In diesem Modul verstehst du, wie Computer Daten intern organisieren, welche Arten von Dateien existieren, wie Dateisysteme strukturiert sind und was ein Betriebssystem auf tieferer Ebene leistet.
Jede Information im Computer wird letztlich als Folge von Nullen und Einsen gespeichert. Die kleinste Einheit heißt Bit (0 oder 1). Acht Bits zusammen bilden ein Byte, das eine einzige Zeichenstelle speichern kann — etwa einen Buchstaben oder eine Ziffer.
Das Wort „A" wird im Computer als 01000001 gespeichert — 8 Bits = 1 Byte. Der Buchstabe „z" entspricht 01111010.
Aus diesen einfachen Grundbausteinen entsteht alles: Texte, Bilder, Töne, Videos und sogar ganze Programme.
1 Byte = 8 Bit
1 KB = 1.000 Byte
1 MB = 1.000 KB
1 GB = 1.000 MB
1 TB = 1.000 GB
SMS: ~1 KB
Foto: ~3–5 MB
Song (MP3): ~4 MB
Film (HD): ~4–8 GB
Festplatte: ~1–4 TB
Eine Datei ist eine benannte, zusammengehörende Sammlung von Daten, die dauerhaft auf einem Speichermedium abgelegt ist. Das Betriebssystem verwaltet Dateien über Metadaten — das sind Informationen über die Datei.
Der Name identifiziert die Datei im Ordner. Er kann Buchstaben, Zahlen und viele Sonderzeichen enthalten, aber kein / \ : * ? " < > |
Die Erweiterung hinter dem Punkt zeigt den Dateityp an. Sie bestimmt, welches Programm die Datei öffnen kann und wie die Daten interpretiert werden.
Gemessen in Bytes. Die tatsächliche Größe auf der Festplatte ist oft etwas größer, weil Dateisysteme in Blöcken speichern.
Dazu gehören: Erstellungsdatum, Änderungsdatum, Zugriffsrechte und der Eigentümer. Diese Infos werden in einer speziellen Tabelle gespeichert.
Aufbau eines Dateinamens:
mathe_hausaufgaben.docx
Blau = frei wählbarer Name | Rot = Trennzeichen | Grün = Typ/Endung
Unter Windows werden Dateiendungen oft ausgeblendet. Das kann gefährlich sein: Eine Schadsoftware könnte als foto.jpg.exe getarnt sein und so wie ein harmloses Foto wirken.
Dateien werden in Ordnern (Verzeichnissen) organisiert. Ordner können weitere Ordner enthalten — so entsteht eine hierarchische Baumstruktur. An der Wurzel steht das Stammverzeichnis.
Unter Windows heißt dieses Stammverzeichnis C:\. Unter Linux und macOS ist es einfach / (Schrägstrich).
Der vollständige Weg zu einer Datei heißt Pfad. Er beschreibt Schritt für Schritt, welche Ordner man öffnen muss, um die Datei zu finden.
Man unterscheidet zwei Arten von Pfaden:
Beginnt immer beim Stammverzeichnis und gibt den vollständigen Weg an. Er funktioniert von jedem Ausgangspunkt.
Beginnt beim aktuellen Ordner. Der Ausdruck .. bedeutet „gehe einen Ordner nach oben".
Absoluter Pfad:
Relativer Pfad (wenn man in Dokumente\ ist):
Dateien brauchen ein physisches Medium, das Daten dauerhaft hält. Die verschiedenen Speichermedien unterscheiden sich in Geschwindigkeit, Kapazität, Langlebigkeit und Kosten.
| Medium | Typ | Kapazität | Lese-Geschw. | Besonderheit |
|---|---|---|---|---|
| 💾 HDD (Festplatte) | Magnetisch | 500 GB – 20 TB | 100–200 MB/s | Günstig pro GB, mechanisch, empfindlich gegenüber Erschütterungen |
| ⚡ SSD | Flash-Chips | 256 GB – 8 TB | 500–7.000 MB/s | Sehr schnell, keine Mechanik, teurer, kürzere Lebensdauer |
| 🔌 USB-Stick | Flash | 4 GB – 1 TB | 30–400 MB/s | Portabel, praktisch, aber anfällig für Datenverlust |
| 💿 DVD | Optisch | 4,7 – 8,5 GB | ~22 MB/s | Unveränderlich, Langzeitarchivierung möglich |
| ☁️ Cloud | Netzwerk | Nahezu unbegrenzt | Abhängig vom Internet | Von überall zugänglich, Datenschutz beachten |
| 💳 SD-Karte | Flash | 2 GB – 1 TB | 100–300 MB/s | In Kameras und Handys; Klassen-Standard (A1, A2, V30 …) |
RAM (Arbeitsspeicher) ist flüchtig — nach dem Ausschalten sind die Daten weg. Festplatte, SSD und USB-Stick sind dauerhaft (nicht-flüchtig).
