Subject: Mit CompactFlash gegen Floppies, USB-Stick und viel zu grosse HDDs
From: Boris Kraut <[email-masked]>
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Date: Wed, 20 Aug 2008 07:49:44 +0000

Nachtrag: Leider ist mir der Originalartikel, der aus einem laengeren
zusammenhaengenden Text bestand, aufgrund technischer Probleme abhanden
gekommen und die Backups waren alle noch im Entwurfstadium. Ich habe daher
versucht den Sinn einigermassen wieder zusammen zu bekommen, allerdings
momentan nicht die Zeit, es in epischer Breite auszuformulieren. Deshalb
ist diese Neuauflage zweigeteilt: Zuerst ein geschichtlicher, mehr oder
weniger chronologischer Einstieg in das Thema, der dann von einer fast
listenartigen Abhandlung der einzelnen Speichermedien gefolgt wird. Dem
folgt dann ein kurzer Ausblick auf zukuenftige Entwicklungen nach.

Geschichte
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Am Anfang gab es Disketten und es war gut, doch waehrend andere
Computerkomponenten immer auf den neusten Stand der Technik gebracht
wurden, haelt sich das alte FDD nun schon seit Ewigkeiten. Trotz aller
Bemuehungen stirbt es einen eher schleichenden Tod. Auch wenn die Hersteller
von Computern, insbesondere von Notebooks, schon seit ueber einem Jahrzehnt
versuchen die Diskette zu ersetzen und fuer die meisten Anwender eine
Groesse von 1,44MB oder 2,88MB nutzlos ist, so gibt es immer noch Software
die explizit eine Diskette verlangt. Will man auf einem Computer mit
Raid-Controllern oder SATA-Fesplatten, die nicht von Haus aus unterstuetzt
werden, Microsofts Windows XP -welches ja noch bis 2014 Support erhaelt-
installieren, so fordert es einen auf, eine Diskette mit den Treibern
einzulegen. Zwar erkennt Windows XP auch beim Setup USB-Geraete wie
Tastatur, Maus, Festplatten oder Speichersticks, fuer die Treiber wird
aber explizit eine Diskette verlangt. Dieses Verhalten hat sich erst mit
seinem Nachfolger, Windows Vista geaendert.

Aber auch fuer den Anwender waren Disketten sehr lange die erste Wahl, denn
auf Disketten konnte man mehrfach schreiben, man konnte von ihnen booten
und sie waren ueberall lesbar. Zwar kamen bald optische Datentraeger auf
den Markt, die ebenfalls alle diese Punkte erfuellten, doch waren sie lange
sehr teuer und mehr oder weniger unzuverlaessig. Zudem dauert es einfach
zu lange, eine CD mal eben kurz mit ein paar Daten zu beschreiben, wobei ich
hier nicht nur die eigentliche Brenndauer meine, nein, auch die Zeit zum
Einlegen und Auswerfen muss bedacht werden: Laufwerksschlitten ausfahren,
CD einlegen, einfahren, warten bis das Laufwerk auf Touren kommt, Daten
schreiben, auf den Spindown warten, CD auswerfen und entnehmen. Bei den
Floppies war das einfacher: Man konnte die Disketten direkt einlegen und
nach kurzer Seekzeit Daten darauf schreiben. War man fertig konnte man sie
ueber einen mechanischen Schalter auswerfen. Fuer kleine Datenmengen war
die CD einfach ungeeignet.

Waehrend sich also die CD als drittes Laufwerk neben Festplatte und FDD
etablierte, verstrickten sich die Hersteller in Machtkaempfe und versuchten
mit proprietaeren Systemen die Luecke zwischen optischen Datentraegern und
Floppies zu fuellen: Der Markt wurde gerade zu mit alternativen Disketten
ueberschuettet, von denen sich keine Loesung wirklich durchsetzten konnte.
ZIPdrive, SuperDisk und SparqDrive; alles Namen laengst vergessener Systeme.

