WEBVTT 00:00:06.559 --> 00:00:10.030 In vielerlei Hinsicht macht unser Gedächtnis aus, wer wir sind. 00:00:10.030 --> 00:00:12.059 Mit ihm erinnern wir uns an Geschehenes, 00:00:12.059 --> 00:00:13.989 lernen und behalten Fähigkeiten 00:00:13.989 --> 00:00:16.273 und schmieden Zukunftspläne. 00:00:16.273 --> 00:00:19.916 Für Computer, die uns oft als Erweiterung unserer selbst dienen, 00:00:19.916 --> 00:00:22.126 spielt das Gedächtnis eine ähnliche Rolle. 00:00:22.126 --> 00:00:23.711 Sei es ein zweistündiger Film, 00:00:23.711 --> 00:00:25.283 eine Textdatei aus zwei Wörtern, 00:00:25.283 --> 00:00:27.833 oder Befehle zum Öffnen dieser Dateien -- 00:00:27.833 --> 00:00:33.372 alles in einem Computerspeicher hat die Form von Bits, also Grundeinheiten, 00:00:33.372 --> 00:00:35.846 oder auch Binärziffern. 00:00:35.846 --> 00:00:38.387 Sie sind alle in einer Zelle gespeichert, 00:00:38.387 --> 00:00:42.185 die zwischen zwei Zuständen für zwei mögliche Werte wechseln kann, 00:00:42.185 --> 00:00:44.057 nämlich 0 und 1. 00:00:44.057 --> 00:00:47.177 Dateien und Pogramme bestehen aus Millionen dieser Bits, 00:00:47.177 --> 00:00:49.748 die alle in einem Prozessor verarbeitet werden, 00:00:49.748 --> 00:00:51.686 kurz CPU für Central Processing Unit. 00:00:51.686 --> 00:00:54.096 Er ist wie das Gehirn eines Computers. 00:00:54.096 --> 00:00:58.671 Weil die Anzahl zu verarbeitender Bits exponentiell ansteigt, 00:00:58.671 --> 00:01:01.532 stehen Computerdesigner ständig vor der Schwierigkeit, 00:01:01.532 --> 00:01:05.295 Größe, Kosten und Geschwindigkeit zu vereinen. 00:01:05.295 --> 00:01:10.126 Computer haben ein Kurzzeitgedächtnis für sofort auszuführende Aufgaben, 00:01:10.126 --> 00:01:13.407 und ein Langzeitgedächnits für einen langfristigen Speicher. 00:01:13.407 --> 00:01:15.157 Wenn ein Programm läuft, 00:01:15.157 --> 00:01:18.950 stellt das Betriebssystem Bereiche im Kurzzeitgedächtnis dafür ab, 00:01:18.950 --> 00:01:20.845 diese Befehle auszuführen. 00:01:20.845 --> 00:01:24.392 Drückst du zum Beispiel eine Taste in einem Textverarbeitungsprogramm, 00:01:24.392 --> 00:01:29.536 ruft der Prozessor einen Bereich ab, um Datenteile abzufragen. 00:01:29.536 --> 00:01:33.861 Er kann sie auch verändern oder neue erstellen. 00:01:33.861 --> 00:01:38.258 Die hierzu benötigte Zeit nennt man Speicherlatenz. 00:01:38.258 --> 00:01:43.621 Weil Programmbefehle schnell und laufend verarbeitet werden müssen, 00:01:43.621 --> 00:01:45.633 können alle Bereiche im Kurzzeitgedächtnis 00:01:45.633 --> 00:01:48.103 in beliebiger Reihenfolge abgerufen werden. 00:01:48.103 --> 00:01:51.894 Daher der Name RAM (Random Access Memory) oder Direktzugriffsspeicher. 00:01:51.894 --> 00:01:55.900 Am geläufigsten ist der dynamische RAM, auch DRAM genannt. 00:01:55.900 --> 00:02:00.989 Hier besteht jede Speicherzelle aus einem winzigen Transistor und einem Kondensator, 00:02:00.989 --> 00:02:02.987 die elektrische Ladungen speichern. 00:02:02.987 --> 00:02:07.555 Eine 0 steht für keine Ladung, eine 1 für Ladung. 00:02:07.555 --> 00:02:09.167 Man sagt dynamischer Speicher, 00:02:09.167 --> 00:02:13.380 weil Ladungen nur kurz gespeichert werden, bevor sie entweichen. 00:02:13.380 --> 00:02:16.759 Zum Speichern von Daten muss periodisch nachgeladen werden. 00:02:16.759 --> 00:02:20.006 Doch selbst die kurze Latenz von 100 Nanosekunden 00:02:20.006 --> 00:02:22.651 ist für moderne Prozessoren zu lang. 00:02:22.651 --> 00:02:26.563 Deshalb gibt es einen kleinen internen High-Speed-Zwischenspeicher 00:02:26.563 --> 00:02:28.513 aus statischem RAM. 00:02:28.513 --> 00:02:31.722 Er besteht meist aus sechs verbundenen Transistoren, 00:02:31.722 --> 00:02:33.624 die nicht aufgefrischt werden müssen. 