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1 1 Aufbau und Funktionsweise eines PC 1.1 Der PC es war einmal vor gar nicht allzu langer Zeit Der erste Heimcomputer als Vorgänger des heutigen PC wurde 1981 von der Firma IBM vorgestellt. Dieser Personal Computer (PC) hatte noch keinee Festplatte, sondern zwei Diskettenlaufwerke. Durch den Preisverfall bei den elektronischen Bauteilen und durch günstigere Nachbauten von anderen Firmen begann der Siegeszug des PC in den deutschen Haushalten. Im Jahr 2007 gab es in 73% aller deutschen Haushalte einen PC. (Quelle: Statistisches Bundesamt: Doch was gab es zuvor? Der Spanier Ramon Llull (siehe auch unter konstruierte bereits im 13. Jahrhundert eine logische Maschine, die als erste Konstruktion des späteren Computers angesehen werden kann. Zur damaligen Zeit war es jedoch undenkbar, eine solche Maschine technisch umzusetzen und zu bauen. Daher ist seinee Ausarbeitung im Laufe der Jahrhunderte leider wieder in Vergessenheit geraten. Wilhelm Schickard erfand 1623 eine Vier-Spezies-Maschine, einen mechanischen Rechner, der viele Zahnräder enthielt, die aus der sich damals entwickelnden Uhrmacherkunst stammten. Johannes Kepler, ein berühmter Physiker zu dieser Zeit, nutze die Maschine von Wilhelm Schickard für astronomische Berechnungen erfand Gottfried Leibniz das Dualsystem das binäre Zahlensystem, das erst über 200 Jahre später die Grundlage für das Rechnen der Computer bildete. Moderne Digitale Computer kennenn nur den Zustand Strom oder keinen Strom. Genau diese Zustände können mit dem Dualsystem oder Zweiersystem abgebildet werden. Im 19. Jahrhundert wurden die ersten Maschinen, die Lochkarten lesen konnten, gebaut. Gegen Ende des 19. Jahrhundert, 1890 wurde in den USA eine Volkszählung durchgeführt. Dabei kam eine Lochkartenmaschine zum Einsatz, die von Herman Hollerith entwickelt wurde baute IBM einen ersten Rechner, der mit Lochkarten gefüttert wurde und eine Multiplikation je Sekunde ausführen konnte. Lochkarten enthielten damals die Programme und Rechenanweisungen, die dem Computer sagten, was er berechnen sollte. So gesehen waren Lochkarten die Vorgänger von Disketten und den heute fast nur noch verwendeten USB- Sticks. Auf die Lochkarten-Computer, die etwa so groß waren wie 10 riesige Gefrierschränke zusammen genommen, folgten Magnetband-Computer. Diese wurden als enorme Erleichterung angesehen, da auf großen Magnetbändern nun die Daten und Rechenanweisungen gespeichert werden konnten. Nach und nach wurden elektronische Bauteile immer kleiner und die ersten Mikrochips wurden entwickelt und wurden die Basis, um immer schnellere Heimcomputer zu bauen. Den genauen Aufbauu eines PC wollen wir in den kommenden Abschnittenn genauer unter die Lupe nehmen. Seite 10

2 Links und Hinweise Zur Vertiefung Toller Einstieg mit vielen Links Wie funktioniert der Computer Informationen über Ramon Llull Geschichte der Entwicklung des Computers Hintergründe und Details zum ersten IBM-PC Entwicklung und Technik der ersten Heimcomputer 1.2 Schematischer Aufbau eines PC Nr. Bezeichnung 1 Monitor 2 Hauptplatine/Mainboard 3 CPU/Prozessor 4 Hauptspeicher 5 interne Peripherie-Karten (z.b. Grafikkarte, Netzwerkkarte, etc.) 6 Netzteil/Stromversorgung 7 Optisches Laufwerk (CD/DVD) 8 Festplatte 9 Computermaus 10 Tastatur Quelle: Das Mathefritz Computerbuch Seite 11

3 1.3 Das Innenleben eines PC Das folgende Bild zeigt das Innere eines PC: Eigentlich ist das Innere des PC recht leer. Wir sehen ein Netzteil, eine Hauptplatine mit vielen Steckplätzen, einige Datenlaufwerke und Kabel. Auf der Hauptplatine befindet sich ebenfalls ein Ventilator. Unter dem Ventilator befindet sich der Kern des Computers: der Prozessor. Das Gehirn des PC wird derart heiß, dass es gekühlt werden muss. Vom Netzteil gehen viele Kabel ab: jedes Gerät und die Hauptplatine werden vom Netzteil mit Strom versorgt. Damit die Daten zwischen dem Prozessor und den verschiedenen Laufwerken (Festplatte, CD/DVD-Laufwerk usw.) ausgetauscht werden können, müssen breite Datenkabel wie eine Datenautobahn von der Hauptplatine ausgehend verlegt werden. Der Lüfter auf einem Pentium Prozessor. Heute braucht jeder Prozessor eine Kühlung. oben: ein Pentium Prozessor ohne Kühlmodul, original ist er genau 5 cm breit. links: ein Prozessor mit Luftkühlung (Ventilator) auf der Hauptplatine Seite 12

