Grundlagen der Informatik

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1 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen 0 Grundlagen der Informatik Sie stehen in einem Computerladen vor einem nahezu unüberblickbaren Angebot. Für welches Gerät sollen Sie sich entscheiden? Was bedeuten Begriffe wie Megabyte, Gigabyte, Taktfrequenz, Mikroprozessor, RAM, DVD, Firewire oder USB? In diesem Kapitel erläutern wir wichtige Begriffe der Informatik. Sie sehen sich an, wie ein Computer arbeitet, aus welchen Bestandteilen er sich zusammensetzt und wie Sie mit Bit und Byte rechnen können. Nach dem Durcharbeiten dieses Kapitels kennen Sie die wichtigsten Bezeichnungen rund um das Thema Hardware und Sie werden die Begriffe auf den technischen Datenblättern im Computergeschäft verstehen. 0 Grundlagen der Informatik In diesem Kapitel beschäftigen Sie sich mit den Datenverarbeitungsprozessen, den Begriffen Orgware, Hardware und Software, Bit und Byte sowie dem binären und hexadezimalen Zahlensystem, den Zeichencodierungen ASCII, ISO-Latin und Unicode, den Vorsilben Kilo, Mega, Giga und Tera für Maßeinheiten sowie den Bestandteilen eines PCs und deren Funktionen. Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Lerneinheit 2: Personal Computer Lernen Computertechnik heute Datenverarbeitungsprozesse Verarbeitungsschichten Bit und Byte Zahlensysteme Zeichencodierung Vorsilben für Maßeinheiten Expertenwissen: Binärpräfixe Lerneinheit 3: Anschaffungsplanung Lernen Preis- versus Kostenvergleich Entscheidungsmatrix Total Costs of Ownership Expertenwissen: Return on Investment 50 4 Ausschreibungen Lernen Arten von Computersystemen Bestandteile eines PCs Mainboard und Prozessor Expertenwissen: Aufbau eines Mikroprozessors Speicher Datenbus und Grafikkarte Expertenwissen: Grafikschnittstellen Schnittstellen Expertenwissen: USB und Firewire Massenspeicher Expertenwissen: Hochauflösendes Fernsehen Ausgabegeräte Informieren Sie sich mit dem ergänzenden Material im SbX, trainieren Sie mit Online-Übungen und wenden Sie Ihr an! Achtung! In diesem Kapitel teile ich mein Expertenwissen mit besonders Interessierten! Ms. Check Mr. Expert Angewandte Informatik HTL 1

2 Lernen Lerneinheit 1 Begriffe und Grundlagen Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit finden Sie unter der ID: In dieser Lerneinheit erarbeiten Sie grundlegende Begriffe rund um die Computertechnik und Sie erfahren, wie ein Computer intern arbeitet. Mithilfe verschiedener Größenordnungsbegriffe können Sie Speichervolumen umrechnen und damit z. B. die technischen Angaben in Prospekten vergleichen. Lernen Ü ID: 1011 Eine Bildschirmpräsentation mit allen Abbildungen zum Schritt LERNEN finden Sie unter der ID: Computertechnik heute Der Computer als zentrales Multimediagerät Fotos und Videofilme werden am Notebook oder PC bearbeitet, über das Handy, Wireless-LAN oder das Internet an andere Benutzer versendet, um schließlich am Fernseher in hochauflösender Qualität betrachtet zu werden: Herzlich willkommen in der multimedialen Welt! Die Formen der Vernetzung von PC und Unterhaltungselektronik, Internet-Telefonie (Voice-over-IP) und Foto-/Videobearbeitung sind zentrale Multimedia-Anwendungen. Personal Computer PDA Video Foto HDTV WLAN Die Intel ViiV-Technologie (gesprochen Weif ) integriert sämtliche Services für den Wohnzimmer-PC. Notebook Handy Internet Der PC als zentrales Multimediagerät Elemente von Multimedia Sony Vaio VA Mediacenter-PC Wireless-LAN (WLAN) ist ein Funknetzwerk. 