November 2013 - Festplatte/Hard Disk

Diesen Monat schreibe ich über die Festplatte, weil wir dieses Thema in der Schule behandelt haben, und ich es sehr interessant fand.

Die Festplatte ist auch bekannt als Festplattenlaufwerk im Englischen "Hard Disk Drive" (HDD) oder auch nur Hard Disk.

Allgemeines

Die Festplatte ist ein magnetisches Speichermedium, auf dem beliebige Daten dauerhaft gespeichert, wieder benutzt und verändert werden können.

Die Daten werden auf einer sich drehenden Scheibe im Inneren der Festplatte geschrieben.

Die Speicherkapazität ist je nach Festplatte unterschiedlich. Heutzutage haben Festplatten bis 4 Terabyte Speicherkapazität, ich werde aber noch genauer darauf eingehen.

Baugrößen

Auch bei der Größe der einzelnen Festplatten gibt es Unterschiede. Diese Größen werden in Zoll (") angegeben, jedoch ist dies nicht die exakte Größe des Festplattengehäuses, sondern nur der Durchmesser der Platte selber.

Die üblichen Größen der Festplatten sind: 5.25", 3.5", 2.5" und 1.8". Festplatten der Grösse 3.5" entsprechen seit 2012 dem Standard in Desktop Computern.

Die erste Festplatte, die IBM 350, wurde 1956 von IBM (International Business Machines Corporation) entwickelt. Sie ist 1.73 m hoch, 1.52 m breit und 0.74 m tief und hat eine Speicherkapazität von 5 MB. Die Festplatte enthält 50 Aluminiumplatten, die einen Durchmesser von 61cm (24") haben und mit einer Drehgeschwindigkeit von 1200 Umdrehungen pro Minute rotieren.

Die IBM 350 wurde nicht verkauft, sondern für 650 US-Dollar im Monat vermietet. 

In den 1970er Jahren gab es Modelle mit einer Grösse von 8", die aber recht schnell von 5.25" Festplatten abgelöst wurden.   

Speicherkapazität

Die Speicherkapazität ist,wie oben schon genannt, je nach Festplatte unterschiedlich, dabei spielen vor allem das Baujahr und die Baugröße eine Rolle        

*Baugröße veraltet

** Unter Verwendung von Perpendicular Recording (Aufzeichnungstechnik)

Daten Speichern/Lesen

Magnetische Festplatten organisieren die Daten in Datenblöcken. Dabei können von der Hardware immer nur ganze Datenblöcke oder Sektoren gelesen und geschrieben werden.

Das Lesen von Blöcken erfolgt durch Angaben der linearen Sektornummer. Die Festplatte weiss, wo sich dieser Block befindet, und liest bzw. schreibt auf Anforderung.

Beim Schreiben werden die Blöcke als erstes mit Fehlerkorrekturinformationen versehen. Danach werden sie einer Modulation unterzogen, dann wird der Schreib-/Lesekopf-Träger in die Nähe der Spur gefahren, die beschrieben werden soll. Als Nächstes liest der Schreib-/Lesekopf, welcher der informationstragenden Oberfläche zugeordnet ist. Ist der Schreib-/Lesekopf stabil auf der Spur und befindet sich der richtige Sektor unter dem Schreib-/Lesekopf, wird die Blockmodulation geschrieben. Bei vermuteter Fehlposition wird der Schreibvorgang sofort abgebrochen, damit keine Nachbarspuren zerstört werden.

Aufbau

 Eine Festplatte besteht aus folgenden Bauteilen

Bauteil:	Funktion:
Rotierbare Scheibe(n)	Zur Speicherung der Daten
Spindel	Montagehalterung der Scheiben
Elektromotor	Als Antrieb der Scheiben
Bewegliche Schreib-/Leseköpfe	Zum Schreiben/Lesen der Daten
Actuator	Antrieb für Schreib-/Leseköpfe
Steuerelektronik	Für Motor-/Kopfsteuerung
DDR-RAM	Für Betriebssystem, temporäre Daten usw.
Schnittstelle	Zum Anschliessen der Festplatte an den Computer
Gehäuse	Zum Schutz der restlichen Bauteile

                              

Drehzahl:

Bei privaten PC's oder auch bei Arbeitsplatz PC's sind die verwendeten Festplatten größtenteils mit ATA-, SATA-, SCSI- oder SAS- Schnittstellen ausgestattet. Diese Festplatten rotieren mit einer Drehgeschwindigkeit von 5'400 bis 10'000 min-1, bei Hochleistungsrechnern sowie Servern beträgt diese Geschwindigkeit 10'000 bis 15'000 min-1 und bei Festplatten von mobilen Geräten liegt diese Geschwindigkeit bei 5'400 bis 7'200 min-1.

