---
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![bg fit opacity:0.4](./assets/digital-landscape.png)

# Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege

**223015b** · Modul "Technik 1" · 1. Semester
Digital- und Medienwirtschaft
Hochschule der Medien Stuttgart

**Wintersemester 2025/26**

[https://git.librete.ch/hdm/223015b](https://git.librete.ch/hdm/223015b)

---

<!-- _class: lead -->

# Termin 3 – 23.01.2026
## Speichermedien & Schnittstellen

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/hdd-ssd-comparison.png)

<!--
HDD aufgeschraubt neben SSD-Platine
Mechanisch vs. Elektronisch
-->

---

# 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

<!--
HDD: Magnetscheiben (Platter) rotieren mit 5.400-7.200 RPM
Lesekopf schwebt nanometerdicht über Oberfläche
"Head Crash": Berührung = Datenverlust (daher Stoßempfindlichkeit)
Enterprise: 10.000-15.000 RPM (Server)

SSD: NAND-Flash-Speicherzellen
Typen: SLC (1 Bit), MLC (2 Bit), TLC (3 Bit), QLC (4 Bit)
SLC = langlebig, teuer (Enterprise)
QLC = günstig, weniger Schreibzyklen (Consumer)
Write Amplification: Daten werden mehrfach intern geschrieben
TRIM: Befehl, der SSD sagt, welche Blöcke frei sind
-->

---

# Speicherkapazität: KB vs. KiB

**Das Problem:** Hersteller vs. Betriebssysteme

| Dezimal (SI) | Binär (IEC) |
|--------------|-------------|
| 1 KB = 1.000 Bytes | 1 KiB = 1.024 Bytes |
| 1 MB = 1.000 KB | 1 MiB = 1.024 KiB |
| 1 GB = 1.000 MB | 1 GiB = 1.024 MiB |
| 1 TB = 1.000 GB | 1 TiB = 1.024 GiB |

**1 TB Festplatte → Windows zeigt ~931 GB!**

<!--
Hersteller: Dezimal (SI-Präfix) - klingt mehr!
Betriebssysteme: Binär - aber zeigen "GB" statt "GiB"
Diskrepanz bei 1 TB: 1.000.000.000.000 vs. 1.099.511.627.776 Bytes
→ 10% Unterschied bei TB-Größen
Verwirrung für Konsumenten seit Jahrzehnten
ISO/IEC 80000-13: Definiert KiB, MiB, GiB, TiB (2008)
-->

---

# HDD: Aufbau & Struktur

**Komponenten:**
- **Platter:** Magnetisch beschichtete Scheiben
- **Spindel:** Dreht mit 5.400-7.200 RPM
- **Schreib-Lese-Kopf:** Schwebt nm-dünn über Platter
- **Aktuator:** Bewegt Kopf zur richtigen Spur

**Logische Struktur:**
- **Spuren:** Konzentrische Kreise auf Platter
- **Sektoren:** Unterteilung der Spuren (512 Bytes)
- **Zylinder:** Gleiche Spuren aller Platter

<!--
Aufbau seit 1956 (IBM) grundsätzlich gleich
Platter: Aluminium oder Glas mit Magnetschicht
Spindelgeschwindigkeit: Desktop 7.200, Laptop 5.400, Server 15.000 RPM
Head Crash: Schreib-Lese-Kopf berührt Platter → Kratzer → Datenverlust
Sektor: Kleinste adressierbare Einheit
LBA (Logical Block Addressing): Abstraktion der physischen Struktur
-->

---

# NVMe: Die SSD-Revolution

**NVMe = Non-Volatile Memory Express (2011)**

**Unterschied zu SATA-SSD:**
- SATA: Max. ~550 MB/s (AHCI-Protokoll)
- NVMe: Bis zu 7.000+ MB/s (PCIe direkt)

**Formfaktoren:**
- M.2 (Steckplatz auf Mainboard)
- U.2 (Serverbereich)
- PCIe-Karte (ältere Systeme)

<!--
SATA = Serial ATA, Protokoll von 2003 (für HDDs optimiert)
AHCI = Advanced Host Controller Interface
NVMe nutzt PCIe-Lanes direkt → weniger Overhead
M.2-Slot kann SATA oder NVMe sein! (B-Key, M-Key, B+M-Key)
Praxistipp: Nicht jeder M.2-Slot unterstützt NVMe
-->

