Staatlich geprüfter EDV-Führerschein

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1 Gefördert vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales Staatlich geprüfter EDV-Führerschein Modul 1: Version A 2.02

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte des Computers Was ist ein Computer? Die Black Box Eingabe Verarbeitung - Ausgabe Hardware Software Hardware: Peripheriegeräte Tastatur Maus Scanner Bildschirm (Monitor) Röhrenmonitore Flachbildschirme Bildschirmgröße Bildschirmauflösung und Seitenverhältnis Bildschirmfrequenz Drucker Hardware: Zentraleinheit Gehäuse mit Netzteil Motherboard (Mainboard) Prozessor und Kühler Der Prozessor Kühler Der Micro (μ) - Prozessor (CPU) ein elektronischer Universalbaustei...21 Seite 2/67

3 Inhaltsverzeichnis 4.5 Speicherbausteine (RAM) Von Bit und Byte Grafikkarte Magnetische Speicher Festplatte Disketten - Laufwerk Optische Speicher CD ROM Laufwerk DVD-Laufwerke Festspeicher (Flash-Speicher) Festspeicher als Festplattenersatz (SSD = Solid-State-Disks) Hybridspeicher Netzwerkkarte Wie wir Farben sehen Wellen Wasserwellen Elektromagnetische Wellen Die Wellenlänge λ Empfangsantennen Das Auge ist eine Antenne Farbzerlegung und Farbmischung Farbzerlegung Farbmischung Additive Farbmischung Subtraktive Farbmischung Zusammenfassung...43 Seite 3/67

4 Inhaltsverzeichnis 6 Inbetriebnahme eines neuen Computers Einführung Die Rückseite eines Computers Geräte anschließen Tastatur und Maus Grafikkarte Netzanschluss Bildschirm Soundkartenanschluss Druckeranschluss Scanneranschluss Tintenpatronen in Drucker einsetzen Verbindungen zum Internet Modem ISDN DSL Computer einschalten Glossar (Erklärungswörterbuch) Stichwortverzeichnis Abbildungsverzeichnis Die Abbildungen 24 und 25 stammen aus dem Buch von Neil A. Campbell, Biologie, 1997 Heidelberg; Berlin; Oxford und wurden von Rechteinhaber Pearson education, USA, für eine nichtkommerzielle Weitergabe durch das rwb-essen freigegeben. Die Abbildungen 26 bis 35 stammen aus den TELEFUNKEN-Unterlagen von Dr.-Ing. Klaus Welland, Farbfernsehen Diese Abbildungen darf das rwb-essen für nichtkommerzielle Zwecke nutzen (EHG Elektroholding Frankfurt a. M., ein Unternehmen der Daimler-Chrysler AG). Seite 4/67

5 Geschichte des Computers 1 Geschichte des Computers Die gesamte Entwicklung der PC-Technik ist ein sehr schnell laufender Prozess. Fast täglich können Sie etwas Neues auf diesem Gebiet nachlesen. Wenn Sie heute einen neuen Computer kaufen, so ist diese Technik morgen fast schon veraltet. In dieser schnelllebigen Zeit vergisst man leicht, dass erst vor 20 Jahren der erste PC (Personal-Computer) auf dem Markt angeboten wurde (1981 von IBM mit einem 8088-Mikroprozessor). Man kann Konrad Ernst Otto Zuse ( ) als Erfinder des modernen Computers ansehen. Er war es, der bereits 1936 eine programmgesteuerte Rechenanlage (Z1) der Weltöffentlichkeit vorstellte. Man benötigte für diese Anlage und seine folgenden Rechenanlagen (1957 den ersten Transistorenrechner Z 23) noch klimatisierte Großräume. Hier eine kurze Übersicht der modernen PC-Entwicklung bis zum Jahre 2000: 1981 Der erste käufliche PC wird von IBM angeboten, mit 5,25 Zoll- Diskettenlaufwerk und höchstens 256 kbyte RAM-Speicher. Der Bildschirm ist monochrom (schwarz/weiß) Microsoft entwickelte das Betriebssystem DOS 1.1. INTEL entwickelte den Microprozessor. Der Commodore 64 wurde der meistverkaufte Computer der Welt Der erste PC kommt nach Deutschland. Microsoft stellt die erste Windows-Version vor. IBM stellt die größte Festplatte mit 10 Mbyte her Die ersten PC-Nachbauten aus Taiwan werden auf dem deutschen Markt angeboten. INTEL bietet den ersten Prozessor an IBM stellt die erste VGA-Grafikkarte (Farbe) vor. Die ersten 3,5 Zoll-Laufwerke kommen auf den Markt Das Internet begrüßt weltweit den Anwender CD-ROM-Laufwerke werden eingeführt INTEL bringt den Prozessor heraus Microsoft verdient mit Windows 3.0 die erste Milliarde Dollar. Seite 5/67

