sneller, heeft grotere dichtheden en is lager in prijs per bit. Het nadeel is dat het een sequentiele toegang heeft, dus het moet net als een tape het hele schijfje afgaan wil het een bestand bewerken, kopieren of verwijderen. Desondanks haalt de SD card respectievelijke snelheden. Een half jaar geleden was het echter nog erg duur in prijs per MB in vergelijking met het veel goedkopere compactflash, maar vandaag de dag is het met ongeveer dezelfde prijs een grote concurrent geworden voor de andere flashkaartjes. Hetkan namelijk bepaalde taken overnemen, vooral van apparaten met langzame processors. Compactflash kaartjes zijn 43 mm breed en 36 mm lang en ze zijn er in 2 verschillende diktes: Type 1 is 3,3 mm dik en de nieuwste type 2 is 5,5 mm dik. De reden waarom compactflash zo dik is is dat het kaartje ipv alleen geheugen ook een controller en chips moet bergen. 2.4 Memorystick Sony kwam in 1998 met de MemoryStick als alternatieve compacte geheugenkaart. Deze stick is 50 mm lang, 21,5 mm breed en 2,8 mm dik. Het nadeel van de memorystick is dat het maximaal 128 MB kan bevatten. Daarom heeft sony de memorystick pro ontworpen welke 256 MB kan bevatten en bijna een keer zo snel is. Daarnaast is de memorystick alleen geschikt voor sony apparatuur omdat andere fabrikanten vaak compactflash, smartmedia of SD kaartjes gebruiken.
2.5 Secure Digital Card Secure Digital Card of SD card is gebaseerd op toshiba’s MMC card. Een SD card is een is de keus geworden voor vele fabrikanten van zakcomputers, maar ook palm heeft zijn palmcomputertjes veelal uitgerust met een SD slot. Sinds een paar maanden is er echter een nog kleinere concurrent op de markt verschenen. De xD card. 2.6 XD-Picture Card XD-Picture Card is door Olympus en Fuji in juli 2002 in het leven geroepen en wordt daarbij ondersteund door Toshiba. De bedoeling van dit geheugenkaartje was in de digitale fotografie te concurreren met de huidige geheugenkaart marktspelers. XD is het allerkleinste
geheugenkaartje momenteel in productie en het is daardoor uiterst geschikt voor digitale fotografie en andere mobiele apparatuur. De afmetingen zijn “maar” 20mm lang, 25mm breed en de dikte is 1.78mm. De massa ligt daarmee op 2,8 g en het schijnt de laagste verbruik te hebben qua aantal watts. Momenteel zijn deze kaartjes maximaal 512 MB groot, maar het heeft een theoretische maximum van 8 GB. XD staat voor “eXtreme Digital”. 2.7 USB-sticks De reden waarom USB sticks niet bij flashgeheugen staat is omdat USB sticks een ander doel heeft. Het is een flash geheugen maar het is de opvolger van de draagbare media. De bedoeling is dat men snel en veel van de ene computer naar de andere kan brengen. De laatste USB sticks zijn 512 MB groot. Het grote voordeel van USB sticks is dat je zonder drivers te hoeven installeren heel snel data kan verplaatsen. Een vereiste is echter wel dat de computer windows XP of 2000 draait. Conclusie We mogen accepteren dat flashgeheugen op den duur de mechanische opslagmedia zal vervangen. De vele voordelen van flashgeheugen zetten harde schijven, cd’s en zelfs dvd’s in het niet. Het enige nadeel van flashgeheugen is dat de prijs per MB hoger ligt dat van van bijv. harde schijven. Wanneer dit medium een redelijke prijs heeft gekregen zal het zijn opmars maken in de opslagmedia en over 20 jaar weten wij niet meer anders dan flashgeheugen. Echter zal tegen die tijd weer een geheugen zijn die flashgeheugen overtreffen. Men spreekt over biologisch geheugen die werkt met proteinen. Gelukkig zal de techniek altijd doorgaan en ons versteld laten staan van de mogelijkheden.