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  Die festplatte

Die Festplatte Der Aufbau der Festplatte Äußerlich Die Länge und Breite einer Festplatte sind auf eine Maximalgröße begrenzt, wobei die Bauhöhe variie-ren darf. Die Stellen an der Festplatte an der man sie fest schraubt sind fest definiert, damit man sie logi-scher weise auch in jedes Gehäuse installieren kann. Es gibt verschiedene Festplattenstandards (z.B. SCSI, IDE, S-ATA), deshalb ist die Anschlussverbindung der Festplatten zum Mainboard unterschiedlich. Diese Anschlussverbindung befindet sich bei jeder Fest-platte auf der Rückseite.

Ebenfalls auf der Rückseite der Festplatte befindet sich der Stromanschluss der Festplatte. Auf IDE- Festplatten befinden sich noch Jumper, bei SCSI und S-ATA Festplatten ist dies nicht mehr der Fall. Innerlich Für den inneren Aufbau sind keineswegs Formvorschriften festgesetzt worden. Im Inneren der Festplatte befinden sich Platten, die auf einer Achse befestigt sind. Diese Achse ist mit einem Elektromotor ver-bunden der die Aufgabe hat sie zu drehen, dabei gilt das eine schnellere Umdrehungszahl in der Minute besser ist als eine langsame! Heute sind übliche Umdrehungszahlen: 5400, 7200, 10000, 15000. Noch höhere Drehzahlen werden bereits getestet! Über und unter den Platten schweben Schreib- Leseköpfe(bei 6 Platten ,12 Schreib und Leseköpfe), die wie der Name schon sagt, Daten auf die Platten speichern können, und diese wieder lesen können.

Die Schreib- Leseköpfe werden von einem Schrittmotor genausten gesteuert. Damit die Lese und Schreibköpfe, der Schrittmotor, sowie die Scheiben nicht beschädigt werden, befin-det sich das ganze in einer hermetisch versiegelten Kammer. Diese schützt besonders vor Staub oder an-deren Schmutz und vor Flüssigkeit. Das Innenleben der Festplatte hat neben den engen Verhältnissen noch mit anderen Problemen zu tun. Zum einen ist die Luft die sich in der Festplatte bewegt ein Problem, denn bei einer hohen Drehzahl der Platten erhöht sich die Luftbewegung, diese sorgt dafür das der Schreib- Lesekopf an die Oberfläche gesaugt wird, bei abnehmender Umdrehungszahl verringert sich der Abstand zur Oberfläche wieder. Diese Abstände sind am genausten berechnet doch es kann immer zu Problemen kommen, wenn zum Beispiel die Festplatte starke Erschütterungen erleidet und der Schreib- Lesekopf direkt auf die schnell drehenden Platten aufschlägt.

Dieser Fall ist tödlich für eine Festplatte. Bei einem solchen Problem spricht man von einem Headcrash. Hier wird nämlich durch den Kopf die hauchdünne Beschichtung der Platte abgetragen. Festplattenscheiben sind in der Regel 1mm dick. Die einzelnen Platten in der Festplatte bestehen aus A-luminium, es gibt aber auch Festplatten mit Glas und Glaskeramikscheiben, diese haben sich aber nicht durchgesetzt da die Technik zu aufwendig und zudem zu teuer ist. Der Unterschied zwischen diesen Ma-terialien liegt darin, dass die Oberfläche der Glas und Glaskeramikplatten wesentlich glatter ist.

Bis jetzt hat man es aber noch nicht geschafft Platten herzustellen die eine ganz glatte Oberfläche haben. Die Schwierigkeit besteht darin, dass bei einer glatten Oberfläche der Schreib und Lesekopf an die Platte an-gezogen, und deshalb auf der Platte ?klebt?. Es gibt Festplatten bei denen die Scheiben mit Eisenoxid beschichtet sind, aber auch welche die eine Kobalt- Beschichtung haben. Um die Geschwindigkeit einer Festplatte zu berechnen brauch man folgende Kenngrößen: - Sektoren pro Spur - Bit Zahl Master Boot Record und Master Boot Sector Der Master Boot Record ist im Grunde genommen ein Datensatz der Informationen für den Betriebsys-temstart sichert. Der MBR befindet sich immer im ersten Sektor jeder Festplatte, und beinhaltet noch Informationen darüber wo sich das Betriebsystem befindet, und wie darauf zuge-griffen werden kann, um es in den Hauptspeicher zu laden. Der Sektor auf dem das Hauptprogramm (MBR) ist, wird auch als ?Partition- Sector? oder ?Master- Partition- Table? bezeichnet.