Einbau:

Bis in die 1990er Jahre gab es für Festplatten eine definierte Einbaulage. Sie durfte also nur waagerecht, aber nicht auf dem Kopf, oder senkrecht auf der Kante eingebaut werden. Heute ist es aber nicht mehr erforderlich darauf zu achten, dennoch sollte sie vor Vibration geschützt werden, da dadurch die Position der Schreib-/Leseköpfe gestört werden kann.

Geschwindigkeit

Festplatten gehören zu  den langsamsten Teilen der PC-Hardware, weshalb das Thema Geschwindigkeit eine wesentliche Rolle spielt. Die kontinuierliche Übertragungsrate  und die mittlere Zugriffszeit sind die wichtigsten technischen Parameter.

Die kontinuierliche Übertragungsrate ist die Datenmenge, die die Festplatten beim Lesen aufeinanderfolgender Sektoren pro Sekunde überträgt. Die Werte die die Festplatte beim Schreiben aufbringt, sind meist ähnlich und werden daher üblicherweise vom Hersteller nicht angegeben.

Sowohl beim Lesen wie beim Schreiben muss vor dem Zugriff auf einen bestimmten Block auf der Festplatte der Schreib-/Lesekopf auf die gewünschte Spur bewegt und abgewartet werden, bis der Block durch die Rotation der Platte unter dem Kopf vorbeigeführt wird. Dieser Prozess dauert circa 6-20 ms, was gegenüber anderen Hardwarekomponenten sehr lange ist.

In der unten stehenden Tabelle sieht man, wie sich die Festplattengeschwindigkeit über die Jahre entwickelt hat.

Partitionen

Aus der Sicht des Betriebssystems kann eine Festplatte durch Partitionierung unterteilt werden. Allerdings sind das keine echten Laufwerke, das Betriebssystem stellt sie nur als solche dar. Man kann sich die Partitionen wie virtuelle angeschlossene Festplatten vorstellen. Die Festplatte selber weiß von diesen Partitionen nichts, die Verwaltung der Partitionen hat das Betriebssystem.

Externe Festplatten

Externe Festplatten sind physische Massenspeichergeräte, die meist mit USB aber auch mit FireWire oder eSATA angeschlossen werden. Mittlerweile gibt es aber schon externe Festplatten, die über LAN und WLAN an ein Netzwerk angeschlossen werden können.

Baugrössen:

Externe Festplatten sind Baugleich mit internen Festplatten, jedoch hat eine externe Festplatte ein Gehäuse das zum Schutz vor Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen dient, deshalb hat die Festplatte nur eine sehr eingeschränkte Wärmeableitung.

Externen Festplatten wird oft zusätzlich ein Netzteil mitgeliefert wegen des hohen Stromverbrauchs, meist können die Festplatten aber auch ohne zusätzlichem Netzteil direkt per USB betrieben werden.

Wie auch bei der internen Festplatte liegt die maximale Speicherkapazität bei 4 Terabyte bei 3.5" Festplatten, bei 2.5" Festplatten liegt dieser Wert bei 2 Terra Byte.

USB 2.0/3.0:

Beide USB-Versionen USB 2.0 und USB 3.0 sind zueinander kompatibel, allerdings liegt die nutzbare Datenrate von USB 2.0 bei 40 MB/s während mit USB 3.0 ungefähr 300MB/s erreicht werden können.

Bei beiden Versionen kann eine externe Festplatte über die Schnittstelle mit Strom versorgt werden, da aber die Stromstärke bei USB 2.0 auf maximal 500 mA begrenzt ist, liefern einige Hersteller ein Y-Kabel mit, mit dem der Strom eines zweiten USB-Ports genutzt werden kann.

Bei USB 3.0 ist das nicht nötig, da hier die maximale Stromstärke bei 900 mA liegt. 

