text: Die Insel Föhr (nordfriesisch Feer, dänisch Før) gehört zu den Nordfriesischen Inseln und zum Kreis Nordfriesland in Schleswig-Holstein. Föhr ist die größte und bevölkerungsreichste deutsche Insel ohne Landverbindung. Der Name Föhr und das friesische Pendant Feer sind vielfältig interpretiert worden. Die aktuelle etymologische Forschung geht davon aus, dass der Name Föhr einen maritimen Hintergrund hat. Eine weitere Deutung bezieht sich auf friesisch feer „unfruchtbar“. Geografie Föhr liegt südöstlich von Sylt, östlich von Amrum und nördlich der Halligen. Sie ist die fünftgrößte deutsche Insel und zweitgrößte deutsche Nordseeinsel. Unter den deutschen Inseln ohne Straßen- oder Bahnverbindung zum Festland ist Föhr die flächenmäßig größte Insel mit der höchsten Bevölkerungszahl. Föhr wird „die grüne Insel“ genannt, da sie durch ihre Lage im Windschatten von Amrum und Sylt vor den stürmischen Einflüssen der Nordsee relativ geschützt ist und sich daher die Vegetation gut entwickeln kann. Sie ist in Nord-Süd-Richtung bis zu 8,5 Kilometer breit und in Ost-West-Richtung 12,5 Kilometer lang und hat eine Fläche von 82,82 Quadratkilometern. Der Norden der Insel besteht aus Marschland, im Süden Föhrs befinden sich die Boowentaarpen und die höher gelegene Geest. Die höchste Erhebung liegt 13,2 Meter über Normalnull auf dem Geestrücken zwischen Nieblum und Midlum. Die Geest macht etwa zwei Fünftel der Gesamtfläche aus. Die meisten Ortschaften liegen dort. In der Marsch befinden sich zahlreiche Aussiedlerhöfe. Bis zur ersten Groten Mandränke 1362 war Föhr noch keine Insel, sondern Teil des Festlands. Mit der Nordsee war es durch tiefe Ströme verbunden. Südlich von Föhr verläuft heute die Norderaue; das Amrumtief liegt westlich, die Föhrer Ley östlich Föhrs. Föhr ist, wie auch die benachbarten Inseln, ein beliebtes Urlaubsziel. Vom Fährhafen Wyk zieht sich am Südrand bis etwa zur Mitte der Westküste ein 15 Kilometer langer Sandstrand. Nördlich und nordwestlich der Insel befindet sich die Schutzzone I des Nationalparks Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer. Föhr gehört zum Kreis Nordfriesland und hat 8.321 Einwohner (Stand: 31. Dezember 2020). Im Südosten der Insel liegt als einzige Stadt der Hauptort Wyk (Fering: bi a Wik), der ein staatlich anerkanntes Nordseeheilbad ist. Die 16 Inseldörfer verteilen sich auf elf Gemeinden. Wyk und alle Föhrer Gemeinden gehören zum Amt Föhr-Amrum. Klima Auf Föhr herrscht ein atlantisches, vom Golfstrom beeinflusstes Seeklima. Die Wintermonate sind gegenüber dem nordfriesischen Festland um durchschnittlich zwei Grad wärmer, die Sommermonate mit im Schnitt 17 Grad etwas kühler als auf dem Festland. Die Durchschnittstemperaturen betragen im August zwischen 14 und 19 °C, im Januar und Februar zwischen −1 und 3 °C. Föhr hat rund 4,6 Sonnenstunden pro Tag. Monatlich gibt es im Mittel zehn Regentage. Die durchschnittliche Niederschlagsmenge liegt bei etwa 800 Millimetern. Auf Föhr herrscht aufgrund der salzhaltigen Luft und der relativ starken Winde Reizklima. Im Jahresschnitt kam Föhr (Datenbasis: 08/2014–07/2019) auf 1.565 Sonnenscheinstunden pro Jahr. Sturmfluten Seit dem 17. Jahrhundert hat Föhr mehrere gefährliche Sturmfluten erlebt. Die schlimmsten fanden in Jahren 1634, 1717, 1825, 1962 und 1981 statt. Anstieg des Meeresspiegels Etwa drei Viertel der Insel liegen unter dem Meeresspiegel. Wyk auf Föhr liegt nur etwa 4 Meter über Normalhöhennull. Dadurch ist die Insel vom weltweiten Anstieg des Meeresspiegels infolge der globalen Erwärmung langfristig bedroht. Bisher war kein signifikanter Anstieg des Wasserstands zu erkennen; erwartet wird er ab der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts. Das Land Niedersachsen geht davon aus, dass der Meeresspiegel im Nordseebereich laut dem IPCC-Bericht des Weltklimarats von 2019 bis zum Jahr 2100 um 60 bis 110 cm steigen wird. Geschichte Bis zum Mittelalter Die höhergelegenen Geestkerne der nordfriesischen Inseln inmitten weiter Marschflächen lockten Menschen an, als zu Beginn der Jungsteinzeit der Wasserspiegel der Nordsee stieg. Auch auf Föhr zeugen Steingräber und zahlreiche Kleinfunde davon. In Wyk gibt es Besiedlungsspuren aus dem zweiten bis fünften Jahrhundert nach Christus. Als die Friesen im 7. Jahrhundert das heutige Nordfriesland besiedelten, befanden sich archäologischen Funden zufolge ihre ersten Niederlassungen auf Föhr. Die Insel hatte eine nordische Bevölkerung, erlebte durch die zuziehenden Friesen nun aber einen schnellen Bevölkerungszuwachs. Die recht große Anzahl skandinavischer Schmuckteile in Gräbern verraten, dass gleichzeitig enge Beziehungen zu Nordeuropa bestanden. Aus der Wikingerzeit sind mehrere Kreiswälle, darunter die sogenannte Lembecksburg, erhalten. Das 1231 verfasste Erdbuch des dänischen Königs Waldemar berichtet von zwei Föhrer Harden, Westerharde, zu der Westerland Föhr und Amrum gehörten, und Osterland Föhr. 1368 wechselte die Westerharde unter dem Ritter Klaus Lembeck, Amtmann von Ripen, zu den Holsteiner Grafen über. Im Januar 1400 ergab sich die Harde Königin Margarethe I. und blieb beim Amt Ripen. Bis 1864 war die Westerharde Teil der königlichen Enklaven und dem Königreich Dänemark direkt unterstellt, während Osterland Föhr mit Wyk zum Herzogtum Schleswig gehörte, seit es in den 1420er Jahren vom König abgefallen war. Gemeinsam mit der Wiedingharde, der Bökingharde, Strand und Sylt schloss Osterlandföhr 1426 mit Herzog Heinrich IV. von Schleswig die Siebenhardenbeliebung, die besagte, dass sie ihre Rechtsautonomie behalten durften. Das Marschland im Norden der Insel wurde 1523 als 22 Hektar großer Föhrer Marschkoog eingedeicht. Föhr seit der Reformation Von 1526 an wurde die Reformation evangelisch-lutherischer Konfession auf Föhr eingeführt, die 1530 abgeschlossen war. Mit dem Walfang brach für Föhr ein „goldenes“ Zeitalter an. Im 17. und 18. Jahrhundert wurden die holländischen und englischen Grönlandfahrer meistens mit Inselfriesen bemannt. Auf Föhr entstanden mehrere private Seefahrerschulen, in denen Pastoren und ehemalige Commandeure für geringe Gebühren im Winterhalbjahr Unterricht gaben. Ende des 18. Jahrhunderts lebten 1000 Seefahrer, darunter 150 Schiffsführer, auf der Insel. Noch heute sind kostbar ausgestattete Häuser der Commandeure in Nieblum und Süderende zu sehen. Die sogenannten „sprechenden Grabsteine“ auf den Friedhöfen der drei ältesten Föhrer Kirchen berichten ihre Lebensgeschichten. Doch mit dem Rückgang der Walbestände fuhren, wie überall in der Region, immer weniger Männer zur See. Die Bevölkerung wandte sich wieder der Landwirtschaft zu. Der Ort Wyk wurde im Jahr 1706 aus der Harde Osterlandföhr herausgelöst und erhielt den Status eines Fleckens. Ab 1842, als der dänische König Christian VIII. den Sommer auf Föhr verbrachte, kam die Insel als Kurort in Mode. So besuchte auf Einladung des Königs 1844 Hans Christian Andersen Wyk. Im Sommer 1862 war der Pianist und Komponist Anton Rubinstein auf Föhr, „um ein neues, größeres Werk zu vollenden.“ Ebenso weilte der dänische König Friedrich VII. zu dieser Zeit auf der Insel. 1878 wählte der Komponist Johann Strauß Sohn Wyk auf Föhr als Ziel seiner Hochzeitsreise mit seiner zweiten Frau Angelika Dittrich (1850 – 1919). Das jung vermählte Paar wohnte am Sandwall, von wo aus sich ein weiter Blick auf die Nordsee und auf die Kette der Warften von Hallig Langeness bot. Das Zusammenspiel von Meer, Natur, Wetter und Landschaft inspirierte den Künstler zur Komposition seines Walzers Nordseebilder. Während des Deutsch-Dänischen Krieges 1864 war der dänische Seeoffizier Otto Christian Hammer in Wyk Befehlshaber einer dänischen Flottille auf den Nordfriesischen Inseln. Es gelang ihm zunächst erfolgreich, überlegene preußisch-österreichische Marineverbände abzuwehren. Im Laufe des Krieges wurde er jedoch in Wyk von dem preußischen Leutnant Ernst von Prittwitz und Gaffron gefangen genommen, dem Wyk auf Föhr daraufhin die Ehrenbürgerwürde verlieh. 1867 wurden nach der Auflösung der Harden die Ämter Westerlandföhr und Osterlandföhr gebildet. Bei der Volksabstimmung in Schleswig im Jahr 1920 stimmten die drei Gemeinden Goting, Utersum und Hedehusum auf Westerland Föhr als einzige Gemeinden in der sogenannten Zone II mehrheitlich für einen Wechsel zum Staatsgebiet von Dänemark. Jedoch sprach sich in der Zone II insgesamt eine deutliche Mehrheit für den Verbleib bei Deutschland aus. Da die drei Gemeinden nicht direkt an der Grenze zu Dänemark lagen, blieben sie bei Deutschland. 1970 wurden die Ämter Wester- und Osterlandföhr zum Amt Föhr-Land vereinigt. Zum 1. Januar 2007 wurde das Amt Föhr-Land mit der Stadt Wyk auf Föhr und dem Amt Amrum zum Amt Föhr-Amrum vereinigt. Sprache und Kultur Auf Föhr wird von etwa 2.000 Einwohnern, insbesondere der Dörfer in Westerland Föhr, ein Dialekt der nordfriesischen Sprache gesprochen. Dieser Dialekt wird nach dem Namen der Insel Fering genannt. Damit bilden die Fering-Sprecher die größte Gruppe von Sprechern der nordfriesischen Sprache. Auf Osterland Föhr, besonders in Nieblum, wird seit dem 19. Jahrhundert eher Niederdeutsch, in Wyk nach Gründung der Stadt vor allem Niederdeutsch und heute Hochdeutsch gesprochen. Der ehemalige eigene Wyker Dialekt des Nordfriesischen, das Wyker Friesisch, ist ausgestorben. Darüber hinaus gibt es auf Föhr auch eine Dänisch sprechende Minderheit. Die Friesentracht wird von vielen Frauen, besonders in Westerland Föhr, zu besonderen Anlässen getragen. Auf Föhr werden verschiedene Volksbräuche gepflegt wie das Biikebrennen am 21. Februar und das Tamsen (auch Thamsen, nach dem Apostel Thomas), bei dem an jedem 21. Dezember junge Leute im Scherz Dinge verstecken, die sich drehen können. In der Weihnachtszeit gibt es, wie auf anderen nordfriesischen Inseln auch, einen speziellen Weihnachtsbaum, Kenkenbuum genannt. Am Silvesterabend gehen verkleidete Föhrer von Haus zu Haus. Auf Fering heißt dieser Brauch ütj tu kenknin, in Wyk Rummelrotje (siehe auch: Hulken). Bekannte Sagenfiguren der Insel sind die Oterbaankin (≈Unterirdische), die als Onerbäänkin auch auf Amrum und als Önereersken auf Sylt verbreitet sind. In den Jahrhunderten, als viele Föhrer Männer Walfänger waren, verbrachten sie den Winter auf Föhr. Die ledigen Seefahrer trafen sich dann am Nachmittag im Halbdunkeln, auf Fering: Hualewjonken. Heute ist das Hualewjonken ein gemütliches Beisammensein Gleichgesinnter. Mehrere Schriftsteller schrieben auf Fering, etwa die Wykerin Stine Andresen (1849–1927), deren Lyrik oft auf Föhr bezogen ist. Die Föhrerin Ellin Nickelsen schrieb in den 1980er Jahren die Erzählung Jonk Bradlep (deutsch: „Dunkle Hochzeit“). Siehe auch: Nordfriesische Literatur Die beiden Föhrer Museen haben kulturelle Schwerpunkte (siehe Sehenswürdigkeiten). Die international erfolgreiche Musikband Stanfour hat auf der Insel Föhr ihren Ursprung und unterhält dort ein eigenes Studio. Die Föhrer Folkband Kalüün wurde für ihre Lieder mit Preisen ausgezeichnet. Wirtschaft Föhr ist vor allem vom Tourismus abhängig. Seit 2010 wirbt Föhr für sich mit dem Slogan: Friesische Karibik. Das Beherbergungsgewerbe wird durch zahlreiche Gewerbebetriebe mit Dienstleistungsfunktion wie Fahrradverleihstationen und Käsereien ergänzt. Daneben gibt es dort zahlreiche landwirtschaftliche Betriebe, die teilweise ebenfalls Unterkünfte bieten. Diese Diversifizierung wird durch Mittel aus dem ELER-Programm gefördert. Seit dem Jahr 2009 wird auf der Insel auf inzwischen (2022) sechs Hektar Fläche Weinbau betrieben. Angebaut werden ausschließlich pilzwiderstandsfähige Rebsorten wie Solaris, Johanniter, Hibernal und Souvignier gris. Auf der Insel sind zahlreiche