Diese Partiti-onstabelle gibt nämlich die Partitionen an in denen die Festplatten formatiert wurden. Außer der Tabelle befindet sich im Hauptprogramm MBR noch ein Programm namens Boot- Sector- Record. Dieses Programm ist dafür zuständig das der Rest des Betriebsystems in den Hauptspeicher ge-laden wird. Phasen der Datenrettung Phase 1: Analyse Bei der ersten Phase wird die Festplatte im Datenrettungslabor analysiert. Dabei wird geguckt, wie groß der Schaden ist und um welche Art es sich handelt. Anschließend wird noch geguckt, welche Daten man retten kann.

Wenn die erste Phase abgeschlossen ist, wird dem Kunden ein Statusbericht geschickt, die-ser beinhaltet ? Art und Umfang des Schadens ? Angabe der rekonstruierbaren Daten ? Lösungsvorschlag ? Zeitaufwand und Kosten der Datenrettung Phase 2: Physikalische Rettung Bei der zweiten Phase beginnt nach Einverständniserklärung des Kunden der eigentliche Rettungspro-zess. Zunächst wird versucht ein Image der zu rettenden Daten zu erstellen, denn die Arbeiter in den Datenrettungslaboren arbeiten nie am Original. Diese Sache erleichtert eventuell entstehende Fehler wieder rückgängig zu machen. Wenn ein Image erstellt wird, dann wird jeder einzelne Sektor der Fest-platte ausgelesen. Phase 3: Pattern-Analyse Bei der Pattern-Analyse wird jede einzelne Platte genommen und Spurweise nach jedem inaktiven Sek-tor ausgelesen. Die dabei ausgelesenen analogen Signale wandelt der Analyser in einem Bitstream aus Einsen und Nullen um.


(Die verschiedenen Datenrettungsverfahren werden von den meisten Firmen ge-heim gehalten). Phase 4: Logische Rettung Bei der letzten und schwierigsten Phase wird mit Hilfe von Spezialsoftware versucht, die Nullen und Einsen wieder in Daten umzuwandeln. Der Kunde kann dem Labor die Rettung erleichtern, wenn er nur ganz bestimmte Daten haben will, z.B. Word-Dateien, dann suchen die Ingenieure nämlich nur nach der Struktur dieses Dateityps. Wenn ein Schaden an einer Festplatte vorliegt sollte man besser nicht versuchen selbst an der Platte zu schrauben, dass verschlimmert nämlich meistens den Schaden.

Man sollte lieber den beschädigten Ge-genstand an ein Datenrettungslabor geben, und dabei angeben wie der Schaden entstanden ist, und wie dieser sich äußert. Zudem sollte man noch angeben wie die Festplatte aufgeteilt ist, ob Partitionen vor-handen sind, welches Dateisystem die Partition hat, und die Größe des Volumens in MByte. Wenn man noch mehr über seine Platte weiß, sollte man noch Verzeichnisse/Unterverzeichnisse und Ordner sowie Dateinamen angeben, die man retten möchte. Falls man doch selbst Hand an der Festplatte angelegt hat, sollte man dies dem Labor mitteilen. Diese Angaben erleichtern dem Datenrettungslabor die Arbeit, und sie könnten am Ende auch den Preis der Datenrettung senken. Wenn von den Festplattenscheiben aber die physikalischen Informationen durch z.

B. einen Headcrash beschädigt wurden oder ein Sektor der Platte überschrieben wurde, dann ist definitiv keine Datenrettung mehr möglich. Formatierung Um eine Festplatte neu einzurichten, muss man folgende drei Schritte durchführen. 1. Low- Level- Formatierung 2. Partitionierung 3.

