--- marp: true theme: gaia paginate: true backgroundColor: #fff header: "Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)" footer: "Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026" title: Speicher und Schnittstellen --- # Kapitel 4 ## Speicher und Schnittstellen --- ![bg fit](./assets/demos/kap04-eroeffner.png) --- # Sub-Sektion A: Speicher — wo wohnen die Bytes? --- # HDD — Magnetscheibe mit beweglichen Köpfen **Hard Disk Drive.** Erfunden 1956 (IBM RAMAC). Bis 2010 das Standard-Speichermedium. - **Magnetisierte** Bereiche auf rotierender Platter (5.400–15.000 U/min) - Schreib-/Lese-**Kopf** schwebt auf Luftpolster (~5 nm Abstand) - **Spuren** (konzentrische Kreise) + **Sektoren** (Tortenstück-Abschnitte) - **Bewegliche Teile** → Verschleiß, Geräusch, Stoß-empfindlich --- # SSD — Speicher ohne Mechanik **Solid State Drive.** Massentauglich seit ~2010. Heute Standard für OS-Disks. - **Flash-Speicher** (NAND): Elektronen in Floating Gates speichern Bits - **Keine beweglichen Teile** → kein Geräusch, kein Stoß-Risiko - **NVMe-Protokoll** (PCIe-direkt) → 5–14 GB/s im Vergleich zu HDD-200 MB/s - **Schreibzyklen begrenzt** (TLC: ~3 000 P/E-Zyklen pro Zelle) --- # HDD vs. SSD ![bg right:40% contain](./assets/hdd-ssd-comparison.png) | | HDD | SSD | |--|-----|-----| | Technik | Mechanik | Flash | | Geschwindigkeit | 50–250 MB/s | 500–14.000 MB/s | | Latenz | ~10 ms | ~0,1 ms | | Preis/TB (2026) | ~20 € | ~70 € | | Lebensdauer | ~5–10 Jahre | ~5–10 Jahre | | Geräusch | hörbar | lautlos | | Stoß-empfindlich | ja | nein | --- # Wann nehme ich was? | Anwendung | Empfehlung | Begründung | |-----------|------------|------------| | Betriebssystem auf dem Laptop | **NVMe-SSD** | Geschwindigkeit, Boot | | Eigene Foto-Library (10 TB+) | **HDD** | Kapazität, Preis | | Server für Logfiles | **HDD oder SSD** | je nach Schreib-Last | | Externes Backup-Archiv | **HDD** | billig, ok wenn langsam | | Mobile Workstation (Reise) | **SSD** | Stoß, Geräusch | | Edit-Drive für 4K-Schnitt | **NVMe-SSD** | Throughput für Video | | Langzeitarchiv 10+ Jahre | **LTO-Band + M-DISC** | Langlebigkeit | --- # Filesystems — die Sprache des Speichers --- # Was macht ein Filesystem? **Vier zentrale Aufgaben:** 1. **Datei-Tabelle:** welche Datei wohnt wo? (Block-Adressen) 2. **Frei-Liste:** welche Blöcke sind ungenutzt? 3. **Verzeichnisbaum:** Ordner-Hierarchie 4. **Metadaten:** Berechtigung, Erstell-Zeit, Letzt-Änderung, Eigentümer Ein Speichermedium **ohne Filesystem** ist nur ein langer Strom von Bytes — niemand weiß, was wo ist. --- # Filesystem-Landschaft | Filesystem | Wo verbreitet | Max. Dateigröße | Besonderheit | |-----------|---------------|----------------:|--------------| | **FAT32** | USB-Sticks, SD-Karten alt | **4 GB** | universell, alt | | **exFAT** | USB-Sticks modern | 16 EB | wie FAT, ohne 4-GB-Limit | | **NTFS** | Windows | 16 EB | Standard seit Win 2000 | | **APFS** | macOS seit 2017 | 8 EB | snapshots, schnell | | **ext4** | Linux | 16 TB | klassisch, robust | | **ZFS** | Server, FreeBSD | 16 EB | checksum, snapshots | **FAT32 4-GB-Grenze** ist der häufigste Alltags-Knack: USB-Stick noch nie umformatiert → kein 4K-Video drauf. --- # Backup — die unangenehme Pflicht --- ![bg right:40% contain](./assets/backup-disaster.png) # Pixar verlor Toy Story 2 fast **1998.** Ein Mitarbeiter führte ein Maintenance-Skript aus, das per `rm -rf /` ausversehen die Hauptdatenbank löschte. 90 % des Films weg. Backup-Tapes? Defekt seit Monaten — niemand merkte es. **Glück:** Galyn Susman, im Mutterschutz, hatte privat ein Backup auf dem Heim-PC. *Daraus wurde der Film rekonstruiert.