4 Speichermodule links: Notebook-Speichermodule rechts: PC-Speichermodule Festplatten oben: 3 ½ Zoll Gehäuse, geöffnet (nach dem Öffnen ist eine Festplatte nicht mehr benutzbar!) im Bild unten: 2 ½ Zoll Festplattee für ein Notebook Möchte man einen PC komplett selbst zusammenbauen, benötigt man auf jeden Fall folgende Komponenten: ein Gehäuse mit Netzteil eine Hauptplatine und einenn modernen schnellen Prozessor eine schnelle Grafikkarte, sofern diese nicht auf der Hauptplatine eingebaut ist ausreichendenn Hauptspeicher (für Windows Vista mindestens 2 GB = 2048 MB) der auf die Platine abgestimmt ist mindestens eine Festplatte ein DVD-Laufwerk, evtl. mit Brennfunktion mehrere Kabel zum Anschließen der Laufwerke an die Hauptplatine Nicht vergessen dürfen wir die so genannten Peripheriegeräte: dies sind Komponenten oder Geräte, die sich außerhalb der Zentraleinheit eines Computers befinden. Dies sind z.b.: Beamer Drucker Externe Festplatte Gamepad Grafiktablett Headset Joystick Lautsprecher Lenkrad für Spiele Maus Mikrofon Modem Monitor Plotter Scanner Speicherkartenlesegerät Tastatur Trackball USB-Hub USB-Stick Webcam Das Mathefritz Computerbuch Seite 13

5 Unverzichtbare Peripheriegeräte Monitor Tastatur und Maus Monitor, Tastatur und Maus sind unbedingt notwendig, um einen PC zu bedienen. Den Monitor nennt man auch Ausgabegerät, die Tastatur und Maus hingegen sind Eingabegeräte. Aufgabe Versuche, alle gelisteten Peripheriegeräte in die Kategorien Eingabe- und Ausgabegeräte sowie externe Speichermedien einzuordnen! Wichtige Hinweise Ist die Grafikkarte auf einem Board fest eingebaut, ist diese immer langsamer und weniger leistungsfähig, wie eine eigene Grafikkarte, die in einen freien Steckplatz gesteckt wird. Kauft man den Prozessor zusätzlich zum Mainboard, muss man immer auch an ein Kühlmodul denken! Der Hauptspeicher, der so genannte RAM (Random Access Memory), muss immer auf die Platine passen. Hierzu sollte man genau die Angaben der Hersteller prüfen. Beim Zusammenbauen der Komponenten zu einem PC zerstört man sehr leicht die ganz dünnen Stecker und Pins, die auf der Hauptplatine angebracht sind. TIPP Um einen PC selbst zusammenzubauen, sollte man sich schon sehr gut auskennen. Im Zweifelsfall kauft man doch besser eine fertig aufeinander abgestimmte Konfiguration mit Garantieleistung durch einen Händler. Seite 14

6 1.4 Die Alternative: der Notebook-Computer Immer mehr Menschenn entscheiden sich für einenn kompakten Computer, der überall hin mitgenommen werden kann: das Notebook. Ein Notebook vereinigt viele Funktionen in einem Gerät, die bei einem PC von verschiedenen Komponenten übernommen werden: Bildschirm Recheneinheit Tastatur Touchpad anstelle einer Maus Neben diesen Vorteilen sprechen weitere für ein Notebook: Es kann leicht transportiertt werden. Es nimmt auf dem Schreibtisch deutlich weniger Platz ein. oben: der Kühler über dem Prozessor und daneben das Hauptspeichermodul (RAM) links: die Platine eines Notebooks, rechts vorne: die Festplatte; rechte Mitte: in grau das CD-Laufwerk Natürlich hat ein Notebook auch Nachteile gegenüber einem PC. Diese liegen ganz klar in der kompakten Bauweise und allen damit verbundenen Einschränkungen: Der Prozessorr muss besonders gut gekühlt werden. Daher sind Notebook-Computer in der Regel etwas weniger leistungsfähig, damit sie nicht so viel Strom verbrauchen. Die Grafikkarte ist meistens nicht so leistungsfähig, da eine Notebook-Grafikkarte immer auf der Hauptplatine des Notebooks sein muss. Beim PC kann eine Super- Grafikkarte in einen freien Steckplatz gesteckt werden. Daher eignet sich ein Notebook nur bedingt für Spiele-Liebhaber. Spiele benötigen immer die schnellste Grafikkarte! Es besteht keine Möglichkeit, weitere Komponenten in einen freien Steckplatz zu stecken. Ausnahme: evtl. hat das Notebook einen Mini-Steckplatz. Die eingebaute Festplatte ist in der Regel kleiner, da nicht so viel Platz vorhanden ist. Bei gleicher Leistung ist ein Notebook immer teurer als ein PC. Das Mathefritz Computerbuch Seite 15

