Network Attached Storage

Oder: Was ein Speicherplatz mit einem Kuchen zu tun hat.

In jüngster Zeit warnte das FBI vermehrt vor Attacken auf einen bestimmten Speicherplatztyp: Den NAS-Server. Doch was ist ein NAS? Der Begriff steht für Network Attached Storage,  das bedeutet übersetzt „angehängter Speicherplatz“. Wer zu viele Informationen in seinem Kopf hat und diese mit anderen Personen teilen möchte, der kauft sich ein NAS.  Dieses schwarzes Quadrat kann vorallendingen erstmal als ein Dateiserver verstanden werden – als eine Maschine, die Dateien mehreren Personen gleichzeitig zur Verfügung stellt – ihnen die Dateien wie ein Kuchenstück „serviert“. Durch das WLAN können dann andere Personen, denen man den Zugang erteilt, ebenfalls auf die Informationen in der NAS zugreifen.

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NAS kommen insbesondere zum Einsatz, wenn man auf einen Cloud-Anbieter aus dem Silicon Valley verzichten möchte. Denn Google Drive oder Dropbox bieten dieselben Funktionen wie ein NAS-Speicher an: Mehrere Personen können von überall auf der Welt, gleichzeitig auf die in der Cloud gespeicherten Informationen zugreifen (Siehe auch Cloud Computing). In einer Cloud sind die  Dokumente auf einem Dateiserver in den USA verstaut, statt in einem brummenden NAS-Gerät unter dem eigenen heimischem Schreibtisch.

Wenn jedoch ein Virus die hauseigenen Router befällt, dann schleusen sich die bösen Erreger auch auf den NAS-Speicherplatz ein, da dieser an dem WLAN hängt. Wer sich also einen NAS zulegt, der sollte als effektive Verteidigungsmaßnahme auch einen virtuellen Zaun darum ziehen.

Partition

Wer sein Smartphone in die Hand nimmt oder seinen Laptop aufklappt, der speichert während der Arbeit alle eingegeben Informationen in einer Datei, die wiederum in Partitionen auf der Festplatte verstaut ist. Eine Partition ist ein Teil des Speicherplatz. Als Partition bezeichnet man einen ordentlich abgetrennten Bereich auf der Festplatte, der für die Speicherung einer vorbestimmten Art von Informationen zur Verfügung steht. Der Dateipfad sdcard-Partition speichert zum Beispiel Informationen auf dem Speicherplatz der SD-Karte.

 

Partition
Eine Partition.

Man kann sich eine Festplatte wie ein großes Brettspiel mit einem Rastergitter vorstellen. Jede zu speichernde Information erhält auf dem Spielbrett ein bestimmtes Feld. Die erste Partition ist immer dem Betriebssystem vorbehalten. Ohne Betriebssystem sind Partitionen überflüssig – denn das Betriebssystem fungiert als „Spielleiter“. Fährt man den Computer hoch, so gibt das Betriebssystem vor dem „Spiel“ die Anweisung,  in wie viele Partitionen die Festplatte (“ das Spielbrett“) eingeteilt wird und wo diese anzutreffen sind. Das Betriebssystem als „Spielleiter“ legt also fest, wer wie viele Spielsteine erhält und welche Partition, also welcher „Spielfeld“ als Erstes mit der computerisierten Arbeit anfangen darf.

Doch damit nicht genug. Damit auch die Anwenderin weiß, wo sie ihre Informationen speichert, trägt jede Partition ein Namensschild. Jedes „Spielfeld“ ist also mit einem Namen ausgestattet, zum Beispiel mit dem Begriff „Laufwerk C“.

 

Feminismus in der Hardware

Was ist nochmal das Motherboard?

Draußen ist schwarze Nacht. Über meinem Schreibtisch leuchtet das Licht auf meinen aufgeklappten Werkzeugkoffer. Wie Skalpelle in einer Operationsbesteckschale sehen die Instrumente aus. Vor mir liegt ein schwarzer 2,5 Kilogramm- Laptop. Gedankenverloren streichele ich mit meiner Hand über den kleinen Kasten, der nach sieben Jahren erst letzte Woche seinen Geist aufgab. Ich möchte herausfinden, wo dieses ominöse Motherboard zu verorten ist, das von diversen Computerzeitschriften als Grundlage der Digitalisierung gefeiert wird. Es muss etwas ganz Großes sein, wenn sogar das Vice Magazine seine ganze Redaktionsabteilung danach benennt. Entschlossen drehe ich den Laptop auf den Rücken und beginne vorsichtig mit der Obduktion.

