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true	gaia	true		Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)	Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026	Speicher und Schnittstellen

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Kapitel 4

Speicher und Schnittstellen

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Sub-Sektion A: Speicher — wo wohnen die Bytes?

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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

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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)

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HDD vs. SSD

	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

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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

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Filesystems — die Sprache des Speichers

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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.

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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.

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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.

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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)

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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.

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Sub-Sektion B: Schnittstellen — wie reisen die Bytes?

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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."

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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.

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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.

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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!).

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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

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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?

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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.