1 Der Personal Computer (PC) ist das zentrale Gerät. Der PC dient als Bearbeitungsinstrument und Datenspeicher. Er steht im Zentrum des Multimediazeitalters. Wir können einen mit unserer Digitalkamera aufgenommenen Film bearbeiten und auf eine DVD speichern, eine MP3-Datei aus dem Internet herunterladen, über das Internet telefonieren, mit Freunden spielen und am PC fernsehen. 2 Netzwerke verbinden Geräte und Benutzer. Wie kommunizieren unsere Geräte zu Hause miteinander? Der einfachste Weg ist Wireless- LAN (WLAN). Das Mediacenter im Wohnzimmer lädt z. B. einen Film von der Festplatte des Büro-PCs, der Personal Digital Assistant (PDA) synchronisiert die Termine mit Outlook, mit dem Handy surfen wir im Internet und bestellen uns eine Pizza. Das Internet stellt die Verbindung zur Außenwelt her. Es ist die Schlüsseltechnologie für die weltweite Vernetzung. 2 Angewandte Informatik HTL

3 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Ein Peripheriegerät ist ein Zusatzgerät zum PC. 3 Multimediale Peripheriegeräte bieten ungeahnte Möglichkeiten. Digitale Fotografie und Digital Video ermöglichen die Nachbearbeitung von Fotos und Videos durch den Benutzer. Optische Datenträger (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray) sind leistungsfähige Speichermedien. In den letzten Jahren wurden die analogen Technologien (wie Schallplatte, Tonbandkassette, VHS) durch digitale abgelöst (CD, MP3, DVD). 0 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Gordon E. Moore gründete 1968 gemeinsam mit Andy Grove und Robert Noyce die Firma Intel. Warum ist der PC heute auch im Bereich der Unterhaltungselektronik das Die Digitalisierung von Bildern (Digitalkamera), Musik zentrale Gerät? (CD, MP3) und Film (DVD, HD-DVD, Blu-ray) erlaubt die Veränderung von Inhalten durch den Konsumenten mittels Home-Computer. Der PC dient als Zentrale für alle multimedialen Anwendungen und öffnet überdies das Tor ins Internet. Welche Trends lassen sich für die nächsten Jahre erkennen? Viele Hollywood-Filme haben schon vor Jahren Trends vorgegeben (z. B. Flachbildschirme oder Mobilkommunikation), die heute zum Alltag gehören. Diese Entwicklungen werden sich fortsetzen. Starre Bilder auf Plakaten werden z. B. durch bewegte Bilder oder holografische 3D-Projektionen ersetzt werden. Welche Rolle wird der Computer in den nächsten Jahren spielen? das Navigationssystem im Auto, die Spielkonsole im Handy oder den Computertechnologie ist schon heute allgegenwärtig. Denken wir an digitalen Satellitenreceiver und den DVD-Rekorder im Wohnzimmer. Ein Handy um ein paar Euro bietet deutlich mehr Rechenleistung als die Computersysteme der Saturn-5-Mondrakete aus dem Jahr Das Moor'sche Gesetz aus dem Jahr 1965 besagt, dass sich die Leistungsfähigkeit der Mikroprozessoren alle 24 Monate verdoppelt. Tatsächlich konnte diese Entwicklung in den letzten Jahrzehnten beobachtet werden. Clayton M. Christensen ist Professor an der Harvard Business School. Erhaltende und ablösende Technologien 1997 erforschte Clayton Christensen die Auswirkungen von Innovationen auf den Markt und veröffentlichte seine Forschungsergebnisse unter dem Titel The Innovator's Dilemma. Danach vollziehen sich technologische Innovationen in Form von erhaltenden Technologien, welche die Marktposition verbessern (z. B. Fotohandy), und in Form von ablösenden Technologien, die etablierte Produkte verdrängen (z. B. Schallplatte CD MP3). L 0.1: Ablösung der VHS-Videokassette durch die DVD Den Unterschied zwischen erhaltender und ablösender Technologie können Sie am Beispiel der VHS-Videokassette leicht erkennen. Um die VHS-Videokassette länger am Markt zu halten, wurde durch Super-VHS eine Verbesserung der Qualität erreicht. Die DVD löste schließlich die Videokassette ab und verdrängte sie mit der Zeit vollständig vom Markt. Ü 0.1: Erhaltende und ablösende Technologien Überlegen Sie sich weitere Beispiele für erhaltende und ablösende Technologien! Frau Hauer bearbeitet einen selbst gedrehten Urlaubsfilm mit einem Videoschnittprogramm am PC und brennt ihn auf eine DVD. Das Ergebnis zeigt sie ihren Freundinnen und Freunden. Sehen Sie sich Schritt für Schritt an, wie sie bei der Bearbeitung des Videos vorgeht. Angewandte Informatik HTL 3