Handwerks- und Einzelhandelsbetriebe angesiedelt; im Wyker Hafen haben sechs Miesmuschelfischerboote und drei Krabbenkutter ihren Heimathafen. Föhr verfügt über niedergelassene Zahnärzte sowie Arztpraxen verschiedener Fachrichtungen. Seit 1893 gibt es in Wyk ein Krankenhaus, das an der medizinischen Grundversorgung von Föhr und Amrum mitwirkt. In Utersum befindet sich eine Rehabilitationsklinik, in Wyk außerdem die Nordseeklinik Westfalen. Bildung Auf Föhr gibt es sechs Kindergärten, davon vier in Wyk sowie je einen in Süderende und Midlum. Einzige Schule mit gymnasialer Oberstufe für die Inseln Föhr und Amrum ist die „Eilun Feer Skuul – Gymnasium & Gemeinschaftsschule Insel Föhr“ (deutsch: „Insel-Föhr-Schule“) in Wyk. Dort befinden sich außerdem eine Grundschule mit Förderzentrum und eine Dänische Schule, die als Gemeinschaftsschule bis zur achten Klasse führt. Eine weitere Grundschule gibt es in Süderende mit Außenstelle in Midlum. In Wyk befinden sich ferner eine Volkshochschule und eine Musikschule, die eine Bezirksstelle der Kreismusikschule Nordfriesland ist. Verkehr Vom Fährhafen Wyk aus verkehren mehrmals am Tag unabhängig von der Tide Fähren zum Festlandhafen Dagebüll und nach Wittdün auf der Nachbarinsel Amrum. Betreiber der Fährlinie ist die Wyker Dampfschiffs-Reederei Föhr-Amrum GmbH (W.D.R.) mit Sitz in Wyk auf Föhr. Während der Sommersaison werden Ausflugsfahrten zu den Halligen Langeneß, Gröde und Hooge sowie zur Insel Sylt (Hafen Hörnum) angeboten. Von Wyk aus bestehen Busverbindungen als Ringlinie mit oder gegen den Uhrzeigersinn in alle Dörfer der Insel Föhr. Die Insel ist über den Flugplatz Wyk auf Föhr per Flugzeug zu erreichen. Von diesem Flugplatz aus starten wetterabhängig täglich mehrere Rundflüge über das Wattenmeer, die Nachbarinseln und das nordfriesische Festland. Sehenswürdigkeiten Kirchen Auf der Insel befinden sich drei mittelalterliche, seit der Reformation evangelische Kirchen aus dem 12. und 13. Jahrhundert – in Wyk-Boldixum die Kirche St. Nicolai, in Nieblum die Kirche St. Johannis und in Süderende die Kirche St. Laurentii. Auf den dazugehörigen Friedhöfen finden sich die sogenannten Sprechenden Grabsteine, die ganze Lebensgeschichten erzählen und teilweise bebildert sind. Archäologie Die Monklembergen mehrere Hügelgräber nordwestlich von Wyk zeugen von einer Besiedelung der Insel während der Bronzezeit. Heute lassen sich noch 17 dieser alten Grabmonumente besichtigen; sie liegen vor allem im Südwesten der Insel. Bei Borgsum befindet sich zudem die Lembecksburg, ein grasbewachsener Ringwall aus der Zeit der Völkerwanderung mit 95 Metern Durchmesser und acht Metern Ringhöhe. Der Sage nach soll hier im Mittelalter der Ritter Klaus Lembeck als Statthalter des dänischen Königs residiert haben. Museen In Wyk liegt das Friesenmuseum (eigentlich Dr.-Carl-Häberlin-Museum), das sich der Wahrung und Vermittlung friesischer Kulturgeschichte widmet, es wurde 1908 eröffnet. In Alkersum befindet sich das 2009 eröffnete Museum Kunst der Westküste, das in wechselnden Ausstellungen internationale klassische und zeitgenössische Kunst zum Thema „Meer und Küste“ präsentiert. Ein privates Heimatmuseum in Oevenum widmete sich von 1993 bis zur Schließung 2011 der Geschichte der Landwirtschaft und dem Leben auf der Insel. Die Sammlung ist jedoch erhalten und wurde in den Bestand des Friesenmuseums überführt. Windmühlen Auf Föhr befinden sich des Weiteren fünf Windmühlen, davon zwei in Wyk (die Galerieholländerwindmühle Venti Amica von 1879 im Stadtgebiet und eine Bockwindmühle von der Hallig Langeneß im Außenbereich des Friesenmuseums), dazu jeweils eine in Wrixum (Osterwindmühle, achtkantiger Erdholländer, 1850–1960 in Betrieb), Borgsum (Borigsem, achtkantiger Galerieholländer von 1992 nach Brand des Vorgängerbaus) und Oldsum (achtkantiger Galerieholländer von 1901). Bis auf die Bockwindmühle und die Mühle in Wrixum (Museum und Restaurant) befinden sich die Mühlen in Privatbesitz. Vogelkojen Sechs Vogelkojen findet man in der Marsch im Norden der Insel. Zu ihnen zählen die neue sowie die alte Oevenumer Vogelkoje, die zu Midlum gehörende Ackerumer Vogelkoje, die Borgsumer, die Oldsumer und die Boldixumer Vogelkoje. Letztere kann man besichtigen. Wattenmeer Auch das gesamte Wattenmeer (als Nationalpark Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer seit 2009 UNESCO-Weltnaturerbe) gilt als Sehenswürdigkeit. Vor allem das Vorland nördlich des Inseldeiches, aber auch die übrigen Wattflächen bieten Rast- und Futterplätze für viele Arten von Seevögeln. So findet man dort zahlreiche Austernfischer, Eiderenten und Brandgänse. Während des Vogelzuges fallen außerdem große Schwärme von Zugvögeln auf Föhr und den umliegenden Inseln ein. Gelegentlich, insbesondere nach schweren Winterstürmen, können Seehunde am Strand angetroffen werden. Der Südstrand der Insel zwischen Wyk und Utersum ist ein beliebter Badestrand. Von den Fremdenverkehrsämtern werden geführte Wattwanderungen, zum Beispiel zur Nachbarinsel Amrum, angeboten. Wyk auf Föhr Als weitere Wyker Sehenswürdigkeiten gelten der Glockenturm (erbaut 1886) sowie die Seepromenade Sandwall. Eine Wyker Inseltradition ist der "Klingelmann", der seit dem 19. Jh. mit seiner Gloecke etwa bei Todesfällen, Hochzeiten oder den Abfahrten von großen Schiffen durch die Insel zog. Vermutlich am 16. September 2023 ist der Klingelmann tödlich verunglückt. Galerie Persönlichkeiten Knudt Kloborg (1949–2023), „Klingelmann“, bekanntes Wyker Original Siehe auch Deutsche Inseln Friesische Inseln Literatur Nicole Funck und Michael Narten: Reise Know-How Reiseführer Föhr, Reise Know-How Verlag, Bielefeld 2022, ISBN 978-3-8317-3598-3. Roland Hanewald: Reise Know-How Föhr. Reise Know-How, Bielefeld 2015, ISBN 978-3-8317-2617-2. Margot und Nico Hansen (Hrsg.): Föhr. Geschichte und Gestalt einer Insel. Hansen & Hansen, Münsterdorf 1971. Othmar Kyas: Föhr neu entdecken: Insel, Orte, Originale. Delius Klasing, Bielefeld 2019, ISBN 978-3-667-11507-2. Karsten Kjer Michaelsen: Politikens bog om Danmarks oldtid (= Politikens håndbøger.) Politiken, Kopenhagen 2002, ISBN 87-567-6458-8, S. 137 Karin de la Roi-Frey, Hans Joachim Kürtz: So schön ist Föhr. Ellert & Richter, Hamburg 2017, ISBN 978-3-8319-0679-6. Kai H. Thiele: Empfindsame Reise: Die Fahrt des Dichters Hans Christian Andersen zur königlichen Sommerresidenz in Wyk auf Föhr im Sommer 1844. Verlag Husum, 2011, ISBN 978-3-89876-541-1. Harry Kunz, Thomas Steensen: Föhr Lexikon. Wachholtz, Neumünster 2013, ISBN 978-3-529-05523-2. Hanne & Ray Eighteen, föhrklingelt - Der Klingelmann Knudt erzählt aus seinem Leben. Wyk auf Föhr, ISBN 978-3-927045-22-4 Weblinks Offizieller Internetauftritt des Amtes Föhr-Amrum Schutzstation Wattenmeer auf Föhr Einzelnachweise Insel (Schleswig-Holstein) Insel (Europa) Insel (Nordsee) Insel (Nordfriesische Inseln) Geographie (Kreis Nordfriesland)


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text: Eine formale Sprache ist eine abstrakte Sprache, bei der im Unterschied zu natürlichen Sprachen oft nicht die Kommunikation im Vordergrund steht, sondern die Definition und Anwendung formaler Systeme im engeren Sinn und der Logik im weiteren, allgemeinen Sinn. Eine formale Sprache besteht aus einer bestimmten Menge von Symbolketten (im Allgemeinen Zeichenketten) („Wörter“ der Sprache), die aus einem Zeichen-/Symbolvorrat („Alphabet“, Grundsymbole) zusammengesetzt werden können. Während die Logik die Begrifflichkeit "Formale Sprache" untersucht, finden formale Sprachen z. B. in der Mathematik, in der Linguistik und der theoretischen Informatik eine praktische Anwendung. Formale Sprachen eignen sich zur (logisch) präzisen Beschreibung des Umgangs mit Zeichenketten. So können zum Beispiel Datenformate oder ganze Programmiersprachen spezifiziert werden. Zusammen mit einer formalen Semantik erhalten die definierten Zeichenketten eine (logische) Bedeutung. Bei einer Programmiersprache kann damit einer Programmieranweisung (als Teil der formalen Sprache) ein eindeutiges Maschinenverhalten (als Teil der Semantik) zugeordnet werden. Aufbauend auf formalen Sprachen können aber auch Logikkalküle definiert werden, mit denen mathematische Schlüsse gezogen werden können. In Verbindung mit formal definierten Programmiersprachen können Kalküle helfen, Programme auf ihre Korrektheit zu überprüfen. Definition Eine formale Sprache über einem Alphabet ist eine Teilmenge der Kleeneschen Hülle des Alphabets: . Ein Alphabet legt die Zeichen fest, aus denen ein Wort der Sprache gebildet werden kann. Zum Beispiel kann man die Dezimaldarstellung jeder natürlichen Zahl aus dem Alphabet bilden. Alle aus einem gegebenen Alphabet beliebig bildbaren Wörter mit endlicher Länge (Länge 0 oder länger), deren jeder einzelne Buchstabe Element von ist, diese größtmögliche Wortmenge zum Alphabet , nennt man die Kleenesche Hülle des Alphabetes , kurz . Eine formale Sprache über einem Alphabet ist also eine bestimmte Teilmenge der Kleeneschen Hülle ihres Alphabets – im Allgemeinen ist also nicht jede beliebige Zeichenkombination ein gültiges Wort der Sprache. Formale Sprachen können leer, endlich oder unendlich sein; maximal können sie die gesamte Kleenesche Hülle ihres Alphabetes umfassen. Sie können über eine mathematische Bedingung an ihre Wörter definiert sein: „Die Sprache ... ist die Menge aller Wörter, für die gilt ...“. Die in der theoretischen Informatik auftretenden Sprachen sind jedoch meistens spezieller durch ein bestimmtes Ersetzungsverfahren definiert – Regeln, wie die Alphabet-Zeichen kombiniert sein/werden dürfen. Von den Ersetzungsverfahren gibt es verschiedene Typen: Semi-Thue-Systeme, Chomsky-Grammatiken, Lindenmayer-Systeme u. a. Bei solchen Ersetzungsverfahren geht man beispielsweise von einer spezifischen Start-Zeichenkette aus, die man durch wiederholte („rekursive“) Anwendung der Regeln (Text-Ersetzungen) schrittweise in Wortgebilde überführt, die dann als ganzes, oder nur ein vorgegebener Abschnitt davon, als Wörter der Sprache gelten. Man redet hier auch von generativen Grammatiken, weil die Wörter einer Sprache über solche Textsubstitutionen schrittweise erzeugt werden. Umgekehrt kann man Sprachen auch definieren als die Menge aller Wörter, aus denen (über das Ersetzungsverfahren der Sprache) ein bestimmtes vorgegebenes Wort oder eines von mehreren vorgegebenen Wörtern erzeugbar ist. („Es gehört alles zur Sprache, was sich über die Regeln auf ... zurückführen lässt.