Das war mein Blogeintrag zum Monat November.

Oktober 2013 - DAT/DDS

DAT - Digital Audio Tape

Das DAT ist ein digitales Audio-Magnetband für Audiorekorder. Die Tonqualität und das Aufzeichnungsformat entsprechen denen der CD. Erstmals erschienen die Geräte in den späten 1980er Jahren. Sie sollten der Nachfolger der Audiokassette werden, heute werden sie jedoch meistens nur noch zur Speicherung von Computerdaten verwendet.

DAT - Kassette

Die Speicherung der Daten erfolgt auf dem Magnetband. Die Qualität ist gegenüber analogen Tonbandgeräten deutlich höher. Das Klangpotenzial des DAT übertrifft sogar das einer CD.
Pro Minute benötigt man zur Aufzeichnung ungefähr einen halben Meter Bandmaterial, je nach Bandlänge sind bei Standard-Bandgeschwindigkeit Spielzeiten von 15 Minuten bis zu 3 Stunden möglich.
Von der Verwendung von Bändern mit mehr als 60 Metern Länge sowie DDS-Bändern für Audiozwecke wird abgeraten, auch wenn mit zum Beispiel einer DDS-5 bis zu 11.5 Stunden Spielzeit möglich wären.



Um ein DAT abzuspielen oder Aufnahmen darauf zu machen, wird ein DAT-Recorder verwendet.
Das Band wird wie bei einem Videorecorder von der Mechanik des DAT-Recorders aus dem Kassettengehäuse herausgezogen.
Der DAT-Recorder war ursprünglich für drei Abtastraten von 32, 44,1 und 48 kHz ausgelegt, konnte aber mit 44,1 kHz nur analog aufnehmen.
Ende 1998 einigten sich die US-amerikanischen und europäischen Musikkonzerne und die japanische Elektronikhersteller, den Kopierschutz von DAT einzuschränken. Das hatte zur Folge, dass eine zweite Generation erschien, die auch bei einer Abtastrate von 44.1 kHz eine digitale Aufnahme ermöglichte, um eine digitale Kopie einer CD herzustellen.

Ende 1990 erschien dann auch ein portabler DAT-Recorder, der DATman, der eine Batterielaufzeit von 2 Stunden hatte.

DAT - Recorder

DDS- Digital Data Storage

Das DDS-Format basiert auf dem DAT-Format,wird aber hauptsächlich für die Sicherung und Archivierung von Daten verwendet.
1989 wurde die erste DDS von HP und Sony entwickelt. Bänder, die dem DDS-Format entsprechen, können sowohl mit DAT- als auch mit DDS-Laufwerken benutzt werden.


Bei DDS-1 bis DDS-5 wurde ein 3.81 mm breites Magnetband eingesetzt. Bei DDS-6 ist es 8.0 mm breit, daher ist das Gehäuse ab DDS-6  etwas dicker geworden.
Bei DDS wird die Schrägspuraufzeichnung eingesetzt. DDS Laufwerke haben je zwei Lese- und zwei Schreibköpfe, wobei beim Schreiben die Leseköpfe sofort die geschriebenen Daten überprüfen.

DDS Laufwerke werden häufig über SCSI-Schnittstellen angeschlossen, einige Hersteller bieten mittlerweile auch DDS-Laufwerke mit einer USB-Schnittstelle an.

SCSI-Kabel (für externe Geräte)

Die Verschiedenen DDS-Varianten unterscheiden sich im Wesentlichen von ihrer Speicherkapazität und teilweise auch von der Bandlänge sowie Bandbreite.

(DDS-1 wurde ursprünglich nur DDS genannt.)

Bei allen DDS-Varianten ab DDS-DC gibt es die Möglichkeit  der Datenkompression. Die Komprimierung und die Dekomprimierung erfolgen im Laufwerk. Häufig werden von Laufwerks- und Medienhersteller komprimierte und unkomprimierte Kapazitäten angegeben, die ein Kompressionsverhältnis von 2:1 annehmen.
Zum Beispiel hat die DDS-4 theoretisch eine Kapazität von 40 GB bei komprimierten Daten. Das tatsächliche Kompressionsverhältnis hängt aber von den zu komprimierenden Daten ab, meist ist das Verhältnis in der Praxis dann doch kleiner als 2:1.

