split klausurfragen into per-course files and add erklaerung slides to 223015c
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@@ -70,18 +70,23 @@ section.aufgabe footer {
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}
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section.erklaerung {
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@@ -301,23 +306,23 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# Kompression: Erklaerung
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# Kompression – Vertiefung
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**Definition:** Kompression reduziert die Dateigroesse durch Entfernen von Redundanz (Lossless) oder Irrelevanz (Lossy).
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Claude Shannon definierte 1948 die **Entropie** als theoretische Untergrenze der Kompression. Ein Text mit gleichmäßiger Zeichenverteilung hat hohe Entropie (schwer komprimierbar); repetitive Texte haben niedrige Entropie.
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| Typ | Prinzip | Reversibel | Beispiele |
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|-----|---------|------------|-----------|
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| **Verlustfrei** | Redundanz entfernen | Ja | ZIP, PNG, FLAC |
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| **Verlustbehaftet** | Irrelevanz entfernen | Nein | JPEG, MP3, H.264 |
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**Verlustfreie Kompression** erreicht diese Grenze durch:
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- **Statistische Kodierung:** Huffman, Arithmetic Coding
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- **Wörterbuch-Methoden:** LZ77, LZ78, DEFLATE (ZIP, PNG)
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- Originalzustand ist exakt rekonstruierbar
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**Redundanz:** Wiederholende Muster kompakter darstellen
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- "AAAA" → "4×A" (Run-Length Encoding)
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**Verlustbehaftete Kompression** unterschreitet die Grenze, indem sie menschliche Wahrnehmungsgrenzen ausnutzt:
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**Irrelevanz:** Fuer Menschen nicht wahrnehmbare Information entfernen
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- Psychoakustik: Toene unter Hoerschwelle
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- Psychovisuell: Farbunterschiede im Randbereich
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| Sinneskanal | Psychophysisches Modell | Ausnutzung |
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|-------------|------------------------|------------|
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| Gehör | Maskierungseffekte, Hörschwelle | MP3: Töne unter Maskierungsschwelle weglassen |
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| Sehen | Farbauflösung, Kontrastempfindlichkeit | JPEG: Chroma-Subsampling, hohe Frequenzen verwerfen |
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**Merkhilfe:** "Redundanz = Wiederholung, Irrelevanz = Unwichtig"
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**Shannon-Limit:** Verlustfreie Kompression kann nicht unter die Entropie; verlustbehaftete kann beliebig weit gehen – auf Kosten der Qualität.
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@@ -892,23 +897,22 @@ Eselsbrücke: "Kilo Mega Giga Tera Peta Exa Zetta Yotta"
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _footer: '' -->
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# Dateneinheiten: Erklaerung
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# Dateneinheiten – Vertiefung
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**Definition:** Standardisierte Groessenangaben fuer digitale Datenmengen basierend auf SI-Praefixen (Dezimal).
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Zwei konkurrierende Standards existieren seit der IEC-Normierung 1998:
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| Einheit | Bytes | Potenz | Alltagsbeispiel |
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|---------|-------|--------|-----------------|
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| KB | 1.000 | 10³ | Kurze E-Mail |
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| MB | 1.000.000 | 10⁶ | MP3-Song (~4 MB) |
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| GB | 1 Milliarde | 10⁹ | HD-Film (~4 GB) |
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| TB | 1 Billion | 10¹² | Externe Festplatte |
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| Präfix | SI (Dezimal) | IEC (Binär) | Differenz |
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|--------|--------------|-------------|-----------|
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| Kilo | 1.000 (10³) | 1.024 (2¹⁰) KiB | 2,4% |
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| Mega | 1.000.000 (10⁶) | 1.048.576 MiB | 4,9% |
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| Giga | 10⁹ | 2³⁰ GiB | 7,4% |
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| Tera | 10¹² | 2⁴⁰ TiB | 10% |
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**Dezimal vs. Binaer:**
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- SI (Hersteller): 1 KB = 1.000 Bytes
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- IEC (Computer): 1 KiB = 1.024 Bytes
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- Daher: 1 TB Festplatte zeigt nur ~931 GB an
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**Warum der Unterschied wächst:** (2¹⁰)ⁿ ÷ (10³)ⁿ = 1,024ⁿ. Bei Terabyte sind es bereits 10% Abweichung.
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**Merkhilfe:** "**K**omm **M**it **G**rossem **T**ee, **P**eter **E**xte **Z**ettelt **Y**achten"
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**Festplatten-Marketing:** Hersteller nutzen SI (dezimal), Betriebssysteme zeigen IEC (binär). Eine „1 TB"-Festplatte zeigt daher nur 931 GiB an – technisch korrekt, aber verwirrend.
