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
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 3
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
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 4
Zahl 0: Zahl 1: Zahl 2: Zahl 3: Zahl 7: Zahl 19: Zahl 255: Zahl
1000000:
Große Zahlen
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 5
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
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 6
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
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 7
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
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Logik-Operator AND
W = wahr = gesucht
F = falsch = nicht gesucht
Operator AND
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 9
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.
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 10
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
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Die spinnen, die Informatiker!
Wo ist da ein Sinn?
Siehe Programm
Es macht immer noch keinen Sinn, oder?
Programm 1
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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)
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 13
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)
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 14
Sichern von Festplatten: Gegeben: 2 große Festplatten Die Daten sollen sicher vor Verlust sein!
Weitere Anwendung
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 15
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 !!!
Bits - Bytes - Raid Edwin Schicker 16
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
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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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