4 Lernen 2 Datenverarbeitungsprozesse Die Verarbeitung von Daten am Computer Frau Hauer hat mit einer Kamera ein Video aufgenommen. Dieser Prozess wird als Eingabe (Input) bezeichnet. Das Bearbeiten der Videodaten am PC bezeichnen wir als Verarbeitung (Processing). Das Speichern (Storage) des fertigen Videos auf eine DVD ermöglicht dessen spätere Verwendung. Im letzten Schritt präsentiert Frau Hauer das fertige Video ihren Freundinnen und Freunden. Die Ausgabe (Output) der Videodaten erfolgt auf einem Computermonitor oder Fernseher. Mr. What und Ms. Check Wie funktioniert der Datenverarbeitungsprozess beim Schreiben einer ? Nachricht schreiben (Input) Senden-Knopf anklicken (Processing) Versenden über das Internet (Output) Speichern der im Postausgang (Hilfsprozess) EVA = Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe Datenverarbeitungsprozesse können wir also in vier Teilprozesse zerlegen. Die Kernprozesse sind Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Die Datenspeicherung unterstützt die Verarbeitung als Hilfsprozess. Input Processing Output Storage Datenverarbeitungsprozesse Die Teilprozesse der Datenverarbeitung Die Datenverarbeitungsprozesse finden bei jedem elektronischen Gerät Anwendung, das über einen Mikroprozessor verfügt, z. B. PC, Mobiltelefon und Navigationssystem. 1 Input (Eingabe) Die Eingabe von Daten in ein Datenverarbeitungssystem kann z. B. über die Tastatur, die Maus, den Scanner, den Fotoapparat oder die Videokamera erfolgen. 2 Processing (Verarbeitung) In diesem Schritt werden die eingegebenen Daten verarbeitet, indem z. B. Bilder nachbearbeitet, Videos geschnitten, Dokumente oder Kundendaten aktualisiert werden. 3 Output (Ausgabe) Das Ergebnis der Bearbeitung wird z. B. am Monitor oder Drucker ausgegeben. 4 Storage (Datenspeicherung) Damit die bearbeiteten Daten nicht verlorengehen, werden diese z. B. auf einer Festplatte, CD, DVD, MemoryCard oder einem USB-Stick gespeichert. Multimediageräte, wie PC, Videokamera, Fernseher und Handy, sind komplex in ihrem Aufbau. Daher unterscheiden wir bei der Entwicklung und Benutzung solcher Geräte drei Schichten. 4 Angewandte Informatik HTL

5 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Der Begriff Orgware bezeichnet Organisationstools wie Diagramme und Benutzerhandbücher. 3 Verarbeitungsschichten Hardware, Software und Daten Anhand des Videofilms von Frau Hauer haben wir gesehen, dass bei der Datenverarbeitung verschiedene Teilprozesse unterschieden werden können. Nun überlegen wir uns, aus welchen Schichten Datenverarbeitungsgeräte bestehen und wie wir diese Schichten sinnvoll unterscheiden können. Für das organisierte Vorgehen bei der Planung von Hard- und Software werden Tools benutzt. Solche organisatorischen Tools bezeichnen wir als Orgware. 0 Grundlagen der Informatik Hardware Software Daten Begriffe Hardware, Software, Daten Zur Software zählen Betriebssysteme, Programme und deren Daten. Hardware, Software und Daten 1 Als Hardware bezeichnen wir alle Geräte, aus denen ein Computersystem besteht. Zur Hardware zählen z. B. Zentraleinheit, Tastatur, Maus, Monitor, Drucker und Scanner, aber auch CD, DVD oder USB-Stick. 