Leichenfledderei

Nachdem ich Minute um Minute die winzigen Schrauben professionell mit einem Hornbach-Schraubenzieher entferne, reißt mir jedoch Geduldsfaden. Kurzentschlossen greife ich mir den lackierten Hirschgeweih-Korkenzieher, der noch gestern für die Weinflasche herhielt. Die Organe eines Laptop zu entnehmen, entpuppt sich mit dem richtigen Werkzeug als einfache Aufgabe. Innerhalb von ein paar Sekunden habe ich mit dem Korkenzieher die Tastatur aus seiner Verankerung gerissen und mit dem Hebeleffekt des Geweihs das restliche Gehäuse aufgesprengt.

Vor mir liegt das rohe Motherboard. Andächtig starre ich auf die merkwürdig geformten Legosteine, die aus dieser grünen Platte herausragen. Dazwischen lauter goldene und rötliche Punkte und Linien, die sich labyrinthisch um Chips schlängeln. Ich kann kleine silberne Knubbel und Quadrate aus Gold erkennen. Diese grüne Platte aus Kunstharz ist sicherlich ein Kunstwerk für jedes Museum. Irgendwie erinnert es mich mit seinen vielen bunten Farben an ein Mosaik von Jesu Auferstehung, dass ich als Kind einmal in einer Gruft auf dem Friedhof sah.

 

Motherboard LaptopBlumenwiese mit Legosteinen: Das Motherboard.

 

Nach Konsultation entsprechender Fachliteratur („PC für Dummies“) soll ich mir ein Motherboard wie eine Blumenwiese vorstellen: Ein nährstoffreicher Boden, durch den die einzelnen Bausteine wie die Festplatten oder den Prozessor miteinander verbunden sind. Das Motherboard als Humusboden versorgt diese Komponenten mit Energie. Diese einzelnen Bauteile wissen nur, was sie zu tun haben, weil sie alle an dieser einen Platte hängen, auf der sie durch Stromimpulse miteinander kommunizieren können.

Entkernung

Ich beginne die Gerätekomponenten in  Legosteinform aus dem Motherboard zu rupfen, in dem ich einfach heftig und ausdauernd an ihnen ruckele. Über Twitter feuern mich ein paar Follower an. Die „Jeanne d’Arc der Nerds“ löst einige spöttische Kommentare aus. Zuerst schaffe ich es, einen langen Kupferschlauch aus der Verankerung zu lösen. Dann fällt die Festplatte ab, ein kleines Metallstück in Buchform. Je länger ich mich mit herausgerupften Teilen dieses Laptops beschäftige, umso mehr faszinieren mich Kraft, die in diesen Dingern steckt. Die Quadrate aus Gold kann ich als Read Access Memory – sogenannte RAM-Steckplätze – identifizieren. Die RAMs stellen Speicher dar, auf denen Elemente – wie dieser Blogbeitrag– in Zahlenkombinationen abgelegt werden. Die silbernen Knubbel heißen Elkos, wie mir der Verkäufer im Computerladen am nächsten Tag erklärt. Die Elkos regulieren die Spannung der Stromimpulse auf dem Motherboard. Ich löchere den zuständigen Verkäufer mit den Fragen über diese Dinger, während er mit hochgezogenen Augenbrauen hinter der Theke sitzt. Um wieder an seine Arbeit gehen zu können, gibt er mir eine Visitenkarte “Computerberatung für Senioren”. Darauf ist das Foto eines rüstigen Rentners zu sehen, der eine Stunde Nachhilfe in Sachen Computertechnik für 20 Euro anbietet. Diese Form der Wissensvermittlung erinnert mich irgendwie an Nachhilfestunden mit meinem früheren greisen Mathematiklehrer. Also wälze ich lieber noch mehr Bücher aus der Stadtbibliothek und entwerfe eine feministischere allgemeinverständliche Definition des Motherboards.

Definition

Das Motherboard ist die interne Computermutter, aus deren Bauch die Babys, das heißt die technischen Bausteine entspringen. Durch Muttermilch versorgt eine natürliche Mutter ihre Kinder, so wie ein Motherboard ihre Gerätekinder in Form von digitalen Legosteinen mit Strom versorgt. Das Motherboard und die Mutter stehen beide für informatische und natürliche Schaffenskraft und Funktionsenergie. Ohne Mutter kein Leben auf dieser Erde, ohne Motherboard keine Bausteine, die das Internet empfangen und somit den Zugang zur Welt eröffnen.