6 Geschichte des Computers 1993 INTEL bietet den ersten Pentium-Prozessor an. Microsoft verkauft das 25-millionste Windows- Programm. Windows NT kommt in den Handel Windows 95 kommt auf den Markt Die ersten DVD-Laufwerke werden in PCs eingebaut NTEL bekommt durch AMD starke Konkurrenz: den AMD-K6-Prozessor und den Cyrix-Prozessor Die USB-Schnittstelle (Universal Serial Bus) ist verfügbar. der Accelerated Graphic Port (AGP) wird zum Standard und die passenden Grafikkarten werden zum Standard für 3D- Anwendungen. Windows 98 wird veröffentlicht Das Betriebssystem LINUX macht Windows NT starke Konkurrenz Die befürchteten Computerabstürze zum Jahreswechsel blieben zum Glück aus. AMD macht gute Gewinne mit dem neuen Athlon-Prozessor. Windows 2000 wird Nachfolger von Windows NT. Ein Ende der Entwicklung ist noch lange nicht in Sicht. Es wird wohl nicht mehr lange dauern, bis in jedem deutschen Haushalt ein PC nicht nur die typischen Aufgaben eines Büros übernimmt, sondern auch Steuerungsaufgaben im Haushalt wie z. B. die Kaffeemaschine einschalten, Rollladen öffnen und schließen oder den Küchenherd bedienen. Seite 6/67

7 Was ist ein Computer 2 Was ist ein Computer? 2.1 Die Black Box Ein Computer ist eine Maschine, die Befehle ausführt. Diese Befehle nennen wir Programme. Ein Computer ist also eine programmierbare Maschine. Wir schreiben Befehle in ein Programm um, geben dieses Programm in den Computer und herauskommt, ja was denn nun? Ein Text wird geschrieben. Eine Rechenaufgabe wird gelöst. Ein Musiktitel wird gespielt. Eine Drehmaschine dreht ein Maschinenteil. Sie können im Internet surfen Die Liste der Tätigkeiten, die der Computer in Gang bringen kann, hat kein Ende. Man kann den Computer als eine Art Black Box bezeichnen. Wir geben etwas in diese Black Box hinein (Eingabe). Diese Eingabe wird in der Black Box irgendwie weiterverarbeitet (Verarbeitung) und danach wird ein Ergebnis bereitgestellt (Ausgabe). Eingabe Verarbeitung Ausgabe Alles, was man in den Computer eingibt, wird zuerst in Zahlen umgewandelt. In der Black Box werden nun diese Zahlen auf verschiedene Weise miteinander kombiniert, addiert, subtrahiert, sortiert und dies alles geschieht nach bestimmten Regeln. Wir nennen diese Regeln ein Programm. Dies alles geschieht in Bruchteilen einer Sekunde. Alle Ausgaben werden wiederum in Zahlen umgewandelt. Seite 7/67

8 Was ist ein Computer 2.2 Eingabe Verarbeitung - Ausgabe Abbildung 1: Das Bild zeigt einen typischen PC-Arbeitsplatz. Jeder PC arbeitet nach dem EVA-Prinzip. Die Eingabe kann erfolgen über: Tastatur Maus Scanner Grafiktablett Digitalkamera Die Verarbeitung geschieht in der Zentraleinheit (die wir in der Umgangssprache Computer nennen). Die Ausgabe kann erfolgen über: Drucker Bildschirm (Monitor) Plotter Modem Seite 8/67

9 Was ist ein Computer Alle Geräte, die an der Zentraleinheit angeschlossen sind, nennen wir Peripheriegeräte. Im folgenden Kapitel werden wir uns näher mit den Peripheriegeräten und der Zentraleinheit beschäftigen. 2.3 Hardware Software Man spricht in der Computersprache oft von der Hardware und der Software. Die Hardware umfasst alle Geräte, also die Zentraleinheit und alle Peripheriegeräte. Software nennt man die Programme des Computers. An erster Stelle sind hier die Betriebssysteme 1 zu nennen, z. B. Windows, Linux, Unix oder auch das alte MS-DOS. An zweiter Stelle alle Anwendungsprogramme, die wir für unsere tägliche Arbeit am PC benötigen - wie die Textverarbeitungsprogramme (z. B. WINWORD) oder die Tabellenkalkulation (z. B. Excel), Fotobearbeitungsprogramme (z. B. PhotoShop), aber auch alle Spielprogramme. 1 Das Betriebssystem wir ausführlich im Modul 2 besprochen. Seite 9/67