2 Als Software bezeichnen wir Programme und ihre Bestandteile. Software im engeren Sinn sind Programme wie das Betriebssystem, die Textverarbeitung, die Tabellenkalkulation, die Datenbank oder das Videoschnittprogramm. Im weiteren Sinn zählen auch die Daten zur Software. 3 Daten sind das Ergebnis des Verarbeitungsprozesses. Um Daten zu produzieren, verwenden wir Programme. Wenn wir mit unserem Videoschnittprogramm ein Video bearbeitet haben, erhalten wir als Ergebnis einen Videofilm. Dieser gehört zur Datenschicht. Briefe, Rechnungen, erfasste Kunden oder Musik sind Daten, die ohne ein Programm nicht nutzbar wären. Ein Programm (Software) ist Voraussetzung, um Daten nutzen zu können. Die Software benötigt Hardware, um laufen zu können. Daten werden auf Speichermedien (z. B. CD, DVD, Festplatte, USB-Stick, Flash-Speicherkarten) abgelegt. Mr. What und Ms. Check Welche Hard- und Software verwenden wir in der Schule? Als Hardware verwenden wir einen PC mit Tastatur, Maus und Drucker, als Software das Betriebssystem und Anwenderprogramme. Welche Formen von Daten gibt es? Wir unterscheiden Konfigurations-, Stamm- und Bewegungsdaten. Angewandte Informatik HTL 5

6 Lernen 4 Bit und Byte So arbeitet ein Computer Eine Linkliste zu den Begriffen und Grundlagen der Informatik finden Sie unter der ID: Ein Computer arbeitet mit Binärzahlen, den Bits 1 und 0. 1 Byte = 8 Bit In den 1980er-Jahren war die kleinste Informationseinheit eines Computers, das Bit, als Robot im Disneyfilm Tron zu sehen. Das Bit unterstützte den Hauptdarsteller Kevin Flynn (Jeff Bridges) bei der actionreichen Navigation durch die digitale Welt eines Computers. Informationseinheiten 1 Ein Bit ist die kleinste vorstellbare Informationseinheit und unterscheidet True und False (1 und 0). Mit einem Bit können wir z. B. darstellen, ob es regnet oder nicht. Oder wir können speichern, ob jemand verheiratet ist oder nicht. Kombinieren wir mehrere Bit, können wir eine größere Anzahl unterschiedlicher Informationen speichern. 2 Ein Byte besteht aus 8 Bit. Damit ergeben sich 256 mögliche Werte, welche mit einem Byte dargestellt werden können. Kombinieren wir 8 Bit, so ergeben sich daraus 2 hoch 8 oder 256 darstellbare Werte. Im Dezimalsystem gibt es 10 Ziffern (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9). Die Basis für das Dezimalsystem ist daher 10. Im Binärsystem gibt es nur 2 Ziffern (0 und 1). Die Basis ist 2. Im Dezimalsystem kann mit 4 Stellen ein Zahlenwert zwischen 0 und 9999 dargestellt werden. Das ergibt mögliche Zahlenkombinationen. Die Anzahl der möglichen Kombinationen wird mit der Formel Basis Stellenanzahl berechnet, z. B = Die Formel gilt auch für das Binärsystem. L 0.2: Bit kombinieren Wie viele mögliche Kombinationen können mit 3 Bit dargestellt werden? 2 3 = 8, folgende Kombinationen sind möglich: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Ü 0.2: Bitkombinationen Wie viele Kombinationen sind mit a) 8, b) 16, c) 24 und d) 32 Bit darstellbar? Sie wissen nun, dass Computer nur mit Binärzahlen, also Kombinationen aus Bit, rechnen können. Doch wie rechnen wir eine Binärzahl in eine Dezimalzahl um? Dez 0 Bin 000 Dez 1 Bin 001 Dez 2 Bin 010 Dez 3 Bin 011 Dez 4 Bin 100 Dez 5 Bin 101 Dez 6 Bin 110 Dez 7 Bin 111 L 0.3: Umwandlung einer Binärzahl in eine Dezimalzahl Jede Stelle einer Binärzahl entspricht einer Zweierpotenz. In der Abbildung sehen Sie die Zweierpotenzen rechts beginnend mit 2 0, dann 2 1 usw. bis 2 7. Die Dezimalzahl erhalten Sie, indem Sie jene Zweierpotenzen addieren, an deren Stelle in der Binärzahl eine 1 steht. In unserem Beispiel sind dies die folgenden Zweierpotenzen: = = Ein Beispiel für die Anwendung von Binärzahlenberechnungen ist die Programmierung von digitalen Modelleisenbahnen Angewandte Informatik HTL

