Michael Czechowski
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|---|---|---|---|---|---|---|
| true | gaia | true | Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege | Michael Czechowski – HdM Stuttgart – WS 2025/26 | Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege |
Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
223015b · Modul "Technik 1" · 1. Semester Digital- und Medienwirtschaft Hochschule der Medien Stuttgart
Wintersemester 2025/26
https://librete.ch/hdm/223015b/
Termin 3 – 23.01.2026
Speichermedien & Schnittstellen
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!
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
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)
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
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
Was fehlt? Dateisysteme!
Dateisystem = Bibliothekskatalog für Festplatte
Aufgaben:
- Dateien speichern & finden
- Metadaten verwalten
- Speicherplatz effizient nutzen
- Fehler erkennen & beheben
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)
Formatierung
Schnellformatierung:
- Löscht nur Metadaten
- Daten physisch noch da
- → Datenrettung möglich!
Vollständige Formatierung:
- Überschreibt mit Nullen
- Dauert länger, aber sicherer
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
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)
APFS
Apple File System (2017)
Features: ✓ Copy-on-Write (Speicherersparnis!) ✓ Snapshots (Time Machine) ✓ Native Verschlüsselung ✓ SSD-optimiert
Nachteil: Nur Apple-Geräte
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
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 |
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
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
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
Backup-Software
macOS: Time Machine Windows: Veeam Agent (kostenlos) Linux: rsync, Borg, Restic Plattformübergreifend: Duplicati, Syncthing Cloud: Backblaze, Nextcloud
Langzeitarchivierung: Das Problem
Digitale Daten altern:
- Bit Rot (Degradation)
- Format-Obsoleszenz (WordPerfect .wpd)
- Hardware-Obsoleszenz (Diskettenlaufwerke)
Lösung: Migration + offene Standards
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
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)
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
M-DISC (Millennial Disc)
Eigenschaften:
- DVD/Blu-ray-kompatibel
- Anorganische Metallschicht
- Haltbarkeit: 1.000 Jahre (Tests)
- Einsatz: Familienfotos, Archive
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)
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)
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
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
Teil 2: Schnittstellen
USB-C, HDMI & das Kabel-Chaos
Was ist eine Schnittstelle?
Schnittstelle = Verbindung zwischen Systemen
Hardware-Schnittstellen: Physischer Anschluss (USB, HDMI, Ethernet)
Software-Schnittstellen: API (nächste Woche!)
Heute: Hardware-Fokus
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)
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
Externe Schnittstellen
USB, HDMI, DisplayPort & Co.
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-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-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 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!
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!
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
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
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
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 |
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
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)
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%
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
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)
Hands-On: Schnittstellen identifizieren
Aufgabe (30 Min):
- Untersuche deinen Laptop/Desktop
- Welche Anschlüsse vorhanden?
- Für USB-C: Welche Features? (Daten, Video, Laden?)
- Teste: Schließe Gerät an verschiedenen Ports an
- Dokumentiere: Foto + Beschriftung
Tools: Systeminfo (Win), System Report (Mac), lsusb (Linux)
Fragen & Diskussion
Kontakt: mail@librete.ch Folien: Online verfügbar unter https://librete.ch/hdm/223015b
Lizenz & Attribution
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