Lernressourcen Datenspeicherung – digibasics
Version 1.0
Prototyp zur Erprobung

Lernressourcen Datenspeicherung

Eindeutige Schlüssel

In der Informatik werden Schlüssel verwendet, um bestimmte Daten eindeutig zuordnen zu können. Das ist mit einem Hausschlüssel vergleichbar. Zum Haupteingang von jedem Haus gehört ein bestimmter Schlüssel. Dieser Schlüssel sollte einzigartig sein und nicht auch noch die Tür zu weiteren Häusern öffnen können.

In der Informatik soll jeder Datensatz (das Haus und sein ganzer Inhalt) einen eindeutigen Schlüssel (den Schlüssel zum Haus) haben.

Neun Häuser in einem Quadrat symbolisieren Datensätze. Jedes Haus hat einen Schlüssel in sich. Erste Reihe von links nach rechts: A1, B1, C1. Zweite Reihe von links nach rechts: A2, B2, C2. Dritte Reihe von links nach rechts: A3, B3, C3.
Jeder Datensatz (Haus) hat einen eindeutigen Schlüssel (Schrift) um ihn zu finden. Ganz ähnlich funktionieren zum Beispiel die Tabellen in Programmen wie Excel.

Eine Liste aller Schülerinnen und Schüler ist ein gutes Beispiel für einen Datensatz, in diesem Fall hat jedes Kind mindestens einen Vor- und Nachnamen und ein Geburtsdatum. Man kann den Vornamen nicht als Schlüssel benutzen, weil es zum Beispiel zwei Lisas geben kann. Auch der Nachname ist nicht eindeutig, es kann vorkommen, dass mehrere Kinder den gleichen Nachnamen haben. Und sogar beim Geburtsdatum kann zweimal dasselbe vorkommen.

Deswegen wird in der Datenbank jedem Kind ein eindeutiger Schlüssel zugeordnet, zum Beispiel eine Zahl in der Datenbank. Das kann so aussehen:

SchülernummerNachnameVornameGeburtsdatum
0001MüllerLisa06.04.2010
0002SchmidAnna22.09.2010
0003MalerHelen08.03.2010
0004MaurerLuisa15.11.2010
0005MüllerFritz11.07.2010
0006MüllerFranz11.07.2010
0007MusterLars03.03.2010
0008ForsterKarl23.11.2010
0009BauerLisa12.12.2010

Jetzt hat jedes Kind einen eindeutigen Schlüssel (Schülernummer).

In unserem Alltag begegnen uns immer wieder eindeutige und nicht eindeutige Schlüssel. Die Kreditkartennummer ist zum Beispiel eindeutig, genau wie die Passnummer oder die IBAN-Nummer. Die Postleitzahl ist aber nicht eindeutig. Zwei Nachbardörfer können sich zum Beispiel eine Postleitzahl teilen.

Beispiele für Schlüssel in der Datenspeicherung

Nicht nur bei der Datenspeicherung sind eindeutige Adressen sehr wichtig. Das offensichtlichste Beispiel ist das Internet. Jede Internetseite hat eine Internetadresse. Die nennt man Domain (Deutsch auch Domäne genannt). Jede Domain ist einzigartig und wird von einer offiziellen, zentralen Stelle vergeben. Dadurch kann der Internetbrowser erst die richtige Internetseite anfordern.

Aus Domains kann man oft vieles herauslesen. Die Internetseite «digibasics.ch» hat beispielsweise rechts vom Punkt ein Länderkürzel. Die sogenannte Top-Level-Domain muss dabei nicht immer ein Land angeben. In diesem Fall deutet das «.ch» auf eine Schweizer Seite hin. Insbesondere bei Institutionen in den USA werden die Top-Level-Domains «.gov» (government / Regierung) oder «.edu» (education / Bildung ) verwendet.

Server, auf denen die Daten von Websites gespeichert werden, haben auch noch eine andere Adresse: Mit der IP-Adresse können an das Internet angeschlossene Geräte eindeutig identifiziert werden. Mit der IP-Adresse können Computer überhaupt miteinander kommunizieren.

