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uni/slides/223015b/04-speicher-schnittstellen.md
T
libretech 443150c40e 223015b filename-cleanup: dateien umbenannt + Makefile angepasst, build geht durch 
git mv:
- 01-grundlagen-text-audio.md → 01-datenfundamentale.md (kap 1 datenfundamentale + signal-zu-byte)
- 02-bild-audio-video.md → 02-kompression.md (kap 2 kompression prinzipien)
- 03-speichermedien-schnittstellen.md → 03-inhalte-bild-audio-video.md (kap 3 inhalte bild/audio/video)
- 04-distribution-apis-zukunft.md → 04-speicher-schnittstellen.md (kap 4 speicher + schnittstellen)
- 05-vertiefung-offene-fragen.md → 05-distribution-metadaten.md (kap 5 distribution + metadaten)

Makefile 223015b_KAPITEL angepasst an neue dateinamen. build-223015b läuft sauber durch alle 5 neuen kapitel-html+pdf.

stale html-files in build/ bleiben bis make clean (gitignored, kein commit-impact).
2026-05-14 16:58:58 +02:00

20 KiB
Raw Blame History

marp, theme, paginate, backgroundColor, header, footer, title
marp theme paginate backgroundColor header footer title
true gaia true Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b) Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026 Speicher und Schnittstellen
<style> :root { --color-foreground: #1a1a2e; --color-highlight: #1e5f8a; --color-dimmed: #4a4a6a; } section.invert { --color-foreground: #fff; } section { font-size: 1.7rem; } h1 { color: #1e5f8a; } section.invert h1 { color: #fff; } h2 { color: #1f2937; } pre { background: #0f0f23; color: #5fb3e4; border-radius: 8px; border-left: 3px solid #1e5f8a; } pre code { background: transparent; color: inherit; } code { background: #0f0f23; padding: 0.15em 0.4em; border-radius: 4px; font-family: ui-monospace, "SF Mono", Menlo, Consolas, monospace; } section code:not(.hljs) { color: #5fb3e4 !important; } section code.hljs { color: #f8f8f8 !important; } a { color: var(--color-highlight); } section.klausur { background: repeating-linear-gradient( 135deg, #e3f2fd, #e3f2fd 40px, #fff 40px, #fff 80px ) !important; } @media print { section.klausur { background: #e3f2fd !important; } } section.aufgabe { background: #e3f2fd !important; } section.aufgabe footer { display: none; } section.erklaerung :not(header), section.erklaerung :not(footer) { font-size: 1.1rem; } section.erklaerung h1 { font-size: 1.5rem; color: #1e5f8a; margin-bottom: 0.3rem; } section.erklaerung ul, section.erklaerung ol { font-size: 1.0rem; line-height: 1.4; } section.erklaerung p { font-size: 1.0rem; line-height: 1.4; } section.erklaerung table { font-size: 0.9rem; } </style>

Kapitel 4

Speicher und Schnittstellen

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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

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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

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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

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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.

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