Primärspeicher (RAM, Cache) ist sehr schnell aber teuer. Sekundärspeicher (HDD, SSD) ist langsamer aber günstiger und dauerhaft.
Mindestens 3 Kopien der Daten auf 2 verschiedenen Medien, wovon 1 sich an einem anderen Ort befindet (z.B. Cloud).
Die Dateiendung teilt dem Betriebssystem mit, wie die gespeicherten Bytes zu interpretieren sind. Dieselben Bytes können je nach Format als Text, als Bild oder als Ton erscheinen.
Enthalten lesbare Zeichen. Einfache Textdateien (.txt) haben keine Formatierung. Formatierte Dokumente (.docx, .odt) speichern auch Schriftart, Farbe und Struktur.
Rastergrafiken speichern einzelne Pixel (.jpg, .png). Vektorgrafiken speichern mathematische Kurven und skalieren verlustfrei (.svg).
Verlustbehaftet: MP3 entfernt Frequenzen, die das menschliche Ohr kaum wahrnimmt — kleiner, aber nicht identisch mit dem Original. Verlustfrei: FLAC komprimiert ohne Qualitätsverlust.
Videos enthalten Video- und Audiodaten gleichzeitig in einem Container-Format. Der Codec (H.264, H.265) bestimmt, wie komprimiert wird. Höhere Kompression = kleiner, aber weniger Qualität.
Enthalten Maschinencode, den der Prozessor direkt ausführen kann. Plattformabhängig: .exe läuft nur unter Windows.
Mehrere Dateien werden zusammengefasst und komprimiert. Das ZIP-Format ist der weltweite Standard. 7z und RAR bieten bessere Kompression.
Ein Rasterbild besteht aus einem Raster kleiner Farbpunkte — den Pixeln. Die Auflösung gibt an, wie viele Pixel pro Zoll vorhanden sind (DPI = Dots Per Inch). Vergrößert man das Bild zu stark, sieht man die einzelnen Pixel als „Treppenstufen" — man spricht von Verpixelung.
Ideal für: Fotos, komplexe Farbverläufe
Eine Vektorgrafik besteht aus mathematischen Formeln, die Linien, Kurven und Flächen beschreiben. Sie lässt sich ohne Qualitätsverlust beliebig skalieren — vom Briefmarken-Format bis zur Plakatwand.
Ideal für: Logos, Icons, Schriften, technische Zeichnungen
| Eigenschaft | .jpg | .png |
|---|---|---|
| Transparenz | ❌ Nein | ✅ Ja |
| Kompression | Verlustbehaftet | Verlustfrei |
| Dateigröße | Kleiner | Größer |
| Geeignet für | Fotos | Logos, Screenshots |
| Qualitätsverlust bei Bearbeitung | Ja (Generationenverlust) | Nein |
Das GIF-Format unterstützt zwar Transparenz und Animationen, ist aber auf 256 Farben begrenzt. Für moderne Animationen im Web wird daher meist WebP oder APNG verwendet.
Ein 12-Megapixel-Foto hat 12 Millionen Pixel. Bei einer Auflösung von 4000 × 3000 Pixeln ergibt sich: 4.000 × 3.000 = 12.000.000 Pixel = 12 MP.
Komprimierung reduziert die Dateigröße, indem redundante (mehrfach vorhandene) Daten platzsparender codiert werden. Es gibt zwei grundlegende Ansätze:
Die Originaldaten können exakt wiederhergestellt werden. Das Verfahren findet Muster und codiert sie kürzer. Beispiel: „AAABBBCCCC" → „3A3B4C".
Wird genutzt bei: .zip, .png, .flac, .pdf
Daten, die das menschliche Auge oder Ohr kaum wahrnimmt, werden dauerhaft entfernt. Das Original ist nicht mehr vollständig rekonstruierbar, aber die Datei wird viel kleiner.
Wird genutzt bei: .jpg, .mp3, .mp4
Wenn du eine bereits komprimierte JPEG-Datei erneut speicherst, verlierst du jedes Mal ein wenig Qualität — dies nennt man Generationenverlust. Für Bildbearbeitung daher immer mit PNG oder im RAW-Format arbeiten.