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**Historischer Kontext:** RAM wurde immer binär gemessen (2ⁿ Adressen), Festplatten ursprünglich dezimal (physikalische Geometrie). Die IEC führte 1998 KiB/MiB/GiB ein – diese Notation setzt sich langsam durch.
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@@ -982,24 +986,25 @@ VERGLEICH: SSD ~$50/TB, HDD ~$15/TB, LTO ~$5/TB
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _footer: '' -->
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# Digitaler Wendepunkt: Erklaerung
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# Digitaler Wendepunkt – Vertiefung
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**Definition:** Der Zeitpunkt, ab dem mehr Daten digital als analog gespeichert wurden.
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Die Studie von Hilbert & López (Science, 2011) analysierte 60 Speichertechnologien von 1986–2007. Der Wendepunkt 2002 markiert den Moment, ab dem mehr Information digital als analog existierte.
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**Die Meilensteine:**
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| Jahr | Ereignis |
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|------|----------|
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| 1986 | 99% analog, nur 1% digital |
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| **2002** | **Wendepunkt: 50% digital** |
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| 2007 | 94% digital, nur 6% analog |
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| 2025 | ~181 Zettabyte jaehrlich |
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**Was 1986 „analog" bedeutete:**
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- Bücher, Zeitungen, Magazine: ~8 EB
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- Vinyl-Schallplatten, Musikkassetten: ~12 EB
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- VHS-Kassetten, Filmrollen: ~60 EB
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**Warum Magnetband noch lebt:**
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- LTO-Tapes: ~5 USD/TB (guenstigstes Archivmedium)
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- Vergleich: SSD ~50 USD/TB, HDD ~15 USD/TB
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- Einsatz: AWS Glacier, Filmarchive, Cold Storage
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**Warum analog stagnierte:** Physische Medien haben Kapazitätsgrenzen. Eine VHS speichert 10 GB; eine Blu-ray (2006) bereits 50 GB auf kleinerer Fläche.
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**Merkhilfe:** "**2002** = **D**igitale **D**ominanz beginnt" (2-0-0-2 = D-D)
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**LTO-Magnetband überlebt** trotz „alter" Technologie:
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| Medium | Kosten/TB | Lebensdauer | Energiebedarf |
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|--------|-----------|-------------|---------------|
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| SSD | ~50 € | 5–10 Jahre | Dauerstrom |
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| HDD | ~15 € | 3–5 Jahre aktiv | Dauerstrom |
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| LTO-9 | ~5 € | 30+ Jahre | Nur beim Zugriff |
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AWS Glacier, Google Coldline und Film-Archive nutzen LTO – langsamer Zugriff, aber unschlagbar günstig und langlebig.
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@@ -1108,23 +1113,22 @@ Visueller Kontrast: Analog vs. Digital
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _footer: '' -->
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# Analoge Medien: Erklaerung
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# Analoge Medien – Vertiefung
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**Definition:** Medien, bei denen Information durch kontinuierliche physikalische Groessen (Rillen, Magnetisierung, Licht) gespeichert wird.
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Analoge Speicherung codiert Information als **kontinuierliche physikalische Größe**: Rillentiefe (Vinyl), Magnetfeldstärke (Tonband), Silberkorn-Dichte (Film). Es gibt keine diskreten Stufen – theoretisch unendliche Auflösung, praktisch begrenzt durch Rauschen.
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| Medium | Typ | Speicherprinzip |
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|--------|-----|-----------------|
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| Schallplatte | Audio | Rillen in Vinyl |
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| Tonband | Audio | Magnetische Partikel |
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| Film | Video | Lichtempfindliche Emulsion |
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| VHS | Video | Magnetband |
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**Generationsverlust** entsteht, weil jede Kopie neues Rauschen addiert:
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- Schallplatte → Kassette: Frequenzgang leidet, Rauschen steigt
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- VHS → VHS: Farbsättigung sinkt, Schärfe nimmt ab
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- 3. Generation: oft unbrauchbar
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**Kernmerkmal Generationsverlust:**
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- Jede Kopie ist schlechter als das Original
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- Kassette → Kassette → Kassette = zunehmend schlechter
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- Das Original bleibt einzigartig
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| Medium | Typische Auflösung | Dynamik |
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|--------|-------------------|---------|
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| Vinyl (audiophil) | ~20–20.000 Hz | ~70 dB |
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| Tonband (Studio) | ~30–15.000 Hz | ~55 dB |
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| 35mm Film | ~4K-äquivalent | ~13 Blendenstufen |
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**Distribution:** Physisch (Kauf, Verleih, Kopie von Hand)
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**Paradox der Analogtechnik:** Das Original ist einzigartig und unersetzlich – aber genau deshalb anfällig. Jedes Abspielen einer Schallplatte trägt mikroskopisch Material ab; jeder Filmdurchlauf riskiert Kratzer.