Die empfohlene maximale Lagerungsdauer liegt bei ungefähr zehn Jahren. Das bei der DDS verwendete Bandformat ermöglicht etwa 25 bis maximal 100 Benutzungen.

                                                                  DDS-2 - Kassette
                                                                       



Die einzelnen DDS-Formate sind abwärtskompatibel, so dass zum Beispiel ein DDS-4 Laufwerk ein DDS-1-Band und alle anderen vorherigen DDS-Bänder lesen und schreiben können sollte. Jedoch funktioniert die Abwärtskompatibilität nicht vollständig, einige DDS-5 - und DDS-4 - Laufwerke können DDS-1 und DDS-2 Bänder weder lesen noch schreiben.


Die Weiterentwicklung von DDS erfolgt durch die "DDS/DAT Manufacturers Group".



Das war mein Blogeintrag zum Monat Oktober.

September 2013 - HTML 5

Diesen Monat schreibe ich über HTML5, da ich einiges darüber erfahren habe und ich es sehr interessant finde.

HTML bedeutet "HyperText Markup Language" ("Hypertext-Auszeichnungssprache").
Zurzeit wird noch an HTML 5 gearbeitet, wenn es jedoch fertig ist, wird HTML5 die Nachfolge von HTML4 antreten.

Entstehung

Nachdem HTML 4.0 im Dezember 1997 veröffentlicht wurde, wurde erst im Dezember 1999 die Version 4.0.1 veröffentlicht, dann wurden bis zum April 2009  keine Aktualisierungen mehr gemacht.
Das W3C (World Wide Web Consortium) setzte auf XML, das zum Nachfolger von HTML werden sollte. HTML 4.0.1 wurde reformuliert, und dann zur XML basierten Auszeichnungssprache XHTML 1.0. XHTML wurde bis XHTML 2.0 weiterentwickelt, da es aber zu viel negative Kritik bekam, kam Mitte 2004 der Vorschlag, HTML5 zu entwickeln.
W3C fing mit der Entwicklung von HTML5 an, während WHATWG (Web Hypertext Application Technology Working Group) immer noch an der Konkurrenz XHTML arbeitete.
Zwischen Ende 2006 und Anfang 2007 wurden HTML5 und XHTML 2.0 als verwandte Sprachen mit unterschiedlichen Zielgruppen definiert. Seit Mai 2007 arbeiteten W3C und WHATWG gemeinsam an HTML5.
Mitte 2009 wurde schliesslich bekanntgegeben, dass die Entwicklung von XHTML 2.0 nicht mehr weitergeführt werde und dass die nächste Generation der Auszeichnungssprache nicht eine neue Version von XTHML sein werde, sondern HTML5. 

HTML5 soll 2014 offiziel fertiggestellt werden. Jedoch wird heute schon in den meisten Browsern HTML5 verwendet, HTML5 kann auch schon teilweise eingesetzt werden.

Quelltext

Um einen Quelltext zu machen, benötigt man verschiedene Tags.
Am Anfang wird immer "<!DOCTYPE html>" geschrieben. 
Danach kommt ein "<html>".
Anschliessend folgt der "<head>" Bereich, in dem eigentlich meistens nur der Titel einer Seite geschrieben und Verlinkungen zu CSS gemacht werden.
Im darauffolgenden "<body>" Bereich kommen alle anderen Elemente hinein, die man auf seiner Seite haben will.
Um ein Tag wieder zu schliessen, wird nach der geöffneten Klammer ein "/" geschrieben
z.B.. "</head>".
Ob diese Tags nun groß oder klein geschrieben werden spielt keine Rolle.

So sieht beispielsweise ein typisches "Hallo Welt" in HTML5 aus:















Wenn man die Seite im Browser öffnet sieht das folgendermassen aus:













Mehr wird jetzt auch noch nicht angezeigt.
Man kann aber sehr viel mit HTML5 darstellen und einfügen.

Beispielsweise wird mit "<a href="http://google.ch">Google</a>" ein Link gemacht, mit dem man auf Google kommt


Das sieht dann so aus:

(die "<br/>" sind dafür da, dass nach der vorherigen Zeile ein Zeilenumbruch stattfindet.)