---

# SD-Karten (Speicherkarten)

**SD = Secure Digital (2001)**

**Varianten:**
- SD: bis 2 GB
- SDHC: bis 32 GB
- SDXC: bis 2 TB
- microSD: Kleinere Bauform

**Geschwindigkeitsklassen:**
Class 10, UHS-I, UHS-II, V30, V90...

**Einsatz:** Kameras, Smartphones, Raspberry Pi

<!--
Entwickelt von SanDisk, Toshiba, Panasonic
Spezifikation proprietär (nicht ISO-genormt!)
Fälschungen: Gefälschte Kapazität häufig → Markenware kaufen!
Flash-Speicher: Gleiche Vor-/Nachteile wie SSD
V90: 90 MB/s Mindest-Schreibrate (für 8K Video)
microSD in Smartphones, Drohnen, Dashcams
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/rosetta-disk.png)

<!--
Rosetta Disk der Long Now Foundation
Mikrogeätzte Nickelscheibe mit 1.500+ Sprachen
-->

---

# Das Rosetta Project

**Long Now Foundation (2002)**

**Ziel:** Dokumentation aller menschlichen Sprachen für die Nachwelt

**Die Rosetta Disk:**
- 3 Zoll Nickelscheibe
- 13.000 Seiten mikrogeätzt
- 1.500+ Sprachen dokumentiert
- Lesbar mit 1000× Mikroskop
- Haltbarkeit: 2.000+ Jahre

**Lektion für uns:**
Digitale Formate veralten – physische Archivierung bleibt relevant

<!--
Long Now Foundation: Denken in 10.000-Jahres-Zeiträumen
Benannt nach dem Stein von Rosette (Schlüssel zu Hieroglyphen)
Problem: CD/DVD halten 10-25 Jahre, Festplatten 5-10 Jahre
Rosetta Disk: Keine Stromversorgung, kein Decoder nötig
Nur optische Vergrößerung – Technologie die es immer geben wird
Parallel: M-DISC, LTO-Tapes für digitale Langzeitarchivierung
-->

---

# Was fehlt? Dateisysteme!

**Dateisystem = Bibliothekskatalog für Festplatte**

**Aufgaben:**
- Dateien speichern & finden
- Metadaten verwalten
- Speicherplatz effizient nutzen
- Fehler erkennen & beheben

<!-- 
Ohne Dateisystem: Rohe Bytes, keine Struktur
Vergleich: Bibliothek ohne Katalog = Chaos
Jedes OS hat bevorzugtes Dateisystem
Windows: NTFS, macOS: APFS, Linux: ext4
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/directory-tree.png)

<!-- 
Verzeichnisbaum-Visualisierung
Root → Ordner → Unterordner → Dateien
Unix: / (Root), Windows: C:\ (Laufwerk)
-->

---

# 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)

<!-- 
Partitionstabelle: MBR (alt) vs. GPT (modern)
GPT = GUID Partition Table (128 Partitionen möglich)
EFI System Partition (ESP): Bootloader bei UEFI
LBA = Logical Block Addressing
-->

---

# Formatierung

**Schnellformatierung:**
- Löscht nur Metadaten
- Daten physisch noch da
- → Datenrettung möglich!

**Vollständige Formatierung:**
- Überschreibt mit Nullen
- Dauert länger, aber sicherer

<!-- 
Formatierung ≠ Löschen!
Schnellformat: "Inhaltsverzeichnis" wird gelöscht
Recuva, PhotoRec: Datenrettungssoftware
Sicheres Löschen: DBAN, shred, eraser
-->

---

# 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

<!--
FAT = File Allocation Table (Tabelle am Partitionsanfang)
Wie ein Inhaltsverzeichnis: "Datei X ist in Clustern 5, 8, 12"
Fragmentierung: Cluster verstreut → langsamer Zugriff
Defragmentierung: Cluster zusammenrücken (bei HDD sinnvoll, bei SSD nicht!)

