1
00:00:06,559 --> 00:00:10,030
In vielerlei Hinsicht macht
unser Gedächtnis aus, wer wir sind.

2
00:00:10,030 --> 00:00:12,059
Mit ihm erinnern wir uns an Geschehenes,

3
00:00:12,059 --> 00:00:13,989
lernen und behalten Fähigkeiten


4
00:00:13,989 --> 00:00:16,273
und schmieden Zukunftspläne.

5
00:00:16,273 --> 00:00:19,916
Für Computer, die uns oft
als Erweiterung unserer selbst dienen,

6
00:00:19,916 --> 00:00:22,126
spielt das Gedächtnis eine ähnliche Rolle.

7
00:00:22,126 --> 00:00:23,711
Sei es ein zweistündiger Film,

8
00:00:23,711 --> 00:00:25,283
eine Textdatei aus zwei Wörtern,


9
00:00:25,283 --> 00:00:27,833
oder Befehle zum Öffnen dieser Dateien --

10
00:00:27,833 --> 00:00:33,372
alles in einem Computerspeicher hat 
die Form von Bits, also Grundeinheiten,

11
00:00:33,372 --> 00:00:35,846
oder auch Binärziffern.

12
00:00:35,846 --> 00:00:38,387
Sie sind alle in einer Zelle gespeichert,

13
00:00:38,387 --> 00:00:42,185
die zwischen zwei Zuständen 
für zwei mögliche Werte wechseln kann,

14
00:00:42,185 --> 00:00:44,057
nämlich 0 und 1.

15
00:00:44,057 --> 00:00:47,177
Dateien und Pogramme bestehen 
aus Millionen dieser Bits,

16
00:00:47,177 --> 00:00:49,748
die alle in einem Prozessor
verarbeitet werden,

17
00:00:49,748 --> 00:00:51,686
kurz CPU für Central Processing Unit.

18
00:00:51,686 --> 00:00:54,096
Er ist wie das Gehirn eines Computers.

19
00:00:54,096 --> 00:00:58,671
Weil die Anzahl zu verarbeitender Bits
exponentiell ansteigt,

20
00:00:58,671 --> 00:01:01,532
stehen Computerdesigner ständig
vor der Schwierigkeit,


21
00:01:01,532 --> 00:01:05,295
Größe, Kosten und 
Geschwindigkeit zu vereinen.

22
00:01:05,295 --> 00:01:10,126
Computer haben ein Kurzzeitgedächtnis 
für sofort auszuführende Aufgaben,

23
00:01:10,126 --> 00:01:13,407
und ein Langzeitgedächnits
für einen langfristigen Speicher.

24
00:01:13,407 --> 00:01:15,157
Wenn ein Programm läuft,

25
00:01:15,157 --> 00:01:18,950
stellt das Betriebssystem Bereiche 
im Kurzzeitgedächtnis dafür ab,

26
00:01:18,950 --> 00:01:20,845
diese Befehle auszuführen.

27
00:01:20,845 --> 00:01:24,392
Drückst du zum Beispiel eine Taste
in einem Textverarbeitungsprogramm,

28
00:01:24,392 --> 00:01:29,536
ruft der Prozessor einen Bereich ab,
um Datenteile abzufragen.

29
00:01:29,536 --> 00:01:33,861
Er kann sie auch verändern 
oder neue erstellen.

30
00:01:33,861 --> 00:01:38,258
Die hierzu benötigte Zeit 
nennt man Speicherlatenz.

31
00:01:38,258 --> 00:01:43,621
Weil Programmbefehle schnell 
und laufend verarbeitet werden müssen,

32
00:01:43,621 --> 00:01:45,633
können alle Bereiche im Kurzzeitgedächtnis

33
00:01:45,633 --> 00:01:48,103
in beliebiger Reihenfolge
abgerufen werden.

34
00:01:48,103 --> 00:01:51,894
Daher der Name RAM (Random Access Memory)
oder Direktzugriffsspeicher.

35
00:01:51,894 --> 00:01:55,900
Am geläufigsten ist der dynamische RAM, 
auch DRAM genannt.

36
00:01:55,900 --> 00:02:00,989
Hier besteht jede Speicherzelle aus einem 
winzigen Transistor und einem Kondensator,

37
00:02:00,989 --> 00:02:02,987
die elektrische Ladungen speichern.

38
00:02:02,987 --> 00:02:07,555
Eine 0 steht für keine Ladung,
eine 1 für Ladung.

39
00:02:07,555 --> 00:02:09,167
Man sagt dynamischer Speicher,

40
00:02:09,167 --> 00:02:13,380
weil Ladungen nur kurz gespeichert werden,
bevor sie entweichen.

41
00:02:13,380 --> 00:02:16,759
Zum Speichern von Daten muss
periodisch nachgeladen werden.

42
00:02:16,759 --> 00:02:20,006
Doch selbst die kurze Latenz
von 100 Nanosekunden

43
00:02:20,006 --> 00:02:22,651
ist für moderne Prozessoren zu lang.

44
00:02:22,651 --> 00:02:26,563
Deshalb gibt es einen kleinen internen
High-Speed-Zwischenspeicher

45
00:02:26,563 --> 00:02:28,513
aus statischem RAM.