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@@ -1199,22 +1203,23 @@ Paradox: Gerade die Perfektion wurde zum "Problem"
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _footer: '' -->
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# Digitale Medien: Erklaerung
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# Digitale Medien – Vertiefung
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**Definition:** Medien, bei denen Information als diskrete Zahlenwerte (Bits) gespeichert wird.
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Digitale Speicherung quantisiert kontinuierliche Signale in diskrete Werte. Der **Quantisierungsfehler** (Differenz zum Original) ist der Preis der Digitalisierung – aber einmal digitalisiert, bleibt die Information exakt.
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| Medientyp | Formate | Typische Verwendung |
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|-----------|---------|---------------------|
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| Text | PDF, EPUB, DOCX | E-Books, Dokumente |
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| Bild | JPEG, PNG, WebP | Fotos, Grafiken |
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| Audio | MP3, FLAC, AAC | Musik, Podcasts |
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| Video | MP4, MKV, WebM | Filme, Streaming |
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**Bit-identische Kopien** revolutionierten die Medienindustrie:
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- Keine Qualitätskette mehr: 1000. Kopie = 1. Kopie = Original
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- Kosten pro Kopie: praktisch null (nur Speicherplatz)
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- Perfekte Archivierung: Bits altern nicht (nur der Datenträger)
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**Kernvorteil gegenueber Analog:**
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- **Identische Kopien** - kein Qualitaetsverlust
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- Kopie = Original (bit-identisch)
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| Aspekt | Analog | Digital |
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|--------|--------|---------|
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| Kopiervorgang | Physikalischer Prozess | Bit-Kopie |
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| Qualität pro Generation | Verschlechtert | Identisch |
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| Fehlerkorrektur | Unmöglich | Möglich (ECC, RAID) |
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| Formatmigration | Verlust | Verlustfrei möglich |
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**Distribution:** Datentraeger, Download, Streaming, P2P
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**Die Kehrseite:** Digitale Obsoleszenz. Ein DOCX von 2025 ist in 50 Jahren womöglich unlesbar – während ein Buch von 1525 heute noch lesbar ist. Offene Formate (PDF/A, FLAC, PNG) mildern dieses Risiko.
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@@ -1240,23 +1245,24 @@ Paradox: Gerade die Perfektion wurde zum "Problem"
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _footer: '' -->
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# Digitale Speichermedien: Erklaerung
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# Digitale Speichermedien – Vertiefung
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**Definition:** Physische oder virtuelle Medien zur dauerhaften Speicherung digitaler Daten.
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Jede Technologie hat physikalische Vor- und Nachteile:
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| Kategorie | Technologie | Eigenschaften |
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|-----------|-------------|---------------|
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| **Optisch** | CD, DVD, Blu-ray | Laser liest Pits/Lands |
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| **Magnetisch** | HDD, LTO-Band | Magnetisierte Bereiche |
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| **Flash** | SSD, USB, SD | Elektrische Ladung in Zellen |
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| **Cloud** | AWS, Google, Dropbox | Verteilte Server |
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**Optisch (CD/DVD/Blu-ray):** Laser liest Pits (Vertiefungen) und Lands (Erhöhungen). Robust gegen Magnetfelder, aber empfindlich gegenüber Kratzern und UV-Licht. M-DISC verspricht 1000 Jahre – unter Laborbedingungen.
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**Auswahlkriterien:**
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- **Geschwindigkeit:** SSD > HDD > Optisch > Band
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- **Kosten/TB:** Band < HDD < SSD < Cloud
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- **Haltbarkeit:** Band (~30 Jahre) > Optisch > SSD > HDD
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**Magnetisch (HDD/LTO):** Magnetisierte Bereiche auf rotierenden Platten oder Band. HDDs haben bewegliche Teile (Verschleiß); LTO-Bänder sind passiv und extrem langlebig, aber sequentieller Zugriff.
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**Merkhilfe:** "**O**ptisch **M**agnetisch **F**lash **C**loud" = OMFC
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**Flash (SSD/USB/SD):** Elektronen in Floating Gates speichern Bits. Keine beweglichen Teile, aber begrenzte Schreibzyklen (TLC: ~3.000, SLC: ~100.000). Ohne Strom verlieren Zellen nach Jahren ihre Ladung.
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| Szenario | Empfehlung | Grund |
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|----------|------------|-------|
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| Betriebssystem | NVMe SSD | Geschwindigkeit |
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| Videoarchiv | HDD | Kapazität/Preis |
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| Langzeitarchiv | LTO + M-DISC | Lebensdauer |
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| Austausch | USB/SD | Portabilität |
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**Cloud** ist physisch HDD/SSD/LTO in Rechenzentren – kein eigenes Medium, sondern Zugriffsmethode.
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