7 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Mr. What und Ms. Check Welche Dezimalzahl wird mit der Binärzahl dargestellt? = Grundlagen der Informatik Ü 0.3: Binärzahlen in Dezimalzahlen umwandeln Wandeln Sie die Binärzahlen a) , b) und c) in Dezimalzahlen um! 5 Zahlensysteme Menschen, Computer und ihre Art zu rechnen 1 Hexziffer = 1 Nibble = 4 Bit Hex A Dez 10 Hex B Dez 11 Hex C Dez 12 Hex D Dez 13 Hex E Dez 14 Hex F Dez 15 Das für uns Menschen gebräuchliche Dezimalsystem mit den Ziffern 0 bis 9 ist für einen Computer nicht direkt verwendbar. Wie wir schon gesehen haben, benutzen Computer zur Verarbeitung und Speicherung von Werten binäre Zahlen, bestehend aus den Ziffern 0 und 1. Es wäre jedoch sehr unpraktisch, wenn wir eine Zahl z. B. als eingeben müssten. Die Umrechnung von Binär- in Dezimalzahlen ist aber auf den ersten Blick schwer durchschaubar. Hexadezimales Zahlensystem Zur Darstellung von Zahlen wird häufig das hexadezimale Zahlensystem verwendet. Dabei werden jeweils 4 Bit zu einer Hexziffer zusammengefasst. Eine solche Ziffer kann 16 verschiedene Werte annehmen: die Ziffern 0 bis 9 sowie die Buchstaben A bis F (für dezimal 10 bis 15). Die Gruppierung in Nibbles (4-Bit-Gruppen) erfolgt von rechts nach links. Jede Hexadezimalziffer kann mit 4 Bit (Nibbles) dargestellt werden. Daher ist die Umwandlung vom Binär- in das Hexadezimalsystem wesentlich einfacher als vom Binär- in das Dezimalsystem. L 0.4: Umwandlung einer Binärzahl in eine Hexadezimalzahl C 6 Hex C6 a) Welcher Hexadezimalzahl entspricht die Binärzahl ? Die Abbildung zeigt die Umrechnung der Binärzahl in die Hexadezimalzahl C6, indem jeweils 4 Bit (rechts beginnend) gruppiert und anschließend in eine Dezimalzahl umgerechnet werden. Bin 1100 Dez = 12 Hex C Bin 0110 Dez = 6 Hex 6 Bin = Hex C6 b) Welcher Binärzahl entspricht ACE4 hex? Hex A Dez 10 = Bin 1010 Hex C Dez 12 = Bin 1100 Hex E Dez 14 = Bin 1110 Hex 4 Dez 4 Bin 0100 Hex ACE4 = Bin Ü 0.4: Binärzahlen in Hexadezimalzahlen umwandeln Wandeln Sie die Binärzahlen a) , b) und c) in Hexadezimalzahlen um! Ü 0.5: Hexadezimalzahlen in Binärzahlen umwandeln Wandeln Sie die Hexadezimalzahlen a) FEE, b) CAFE und c) AFFE in Binärzahlen um! Ein Beispiel für die Verwendung von Hexadezimalzahlen ist die Darstellung des Zeichencodes von Windows-Schriftarten, wie z. B. Arial und Times New Roman. Angewandte Informatik HTL 7

8 Lernen 6 Zeichencodierung So kann ein Computer Buchstaben und Zahlen darstellen Ein Computer bedient sich einer Codierung, also eines Systems von Zeichen, die mit mehreren Bit dargestellt werden kann. Die Codierung wird auch Zeichensatz genannt und repräsentiert für jede Binärzahl ein Zeichen. Welche wichtigen Zeichensätze für einen PC gibt es? ASCII, ISO-Latin und Unicode ASCII = American Standard Code for Information Interchange Die ANSI (= amerikanische Normungsorganisation) hat 1968 den ASCII-Zeichencode genormt, weshalb häufig auch der Begriff ANSI- anstelle von ASCII-Code verwendet wird. UTF-7 ist kompatibel zu ASCII. 1 ASCII verwendet 7 Bit zur Zeichendarstellung und hat demnach einen Umfang von 128 darstellbaren Zeichen (2 hoch 7). So hat der Buchstabe A den Code 65, B den Code 66, C den Code 67 usw. Mit ASCII sind deutsche Sonderzeichen wie Ä, Ö und Ü nicht darstellbar. Daher wird dieser Zeichensatz heute kaum mehr eingesetzt. Er bildet aber die Basis für andere Zeichencodierungen. 2 ISO-Latin-1 verwendet 8 Bit zur Zeichendarstellung. Er baut auf dem ASCII-Code auf und ergänzt ihn um die wichtigsten sprachspezifischen Sonderzeichen. ISO-Latin-1 (ISO/IEC ) enthält alle Sonderzeichen der gängigsten Sprachen wie Deutsch, Französisch, Spanisch, Portugiesisch, Dänisch, Finnisch etc. Dieser Zeichensatz wurde früher in Microsoft Windows verwendet, jedoch mittlerweile durch Unicode abgelöst. 