00:02:33.624 --> 00:02:36.779 SRAM ist der schnellste Speicher für Computersysteme, 00:02:36.779 --> 00:02:38.680 aber auch der teuerste, 00:02:38.680 --> 00:02:42.414 und er braucht bis zu drei Mal mehr Platz als DRAM. 00:02:42.414 --> 00:02:46.597 RAM und Zwischenspeicher können Daten aber nur bei Stromzufuhr behalten. 00:02:46.597 --> 00:02:49.625 Damit Daten bei abgeschaltetem Gerät gespeichert bleiben, 00:02:49.625 --> 00:02:53.005 muss man sie auf ein Langzeitspeichermedium überspielen. 00:02:53.005 --> 00:02:55.291 Davon gibt es drei Hauptarten: 00:02:55.291 --> 00:02:57.739 Der günstigste ist der Magnetspeicher. 00:02:57.739 --> 00:02:59.890 Daten werden als Magnetmuster 00:02:59.890 --> 00:03:03.560 auf eine rotierende Scheibe mit Magnetfilm gespeichert. 00:03:03.560 --> 00:03:07.203 Doch die Scheibe muss sich dorthin drehen, wo die Daten sind, 00:03:07.203 --> 00:03:08.721 damit sie gelesen wird. 00:03:08.721 --> 00:03:14.510 Deshalb ist die Latenz solcher Speicher 100 000-mal langsamer als die vom DRAM. 00:03:14.510 --> 00:03:18.626 Auch optische Speichermedien wie DVD und Blu-ray 00:03:18.626 --> 00:03:20.621 nutzen rotierende Scheiben, 00:03:20.621 --> 00:03:22.813 aber mit einer reflektierenden Schicht. 00:03:22.813 --> 00:03:28.029 Bits werden mit einer von Lasern lesbaren Farbe als helle und dunke Stellen kodiert. 00:03:28.029 --> 00:03:31.151 Optische Speichermedien sind günstig und können entfernt werden, 00:03:31.151 --> 00:03:34.878 haben aber noch längere Latenzen als Magnetspeicher 00:03:34.878 --> 00:03:37.236 und eine geringere Kapazität. 00:03:37.236 --> 00:03:42.451 Die neuesten, schnellsten Langzeitspeicher sind Solid-State-Speicher, 00:03:42.451 --> 00:03:44.025 zum Beispiel Flash Sticks. 00:03:44.025 --> 00:03:45.957 Sie haben keine beweglichen Teile, 00:03:45.957 --> 00:03:48.627 sondern Floating-Gate-Transistoren, 00:03:48.627 --> 00:03:52.814 die auf ihren speziellen inneren Strukturen Bits speichern, 00:03:52.814 --> 00:03:56.733 indem elektrische Ladungen eingeschlossen oder entfernt werden. 00:03:56.733 --> 00:03:59.739 Aber wie verlässlich sind diese Milliarden Bits? 00:03:59.739 --> 00:04:03.463 Wir stellen uns den Computerspeicher oft stabil und dauerhaft vor, 00:04:03.463 --> 00:04:06.363 doch tatsächlich baut er recht schnell ab. 00:04:06.363 --> 00:04:09.000 Die Hitze des Geräts und aus der Umgebung 00:04:09.000 --> 00:04:11.739 entmagnetisiert die Festplatte nach und nach, 00:04:11.739 --> 00:04:13.991 zersetzt die Farbe in optischen Speichern 00:04:13.991 --> 00:04:17.115 und führt zu Ladungsverlusten in Floating Gates. 00:04:17.115 --> 00:04:20.081 Solid-State-Speicher haben einen weiteren Schwachpunkt. 00:04:20.081 --> 00:04:24.095 Werden Floating-Gate-Transistoren öfters beschrieben, nutzen sie sich ab, 00:04:24.095 --> 00:04:26.705 wodurch sie unbrauchbar werden. 00:04:26.705 --> 00:04:29.215 Da die Daten auf neuesten Speichermedien 00:04:29.215 --> 00:04:31.958 eine Lebenserwartung von weniger als 10 Jahren haben, 00:04:31.958 --> 00:04:36.333 versuchen Wissenschaftler, physikalische Eigenschaften der Materialien 00:04:36.333 --> 00:04:38.649 bis auf die Quantenebene auszunutzen. 00:04:38.649 --> 00:04:40.998 Sie hoffen, Speichermedien so schneller, 00:04:40.998 --> 00:04:42.063 kleiner 00:04:42.063 --> 00:04:43.609 und langlebiger zu machen. 00:04:43.609 --> 00:04:49.105 Noch ist ewiges Leben außer Reichweite -- sowohl für Menschen als auch Computer.