10 Hardware: Peripheriegeräte 3 Hardware: Peripheriegeräte 3.1 Tastatur Abbildung 2: Tastatur Die Tastatur ist das wichtigste Eingabegerät beim PC. Das alphanumerische Tastenfeld enthält die Tasten für Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen. Es entspricht im Wesentlichen der Schreibmaschinentastatur. Das Funktionsfeld hat mindestens 12 Tasten. Diese Tasten können mit bestimmten Aufgaben (Funktionen) belegt werden oder sie sind von Programmen mit Funktionen belegt. Das numerische Tastenfeld ist ein abgegrenzter Block über den ebenfalls Ziffern eingegeben werden können, ähnlich wie bei einer Rechenmaschine. Über den Cursorsteuerblock kann der Cursor (Pfeil auf dem Bildschirm) gelenkt werden. 3.2 Maus Die Maus hat sich neben der Tastatur zum zweitwichtigsten Eingabegerät entwickelt. Das Prinzip der Maus beruht auf einer Kugel, deren Rollbewegungen in eine X-Richtung und eine Y-Richtung übertragen werden. Seite 10/67

11 Hardware: Peripheriegeräte Heute sind auch Infrarot-Mäuse im Handel. Ein Infrarotstrahl erkennt die Bewegung der Maus und überträgt diese Bewegung in die Zentraleinheit. 3.3 Scanner Abbildung 3: Flachbettscanner Der Scanner ist ein Eingabegerät, das einfach ausgedrückt eine Vorlage in den PC fotokopiert. Man kann fertige Zeichnungen, Bilder oder Texte in den PC übertragen. 3.4 Bildschirm (Monitor) Abbildung 4: Monitor Der Bildschirm ist ein Ausgabegerät und dient zur Darstellung von Daten, Texten, Bildern. Ein Bildschirm ist im Grunde nichts anderes als ein Fernsehgerät ohne Empfangsteil. Wir unterscheiden Röhrenmonitore und Flachbildschirme. Seite 11/67

12 Hardware: Peripheriegeräte Röhrenmonitore Die Befehle der Zentraleinheit an den Bildschirm werden umgewandelt in Elektronenstrahlen. Diese Elektronenstrahlen werden senkrecht (vertikal) und waagerecht (horizontal) über die Innenfläche des Bildschirmes geführt (abgelenkt) und erzeugen einzelne Bildpunkte. Die Ablenkung des Elektronenstrahles geschieht mit Hilfe starker Magnetfelder. Die Innenfläche des Bildschirmes ist mit farbigen Phosphormaterialien beschichtet. Wenn der Elektronenstrahl auf die Bildpunkte der Phosphorschicht trifft, beginnen sie zu leuchten. Alle Farben 2 werden durch die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Die Bildschirme werden deshalb auch RGB-Monitore genannt Flachbildschirme Hier werden die einzelnen Farbpunkte durch elektronisch gesteuerte Lichtventile erzeugt. Dazu benutzt man Flüssigkeitskristalle. Man legt immer 3 Lichtventile zusammen (Pixel) und legt davor je einen Farbfilter für Rot, grün und blau. So entstehen dort auch die drei RGB-Grundfarben. Die Ansteuerung erfolgt über elektronische Schalter (Transistoren). Die Herstellung ist ähnlich wie bei der Chipherstellung. So kann man sehr dicht sehr viele Pixel herstellen Bildschirmgröße Die Bildschirmgröße darf nach EU-Norm nur noch in cm angeben werden. Der Handel hält sich jedoch nicht daran und gibt immer noch die Größe in Zoll an. Gemessen wird die Bildschirmdiagonale: Beispiele: 1 Zoll (1 ) = 2,54 cm Monitor 14 = 35,56 cm Monitor 17 = 43,18 cm Bildschirmauflösung und Seitenverhältnis Wir verstehen unter Bildschirmauflösung die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) horizontal und vertikal. 2 Im Kapitel 6 lernen Sie dies ausführlich. Seite 12/67