Ziehe die Dateien in die richtige Kategorie. Du kannst die Felder auch antippen.
Ein Dateisystem ist die Methode, mit der ein Betriebssystem Dateien auf einem Speichermedium organisiert, benennt und abruft. Es legt fest, wie Verzeichnisse angelegt werden, wie viel eine Datei maximal groß sein darf und wie der freie Speicher verwaltet wird.
| Dateisystem | Betriebssystem | Max. Dateigröße | Besonderheit |
|---|---|---|---|
| FAT32 | Alle (universell) | 4 GB | Sehr kompatibel, aber 4-GB-Grenze — problematisch für große Videodateien |
| exFAT | Alle (modern) | 16 EB | Nachfolger von FAT32 für USB-Sticks; keine 4-GB-Grenze |
| NTFS | Windows | 16 EB | Unterstützt Zugriffsrechte, Verschlüsselung und Kompression auf Dateiebene |
| ext4 | Linux | 16 TB | Standard unter Linux; sehr stabil, mit Journaling (Fehlerprotokoll) |
| APFS | macOS / iOS | 8 EB | Optimiert für SSDs; unterstützt Snapshots und Klone |
Moderne Dateisysteme führen ein Journal — eine Art Protokollbuch. Fällt der Strom aus, kann das Dateisystem anhand des Journals den unterbrochenen Schreibvorgang rückgängig machen und bleibt konsistent.
Festplatten speichern Daten in festen Einheiten (z.B. 4 KB). Eine 1-Byte-Datei belegt trotzdem 4 KB auf der Festplatte. Das ist der Grund, warum die angezeigte Größe oft von der tatsächlichen abweicht.
Beim Formatieren wird ein Dateisystem auf ein Speichermedium geschrieben. Dabei werden alle vorhandenen Daten gelöscht. Deshalb muss man vor dem Formatieren ein Backup machen.
Das Betriebssystem (OS) ist das fundamentale Programm, das alle Ressourcen eines Computers verwaltet und anderen Programmen eine einheitliche Schnittstelle zur Hardware bietet. Ohne OS wäre kein anderes Programm lauffähig.
Das OS kommuniziert über Treiber mit Hardware-Komponenten (Grafikkarte, Tastatur, Drucker). Es abstrahiert die Hardware, sodass Programme nicht für jede Komponente separat programmiert werden müssen.
Ein Prozess ist ein laufendes Programm. Das OS teilt jedem Prozess CPU-Zeit und Arbeitsspeicher zu. Multitasking ermöglicht es, scheinbar mehrere Programme gleichzeitig auszuführen.
Das OS stellt dem Nutzer und den Programmen das Dateisystem zur Verfügung. Es regelt, wer Dateien lesen, schreiben oder ausführen darf — über ein System von Zugriffsrechten.
Mehrere Benutzerkonten können auf einem Computer existieren. Das OS trennt ihre Daten und Rechte. Administratoren haben mehr Rechte als normale Benutzer.
Das OS steuert alle Netzwerkverbindungen: WLAN, Ethernet, Bluetooth. Es vergibt IP-Adressen und verwaltet Verbindungen zu anderen Geräten und dem Internet.
Das OS schützt das System durch Passwörter, Verschlüsselung und Firewalls. Es verhindert, dass Programme auf Speicherbereiche anderer Programme zugreifen.
Von Microsoft entwickelt, seit 1985. Mit ca. 73 % Marktanteil das weltweit dominante Desktop-Betriebssystem. Es ist auf nahezu jedem Büro- und Schulcomputer vorinstalliert. Die aktuelle Version ist Windows 11.
Von Apple entwickelt. Läuft ausschließlich auf Apple-Hardware (Mac, MacBook). Bekannt für nahtlose Integration mit iPhone und iPad. Basiert technisch auf dem Unix-Standard, wie auch Linux.
Kostenlos und quelloffen (Open Source). Der Quellcode ist für alle einsehbar und veränderbar. Es gibt viele Distributionen: Ubuntu, Debian, Fedora. Linux läuft auf ~96 % aller Webserver weltweit.
Der Quellcode (der lesbare Programmiercode) ist öffentlich einsehbar. Jeder kann Fehler entdecken, melden oder selbst beheben. Das Gegenteil ist proprietäre Software (closed source), bei der der Code geheim bleibt.