Aber da der Markt nach einer billigen, wiederverwendbaren und handlicheren
Loesung fuer den Austausch kleinere Datenmengen verlangte, kamen bald
Speichermedien auf Flashbasis heraus. Doch auch hier konnten sich die
Hersteller nicht auf einen einheitlichen Standard einigen und kamen mit
immer neuen, teils proprietaeren und lizenzpflichtigen Entwicklungen auf
den Markt; das Ende vom Lied ist, dass wir heute zum Lesen von
Flashspeicherkaten oftmals einen 10-in-1-, 20-in1- oder gar 30-in-1-Reader
verwenden muessen. Abgesehen von dieser Segmentierung hatten die Karten zwei
Nachteile: Zum einen war die Speicherkapazitaet anfangs noch sehr gering und
konnte nicht mit CDs oder gar DVDs mithalten (was sich aber inzwischen
geaendert hat), zum anderen wurden nicht nur USB-Sticks und die externen
Kartenlese ueber die USB-Schnittstelle angebunden, sondern auch die
internen. Daran problematisch war und ist bis heute, dass das Booten davon
sehr heikel ist. Zwar haben die Hersteller reagiert und Mainboards, Karten
und Lesegeraete daran angepasst, doch selbst heute ist es immer noch wie ein
Wuerfelspiel, wenn man von USB-Geraeten booten will; auch wenn sich die
Aussicht auf Erfolg deutlich gebessert hat.

Sagte ich vorhin, man konnte sich auf keinen Standard einigen? Nun, so ganz
stimmt das nicht, denn 1994 erschien mit Compact-Flash eigentlich die
Loesung der meisten Probleme. CF-Karten waren deutlich handlicher als CDs,
konnten wiederbeschrieben werden, hatten keine mechanischen Teile und
benoetigten kaum Strom. Ihr groesster Vorteil aber war, dass sie nach
aussen kompatibel zum (E)IDE / (P)ATA Standard waren; das heisst man
konnte ohne Probleme sie mittels passivem Steckadapter direkt an den
IDE-Bus anschliessen und von den CF-Karten booten. Zudem boten die
CF-Karten Kompatibilitaet zu PC-Card und Cardbus, was dazu fuehrte,
dass man bald andere Geraete ueber den CF-Steckplatz nutzen konnte:
GPS-Empfaenger, Modems, USB-Anschluesse oder Netzwerk- und WLAN-Karten
ruesteten fehlende Funktionen in mobilen Geraeten wie PDAs ueber den CF-Slot
nach.

Mit diesen Eigenschaften gelang es den CF-Karten langezeit die
Marktfuehrerrolle zu uebernehmen, doch leider nur im mobilen und
eingebetteten Bereich. Waerhrend Kameras, Musikplayer, PDAs, Notebooks und
kleine eingebettete Computer haeufig mit CF-Karten bestueckt wurden, blieb
der Desktop-PC ihnen groesstenteils vorenthalten; dort setzte man weiter
auf Floppies oder optische Laufwerke.

Inzwischen setzten sich aber langsam auch in diesen Stammgebieten von CF
andere Formate durch. Bei Kameras und Handies akzeptiert der unwissende
Mediabloed-Kunde natuerlich ohne weiteres, dass er proprietaere,
lizenzbehaftete und mit DRM-Systemen verseuchte Speichermedien, wie Sony
Memorysticks oder SD-Karten, zu nutzen hat. Zum Datenaustausch zwischen PCs
nutzt der Kunde heute lieber USB-Sticks, was man aber aufgrund der fast an
jedem Rechner verfuegbaren USB-Slots auch nicht bemaengeln kann. Trotzdem
sei auch an dieser Stelle auf die bekannte USB-Boot-Problematik hingewiesen.
Momentan haelt sich die CF-Karte noch wacker im Bereich von digitalen
Profikameras und natuerlich im embedded Bereich. Seit PDAs immer mehr
Funktioen integriert haben, die man frueher ueber CF-IO nachruesten musste,
wird die CF-Card auch hier immer seltener eingesetzt. Bei Smartphones, die
grundsaetlich technisch naeher an Handies sind, kam CF von Anfang an nicht
zum Zuge. Die Aussichten sind also eher duester, obwohl eine weitere
Verbreitung von CF-Karten uns viele Probleme erspart haette.