Und so sieht es dann im Browser aus:














Um Bilder einzufügen, muss man lediglich "<img scr="BILD.jpg">" einfügen.
Das Bild muss aber im gleichen Ordner gespeichert sein wie die .html Datei.

In HTML5 sieht das so aus: 

Und im Browser so:
















Dies sind einige der wichtigsten HTML Befehle:


HTML-Befehl:                           Beschreibung:


Bereich Einteilung: 



<header>                                         Bereich für Kopf (Nicht zu verwechseln mit <head>.)

<nav>                                               Bereich Navigation 

<section>                                        Gruppierte Elemente

<article>                                           Bereich für Inhalt

<aside>                                             Bereich für Zusatzinformationen zum Inhalt

<footer>                                           Bereich für Fuss




Text Strukturierung



<h1> ... </h1>                                Hauptüberschrift 


<h2> ... <h/2>                                Unterüberschriften (von 2 bis 6)
bis
<h6> ... </h6>


<p> ... </p>                                     Absatz (Danach wird automatisch Platz gehalten.)


<br />                                                Erzwungener Zeilenumbruch


<hr />                                                Trennlinie - Zum  Trennen von unterschiedlichen Inhalten.




Links/Verweise



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<a href="mailto:E-MAIL">BESCHREIBUNG</a>           Neue E-Mail mit bereits eingegebener Adresse



                                                                               
Aufzählungen



<li>AUFZÄHLUNGSPUNKT</li>                 Bei allen Aufzählungen müssen die Einzelpunkte                                                                                                 durch diesen Tag gekennzeichnet. sein.

<ul> ... </ul>                                                        Umschliesst einzelne <li> - Wird für                                                                                                                            Seitennavigation benötigt.

<ol> ... </ol>                                                       Umschliesst einzelne <li> - Die einzelnen                                                                                                                Listenpunkte werden dann entsprechend nummeriert. 




Für das Design wird CSS genutzt, daher muss es auch im "<head>" Bereich verlinkt werden.


Das war mein Blogeintrag zum Monat September.

August 2013 - Internet Protocol

Diesen Monat habe ich einiges über IP-Adressen gelernt. Es ist ein sehr interessantes Thema, daher schreibe ich in meinem ersten Blogeintrag darüber. Ich werde mich aber vor allem auf IPv4 beschränken, da IPv6 ein wenig kompliziert ist.

Das “Internet Protocol Version 4“ kurz “IPv4“ (vor der Entwicklung von “IPv6“ nur “IP“ genannt) war die erste Version des Internet Protocols, welches weltweit eingesetzt wurde.

IPv4 benutzt 32 Bit Adressen Diese werden in 4 Blöcken dargestellt, in denen jeweils 8 Bits vorhanden sind. In jedem Block ergibt sich ein Wertebereich von 0 – 255. Sind in einem Block alle 8 Bit auf 1 gesetzt, so ergibt das den Wert 255.

Beispiel:

Dezimal:             192.                168.                226.                  156

Binär:             11000000      10101000      11100010       10011100

            Die Zahlen im binären Bereich sind die sogenannten Bits

Binäre Schreibweise

Meistens werden IP-Adressen dezimal dargestellt. Hier zeige ich jetzt nun auf, wie man eine IP-Adresse binär darstellt.

Ob nun eine 1 oder 0, steht wird mit der Zahl 2^{und dem jeweiligen Exponenten} berechnet. Das erste Bit ist 2⁰(von rechts). Hier ein Beispiel für die ersten 8 Bits:

… 2¹           2⁰   .       2⁷           2⁶           2⁵          2⁴           2³           2²           2¹          2⁰

      =

…2             1     .      128        64          32          16            8            4             2            1      

Ist die IP Adresse nun 192.168.226.156 werden die Bits dementsprechend so gesetzt:     11000000.10101000.11100010.10011100  
       

Das bedeutet für die letzte Zeile: 2⁷ + 2⁴ + 2³ + 2² = 128 + 16 + 8 + 4 = 156

Dort, wo in der  binären Zeile eine “1“ steht, wird die 2^{und der jeweilige Exponent} genommen, dort wo “0“ steht nicht.           

