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.