“) Abgrenzung von natürlichen Sprachen Mit Hilfe formaler Sprachen können auch natürliche Sprachen modelliert werden, vor allem deren Syntax. Beim Vergleich formaler Sprachen mit natürlichen Sprachen ist aber zu beachten, dass natürliche Sprachen oberhalb der elementaren Laut-Zeichen mindestens die zwei übereinander liegenden Hierarchieebenen des Wortes und des Satzes besitzen. Die Regeln für deren Aufbau trennt man gewöhnlich in Morphologie zum einen und in Syntax zum anderen. In formalen Sprachen dagegen liegt über dem elementaren Alphabet-Zeichen oft nur die eine Hierarchieebene des formalen Wortes, man redet im Hinblick auf den Bau der Wörter formalsprachlich von Syntax. Wenn eine natürliche Sprache mittels einer formalen modelliert wird, dann werden also die Sätze der natürlichen Sprache in formalsprachlicher Betrachtung Wörter genannt. Beispiele Die Programmiersprache C ist eine formale Sprache. Die Wörter von C sind die jeweiligen Programme. Das Alphabet von C sind die Schlüsselwörter und Zeichen, die in der Definition von C festgelegt sind. Die natürlichen Zahlen in unärer Darstellung: Die unäre Sprache über , die nur Wörter quadratischer Länge enthält: Die Sprache, die s gefolgt von s enthält: Die Sprache, die s gefolgt von s gefolgt von s enthält: Die Sprache aller Palindrome: , wobei die Spiegelung des Wortes ist. Die Dezimalkodierung der Primzahlen: . Hierbei bezeichnet die Kodierung der natürlichen Zahlen im Dezimalsystem und PRIM steht für die Menge der Primzahlen. Die Morse- oder Thue-Folge: , wobei ein Homomorphismus ist, der folgendermaßen definiert ist: und , . Somit sind die ersten Elemente der Thue-Folge: 0, 01, 0110, 01101001, 0110100110010110 ... Operationen auf formalen Sprachen Zwei Sprachen über dem Alphabet und über dem Alphabet sind banalerweise beide Sprachen auch über , also Mengen von Wörtern aus . Deshalb sind auch die Vereinigung der Durchschnitt die Differenz Sprachen über . Weitere Operationen auf Sprachen sind: Konkatenation Die Konkatenation zweier Sprachen und ist die Sprache der Wörter, die durch Hintereinanderschreibung (Konkatenation) je eines beliebigen Wortes aus und aus entsteht: . So sind zum Beispiel die Konkatenationen von verschiedenen Sprachen über dem Alphabet : Das neutrale Element der Konkatenation ist die Sprache, welche nur das leere Wort enthält. So gilt für jede beliebige Sprache : Das absorbierende Element der Konkatenation ist die leere Sprache, sodass für jede Sprache gilt: Die Konkatenation von Sprachen ist wie die Konkatenation von Wörtern assoziativ, aber nicht kommutativ. So ist zum Beispiel: aber: Da außerdem die Potenzmenge der Kleeneschen Hülle eines beliebigen Alphabets (die gleich der Menge aller Sprachen ist, die aus gebildet werden können) abgeschlossen bezüglich Konkatenation ist, bildet sie zusammen mit der Konkatenation als Operator und der Sprache des leeren Wortes als neutrales Element ein Monoid. Potenz Die Potenz einer Sprache ist die -fache Konkatenation dieser Sprache mit sich selbst. Sie ist rekursiv definiert mit: (für ) So sind zum Beispiel: Im Speziellen gilt für jede einelementige, formale Sprache (mit ) und jedes : Kleene-*-Abschluss und Kleene-+-Abschluss Der Kleene-*-Abschluss (Kleenesche Hülle, auch Iteration genannt) und der Kleene-+-Abschluss (positive Hülle) einer formalen Sprache sind definiert über die Vereinigung der Potenzsprachen von : Wichtige formale Sprachklassen Noam Chomsky hat 1956 eine Hierarchie von formalen Grammatiken aufgestellt, die verschiedene Typen von formalen Sprachen erzeugen. Diese ist heute unter dem Namen Chomsky-Hierarchie bekannt. Hier wird unterschieden zwischen Typ 0, Typ 1, Typ 2 und Typ 3: Rekursiv aufzählbare, kontextsensitive, kontextfreie bzw. reguläre Sprachen. Aristid Lindenmayer hat ein Regelsystem vorgeschlagen, in dem Ersetzungsschritte in jedem Schritt an jeder Stelle parallel durchgeführt werden. Diese Systeme heißen Lindenmayer-Systeme. Mit Semi-Thue-Systemen lassen sich Sprachen festlegen, die aus Startwörtern abgeleitet werden. Mit Church-Rosser-Systemen werden Sprachen erklärt, deren Wörter sich auf ein Terminalwort reduzieren lassen. Termersetzungssysteme erzeugen die Menge von Termen, die zu einem Ausgangsterm äquivalent sind. Verallgemeinerungen von formalen Sprachen erhalten wir mit Graphgrammatiken, mit denen wir Graphsprachen erzeugen können. Hypergraphgrammatiken erzeugen Hypergraphen, eine Verallgemeinerung von Graphen. Historisches Als eine der ersten formalen Sprachen wird Gottlob Freges Begriffsschrift erachtet, eine wie Frege schrieb „Formelsprache des reinen Denkens“. Axel Thues im Jahre 1914 eingeführtes Semi-Thue-System, das verwendet werden kann, um Zeichenketten zu transformieren, hatte ebenfalls Einfluss auf die Entwicklung formaler Grammatiken. Zitat Die heutige Grundlagenforschung ist beherrscht Heinrich Scholz traf sich 1944 mit Konrad Zuse, der im Zuge seiner Doktorarbeit an seinem Plankalkül arbeitete. Im März 1945 sprach ihm Scholz für die Anwendung seines Logikkalküls seine Anerkennung aus. Siehe auch konstruierte Sprache Computersprache :Kategorie:Formale Sprache – Auflistung von formalen Sprachen Anwendungen siehe in: Berechenbarkeitstheorie Komplexitätstheorie Kryptographie Kryptoanalyse Compilerbau Literatur Lars Peter Georgie: Berechenbarkeit, Komplexität, Logik. Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden, Eine dritte Auflage erschien 1995. Englische Ausgabe: Computability, Complexity, Logic. Erschienen in der Reihe: Studies in logic and the foundations of mathematics. North Holland, Amsterdam 1985. Eine Darstellung der formalen Sprachen im Kontext der Berechenbarkeitstheorie, Logik und Komplexitätstheorie. Stellt hohe Anforderungen an den Leser, liefert dafür tiefe Einblicke. Michael A. Harrison: Introduction to Formal Language Theory. Erschienen in der Reihe: Series in Computer Science. Addison-Wesley, 1978. Eine sehr ausführliche und viel gelobte Einführung. John E. Hopcroft und Jeffrey D. Ullman: Einführung in die Automatentheorie, Formale Sprachen und Komplexitätstheorie. Addison-Wesley, 1988. Englisches Original: Introduction to Automata Theory, Languages and Computation. Addison-Wesley, 1979. Eine überarbeitete dritte Auflage auf Deutsch erschien 1994 bei der Oldenbourg R. Verlag GmbH. Im Jahr 2004 erschien bei Addison-Wesley eine zweite überarbeitete Auflage. Das englische Original ist das in der theoretischen Informatik am häufigsten zitierte Buch. Die Beweise sind in älteren deutschen Übersetzungen gelegentlich falsch wiedergegeben. Dieses Buch ist in zahlreiche Sprachen übersetzt worden. Grzegorz Rozenberg und Arto Salomaa: The Mathematical Theory of L-Systems. Academic Press, New York 1980. Das ausführlichste Buch über L-Systeme. Grzegorz Rozenberg und Arto Salomaa (Herausgeber): Handbook of Formal Languages. Volume I-III, Springer, 1997, ISBN 3-540-61486-9. Eine ausführliche Übersicht über die wichtigsten Gebiete der formalen Sprachen dargestellt jeweils von aktiv in diesem Gebiet arbeitenden Wissenschaftlern. Arto Salomaa: Formale Sprachen. Springer, 1978. Englisches Original: Formal Languages. Academic Press, 1973. Ingo Wegener: Theoretische Informatik. Teubner, Stuttgart 1993, ISBN 3-519-02123-4. In der Darstellung der Formalen Sprachen wird stets die Komplexität der formalsprachlichen Konstruktionen mitbehandelt. Diese ist sonst nur in der Originalliteratur zu finden. U. Hedtstück: Einführung in die Theoretische Informatik – Formale Sprachen und Automatentheorie. Oldenbourg Verlag, München 2000, ISBN 3-486-25515-0. S. Abramsky, Dov M. Gabbay, T.S.E. Maibaum (eds.): Handbook of logic in computer science. Vol. 5: Logical and algebraic methods. Oxford University Press 2000, ISBN 0-19-853781-6. Mogens Nielsen, Wolfgang Thomas: Computer Science Logic. Springer 1998, ISBN 3-540-64570-5 Einzelnachweise


text: Farbe ist ein durch das Auge vermittelter und das Gehirn aufbereiteter Sinneseindruck, der durch Licht hervorgerufen wird, genauer durch die Wahrnehmung elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge zwischen 400 und 780 Nanometern. Technischen Anwendungen liegt in den meisten Fällen die Farbdefinition der DIN 5033 zugrunde: „Farbe ist der Sinneseindruck, durch den sich zwei aneinandergrenzende, strukturlose Teile des Gesichtsfeldes bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge allein unterscheiden lassen.“ Einfacher formuliert: Farbe ist die einzige Eigenschaft, die es erlaubt, mit dem Auge zwei strukturlose Flächen gleicher Helligkeit zu unterscheiden. Das bedeutet: Farbwahrnehmung ist ein Gebiet der Psychophysik: Es geht um physikalische Reize (Licht) und Wahrnehmung (Farbe). Die Farbwahrnehmung ist eine subjektive Empfindung, welche nicht nur durch die Art der einfallenden Lichtstrahlung, sondern auch durch die Beschaffenheit der Augen, Empfindlichkeit der Rezeptoren und den Wahrnehmungsapparat bestimmt wird. Zur Erforschung der Farbwahrnehmung wurden psychophysische Experimente an ca. 20 Personen durchgeführt. Das gemittelte Ergebnis führte 1931 zum CIE-Normvalenzsystem. Dieses System bildet die Grundlage für die meisten Farbmodelle in technischen Anwendungen. Es bildet nur wenige wesentliche Zusammenhänge ab und ist dadurch relativ einfach handhabbar. Das Thema „Farbe“ wird in vielen Fachgebieten behandelt: Es gibt hierbei z. B. psychologische, kulturelle, biologische, neurologische, medizinische und philosophische Aspekte. In der Alltagssprache werden farbgebende Substanzen ebenfalls als Farbe bezeichnet: Siehe den Artikel Farbmittel (Pigmente, Farbstoffe). In diesem Artikel geht es um Stoffe, mit denen die Farbe von Gegenständen verändert werden kann, wie z. B. Malerfarben. Farbe stammt von mittelhochdeutsch varwe „Farbe, Färbung“. In anderen Sprachen wird stärker zwischen dem Effekt Farbe („farbig“) und dem Farbmittel unterschieden, so im Englischen colour und dye (stuff) (oder pigment), oder in den romanischen Sprachen z. B. spanisch: color und teñir. Andere optische Wahrnehmungsphänomene, wie Struktur (Licht-Schatten-Wirkungen), Glanz, oder Rauheit sind vom Farbbegriff zu unterscheiden. Wahrnehmung Farbe ergibt sich aus der Wahrnehmung von Licht. Sie entsteht durch den visuellen Reiz von Farbrezeptoren des Menschen und einiger Tierarten. Farbe ist vergleichbar zur Empfindung von Druck oder Rauheit, die durch einen mechanischen Reiz von Rezeptoren in der Haut hervorgerufen wird. Farbe ist also nicht die physikalische Eigenschaft eines betrachteten Objekts oder gesehenen Lichtes, sondern sie ist subjektives Empfinden (Farbempfindung). Die physikalische Ursache für die Farbwahrnehmung ist die Intensitätsverteilung elektromagnetischer Wellen zwischen ca. 400 nm und 780 nm. Das sind die Grenzen des für die meisten Menschen sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums. Die Grenzen sind jedoch nicht scharf zu ziehen und sind z. B. auch altersabhängig. Unter optimalen Bedingungen können die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung 310 nm (UV) bis 1100 nm (NIR) betragen. Schmalbandiges Licht (monochromatisches Licht) bei einer bestimmten Wellenlänge ergibt als Farbeindruck eine Spektralfarbe. Die Kombination von vielen Wellenlängen mit unterschiedlichen Intensitäten im sichtbaren Licht löst Nervenreize aus, deren Miteinander als Farbe wahrgenommen wird. Beispiel: Die Kombination aus violettem und rotem Licht ergibt Magenta. Magenta ist eine Farbe die nicht durch schmalbandiges Licht erzeugt werden kann, und die daher auch nicht im Regenbogen enthalten ist. Die visuelle Wahrnehmung erfolgt durch Rezeptoren, die sich auf der Netzhaut des Auges befinden: Stäbchen für Hell-/Dunkel-Kontrast, die Zapfen (nicht Zäpfchen!) für die Farbwahrnehmung. Die Weiterverarbeitung findet stufenweise statt, ausgehend den Nervenzellen in der Retina (z. B. Kontrastverstärkung) bis zur bewussten Wahrnehmung im Gehirn. Das optische Phänomen der Farbwahrnehmung ist ein Forschungsgebiet von umfassender Komplexität. Es sind physikalische Aspekte (Spektrum, Lichtreiz), physiologische Aspekte (Rezeptoren, Zentralnervensystem), psychologische Aspekte sowie sprachlich-konventionelle (und kulturelle) Aspekte verflochten. Farbbezeichnungen Von der Wahrnehmung zum Begriff Die Wahrnehmung einer Qualität eines Farbeindruckes entsteht vor seiner Benennung durch Worte (erstes Signalsystem). Beispiele für Wahrnehmungen: Gras hat eine charakteristische Farbe, Blut hat eine ganz andere Farbe, eine Zitrone ebenfalls. Klares Glas ist farblos (ohne eigene Farbe). Glas, Blut, Zitrone, Glas können durch die entsprechende Farbigkeit wiedererkannt werden. Für die Wiedererkennung ist es nicht erforderlich zu wissen, dass die Farbe von Gras mit „grün“ bezeichnet wird. Die Farbwahrnehmung wird dabei beeinflusst durch Farbstimmungen, die zeitliche und räumliche Vorwirkung, individuelle Erfahrung und Training der Wahrnehmung. Worte (Begriffe, Namen, Benennungen) beschreiben