Fahndung nach Einsen und Nullen - bitfaction

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Selbst wenn Teile der Magnetschicht zerstört sind, lassen sich noch Daten retten DIESE VERKOHLTEN FESTPLATTEN konnten gereinigt und zum Laufen gebracht werden – fast alle Informationen waren noch vorhanden Die See im norwegischen Raunefjord ist still, es herrscht gute Sicht. 19. Januar 2004: Der Frachter „Rocknes“ passiert gerade eine Fahrrinne nahe der Hafenstadt Bergen, als er sich gegen 16.30 Uhr plötzlich auf die Seite legt, voll läuft, in weniger als einer Minute kentert und schließlich kieloben im eisigen Wasser treibt. Nur zwölf der 30 Besatzungsmitglieder können später lebend geborgen werden. Reederei und Behörden rätseln, wie es zu der Kata- 98 GEOkompakt strophe kommen konnte. Die norwegische Regierung ordnet eine Untersuchung an und beauftragt auch Fachleute der heimischen Datenrettungfirma Ibas, zu der Aufklärung beizutragen. Taucher sichern den Navigationscomputer samt der Festplatte aus dem 166-Meter-Schiff. Mithilfe des darauf gespeicherten Logbuches sollen die Ibas-Experten die Unfallursache ergründen. Und obwohl die Platte bereits ta- gelang im Salzwasser gelegen hat, können sie die letzten Minuten vor dem Untergang tatsächlich rekonstruieren. Die „Rocknes“ muss auf einen Felsen gelaufen und dabei leckgeschlagen sein. Die Untiefe im Fjord ist zwar bekannt, aber nur auf den damals aktuellsten Seekarten verzeichnet. Weltweit haben sich neben Ibas eine Hand voll weiterer Firmen auf die Rettung von Daten spezialisiert. Bei ihren Einsätzen suchen die Fachleute stets das Gleiche: Einsen und Nullen. Denn auf Festplatten werden – wie auf allen digitalen Datenträgern – Informationen im Binärcode abgelegt. Dessen kleinste Einheit ist ein Bit – und das entspricht entweder einer Null oder einer Eins. In der Regel fasst man acht Bits zu einem Byte zusammen: Die Folge „01000111“ steht zum Beispiel für den Buchstaben G. In Abermillionen Zahlenkolonnen werden so ganze Textdokumente, aber auch Musik-, Foto- oder Filmdateien auf Datenträgern wie etwa in Computern gespeichert (siehe Kasten Seite 99). Nicht nur Festplatten werden in den Ibas-Labors untersucht – die Spezialisten rekonstruieren auch Daten von CDs Datenträger Die wichtigsten Speichermedien 1 2 EINE FESTPLATTE (hier schematisch dargestellt, 1) ist meist aus mehreren Scheiben (2) aufgebaut, die von einem Motor in Rotation versetzt werden. Über jede Scheibe bewegt sich ein Festplattenkopf (3), der an seiner Spitze einen Elektromagneten trägt. Um Daten zu speichern, orientiert der Magnet mit Stromstößen winzige Partikel in der Scheibenoberfläche (4) nach dem magnetischen Nord- oder Südpol, je nach Ausrichtung entspricht das einer Eins oder einer Null. Beim Lesevor- gang lösen die so geordneten Partikel Stromimpulse im Festplattenkopf aus – die von der Elektronik als Einsen und Nullen erfasst werden Um Informationen dauerhaft abzulegen, werden vor allem vier Datenträgertypen verwendet. Am gängigsten sind magnetische Datenträger wie Festplatten, Bänder oder Disketten. Zum Speichern richtet ein winziger Schreib- und Lesekopf mit einem Elektromagneten mikroskopisch kleine Oberflächenpartikel aus. Diese können aus Eisenoxid, Kobalt oder Chromlegierungen bestehen. Je nachdem, in welche Richtung die magnetischen Nord- und Südpole mehrerer Teilchen hintereinander zeigen, steht die Abfolge für eins oder null (siehe Grafik oben). Das Lesen der Daten funktioniert nach dem Prinzip der Induktion: Während der Kopf über den Datenträger schwebt, lösen die Magnetfelder der Oberflächenpartikel Stromimpulse in dem Elektromagneten aus. Diese werden vom Laufwerk zurück in Nullen und Einsen übersetzt. Festplatten können heute mehrere Terabyte Daten speichern – das entspricht Billionen von Buchstaben. Weit verbreitet sind auch optische Datenträger wie CD-ROMs (Compact Disk Read Only Memory) oder DVDs (Digital Versatile Disk). Das sind Kunststoffscheiben, die über Spuren mit winzigen Erhebungen und Vertiefungen verfügen. Diese werden zum Auslesen der gespeicherten Daten mit einem