FAT32-Limit: 4 GB = 32-Bit-Zahl für Dateigröße
2³² Bytes = 4.294.967.296 = 4 GB (daher die Grenze)
exFAT: 64-Bit → 16 Exabyte theoretisch

Warum FAT32 noch existiert:
- Kameras, Dashcams, Game-Controller
- BIOS/UEFI-Bootpartitionen
- Maximale Kompatibilität (alle OS lesen es)
exFAT: Microsoft-Patent, seit 2019 in Linux-Kernel
-->

---

# 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)

<!-- 
Windows NT-Ära (1993)
Master File Table (MFT): Zentrale Datenbank
Journaling: Transaktionslog verhindert Datenverlust
ACL = Access Control List
EFS = Encrypting File System
Nachfolger: ReFS (Resilient FS, noch nicht Standard)
-->

---

# APFS

**Apple File System (2017)**

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

**Nachteil:** Nur Apple-Geräte

<!-- 
Ersetzt HFS+ (1998)
Copy-on-Write: Datei kopieren = nur Pointer
Clones: Duplikate ohne Speicherplatz-Verdopplung
Space Sharing: Volumes teilen dynamisch Partition
FileVault 2 nutzt APFS-Verschlüsselung
-->

---

# 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

<!-- 
Evolution: ext (1992) → ext2 → ext3 → ext4
Extents: Zusammenhängende Blöcke als Einheit
Delayed Allocation: Schreibvorgänge gebündelt
fsck: File System Check (Reparatur-Tool)
Alternativen: btrfs (CoW, Snapshots), XFS, ZFS
-->

---

# 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 |

<!-- 
EB = Exabyte = 1.000.000 TB
Kompatibilität: FAT32/exFAT für USB-Sticks
Performance: APFS/ext4 für SSDs
Sicherheit: APFS/NTFS für Verschlüsselung
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/backup-disaster.png)

<!-- 
Symbolbild: Kaputte Festplatte, verzweifelter User
Oder: Ransomware-Warnung auf Bildschirm
-->

---

# 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

<!-- 
Backblaze: 1-2% jährliche HDD-Ausfallrate
Ransomware 2023: 300%+ Anstieg (FBI)
Horror-Story: Pixar verlor fast "Toy Story 2" (1998)
Rettung: Mitarbeiterin hatte Home-Backup
3-2-1-Regel kommt gleich
-->

---

# 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

<!-- 
Vollbackup: Jeden Sonntag (500 GB)
Inkrementell: Mo-Sa Änderungen (10 GB/Tag)
Differenziell: Mo-Sa Änderungen seit Sonntag (wächst)
Wiederherstellung: Full = 1 Schritt, Inkr. = 7, Diff. = 2
-->

---

# 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

<!--
3-2-1-Regel Herkunft: US-Photograph Peter Krogh (2005)
Buch "The DAM Book" (Digital Asset Management)

Warum 3 Kopien?
- Original kann kaputtgehen
- Backup 1 kann auch kaputtgehen
- Backup 2 = Sicherheitspuffer

Warum 2 Medientypen?
- Gleiche Medien haben gleiche Schwachstellen
- SSD + HDD: Unterschiedliche Ausfallmuster
- Cloud + Lokal: Unterschiedliche Risiken

Warum 1 Offsite?
- Brand/Wasserschaden zerstört alles vor Ort
- Ransomware verschlüsselt angeschlossene Laufwerke
- Offsite = geografisch getrennt (oder Cloud)

Erweiterung: 3-2-1-1-0
- +1 Offline/Air-Gapped (Ransomware-Schutz)
- +0 Verified Backups (regelmäßig testen!)
-->

---

# Backup-Software

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

<!-- 
Time Machine: Stündliche Snapshots, APFS-Snapshots
Veeam: Enterprise-Level, kostenlose Version für Endnutzer
rsync: Unix-Tool seit 1996, extrem effizient
Borg: Deduplizierung + Verschlüsselung
Syncthing: P2P-Sync, kein zentraler Server
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/bit-rot.png)

<!-- 
Visualisierung: Verfallende Daten
Oder: Alte Disketten, unlesbar
-->

---

# Langzeitarchivierung: Das Problem

**Digitale Daten altern:**
- Bit Rot (Degradation)
- Format-Obsoleszenz (WordPerfect .wpd)
- Hardware-Obsoleszenz (Diskettenlaufwerke)