die wahrgenommenen Farbeindrücke, wie z. B.: Grün, Rot, Gelb, Blau, Tiefblau, Blassblau, Himmelblau, Rotblau. Farbunterschiede können durch Worte benannt und damit Wahrnehmungen mitgeteilt werden. Neben dem Zeigen von materiellen Proben kann deshalb auch durch Worte von und über Farben gesprochen werden (zweites Signalsystem). Dem liegt die konventionelle Übereinkunft zugrunde, von Generationen geprägt und in der Kindheit erlernt. Bei verschiedenen Menschen kann die individuelle Wahrnehmung (objektiv) gleich benannter Farben durchaus unterschiedlich sein. Diese Individualitäten gehen bis zum teilweisen oder vollständigen Ausfall von Rezeptoren bis zur Farbenfehlsichtigkeit. Farbbegriffe dienen zum gemeinsamen Verständnis der Umwelt. Hinzu kommen weitere, nichtverbale Konventionen: Rot ist an der Ampel oben, und Grün ist bei der Ampel unten. Das ermöglicht auch Farbenblinden das Erkennen einer roten bzw. grünen Ampel. Im Sinne von „Farbe“ im allgemeinen Sprachgebrauch bestehen Gruppenbezeichnungen für Klassen des Sinneseindrucks, die beispielsweise als „Körperfarbe bei Tageslicht“ eine Objekteigenschaft beschreibt. Farbbegriffe und Farbwörter In allen modernen Sprachen gibt es eine große Zahl nuancierender Wörter für einzelne Farben. Im Englischen etwa gibt es mehr als 3000 Farbausdrücke (sowohl als Nomen als auch als Adjektiv vorkommend). Unser Bedürfnis, Farben zu benennen, wird mit der Zeit immer stärker. Bedingt durch die Einflüsse der Umwelt, kennen nach einer Studie aus den 2010er Jahren Vierjährige so viele Farbbezeichnungen wie vor hundert Jahren Achtjährige. Mitunter „fehlen“ in einer Sprache gewisse Farbnamen. Lücken dieser Art können durch Entlehnung aus anderen Sprachen oder durch Umfunktionierung bereits vorhandener Gegenstandsnamen gefüllt werden. Beispiele dafür sind das späte Auftreten von Orange, Rosa, Türkis oder Magenta im Deutschen. Die Wortbedeutungen unterliegen oft einem von sozialen und kulturellen Faktoren bestimmten Wandel. Wenn verschiedene Sprachen das Farbenspektrum anders aufteilen, wie in asiatischen Sprachen, kann es zu Irritationen bei Übersetzungen führen. Beispiele dafür finden sich beim Diskussionspunkt der blauen und grünen Töne. Es kann in einzelnen Sprachen eigene (objektgebundene) Farbbezeichnungen für bestimmte Einsatzzwecke geben: beispielsweise gilt blond im Deutschen nur für menschliches, dagegen falb nur für tierisches Haar. Seit 1969 beschäftigten sich vor allem angelsächsische Linguisten mit der Frage, ob Farb-Grundwörter („basic color terms“) in einer sprachuniversalen Implikationshierarchie stehen. Brent Berlin und Paul Kay schlugen vor, dass alle Sprachen der Welt eine minimale Besetzung von zwei Farbkategorien in ihrem Wortschatz (d. h. Farbtermini für Weiß/hell und Schwarz/dunkel) haben. Dazu treten als dritte Kategorie Rot, als vierte Gelb oder Grün und weiter bis maximal elf Farb-Grundwörtern. Die Theorie wurde seit dem kritisiert, modifiziert und ist auch der Gegenstand weiterer Forschungen. Zur Dokumentation deutscher Farbbezeichnungen (einschließlich Farbmittelnamen) in allen Sprachperioden bietet das historische Lexikon von William Jervis Jones eine Sammlung von Farbnamen und Ableitungen mit Textbelegen. Das Werk besteht aus Band I: Quellen und Literatur, Althochdeutsch, Mittelhochdeutsch, und den Bänden II bis V für Frühneuhochdeutsch bis Neuhochdeutsch. Weitere Farbnamen finden sich unter: Webfarbe#Benannte Farben Liste der Farbstoffe Liste von Farbnamen (Kategorie) in Wikipedia Liste der Farben im Farbkreis nach Aemilius Müller Farbkataloge und Farbkoordinaten Für die präzise Farbbezeichnung sind Begriffe nicht ausreichend. Es werden Kataloge mit klaren Bezugsgrößen, Nummerierungen oder Koordinaten benötigt. Farbkataloge mit Farbdarstellungen bieten eine Verbindung zwischen Farbbezeichnungen und flächiger Farbdarstellung. Diese Kataloge sind Mustersammlungen, in denen materielle Proben von definierten Farbtönen enthalten sind. Diese werden je nach Branche als Mappen, Einzelmuster oder Farbfächer ausgegeben. Beispiele für Kataloge sind: RAL-Farbe NCS Natural Color System HKS-Farbfächer Pantone Matching System Die Farbkoordinaten sind zur Verarbeitung von Farbinformationen mit digitalen Geräten (z. B. Computer, Drucker, Bildschirm, Kamera) unerlässlich. Farbkoordinaten beziehen sich immer auf einen zugehörigen Farbraum, der mit angegeben werden muss. In manchen Farbräumen sind die Zahlenwerte interpretierbar als Mischungsanteil von Grundfarben oder Primärfarben. Farbe kann als dreidimensionale Eigenschaft dargestellt werden, d. h. die Farbräume verwenden üblicherweise 3 Koordinaten. Eine Farbe ist dann durch einen Tupel mit 3 Zahlenangaben definiert. Bei der Ansteuerung von komplexeren Systemen ist das oft nicht ausreichend: gute Foto-Drucker haben z. B. 8–12 verschiedene Farbpatronen. Je nach Verwendungszweck sind verschiedene Farbräume erforderlich. Für die Farbdarstellung auf technischen Systemen existieren dafür nationale und internationale Standards und Quasi-Standards, beispielsweise die „Webfarben“ für die Bildschirmdarstellung von Farben in einem Internetbrowser. Die Webfarben sind ein Teil der vom World Wide Web Consortium herausgegebenen CSS-3-Spezifikation. Die Koordinaten von Farbräumen lassen sich in vielen Fällen ineinander umrechnen. So wird Farbmanagement erst möglich. Als Beispiel für die Darstellung einer Farbe in verschiedenen Farbräumen dient folgende Tabelle: Am selben Bildschirm sieht das Purpur in den vier Farbräumen gleich aus. Beim Betrachten des so erzeugten Farbreizes an mehreren (nebeneinander stehenden) Monitoren erscheinen die Balken allerdings unterschiedlich, insbesondere wenn die Monitore zu unterschiedlichen Modellen gehören oder unkalibriert sind. Gutes Farbmanagement in Verbindung mit kalibrierten Geräten kann die Unterschiede in der Darstellung einer Farbe auf verschiedenen Geräten verringern. Allerdings wird in der Regel ein gewisser Unterschied bleiben: Ausgabemedien haben unterschiedliche Eigenschaften und Möglichkeiten. Und an PC-Bildschirmen verändert z. B. oft der Betrachtungswinkel den wahrgenommenen Farbeindruck. Für die Prüfung des zur Betrachtung dieses Artikels genutzten Monitors und dessen Einstellung kann die ganz unten angezeigte Grafik dienen. Physikalische Aspekte Lichtfarbe Damit Farbe wahrgenommen werden kann, ist Licht aus einer Lichtquelle nötig. Lichtfarbe ist die Farbe einer selbstleuchtenden Lichtquelle. Beispiele sind: Sonne, Leuchten, Bildschirmpixel. Für den Gesamteindruck mehrerer farbiger Beleuchtungsquellen gelten die Gesetze der additiven Farbmischung (Beispiel: Rote Lampe + Grüne Lampe = Gelbes Licht). Körperfarben Körperfarbe ist die Farbe von Körpern, die nicht selbst leuchten. Diese benötigen Lichtstrahlung um sichtbar zu sein. Körperfarben entstehen, wenn einfallendes Licht auf einer Körperoberfläche teilweise absorbiert und anderenteils ins Auge reflektiert wird. Dabei kann auch durch die Struktur der Oberfläche eine physikalisch begründete Färbung (Strukturfarben), etwa die schillernden Flecken auf den Flügeln eines Schmetterlings, entstehen. Die wahrgenommenen Körperfarben hängen stark von der Beleuchtungsquelle ab, beispielsweise erscheint ein grünes Blatt, wenn es mit rein-rotem Licht beleuchtet wird, schwarz, denn es reflektiert keine roten Anteile. Für Körperfarben und deren Farbmittel gelten bei Reflexion die Gesetze der additiven Farbmischung und bei Transmission durch farbige Schichten die subtraktive Farbmischung. In der Malerei wird der Begriff Gegenstandsfarbe genutzt und im speziellen Falle Lokalfarbe als Gegensatz zum Gesamtton. Physiologische Aspekte Rezeptoren zur Farbwahrnehmung durch das menschliche Auge sind drei verschiedene Zapfentypen mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten. Je nach Energie der einfallenden Photonen wird durch eine chemische Reaktion ein elektrischer Reiz aktiviert, dieser geht an den Sehnerv. Das Verhältnis der Reizung der drei empfangenden Zapfentypen führt in der Wahrnehmung zu einem entsprechenden Farbton. Je nach Intensität der Reize nehmen wir die Farben als gesättigt oder verblasst war. (Farbsättigung) Dieser Vorgang liegt der Dreifarben-Theorie zugrunde. Grau, Weiß oder Schwarz ergeben sich als Wahrnehmungen wenn alle drei Zapfen in nahezu gleicher Quantität erregt werden. Von Hering stammt dagegen die Vierfarben-Theorie, die von Gegenfarbpaaren „Grün-Rot“ und „Gelb-Blau“ ausgeht. Sie beschreibt eher die vom Sehnerv geleiteten und im Großhirn wahrgenommenen Zusammenhänge. Rezeptoren für das Sehen durch das menschliche Auge bei schwachen Lichtverhältnissen sind die Stäbchen. Sie sind lichtempfindlicher als die Zapfen (Nachtsehen), liefern aber keine Farbinformation. Es entsteht ein „grau“-Eindruck (Nachts sind alle Katzen grau). Wenn die Intensität der einfallenden Photonen die Wahrnehmungsschwelle auch der Stäbchen-Zellen unterschreitet, entsteht der Eindruck „Schwarz“ (im Sinne von Finsternis), physiologisch besser als Eigengrau benannt. Übermäßige Helligkeit (bei Glanz, oder bei Blick in die Sonne) überreizt beide Sehsysteme durch Blendung. Das „blendende“ Weiß verursacht Schmerz als Warnreaktion des Körpers. Da das Sehpurpur nicht ausreichend schnell rekombiniert, kann bei intensiven Blendungen vorübergehende Blindheit eintreten. Zapfen und Stäbchen gehen entwicklungshistorisch auf die gleichen lichtreagierenden Ausgangszellen zurück. Die Evolution führte dazu, dass das Wahrnehmungsspektrum von Tierarten vom menschlichen abweicht. Bienen sind im Ultravioletten besser ausgerüstet. Bei Vögeln hat sich die Kontrastwahrnehmung zwischen roten Früchten und grünem Laub als wichtiger erwiesen. Für Fische ist die bessere Wahrnehmung von kurzwelliger Strahlung nötig, da längerwellige Anteile des Sonnenlichtes durch Wasser absorbiert werden. Von „Farbe“ zu sprechen, ist bezüglich des Sehens der Tiere aber nur in dem Sinne möglich, dass Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge unterschiedlich registriert wird. Der Farbeindruck entsteht erst im Bewusstsein. Psychologische Aspekte Das visuelle System Die Arbeitsweise des visuellen Systems im Zentralnervensystem und besonders im Gehirn im Zusammenspiel mit dem Gefühlszentrum ist noch nahezu unerforscht. Beim Sehvorgang verbindet das Großhirn einen Sinneseindruck mit einer dazugehörenden Erinnerung. Die empfundene Farbe eines Objektes ist nicht immer mit der messtechnischen (da physikalischen) vergleichbar. Vielmehr ist das wahrgenommene Bild eines Objektes überdeckt vom Wissen zu diesem Objekt. In der Psychologie ist der Begriff Gedächtnisfarben eingebürgert, wenn es um Farbwahrnehmung geht. Objekte mit einem typischen Farbton werden also unter Rückgriff auf den im Gedächtnis gespeicherten prototypischen Farbton wahrgenommen. So werden Tomaten in einem intensiveren Rot wahrgenommen als es ihrer tatsächlichen Erscheinung entspricht. Eine Wiese erscheint selbst in der Dämmerung noch grün. Auch der blaue Himmel ist solch eine Ausbildung, für die Römer war der Himmel „licht“, im Sinne von hell. In der Farbmetrik kann diese Individualisierung zu Schwierigkeiten führen, da zwei physikalisch gleiche Farben von verschiedenen Personen nicht zwangsläufig auch gleich beurteilt werden. Die Wahrnehmung von Farben wirkt psychologisch auf zweierlei Art. Farbe ruft Assoziationen hervor, also Vorstellungen, meistens Erinnerungen, an Dinge wie Rot=Feuer, Grün=Gras, Gelb=Zitrone. Farbe ruft Gefühle (Farbgefühl, Gefühlston, Anmutungsqualität, Gefühlscharakter) hervor. Diese kommen zum Ausdruck, wenn Substantive in Eigenschaftswörter verwandelt oder von vornherein Eigenschaftswörter verwendet werden, die am ehesten Gefühle