Rotlaser abgetastet. Trifft der Strahl auf eine erhöhte Stelle (siehe Grafik rechts), wird er beim Auftreffen auf ein Plateau reflektiert, während der in einer Grube reflektierte Strahl durch ein optisches System ausgelöscht wird. Das Laufwerk interpretiert die Abfolge der Intensitätsschwankungen mit einer lichtempfindlichen Fotodiode als Nullen und Einsen. Da die Laser in DVD-Laufwerken Licht mit kürzerer Wellenlänge ausstrahlen als die in CD-Laufwerken, können sie Berge und Täler auf den Datenträgern präziser erfassen. Deshalb können die Datenkerben einer DVD kleiner sein als die einer CD. Zudem kann eine DVD nicht nur auf einer, sondern auf beiden Seiten auf je zwei übereinander liegenden Schichten S 3 4 N beschrieben werden. Das alles führt dazu, dass auf einer DVD bis zu 17 Gigabyte an Daten unterzubringen sind – rund 25-mal mehr als auf einer CD. Die nächste Laufwerkgeneration soll noch kurzwelligeres, blaues Laserlicht verwenden und so bis zu 54 Gigabyte von einer DVD lesen können. Beschreibbare optische Medien enthalten eine zusätzliche Schicht, auf die sich mit einem energiereichen Laser Daten brennen lassen. Bei Bestrahlung wirft diese Schicht zum Beispiel winzige Blasen, bleicht aus oder verdampft. Das Ergebnis ist immer das gleiche: Wo die Brandmarken sind, wirft die Schicht den Laserstrahl des Laufwerks nicht mehr direkt zurück. Mit diesem Verfahren lassen sich Informationen sogar auf Tesafilmrollen speichern. Dazu müssen die Rollen nicht einmal abgewickelt werden, denn der Laser kann durch die transparenten Lagen hindurch gezielt theoretisch bis zu zehn Gigabyte Daten auf den Streifen mit einer handelsüblichen Rolle brennen. Nachfolger von CD und DVD könnten eines Tages holographische Speicher aus transparentem Kunststoff werden. Bei ihnen werden Informationen nicht nur zweidimensional auf die Oberfläche gebrannt, sondern mithilfe eines in zwei Teile gespaltenen Laserstrahls als dreidimensionale Muster in den gesamten Körper. Damit würde die Speicherkapazität einer DVD-großen Scheibe verhundertfacht. Sehr kompakt sind Flash-Speicher, die in immer mehr Varian- ten auf den Markt kommen: etwa als Secure Digital Card (SD-Card), Multimedia Card (MMC) oder Memory Stick (MS). Diese Plastikchips in Kaugummi- oder Fingernagelgröße kommen vor allem in Digitalkameras, Mobiltelefonen oder MP3-Playern zum Einsatz und bieten mehrere Gigabyte Speicherplatz. Ihr Inneres besteht aus miteinander verknüpften Zellen, aufgebaut aus je zwei übereinander liegenden Transistoren. Diese können über Stromimpulse gezielt mit Elektronen – also negativ geladenen atomaren Teilchen – aufgefüllt werden. Befinden sich in dem oberen Speicher weniger als halb so viele Elektronen wie in dem unteren, steht die Zelle für eine Null – sonst für eine Eins. BEIM CD-SPIELER wird ein Laserstrahl (1) über einen halbdurch- lässigen Spiegel (2) zur CD (3) geleitet. Dort werfen winzige Erhebungen oder Vertiefungen den Strahl unterschiedlich zurück. Eine Fotodiode (4) deutet das ankommende Signal je nach Ablenkung als Null oder Eins 3 1 2 4 GEOkompakt 99
Motherboard Die Schaltzentrale des Computers Das flache Motherboard, auch Hauptplatine genannt, trägt alle wesentlichen Bauteile des Rechners: Zum 1. Beispiel einen Prozessor – oder, wie hier, zwei –, den Arbeitsspeicher, die Grafikkarte und die Anschlüsse für Geräte wie Tastatur, Maus, Festplatten, CD- und DVD-Laufwerke, Monitor, Drucker und Scanner. Die Prozessoren steuern alle Komponenten des Computers und führen den größten Teil der Rechenope- 2. rationen aus. Wie sie dabei arbeiten, legt das Betriebssystem fest – eine Software, die auf der Festplatte wie jedes Programm im Binärcode gespeichert ist (siehe Seite 103). Sie agiert zudem als eine Art Dolmetscher und gewährleistet, dass sämtliche Bauteile miteinander kommunizieren können. Bei jedem Start des Rechners laden die Prozessoren das Betriebssystem von der Festplatte in den Arbeitsspeicher – eine Art Kurzzeitgedächtnis, in dem unter anderem Programme oder Dateien für einen schnellen Zugriff zwischengespeichert werden. Der Datenfluss