Von Bits, Bytes und Raid - oth

Von Bits, Bytes und Raid
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Eine Schnuppervorlesung
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zum Kennenlernen eines Datenspeichers
um Bits und Bytes zu unterscheiden
um Raid-Festplattensysteme zu verstehen
Inhalt
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Speicherzellen sind elektronische Schalter
Wahrheitswerte
Darstellung von ganzen Zahlen
Vertauschung von Zahlen
Idee der Sicherung von Daten
Bits - Bytes - Raid
Edwin Schicker
1
Arbeitsspeicher
2 Speicherriegel
2 Plätze frei
8 Speicherchips
Bits - Bytes - Raid
Edwin Schicker
2
Aufbau: Speicherchip
Chip enthält Millionen von winzigen elektronischen Schaltern
Realisierung über Transistoren
Diese Schalter sind entweder geöffnet oder geschlossen
Damit kann entweder Strom fließen oder nicht
Aufgabengebiet
des Elektronikers
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Edwin Schicker
3
Vom Schalter zur Zahl

Informatiker interpretiert diese Schalter:



Offener Schalter:
Geschlossener Schalter:
0
1
Also:



Zahl 0
Zahl 1
Zahl 2 ?


ein offener Schalter
ein geschlossener Schalter
Wir brauchen einen zweiten Schalter
Wie beim Übergang von 9 nach 10 (jetzt 2 Ziffern!)
Bits - Bytes - Raid
Edwin Schicker
4
Große Zahlen








Zahl
Zahl
Zahl
Zahl
Zahl
Zahl
Zahl
Zahl
0:
1:
2:
3:
7:
19:
255:
1000000:
Bits - Bytes - Raid
Binärsystem:
0
1
10
11
111
10011
Wir merken uns:
8 Stellen!
11111111
11110100001001000000
Edwin Schicker
5
Bits und Bytes
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Bit:


Byte:


Ein Speicherschalter heißt Bit
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)
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6
Arbeitsspeicher / Festplatte

Arbeitsspeicher:



SSD (Solid State Disk):



Enthält elektronische Schalter
16 GB  128 Milliarden Schalterchen
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
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Logik: Wahrheitswerte
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Gesucht:

Bühnendarstellerin für Julia


Einteilung aller Bewerber in 2 Kategorien:



Weiblich, jung
Geschlecht: Weiblich, männlich
Alter: Jung, alt
Auswahl:


Nur jung und weiblich
Jung AND Weiblich
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Logik-Operator
AND
8
Operator AND
Alter
Geschlecht
Jung
W
Alt

= gesucht
F

Weiblich
W
F
F
F
W
Männlich
W = wahr
F = falsch
= nicht
gesucht
F
In der Informatik:
0 = falsch
1 = wahr
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9
Wahrheitswerte in Inform.
AND
1
0
1
1
0
0
0
0
OR
1
0
1
1
1
0
1
0
XOR
1
0
1
0
1
0
1
0
Bits - Bytes - Raid

Bit 1 AND Bit 2

In C: Bit1 & Bit2
In der
Informatik:

Bit 1 OR Bit 2


In C: Bit1 | Bit 2
Bit 1 XOR Bit 2

Diese drei LogikOperatoren
lassen sich auch
auf Bytes und
beliebig große
Zahlen
anwenden!
In C: Bit1 ^ Bit2
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10
Beispiel zu Operator AND

Zahl 1: 19


Zahl 2: 26


19  10011
26  11010
19 AND 26 = 18



Die spinnen, die
Informatiker!
Wo ist da ein Sinn?
10011 (19)
11010 (26)
10010 (bitweise mit AND verknüpft)  18
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Programm 1

Siehe Programm

Es macht immer noch keinen Sinn, oder?
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Vertauschen von Zahlen (1)
Speicherzelle1:
Speicherzelle2:
26
19
19
26
hilf = zelle1;
zelle1 = zelle2;
zelle2 = hilf ;
Hilfsspeicher:
19
0

In C:
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
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Vertauschen von Zahlen (2)

Beim Vertauschen von sehr großen
Speicherbereichen:


Hilfsspeicher muss vom Betriebssystem
angefordert werden
Aufwändig!

Geht es nicht auch ohne Hilfsspeicher?

Antwort: JA
Bits - Bytes - Raid
 siehe Programm, Teil 2
Edwin Schicker
14
Weitere Anwendung

Sichern von Festplatten:


Gegeben: 2 große Festplatten
Die Daten sollen sicher vor Verlust sein!
Platte1:
Platte2:
Sicherungsplatte1
Ständiges
Spiegeln
der Daten
Sicherungsplatte2
Problem:
Hoher Plattenverbrauch
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Verknüpfen mit XOR!
Ständiges
Berechnen
und
Speichern
Platte1:

Szenarien:

Platte3:


XOR
Platte2:

Kein Problem
Platte 1 fällt aus

Nur eine
Platte
zusätzlich!

Platte 3 fällt aus
Platte2 XOR
Platte3 !!!
Platte 2 fällt aus

Platte1 XOR
Platte3 !!!
Mit Hilfe der Platte3 und XOR kann eine
ausfallende Platte1/2 restauriert werden
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RAID


RAID = Redundant Array of Independent Disks
Beispiel: 6 Festplatten im Verbund als RAID

RAID 0:



RAID 1:



6 Festplatten enthalten getrennte Daten
Keine Ausfallsicherheit
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
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XOR zu
den 5
Platten
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Technik fordert!

Es gibt auch noch RAID6!



Noch sicherer!
Und so geht es immer weiter …
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit
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Edwin Schicker
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