auszudrücken vermögen, Rot = gefährlich, Grün = giftig, Gelb = frisch. Farbe kann dabei auf der Gefühlsebene vergangene Erfahrungen aktivieren. Assoziationen und Gefühle infolge von Farbwahrnehmung gehen in die Traditionen der Kultur im jeweiligen Volksbereich ein. Nach der „Empiristischen Theorie der Gefühlswirkung von Farben“ werden Farbgefühle individuell und implizit (unbewusst, nicht erinnerbar) gelernt: Das sind vor allem Gefühle, die der Mensch auf Grund ererbter Triebstruktur und Daseinsthematik ursprünglich gegenüber bestimmten überall vorkommenden „Universalobjekten“ oder „Universalsituationen“ entwickelt. Universalobjekte: blauer Himmel, klares Wasser, grüne Vegetation, rotes Feuer, rotes Blut („als Lebenssaft“), gelbe Sonne, brauner Erdboden, braune bis graue Fäkalien, grauer Felsen, schwarze Brandreste. Universalsituationen sind solche, in denen sich der Mensch täglich befindet: dunkle (schwarze) Nacht, heller (weißer) Tag. Weil die Erfahrung und die Erziehung diesen gefühlsbesetzten Dinge eine (von der Kultur) bestimmte Farbe beigibt, entwickelt der Mensch Gefühle schon dann, wenn er die Farbe allein wahrnimmt. Die Reaktion auf die Farbe ist sodann bereits eingeprägt: Rot alarmiert, auch wenn das vermeintlich dazugehörende Feuer fehlt und nur die Wand des Raumes grell rot gestrichen ist. Das entspricht dem Erlernen bedingter Reflexe bei Pawlows Hunden durch klassische Konditionierung. Psychische Wirkung von Farben und Farbnamen Reizt Licht eines bestimmten Lichtspektrums das Auge, hat das außer der einfachen Sinnesempfindung (wie „kirschrot“, „himmelblau“) komplexere und farbspezifische psychische Wirkungen im Zentralnervensystem. Bei Menschen derselben Kultur gibt es durch Tradition und Erziehung viele Gemeinsamkeiten, aber auch individuelle Unterschiede in der Wirkung. Farbempfindung wirkt genauso wie andere Eindrücke auf die Psyche ein. Unübliche Färbung kann Details hervorheben oder verbergen und dadurch irritieren. Eine Wirkung der Farbwahrnehmung auf die Psyche wird in vielen Kulturen angenommen, was sich in Sprichwörtern und Redewendungen niederschlägt. Sie wird – intuitiv oder bewusst – für Effekte bei der künstlerischen Gestaltung sowie in der Mode- und Werbebranche genutzt. Dabei helfen psychologische Farbtests eine angestrebte Wirkung zu erreichen. Die emotionale Wirkung von Farbnamen nutzt die Werbung für kommerzielle Produkte, da hier Verknüpfungen zu „ansprechenden“, allgemein bekannten Gegenständen oder Situationen nutzbar sind: z. B. die Bezeichnung Sahara als Oberflächenfarbe von Autos steht symbolisch für Sehnsucht oder Weite, und Ferrari-Rot soll Gedanken an Leistung und Geschwindigkeit wecken. Zweifellos ist durch Kultur, Psyche und Erziehung eine Symbolik der Farben vorhanden, was sich mitunter in Sprichwörter und Bewertungen ausdrückt. In diesem Sinne stehen Farbnamen auch für Gefühle und umgekehrt. Kalt oder warm Durch die Erfahrung können sich bestimmte Beziehungen zu den Farben ergeben, wie dies für das Temperaturempfinden gilt: Warme Farben: Die warme Jahreszeit wird von den gelben und roten Tönen bestimmt, offenes Feuer hat durch glühende Kohlenstoffteilchen diese Farben. Aus der Erfahrung und der Überlieferung gelten die Farbtöne vom Gelbgrün bis ins violette Rot hinein als „warm“. Kalte Farben: Das kalte, blaue Wasser, die türkisen Eisschatten im Winter und an Eisbergen, das „giftige“ Blaugrün wirken abweisend und kühl. Farbtöne, die im Farbkreis den warmen Farben gegenüberliegen, werden als „kalt“ empfunden und demgemäß kalte Farben genannt. Darauf beruht zum Beispiel auch Goethes Farbenlehre. Diese Beziehung darf nicht mit der physikalisch definierten Farbtemperatur von Lichtquellen verwechselt werden. Zudem unterliegt sie individuellen und kulturellen Unterschieden der Farbwahrnehmung. So gilt Blau meist als kalte Farbe, wurde im Mittelalter aber als warm eingestuft und beispielsweise mit der Gottesmutter Maria assoziiert. Psychologische Farbtests Von psychologischen Farbtests wie dem Lüscher-Farbtest wird behauptet, von der Bevorzugung bestimmter Farben und Farbkombinationen auf die Persönlichkeit der Testperson schließen zu können. Allgemeiner sollen Farbtests Auskunft geben, wie eine Persönlichkeit auf welche Farben reagiert. In zahlreichen Studien konnten diese Behauptungen nie gestützt werden. Farbtypenlehre Die Farbtypenlehre schließt von Hautton, Augen- und Haarfarbe auf eine harmonische Farbauswahl für Kleidung, Make-up und Innenarchitektur. Farbenlehre Farbmodell, Farbraum Farbmodelle Es wurden verschiedene Farbmodelle entwickelt, in denen Farben quantitativ (mit Hilfe von Zahlen) beschrieben sind, ohne dass notwendigerweise eine Verständlichkeit der Zahlentripel mit Empfindungen vorliegt. Die Angabe (L = 75, a = 5, b = 33) ruft nicht explizit eine Wahrnehmung einer Farbe hervor. Im Farbmodell wird jede enthaltene Farbe als Punkt innerhalb eines (oft) dreidimensionalen Farbraumes dargestellt – dessen maximaler Umfang sich nach der Reinheit der jeweiligen Grundkomponenten richtet. Die Modelle sind durch den Anwendungsfall bedingt und begrenzt, deren Farbraum sollte alle in der jeweiligen Technik möglichen Farben umfassen. Für den Fall, dass in einem Farb-Workflow unterschiedliche Techniken der Farbreproduktion verwendet werden, können diese nur bedingt ineinander umgerechnet werden. Teilweise sind nicht-lineare Beziehungen möglich, meist handelt es sich aber um Matrizen mit Stützstellen, zwischen denen dann linear interpoliert werden muss. Unterschiedliche Farbräume sind nicht deckungsgleich – die Farben können deshalb oft nur relativ zueinander, nicht jedoch absolut gleich reproduziert werden. Der wichtigste Fall ist die Abbildung des RGB-Farbraumes (Farben am Monitor designt) auf den CMYK-Farbraum der Druckfarben. Anders verhält es sich beim CIE-Lab-Modell, das auf Untersuchungen der menschlichen Farbwahrnehmung basiert, so dass darin alle vom Menschen wahrnehmbaren Farben enthalten sind. Deshalb wird „Lab“ oft in der Farbreproduktion als Referenzfarbraum verwendet, über den die anderen Farbräume definiert werden. Einige Farbräume RGB – Grundfarben: Rot, Grün und Blau in Anteilen, z. B. PC Bildschirmfarben, Digitalfotografie CMYK – Werte: Cyan, Magenta, Gelb (yellow) und Schwarz (key), z. B. Druckerfarben HSV – Werte: Farbton (hue), Sättigung (saturation) und Stärke (value) L*a*b* (CIELab) – Werte: Hellwert L*, Gegenfarben: a* grün-rot, b* gelb-blau Munsell – Werte: Farbton (hue), Sättigung (saturation) und Helligkeit (value) – frühes Farbsystem mit beständiger Verbreitung XYZ – Ausgangsfarbkörper der CIE/IBK (Normfarbraum). YUV – analoges PAL und analoges NTSC, YDbDr im analogen SECAM, YIQ veraltet, früher verwendet für analoges NTSC YPbPr – analoges HDTV und analoges Component Video YCbCr – digitales PAL/SECAM, digitales NTSC, DVB, JPEG, MPEG, DVD-Video Farbvergleich, Umrechnung zwischen Farbkollektionen Farbmodelle bzw. Farbräume (wie CIELAB, sRGB) erlauben es Farben rechnerisch miteinander zu vergleichen. Hierbei ist zu beachten, dass der Farbumfang (Gamut) des Modells ausreichend groß ist, ansonsten müssen Out-Of-Gamut-Farbtöne darauf projiziert werden. Da der CIELAB-Farbraum keinen eingeschränkten Gamut aufweist, sondern alle möglichen Farben eindeutig definiert enthält, sind Farbvergleiche in CIELAB am sinnvollsten. Aufgrund der wahrnehmungsgerechten Definition von CIELAB sind die hiermit berechneten Farbabstände (Delta E) auch aussagekräftiger als bei RGB-Berechnungen. Um die Änderung von Farben leichter bewerten zu können, werden in verschiedenen Industriebranchen genormte Graumaßstäbe als Vergleichsobjekte eingesetzt. An den Graumaßstäben lässt sich der der Einfluss der Beleuchtung auf den Farbeindruck ermitteln. Die Beurteilung von Körperfarben wird unempfindlicher gegen Farbänderungen im Umgebungslicht. Mischen von Farben Soll eine große Anzahl verschiedener Farben erzeugt werden, so wird die gewünschte Farbe meist aus einer geringen Anzahl Grundfarben gemischt. Oft genügen dazu drei Grundfarben, die jedoch im realen Praxisfall (als Farbstoff oder auch Licht) meist nicht zur Verfügung stehen. Additive Farbmischung: Ausgehend von Schwarz (alle Grundfarben fehlen, also jeweils 0 %), wird die Ergebnisfarbe heller, je mehr Grundfarbe hinzugegeben wird. Bei geeigneten Grundfarben kann hierdurch hell-weiß erreicht werden; auf diese Weise arbeiten zum Beispiel Computer-Monitore. Typischerweise werden Rot, Grün und Blau in unterschiedlichen Anteilen gemischt (RGB). Subtraktive Farbmischung: Ausgehend von einem definierten Frequenzspektrum (z. B. gleichmäßiges Weiß), wird die Ergebnisfarbe dunkler, je mehr Frequenzanteile herausgefiltert werden, z. B. durch Pigmente oder Farbfilter, welche die Frequenzanteile schlucken und jeweils in ihrer Wirksamkeit wie eine Grundfarbe betrachtet werden. Werden alle Frequenzanteile im sichtbaren Spektrum herausgefiltert, ist die resultierende Farbe (im Idealfall) Schwarz. Auf dieser Basis arbeiten zum Beispiel Drucker. Typisch sind hier die Grundfarben Cyan, Magenta und Yellow (dt. Gelb), kurz als CMY bezeichnet. Meist kommt noch Schwarz hinzu (CMYK). Das K steht für Key plate (dt. Schlüsselplatte, die schwarz druckende Druckplatte) und wird hinzugefügt, um die Kontraste zu erhöhen und ein tieferes Schwarz drucken zu können. Die Integrierte Mischung wurde von Küppers in seiner Farblehre vorgeschlagen, um realitätsnäher den Streufaktor von Körperfarben zu beachten, der bei der üblichen Form der subtraktiven Farbmischung unbeachtet bleibt. Neben der Absorption der Farbschichten ist die Streuung in realen Oberflächen farbbeeinflussend, eine theoretische Betrachtung und einen rechnerischen Ansatz liefert die Kubelka-Munk-Funktion. In Küppers integrierter Farbmischung ist sowohl die additive als auch die subtraktive Farbmischung enthalten. Spektral- und Mischfarben Spektralfarbe ist jener Eindruck der durch den Reiz eines Ausschnitts des sichtbaren Spektrums entsteht. Eine geeignete Methode hierfür ist die Zerlegung weißen Lichts durch ein Prisma oder ein Streugitter. Die Intensität und der Eindruck der Spektralfarbe ist von der Breite des Wellenlängenintervalls abhängig, also auch die Reinheit der Spektralfarbe. Andererseits repräsentieren die einzelnen Wellenlängen des Spektrums im sichtbaren Licht nur einen kleinen Teil möglicher Farben. Zu bemerken ist: Im Regenbogen sind zwar die Spektralfarben, aber nicht deren Mischungen zu sehen. Besonders Farben der „Purpurlinie“ zwischen Violett und Rot können nicht als Spektralfarbe auftreten, es sind Valenzfarben. Mischfarben sind alle Farbtöne, die durch Farbmischung entstehen, gleichgültig ob dies durch Mischung von Strahlen (Bildschirm) oder beleuchtete reflektierende Flächen (Druckerzeugnisse) erfolgt. Bestimmte Mischfarben können dem menschlichen Auge durch Metamerie als identisch erscheinen, obwohl die Intensität des reizenden Lichtes an unterschiedlichen Stellen der Wellenlängenskala ungleich ist. Metamerie ist ihrerseits von der Beleuchtungsquelle abhängig, dieser Effekt liegt darin begründet, dass das (quasikontinuierliche) Spektrum der das Auge treffenden Strahlung (Farbreiz) auf nur drei wahrnehmende Zapfentypen abgebildet wird. Optimalfarben sind nach Wilhelm Ostwald idealisierte Spektralfarben von endlicher Breite des Intervalls der Wellenlänge, bei denen nur die Intensität 0 % und 100 % existiert. Eine Optimalfarbe ist eine Körperfarbe, deren Remissionskurve β(λ) eine rechtwinklige Kurve, es sind nur die Remissionsgrade β(λ)=0 und β(λ)=1 erlaubt und maximal zwei Sprungstellen im sichtbaren Bereich. Es gibt nur vier Optimalfarbtypen: Kurzendfarben (kurzwellige Seite ist 1): Blau Langendfarben (langwellige Seite ist 1): Rot Mittelfarbe (am lang- und kurzwelligen Ende keine Remission): Grün Mittelfehlfarbe (Remission an beiden Enden 1, aber keine Remission in der Mitte): Veil, die Purpurfarben. Der (beigefügte) erläuternde Farbname dient nur der Erläuterung und ist je nach der Breite des Bereichs der vollen Remission zu verstehen. Eine Langendfarbe, die bis nahezu zum kurzwelligen Ende des sichtbaren Spektrums reicht, ist ein strahlendes Weiß mit blauem Stich, Entsprechendes gilt für die anderen Typen. Andererseits ist ein nur schmaler Streifen einer Mittelfarbe Schwarz, bestenfalls Schwarz mit Farbstich. Farbdarstellung auf verschiedenen Medien Eine ungefähre „Darstellung von Farben“ findet sich im jeweils zugehörigen Artikel. Eine Darstellung von Spektralfarben am Monitor ist auf Grund der unterschiedlichen Erzeugung der Strahlung und der damit verbundenen, ungleichen spektralen Verteilung nur annähernd möglich. Hierzu sei auf den Hinweis am Ende verwiesen. Eine ungefähre Zuordnung von Spektralfarben zu sRGB-Werten findet sich unter Weblinks. Literatur Harald Braem: Die Macht der Farben, Langen/Müller, München 2003, ISBN 3-7844-7156-0. Hajo Düchting: Farbe am Bauhaus. Mann, Berlin 1996, ISBN 3-7861-1667-9 Hans Gekeler: DuMont's Handbuch der Farbe (Systematik und Ästhetik). DuMont, Köln 1988, ISBN 3-7701-2111-2. Rolf Gierling: Farbmanagement. MITP, Bonn 2006 (3. Aufl.), ISBN 3-8266-1626-X. Johann Wolfgang von Goethe: Zur Farbenlehre. Cotta, Tübingen 1810. 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Mineralogie Technik der Malerei Sehen