High- Level- Formatierung (Logische- Formatierung) Beim Formatieren einer Festplatte unterscheidet man zwischen zwei Verfahren, zum einen die Low- Le-vel- Formatierung und zum anderen die High- Level- Formatierung auch logische Formatierung ge-nannt. Bei der Low- Level- Formatierung wird auf die Plattenoberfläche eine Struktur erstellt, diese Struktur besteht aus Tracks (logischen Spuren) und Sektoren. Die Anzahl der Sektoren und der Spuren hängt von dem physikalischen Aufbau der Platten ab. Unter den einzelnen Spuren kann man sich schmale, ring-förmige Streifen auf der Platte vorstellen. Auf diesen Spuren erfolgt später die Speicherung von Daten. Die einzelnen Spuren auf jeder Platte werden nummeriert, beginnend mit der null.

Diese Spur null be-findet sich immer am äußeren Rand der Platten. Logischerweise befinden sich die Spuren mit der höchs-ten Nummer der Achse am nächsten. Da auf jeder Platte die Nummerierung neu beginnt, hat man mehre-re Spuren mit der Nummer null. Die Spuren mit der gleichen Nummerierung bilden dann einen Zylinder. Auf jeder Spur befinden sich dann die Sektoren, das sind die Abschnitte in denen die Daten abgelegt werden. Die Speicherkapazität eines Sektors beträgt in der Regel 512 Byte (immer Zweierpotenzen).

Die Sektoren werden dann zu den so genannten Clustern zusammengefasst. Cluster sind die kleinsten Spei-cherbereiche die ein Dateisystem nutzen kann. Die Clustergrößen hängen von der Größe der Partition ab. Partitionieren Beim Partitionieren unterteilt man die Festplatte in mehrere Teile. Eine Partition bildet dann sozusagen eine eigene Festplatte. Die Partitionsgröße ist abhängig von der Kapazität der Festplatte.

Wenn man Partitioniert dann ist immer eine Partition eine primäre Partition und die anderen Partitionen sind dann erweiterte Laufwerke. In den primären Partitionen werden Dateien abgelegt die für das Booten des PCs erforderlich sind. Primärpartitionen werden auch aktive Partition oder Systempartition genannt. Den primären Partitionen wird der Laufwerksbuchstabe C: zugewiesen. Unter einer erweiterten Partition versteht man einen logischen Bereich auf der Festplatte, von dem aber kein Booten möglich ist. Diese erweiterte Partition gibt es maximal einmal auf einer Festplatte, ein wei-terer Unterschied zu der primären Partition ist, dass sie in mehrere Teile, den so genannten logischen Laufwerken unterteilbar ist.

Wenn man also mehrere logische Laufwerke hat, erhalten diese zum Bei-spiel die Laufwerksbuchstaben E: F: G:. Die logischen Formatierung wird nach der Partitionierung durchgeführt damit das Dateisystem diese Partitionen nutzen kann. Bei dieser Formatierung werden die für das Dateisystem benötigten Strukturen zur Verwaltung erzeugt. Dazu gehört die Boot- Datei, Informationen über die auf den Platten bestehen-den Speicherbereiche, das Stammverzeichnis auch Wurzelverzeichnis genannt, Infos über den ge- und ungenutzen Speicher, und Informationen über die defekten Sektoren. Speicherverlust beim Formatieren Man verliert Byte, weil die Hersteller sagen 1.000 Byte sind 1 KB.

Das stimmt aber nicht, denn 1.024Byte sind 1kB. Deswegen kann man bei sehr großen Platten durch das Formatieren einige MBs verlieren. Schreib und Leseköpfe Aufbau Auf diesem Bild sieht man mehrere Schreib-/Leseköpfe, alle sind an einem Bewegungsmechanismus befestigt, was zur Folge hat das alle Köpfe über ihrer Platte die gleiche Stellung haben. Auf diesem Bild sieht man einen der 3 verschiedenen Kopfarten, nämlich den Ferritkopf, dieser erhält die Schreib und Lesefähigkeit durch den Elektromagneten. Eine weitere Art von Köpfen sind die ?Köpfe in Halbleiter-technik?.