13 Hardware: Peripheriegeräte Bei einem Quadrat sind beide Seiten gleich groß. Das Seitenverhältnis ist 1:1. Bei einem Rechteck mit 20 cm Länge und 15 cm Breite hat man ein Verhältnis von 4 : 3: Man kann beide Zahlen durch 5 teilen. Fernseher hatten zunächst ein Seitenverhältnis von 4 : 3. Die neuen Breitwandformate haben ein Seitenverhältnis von 16 : 9. Beispiele von Bildschirmauflösungen mit dem Seitenverhältnis: (horizontal x vertikal) Seitenverhältnis 640 x : x : x : x : x : : Bildschirmfrequenz Wir unterscheiden bei der Bildschirmfrequenz zwei Werte, und zwar erstens die Bildwiederholfrequenz und zweitens die Zeilenfrequenz. Die Bildwiederholfrequenz gibt an, wie vielmal in der Sekunde das Bild auf dem Bildschirm neu aufgebaut wird. Sie ist verantwortlich für ein ruhiges, flimmerfreies Bild. Der Standard ist heute 70 bis 90 Hz (sprich Hertz). Ab ca. 70 Hz ist das Bild für das menschliche Auge flimmerfrei. Die Zeilenfrequenz (Horizontalfrequenz) ist wichtig für ein scharfes Bild. Sie gibt an, wie viele Bildschirmzeilen der Elektronenstrahl eines Monitors pro Sekunde schreiben kann. Die Zeilenfrequenz wird berechnet aus: Zeilenfrequenz (in khz) = Bildwiederholfrequenz (Hz) x Bildschirmzeile / 1000 Wir berechnen ein Beispiel: Gegeben: Bildwiederholfrequenz = 75 Hz Bildschirmzeile (aus 800 x 600) = 600 Seite 13/67

14 Hardware: Peripheriegeräte Zeilenfrequenz = 75 Hz x 600 /1000 = 45 khz Der Elektronenstrahl kann also Bildschirmzeilen in der Sekunde schreiben. Je höher die Zeilenfrequenz ist, desto besser ist das Bild. Wir erreichen ein gutes Bild ab ca. 40 khz. 3.5 Drucker Der Drucker ist ein Ausgabegerät. Mit ihm kann man Daten aus dem Computer als Texte, Grafiken oder Bilder ausgeben. Wir unterschieden heute hauptsächlich zwischen: Tintenstrahldruckern und Laserdruckern. Der Tintenstrahldrucker sprüht Spezialtinte durch feine Düsen punktförmig auf das Papier. Der Laserdrucker arbeitet nach der Methode eines Kopierers. Ein Laserstrahl bringt die Zeichen auf eine lichtempfindliche Trommel auf. An den belichteten Stellen bleibt ein schwarzes Pulver (Toner) haften. Dieses wird dann auf das Papier übertragen. Bevor Sie sich für einen Drucker entscheiden, stellen Sie bitte einige Überlegungen an: Welche Druckgeschwindigkeit (Ausgabegeschwindigkeit) wird benötigt? Laserdrucker sind wesentlich schneller als Tintenstrahldrucker. Tintenstrahldrucker können 6 12 Seiten (schwarz) pro Minute drucken. Schnelle Laserdrucker schaffen heute schon bis zu 30 Seiten pro Minute. Brauchen Sie farbige Ausdrucke? Laserdrucker, die auch farbig drucken können, sind noch sehr teuer. Deshalb sind für farbige Ausdrucke Tintenstrahldrucker heute noch besser geeignet. Wie hoch dürfen die Verbrauchskosten (Betriebskosten) sein? Die Anschaffungskosten sind bei Druckern nur ein Teil der Kosten. Bei Tintenstrahldruckern müssen regelmäßig die Tintentanks (schwarz und farbig) erneuert werden. Bei Laserdruckern muss der Behälter für den Toner immer wieder ausgetauscht werden. Man kann aus den Preisen für diese Kartuschen einen Seitenpreis errechnen, der aber bei den verschiedenen Druckermodellen sehr unterschiedlich sein kann. Seite 14/67

15 Hardware: Zentraleinheit 4 Hardware: Zentraleinheit Wie schon vorher erklärt, meinen wir mit Zentraleinheit alle Teile, die sich im Gehäuse des Computers befinden. Das Gehäuse selbst gehört auch dazu. Im Wesentlichen gehören zur Zentraleinheit: Gehäuse mit Netzteil Motherboard Prozessor mit Lüfter Speicherbausteine Grafikkarte Festplatte CD-ROM/DVD-Laufwerk Disketten-Laufwerk Netzwerkkarte 4.1 Gehäuse mit Netzteil Abbildung 5: Verschiedene Gehäusetypen Man unterscheidet beim Gehäuse verschiedene Bauformen: Beispiele: Desktop Mini-Tower Midi-Tower Big-Tower Seite 15/67