7 1.5 Funktionsweise eines PC das BIOS und das Betriebssystem Ein PC ist erst einmal dumm. Wird er eingeschaltet, muss er genau wissen, was er machen soll. Er muss zunächst prüfen, ob alle Anschlüsse vorhanden sind, ob ein Bildschirm sowie eine Tastatur und Maus angeschlossen sind. Diese Aufgaben übernimmt das BIOS das Basic Input Output System. Dieses BIOS ist fest auf einem Chip enthalten, der sich auf der Hauptplatine (auch Mainboard oder Motherboard genannt) befindet. Das BIOS prüft ebenso, welche Laufwerke angeschlossen sind und auf welchem Laufwerk das Betriebssystem gesucht werden soll. Ohne Betriebssystem funktioniert kein PC. Ein Betriebssystem konfiguriert den PC und erlaubt es uns dann, überhaupt Abb.: BIOS-Chip auf einem Mainboard mit dem PC zu arbeiten und andere Programme auszuführen. Für jeden Rechnertyp gibt es eigene Betriebssysteme, die speziell auf die Mikrochips und die besondere Konstruktion abgestimmt sind. So hat jeder Großrechner, Supercomputer, Taschencomputer und nicht zu vergessen, jedes Handy sein eigenes Betriebssystem. Bekannte Betriebssysteme für PC sind: Windows XP, Windows Vista von der Firma Microsoft Linux, Ubuntu, etc., freie Software auf Basis von Unix Für uns ist wichtig zu wissen, dass ohne Betriebssystem mit einem PC nicht gearbeitet werden kann. Nachdem das BIOS den Zustand des PC geprüft und ein Betriebssystem gefunden hat, wird dieses in den Hauptspeicher des PC geladen. Das Betriebssystem erkennt nun auch alle weiteren Komponenten wie Grafikkarten, Kartenlesegeräte, CD-Laufwerke usw. und sorgt dafür, dass diese benutzt werden können. Hierzu lädt das Betriebssystem sog. Treiber. Diese Treiber sind bestimmte Programme, die das Betriebssystem braucht, um mit anderen Geräten zu reden und sie zu nutzen. Aufgabe Besuche die Internetseiten von Rudi Ratz (www.rudiratz.de) und lies ein wenig über die Welt des Computers. Du wirst gar nicht mehr aufhören wollen, so spannend ist das! Links und Hinweise Für Einsteiger: Für Fortgeschrittene: Rudi Ratz ist sehr neugierig und erklärt dir die Welt des Computers Viele tolle Erklärungen rund um den PC, vom Bayerischen Rundfunk Computergeschichten für Kinder Hintergründe zum BIOS eines Computers Umfangreiche Informationen zu Betriebssystemen Seite 16

8 1.6 Aufgaben zur Vertiefung und zum Verständnis 1. Aufgabe - Zehn Fragen zum Verständnis 1. Was bedeutet BIOS? 2. Wozu benötigt ein PC ein BIOS? 3. Nenne mindestens 5 Komponenten, die benötigt werden, um einen PC zusammenzubauen. 4. Nenne 3 Vorteile und 3 Nachteile von Notebook-Computern. 5. Was sind Peripheriegeräte? 6. Nenne mindestens 2 Eingabegeräte, die an einen PC angeschlossen werden können. 7. Nenne mindestens 2 Ausgabegeräte, die an einen PC angeschlossen werden können. 8. Welche Funktion hat ein Betriebssystem? 9. Nenne 2 verschiedene Betriebssysteme. 10. Was versteht man unter Treibern, wozu werden sie benötigt? 2. Aufgabe Leistungsmerkmale und Kenngrößen eines PC Suche im Internet oder in Tageszeitungen und Werbeblättern nach Angeboten von PC-Systemen. Finde mindestens 2 verschiedene Modelle. Stelle die Leistungsdaten in einer Tabelle in deinem Heft zusammen und bewerte selbst am Ende, indem du Vorteile und Nachteile auflistest. Muster für eine Tabelle: Bestandteil des PC Modell 1 Modell 2 Prozessor-Bezeichnung Größe des Hauptspeichers (RAM) Typ / Bezeichnung der Grafikkarte Größe der Festplatte (in GB) Version des mitgelieferten Betriebssystems Zusatzprogramme im Lieferumfang Art und Dauer der Garantie Preis Vorteile Nachteile Links und Hinweise (Preissuchmaschine) (Preissuchmaschine) Das Mathefritz Computerbuch Seite 17

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