**Lösung:**
Migration + offene Standards

<!-- 
Bit Rot: Daten verschlechtern sich über Zeit
HDDs: 10-20 Jahre, SSDs: 5-10 Jahre ohne Strom
Format-Obsoleszenz: WordPerfect dominant 1980-90er, heute tot
Hardware: Floppy, ZIP-Disks, heute unmöglich
Migration: Alle 5-10 Jahre auf neue Medien
Offene Standards: PDF/A, TIFF, TXT überleben
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/lto-tape.png)

<!-- 
LTO-Kassette + Laufwerk
Magnetband-Technologie
-->

---

# 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

<!--
LTO = Offener Standard seit 1998
LTO-9: 400 MB/s, 1 Million Durchläufe
AWS Snowball nutzt intern Tapes
Problem: Sequenzieller Zugriff (langsam für einzelne Dateien)
Cold Storage: Daten, die selten gebraucht werden
-->

---

# Optische Medien: CD, DVD, Blu-ray

**Laser liest/schreibt Daten:**

| Medium | Jahr | Kapazität | Wellenlänge |
|--------|------|-----------|-------------|
| **CD** | 1982 | 700 MB | 780 nm (Infrarot) |
| **DVD** | 1996 | 4,7–8,5 GB | 650 nm (Rot) |
| **Blu-ray** | 2006 | 25–100 GB | 405 nm (Blau) |

**Varianten:** ROM (nur lesen), R (einmal brennen), RW (wiederbeschreibbar)

<!--
CD = Compact Disc (ursprünglich für Audio)
DVD = Digital Versatile Disc (Video, Daten)
Blu-ray: Kürzere Wellenlänge → höhere Datendichte
Pits & Lands: Vertiefungen in der Oberfläche kodieren Bits
CD-ROM: ~150 KB/s (1×), DVD: ~1,35 MB/s (1×), BD: ~4,5 MB/s (1×)
Problem: Kratzer, Lichtempfindlichkeit, Alterung der Farbstoffe
-->

---

# Optische Medien: Heute noch relevant?

**Vorteile:**
- Günstig (Rohlinge ~0,20–2€)
- Lange Haltbarkeit (bei richtiger Lagerung)
- Nicht anfällig für Magnetfelder

**Nachteile:**
- Langsam im Vergleich zu SSD/HDD
- Begrenzte Kapazität
- Viele Laptops ohne Laufwerk

**Einsatz heute:**
Musik-CDs, Film-DVDs/Blu-rays, Software-Distribution, Archive

<!--
Streaming hat DVDs/Blu-rays verdrängt (aber nicht ersetzt)
Filme: Blu-ray oft bessere Qualität als Streaming (Bitrate!)
Spiele-Discs: Oft nur "Installer", Rest wird heruntergeladen
Archive: M-DISC für Langzeitarchivierung (nächste Folie)
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/m-disc.png)

<!-- 
M-DISC Blu-ray
Metallschicht statt Farbstoff
-->

---

# M-DISC (Millennial Disc)

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

<!-- 
Millenniata entwickelt, 2009
Normale DVDs: Organischer Farbstoff zersetzt sich (10-25 Jahre)
M-DISC: Daten "eingraviert" (nicht Farbänderung)
US-Verteidigungsministerium: Tests bestätigt
Nachteil: Teurer (~5€ vs. 0,50€ normale Blu-ray)
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/dna-helix.png)

<!-- 
DNA-Helix mit Binärcode überlagert
Futuristische Darstellung
-->

---

# 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)

<!--
DNA = A, T, G, C (4 Basen)
Kodierung: Binär (00=A, 01=T, 10=G, 11=C)
Harvard (2017): Wikipedia (11 GB) in DNA
Problem: Synthese & Sequenzierung extrem langsam/teuer
Anwendung: Langzeitarchivierung (nicht Live-Daten)
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/nas-server.png)