Zeit für mehr Techgirls.

Schnittstelle

Eine Schnittstelle, das ist der Moment, in der die scharfe Klinge der Schere ein Blatt Papier in zwei Hälften zerteilt. Möchte man das die zwei Teile exakt wieder zusammenfügen, braucht man viel Klebstoff und akribische Genauigkeit.  Genau das ist das Wesen von Schnittstellen in der Informatik. In einem computerinternen System sind viele verschiedene Elemente vorhanden, die nur miteinander über ihre Schnittstelle miteinander kommunizieren. Genauso wie es rote, gelbe und grüne Farben von Papier gibt, oder Bätter aus Pappe oder Seide, so ist jede Schnittstelle im Computer unterschiedlich gestaltet. Die Aufgabe von Schnittstellen ist es, Informationen möglichst reibungslos zu übertragen.

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Schnittstellen

Flipflop

Unter Flipflop denken wir einen Schuh, der beim Gehen leise unter unseren Fűßen knallt. Das Geräusch, das dabei im Takt entsteht, hört sich wie ein „Flip“… und „Flop“- Laut an. Ähnlich wie in der Schuhmode ist der Flipflop in der Digitaltechnik ein Zustand, bei dem ein Fuß seinen Laufimpuls an einen Transportgegenstand weitergibt. In diesem Falle ist der Transportgegenstand kein Schuh, sondern der Impuls wird an einen elektrischen Transistor weitergegeben. Das ist ein ganz winziges Metallteilchen, dass den Zustand „An“ (Flip) oder „Aus“ (Flop) speichern kann. Und die dafűr benötigte Energie entstammt nicht den Laufimpuls der Muskeln unseres Fußes, sondern aus dem Strom aus der Steckdose. Der Strom steuert sämtliche Vorgänge in den Mikrochips, mit denen der Computer reichlich bestückt ist. Ohne Chips kein Computer, denn es gäbe keine Speichermöglichkeiten.

Dieser Flip-Flop-Transistor bildet das Fundament des Computers. Ohne diesen Flipflop-Mechanismus würden viele Prozesse still stehen. Wahrscheinlich könnten wir einen Laptop noch nicht mal hochfahren.

Den Flip-Flop-Transistor nennt man fachsprachlich auch „bistabile Kippstufe“, weil der Transistor immer zwischen zwei Zuständen hin- und herkippt. Er kippt zwischen den simplen Zuständen „der Strom fließt“ (An) und „der Strom fließt nicht“ (Aus).  Wenn wir mit den Flipflops laufen, speichern diese nicht, wieviele Schritte wir gelaufen sind. Wir sehen höchstens Abnutzungserscheinungen an der Schuhsohle. Flip-Flop-Transistoren hingegen speichern jeden Schritt. Denn anhand der Schrittreihenfolge kann man erkennen, welche Informationen (An = 1, Aus = 0) in den Transistoren gespeichert worden sind.

Zur Erinnerung: Jede noch so kleinste Information auf dem Computer wird mit Nullen und Einsen abgespeichert, das primitive, aber sehr effektive Alphabet sämtlicher (sic!) Digitalisierungsprozesse.

Wenn der winzige Transistor auf der Chipkarte diese Binärzahlen einprägen soll, gibt ihm der Taktgenerator den Befehl in Stromimpulsen durch.

Fűr die Ziffer 0 bestimmt der Taktgenerator den Zustand „aus“. Für die Ziffer 1 hingegen  im Kontrast der Zustand „an“. Wenn der Taktgenerator also in einem Takt keinen Strom auf dem Chip durchfließen lässt, so weiß der Transistor, beispielweise das er die Ziffer Null speichern soll.  Das sind enorm viele elektrische Pfeile in einem Bruchteil einer Sekunde: An, An, Aus, An….oder: Flip, Flip, Flop, Flip.

Wird der Computer heruntergefahren und möchte man in einer späteren Sitzung auf gespeicherte Daten zurűckgreifen, so tastet der Prozessor dieses eingeprägte An-Aus-Muster der Transistorenkette auf dem Chip ab und stellt die Informationen zur Verfűgung.

 

 

IDE oder ATA?

Wer sich länger mit Computern beschäftigt, merkt, dass diese die witzigsten Abkürzungen für viele Hardware-Komponenten besitzen. IDE und ATA sind Synonyme für bestimmte Kabelsorten. Diese Kabel sehen anders aus als gewöhnliche Stromkabel, sie ähneln den weingummiartigen Schnüren aus der bunten Kiosk-Tüte.

