Eine Schnuppervorlesung zum Kennenlernen eines Datenspeichers um Bits und Bytes zu unterscheiden um Raid-Festplattensysteme zu verstehen Inhalt Speicherzellen

Eine Schnuppervorlesung zum Kennenlernen eines Datenspeichers um Bits und Bytes zu unterscheiden um Raid-Festplattensysteme zu verstehen

Inhalt Speicherzellen sind elektronische Schalter Wahrheitswerte Darstellung von ganzen Zahlen Vertauschung von Zahlen Idee der Sicherung von Daten

Von Bits, Bytes und Raid

Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 1

2Edwin Schicker

Arbeitsspeicher

Bits - Bytes - Raid

2 Speicherriegel2 Plätze frei

8 Speicherchips

Aufbau: Speicherchip


Chip enthält Millionen von winzigen elektronischen Schaltern

Realisierung über TransistorenDiese Schalter sind entweder geöffnet oder geschlossen

Damit kann entweder Strom fließen oder nicht Aufgabengebiet des

Elektronikers

Informatiker interpretiert diese Schalter: Offener Schalter: 0 Geschlossener Schalter: 1

Also: Zahl 0 ein offener Schalter Zahl 1 ein geschlossener

Schalter Zahl 2 ?

Wir brauchen einen zweiten Schalter Wie beim Übergang von 9 nach 10 (jetzt 2

Ziffern!)

Vom Schalter zur Zahl


Zahl 0: Zahl 1: Zahl 2: Zahl 3: Zahl 7: Zahl 19: Zahl 255: Zahl

1000000:

Große Zahlen


Wir merken uns:

8 Stellen!

01

1011

11110011

1111111111110100001001000

000

Binärsystem:

Bit: Ein Speicherschalter heißt Bit

Byte: 8 Speicherschalter hintereinander heißen

Byte

Für viele Daten benötigt man meist nur bis zu 8 Bits Einheit Byte hat sich bewährt Beispiel: Codieren von Zeichen (ASCII)

Bits und Bytes


Arbeitsspeicher: Enthält elektronische Schalter 16 GB 128 Milliarden Schalterchen

SSD (Solid State Disk): Enthält nichtflüchtige elektronische Schalter 256 GB >2 Billionen Schalterchen

Magnetische Festplatte: Enthält winzige magnetische Zellen Magnetisiert 1, nicht magnetisiert 0 4 TB 32 Billionen Magnetchen

Arbeitsspeicher / Festplatte


Gesucht: Bühnendarstellerin für Julia

Weiblich, jung Einteilung aller Bewerber in 2

Kategorien: Geschlecht: Weiblich, männlich Alter: Jung, alt

Auswahl: Nur jung und weiblich Jung AND Weiblich

Logik: Wahrheitswerte


Logik-Operator AND

W = wahr = gesucht

F = falsch = nicht gesucht

Operator AND


Alter

Geschlecht

Jung

W

Alt

F

Weiblich

WW F

Männlich

FF F

In der Informatik:0 = falsch1 = wahr

Bit 1 AND Bit 2 In C: Bit1 & Bit2

Bit 1 OR Bit 2 In C: Bit1 | Bit 2

Bit 1 XOR Bit 2 In C: Bit1 ^ Bit2

Wahrheitswerte in Inform.


AND

1 0

1 1 00 0 0

OR 1 0

1 1 10 1 0

XOR

1 0

1 0 10 1 0

In der Informatik:

Diese drei Logik-

Operatoren lassen sich

auch auf Bytes und beliebig große Zahlen anwenden!

Zahl 1: 19 19 10011

Zahl 2: 26 26 11010

19 AND 26 = 18 10011 (19) 11010 (26) 10010 (bitweise mit AND verknüpft) 18

Beispiel zu Operator AND


Die spinnen, die Informatiker!

Wo ist da ein Sinn?

Siehe Programm

Es macht immer noch keinen Sinn, oder?

Programm 1


Obige Speicherzellen sollen vertauscht werden: Hilfsspeicher wird benötigt

Kopie der Speicherzelle1 in Hilfsspeicher Kopie der Speicherzelle 2 in Speicherzelle 1 Kopie des Hilfsspeichers in Speicherzelle 2

Vertauschen von Zahlen (1)


19Speicherzelle1:

26Speicherzelle2:

0Hilfsspeicher:

19

26 19In C:

hilf = zelle1;zelle1 = zelle2;

zelle2 = hilf ;

Beim Vertauschen von sehr großen Speicherbereichen: Hilfsspeicher muss vom Betriebssystem

angefordert werden Aufwändig!

Geht es nicht auch ohne Hilfsspeicher?

Antwort: JA siehe Programm, Teil 2

Vertauschen von Zahlen (2)


Sichern von Festplatten: Gegeben: 2 große Festplatten Die Daten sollen sicher vor Verlust sein!

Weitere Anwendung


Platte1:

Platte2:

Sicherungsplatte1

Sicherungsplatte2

Ständiges

Spiegeln der

DatenProblem:

Hoher Plattenverbrauch

Verknüpfen mit XOR!

Szenarien: Platte 3 fällt

aus Kein Problem

Platte 1 fällt aus

Platte2 XOR Platte3 !!!

Platte 2 fällt aus

Platte1 XOR Platte3 !!!


XOR

Platte1:

Platte2:

Platte3:

Mit Hilfe der Platte3 und XOR kann eine ausfallende Platte1/2 restauriert werden

Ständiges

Berechnenund

Speichern

Nur eine Platte

zusätzlich!

RAID = Redundant Array of Independent Disks

Beispiel: 6 Festplatten im Verbund als RAID RAID 0:

6 Festplatten enthalten getrennte Daten Keine Ausfallsicherheit

RAID 1: 3 Festplatten enthalten getrennte Daten, 3

Spiegelplatten Hohe Ausfallsicherheit

RAID 5: 5 Festplatten enthalten getrennte Daten 1 Festplatte ist mit XOR mit den anderen 5 verknüpft Hohe Ausfallsicherheit

RAID


XOR zu den 5

Platten

Es gibt auch noch RAID6! Noch sicherer!

Und so geht es immer weiter …

Vielen Dank für dieAufmerksamkeit

Technik fordert!


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