Diese Köpfe sind kompliziert aufgebaut, und werden aus Halbleiterchips hergestellt. Als letztes gibt es noch die MR- Köpfe (MR= magnetristriktiv), diese bestehen im Grunde genommen aus zwei einzelnen Köpfen, einen Kopf aus Halbleitertechnik der für das Schreiben zuständig ist, und einen MR- Kopf der für das Lesen zuständig ist. Die Köpfe werden entweder einem Schrittmotor oder einem Linearmotor gesteuert. Der Schrittmotor ist ein Elektromotor, der sich bewegt und an bestimmten Stellen einrastet. Der Nachteil dieses Motors ist, dass er sehr stark Temperatur abhängig ist. Die Scheiben in der Festplatte dehnen sich bei zunehmender Temperatur aus, und so kann es dazu kommen, dass der Kopf neben der eigentlichen Spur liest.

Der Linearmotor besteht aus einer Schwingspule, diese bewegt sich zwischen den beiden Polen eines Magnetes auf einer Schiene. Auf der Oberfläche einer Festplattenscheibe befinden sich Informationen. Der Kopf nimmt diese Infor-mationen auf und sendet sie an die Steuerlogik. Die so genannte Steuerlogik wertet die Informationen aus und positioniert den Kopf an die richtige Stelle. Festplattencache Jede Festplatte hat einen so genannten Cache, dieser speichert die Lese-/Schreibzugriffe zwischen. Den Festplattencache gibt es in den Größen von 128Kb bis 4096Kb.

Reinräume Festplatten werden in so genannten Reinräumen6 hergestellt, damit sich bei der Fertigung kein Schmutz im Innenleben sammelt. Doch wie ist so ein Reinraum aufgebaut und wie funktioniert er? Auf diesem Bild sieht man den Aufbau eines Reinraums, von der Decke strömt die zu 99,9999 % gerei-nigte Luft in Richtung des Bodens. Diese Luftbewegung nennt man ?DownFlow?. Partikel die größer sind als ein Tausendstel Millimeter bleiben im Filter hängen. Luft die schon mal durch den ?DownFlow? gegangen ist, wird nochmals gereinigt. Wenn man einen Gegenstand mit in einen solchen Raum nimmt muss dieser vorher in eine Schleuse, und wird dann ?Luftgeduscht? damit er von Schmutz befreit wird.

Die größte Staubquelle in einem solchen Raum ist der dort arbeitende Mensch, er ist dazu verpflichtet besondere Kleidung zu tragen, besonders der Kopf muss abgedeckt werden, denn von ihm gehen Schuppen, Härchen und Speicheltröpfchen aus. Die verschiedenen Dateisysteme7 Seine Partitionen kann man mit verschiedenen Dateisystemen formatieren. Es hängt vor allem von dem verwendeten Betriebssystem ab, welches Dateisystem man verwenden kann. Ext2 ist das Datensystem von Linux. Es ist ähnlich wie NTFS aufgebaut. Es kann Sicherheitsinformati-onen speichern und bietet die Möglichkeit Laufwerke in bis zu 4 TByte (TeraByte [1TB = 1024GB]) zu formatieren.

Die Dateinamen können bis zu 255 Zeichen lang sein und die maximale Größe einer Datei darf 2 GB betragen . FAT16 (File Allocation Table)ist das Dateisystem, mit dem Windows 9x/Me arbeiten. Mit ihm kann man nur Daten speichern, aber keine Sicherheitsinformationen. Man kann nur maximal 4GB Festplatten damit formatieren. Der Name FAT16 kommt daher, das FAT einen 16-Bit großen Code arbeitet. FAT32 basiert auf FAT16, kann aber Datenträger über 32GB formatieren.

Beide Dateisysteme sind a-ber nicht zu anderen Dateisystemen kompatibel. Ein Problem ist aber, dass man nur Datenträger damit formatieren kann, die größer als 512MB sind. Hier wird ein 32-Bit großer Code verwendet. NTFS (New Technologie Filesystem) wurde mit Windows NT eingeführt. Es kann wie FAT32 Lauf-werke mit mehr als 32GB formatieren. Die Besonderheiten sind, bei NTFS kann man Sicherheitsoptio-nen (Benutzerrechte, etc) speichern, um den Zugriff auf Daten zu beschränken.

Ebenfalls kann NTFS beschädigte Sektoren durch die Wiederherstellungskonsole, wiederherstellen. Diese Informationen (Benutzerrechte, Sicherheitsoptionen, etc) werden in einer Datei, die sog. MFT (Master File Tabelle) gespeichert. Die kann bis zu 128MB groß werden, je nach Größe des Laufwerkes. Dieses Dateisystem wird momentan von Windows NT, 2000 und XP verwendet und benutzt einen 64-Bit großen Code. HPFS (High Performance File System) wird von OS/2 (Apple) verwendet wird.