46
00:02:28,513 --> 00:02:31,722
Er besteht meist aus sechs
verbundenen Transistoren,

47
00:02:31,722 --> 00:02:33,624
die nicht aufgefrischt werden müssen.

48
00:02:33,624 --> 00:02:36,779
SRAM ist der schnellste Speicher 
für Computersysteme,

49
00:02:36,779 --> 00:02:38,680
aber auch der teuerste,

50
00:02:38,680 --> 00:02:42,414
und er braucht bis zu drei Mal 
mehr Platz als DRAM.

51
00:02:42,414 --> 00:02:46,597
RAM und Zwischenspeicher können Daten 
aber nur bei Stromzufuhr behalten.

52
00:02:46,597 --> 00:02:49,625
Damit Daten bei abgeschaltetem Gerät
gespeichert bleiben,

53
00:02:49,625 --> 00:02:53,005
muss man sie auf ein
Langzeitspeichermedium überspielen.

54
00:02:53,005 --> 00:02:55,291
Davon gibt es drei Hauptarten:

55
00:02:55,291 --> 00:02:57,739
Der günstigste ist der Magnetspeicher.

56
00:02:57,739 --> 00:02:59,890
Daten werden als Magnetmuster

57
00:02:59,890 --> 00:03:03,560
auf eine rotierende Scheibe
mit Magnetfilm gespeichert.

58
00:03:03,560 --> 00:03:07,203
Doch die Scheibe muss sich dorthin
drehen, wo die Daten sind,

59
00:03:07,203 --> 00:03:08,721
damit sie gelesen wird.


60
00:03:08,721 --> 00:03:14,510
Deshalb ist die Latenz solcher Speicher 
100 000-mal langsamer als die vom DRAM.

61
00:03:14,510 --> 00:03:18,626
Auch optische Speichermedien
wie DVD und Blu-ray

62
00:03:18,626 --> 00:03:20,621
nutzen rotierende Scheiben,

63
00:03:20,621 --> 00:03:22,813
aber mit einer reflektierenden Schicht.

64
00:03:22,813 --> 00:03:28,029
Bits werden mit einer von Lasern lesbaren
Farbe als helle und dunke Stellen kodiert.

65
00:03:28,029 --> 00:03:31,151
Optische Speichermedien sind 
günstig und können entfernt werden,

66
00:03:31,151 --> 00:03:34,878
haben aber noch längere Latenzen
als Magnetspeicher

67
00:03:34,878 --> 00:03:37,236
und eine geringere Kapazität.

68
00:03:37,236 --> 00:03:42,451
Die neuesten, schnellsten Langzeitspeicher
sind Solid-State-Speicher,

69
00:03:42,451 --> 00:03:44,025
zum Beispiel Flash Sticks.

70
00:03:44,025 --> 00:03:45,957
Sie haben keine beweglichen Teile,

71
00:03:45,957 --> 00:03:48,627
sondern Floating-Gate-Transistoren,

72
00:03:48,627 --> 00:03:52,814
die auf ihren speziellen
inneren Strukturen Bits speichern,

73
00:03:52,814 --> 00:03:56,733
indem elektrische Ladungen 
eingeschlossen oder entfernt werden.

74
00:03:56,733 --> 00:03:59,739
Aber wie verlässlich sind 
diese Milliarden Bits?

75
00:03:59,739 --> 00:04:03,463
Wir stellen uns den Computerspeicher 
oft stabil und dauerhaft vor,

76
00:04:03,463 --> 00:04:06,363
doch tatsächlich baut er recht schnell ab.

77
00:04:06,363 --> 00:04:09,000
Die Hitze des Geräts und aus der Umgebung

78
00:04:09,000 --> 00:04:11,739
entmagnetisiert
die Festplatte nach und nach,

79
00:04:11,739 --> 00:04:13,991
zersetzt die Farbe in optischen Speichern

80
00:04:13,991 --> 00:04:17,115
und führt zu Ladungsverlusten
in Floating Gates.

81
00:04:17,115 --> 00:04:20,081
Solid-State-Speicher haben einen
weiteren Schwachpunkt.

82
00:04:20,081 --> 00:04:24,095
Werden Floating-Gate-Transistoren öfters 
beschrieben, nutzen sie sich ab,

83
00:04:24,095 --> 00:04:26,705
wodurch sie unbrauchbar werden.

84
00:04:26,705 --> 00:04:29,215
Da die Daten auf neuesten Speichermedien

85
00:04:29,215 --> 00:04:31,958
eine Lebenserwartung von 
weniger als 10 Jahren haben,

86
00:04:31,958 --> 00:04:36,333
versuchen Wissenschaftler, physikalische
Eigenschaften der Materialien

87
00:04:36,333 --> 00:04:38,649
bis auf die Quantenebene auszunutzen.

88
00:04:38,649 --> 00:04:40,998
Sie hoffen, Speichermedien so schneller,

89
00:04:40,998 --> 00:04:42,063
kleiner

90
00:04:42,063 --> 00:04:43,609
und langlebiger zu machen.

91
00:04:43,609 --> 00:04:49,105
Noch ist ewiges Leben außer Reichweite --
sowohl für Menschen als auch Computer.