text: file ist ein Unix-Programm zum Auslesen des Unix-Dateityps, des Dateiformats oder des MIME-Typs einer Datei sowie anderer Informationen über selbige. Dabei kann file lediglich jene Dateiformate und MIME-Typen korrekt ausgeben, die dem zugrundeliegenden Betriebssystem bekannt sind. Geschichte Die erste Version von file datiert zurück bis 1973, Unix Research Version 4. System V beinhaltete schon eine wesentlich verbesserte Version von file, seit dieser Version wurden die Informationen über die Dateitypen nicht mehr direkt in die Programmdatei kompiliert, sondern von einer externen Textdatei (mime magic file) zur Laufzeit eingelesen. Die heutzutage verbreiteten Unix-Derivate, das heißt vor allem BSD und Linux, verwenden eine freie Open-Source-Implementierung, die von Ian Darwin neu geschrieben wurde. Diese Implementierung wurde 1989 von Geoff Collyer weiterentwickelt und erhielt seitdem verschiedenste Verbesserungen, unter anderem von berühmten Open-Source-Hackern wie Guy Harris, Chris Lowth und Eric Fischer. Der aktuelle Betreuer ist Christos Zoulas. Spezifikation Die Single UNIX Specification (SUS) sieht vor, dass eine Implementierung des Programms file eine fest definierte Reihe von Tests mit der auf der Kommandozeile angegebenen Datei durchführen muss, um damit ihren Typ festzustellen: wenn die Datei nicht gelesen werden kann (beispielsweise aufgrund fehlender Dateirechte oder weil sie nicht existiert), ist ihr Typ nicht feststellbar (undefiniert). file gibt aus, dass die Datei nicht eingelesen werden konnte. file stellt anhand eines stat()-Systemaufrufes fest, um welchen Dateityp es sich handelt. Unter Unix gibt es außer normalen Dateien noch Verzeichnisse, FIFOs, Sockets, Blockdateien (block special) und Zeichendateien (character special). Leere Dateien werden als solche festgestellt (zum Beispiel Dateien, die per touch ohne Inhalt erstellt wurden, oder typischerweise Sperrdateien). file liest die ersten Bytes bzw. die ganze Datei ein und versucht, dateitypspezifische Muster festzustellen, um auf diese Weise den Dateityp in Erfahrung zu bringen. Wenn keine der Methoden zu einer Bestimmung des Dateityps geführt hat, wird die Datei als unbekannte Datei (data) bezeichnet. In zeitgemäßen Implementierungen von file werden in den Tests, in denen Teile der Datei eingelesen werden, Vergleiche mit einer Textdatenbank angestellt, die magische Zahlen enthält. Damit unterscheidet sich file von wesentlich primitiveren Dateityperkennungen, z. B. anhand Dateiendungen oder MIME-Typ-Angaben. In den meisten Implementierungen benutzt file eine Datenbank, mit der es die ersten Bytes einer Datei abgleicht. Diese Datenbank wird üblicherweise in einer sogenannten magic-Datei (engl., Magisch) gespeichert, welche typischerweise im Dateisystem unter /etc/magic, /usr/share/file/magic o. ä. gespeichert wird. Der Umfang dieser Datei ist meist ausschlaggebend für die Güte der file-Tests zur Bestimmung auch exotischer Dateitypen. Benutzung file lässt sich, wie die meisten Unix-Kommandos, quasi intuitiv benutzen. Ein Aufruf läuft nach dem Schema file [Optionen] Datei Eine der Single UNIX Specification konforme Implementierung von file muss mindestens die folgenden Argumente verarbeiten können: Beispiele Die folgenden Beispiele zeigen die typischen Ausgaben von file, wenn man das Programm mit diversen Dateitypen aufruft. Die fiktiven Dateinamen sollen dabei dem eigenen Dateityp entsprechen. Das Doppelkreuz # soll andeuten, dass diese Zeile in einer Shell eingegeben werden muss. # file file.c file.c: C program text # file program program: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), stripped # file /dev/wd0a /dev/wd0a: block special (0/0) # file -s /dev/hda1 /dev/hda1: Linux/i386 ext2 filesystem # file -s /dev/hda5 /dev/hda5: Linux/i386 swap file # file compressed.gz compressed.gz: gzip compressed data, deflated, original filename, `compressed', last modified: Thu Jan 26 14:08:23 2006, os: Unix # file data.ppm data.ppm: Netpbm PPM "rawbits" image data Siehe auch binfmt misc: Ein Linux-Kernelmodul, das wie file anhand der ersten Bytes von Dateien (magic numbers) Dateitypen zu erkennen versucht und damit Programme erkennt und ausführt. Weblinks POSIX-Funktionsaufruf stat() Sourcecode von file Einzelnachweise Unix-Software


text: File Allocation Table (kurz FAT [], für Dateizuordnungstabelle) bezeichnet eine ursprünglich 1977 von Microsoft entwickelte, weit verbreitete Familie von Dateisystemen, die zum Industriestandard erhoben wurde und bis heute auch über Betriebssystemgrenzen hinweg als fast universelles Austauschformat dient. Wesentliche Erweiterungen wurden auch von Seattle Computer Products, Compaq, Digital Research und Novell eingebracht. Als proprietäre Nachfolger entwickelte Microsoft NTFS und exFAT. Hintergrund Das FAT-Dateisystem wurde ursprünglich 1977 in einer 8-Bit-Variante von Marc McDonald für Microsofts Standalone Disk BASIC-80 für 8080-Prozessoren entwickelt, 1978 auf einer DEC PDP-10 unter Zuhilfenahme eines 8086-Simulators für Standalone Disk BASIC-86 portiert und 1979 für Microsofts Betriebssystem MDOS/MIDAS adaptiert. Ebenfalls 1979 wurde Standalone Disk BASIC-86 von Bob O’Rear auf eine von Seattle Computer Products (SCP) entwickelte S-100-Bus-Hardware-Plattform angepasst. Bei dieser Gelegenheit wurde Tim Paterson auf das Dateisystem aufmerksam, das er 1980 als konzeptionelle Grundlage seines 12-Bit-Dateisystems für SCPs Betriebssystem QDOS wählte, welches, umbenannt in 86-DOS, von Microsoft zunächst lizenziert, aufgekauft und daraufhin 1981 die Ausgangsbasis für MS-DOS und PC DOS 1.0 wurde. Zu der Familie der FAT-Dateisysteme gehören: FAT12 wird heute für jede DOS-Diskette verwendet (auch unter Windows). Der Atari ST benutzt ein fast identisches Dateisystem und kann FAT12-Disketten lesen und beschreiben. FAT16 wird heute meist auf allen Arten von mobilen Datenträgern (außer Disketten) mit einer Größe von bis zu 2, selten bis 4 GiB verwendet. FAT32 wird z. B. in allen Arten von mobilen Speichern von mehr als 2 GiB Kapazität genutzt und von allen Windows-Versionen ab Windows 95b und neueren DOS-Systemen unterstützt. FAT+ (FAT32+/FAT16+) ist eine rückwärtskompatible Erweiterung von FAT32 (und – theoretisch – FAT16B), welche die maximale Größe einer Datei von 4 GiB auf 256 GiB erhöht (wird derzeit unter anderem von Enhanced DR-DOS und Deskwork unterstützt) exFAT ist ein speziell für Flash-Speicher entwickeltes Dateisystem mit einer theoretischen maximalen Dateigröße von 16 EiB, das sich konzeptionell entfernt an FAT anlehnt. Typen FAT12 Mit der 1980 erschienenen ersten Version von QDOS bzw. 86-DOS wurde FAT12 als Dateisystem für 8,0′′- und 5,25′′-Disketten eingeführt. Erst ab 86-DOS 0.42 vom Februar 1981 wiesen die internen Ordnungsstrukturen ein Format auf, das dem späteren FAT12-Format in MS-DOS und PC DOS in allen wesentlichen Punkten glich. Aufgrund abweichender logischer Geometrien und der Tatsache, dass der BIOS Parameter Block (BPB) erst mit DOS 2 eingeführt wurde, können jedoch (mit Ausnahme von SCP MS-DOS 1.25) weder MS-DOS noch PC DOS auf unter 86-DOS formatierte Medien zugreifen. Anfangs wurden keine Unterverzeichnisse verwaltet. Das änderte sich mit MS-DOS Version 2.0. FAT12 wird nur auf Datenträgern bzw. Partitionen bis zu einer Größe von 16 MiB eingesetzt; es ist bis heute auf allen FAT-formatierten 3,5′′-Disketten im Einsatz. Merkmale: 12-Bit-Clusternummern, mit denen 212 = 4096 Cluster angesprochen werden können. Die Nummerierung der Cluster beginnt auf Disketten bei der Nummer 2. Es werden nur Dateinamen im Schema 8.3 (acht Zeichen für den Dateinamen und drei Zeichen für die Dateinamenserweiterung) unterstützt. Die Clustergröße beträgt 512 Byte bis 4096 Byte. Das Hauptverzeichnis (Root-Directory) der Partition ist auf eine Größe von 14 Clustern beschränkt, dadurch ergibt sich eine maximale Anzahl von 224 Einträgen (Verzeichnisse und/oder Dateien). Normalerweise wird der erste Eintrag durch die Bezeichnung des Datenträgers belegt. Unterstützt werden die Dateiattribute „Schreibgeschützt“, „Versteckt“, „System“ und „Archiv“. Unterstützung für Passwörter und Zugangsberechtigungen für Dateien oder Ordner ist in Microsoft-Betriebssystemen nicht implementiert, ist jedoch optional unter allen Betriebssystemen verfügbar, die die entsprechenden FAT-Erweiterungen von Digital Research und Novell unterstützen. FAT16 FAT16 ist ein Dateisystem, das 1983 zu FAT12 dazukam. Durch die zunehmende Größe der eingesetzten Festplatten wurde eine Erweiterung des Adressraumes notwendig. Nun waren selbst mit 512-Byte-Clustern zumindest theoretisch insgesamt 32 MiB große Platten verwaltbar. Die ursprüngliche FAT16-Implementierung verwendete auf partitionierten Medien in der Regel (abhängig vom jeweiligen DOS-OEM) den Partitiontyp 04h und einen noch vergleichsweise kurzen BIOS Parameter Block (BPB) im Bootsektor. Dessen genauer Aufbau und Inhalt hing insbesondere bei DOS 2.x noch stark von der verwendeten DOS-Version ab, er enthielt jedoch in allen Fällen nur einen 16-Bit breiten Eintrag für die Sektorenanzahl, was die Größe von FAT16-Laufwerken auf 32 MiB bis 512 MiB beschränkte (je nach Betriebssystemversion). Mit OS/2 Release 1 wurde ein Enhanced BIOS Parameter Block (EBPB) eingeführt, erkennbar am Signaturbyte 28h (für DOS-BPB-Version 4.0) an Offset +26h. Mit Einführung von DOS 3.31 wurde dieser durch den nochmals erweiterten, heute allgemein für FAT12 und FAT16 verwendeten Extended BIOS Parameter Block (XBPB) mit Signatur 29h (für DOS-BPB-Version 4.1) an Offset +26h ersetzt. EBPB und XBPB zeichnen sich u. a. dadurch aus, dass der Eintrag für die Zahl der Sektoren auf 32-Bit Breite wuchs, womit erstmals FAT16-Laufwerke mit bis zu 2 GiB, später 4 GiB, möglich wurden, auch wenn die damaligen Betriebssysteme davon noch keinen Gebrauch machen konnten. Diese größere Variante von FAT16 wurde in Entwicklerkreisen „BigDOS“ genannt, daher stammt auch ihr offizieller Name FAT16B. Da ältere Betriebssysteme mit diesem neuen Typ nicht arbeiten konnten, wurde für die Verwendung auf partitionierten Medien auch ein neuer Partitionstyp (06h) dafür definiert. Die alte FAT16-Variante wird zwar nach wie vor unterstützt, findet aber (bis auf die forcierte Erzeugung von sehr kleinen FAT16-Partitionen mit dem Partitionstyp 04h) in der Praxis keine Verwendung mehr, da spätestens seit DOS 5 bei der Erzeugung von FAT12- und FAT16-Partitionen gleichermaßen nur noch Bootsektoren mit XBPB geschrieben werden, um einige neue Betriebssystemfunktionen optimal zu unterstützen. Die Tatsache, dass es eigentlich zwei FAT16-Typen gibt, ist in der Allgemeinheit nicht mehr präsent, mehr noch, da FAT12 fast nur noch für Disketten verwendet wird, wird heute FAT oft fälschlicherweise nur mit FAT16 (und das auch nur in der beschriebenen FAT16B-Variante) gleichgesetzt, obwohl darunter eigentlich mehrere FAT12- und FAT16-Typen zu verstehen wären. Allerdings benötigt das Server-Betriebssystem Novell-NetWare bis zur Version 4.0 noch eine bis zu 16 MiB große „DOS“-Bootpartition, die (automatisch) mit FAT12 erzeugt wurde. Erfolgt der Zugriff über Logical Block Addressing (LBA), wird eine FAT16-Partition auch als FAT16X bezeichnet. FAT16 hat folgende Merkmale: Rund 65.000 Datei-Einträge sind maximal möglich, davon üblicherweise 512 im Stammverzeichnis (obwohl dies variabel ist, ist 512 de facto der einzige anzutreffende Wert). Maximal 512 Einträge pro Unterverzeichnis, bei Verwendung von LFN entsprechend weniger. Es können 216 − 12 = 65.524 Cluster angesprochen werden (12 Cluster reserviert FAT16, deshalb nicht 65.536). 