Netzwerkteil und Host-Teil

Die IP wird in zwei Teile unterteilt, in einen Netzwerkteil und in einen Host-Teil. Wenn der Netzwerkteil von den Adressen der Rechner gleich ist, sind diese im gleichen Netz, folglich können die Rechner dann direkt miteinander kommunizieren. Im gleichen Netzwerk kann keine IP-Adresse doppelt vergeben werden.

Die Subnetzmaske bestimmt, wie genau der Netzwerkteil und der Host-Teil aufgeteilt sind.

Beispiel:                                Netzanteil                               Hostanteil 

                                               Netzanteil                           Hostanteil

Dezimal:             255.                255.                255.                  0

Binär:             11111111      11111111      11111111      00000000

Daraus folgt, dass das in der CIDR Notation so geschrieben wird:

192.168.226.156/24

Die 24 bedeutet, dass die ersten 24 Bits der Subnetzmaske gleich “1“ sind, diese legen fest, wie viele Stellen zum Netzanteil gehören.

Maximal können 2^{Anzahl der Bits der Hostadresse} – 2 = 2⁸ – 2 = 254 Hostadressen vergeben werden, Zwei Hostadressen werden immer für das Netz selber und für den Broadcast reserviert. Diese Adressen werden nicht zufällig bestimmt, sondern sind immer die erste mögliche Adresse für das Netz und die letzte mögliche für den Broadcast.

Beispiel:

Netzname:                                           192.168.226.0

Broadcast:                                           192.168.226.255

Erste Adresse:                                    192.168.226.1

Letze Adresse:                                    192.168.226.254

Netzklassen

Die IP-Adressen wurden bis 1993 in verschiedene Netzklassen unterteilt. Ab 1993 wurden diese Klassen durch das CIDR ersetzt. Da ich aber in der Schule gelernt habe, was es mit diesen Netzklassen auf sich hat, möchte ich trotzdem darüber schreiben.

Mit Hilfe der Netzklassen wurde der gesamte Adressraum in drei Klassen aufgeteilt (später waren es fünf, ich werde aber nur über die ersten drei schreiben), die Klassen A, B und C.

Je nachdem wie die Subnetzmaske aussieht, werden die IP-Adressen den verschiedenen Klassen zugeordnet.

Beispiel:

Subnetzmaske:                                  255.0.0.0

Binär:                                  11111111.00000000.00000000.00000000

Sind in der Subnetzmaske die ersten 8 Bits (von links) auf “1“ gesetzt, so gehört diese Adresse der Klasse A an.

Subnetzmaske:                                  255.255.0.0

Binär:                                  11111111.11111111.00000000.00000000

Sind in der Subnetzmaske die ersten 16 Bits (von links) auf “1“ gesetzt, so gehört diese Adresse der Klasse B an.

Subnetzmaske:                                  255.255.255.0

Binär:                               11111111.11111111.1111111111.00000000

Sind in der Subnetzmaske die ersten 24 Bits (von links) auf “1“ gesetzt, so gehört diese Adresse der Klasse C an.

IPv6

In den nächsten Jahren soll im Internet IPv4 vollständig durch IPv6 ersetzt werden, weil IPv6 viel mehr Adressen vergeben kann als die IPv4.

IPv4 kann ungefähr 4,3 Milliarden Adressen vergeben, von denen nur ungefähr 3,7 Milliarden auch vergeben werden können, um Computer und andere Geräte direkt anzusprechen.

IPv6 benutzt 128 Bit Adressen. Das bedeutet, es sind über 340 Sextillionen Adressen möglich, das würde heissen, für jeden Quadratmillimeter der Erdoberfläche wären über 665 Billiarden IP Adressen zu vergeben.

Die IPv6 wird ausserdem hexadezimal dargestellt (IPV4 in dezimal). Wenn sie dezimal dargestellt würde, müsste man 16 Blöcke benutzen und das wäre zu unübersichtlich.

Hexadezimal könnte das also so aussehen:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7344


Zum Verkürzen können Nullen am Beginn eines Blockes  weggelassen werden:



2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7344

Zusätzlich kann auch eine Folge von Blöcken, die nur aus Nullen besteht mit, “::“ verkürzt werden:



2001:db8:85a3::8a2e:370:7344

Das darf man aber nur mit einer Folge von Blöcken, die nur aus Nullen bestehen machen, da es sonst zu Unklarheiten kommt.

Das war mein Blogeintrag zum Monat August.