16 Hardware: Zentraleinheit Bei der Wahl eines Gehäuses müssen wir zwei Fragen bedenken: Wie viel Platz haben wir für den Computer? Muss er auf dem Schreibtisch oder kann er unter dem Tisch stehen? Wollen wir später vielleicht weitere Teile in den Computer einbauen, d. h. die Hardware ergänzen? Desktop-Gehäuse brauchen wenig Platz, haben aber wegen ihrer geringen Größe nur begrenzte Erweiterungsmöglichkeiten. Der Big-Tower benötigt den meisten Platz. Er hat aber im Innern sehr viel Platz für weitere Geräte und ist sehr reparaturfreundlich, weil die Teile gut zugänglich sind. Das Netzteil dient der Energieversorgung. Die elektrische Leistung liegt zwischen 100 Watt und 600 Watt. Für Server gibt es redundante Netzteile. Sie sind doppelt vorhanden. Wenn ein Netzteil defekt ist, arbeitet das zweite Netzteil weiter. Die heute üblichen Netzteile sind die sogenannten ATX-Netzteile für die ATX-Boards (Advanced Technology X). Früher war AT der Standard. Das ATX Netzteil stellt dem Computer mehrere unterschiedlich hohe Spannungen zur Verfügung, die für den Betrieb der einzelnen Komponenten benötigt werden (z. B. 3,3 V, 5 V, 12 V). Man kann ein ATX- Netzteil leicht an dem einteiligen Stecker für die Stromversorgung des Boards erkennen. Früher (AT) waren die Stecker zweiteilig. Seite 16/67

17 Hardware: Zentraleinheit 4.2 Motherboard (Mainboard) Abbildung 6: Das Bild zeigt ein ATX-Motherboard. Um die Bestückung und den Aufbau eines Motherboards besser erklären und erkennen zu können, werfen wir einen Blick auf die zeichnerische Darstellung des oben abgebildeten Boards: Seite 17/67

18 Hardware: Zentraleinheit Im Folgenden werden wichtige Teile des Boards erklärt: 1 Die PCI-Slots dienen zur Aufnahme von Steckkarten, wie z. B. Netzwerkkarte, Soundkarte usw. PCI steht für Peripheral Component Interconnect (Leitungssystem zur Datenübertragung). Ein Slot ist ein Steckplatz. 2 Hier werden die Speicherchips (Arbeitsspeicher, RAM) eingesteckt. (Erklärung zum RAM an späterer Stelle) 3 Steckplatz für den Prozessor (CPU) siehe unter Prozessor. 4 Hier werden Festplatten (oder bei 6), Diskettenlaufwerk, CD- ROM-Laufwerk angeschlossen. 5 Anschlüsse für die Peripheriegeräte, wie z. B. Drucker, Maus, Joystick. 6 Hier können besonders schnelle Festplatten (Ultra ATA 100) angeschlossen werden. Diese brauchen eine besondere Kabelverbindung. 7 Fest eingebauter Controller mit Lüfter. Dieser Controller ist eine wichtige Übergabestelle und Verteilerstelle für die unterschiedlichen Datenströme. 8 Batterie Die Batterie wird gebraucht, wenn der Computer ausgeschaltet ist. Sie versorgt das Board mit Strom, um Einstellungen im BIOS speichern zu können. 9 AGP (Accelerated Graphic Port) Steckplatz für die Grafikkarte. 10 BIOS-Speicherbaustein(ROM-Baustein). BIOS: Basic Input Output System; es enthält Programme und Daten, die der Computer nach dem Einschalten u. a. zum Ansprechen der Tastatur und der Grafikkarte braucht. Das BIOS steuert den Systemstart. Man kann im BIOS wichtige Grundeinstellungen vornehmen und speichern. Der BIOS- Baustein wird auch ROM-Baustein genannt, da der Inhalt fest programmiert ist (Read Only Memory) und mit normaler Software nicht verändert werden kann. Nur einzelne Einstellungen können nach fester Vorgabe verändert werden. Seite 18/67

19 Hardware: Zentraleinheit 4.3 Prozessor und Kühler Der Prozessor Abbildung 7: Prozessor In der Abbildung sehen Sie einen AMD Duron 800 MHz Prozessor. Statt von Prozessor spricht man auch von der CPU (Central Processing Unit). Die CPU ist das Herzstück eines Computers. In ihr wird die Datenverarbeitung durchgeführt. Dazu liest sie Daten aus dem Speicher, bearbeitet diese, gesteuert vom jeweiligen Programm, und speichert anschließend das Ergebnis ab. Die Leistung eines Prozessors wird nach seiner Taktfrequenz gemessen. Je höher die Taktfrequenz ist, desto leistungsstärker ist der Prozessor. Im obigen Beispiel hat der Prozessor eine Taktfrequenz von 800 Mhz. Dies bedeutet, er kann Abfragen in 1 Sekunde bearbeiten. Heute werden von INTEL schon 4-GHz-Prozessoren (4 Milliarden Abfragen pro sec) verkauft. Die bekanntesten Hersteller von CPUs sind: INTEL AMD IBM mit Pentium- und Celeron-Prozessoren mit Athlon- und Duron-Prozessoren mit Cyrix-Prozessoren Die Prozessoren benötigen auf dem Motherboard einen besonderen Steckplatz. Diese Steckplätze nennt man Sockel (Socket) oder Slot. Sie sind vom Prozessortyp abhängig. Seite 19/67

