Im zweiten Teil meiner Reihe möchte ich zeigen wie sich die Computertechnik während der Zeit in der ich sie nutze, verändert hat. Ich habe immer wieder den Eindruck das viele die Begriffe kennen aber nicht wirklich wissen was da überhaupt los ist. Hier möchte ich Datenmengen, Datenraten und Rechenleistung greifbar machen und eine Art Vorlage an die Hand geben, wie man diese Begriffe auch Kindern oder digitalen Einsiedlern verdeutlichen kann – gerade dann, wenn die Glasfaserleitung wieder mal zu langsam ist oder das 5G am Handy die Eieruhr rotieren lässt. Da der gesamte Beitrag sonst zu unübersichtlich wird, kann man die Grafischen Darstellungen mit einem klick auf das Blaue Pfeilchen Ein- und wieder Ausblenden.
Die Schlauberger unter euch werden während dem Lesen sagen: „stimmt ja alles nicht“.
Zumindest würde ich mir das denken. Da gibt es ja Stopp Bits, Parity, Kompression, Parallel Slowdown, Collision Avoidance, oder gar Protokoll Overhead, und vieles mehr. Ja das stimmt alles aber das geht zu sehr in die Tiefe und das lasse ich bei meinen Darstellungen und Rechungen bewusst weg, und zeige nur die Brutto Daten und Datenraten. Auch sind die Jahres- und Größenangaben keine Wissenschaftlich ermittelten Min, Max oder Mittelwerte, sondern von mir geschätzte Angaben. Also los gehts…
Speicherkapazität
Digital kommt vom Wort „digitus“ was Finger heißt. Da Menschen seit jeher mit den Fingern Zählen entstand daraus im englischen der Begriff Digital, für Ziffer. Im Digitalen werden Informationen in exakte, einzelne Werte zerlegt. Die Grundlage für frühe Rechenmaschinen und Computer ist das Binärsystem. 1 oder 0, Strom fließt oder nicht. Das ist die Basis und nennt sich Bit. Die nächst größere Einheit nennt sich Byte. In der Pionierzeit der Computer war die Größe eines Byte variabel und konnte aus 3 bis 12 Bit bestehen. Erst durch IBM wurde in den 1960ern der Standard von 8 parallelen Datenleitungen etabliert, da IBM damals den Markt beherrschte. Die Entwickler überlegten wie viele verschiedene Zeichen man darstellen will, und hat sich auf 256 geeinigt also 8 Bit.
Da Computer im Binärsystem (Basis 2) rechnen, passt der Teiler nicht beim SI-Präfix 1000, sondern bei 1024 und nennt sich dadurch IEC-Präfix. Demnach ist ein Kilobyte 1024 Byte groß. Die Schreibweise der Einheiten ist im Internet eine wilde Mischung. Hier kommen Kilobyte, KB, kByte, KiB und viele mehr zum Einsatz.
Mein erstes Speichermedium mit dem ich gearbeitet habe, war die Datasette. Auf 30 Minuten Band passten 100 kByte was 102.400 Zeichen/Buchstaben entspricht. Zur Einordnung: Ein durchschnittlicher Krimi/Thriller hat ~170.000 Buchstaben.
| Jahr | Medium | Speicherplatz | Details / Schnittstelle |
|---|---|---|---|
| 1983 | Datasette | 100 kByte | 100 kByte a 30 Minuten Band |
| 1984 | 5¼“ Diskette | 166 kByte | 166 kByte pro Seite |
Somit passen auf eine Seite einer 5¼“ Diskette 169.984 Zeichen.