ATA-Kabel
IDE- bzw. ATA-, Kabel

Diese Kabel übertragen vorallendingen eine Sache: Daten. Je schneller ein Rechner sein soll, umso mehr Daten muss er übertragen. Deswegen bestehen diese IDE/ATA-Kabel aus circa 40 nebeinander verklebten Kabeln. Die Kabel sind für den Transfer der Daten von den  Massenspeichern zu den restlichen Geräten auf dem Motherboard verantwortlich.

Ein Massenspeicher ist ein Gerät mit einem riesigen Speichervolumen, beispielsweise eine Festplatte oder die CD-ROM in einem Laufwerk. ATA-Kabel bilden also die Schnittstelle zwischen der Festplatte und den restlichen Computerelementen.

Für jeden Standrechner gibt es zwei ATA-Kabel und somit auch zwei Schnittstellen, die der Computer (hier auch Host genannt) ansteuern kann.  Da immer nur eines dieser bunte-Tüte-Kabel Daten übertragen kann, haben sich Ingenieurwissenschaftlerinnen eine hierarchische Abfolge ausgedacht: das Master und Slave – Prinzip. Das bedeutet, dass eine Schnittstelle die Chefin der Datenübertragung ist und die zweite Schnittstelle nur als untergordnete Mitarbeiterin arbeiten darf.

Die Master-Schnittstelle darf immer prioritär die Daten übertragen. Die Slave-Schnittstelle darf nur ein Datenbus innerhalb der ATA-Kabel weiterleiten, wenn die Master-Schnittstelle gerade nichts zu tun hat. Denn es gibt nur eine Buslinie, aber zwei Datenkabel. Der Slave muss immer zuerst Master fragen, ob er ebenfalls mit seinen Daten die Buslinie abfahren darf. Das unterwürfige Abfragen des Slave nennt sich polling. Ansonsten verteilt der Master verteilt einfach ungefragt Datenpakete an den Slave.

ATA bedeutet die fortgeschrittenere Version („Advanced Technology Attachment“) dieser Kabel, der Standard für Rechner im Jahr 2018. IDE ist die ältere Version („Integrated Device Electronics – ein fest im Computergehäuse integriertes Kabel). Über die Standardnorm, ob alle Rechner nur mit IDE- oder ATA-Schnittstellen verkauft werden sollten,  gab es damals viel Streit im amerikanischen Normenkontrollkommittee. ATA-Kabel-Befürworterinnen haben den Streit gewonnen und ihre Kabel sind auch noch heute in Laptops zu finden.

Integrierter Schaltkreis

Ein integrierten Schaltkreis kann man sich als eine Kette von winzigen kleinen Transistoren vorstellen, die sich alle an den Händen fassen und einen Kreis bilden. Durch diesen Schaltkreis pulsiert der Strom.  Jeder Transistor verarbeitet oder „schaltet“ also immer wieder die gleiche logische Verknüpfung.  Ein integrierter Schaltkreis arbeitet wie mit dem Domino-Effekt: In rasender Geschwindigkeit werden Stromimpulse weitergegeben.

Integrierte Schaltkreise findet man im Inneren von Siliziumchips. Schaltkreise lassen sich je nach Größe auf so einem Mikrochip integrieren. Auf der kleinsten Integrationsstufe Small Scale Integration hocken bis zu 100 Schaltkreis-Elemente auf einer Chip-Fläche von drei Millimetern. Auf diesen drei Millimetern lassen sich verknüpfte Logikgatter von mehr als 100 Transistoren finden. Auf der größte Integrationsstufe Very Large Scale Intergation hingegen haben sich  mehr als 100.000 Schaltkreis-Elemente auf einer Chip-Fläche von 3 Zentimetern angesiedelt .

Auf Englisch nennt sich der integrierte Schaltkreis integrated circuit,  mit der Abkürzung IC.

 

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Wafer

Wafer sind nicht-essbare Chips aus Silizium.

Ähnlich wie Waffeln (daher stammt tatsächlich der Name) haben Wafer oft eine kreisrunde Form. Damit bieten sie ein formidables Design für die Bestückung mit Transistoren. Transistoren braucht der Computer um Informationen durch den Binärcode zu speichern.  Die Siliziumkristalle werden auf Wafern so angeordnetet, dass sie als Scheiben als Träger für integrierte Schaltkreise dienen.