3 Unicode verwendet 16 Bit (UCS-2) bzw. 32 Bit (UCS-4) zur Zeichendarstellung und ist ein internationaler Standard, der alle bekannten Schriftzeichen beinhaltet. Die Speicherung und Übertragung von Unicode-Zeichen erfolgt im UTF (Unicode Transformation Format). UTF-8 (z. B. Internet, Linux, NTFS-Dateisystem in Windows) bzw. UTF-16 (z. B. Microsoft.NET) sind heute die gängigsten Zeichensatz-Formate. Die Windows- Zeichentabelle stellt alle Zeichen einer Truetype-Schrift mit ihrem Unicode-Wert dar. Andere Schriften, wie z. B. Courier, enthalten 8-Bit-Zeichensätze. Font bedeutet Schriftart. Das ausgewählte Zeichen Alpha wird mit seinem Hexadezimalwert dargestellt. L 0.5: Zeichencodierung in MS Windows Windows-Zeichentabelle mit einem Unicode-Zeichen Welche Form der Zeichencodierung verwendet eigentlich MS Windows? MS Windows verwendet den Unicode-Zeichensatz. Wenn wir die Zeichentabelle unter Start Alle Programme Zubehör Systemprogramme aufrufen, wird das nebenstehende Fenster angezeigt. In der Statuszeile erkennen wir die Form der Zeichencodierung: für das Alpha Unicode 03B1. Aber nicht alle Schriftarten verwenden Unicode. Die Schriften Courier und System verwenden z. B. nur 8 Bit zur Darstellung. Sie müssen den Windows-7-Rechner im Menü Ansicht auf Programmierung umstellen! Ü 0.6: Unicode Welchen Unicode haben die Zeichen a) Ü, b) &, c) # und d) (Pfund)? Geben Sie die Zeichencodes als Hexadezimalzahlen und als Dezimalzahlen an und verwenden Sie zum Umrechnen den Windows-Rechner! Um mehrstellige Zahlen besser lesen zu können, werden diese durch Vorsilben für Maßeinheiten, wie z. B. Kilo, Mega, Giga oder Tera, ergänzt. 8 Angewandte Informatik HTL

9 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Die Präfixe (Vorsilben) Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta und Exa entstammen dem SI-System der IEC: 7 Vorsilben für Maßeinheiten Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta, Exa Wenn Sie Bit oder Byte in großer Zahl kombinieren, z. B. wenn Sie große Datenmengen speichern, wäre es unpraktisch zu schreiben, dass der Umfang der Daten 5,3 Millionen Byte beträgt. Kürzer und verständlicher ist 5,3 Megabyte. Die Vorsilben, z. B. Kilo, Mega oder Giga, entstammen dem SI-System. Darin sind weltweit die gültigen Vorsilben festgelegt, die wir auch im täglichen Leben verwenden. Beispiele dafür sind Kilogramm, Megawatt oder Gigahertz. Die Vorsilben Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta und Exa werden auch für die Größenordnungen von Bit und Byte verwendet. 0 Grundlagen der Informatik Das Präfix k steht für Kilo und wird klein geschrieben. Ein großes K bedeutet Kelvin. Ein großes M wird als Abkürzung für Mega verwendet. Ein kleines m bedeutet milli. Weitere bekannte Abkürzungen sind z. B. g (Gramm) und t (Tonnen). Giga und Tera werden mit Großbuchstaben abgekürzt. Vorsilbe Abkürzung Potenz Zahl Kilo k 10 3 Tausend Mega M 10 6 Million Giga G 10 9 Milliarde Tera T Billion Peta P Billiarde Exa E Trillion Diese Vorsilben (Präfixe) können sowohl für Byte als auch für Bit in gleicher Weise benutzt werden. Kilobyte wird z. B. mit kbyte oder kb abgekürzt. Üblicherweise werden Byte mit Groß- und Bit mit Kleinbuchstaben dargestellt. Die Abkürzung für Kilobit ist demnach kb. Wie in der Physik ist der Umrechnungsfaktor zwischen den einzelnen Größen 1000 (10 3 ). Die Abkürzung für Bit ist ein kleines b. L 0.6: Speichergrößen Rechnen Sie die folgenden Speichergrößen in Byte um! Speichergröße Byte Umrechnung 1 kb MB GB TB kb : 8 1 Mb : 8 Hinweis: 1 kb = 1000 Bit : 8 = 125 Byte, 1 Mb = Bit : 8 = Byte = 125 kb Die folgende Abbildung veranschaulicht die Größeneinheiten am Beispiel von Textdaten. 1 Byte = 1 Zeichen 1 Kilobyte = 1 Seite 1 Megabyte = 1 Buch 1 Gigabyte = 1 Bibliothek 1 Terabyte = Das Weltwissen Angewandte Informatik HTL 9

