Magnetspeicher

Um Ton- und Bildinformationen zu speichern, müssen diese als Signale auf ein entsprechendes Speichermedium geprägt werden, von dem sie auch wieder abrufbar sein sollen.
Zur Speicherung von Informationen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Während man bei CDs und DVDs die thermische Verformung feinster Bereiche auf einer Disc („Brennen einer CD oder einer DVD“) nutzt, wendet man bei Festplatten, Disketten unterschiedlicher Bauart, Tonbändern und Videobändern die magnetische Speicherung an. Bild 1 zeigt verschiedene Arten von Magnetspeichern. Die ersten Magnetspeicher in Form von Magnetbändern wurden im Zusammenhang mit der Entwicklung von Tonbandgeräten in den 30ger Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt.

Das Grundprinzip der magnetischen Speicherung ist überall gleich: Auf eine meist flexible Trägerschicht ist eine sehr dünne, magnetisierbare Schicht aus einem ferromagnetischen Stoff aufgebracht. Bild 2 zeigt die kreisförmige Magnetplatte einer einfachen Diskette mit einem Speichervermögen von 1,44 MB. Die Elementarmagnete dieser Schicht sind zunächst ungeordnet. Zum Speichern wird das Magnetband oder die Magnetplatte an einer Spule, dem Aufnahmekopf oder Schreibkopf, vorbeigeführt (Bild 3a). Durch das Magnetfeld dieser Spule, das sich entsprechend den Signalen ändert, erfolgt eine Ausrichtung der Elementarmagnete und damit eine Magnetisierung des Speichermediums in einem kleinen Bereich, einer Spur oder einem Segment. Damit ist das Signal in der Ausrichtung der Elementarmagnete gespeichert. Da sich durch starke äußere Magnetfelder diese Ausrichtung der Elementarmagnete ändern kann, gilt:

Magnetspeicher dürfen keinen starken Magnetfeldern ausgesetzt werden!
Beim Auslesen des Signals wird das magnetisierte Band bzw. die Scheibe am Wiedergabekopf oder Lesekopf vorbeigeführt (Bild 3b), wobei durch das sich ändernde Magnetfeld in der Spule eine Spannung induziert wird, die ein Abbild der gespeicherten Information ist.
Die Schreib- und Lesegeschwindigkeiten sind bei modernen Geräten überaus hoch. Bei einfachen Disketten (3,5 '') beträgt die Drehzahl 360 Umdrehungen je Minute, wobei sich die Diskette nur bei Zugriff dreht. Die Diskette ist bei normaler Formatierung in 80 Spuren und 18 Sektoren je Seite unterteilt, wobei in jeder der entstehenden Einheiten 512 Bytes gespeichert werden können und damit folgende Gesamtspeicherfähigkeit vorliegt:
$2\cdot 80\cdot 18\cdot 512\text{Bytes}=1474560\text{Bytes}\approx \text{1}\text{,47 MB}$
Da die äußere Spur der Datenzuweisungstabelle (FAT) vorbehalten bleibt und einzelne Bereiche möglicherweise nicht genutzt werden können, geht man von einer tatsächlich nutzbaren Speicherkapazität einer solchen Diskette von 1,44 MB aus.
Bei Festplatten, die aus mehreren übereinanderliegenden Platten bestehen, liegt die Drehzahl meist bei 5400 oder 7200 Umdrehungen in der Minute. Der Datenträger dreht sich ständig. Zum Standard gehören heute - im Jahr 2003 - für Computer Speicherkapazitäten von 20 GB bis 40 GB.
Bei CD-Laufwerken werden bei einem 50fach-Laufwerk Drehzahlen von 10.000 bis 12.000 je Minute erreicht. Damit sind offenbar auch aus physikalischer Sicht Grenzen bezüglich der Stabilität der CDs und der Lese-bzw. Schreibgeschwindigkeit erreicht. Die Kapazität einer CD beträgt beträgt ca. 650 MB, die einer DVD bis 16 GB.

Bei Videobändern wendet man wegen der großen Datenmengen folgenden Trick an: Aufnahme- und Wiedergabeköpfe sind auf einer Trommel befestigt, die mit 1.500 Umdrehungen je Minute rotiert. Die Daten werden in schräg liegenden, parallelen Spuren aufgezeichnet (Bild 4). Man spricht deshalb auch vom Schrägspurverfahren. Darüber hinaus wird die Tonspur in anderer Weise angeordnet.