Ein Computer der mit einem Server kommuniziert. Unterhalb des Servers ist die IP-Adresse (wird von Geräten genutzt) und die Domain digibasics.ch (wird von Menschen genutzt) angegeben.
Computer und andere Geräte benutzen im Internet die IP-Adresse (hier 91.205.148.250) um sich zu identifizieren. Menschen benutzen die Domain (hier digibasics.ch) um die richtige Internetaddresse zu finden. Beide Angaben sind Adressen, die im Internet benutzt werden.

Aber auch Datenbanken brauchen eindeutige Adressen. In einem Excel-Dokument braucht jede einzelne Zelle (also jedes Feld) eine eindeutige Adresse. In Excel sehen diese Adressen ähnlich aus wie beim Schiffeversenken. Es gibt A1, B9, aber auch WWV728. Wenn mehrere Felder gleichzeitig markiert werden, sieht das so aus: «A13:B22». In dem Fall sind alle Zellen von A13 (dem obersten linken Feld) bis B22 (dem untersten rechten Feld) ausgewählt.

Volatile und non-volatile Speicher

Manchmal kommt es vor, dass das Formular, das im Internet ausgefüllt wurde, wieder leer ist, nachdem die Seite neu geladen wurde. Besonders bei Mobiltelefonen liegt das meistens daran, dass die betreffenden Informationen nur im Arbeitsspeicher abgelegt wurden. Der Arbeitsspeicher ist einer der wichtigsten Speicher eines Computers. Er speichert Daten ab, die gerade verarbeitet werden. Zum Beispiel alle geöffneten Internetseiten oder all die Modelle und Texturen eines Videospiels. Da der Arbeitsspeicher für den Computer wichtig ist, werden Dateien, die nicht mehr benötigt werden, wieder daraus gelöscht. Wenn zum Beispiel die Szene des Films fertig ist, wird sie im Arbeitsspeicher nach und nach durch die nächste Szene ersetzt. Wird das Programm, das den Film abgespielt hat, geschlossen, werden die Daten des Programms aus dem Arbeitsspeicher gelöscht.

Durch den Arbeitsspeicher muss man also weniger lange warten, um am Computer beispielsweise Bilder oder Videos anzuschauen oder Videospiele zu spielen.

Wieso haben die Geräte also nicht mehr Arbeitsspeicher? Ganz einfach: Arbeitsspeicher (RAM, Abkürzung für Random Access Memory) ist teuer und er verbraucht Strom, solange etwas in ihm gespeichert ist. Gibt es einen Stromausfall, sind die nicht gespeicherten Änderungen am Word-Dokument plötzlich verschwunden. Weil die Daten ohne Strom verschwinden, nennt man den Arbeitsspeicher volatil, also leicht vergänglich.

Neben dem Arbeitsspeicher gibt es auch einen non-volatilen Speicher. Also solchen, der keinen Strom verbraucht, um gespeicherte Daten zu behalten. Das reicht vom Magnetband über CDs, DVDs, USB-Sticks und Festplatten bis zur SSD (Solid State Drive). All diese Speicher sind günstiger als der Arbeitsspeicher und können Daten langfristig speichern. Dafür sind sie langsamer.

Früher war der Geschwindigkeitsunterschied grösser. Auf einer Kassette musste zurückgespult werden. Eine CD oder DVD braucht dafür viel weniger lang und eine moderne SSD ist noch schneller. Besonders seit sich SSDs stärker durchsetzen, starten Computer immer schneller auf.

Zusammenfassung

Eine Gegenüberstellung von volatilen und non-volatilen Speichern. Unter den volatilen Speichern stehen die Punkte: schnell, teuer, braucht Strom. Unter den non-volatilen Speichern stehen die Punkte: langsam, behält Daten auch ohne Strom.
  • Volatile Speicher sind sehr schnelle Speicher.
  • Volatile Speicher brauchen Strom, um Daten gespeichert zu halten.
  • Der schnellste Speicher in einem Computer ist normalerweise der Arbeitsspeicher.
  • SSDs gehören zu den schnellsten non-volatilen Speichern.
  • Festplattenlaufwerke sind auch schnell, aber etwas langsamer als eine SSD.
  • USB-Sticks sind auch sehr schnell, brauchen aber mehr Zeit, um Daten zu übertragen, weil sie externe Speicher sind.