Es kann aber nur Festplatten/Partitionen die kleiner als 2 TB sind formatieren. Verfahren der Datenspeicherung auf Festplatten8 Die Daten, die auf die Festplatte geschrieben werden sollen, können mit drei verschiedenen Arten ge-speichert werden: 1. Mit dem FM- Verfahren. Dabei werden abwechseln Takt und Datenbits auf die Festplatte geschrie-ben. Eine Eins wird durch zwei nacheinander vorkommende Flussrichtungsänderungen dargestellt. Bei einer Null gibt es nur eine Flussrichtungsänderung.

Das Auslesen erfolgt auch durch den Schreib-/Lesekopf, nur hierbei werden die Flanken gemessen, die bei einer Flussrichtungsänderung entstehen. 2. Mit dem MFM- Verfahren. Bei diesem Verfahren werden Nullen durch keinen Flussrichtungswech-sel dargestellt. Einsen dann natürlich durch einen Flussrichtungswechsel. Zwischen zwei Nullen wird ein Flussrichtungswechsel eingebaut und die Nullen auseinander halten zu können.

Dieses Verfahren ist doppelt so schnell wie das FM- Verfahren. 3. Mit dem RLL-Verfahren. Bei diesem Verfahren werden Bitgruppen mit einem festgelegten Verfah-ren als ein bestimmtes Muster aus Flussrichtungswechseln auf die Festplatte geschrieben. Berechnung der Gesamtkapazität und der Übertragungsrate einer HDD Angaben zur Festplatte: - Umdrehungsgeschwindigkeit: 7200 U/min - Sektoren 40132502 - Anzahl der Sektoren pro Spur (?): 81 Gesamtkapazität(in Byte) Fmax = Sektoren* Sektorengröße Fmax = 40132502 * 512 Fmax = 20547841024Byte Fmax = 19,1366682GByte Datenübertragungsrate = 81*512*7200 / 60 Sec / 1.000.

000Bit ? 4,977 MB/sec Der CHS- Modus9 CHS bedeutet Cylinder Head Sector. Dieser Modus basiert auf den physikalischen Vorgaben des Lauf-werkes. Im Grunde zählt der CHS- Modus die vorhandenen Zylinder, Köpfe und Sektoren der Festplatte. Wenn eine Festplatte 1024 Zylinder, 63 Sektoren und 16 Köpfe hat, dann gibt es ein Problem, denn der CHS- Modus kann nur die ersten 1024 Zylinder nutzen. Damit auch größere Festplattenbereiche wie in diesem Beispiel genutzt werden können, wurde auch noch ein anderes Verfahren entwickelt. Bei diesem anderen Verfahren, dem XCHS- Modus werden die Sektoradressen übersetzt (unter Übersetzen kann man sich eine logische Konfiguration der Datenträgergeometrie vorstellen).

Formfaktoren Ein Festplattenlaufwerk besteht aus mehreren Platten, deren jeweilige Größe den Formfaktor des Lauf-werks ausmacht. Folgende Formfaktoren sind heute verfügbar: ? 5 ¼ Zoll ? 3 ½ Zoll ? 2 ½ Zoll (Laptop) ? 1,8 Zoll (Laptop) Heutzutage haben sich die Platten mit 3 ½ Zoll durchgesetzt. Allerdings sieht es im Moment so aus als würde sie bald von der 2 ½ Zoll Platte abgelöst. IDE Festplatten im Serverbetrieb10 Viele Menschen glauben, dass die Performance der IDE- Festplatten vollkommen für den Serverbetrieb ausreicht, und kaufen die preisgünstigen Platten. Im Gegensatz zu den SCSI- Festplatten sind sie bis zu viermal billiger. Die Ausfallrate bei IDE- Festplatten liegt in 18 Monaten von den getesteten Platten bei 25%, d.

h. dass ca. jede vierte Festplatte nach 18 Monaten einen defekt aufweißt. Dieses Ergebnis ist enorm, denn bei so einer Ausfallrate ist es ein Risiko für Server eines Betriebes die auf IDE- Festplatten basieren. Ebenfalls wurden SCSI- Festplatten getestet, dort lag bei gleicher Zeit die Ausfallrate bei ca. 2%.