20 Hardware: Zentraleinheit Kühler Jeder Prozessor wird während der Arbeit heiß. Es können Temperaturen von über 100 C entstehen. Der Prozessor würde zerstört. Deshalb müssen die Prozessoren gekühlt werden. Diese Kühlung geschieht durch einen Lüfter (Kühler). Abbildung 8: Kühler Der Kühler wird auf den Prozessor aufgesetzt. Meistens wird eine Kühlpaste dazwischen aufgetragen. Die aufgeblasene Luft kühlt den Prozessor auf eine Arbeitstemperatur von C ab. Seite 20/67

21 Hardware: u-prozessor 4.4 Der Micro (μ) - Prozessor (CPU) ein elektronischer Universalbaustei Wir wollen an einem einfachen Beispiel erklären, wie ein µ-prozessor funktioniert und warum dieser Baustein in so vielen technischen Geräten zu finden ist. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Batterie, zwei Schalter, eine Glühlampe und Schaltdraht: Sie können aus diesen Teilen z. B. eine Reihenschaltung (UND-Schaltung) herstellen. Die Glühlampe soll nur dann leuchten, wenn beide Schalter (Schalter A UND Schalter B) geschlossen sind: Schalter A Schalter B Abbildung 9: UND-Schaltung Sie können aus den gleichen Teilen auch eine Parallelschaltung (ODER- Schaltung) herstellen. Die Glühlampe soll dann leuchten, wenn Schalter A ODER wenn Schalter B ODER wenn beide Schalter geschlossen sind: Seite 21/67

22 Hardware: u-prozessor Abbildung 10: ODER-Schaltung Wenn Sie die Serienschaltung in eine Parallelschaltung umwandeln wollen, dann brauchen Sie keine anderen Bauteile. Sie müssen aber die Verdrahtung verändern. Die Bauteile sind anders verbunden. Änderungen in der Funktion sind immer mit Änderungen in der Hardware verbunden. Der µ-prozessor arbeitet anders: Er benutzt das EVA-Prinzip. Man benutzt die Schalter A und B für die Eingabe. Der µ-prozessor fragt die Schaltzustände der Schalter ab (Schaltzustände = offen oder geschlossen). Der µ-prozessor hat einen oder mehrere Ausgänge. Die Ausgänge können nur die Werte 0 oder L annehmen. Man kann z. B. an einen solchen Ausgang eine Lampe anbringen. Bei L-Signal leuchtet die Lampe auf, bei 0- Signal leuchtet die Lampe nicht auf. Die Verarbeitung geschieht durch eine Übermittlung einer Befehlsfolge an den µ-prozessor. 1. Wenn man mit Hilfe des µ-prozessors eine Reihenschaltung herstellen will, dann gibt man (stark vereinfacht) diese Folge von Befehlen an den µ-prozessor: Speichere den Wert (0 bzw. L) von Eingang Ein1 im Speicher 1! 2. Speichere den Wert von Eingang Ein2 im Speicher 2! 3. Schalte den Ausgang Aus1 auf L-Signal, wenn Ein1 UND Ein2 den Wert L haben! 4. Wiederhole die Schritte solange, bis eine neue Befehlsfolge kommt! Seite 22/67

23 Hardware: u-prozessor Eingabe Ausgabe L Schalter A Schalter B Ein1 Ein2 µ-prozessor (CPU) Aus1 Verarbeitung Befehlseingabe (Folge aus O und L) Sie können diese Reihenschaltung sehr leicht in eine Parallelschaltung umwandeln. Sie brauchen nur die Befehlsfolge zu ändern. In diesem Falle nur den 3. Befehl: Schalte den Ausgang Aus1 auf L-Signal, wenn Ein1 ODER Ein2 den Wert L haben! Man ändert die Funktion durch die Änderung der Software. Man kann Softwareänderungen (und Ergänzungen) aber sehr viel einfacher durchführen als Hardwareänderungen. Hinweis: Der Ausgang eines µ-prozessors kann nur sehr kleine Leistungen schalten. Man muss in unserem Beispiel die Glühlampe über einen zusätzlichen Leistungsverstärker (z. B. ein Relais) schalten Speicherbausteine (RAM) Auf dem Motherboard befindet sich der Zentralspeicher. Er wird auch Hauptspeicher, Arbeitsspeicher oder interner Speicher genannt im Gegensatz zu externen Speichern (Festplatte, Disketten-, CD-ROM- Laufwerk). Seite 23/67