10 Lernen Expertenwissen für besonders Interessierte Der Umrechnungsfaktor für Binärpräfixe beträgt Eine Linkliste zu den Begriffen und Grundlagen der Informatik finden Sie unter der ID: KibiByte = Kilobinary- Byte Achtung! Expertenwissen: Binärpräfixe Wie Sie bereits erfahren haben, spielt das binäre Zahlensystem mit seinen Zweierpotenzen in der Informatik eine große Rolle. Dieser Umstand führte in der Vergangenheit häufig zu Missverständnissen im Zusammenhang mit den SI-Vorsilben, da z. B. die Vorsilbe Kilo einmal für 1000, ein anderes Mal für 1024 (2 10 ) verwendet wurde. Daher wurden im Jahr 1999 die Binärpräfixe mit der Norm IEC weltweit geregelt und in das SI-System übernommen. Vorsilbe Abkürzung Potenz Zahl Kibi Ki Mebi Mi Gibi Gi Tebi Ti Pebi Pi Exbi Ei Der Unterschied zwischen Kilo und Kibi ist die Zahl, der die Vorsilbe entspricht: Kilo = 1000, Kibi = Je nachdem, welche Einheit verwendet wird, wird unterschiedlich gerechnet, z. B. 1 KiB = 1024 Byte, 1 kb = 1000 Byte. L 0.7: Gigabyte versus Gibibyte Wie viele Byte sind 45 GB bzw. 45 GiB? 45 GB 10 9 = Byte 45 GiB 2 30 = Byte Ü 0.7: Binärpräfixe a) In einem Verkaufsprospekt eines PCs ist die Größe der Festplatte mit 1 TB angegeben. Geben Sie die Größe der Festplatte in GiB an! b) Die Speicherkapazität einer DVD beträgt 4,7 GB, jene einer CD 700 MiB. Geben Sie die Größe beider Speichermedien in MB an! L 0.8: Nettokapazitäten von Speichermedien Wie viele Byte passen auf ein USB-Gerät? Rechnen Sie die Speicherkapazität eines USB-Sticks von 8 GB in GiB um! 8 GB : 1024 : 1024 : 1024 = 7,45 GiB Rechnen Sie die Speicherkapazität einer externen Festplatte von 2 TB in TiB um! USB-Stick 2 TB : = 1,82 TiB Wie groß sind die Unterschiede zwischen Brutto- und Nettokapazitäten in Prozent? 8 GB USB-Stick: 7,45 : 8 = 93,13 % 2 TB Festplatte: 1,82 : 2 = 91 % Je größer die Maßeinheit ist, desto größer ist der Unterschied zwischen Brutto- und Nettokapazität. Speicherkapazitäten optischer Datenträger: CD: 700 MiB DVD: 4,7 GB Die Nichtbeachtung der Unterschiede zwischen den Binärpräfixen und den herkömmlichen SI- Präfixen kann zu verwirrenden Informationen über die Größe eines Speichermediums führen. Die Speicherkapazität einer CD beträgt z. B. 700 MiB, jene der DVD 4,7 GB, das sind aber nur 4482 MiB. Tatsächlich wird in der Praxis die Größe einer CD sehr häufig mit 700 MB angegeben, was streng genommen falsch ist. 10 Angewandte Informatik HTL

11 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Ms. Check und Mr. Expert Eine CD fasst 700 MiB. Wie viele MB sind das? = = Byte = 734 MB 0 Grundlagen der Informatik Brutto- und Nettokapazität unterscheiden sich aus verkaufstechnischen Gründen. Festplatte Das Lehrbeispiel L 0.8 zeigt Ihnen, dass bei der Umrechnung von Vorsilben nicht immer der Faktor 1024 verwendet wird. Es werden zahlreiche Produkte angeboten, deren angegebene Speicherkapazität (Bruttokapazität) deutlich über der Nettokapazität liegt. Warum ist das so? Festplattenhersteller geben aus verkaufstechnischen Gründen möglichst hohe Kapazitäten für ihre Laufwerke an. Eine 1-TB-Festplatte könnte somit Byte speichern. Errechnen Sie die Nettokapazität, so erhalten Sie als tatsächlich nutzbare Speicherkapazität für Ihr Laufwerk im Rechner lediglich 0,909 TiB. Die Nettokapazität liegt um 9 % unter der Bruttokapazität. In