8.3-Dateinamensformat; LFN möglich. Die Partitionsgröße ist unter MS-DOS und Windows 9x (die auf DOS basieren) bei der Neuanlage unter FDISK auf 2 GiB begrenzt, bei der Anlage mit Fremdprogrammen können sie knapp unter 4 GiB verwalten. Windows NT, FreeDOS und Enhanced DR-DOS können FAT16-Partitionen mit der maximalen Größe erzeugen und verwalten (Clustergröße 64 KiB). Die Cluster sind je nach Partitionsgröße zwischen 512 Byte und maximal 32 KiB (Windows NT und Enhanced DR-DOS maximal 64 KiB) groß. Dateien dürfen bis 2 GiB groß werden, unter Windows NT und Enhanced DR-DOS 4 GiB. Das Haupt-(Root-)Verzeichnis muss sich an einer bestimmten Position auf dem Datenträger befinden. Seine Größe wird bei Erstellung des Dateisystems festgelegt, d. h., es kann nicht wachsen. Eine Weiterentwicklung erfolgte mit FAT32. FAT32 FAT32 ist ein von Microsoft entwickeltes Dateisystem, das im Sommer 1996 mit Windows 95B eingeführt wurde und die Vorgängerversion FAT16 ergänzt. Partitionen kleiner als 512 MiB werden nach wie vor mit FAT16 erzeugt, von 512 MiB bis 2 GiB hat man die Wahl, ab 2 GiB wird FAT32 benutzt. Die Adressierung arbeitet mit 32 Bits, wovon 4 Bits reserviert sind, so dass 228 = 268.435.456 Cluster adressiert werden können. FAT32 kann außerdem mit allen Windows-Versionen seit Windows 95B sowie – anders als NTFS – problemlos auch mit FreeDOS und Enhanced DR-DOS verwendet werden. Da Windows je nach Version von Haus aus nur wenige Dateisysteme unterstützt, wird FAT32 trotz seiner Beschränkungen zum Datenaustausch sowohl mit anderen Windows-Systemen als auch mit Nicht-Windows-Systemen (z. B. macOS, Linux) eingesetzt, z. B. auf USB-Speichersticks und mobilen Festplatten. Spielekonsolen wie beispielsweise die PlayStation 3 oder digitale Satellitenreceiver setzen bei extern angeschlossenen Festplatten häufig FAT32 als Dateisystem voraus. Ein Nachteil eines standardkonformen FAT32-Dateisystems ist, dass nur Dateien erstellt werden können, die kleiner als 4 GiB sind. Mit der rückwärtskompatiblen Erweiterung FAT32+ sind zwar auch Dateien bis zu 256 GiB möglich, diese Erweiterung wird aber nur von wenigen Systemen unterstützt. Da bis zu einer Partitionsgröße von 8 GiB ein Cluster nur 4 KiB groß ist (bei der Standardformatierung), werden diese „kleinen und alten“ Platten verhältnismäßig besser ausgenutzt als mit FAT16, wo ein Cluster bis zu 32 KiB belegt (unter Windows NT wie beispielsweise Windows 2000 FAT16-Clustergröße maximal 64 KiB). Erfolgt der Zugriff über Logical Block Addressing (LBA), wird eine FAT32-Partition auch als FAT32X bezeichnet. FAT32 hat folgende Merkmale: Es werden bis zu 228 = 268.435.456 Cluster verwendet. Die maximale Dateisystemgröße hängt von der Sektorengröße des verwendeten Mediums ab. Bei Festplatten, die typischerweise 512 Bytes Sektorengröße haben, beträgt die maximale Größe 2 Tebibyte; bei Datenträgern, die 4 KiB Sektorengröße verwenden, beträgt die maximale Größe 16 Tebibyte. Die Größe ist primär durch das vier Bytes große Gesamtsektoranzahl-Feld (Offset 20h) im Bootsektor begrenzt. Die Cluster sind je nach Partitionsgröße zwischen 512 Byte und maximal 32 KiB groß. Dateien dürfen max. bis zu 4 GiB − 1 Byte (= 4.294.967.295 Byte) groß werden. Diese Grenze ist eine Folge des nur 4 Byte breiten Feldes für die Dateigröße in der Directory-Tabelle. Es können maximal 228 Dateien abgelegt werden; da jede Datei mindestens einen Cluster belegt, beschränkt die maximale Anzahl der Cluster die maximale Anzahl Dateien. Das Haupt-(Root-)Verzeichnis muss sich nicht an einer bestimmten Position auf dem Datenträger befinden und hat vor allem keine festgelegte Größe; bei den anderen FAT-Varianten wird die maximale Anzahl der Einträge im Hauptverzeichnis bei der Formatierung festgelegt (und kann nachträglich nicht geändert werden). Praxis-Limitierungen: Alte DOS-/Windows-Versionen (bis einschließlich Windows 95A, Windows NT bis Version 4.0, MS-DOS bis 6.22, PC DOS bis 2000, DR-DOS bis 7.03) können nicht darauf zugreifen. Für Windows NT 4.0 kam, etwas verspätet, ein vollwertiger kostenloser Treiber. Für beliebige DOS-Systeme ab 3.3 kann der von Matthias Paul für DR-DOS entwickelte dynamisch ladbare DRFAT32-Treiber verwendet werden, der FAT32-Laufwerke über das Redirector-Interface als (erweiterte) CD-Extension mit vollem Schreib-/Lesezugriff in das System einbindet. Unter Windows 2000 und Nachfolgern darf der Benutzer mit der eingebauten Funktion „Formatieren“ maximal 32 GiB große FAT32-Dateisysteme neu erstellen, auch das Kommandozeilen-Programm format.com hat diese Beschränkung. Allerdings erlaubt die explizite Wahl von FAT32 als Dateisystem durch die FS-Option eine Formatierung von Datenträgern selbst größer als 32 GiB (format /FS:FAT32). Der Zugriff auf größere FAT32-Dateisysteme, die mit alternativen Werkzeugen erstellt wurden, ist aber immer möglich. Mit zusätzlichen Programmen kann man jedoch auch unter Windows 2000 oder höher Partitionen größer als 32 GiB mit FAT32 erstellen und formatieren. Unter Windows 10 ist das Formatieren mit FAT32 über die Eingabeaufforderung möglich. Das Festplatten-Dienstprogramm von Mac OS X Tiger 10.4 und neuer sowie das Linux-Programm mkdosfs (in Verbindung mit fdisk) können auf Festplatten, die größer als 32 GiB sind, eine oder mehrere FAT32-Partitionen mit mehr als 32 GiB Kapazität erzeugen. Es gibt mehrere moderne DOS-Systeme, die FAT32 nativ unterstützen: MS-DOS 7.10/8.00, Enhanced DR-DOS, FreeDOS, OEM PC DOS 7.10 (der Nachfolger von PC DOS 2000) und Datalight ROM-DOS. Das Speichern von Meta-Informationen für Dateien in Extended Attributes ist nicht mehr möglich. Microsofts Spezifikation verbietet aus genannten Gründen der Geschwindigkeit und Kompatibilität über 2 MB lange Dateiordner, welches einen Ordner auf 65.534 8.3-Dateinameneinträge (jeweils 32 Bytes) beschränkt (zwei Einträge sind bereits durch . und .. reserviert). Die Verwendung von langen Dateinamen (LFN, das beinhaltet Dateinamen in Kleinbuchstaben) reduziert die Anzahl. Da auch in aktuellen Windows-Installationen FAT32 und NTFS koexistieren können, ist zu beachten, dass bei der Übertragung von Dateien von NTFS auf FAT32 sowohl NTFS-Streams als auch die Berechtigungen verloren gehen, was je nach Anwendungszweck sinnvoll oder störend sein kann. Erweiterungen VFAT und LFN VFAT (Virtual File Allocation Table) ist eine Erweiterung des FAT-Formats zur Verwendung langer Dateinamen, die auf FAT12, FAT16 und (seit dessen Einführung im Jahr 1996) auch auf FAT32 angewendet werden kann. Gelegentlich wird im Sprachgebrauch auch fälschlich VFAT mit FAT32 gleichgesetzt. LFN steht für , lange Dateinamen, die durch VFAT in allen klassischen FAT-Dateisystemen implementiert sind. Die Designer von Windows 95 hatten das Ziel, die Nutzung von langen Dateinamen zu ermöglichen, obwohl die auf MS-DOS aufbauenden Versionen das unter der NT-Serie dafür vorgesehene Nachfolge-Dateisystem NTFS nicht unterstützen. Das wird durch einen Trick im Layout des Dateisystems erreicht. Die Datei wird wie bisher als 8.3-Dateiname gespeichert, bei längeren Namen wird jedoch ein Alias in der Form xxxxxx~1.xxx verwendet, wobei die Nummer hochgezählt wird. Der lange Name wird dann über mehrere Verzeichniseinträge verteilt, die eine Kombination von Datei-Attributen aufweisen, die ältere Systeme als ungültig ansehen und daher ignorieren. Allerdings kann es durch die Verwendung des „Volume“-Attributes dazu kommen, dass ältere MS-DOS (vor 7.1) im dir-Befehl solche Einträge irrtümlich als Volumenamen interpretieren, vor allem, wenn der tatsächliche Volumename im Verzeichnis nicht an erster Stelle steht oder ganz fehlt. Das endgültige Format erlaubt bis zu 255 Zeichen lange Dateinamen (wobei der Name inklusive Speicherpfad bis zu 260 Zeichen enthalten kann) und nutzt Unicode als Zeichensatz mit der Kodierung UCS-2. In bisher von Microsoft-Systemen nicht genutzten Bereichen des Eintrages mit dem 8.3-Dateinamen werden nun auch das Erstelldatum und das Datum des letzten Zugriffes gespeichert. Unterstützung in Betriebssystemen Windows for Workgroups 3.11 unterstützt VFAT optional, jedoch nur für Festplatten und ohne die Möglichkeit langer Dateinamen. VFAT wird in Windows 95 und höher und in Windows NT 3.5 und höher unterstützt. Unter Linux wird die VFAT-Erweiterung vollständig unterstützt. UMSDOS In den frühen 1990er Jahren wurde von vielen Linux-Distributionen die UMSDOS-Erweiterung für FAT16 eingesetzt, um Linux zu installieren, ohne das Festplattenlaufwerk neu partitionieren und formatieren zu müssen. UMSDOS fügt zu einem FAT-Dateisystem eine darüberliegende Unix-kompatible Schicht hinzu. Diese verwaltet Dateien, die den Namen --linux-.