Wenn man diese Zahlen sieht, sollte man besser darüber nachdenken, ob man nicht doch mehr Geld investiert für SCSI- Festplatten, denn nach einem Ausfall kann der dabei entstandene Schaden enorm sein. Wenn dann so ein enormer Schaden entstanden ist, gibt es leicht ärger, weil die Geschädigten wollen, dass die Hersteller der Festplatte für den Schaden haften, der Grund dafür ist, dass gerne verschwiegen wird das IDE- Festplatten nicht für den Dauereinsatz hergestellt sind. Die Hersteller versuchen sich vor solchen Klagen zu schützen, indem sie bei den Festplatten angeben wie viele Stunden, die Festplatte pro Tag laufen darf. Damit geben die Festplattenhersteller zu, das IDE- Festplatten nicht für den Dauereinsatz gedacht sind. Stammverzeichnis11 Das Stammverzeichnis (Stammordner) enthält einen Eintrag für jede vorhandene Datei und jedes Unter-verzeichnis (Ordner). Es befindet sich stets an einer bestimmten Stelle der Festplatte und kann maximal 512 Einträge aufweisen.

Die Einträge haben jeweils eine Größe von 32 Byte, wodurch u. a. folgende In-formationen gespeichert werden: - Name (der Datei oder des Unterverzeichnisses; 8 + 3-Format) - Attribut-Byte (Attribute: Archiv, System, Versteckt, Schreibgeschützt) - Erstellungszeit (24 Bit) - Erstelldatum (16 Bit) - Datum des letzten Zugriffs (16 Bit) - Uhrzeit der letzten Änderung (16 Bit) - Datum der letzten Änderung (16 Bit) - Erste Clusternummer in der FAT (16 Bit) - Dateigröße (32 Bit) Der bei den Festplatten am häufigste auftretende Defekt ist der schon oben genannte Headcrash! (Wie man auf dieser Darstellung sehen kann) Aber es gibt noch weitere Dinge wodurch Festplatten zerstört werden! Wenn z.B. ein Blitz einschlägt, dann erleidet die Festplatte vielleicht eine Überbeladung und die Festplattenelektronik geht kaputt. Zu den mechanischen Schäden gehören meist die defekten Kugellager einer Festplatte, wenn diese De-fekt sind kann es dazu kommen, dass die Festplattenscheiben nicht anfangen zu drehen.

Es kann aber auch mal sein, das eine Festplatte verbrennt, oder durch Wasser beschädigt wird. Diese Schäden bei Festplatten sind aber eher gering. Duty Cycle Der Duty Cycle ist ein Wert, mit dem man die Auslastung einer Festplatte angibt. Der Wert beschreibt also die Schreib- Lese- und Positioniervorgänge während des Betriebs einer Festplatte. FAT- Dateisystem formatierter Datenträger13 Der Aufbau eines mit dem FAT- Dateisystem formatierten Datenträgers sieht folgendermaßen aus. Ganz oben befindet sich der Boot Sektor, er ist dafür zuständig, dass das Betriebssystem geladen wird, zudem hat er die Aufgabe Information über das Speichermedium zur Verfügung zu stellen.

Der Boot Sektor wird auch Boot Record genannt, weil dieser bei dem Dateisystem FAT32 3 Sektoren bean-sprucht. Informationen die der Boot Sektor speichert, sind unter anderem, der Name des Datenträgers, die Anzahl der Sektoren pro Cluster, die maximal erreichbaren Root- Verzeichniseinträge. Eine File Allocation Table(kurz FAT) ist ein Index einer Liste. Die FAT beinhaltet für jeden Cluster die Informationen, sprich belegter/freier Speicher, oder ob dieser Cluster gesperrt ist. Das Root- Verzeichnis wird bei jedem Speichermedium angelegt, welches mit einem FAT- Dateisystem formatiert wurde. Dieses Verzeichnis beinhaltet Informationen über Dateien, wie z.

B. Name, Größe, Zeit des letzten Zugriffs, Hidden(versteckt), ReadOnly (Es kann nur gelesen werden, die Datei kann also nicht verändert werden), Erstellungsdatum.

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