Hier die visuelle Darstellung wie viele Zeichen auf eine 5¼“ Diskette passen:
| Jahr | Medium | Speicherplatz | Details / Schnittstelle |
|---|---|---|---|
| 1987 | 3½“ Diskette | 720 kByte | z.B. Amiga |
| 1987 | MFM-Festplatte | 20 MB’yte‘ | Zorro II Bus – Commodore Amiga ISA Bus Einsteckkarte – x86 PC |
| 1990 | 3½“ Diskette | 1,44 MB | x86 PC |
| 1990 | ATA-Festplatte | 40 MB | ISA Bus Einsteckkarte – x86 PC |
| 1991 | SCSI-Festplatte | 100 MB | ISA Bus Einsteckkarte – Industrie Standard |
| 1998 | CD ROM | 650 MB | CD RW mit bis zu 700 MB |
| 2000 | Ultra ATA/PATA | 30 GB | PCI Einsteckkarte oder OnBoard – x86 PC |
| 2003 | DVD RW | 4,7 GB | Unterschiedliche Standards |
Auf eine DVD passen 29.688 5¼“ Disketten
Hier die visuelle Darstellung wie viele 5¼“ Disketten auf eine DVD passen:
| Jahr | Medium | Speicherplatz | Details / Schnittstelle |
|---|---|---|---|
| 2004 | SATA | 200 GB | PCI Einsteckkarte oder OnBoard |
| 2006 | BlueRay | 25 GB | BlueRay RW mit bis zu 75 GB |
| 2006 | SATA II | 400 GB | PCI Einsteckkarte oder OnBoard |
| 2025 | M.2 SSD | 4 TB | Multi Layer Cell Solid State |
| 2026 | SATA III / SAS 4 | 44 TB | HAMR Mozaic 4+ |
Hier sei angemerkt, das solche Festplatten aktuell für Rechenzentren gebaut werden und weniger für den Heimanwender.
Hier eine visuelle Darstellung wie viele DVDs auf eine Exos 44 TB passen:
Es ist also interessnat wie verschwenderisch wir seit langer Zeit mit Speicherplatz umgehen.
Datentransferraten
Kommen wir zum nächsten Punkt, und zwar wie schnell Daten von A nach B kommen. Mit welcher Technologie das gemacht wird ist erst mal egal. Die App liegt im App-Store und soll aufs Handy. Die Daten liegen im Speicher und müssen zur CPU.
Jeder der mit IT etwas zu tun hat sollte es kennen: Wargames! Wenn nicht das Buch, dann den Film. David Lightman dringt mit seinem überragenden IMSAI 8080 in einen Militärischen Supercomputer ein, und startet dadurch versehentlich den Weltweiten Thermonuklearen Krieg. Hat mich sehr in den Bann gezogen. Wargames das Buch hat 24047 Worte welche zumeist durch ein Leerzeichen getrennt werden. Im deutschen hat ein Wort durchschnittlich 6 Buchstaben, wobei wir mit Leerzeichen bei 7 sind.. Somit hat das Buch 168329 Buchstaben und passt gerade so, wenn nicht perfekt auf eine 5¼“ Diskette. Dieses Buch ist nun unsere Basis.
Zugegeben, ich hatte zunächst mehrere andere Bücher im Sinn. Zum Beispiel Colossus von D. F. Jones oder Nineteen Eighty-Four (1984) von George Orwell. Die hatten aber knapp über 300.000 Buchstaben, weshalb sie zwar auf eine 5¼“ Diskette gepasst hätten, aber nur mit Diskettenlocher und das hätte meine Rechnung verfälscht. Also hab ich geschaut und bin im Keller auf das Buch Wargames gestoßen. Das war ein sogenanntes „Movie Tie-in“. Bedeutet basierend auf dem Drehbuch geschrieben, und diese sind zwangsläufig ehr kürzer. Also gehen wir damit ins Rennen.
| Jahr | Verbindung | Datenrate | Details |
|---|---|---|---|
| 1983 | Cassette Port | 800 Bit/s | 300 Baud – Pulse Length Encoding Datasette |
| 1983 | User Port | 960 Bit/s | 1200 Baud – 8N1 z.B. Akustikkoppler |
| 1983 | Commodore Serial Bus | 3,2 kBit/s | IEC-Bus Diskette |
| 1996 | ISDN | 64 kBit/s | pro Kanal, max 128 kBit/s |
| 2000 | DSL | 768 kBit/s | Asynchron |
| 2004 | DSL 2000 | 2000 kBit/s | Option zu FastPath |
Um im Jahr 1983 das Buch „Wargames“ in Digitaler Form von einem BBS zu laden, hätte man theoretisch 7 Minuten gebraucht. Das ging nicht weil man die Daten nicht schnell genug weg schreiben konnte. Im Jahr 1996 benötigte man dazu noch ca. 21 Sekunden. Im Jahr 2000 waren es noch 1,8 Sekunden und im Jahr 2004 noch 0,66 Sekunden. Bildlich gesprochen: 2004 konnte man gedruckte Bücher gar nicht so schnell aus dem Fenster werfen, wie man sie in digitaler Form heruntergeladen hatte!