--- tragen. Darin werden Benutzerrechte und auch lange Dateinamen gespeichert. In Linux 2.6.11 wurde UMSDOS aus dem Kernel entfernt, da es nicht mehr weiterentwickelt wird. Es gibt als Ersatz ein POSIX-Overlay-Dateisystem, das FUSE verwendet und über einem normalen FAT-Dateisystem „eingeblendet“ werden kann. UVFAT UVFAT existierte nur für eine kurze Zeit und hat die VFAT-Erweiterung zur Speicherung langer Dateinamen genutzt, während der UMSDOS-Mechanismus für die unter allen FAT-Versionen fehlenden Benutzerrechte verwendet wurde. So waren unter Linux angelegte lange Dateinamen auch unter modernen Windows-Versionen lesbar und umgekehrt. Die Entwicklung wurde bereits vor derjenigen der UMSDOS-Erweiterung wieder eingestellt. Derivate Es gibt folgende Derivate: exFAT exFAT (Extended File Allocation Table) ist ein speziell für Flash-Speicher entwickeltes Dateisystem. Eingeführt wurde es 2006 mit Windows CE 6.0. exFAT soll dort eingesetzt werden, wo NTFS nur schwer oder gar nicht implementierbar ist und zugleich die Beschränkungen von FAT32 – insbesondere maximale Dateigröße von 4 GiB – vermieden werden sollen. Windows 7, Windows 8.x, Windows 10 und Windows 11 unterstützen exFAT nativ, Windows Vista erst ab Service Pack 1. Für Windows XP ab SP2 hat Microsoft ein Aktualisierungspaket. Auf Apple-Computern wird exFAT ab Mac OS X Snow Leopard, Version 10.6.5, vollständig unterstützt. Am 27. August 2019 veröffentlichte Microsoft die Spezifikationen für exFAT und erklärte, eine Implementation von exFAT im Linux-Kernel zu unterstützen und die Patente daran über das Open Invention Network freizugeben. exFAT wird vom Linux-Kernel ab Version 5.4 direkt unterstützt, in Kernel 5.7 wurde der Treiber durch einen besseren ersetzt. Zuvor gab es bereits einen proprietären Linux-Treiber des Unternehmens Tuxera sowie einen von der Firma Samsung unter der GPLv3 lizenzierten Treiber für FUSE. Im Rahmen der Spezifikationen für die Memory-Stick-XC- und SDXC-Flashspeicher-Kartentypen wird die Verwendung von exFAT vorgeschrieben; die Speicherkarten können zwar prinzipiell auch mit einem anderen Dateisystem formatiert werden, sind dann aber nicht Standardkonform und daher nicht in jedem Gerät (wie z. B. Digitalkamera) verwendbar. Die Vorteile gegenüber vorherigen Versionen sind: Theoretische maximale Dateigröße von 64 ZiB, empfohlene maximale Dateigröße 512 TB (maximale Partitionsgröße). Ein Cluster darf maximal 32 MiB groß sein (theoretisch jedoch bis zu 2255 Bytes). Es wurde eine separate Tabelle („Bit-Karte“) eingeführt, welche die freien Cluster effizienter indiziert. Ein Bit wird jeweils einem Cluster zugeordnet. Dies wurde bei FAT32, FAT16 und FAT12 von der viel größeren Fragmenttabelle (oder „Fragmentkarte“) übernommen, mit jeweils 32, 16, und 12 Bits pro Cluster; daher die Namen. Bei exFAT werden nur Cluster fragmentierter Dateien in der Fragmenttabelle aufgezeichnet. Das Dateisystem unterstützt erweiterte Zugriffsrechte (ACL). Es werden auch Transaktionen unterstützt (nur mit TexFAT). Nachteile: Bei Dateisystemen ab 32GB ist die Standard-Clustergröße 128KB. Das bedeutet, dass selbst kleine Dateien immer mindestens 128KB Platz auf dem Dateisystem belegen. Lange Zeit konnte exFAT nur mit einer Lizenz von Microsoft verwendet werden. Inzwischen ist die Spezifikation offengelegt. TFAT TFAT (Transaction-safe File Allocation Table) bietet insbesondere für mobile Geräte mit fest eingebautem Flash-Speicher Schutz vor Beschädigungen des Dateisystems, zum Beispiel wenn während einer Schreiboperation die Stromversorgung des Gerätes ausfällt. Dafür wird die FAT doppelt geführt: einmal als FAT1 mit den aktuellen Dateizuordnungen und einmal als FAT0 mit dem letzten als konsistent bekannten Stand des Dateisystems. FAT0 wird erst nach erfolgreichem Abschluss einer Transaktion aktualisiert, indem FAT1 nach FAT0 kopiert wird. Eine Transaktion ist beispielsweise das Anlegen einer neuen Datei. Während des Ablaufs einer Transaktion werden Änderungen am Dateisystem in neu angelegten Clustern gespeichert und FAT1 wird entsprechend angepasst. So kann im Fehlerfall eine unvollständig ausgeführte Transaktion durch Kopieren von FAT0 nach FAT1 rückgängig gemacht und das Dateisystem auf den Stand von vor Beginn der Transaktion zurückversetzt werden. Das rechnerische Limit für TFAT-Partitionen liegt bei einer Sektorgröße von 512 Byte bei 2 TiB. TFAT ist zwar explizit für nicht entfernbaren Speicher gedacht, kann jedoch auch mit Wechselspeichermedien verwendet werden. Allerdings kann es zu Problemen kommen, wenn ein TFAT-Medium in einem anderen Gerät ohne Unterstützung für TFAT verwendet wird. Es ist dann zwar prinzipiell möglich auf das Medium zuzugreifen, aber weil es dabei wie ein normales FAT-Medium behandelt wird, erfolgen Schreibvorgänge nicht transaktionssicher. Auch können aufgrund von Unterschieden in den Datenstrukturen mit TFAT erstellte Verzeichnisse nicht von FAT-Systemen gelöscht werden. TFAT wird üblicherweise nicht von Desktopsystemen unterstützt. Unterstützt wird es von Microsoft für Mobilgeräte seit Windows Mobile 6.5 und Windows CE ab Version 6.0. Aufbau Ein FAT-Dateisystem gliedert sich in fünf Bereiche: Alle Mehrbyte-Werte (16/32 Bit) sind im Little Endian gespeichert, d. h. niederwertigste Bytes zuerst. Bootsektor Der Bootsektor kann x86-Maschinencode (Bootloader) enthalten, der das Betriebssystem laden soll. An anderen Stellen enthält er Informationen über das FAT-Dateisystem. Anschließend unterscheiden sich die Daten je nach FAT-Variante. Bei FAT12 und FAT16 folgt diese Datenstruktur: FAT32 benutzt eine davon abweichende Struktur ab Offset 24hex: Reservierte Sektoren Zwischen Bootsektor und der ersten FAT können Sektoren reserviert werden, die vom Dateisystem nicht benutzt werden. Dieser Bereich kann von einem Bootmanager oder für betriebssystemspezifische Erweiterungen genutzt werden. Auf den meisten FAT12- oder FAT16-Dateisystemen existieren – außer dem Bootsektor – keine weiteren reservierten Sektoren. Die FAT folgt somit direkt im Anschluss an den Bootsektor. FAT32-Dateisysteme enthalten in der Regel noch einige Erweiterungen zum Bootsektor sowie eine komplette Sicherungskopie des Bootsektors und der Erweiterungen. FAT Die FAT ist eine Art Tabelle fester Größe, in der über die belegten und freien Cluster eines FAT-Dateisystems Buch geführt wird. Ein Cluster ist die aus einem oder mehreren Sektoren bestehende Zuordnungseinheit, die von einer Datei belegt werden kann. Der Datenbereich ist in eine feste Anzahl von Clustern eingeteilt. Zu jedem dieser Cluster existiert ein Eintrag in der FAT, der Folgendes angeben kann: Der Cluster ist nicht belegt, also frei. Das Medium ist an der Position dieses Clusters beschädigt. Der Cluster ist von einer Datei belegt: Der FAT-Eintrag zum nächsten Cluster der Datei hat die Nummer x, das heißt: der nächste Cluster der Datei ist der Cluster mit der Nummer x − 2. Das ist der letzte Cluster der Datei. Die Größe (in Bit) und der Wertebereich der Tabelleneinträge unterscheiden sich zw. FAT12, FAT16 und FAT32 wie folgt: Die Lage der belegten Cluster einer Datei können aus den Adressen der zugehörigen FAT-Einträge berechnet werden. Die FAT-Einträge bilden eine einfach verkettete Liste. Wegen ihrer grundlegenden Bedeutung für das Dateisystem existieren in der Regel zwei Kopien der FAT, um bei Datenverlust noch immer eine funktionsfähige zweite FAT zu haben. Mit diversen Programmen ist so eine Datenwiederherstellung in vielen Fällen möglich. Auf Installationsdisketten oder mit Spezialprogrammen formatierten Medien findet man manchmal keine zweite FAT, wodurch der verfügbare Speicherplatz etwas größer wird. Theoretisch ist es auch möglich, ein Dateisystem mit mehr als zwei FAT-Kopien zu formatieren. Diese Dateisysteme können zwar in der Regel von jedem Betriebssystem gelesen werden, jedoch wird die dritte (und jede weitere FAT-Kopie) bei Schreibzugriffen meist nicht aktualisiert, so dass bei Beschädigung der ersten beiden FATs oft keine Reparatur unter Zuhilfenahme der weiteren Kopien möglich ist. Stammverzeichnis und Unterverzeichnisse Das Stammverzeichnis (englisch root directory), auch Wurzelverzeichnis oder Hauptverzeichnis genannt, ist eine Tabelle von Verzeichniseinträgen. Jede Datei oder Unterverzeichnis wird in der Regel durch je einen Verzeichniseintrag repräsentiert. Die bei Windows 95 eingeführte Erweiterung um „lange Dateinamen“ benutzt jedoch ggf. mehrere Verzeichniseinträge pro Datei bzw. Verzeichnis, um die langen Dateinamen unterzubringen. Das Stammverzeichnis folgt bei FAT12 und FAT16 direkt der FAT und hat eine feste Größe und damit eine Maximalanzahl an Verzeichniseinträgen. Diese wird beim Formatieren des Dateisystems festgelegt und kann später – außer mit Spezialsoftware – nicht mehr geändert werden. Bei FAT32 hat das Stammverzeichnis eine variable Größe und kann an einer beliebigen Position des Datenbereichs beginnen. Je nach Medientyp gibt es unterschiedliche Vorgabegrößen für das Stammverzeichnis. Mit speziellen Formatierungsprogrammen lässt sich jedoch die Größe des Stammverzeichnisses frei wählen. So besitzen beispielsweise Installationsdisketten, die nur sehr wenige Archivdateien enthalten, oft ein minimales Stammverzeichnis, das nur einen Sektor groß ist und somit nur Platz für 16 Verzeichniseinträge bietet. Ein Verzeichniseintrag besteht aus 32 Bytes. Zusammenspiel: Soll nun eine Datei gelesen werden, wird der zugehörige Verzeichniseintrag herausgesucht. Neben den Attributen kann hier nun der Startcluster selektiert werden. Die weiteren Cluster werden dann über die FAT herausgesucht. Am Ende terminiert die Weitersuche jener FAT-Tabelleneintrag, welcher den Wert FFFFFFh enthält. Ein Unterverzeichnis wird als normale Datei angelegt, außer dass der Eintrag im übergeordneten Verzeichnis mit dem entsprechenden Bit markiert ist. Der Aufbau der Einträge ist mit jenen des Hauptverzeichnisses identisch. Da die Cluster der Unterverzeichnisse über die FAT verknüpft werden, können sie beliebig wachsen und haben keine Begrenzung in der Zahl der verwaltbaren Dateien. Abweichungen Dateisystem des Atari ST Der Atari ST benutzt für Disketten eine Variante des FAT12-Dateisystems und kann daher unter MS-DOS formatierte und beschriebene Disketten lesen und schreiben. Ursprünglich konnten auf dem Atari formatierte Disketten nicht unter MS-DOS benutzt werden, wohl aber unter MS-DOS formatierte und danach auf dem Atari beschriebene Disketten. Diese Inkompatibilitäten wurden in späteren GEMDOS-Versionen behoben. Die Unterschiede der Atari-Implementierung im einzelnen: Ursprünglich standen in den ersten Bytes des ersten Sektors einer bootfähige Atari-Diskette die Opcodes eines Assemblerbefehls für den Motorola-68000-Prozessor, nämlich eine Sprunganweisung („bra“ für „branch always“), um den BPB zu überspringen. Da diese Opcodes jedoch in vielen Betriebssystemen als Kennung verwendet werden, um ein gültiges BPB-Format zu erkennen, wurde dort ab TOS 1.04 der relevante Teil eines x86-CPU-Opcodes geschrieben. Das OEM-Label beginnt bei Atari-Disketten an Offset 2 statt 3 im Bootsektor, und es ist nur sechs statt wie sonst acht Bytes lang. In den drei hinzugewonnenen Bytes speichern Ataris eine Seriennummer, die den Wechsel von Disketten auch ohne Disketten-Wechsel-Signal sicherstellen sollen. Da das OEM-Label in vielen Microsoft-Betriebssystemen aber tatsächlich zur Erkennung des vorliegenden BPB-Formats herangezogen wird, kann ein „unübliches“ OEM-Label diverse Wechselwirkungen hervorrufen, die ein Medium unter diesen Systemen nicht mehr lesbar erscheinen lassen oder bei Schreibversuchen die Datenstrukturen im Dateisystem zerstören. Solange die BPB-Einträge nicht vom Microsoft-Standard abweichen, stellt das jedoch kein Problem dar. Das Media-ID-Byte wurde ursprünglich bei der Formatierung nicht korrekt gesetzt, was dazu führen konnte, dass Medien unter anderen Betriebssystemen nicht erkannt wurden, insbesondere da auch das BPB-Format nicht exakt identisch ist. Der Atari-Bootsektor ist, wenn die Diskette bootfähig ist, mit einer Prüfsumme gegen Bitfehler gesichert. Die Summe aller 16-Bit-Big-Endian-Worte des Bootsektors muss 123416 ergeben, sonst wird der Bootsektor von Ataris als ungültig betrachtet. Um auf die richtige Prüfsumme zu kommen, wurde der Wert an Offset +1FE16 passend verändert. Da dieser jedoch normalerweise die Signatur 5516, AA16 enthält (die einen IBM-kompatiblen Bootsektor anzeigen soll) und diese von einigen Systemen ausgewertet wird, sollte stattdessen ein unbenutztes Byte im Codebereich zum Ausgleich verändert werden. Atari GEMDOS unterstützt, wie auch viele Versionen von MS-DOS bis 3.x, nur Clustergrößen bis 4 KB. Beispiele DOS- bzw. Windows-Diskette mit FAT12 Siehe auch Liste von Dateisystemen Weblinks Microsoft: Einschränkungen des FAT32-Dateisystems Microsoft: FAT32-Specification Informationen über FAT32plus auf www.drdos.org und www.drdosprojects.de Microsoft: Working with filesystems (englisch) Programm zum Erstellen von FAT32-Partitionen > 32 GiB (getestet bis 2 TiB) Extended FAT File System (englisch) Einzelnachweise Dateisystem Dateiverwaltung DOS-Betriebssystemkomponente Linux-Betriebssystemkomponente OS/2-Betriebssystemkomponente Windows-Betriebssystemkomponente