<!--
NAS-Gerät (z.B. Synology)
Heimserver-Setup
-->

---

# Network Attached Storage (NAS)

**NAS = Festplatten im Netzwerk**

**Vorteile:**
- Zentraler Speicher für alle Geräte
- RAID-Optionen (Redundanz)
- Remote-Zugriff möglich
- Eigene Cloud

**Anbieter:** Synology, QNAP, TrueNAS

**Protokolle:** SMB/CIFS (Windows), NFS (Linux), AFP (Mac legacy)

<!--
RAID 1: Spiegelung (2 Platten = 1× Kapazität, aber sicher)
RAID 5: Striping + Parity (3+ Platten, 1 kann ausfallen)
Synology DSM: Einfache Web-Oberfläche
NAS ≠ Backup! (Ransomware kann NAS verschlüsseln!)
3-2-1-Regel: NAS + externe HDD + Cloud
-->

---

# Cloud-Speicher: Pro & Contra

**Vorteile:**
✓ Überall verfügbar
✓ Kein Hardware-Management
✓ Automatische Backups
✓ Skalierbar

**Nachteile:**
✗ Abhängigkeit vom Anbieter
✗ Datenschutz-Bedenken (DSGVO!)
✗ Laufende Kosten
✗ Internet-Abhängigkeit

**Anbieter:** iCloud, OneDrive, Google Drive, Dropbox, Nextcloud

<!--
Nextcloud: Self-Hosted (Datenschutz!)
AWS S3 Glacier: Archivierung ~$1/TB/Monat
DSGVO: US-Anbieter problematisch (Privacy Shield gekippt)
Zero-Knowledge: Cryptomator, Boxcryptor (Client-Verschlüsselung)
-->

---

# 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

<!-- 
S.M.A.R.T. = Self-Monitoring, Analysis, Reporting Technology
Reallocated Sector Count: >0 = Warnsignal!
Current Pending Sector: Kritisch!
Power-On Hours: >30.000h = alt
Backup-Test: Ungetestete Backups sind wertlos!
-->

---

<!-- _class: lead -->

# Teil 2: Schnittstellen
## USB-C, HDMI & das Kabel-Chaos

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/cable-mess.png)

<!-- 
Kabelsalat: USB-A, USB-C, HDMI, DisplayPort, Lightning
Chaos der Standards
-->

---

# Was ist eine Schnittstelle?

**Schnittstelle = Verbindung zwischen Systemen**

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

**Software-Schnittstellen:**
API (nächste Woche!)

**Heute:** Hardware-Fokus

<!--
Interface = Berührungspunkt zwischen Systemen
Definiert: Form, Pins, elektrische Signale, Protokoll
Ohne Standards: Jedes Gerät braucht eigenes Kabel
-->

---

<!-- _class: lead -->

# Interne Schnittstellen
## PCIe, SATA & M.2

---

# PCIe: Der Daten-Highway

**PCI Express (2003):**

- Lanes: x1, x4, x8, x16
- Gen 3: 1 GB/s pro Lane
- Gen 4: 2 GB/s pro Lane
- Gen 5: 4 GB/s pro Lane

**Nutzung:**
- Grafikkarte (x16)
- NVMe-SSD (x4)
- Netzwerkkarte, Sound (x1)

<!--
PCIe = Point-to-Point (vs. PCI shared bus)
Lane = bidirektionale Verbindung
x16 Gen 4 = 32 GB/s (theoretisch)
GPU nutzt fast immer x16 Slot
NVMe nutzt 4 Lanes → daher ~7 GB/s max bei Gen 4
-->

---

# SATA: Der Standard für Speicher

**Serial ATA (2003):**

- SATA I: 1,5 Gbps (~150 MB/s)
- SATA II: 3 Gbps (~300 MB/s)
- SATA III: 6 Gbps (~550 MB/s)

**Vorteile:**
- Günstig, bewährt
- Hot-Swap möglich
- Kabel bis 1m

**Nachteil:** Bottleneck für moderne SSDs

<!--
SATA-Kabel: Dünn, 7-Pin Daten + 15-Pin Strom
IDE/PATA: Breite Flachbandkabel (Vorgänger)
SATA III = Maximum für HDD (100-200 MB/s)
SSD erreicht SATA-Limit leicht → daher NVMe
-->

---

<!-- _class: lead -->

# Externe Schnittstellen
## USB, HDMI, DisplayPort & Co.

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/pc-back-1990s.png)

<!-- 
PC-Rückseite 1990er
PS/2, Seriell, Parallel, SCSI, VGA – Chaos!
-->

---

# 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

<!-- 
USB 1.0: 1996, Intel + Microsoft + Compaq
Vorher: Jedes Gerät eigener Port
Hot-Pluggable: Ein-/Ausstecken im laufenden Betrieb
Plug & Play: Automatische Erkennung
-->