* --- # Die 3-2-1-Backup-Regel **3** Kopien deiner Daten **2** verschiedene **Medien** (z.B. SSD + HDD) **1** Kopie **off-site** (außerhalb deines Wohnorts) Beispiel: ``` Original → Foto-Library auf der MacBook-SSD Kopie 1 → Time Machine auf externer HDD (zuhause) Kopie 2 → Backblaze in der Cloud (off-site) ``` --- # Backup-Typen | Typ | Was wird gesichert | Restore-Aufwand | Speicher | |-----|---------------------|-----------------|----------| | **Full** | Alles, jedes Mal | klein (eine Datei) | viel (jedes Mal alles) | | **Incremental** | Nur Änderungen seit *letztem Backup* | groß (Kette aufrollen) | klein | | **Differential** | Alle Änderungen seit *letztem Full* | mittel | mittel | | **Snapshot** (APFS, ZFS) | Filesystem-Stand zu einem Zeitpunkt | sofort | Copy-on-Write | **In der Praxis:** Mix aus 1× Full pro Woche + Incremental täglich. --- # Sub-Sektion B: Schnittstellen — wie reisen die Bytes? --- # USB-C — und seine drei Achsen --- ![bg fit](./assets/demos/usb-c-drei-achsen.png) --- # HDMI — Video + Audio + Kopierschutz **High-Definition Multimedia Interface.** 2002. Standard für Heim-Elektronik. | Version | Bandbreite | Max. Video | |---------|-----------|-----------| | HDMI 1.4 | 10 Gbit/s | 4K @ 30 Hz | | HDMI 2.0 | 18 Gbit/s | 4K @ 60 Hz | | HDMI 2.1 | 48 Gbit/s | 8K @ 60 Hz oder 4K @ 120 Hz | **HDCP:** Kopierschutz, der „illegale" Aufnahmen verhindern soll. Manchmal die Ursache für „Bildschirm bleibt schwarz, wenn Netflix läuft." --- # DisplayPort — HDMIs offenes Pendant **Open-Source-Industrie-Standard.** Hauptsächlich PC-Welt (Monitore). - Versionen 1.4 (32 Gbit/s) bis 2.1 (80 Gbit/s) - **MST (Multi-Stream Transport):** ein Kabel → mehrere Monitore - **Adaptive Sync:** flüssige Bildraten bei Gaming (FreeSync, G-Sync) In USB-C steckt fast immer ein **DisplayPort Alt Mode**, sodass dasselbe Kabel beides kann. --- # Thunderbolt — der Tunnel für alles **Intel + Apple 2011, seit Version 3 (2015) auf USB-C-Stecker.** Spezifikation: - **Thunderbolt 3 / 4:** 40 Gbit/s. PCIe + DisplayPort + USB *gleichzeitig*. - **Thunderbolt 5** (2024): 80–120 Gbit/s. Anwendung: **externe GPU** (eGPU), 8K-Monitor, RAID-Array, ein Dock für alles. --- # Ethernet vs. WiFi — Bandbreite + Latenz | | Ethernet (Kabel) | WiFi (Funk) | |--|------------------|-------------| | Bandbreite | 1–10 Gbit/s | 0,6–9,6 Gbit/s (WiFi 6E) | | Latenz | < 1 ms | 5–20 ms (variabel) | | Stabilität | konstant | abhängig von Umgebung | | Setup | Kabel ziehen | App, kein Kabel | | Sicherheit | physisch geschützt | Passwort, abhörbar | **Für Streaming:** WiFi reicht. **Für Gaming, Video-Call, Online-Code:** Ethernet besser (Latenz!). --- # Schnittstellen-Wahl-Matrix | Aufgabe | Beste Schnittstelle | Warum | |---------|---------------------|-------| | 4K-Monitor anschließen | **HDMI 2.0+** oder **DP 1.4+** | Bandbreite | | Online-Gaming | **Ethernet** | niedrige Latenz | | eGPU am Laptop | **Thunderbolt 3/4** | PCIe-Tunnel | | SD-Karte einlesen | **USB-A 3.0** oder **USB-C** | Kompatibilität | | Smartphone laden | **USB-C-PD** | Standard | | Heim-Streaming | **WiFi** oder **Ethernet** | reicht beides | | 4K-Stream mehrere Geräte | **Ethernet** | Stabilität | --- # Selbstlernen — zwei Übungen **1. Backup-Konzept aufschreiben** Inventarisiert eure Geräte: Wo wohnen welche Daten? Schreibt euer 3-2-1-Backup für eure eigene Foto-Library auf. Welches Off-site? Welche zweite Kopie? **2. USB-C-Kabel-Check** Holt eure USB-C-Kabel raus. Was steht drauf? Was kann jedes Kabel laut Verpackung? Habt ihr ein „Charge-only"-Kabel, ohne es zu wissen? --- # Zusammenfassung **Speicher = wo wohnen die Bytes:** HDD-Mechanik vs SSD-Flash. Tradeoff Geschwindigkeit ↔ Preis/TB. Filesystem als Buchhaltung. Backup als 3-2-1. **Schnittstellen = wie reisen sie:** USB-C-Stecker täuscht — drei Achsen (Stecker · Kabel · Protokoll). HDMI/DP/TB für Video. Ethernet für Latenz, WiFi für Bequemlichkeit. **Der gemeinsame Hebel:** Engpass identifizieren, *bevor* man Hardware kauft. → **In Kap 5** schauen wir uns an, was eine Datei *unterwegs* mitführt — und was sie *verrät*.