Ueberblick
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Nach dieser halbwegs chronologischen Auflistung von verschiedenen
Speichermedien folgt nun die Beschreibung einzelner Medien im Detail. Zur
allgemeinen Funktionsweise, Vor- und Nachteilen verweise ich zunaechst auf
die Wikipediaartikel zu Flash-Speicher [1], optischen Datentraegern [2] und
Festplatten [3].

Floppydiks (FDD)
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Inzwischen sind normale Disketten natuerlich absolut veraltet, eine lange
Seekzeit und der geringe Speicherplatz sind natuerlich KO-Kriterien.
Dennoch haben sie neben der -rapide abnehmenden- weiten Verbreitung auch
noch andere Vorzuege, die in neueren Speichermedien nicht oder nur
halbherzig vorhanden sind, wie zum Beispiel einen optionalen Schreibschutz
oder die sehr kurze Zeitspanne, die zum Einlegen bzw. Auswerfen benoetigt
wird. Sofern da FDD nicht ueber USB angeschlossen wurde,wie es heute
ubelich ist, kann man von den Disketten ohne Probleme booten.

Optische Laufwerke (CD/DVD/BD)
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Optische Laufwerke haben viele Vorteile. Sie sind inzwischen in fast jedem
PC verbaut, besitzen eine akzeptable Geschwindikeit und Speicherkapazitaet
und koennen durch ihren IDE/SATA-Anschluss ohne Probleme zum Booten benutzt
werden. Zu den Nachteilen gehoeren ihr im Vergleich zu Flashspeicherkarten
und USB-Sticks sperriges Format, die lauten Betriebsgeraeusche bei hohen
Drehzahlen und die Anfaelligkeit fuer Kratzer. Die SpinUp/SpinDown-zeiten
sind teilweise ebenfalls sehr lange und koennen einen an den Rand der
Verzweiflung treiben. Ebenfalls negativ fallen mit der Zeit die
verschiedenen Unterarten auf: CD, DVD, HD-DVD und BD als Hauptrichtungen.
Zudem gibt es bei jeder Gattung noch die Unterscheidung zwischen gepressten,
lesbaren und wiederbeschreibbaren Medien. Gerade dieses Write-Once-
Read-Many-Prinzip machen die optischen Medien in vielen Faellen zu einem
Wegwerfprodukt. Die momentane maximale Speicherkapazitaet von 25 bzw. 50GB
bei Blu-Ray-Disks liegt nur unwesentlich hoeher als die bei CF-Karten,
die momentan mit bis zu 32 oder 64GB lieferbar sind.

Magneto Optical Disk (MOD)
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Eine weitere Alternative, die es verdient haette mehr in den Mainstream
zu gelangen, waren MO-Laufwerke, die aehnlich den MiniDisks von Sony
funktionieren. Medien gab es in Groessen zwischen 128MB und 9,1GB. Leider
hat sich diese Technik nicht durchsetzetn koennen. Wikipedia schreibt
dazu [4]:

> Die Magneto Optical Disk (MO-Disk auch MOD, dt. "magnetooptische
> Diskette") ist ein rotierendes Speichermedium, das magnetisch beschrieben
> und optisch ausgelesen wird. [...] Vor dem Schreiben ist zusaetzlich ein
> Loeschvorgang noetig, der durch Erhitzen ueber den Curie-Punkt realisiert
> ist. Anschliessend wird mit einem Laser die Scheibe auf die besagte
> Temperatur erhitzt, damit sie entsprechend magnetisiert werden kann. Zum
> Auslesen wird nur der Laser verwendet. Bei speziellen Overwrite-Medien
> (erkennbar am Logo "OW", bekannt unter dem Namenszusatz LIMDOW bei
> Fujitsumedien) ist der Loeschvorgang ueberfluessig, es werden ohne
> vorherigen Loeschvorgang die Daten geschrieben. Da das vorherige explizite
> Loeschen entfaellt, weisen Overwrite-Medien eine hoehere Schreib-
> geschwindigkeit auf. Das Laufwerk muss solche Overwrite-Medien explizit
> unterstuetzen. [...] Die MO-Medien sind dauerhaft in einer Schutzhuelle,
> die einer 3,5"-Diskette aehnelt, untergebracht, daher auch der Name
> MO-Disk. Diese Schutzhuelle wird auch als Cartridge bezeichnet. Ein
> 3,5"-MO-Medium ist ungefaehr doppelt so dick wie eine 3,5"-Diskette.
> [...]

USB-Sticks
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Die heute gebraeuchlichste Art zum manuellen Datenaustausch sind die
USB-Sticks. Da sie meist auf Flashspeicher zurueckgreifen, erben sie dessen
positiven Eigenschaften. Zudem kommen sie dank des integrierten USB-
Anschlusses ohne ein zusaetzlihces Lesegeraet aus und koennen an fast allen
derzeit verwendeten PCs betrieben werden. Problematisch ist die haeufige
Verwendung von langsamen MLC-Zellen, die oben angesprochene Boot-Problematik
sowie die limitierung durch den derzeitigen USB2 Standard mit Hinblick auf
die Geschwindigkeit. Ebenfalls ist die Verwendung von USB-Sticks abseits
des Computermarktes eher selten: Zwar gibt es Autoradios und HiFi-Anlagen
mit USB-Slots, doch in den meisten mobilen Endgeraeten wie Handies, PDAs
oder Kameras findet sich nur ein Mini-USB-Anschluss ohne Host-Funktion.

Flashkarten jenseits von CF
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Wie USB-Sticks und CF-Karten, basieren auch noch andere Speicherkarten auf
Flashspeichern. Auch sie erben nahezu alle Vorteile, haben aber das grosse
Problem, dass es sehr viele unterschiedliche Bauformen gibt. Daher schleppt
man meistens zur Sicherheit noch einen USB-Adapter mit sich herum, der
genau fuer die eigenen Karten passt. Da auch interne Kartenleser meist per
USB angeschlossen werden, entstehen daraus zwei Nachteile: Zum einen ist
das Booten von solchen Karten eher abenteuerlich, zum anderen wird die
aktuelle USB-Spezifikation bei Verwendung von schnellen SLC-Zellen, die
allerdings momentan kaum in diesem Bereich eingesetzt werden, allmaelich
zum Problem. Abhilfe wird der demnaechst erscheinende USB 3.0 Standard
schaffen. Ein weiteres Problem ist, dass die meisten Karten mit
Lizenzkosten behaftet sind und DRM-Faehigkeiten integriert haben. Positiv
dagegen ist, dass sie inzwischen deutlich kleiner als CF-Karten sind und
daher besonders fuer mobile Kleinstgeaete wie MP3-Playern, Kameras und
Handies nuetzlich sind.

Festplatten (HDD)
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Festplatten sind nun auch schon eine ganze Weile am Markt etabliert. Sie
stellen sehr viel Speicherkapazitaet zum kleinen Preis zur Verfuegung und
sind im Vergleich zu anderen Medien erstaunlich schnell. Inzwischen stoesst
man aber auf immer mehr Probleme: Schnelldrehende Platten entwickeln eine
laute Geraeuschkulisse und sehr viel Abwaerme. Zudem steigt mit der
Geschwindikeit und der Speicherkapazitaet auch das Ausfallrisikio, z.B.
durch einen Head-Crash. Fuer die immer mehr steigende Anzahl von mobilen
Endgeraeten sind herkoemmliche Festplatten aufgrund ihrer mechanischen
Teile nur bedingt zu gebrauchen, auch wenn man im gehobenen Preissegment
versucht mit Beschleunigungssensoren die Probleme in den Griff zu bekommen.