---

# 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!**

<!-- 
USB-IF (Implementers Forum) = Marketing-Wahnsinn
USB 3.0 umbenannt in "USB 3.2 Gen 1" (2019)
Verwirrung absichtlich? Konspirations-Theorien...
USB 4 basiert auf Thunderbolt 3 (Intel spendete Spec)
-->

---

<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->

![bg](./assets/usb-c-cables.png)

<!-- 
Identisch aussehende USB-C-Kabel
Aber: Unterschiedliche Specs!
-->

---

# 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!)

<!--
USB-C = nur der physische Stecker (24-Pin, reversibel)
Wie "Steckdose" – sagt nichts über Spannung/Leistung

Das Problem: Kabel sehen identisch aus, können aber:
- Nur laden (kein Daten-Pin verdrahtet)
- USB 2.0 (480 Mbps – wie vor 20 Jahren!)
- USB 3.2 Gen 2 (10 Gbps)
- USB 4 / Thunderbolt 4 (40 Gbps)

Warum?
- Billige Kabel sparen Drähte (weniger Kupfer = billiger)
- USB-IF Zertifizierung = freiwillig
- Händler beschriften falsch oder gar nicht

Praxistipp:
- Kabel vom Gerätehersteller nutzen
- Thunderbolt-Logo = garantiert 40 Gbps
- Im Zweifel: USB-IF zertifizierte Kabel kaufen
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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!

<!-- 
Standard USB: 5V, 0,5A = 2,5W
USB PD: Variable Spannung (Verhandlung zwischen Geräten)
Günstige Kabel: Oft nur 60W
Zertifizierte Kabel: 100W+
Laptop-Netzteil ersetzbar durch USB-C PD
-->

---

# 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!

<!-- 
Alt Mode: Andere Protokolle über USB-C-Kabel
DisplayPort Alt Mode: Häufig (Monitore)
HDMI Alt Mode: Selten
Trial & Error beim Kabelkauf
EU-Regulierung: Beschriftung gefordert (aber nicht umgesetzt)
-->

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![bg](./assets/thunderbolt-logo.png)

<!-- 
Thunderbolt-Logo (Blitz-Symbol)
Intel + Apple Technologie
-->

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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

<!-- 
Thunderbolt 1/2: Mini DisplayPort (2011-2013)
Thunderbolt 3: USB-C-Stecker, aber nicht jeder USB-C ist Thunderbolt!
PCIe über Kabel: Externe GPU-Gehäuse möglich
Daisychaining: Mehrere Geräte verketten (wie SCSI früher)
Zertifizierung: Blitz-Logo = echt Thunderbolt
-->

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![bg](./assets/hdmi-cable.png)

<!-- 
HDMI-Kabel + Stecker
Heimkino-Standard
-->

---

# 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

<!-- 
HDMI = High-Definition Multimedia Interface
ARC = Audio Return Channel (TV → Soundbar)
HDCP = High-bandwidth Digital Content Protection (DRM!)
CEC = Consumer Electronics Control (TV ein → Receiver ein)
Lizenzgebühren: ~$10.000 Jahresgebühr + $0,15/Gerät
-->

---

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![bg](./assets/displayport-cable.png)

<!-- 
DisplayPort-Kabel + Stecker
PC-Gaming-Standard
-->

---

# 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

<!-- 
VESA = Non-Profit-Organisation
DisplayPort über USB-C: Häufig bei Laptops
Adaptive Sync: Synchronisiert Monitor-Refresh mit GPU (kein Tearing)
AMD FreeSync, NVIDIA G-Sync: Basieren auf DP Adaptive Sync
PC-Gamer bevorzugen DP (höhere Refresh-Rates)
-->

---

# 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 |

<!-- 
HDMI = Heimkino/Konsolen
DisplayPort = PC-Gaming/Workstations
Beide können das Gleiche (technisch)
Politik & Marketing entscheiden
-->

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![bg](./assets/hdcp-warning.png)

<!-- 
HDCP-Fehler auf Bildschirm
"HDCP-Handshake fehlgeschlagen"
Schwarzer Bildschirm
-->

