223015b/slides/2026-01-23-termin-3-speichermedien-schnittstellen.md

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Rückblick: HDD vs. SSD

HDD:

• Mechanisch, magnetisch
• Langsam (~150 MB/s)
• Günstig (~20€/TB)
• Empfindlich (Stöße!)

SSD:

• Elektronisch, Flash
• Schnell (~500-7.000 MB/s)
• Teuer (~80-150€/TB)
• Write-Zyklen begrenzt

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Was fehlt? Dateisysteme!

Dateisystem = Bibliothekskatalog für Festplatte

Aufgaben:

• Dateien speichern & finden
• Metadaten verwalten
• Speicherplatz effizient nutzen
• Fehler erkennen & beheben

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Partitionen & Volumes

Partition: Zusammenhängender Bereich auf Festplatte

Volume: Logische Einheit mit Dateisystem

Beispiel: 1 TB HDD → 2 Partitionen

• 500 GB Windows (NTFS)
• 500 GB Daten (exFAT)

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Formatierung

Schnellformatierung:

• Löscht nur Metadaten
• Daten physisch noch da
• → Datenrettung möglich!

Vollständige Formatierung:

• Überschreibt mit Nullen
• Dauert länger, aber sicherer

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FAT (File Allocation Table)

Geschichte: 1977, Microsoft

Versionen:

• FAT16: Max. 2 GB
• FAT32: Max. 4 GB Dateien, 2 TB Partitionen
• exFAT: Keine 4 GB-Grenze

Vorteil: Universelle Kompatibilität

Nachteil: Keine Rechte, kein Journaling

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NTFS

NTFS = New Technology File System (1993)

Features: ✓ Dateien >4 GB (bis 16 EB) ✓ Zugriffsrechte (ACLs) ✓ Journaling (Crash-Schutz) ✓ Kompression & Verschlüsselung ✓ Shadow Copies

Nachteil: Proprietär (nur Windows nativ)

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APFS

Apple File System (2017)

Features: ✓ Copy-on-Write (Speicherersparnis!) ✓ Snapshots (Time Machine) ✓ Native Verschlüsselung ✓ SSD-optimiert

Nachteil: Nur Apple-Geräte

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ext4

Fourth Extended File System (2008) Linux-Standard

Features: ✓ Journaling ✓ Extents (schneller) ✓ Max. 16 TB Dateien, 1 EB Partitionen ✓ Online-Defragmentierung

Nachteil: Windows/macOS können nicht nativ lesen

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Dateisysteme: Vergleich

FS	OS	Max. Datei	Features
FAT32	Alle	4 GB	Kompatibilität
exFAT	Alle	16 EB	Flash-optimiert
NTFS	Win	16 EB	Journaling, ACLs
APFS	macOS	8 EB	Snapshots, CoW
ext4	Linux	16 TB	Journaling

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Backup: Warum?

Realität:

• Festplatten sterben ohne Vorwarnung
• Ransomware verschlüsselt Daten
• Versehentliches Löschen
• Diebstahl, Brand, Wasserschaden

Faustregel: 3-2-1 Mindestens 3 Kopien, auf mindestens 2 unterschiedlichen Speichermedien und mindestens 1 an einem anderen Ort

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Backup-Arten

Vollständig (Full): Kompletter Datenbestand Langsam, aber einfach

Inkrementell: Nur Änderungen seit letztem Backup Schnell, aber Wiederherstellung komplex

Differenziell: Änderungen seit letztem Voll-Backup Mittelweg

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3-2-1-Regel

3 Kopien (Original + 2 Backups)

2 verschiedene Medientypen (SSD + HDD)

1 Offsite-Backup (Cloud, externes Lager)

Beispiel: Laptop + externe Festplatte + Cloud

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Backup-Software

macOS: Time Machine Windows: Veeam Agent (kostenlos) Linux: rsync, Borg, Restic Plattformübergreifend: Duplicati, Syncthing Cloud: Backblaze, Nextcloud

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Langzeitarchivierung: Das Problem

Digitale Daten altern:

• Bit Rot (Degradation)
• Format-Obsoleszenz (WordPerfect .wpd)
• Hardware-Obsoleszenz (Diskettenlaufwerke)

Lösung: Migration + offene Standards

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Magnetbänder (LTO)

Linear Tape-Open:

• LTO-9 (2021): 18 TB nativ, 45 TB komprimiert
• Haltbarkeit: 30 Jahre
• Kosten: ~5€/TB (Laufwerk ~5.000€)
• Nutzung: Rechenzentren, Archive

Air-Gap-Sicherheit: Offline-Band kann nicht von Ransomware verschlüsselt werden

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M-DISC (Millennial Disc)

Eigenschaften:

• DVD/Blu-ray-kompatibel
• Anorganische Metallschicht
• Haltbarkeit: 1.000 Jahre (Tests)
• Einsatz: Familienfotos, Archive

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DNA-Storage (Zukunft)

Konzept: Daten in DNA-Sequenzen

Eigenschaften:

• Speicherdichte: 215 Petabyte/Gramm (!!)
• Haltbarkeit: Tausende Jahre
• Kosten: Aktuell $3.500/MB

Beispiele: Microsoft + Twist Bioscience Netflix "Biohackers"-Episode (2021)

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Hands-On: S.M.A.R.T. & Backup

Aufgabe 1 (20 Min): S.M.A.R.T.-Daten auslesen

• Windows: CrystalDiskInfo
• macOS/Linux: smartctl -a /dev/sda
• Notiere: Health, Power-On Hours, Temp

Aufgabe 2 (20 Min): Test-Backup erstellen

• rsync (Linux/macOS) oder Robocopy (Windows)
• Simuliere Datenverlust → Wiederherstellung

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Aufgabe bis nächste Woche

Analysiere dein System:

1. Welches Dateisystem nutzt deine Hauptpartition?
2. Hast du ein Backup? Welche Art? Wo?
3. Poste im Forum: S.M.A.R.T.-Screenshot + Backup-Strategie

Bonus: Richte automatisches Backup ein

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Teil 2: Schnittstellen

USB-C, HDMI & das Kabel-Chaos

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Was ist eine Schnittstelle?

Schnittstelle = Verbindung zwischen Systemen

Hardware-Schnittstellen: Physischer Anschluss (USB, HDMI, Ethernet)

Software-Schnittstellen: API (nächste Woche!)

Heute: Hardware-Fokus

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USB: Die Idee

Universal Serial Bus (1996)

Ziel: Ein Kabel für alles

Vorher:

• PS/2 (Maus, Tastatur)
• Seriell (Modem)
• Parallel (Drucker)
• SCSI (Festplatten)

USB-Versprechen: ✓ Ein Stecker, Hot-Pluggable, Stromversorgung

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USB-Versionen: Chaos

Version	Jahr	Geschwindigkeit	Marketing-Name
USB 1.0	1996	12 Mbps	–
USB 2.0	2000	480 Mbps	Hi-Speed
USB 3.0	2008	5 Gbps	USB 3.2 Gen 1
USB 3.1	2013	10 Gbps	USB 3.2 Gen 2
USB 3.2	2017	20 Gbps	USB 3.2 Gen 2×2
USB 4	2019	40 Gbps	USB4

NIEMAND versteht das mehr!

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USB-C: Stecker ≠ Geschwindigkeit

USB-C = Physischer Stecker (2014)

Eigenschaften: ✓ Reversibel (beide Seiten gleich) ✓ 24 Pins (vs. 4 bei USB-A) ✓ Unterstützt: Daten, Strom, Video, Audio

ABER: USB-C sagt NICHTS über Geschwindigkeit!

Ein USB-C-Kabel kann sein:

• USB 2.0 (480 Mbps) 😱
• USB 3.2 Gen 2 (10 Gbps)
• USB 4 (40 Gbps)
• Thunderbolt 3/4 (40 Gbps)
• Oder nur Power Delivery (Laden, keine Daten!)

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USB Power Delivery

USB PD (über USB-C):

• Profile: 5V bis 20V
• Max. 5A
• Bis zu 240W (USB PD 3.1, 2021)

Anwendungen:

• Laptop-Ladung (60-100W)
• Monitor mit Stromversorgung
• Docking-Stations

Problem: Nicht jedes Kabel unterstützt volles PD!

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USB-C: Das Wirrwarr

Was ein USB-C-Kabel KÖNNEN KANN:

Daten: USB 2.0 bis USB4 (40 Gbps)

Strom: 5W bis 240W

Video: DisplayPort Alt Mode, HDMI Alt Mode

Audio: USB Audio Class

Problem: Am Kabel steht's oft NICHT drauf!