Solid State Drive (SSD)
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SSDs sind im Grunde aufgebohrte CF-Karten und vereinen quasi die Vorteile
von Festplatten und Flashspeicher. Sie nutzen die Standardschnittstellen
von Fesplatten, also IDE oder SATA, und lassen sich softwareseitig genauso
ansprechen. Intern nutzen Sie aber ein verbessertes Wearleveling-Verfahren
um die Daten auf Flashzellen anstatt von Plattern zu schreiben. SSDs sind
stromsparender, leiser und aufgrund der Flashspeicher schockresistent. Sie
reichen momentan jedoch noch nicht an die Speicherkapazitaet und das
Preis/Leistungs-Veraehltnis von normalen Fesplatten heran, wobei SSDs die
langsamere MLC- anstatt SLC-Zellen nutzen shcon erschwinglich sind. Gerade
in mobilen Geraeten wie Notebooks oder den gerade im Trend liegenden
Netbooks werden SSDs momentan verbaut. Leider haben derzeitige SSDs auch
noch einige Kinderkrankheiten und man wird erst in einigen Jahren sagen
koennen, wie es mit ihrer Datensicherheit aussieht.

Ausblick
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Nun wohin geht die Reise? Ich denke USB-Sticks werden weiterhin das
dominante Speichermedium fuer den manuellen Datenaustausch zwischen PCs
sein, in Zukunft natuerlich mit mehr Speicherplatz und groessere
Uebertragungsrate. Eventuell wird sich ja auch im Laufe der Zeit das
Boot-Problem bei USB verbessern, wenn immer mehr Sticks und Mainboards
dies korrekt unterstuetzen. Fuer mobile Geraete sehe ich kein Comeback
der CF-Karten, aber es besteht die Hoffnung, dass sich der Wildwuchs bei
den Flashkarten etwas eindaemmt. Fuer groessere Speicheranforderungen im
mobilen Bereich werden sich hoffentlich SATA-SSDs druchsetzen.

Auch bei eingebetteten Systemen koennten die SSDs die CF-Karten nach und
nach ersetzten, wenn die Systeme dort irgendwann nicht mehr mit
IDE-Controllern ausgestattet werden, sondern auf SATA umgestellt werden. Die
Frage ist, ob es in einigen Jahren ueberhaupt noch entsprechend kleine SSDs
geben wird oder ob sich fuer diesen Markt eine kommende SATA-CF etabliert,
die Spezifikation dafuer ist zumindest in Arbeit. Natuerlich koennte es
auch so kommen, dass man dort weitehrin auf IDE und normale CF-Karten setzt.

Auch wenn ich CF-Karten fuer eine der besten Speichermedien (neben MO-Disks)
halte, seh ich sie inzwischen ein wenig als "die Zukunft, die niemals war"
an. Ich wuerde sie zwar gerne Einsetzen, aber aufgrund der Kompatibilitaet
zu anderen Anwendern und der ins Bodenlose fallenden Preise bei USB-Sticks,
werde ich mir fuer den mobilen Einsatz erstmal nen groesseren USB-Stick
kaufen (32GB). Damit sollte ich eine Weile ausgedient haben, denn mein
ganzes Benutzerverzeichnis braucht maximal 4 bis 6GB. Als Alternative
koennte ich mir auch eine 2.5" SATA-SSD in einem USB/eSATA-Gehaeuse zu
legen. Die koennte ich dann auch in einem entsprechenden Hotswap-
Festplattenkaefig nutzen. Sollten sich CF-Karten aber weiter im eingebetten
Bereich bewaehren, so koennte ich mir (aufgrund meiner niedrigen
Speicherplatzanforderungen) auch vorstellen sowohl den mobilen Speicher als
auch die Festplatten durch CF-Karten zu ersetzen.

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Flash-Speicher
[2] http://de.wikipedia.org/wiki/Optischer_Datentr%C3%A4ger
[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Festplatten