der Praxis finden Binärpräfixe kaum Beachtung. Sie werden de facto nicht verwendet. Wir verzichten in weiterer Folge auf den Einsatz von Binärpräfixen und geben Speichergrößen ausschließlich in kb, MB, GB, TB usw. mit dem Umrechnungsfaktor 1000 an. Zur Umrechnung zwischen Größeneinheiten dienen die SI-Präfixe. Zusätzlich müssen wir beachten, ob die Größe in Bit oder Byte angegeben ist (1 Byte = 8 Bit). L 0.9: WLAN-Bandbreitenberechnung Die Datenübertragungsrate einer WLAN-Verbindung beträgt 54 Megabit/s. Wie viele Kilobyte bzw. Kibibyte können pro Minute übertragen werden? 54 Mb : = kb 54 Mb : : 2 10 = KiB Eine 3,6 MB große MP3-Datei soll aus dem Internet heruntergeladen werden. Der Internetzugang hat eine Bandbreite von 768 kb/s. Wie lange dauert die Übertragung? 3, : 768 = ca. 38 s Ü 0.8: Downloaddauer berechnen Wie lange dauert der Download eines 45 MB großen Videos aus dem Internet, wenn eine Bandbreite von 56 Kibibit/s zur Verfügung steht? Ü 0.9: Speicherplatzbedarf berechnen Ein Einzelbild eines Hollywoodfilms auf einer DVD hat eine Auflösung von Bildpunkten. Pro Bildpunkt werden 24 Bit für die Farbinformation benötigt. Pro Sekunde werden 25 Einzelbilder dargestellt. Wie groß ist der Speicherplatzbedarf für einen Film mit einer Spieldauer von zwei Stunden? (Annahme: unkomprimierte Speicherung) GB: GiB: Angewandte Informatik HTL 11

12 Lernen Ü ID: 1012 Übungsbeispiele Sie finden diese Übungsbeispiele mit automatischer Aufgabenkontrolle unter der ID: erledigt: w Ü 0.10: w Ü 0.11 Ü 0.15: w Ü 0.17: w Ü 0.10: Begriffe Ordnen Sie die folgenden Begriffe durch Ankreuzen zu: Begriff Hardware Software Daten Zentraleinheit Microsoft Word Auf dem PC geschriebener Brief Digitalkamera Mikrofon MP3-Musikdateien Bildbearbeitungsprogramm Internet Explorer CD Scanner Windows Ü 0.11: Binärzahlen umwandeln Wandeln Sie folgende Binärzahlen in Dezimalzahlen bzw. Hexadezimalzahlen um: Binärzahl Dezimalzahl Hexadezimalzahl Ü 0.12: Binärzahlen in Hexadezimalzahlen umwandeln Wandeln Sie folgende Binärzahlen in Hexadezimalzahlen um: Binärzahl Hexadezimalzahl Ü 0.13: Hexadezimalzahlen in Binärzahlen umwandeln Wandeln Sie folgende Hexadezimalzahlen in Binärzahlen um: Hexadezimalzahl F6 A145 FC88 Binärzahl Ü 0.14: Bit/Byte Wie viele Bit sind 56 Byte? Ü 0.15: Speicherkapazität berechnen Die Speicherkapazität einer DVD beträgt 4,7 GB. Ein MP3-Titel benötigt durchschnittlich 3700 Kilobyte. Wie viele Musiktitel passen auf eine DVD? 12 Angewandte Informatik HTL

13 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Ü 0.16: Zeichencodierung Schreiben Sie den Satz Ich gehe in die 1. Klasse als ASCII-Code! Beispiele:! = 21, + = 2B; A = 41; a = 61 ASCII-Code (hexadezimal): 0 Grundlagen der Informatik ASCII-Zeichentabelle Ü 0.17: Speicherplatzbedarf berechnen Ein Standardbrief von einer A4-Seite umfasst ungefähr 30 Zeilen mit durchschnittlich jeweils 50 Unicode-Zeichen. Wie viel Speicherplatz wird für den Brief benötigt? Berechnen Sie die Dateigröße in den Größeneinheiten kb und MB! Kilobyte: Megabyte: Ü 0.18 zum Expertenwissen: Größe einer Musikdatei berechnen Sie laden eine Musikdatei mit einer Größe von 3 MB aus dem Internet herunter. Sie haben allerdings nur ein 56k-Modem, d. h., pro Sekunde werden 56 Kibibit Daten übertragen. Wie lange müssen Sie warten, bis der Song vollständig auf Ihre Festplatte kopiert wurde? ID: 1012 Musterunternehmen Weitere Übungen im SbX Ü 0.19: Größeneinheiten Bearbeiten Sie das Übungsbeispiel Größeneinheiten! Ü 0.20: Bandbreitenberechnung Bearbeiten Sie das Übungsbeispiel Bandbreitenberechnung der H2Ö GmbH! Angewandte Informatik HTL 13

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