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Thunderbolt: Premium-Schnittstelle

Thunderbolt (Intel + Apple):

• Thunderbolt 3/4 (2015/2020): USB-C, 40 Gbps
• PCIe über Kabel → externe GPUs!
• Daisychaining (bis 6 Geräte)
• 100W Power Delivery garantiert

Nachteile: ❌ Teuer (Kabel: 30-80€) ❌ Lizenzgebühren (Intel) ❌ Nur High-End-Geräte

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HDMI: Der Heimkino-Standard

HDMI (2002): Entwickelt von Sony, Panasonic, Toshiba...

Versionen:

• HDMI 1.4 (2009): 4K @ 30 Hz, ARC
• HDMI 2.0 (2013): 4K @ 60 Hz, HDR
• HDMI 2.1 (2017): 8K @ 60 Hz, 4K @ 120 Hz, VRR

Features: ✓ Audio + Video in einem Kabel ✓ HDCP (Copy Protection) ✓ CEC (Gerätesteuerung)

Nachteile: ❌ Proprietär, Lizenzgebühren ❌ Keine Daisychaining

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DisplayPort: Die PC-Alternative

DisplayPort (2006): VESA (Video Electronics Standards Association)

Versionen:

• DP 1.4 (2016): 8K @ 60 Hz, HDR
• DP 2.0 (2019): 16K @ 60 Hz, 8K @ 120 Hz

Vorteile: ✓ Lizenzfrei (keine Gebühren!) ✓ Daisychaining (Multi-Monitor) ✓ Adaptive Sync (FreeSync, G-Sync) ✓ USB-C Alt Mode

Nachteil: Weniger verbreitet in TVs

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HDMI vs. DisplayPort

Feature	HDMI 2.1	DisplayPort 2.0
Max. Auflösung	8K @ 60 Hz	16K @ 60 Hz
Lizenz	Ja (~$10k/Jahr)	Nein
Daisychaining	Nein	Ja
Adaptive Sync	VRR (neu)	Ja (nativ)
USB-C	Alt Mode (selten)	Alt Mode (häufig)
Verbreitung	TVs dominant	PCs/Monitore

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HDCP: Copy Protection

HDCP = High-bandwidth Digital Content Protection

Was ist das?

• DRM für Video-Signale
• Verschlüsselt zwischen Quelle und Display
• Verhindert "Man-in-the-Middle"-Aufnahme

Problem:

• Alte Monitore: Kein HDCP 2.2 → 4K-Netflix funktioniert nicht!
• Capture-Cards oft blockiert
• "HDCP-Handshake-Fehler" → Schwarzer Bildschirm

Kritik: Schikaniert ehrliche Nutzer, Piraten umgehen es leicht

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Ethernet: Das Netzwerkkabel

Ethernet (1980er):

Versionen:

• 100BASE-TX (1995): 100 Mbps
• 1000BASE-T (1999): 1 Gbps (Gigabit)
• 10GBASE-T (2006): 10 Gbps

Kabel-Kategorien:

• Cat5e: bis 1 Gbps (veraltet)
• Cat6: bis 10 Gbps (55m)
• Cat6a: bis 10 Gbps (100m)

Stecker: RJ45 (8P8C)

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Veraltete Schnittstellen

Seriell (RS-232): 1960er, 115,2 kbps, Modems Parallel (LPT): Drucker, 8 Bits gleichzeitig PS/2: Maus + Tastatur (1987-2010er) VGA: Analoges Video (1987-2010er)

Heute: Manchmal noch auf Mainboards (Legacy-Support)

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Hands-On: Schnittstellen identifizieren

Aufgabe (30 Min):

1. Untersuche deinen Laptop/Desktop
2. Welche Anschlüsse vorhanden?
3. Für USB-C: Welche Features? (Daten, Video, Laden?)
4. Teste: Schließe Gerät an verschiedenen Ports an
5. Dokumentiere: Foto + Beschriftung

Tools: Systeminfo (Win), System Report (Mac), lsusb (Linux)

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Aufgabe bis nächste Woche

Analysiere deine Kabel:

1. Liste alle Kabel (USB, HDMI, etc.)
2. Identifiziere: Standard, Geschwindigkeit, Features
3. Ist es beschriftet? Verständlich?
4. Poste im Forum: Foto + das verwirrendste Kabel

Bonus: Finde USB-C-Kabel, das nur USB 2.0 kann