| Jahr | Verbindung | Datenrate | Details |
|---|---|---|---|
| 2006 | ADSL2+ | 16000 kBit/s | |
| 2010 | VDSL | 50000 kBit/s | |
| 2026 | Glasfaser | 1 GBit/s | Fibre to the Home |
| 2026 | LAN | 2,5 GBit/s | Netzwerk |
| 2026 | USB-C | 40 GBit/s | Thunderbolt 4 0,8 Sekunden pro Film |
Ab 2004 lese ich keine Bücher mehr. Ich schaue nur noch DVD’s, weshalb ich mir den Film kaufen musste. Dazu gab es dann von 20th Century Fox die Option zu einer „Digital Copy“. Der Film hat 114 Minuten Spielzeit wodurch die DVD mit ~3,9 GB nicht ganz voll ist. Um die Sicherheitskopie herunterzuladen benötigte man 2004 circa 4,5 Stunden. 2010 benötigte man 11 Minuten. Wenn wir diese „Digital Copy“ heute mit Gigabit Glasfaser aus dem Netz laden, müssen wir lediglich 32 Sekunden warten. Um das für unser Buch zu übersetzen. Mit Glasfaser kann man jede Sekunde 6317 digitale Kopien vom Buch „Wargames“ herunterladen.
Rechenleistung
Gordon Moore hat während der Anfangszeit der Chipfertigung (Integrated Circuit) bzw integrierten Schaltkreisen bereits 1965 erklärt, das sich die Packungsdichte, oder eben die Anzahl von Transistoren auf einem Wafer innerhalb von 2 Jahren verdoppelt. Das konnte er zu der Zeit eigentlich noch gar nicht belegen, da es schlichtweg keine Vergleichswerte gab. Trotzdem gab ihm die damalige Entwicklung recht, weshalb es später das Mooresche Gesetz (engl. Moore’s Law) genannt wurde. Nach dem die Theorie aufgestellt war, wurde diese ehr zu einer selbsterfüllenden Prophezeiung. Denn es sind verschiedenste Industriezweige an der Entwicklung besserer Mikrochips beteiligt. Diese müssen sich auf gemeinsame Meilensteine einigen und in ihrer Roadmap einplanen. Heute geht man von 18 Monaten aus.
Da die Packungsdichte und die Rechenleistung nur indirekt linear verlaufen, schauen wir uns der Einfachheit halber den MOS 6510 und einen Intel Core i7-14700K im direkten Vergleich an.
MIt der Einheit MIPS (Million Instructions Per Second) wird die Rechenleistung von älteren Prozessoren oder Mikrocontrollern ohne Fließkommaeinheiten gemessen. MIPS misst, wie viele Millionen Befehle ein Prozessor pro Sekunde ausführen kann. Das wäre wohl der fairste Vergleich.
- Hier kommt der C64 auf ca 0.4 MIPS
- Der Intel kommt auf mickrige 400.000 MIPS
Mit der Einheit FLOPS (Floating Point Operations Per Second) wird die Rechenleistung beim Berechnen von Fließkomma-Zahlen (Dezimalzahlen) gemessen. Da der C64 keine Hardware für Kommazahlen hatte, mussten diese mühsam per Software im BASIC berechnet werden.
- Hier kommt der 64er immerhin auf rund 2 kFLOPS
- Der Intel hingegen kommt bei Volllast auf wahnwitzige 1.500 GFLOPS
Gewichtet man das, ist eine moderne CPU im logarithmischen Mittelwert 22 Millionen Mal schneller als der MOS 6510. Um so beachtlicher ist es was man mit dem 64er damals schon alles machen konnte.