24 Hardware: u-prozessor Abbildung 11: Speicherbaustein (RAM) Der Speicher besteht aus DRAM-Bausteinen (Dynamic Random Access Memory, auf Deutsch: Speicher mit wahlfreiem Zugriff). In ein RAM können Daten hineingeschrieben, dort verändert und wieder ausgelesen werden. Man nennt deshalb diesen Speicher auch Schreib-Lese- Speicher. Im DRAM entspricht die gespeicherte Information einem Bit. Durch den Preisverfall der Speicherbausteine und den immer größer werdenen Speicherbedarf des Betriebssystems und der Software werden Standardcomputern mit bis zu 2 Gbyte Arbeitsspeicher verkauft. Server werden in der Regel mit sehr viel mehr Arbeitsspeicher ausgestattet. 4.6 Von Bit und Byte Datenübertragung funktioniert über eine Ja/Nein-Abfrage. Eine Leitung hat Spannung (Ja) oder die Leitung hat keine Spannung (Nein). Man nennt diese zweiseitigen Signale binäre Signale. Die Information hierin wird als Bit (Ja oder Nein) bezeichnet. Die Zusammenfassung von mehreren Bit ergibt eine digitale Information, das digitale Signal. Acht Bit sind ein Byte. Ein digitales Signal nimmt immer mindestens ein Byte in Anspruch. Also: In einem Byte kann ein Buchstabe oder eine Zahl dargestellt werden 3. 1 Byte = 8 Bit 1 Kbyte (KB) = 2 10 Byte = 1024 Byte 1 Mbyte (MB) = 2 20 Byte = 1024 KB 3 Im Modul 2 finden Sie ausführliche Hinweise zu Computercodes. Seite 24/67

25 Hardware: u-prozessor 1 Gbyte (GB) = 2 30 Byte = 1024 MB K = Kilo, M = Mega, G = Giga 4.7 Grafikkarte Für die Auflösung der einzelnen Zeichen, die grafischen Darstellungsmöglichkeiten, die Anzahl der Farben und die Bildwiederholfrequenz ist nicht allein der Bildschirm verantwortlich, sondern besonders die Grafikkarte. Abbildung 12: Grafikkarte (AGP) Die Qualität einer Grafikkarte hängt ab von der Größe des RAM-Speichers, der Bildschirmauflösung und der Schnelligkeit des Prozessors. Schnelle Grafikkarten haben einen Speicher von 64 Mbyte und mehr. Sie erreichen eine Bildschirmauflösung von bis zu Bildpunkten. Beispiele: Die AGP-Karte (Accelerated Graphic Port) arbeitet mit einem 64- bit-datenpfad und 66 MHz Takt. Dadurch erreicht sie eine Datenübertragung bis zu 533 Mbyte pro Sekunde. Mit der alten PCI-Karte (Peripheral Component Interconnect) erreichte man höchstens eine Datenübertragung bis zu 132 Mbyte pro Sekunde. Man sieht hieran, dass erst durch die Entwicklung der AGP-Technik bessere ruckelfreie Bildübertragungen im Video- oder Spielebereich möglich wurden. Seite 25/67

26 Hardware: u-prozessor 4.8 Magnetische Speicher Festplatte Abbildung 13: Oberseite und Unterseite einer Festplatte Die Festplatte gehört zu den externen Speichern. Sie wird auch als Hard Disk bezeichnet. Sie heißen Festplatten, weil die eigentliche Speicherplatte aus Metall, also fest, ist, im Gegensatz zur Diskette, bei der das Speichermedium eine weiche Kunststoffscheibe ist. Auf die Festplatte werden das Betriebssystem und die Anwendungsprogramme installiert und Daten gespeichert. Die eigentliche Speicherplatte besteht aus Metall, das mit einer magnetisierbaren Schicht überzogen ist. Sie speichern die Daten also auf magnetischem Wege. Die Schreib- und Leseköpfe berühren die Plattenoberfläche nicht, sondern schweben über der Platte. Die Platte dreht sich mit einer hohen Drehzahl (bis zu 7000 U/min). Die Schreib- und Leseköpfe bewegen sich dann mit einer hohen Geschwindigkeit in einem Abstand von wenigen tausendstel Millimeter über der Plattenoberfläche. Hinweis: Nobelpreis für Physik 2007 Der Franzose Albert Fert und der Deutsche Peter Grünberg entdeckten 1988 unabhängig von einander einen Effekt an magnetischen Oberflächen (Riesenmagnetowiderstand). Dieser Effekt erlaubt es, große magnetische Speicherkapazitäten auf kleinstem Raum herzustellen: Die Grundlage moderner Festplatten. Seite 26/67