zwischen Prozessor, Festplatte und Arbeitsspeicher läuft – 3. wie sämtliche Kommunikation zwischen Computer-Komponenten – im Binärcode ab, also in Folgen aus Nullen und Einsen. Und die werden mit Stromimpulsen wiedergegeben: Um eine Eins zu versenden, wird ein Impuls über die aufgedruckten Kupferleiterbahnen des Motherboards geschickt. Bleibt der Impuls in einer festgelegten Zeit aus, entspricht das einer Null. Auch ein Anschlag auf der Tas- 4. tatur bewirkt einen Stromimpuls. Im Inneren der Tastatur sitzt ein kleiner Extra-Prozessor, der den Impuls zuerst in einen Code umwandelt und diesen an einen speziellen „Controller“ schickt. Dort wird der Code mithilfe einer Übersetzungstabelle in die entsprechende binäre Zahlenfolge des Buchstabens (beim A etwa „01000001“) verwandelt und – als Kette von Stromimpulsen – an die Hauptprozessoren geschickt. Diese werten die Tastatureingaben nach Vorgaben des Betriebssystems aus. Ein Prozessor verfügt über Millionen mikroskopisch kleiner Schalter, die auf ein Stück Silizium geätzt 5. sind. Diese Minischalter heißen Transistoren und sind in einem riesigen Netzwerk miteinander verbunden. Durch einem Stromimpuls lassen sie sich ein- und ausschalten. Wenn durch den Transistor Strom fließt, steht das für eine Eins, wenn nicht, für eine Null. Dank einer geschickten Verknüpfung, können sich die Schalter gegenseitig ein- und ausschalten und so – nach einem bestimmten logischen Verfahren – gemeinsam Zahlen im Binärcode addieren. Können sie aber Zahlen addieren, können sie auch alles andere: Denn Subtraktionen sind nichts anderes 6. als Additionen mit negativen Zahlen, Multiplikationen wiederholte Additionen und Divisionen wiederholte Subtraktionen. Wörter und Befehle werden wiederum als Zahlen dargestellt – und vom Prozessor als solche berechnet. Schlägt man ein „A“ auf der Tastatur an, errechnet der Prozessor auf diese Weise aus dessen Binärcode „01000001“ neue Zahlenfolgen. Diese geben der Grafikkarte vor, welche Monitorpixel sie ansteuern soll – aus dem Anschlag wird so ein Bildschirmsymbol. Bei grafisch aufwendigeren Berechnungen – etwa bei Computerspielen – entlasten eigene Prozessoren auf der Grafikkarte die Hauptprozessoren. Weil sie heiß laufen, müssen alle Prozessoren gekühlt werden. Meist sind dafür Ventilatoren im Einsatz. 7. Bei diesem Motherboard jedoch ragen rechts von den beiden Hauptprozessoren Lamellen der Wasserkühlung empor, welche zusätzlich zu den hier ausgebauten Ventilatoren die Temperatur regelt – ähnlich wie bei einem Auto. 100 GEOkompakt Ringspule zur Stromregulierung Der Arbeitsspeicher fungiert als eine Art Kurzzeitgedächtnis zur Zwischenspeicherung von Program- men und Dateien Die Prozessorplatinen sind mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen, etwa Kondensatoren, bestückt, die Stromimpulse von dem jeweiligen Pro- zessor an andere Kompo- nenten des Computers weiterleiten Kondensator zur Speicherung und Abgabe elektrischer Ladungen Die Prozessoren erledigen die meisten Rechenoperationen und steuern alle anderen Elemente des Computers Rückwärtige Lamellen der Wasserkühlung Die Grafikkarte wandelt Daten, die sie von den Prozessoren bekommt, in grafische Symbole für den Monitor um Anschluss für interne Stromversorgung EIN MOTHERBOARD ist Bestandteil jedes Rechners (hier ein Apple-„Power Mac G5“) und wird normalerweise von einer Hülle geschützt, in der unter anderem noch die Festplatte, das Netzteil und mindestens ein optisches Laufwerk für CDs oder DVDs untergebracht sind Nicht sichtbar (hinter der Grafikkarte): Anschlüsse für Festplatte sowie CD- und DVD-Laufwerk, dort sitzt auch der Ventilator zur Kühlung USB-Anschlüsse (zum Beispiel für Tastatur, Maus und Drucker) Firewire- Anschlüsse (zum Beispiel für externe Festplatten, MP3-Spieler oder Scanner) Ethernet-Anschluss (zum Beispiel für Netzwerk- und Internet-Verbindungen) Modem-Anschluss GEOkompakt 101 Antennenanschluss für kabellose Verbindungen (WLAN und Bluetooth) Audio- Ein- und Ausgänge
Seite 1: kommunikation / datenspeicher Text:

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