Wafer findet man auf der Motherboard.  Diese Scheiben sind etwa 1 Millimeter hoch, also sehr dünn. Durch mühevolle Arbeit können Wafer auch in quadratischen Form hergestellt werden.

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Die Schichten, aus denen ein Wafer besteht, sind wie Salamischeiben gestapelt angeordnet. Sie müssen spiegelglatt bis auf den Nanometer genau poliert und eben sein, damit sie ihre Funktion erfüllen können. Jedes falsch angeordnete Fremdatom könnten ihre Leitungsfunktion von Strom beschädigen. Ein Wafer wird deswegen mit einer Diamantsäge hergestellt, weil die Bearbeitung dieser dünnen Scheibchen so viel Präzision erfordern. Je kleiner ein Wafer, desto genauer müssen die Atome in den Kristallstrukturen angeordnet werden.

Der komplizierteste und filigranste Wafer ist der Prozessor.

Silizium

Silizium ist nach dem Sauerstoff der zweithäufigste Element der Erde. Kieselsteine und die Alpen bestehen aus Silizium, die Asphaltplatten des Bürgersteigs ebenfalls. Egal wo wir uns auf der Welt hinknien, in der Erde graben, und einen Stein unter unserer Hand ertasten: Silizium.

Meistens jedoch wird man Silizium nicht als reines Metall antreffen, sondern immer in Verbindung mit anderen Elementen. Obwohl Silizium so häufig anzutreffen ist, gibt es nur wenige Firmen, die ausschließlich reines Silizium herstellen. Das Produkt „Silizium“ bildet das physische Rückgrat der Digitalisierung. Jeder Mikrochip in unserem Smartphone, Tablet oder Laptop besteht aus dieser Steinsubstanz.

Silizium benutzt man für den Speicherplatz innerhalb von Computern. Dafür wird das reine Silizium in kleine Quadrate gepresst: Den Mikrochips. Damit der Mikrochip funktionsfähig ist, müssen auf ihm noch ein paar Atomen anderer Metalle hinzugefügt werden  (sogenannte „Fremdatome“).  Die Mikrochips werden mit Fremdatomen gezielt manipuliert, damit der Strom später auf dem Motherboard in die gewünschte Richtung fließt. Diesen Vorgang nennt man „Dotierung„. Ein dotierter Siliziumchip ist  beispielsweise ein Chip, auf dem Bor-Atome hinzugefügt wurden. Diese Atome zwingen durch ihre unterschiedlichen Spannungszustände dem Strom in einen bestimmten Takt und regulieren so die die Binärdatenspeicherung durch Transistoren.

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Alle elektronischen Vorgänge die innerhalb eines Computers stattfinden, alles was elektrische Spannungen und Ströme steuert und Ladungen verschieben lässt, wird erst möglich durch die Existenz von Silizium. Das Alleskönner-Metall ist das Öl des 21. Jahrhunderts.

 

Motherboard

Das Motherboard stellt den größte Bauteil im Computer dar.  Es ist eine kreischgrüne Platte mit rötlichen Stellpunkten. Das Motherboard kann man sich als Torso des Computers vorstellen. Die Platte trägt die Farbe grün, weil sie aus einem bestimmten Kunstharz besteht. Die Punkte sind rot, weil sie aus Kupfer dort eingeätzt wurden. Auf dem Motherboard werden alle wichtigen elektronischen Geräte gesteckt und sind dort miteinander verbunden – ähnlich wie in einem  menschlichen Körper die Komponenten Arme und Beine mit dem Blutkreislauf verbunden sind. Die Aufgabe des Motherboard besteht darin, dass sie den Strom zu allen weiteren Geräten weiterleitet, wie z.B. der Festplatte oder dem Prozessor.

Auf Deutsch nennt sich das Motherboard in altmodischer Manier „Hauptplatine“.

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Auf dem Motherboards findet man nicht nur Anschlüsse für die Welt im Inneren des Computers, sondern auch Anschlüsse für elektronische Geräte außerhalb des Computers. Periphere Komponentenverbindung heißen die schokoladenriegelförmig angeordneten Steckplätze für die Außenwelt.  Im Englischen ebenfalls mit dem Bandwurdnamen Peripheral Component Interconnect, kurz PCI übersetzt. Der PCI ist eine Buslinie mit Verbindung zu den externen Peripheriegeräten, das heißt der Maus oder der Tastatur. Ein PCI regelt den Stromimpulse für die Datentransfers, er stellt die Busline für die Verbindung zur Außenwelt dar. Die PCI ist also die Verbindung von Buxethude bis nach New York.