Android — das meistgenutzte Smartphone-Betriebssystem — basiert auf dem Linux-Kernel. Auch Smartwatches, Smart-TVs, Router und sogar der Fahrzeugcomputer vieler Autos laufen auf Linux.
| Merkmal | 🪟 Windows | 🍎 macOS | 🐧 Linux |
|---|---|---|---|
| Entwickler | Microsoft | Apple | Community (Linus Torvalds, 1991) |
| Lizenz | Proprietär (kostenpflichtig) | Proprietär (kostenlos für Apple) | GPL — kostenlos, Open Source |
| Marktanteil Desktop | ~73 % | ~15 % | ~3 % Desktop, ~96 % Server |
| Stammverzeichnis | C:\ | / | / |
| Pfad-Trennzeichen | \ (Backslash) | / (Schrägstrich) | / (Schrägstrich) |
| Standard-Dateisystem | NTFS | APFS | ext4 |
| Befehlszeile | PowerShell, CMD | Terminal (bash/zsh) | Terminal (bash/zsh) |
| Typische Nutzer | Büro, Schule, Gaming | Design, Medien, Entwickler | Server, Wissenschaft, Entwickler |
| Viren-Angriffe | Häufig (wegen Verbreitung) | Selten | Sehr selten |
| Mobiles Pendant | Windows Mobile (eingestellt) | iOS (iPhone) | Android |
Der Kernel ist der Kern des Betriebssystems — das Programm, das direkt mit der Hardware kommuniziert. Linux, macOS, Android und iOS teilen alle einen Unix-ähnlichen Kernel. Windows hat einen eigenen, den NT-Kernel.
Die Kommandozeile (Terminal) ist ein textbasiertes Interface zum Betriebssystem. Statt auf Symbole zu klicken, gibt man Befehle als Text ein. Hier kannst du wichtige Befehle ausprobieren — klicke auf einen Befehl, um seine Funktion zu sehen:
← Klicke einen Befehl, um die Erklärung zu sehen.
Betriebssysteme regeln, wer auf welche Dateien zugreifen darf. Dieses System heißt Zugriffsrechteverwaltung. Es verhindert, dass ein Benutzer die Daten eines anderen lesen oder verändern kann.
Der Inhalt der Datei darf angezeigt werden, aber nicht geändert.
Der Inhalt der Datei darf geändert oder gelöscht werden.
Die Datei darf als Programm gestartet werden.
Unter Linux sieht eine Berechtigungsanzeige so aus: -rwxr-xr--
Das bedeutet: Eigentümer darf lesen/schreiben/ausführen, Gruppe darf lesen/ausführen, andere nur lesen.
| Kontoart | Rechte |
|---|---|
| Administrator / root | Vollständiger Zugriff, darf alles installieren und konfigurieren |
| Standardbenutzer | Darf nur eigene Dateien ändern, keine Systemänderungen |
| Gast | Sehr eingeschränkt, keine dauerhafte Speicherung |
In Schulnetzwerken ist dein Konto bewusst eingeschränkt. Das verhindert, dass Schüler unabsichtlich (oder absichtlich) das System beschädigen oder Programme installieren, die den Betrieb stören könnten.
Schadprogramme versuchen Zugriffsrechte zu umgehen. Viren fügen sich in andere Dateien ein, Trojaner tarnen sich als nützliche Programme, Ransomware verschlüsselt Dateien und erpresst Lösegeld.
Alle Daten im Computer sind letztlich Folgen von Bits (0/1). 8 Bits = 1 Byte. Größere Einheiten sind KB, MB, GB und TB, die je um den Faktor 1.000 steigen.
Eine Datei besteht aus einem Namen, einer Endung und Metadaten. Die Endung bestimmt den Typ und das Standardprogramm zum Öffnen.
Dateien werden in einem hierarchischen Verzeichnisbaum aus Ordnern organisiert. Der genaue Weg zu einer Datei heißt Pfad (absolut oder relativ).
Dateitypen: Text, Bild (Raster vs. Vektor), Audio, Video und Programm. Komprimierung kann verlustfrei (.zip, .png, .flac) oder verlustbehaftet (.jpg, .mp3, .mp4) sein.
Das Dateisystem (FAT32, NTFS, ext4, APFS) legt fest, wie der physische Speicher intern strukturiert wird. Es regelt Blockgrößen, Zugriffsrechte und Fehlertoleranz.
Das Betriebssystem verwaltet Hardware, Prozesse, Dateisystem, Benutzer und Netzwerk. Die drei dominanten Systeme sind Windows, macOS und Linux — mit unterschiedlichen Stärken und Dateipfad-Konventionen.
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