27 Hardware: u-prozessor Abbildung 14: geöffnete Festplatte Die Speicherkapazität der Platte wird in Byte gemessen. Heute sind die Festplattenkapazitäten so groß, dass sie in Gbyte (Gigabyte) angeben werden Disketten - Laufwerk Die Disketten-Laufwerke (auch Floppy-Disk) gehörten früher zu der Mindestausstattung eines Computers. Als Speichermedium wird meist eine 3,5 - Diskette (aus Kunststoff mit Magnetpulver) verwendet. Das Laufwerk hat einen Schreib- und Lese-Kopf, die Disketten sind also wiederbeschreibbar. Die Speicherkapazität beträgt nur 1,44 Mbyte. Dieses Laufwerk ist also nur zur Speicherung kleinerer Dateien (z. B. Textdateien) geeignet. Heute werden die Computer meist ohne Diskettenlaufwerk verkauft. Man kann aber Diskettenlaufwerke mit USB-Anschluss kaufen und somit ohne Einbau ein Diskettenlaufwerk benutzen: Abbildung 15: Externes Diskettenlaufwerk mit USB-Anschluss Seite 27/67

28 Hardware: u-prozessor 4.9 Optische Speicher CD ROM Laufwerk Die CD-ROM-Laufwerke gehören zu den optischen Speichern. ROM steht für Read Only Memory. Dies bedeutet, dass die Daten und Programme nur einmal auf der Kunststoff-Scheibe (CD, Compact Disk) gespeichert werden können und danach immer wieder nur gelesen werden können. Neu auf dem Markt sind jedoch seit einiger Zeit auch CD-RW-Laufwerke, die spezielle CDs, die sogenannten R/W-CD-ROMs (Read/Write), immer wieder neu beschreiben können. Optisch bedeutet hierbei, dass ein Laserstrahl die Oberfläche der Kunststoffscheibe abtastet und so die Daten lesen kann. Dies ist möglich, weil die Kunststoffscheibe mit einem hauchdünnen Metallfilm bedampft wurde, der die Daten speichern kann. Die Speicherkapazität beträgt Mbyte. Zu beachten ist die Geschwindigkeit des Laufwerkes. Üblich sind heute Laufwerke mit einer 48-fachen Lesegeschwindigkeit. Man kann Beschreiben eine normale CD aber nur mit einem Brenner beschreiben. Ein Brenner ist ein CD-Laufwerk, das in der Lage ist, mit dem Laserstrahl die Daten auf die Kunststoffscheibe aufzubringen, zu brennen. 48-fache Brenngeschwindigkeiten sind heute üblich. Dies bedeutet, dass ein Video mit 70 min Spieldauer in 70/48 = ca. 1,5 min gebrannt werden kann DVD-Laufwerke DVD ist die Abkürzung für "Digital Versatile Disc" (versatile = vielseitig bzw. vielseitig verwendbar). Sie kann bis zu 4,7 Gbyte speichern. Weiterentwicklungen erlauben noch höhere Speichermengen Festspeicher (Flash-Speicher) Magnetische und optische Speicher gehen überwiegend durch mechanischen Verschleiß defekt. Festspeicher sind ohne mechanische Bauteile, stoßsicher und somit sehr robust (= widerstandsfähig). Außerdem haben sie eine geringe Leistungsaufnahme. Hierzu gehören z. B. USB-Sticks, Memory Sticks, SD-Karten usw.: Seite 28/67

29 Hardware: u-prozessor Abbildung 16: USB-Sticks verschiedener Hersteller Abbildung 17: USB-Stick als Schmuckstück (Fa. Swarovski, heart-ware) Abbildung 18: SD-Karte, Memory Stick, Memory Stick Pro Im Festspeicher werden die Daten in Chips gespeichert. Im Gegensatz zu RAM verlieren die Festspeicher ihre Daten nicht, wenn die Stromversorgung abgeschaltet wird Festspeicher als Festplattenersatz (SSD = Solid-State-Disks) Im Jahre 2007 wurden SSD-Festplatten auf der Basis von Festspeichern,mit 32 GByte Speicherplatz angeboten; 64 GByte sollen folgen. Noch sind sie im Verhältnis zu Festplatten sehr teuer Hybridspeicher Hybridspeicher sind eine Kombination von magnetischer Festplatte mit eingebautem Festspeicher. Erste Modelle wurden 2007 angeboten. Allerdings konnten sie bisher in Tests keine wesentliche Verbesserung gegenüber magnetischen Festplatten zeigen. Seite 29/67