---

# 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

<!-- 
Intel entwickelt (2003)
HDCP 2.2: Für 4K-Content (Netflix, Amazon)
Handshake: Gerät authentifiziert sich
HDCP-Stripper: Hardware, die HDCP entfernt (legal gray area)
Classic DRM-Problem: Nervt Zahlende, nicht Piraten
-->

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![bg](./assets/ethernet-cable.png)

<!-- 
Ethernet-Kabel (RJ45)
Netzwerkkabel
-->

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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)

<!--
Ethernet = IEEE 802.3 Standard
BASE-T = Baseband, Twisted Pair (Kupfer)
RJ45: Häufigste Bezeichnung (technisch 8P8C)
Cat = Category (Kabel-Spezifikation)
PoE = Power over Ethernet (Strom + Daten)
-->

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![bg](./assets/wifi-bluetooth.png)

<!--
WLAN-Router + Bluetooth-Symbol
Drahtlose Verbindungen
-->

---

# WLAN (Wi-Fi)

**IEEE 802.11:**

| Standard | Jahr | Max. Speed | Frequenz |
|----------|------|-----------|----------|
| 802.11n (Wi-Fi 4) | 2009 | 600 Mbps | 2,4/5 GHz |
| 802.11ac (Wi-Fi 5) | 2013 | 3,5 Gbps | 5 GHz |
| 802.11ax (Wi-Fi 6) | 2019 | 9,6 Gbps | 2,4/5/6 GHz |
| 802.11be (Wi-Fi 7) | 2024 | 46 Gbps | 2,4/5/6 GHz |

**Praxis:** Geteiltes Medium → Real-Speed oft 30-50%

<!--
Marketing-Namen: Wi-Fi 4, 5, 6, 6E, 7
2,4 GHz: Bessere Reichweite, aber überlaufen (Mikrowelle!)
5 GHz: Schneller, aber kürzere Reichweite
Wi-Fi 6E: 6 GHz-Band (mehr Kanäle, weniger Störungen)
Mesh-Systeme: Mehrere Access Points, nahtloses Roaming
-->

---

# Bluetooth

**Bluetooth (1999):**

| Version | Jahr | Speed | Reichweite |
|---------|------|-------|------------|
| 4.0 (BLE) | 2010 | 1 Mbps | 100m |
| 5.0 | 2016 | 2 Mbps | 400m |
| 5.3 | 2021 | 2 Mbps | 400m |

**Anwendungen:**
- Audio (Kopfhörer, Lautsprecher)
- Peripherie (Maus, Tastatur)
- IoT (Sensoren, Smart Home)

**Codecs:** SBC (Standard), AAC, aptX, LDAC

<!--
BLE = Bluetooth Low Energy (Fitness-Tracker, AirTags)
Classic Bluetooth: Höherer Stromverbrauch, für Audio
aptX/LDAC: Bessere Audioqualität als SBC
Bluetooth-Interferenz: Auch 2,4 GHz (wie WLAN)
-->

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![bg](./assets/vintage-ports.png)

<!-- 
Alte Anschlüsse: VGA, PS/2, Seriell, Parallel
Nostalgie-Faktor
-->

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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)

<!-- 
RS-232: Noch in Industrie (Arduino, Sensoren)
Parallel: Schneller als Seriell (damals), aber durch USB ersetzt
PS/2: Color-Coded (Lila = Tastatur, Grün = Maus)
VGA: Manche Beamer haben's noch
Museumsbesuch: Diese Fossilien erinnern uns, Standards sterben
-->

---

# 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)

<!-- 
Praktische Exploration
USB-C-Ports: Oft unterschiedlich (Thunderbolt vs. nur USB)
Manche Laptops: USB-C nur Laden, keine Daten!
Dokumentation: Verstehen, was man hat
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<!-- _class: lead -->

# Fragen & Diskussion

**Kontakt:** mail@librete.ch
**Folien:** Online verfügbar unter https://librete.ch/hdm/223015b

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# Lizenz & Attribution

Diese Präsentation ist lizenziert unter **Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)**

- Erlaubt Teilen & Anpassen mit Namensnennung
- Adaptionen müssen unter gleicher Lizenz geteilt werden

Vollständige Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/