S = Schüler-Version; L = Lehrer-Version Schritt ID SbX-Typ Inhalt S L. Sichern 6608 Bildschirmpräsentation 15 Folien zum Thema Zentraleinheit

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1 Zentraleinheit Lerneinheit 2: Zentraleinheit Diese Lerneinheit behandelt Bauformen und Bestandteile von Computersystemen, wie Mainboard, Chipset, Front Side Bus, Speicher und Cache, sowie Bussysteme, wie ISA, PCI, AGP und PCI-Express. Nach dem Durcharbeiten der Lernheit sollten die Schüler/innen technische Angaben zu diesen Komponenten in Prospekten verstehen und erklären können. Anhand zahlreicher Abbildungen im Schülerbuch werden die Bestandteile eines PCs anschaulich erklärt. Ergänzend kann im Rahmen des Unterrichts eine Bestimmung der Bauteile direkt an einem PC erfolgen. 1 Grundlagen der Informatik Zur Verfügung stehende SbX-Materialien ID-Lerneinheit 6605 S = Schüler-Version; L = Lehrer-Version Schritt ID SbX-Typ Inhalt S L Lernen 6606 Bildschirmpräsentation 15 Folien zum Thema Zentraleinheit Linkliste Zentraleinheit ÜBEN 6607 Internetaufgabe Chipset-Vergleich Lösung dazu 6608 Bildschirmpräsentation 15 Folien zum Thema Zentraleinheit 6609 Quiz Zentraleinheit Lösung dazu Lernen Schülerbuch Seiten ID: Arten von Computersystemen Einstieg: Zur Abbildung im Schülerbuch (Seite 15) überlegen sich die Schüler/innen Anwendungsmöglichkeiten der einzelnen Bauformen von Computern, welche an der Tafel gesammelt werden. Worin unterscheiden sich die Arten von Computersystemen? Was zeichnet einen PC eigentlich aus? Die Antwort auf diese Frage gibt die Geschichte des IBM-PCs. Die Abbildung als Einstieg ( Schülerbuch Seite 15; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 1) besprechen. Abbildung IBM-PC aus dem Jahr 1981 ( Schülerbuch Seite 16; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 2) ansehen. Welche Gründe waren ausschlaggebend für den Markterfolg des PCs? Die Leistungsfähigkeit von Computersystemen hat sich seit dem IBM-PC aus dem Jahr 1981 vervielfacht. Einige Beispiele dafür sind: Taktfrequenz des Prozessors beim IBM-PC 4,77 MHz heute 4 GHz (1000-mal höher) Speicher beim IBM-PC 16 kb heute 1 GB ( mal mehr) Speicherkapazität Floppy Disk beim IBM-PC 160 kb heute bei Festplatten 400 GB (2,6-Mio.-mal mehr) Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide 9

2 Lernen 2 Bestandteile eines PCs Einstieg: Welche Bestandteile des IBM-PCs von 1981 finden wir heute noch in einem modernen PC? Ergebnisse an der Tafel sammeln und anschließend mit der Grafik auf Seite 17 bzw. mit der SbX-Bildschirmpräsentation vergleichen. Die Abbildungen ( Schülerbuch Seite 16 17; SbX-Bildschirmpräsentation, Folien 3 und 4) gemeinsam durcharbeiten. Begriffe aus den Abbildungen erklären. Hinweis: Der PDA (Personal Digital Assistant) wird in Lerneinheit 4 gemeinsam mit den Smartphones genauer erläutert und soll vorläufig nur als Beispiel für extrem kleine und mobile Computer dienen. Die Unterschiede zwischen PDA, Tablet-PC und Notebook betreffen die Größe, Funktion und Mobilität. Ein PDA hat eine sehr kleine und kompakte Bauform und besitzt als Speichermedium eine Speicherkarte. Bedient werden PDAs mit einem Stift. Tablet-PCs sind deutlich größer als PDAs. Das Display kann von der Tastatur abgenommen und per Stift bedient werden. Tablet-PCs sind in der Regel mit einer Festplatte ausgestattet und bieten bereits volle PC-Funktionalität mit Windows-Betriebssystem. Notebooks sind PCs im Kleinformat. Hier werden Subnotebooks (sehr flach und leicht, ca. 1 kg) und klassische Notebooks (auch Laptop genannt) unterschieden. 3 Bestandteile der Zentraleinheit Einstieg: Welche Bestandteile der Zentraleinheit kennen die Schüler/innen bereits? Anhand der Abbildung auf Seite 17 (SbX-Bildschirmpräsentation) die Schüleraussagen zuordnen. Mit Hilfe der Abbildung ( Schülerbuch Seite 17; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 5) die Bestandteile der Zentraleinheit erklären. Das Netzteil ist bei einem PC leicht daran zu erkennen, dass es einen Stromanschluss aufweist. Der Prozessor besitzt zur Kühlung einen Aktivkühler mit Lüfter. 4 Mainboard Einstieg: Wer hat schon einmal sein Handy auseinandergenommen, um beispielsweise den Akku zu wechseln? Welche Bestandteile kamen dabei zum Vorschein? Antworten der Schüler/innen auf der Tafel sammeln und eine Querverbindung zum PC herstellen: Gehäuse/Gehäuse, Akku/Netzteil, Display/Monitor, Basisplatine/Mainboard. Die Abbildung Mainboard ( Schülerbuch Seite 19; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 6) gemeinsam anschauen. Bestandteile des Mainboards anhand der Abbildung aufzählen und erklären. Die Abbildung zum Chipset ( Schülerbuch Seite 19; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 7) besprechen. Bestandteile und Funktionsweise des Chipsets anhand der Abbildung erklären. Die Komponenten des Chipsets Northbridge und Southbridge auf der Abbildung Mainboard zeigen. Anhand der Abbildung auf Seite 18 (Jumper) kann erläutert werden, wie die Konfiguration eines Mainboards vor sich geht. Manche Schüler/innen haben vielleicht vor, sich selbst einen PC zusammenzubauen. Hierfür ist es unabdingbar, die Mainboardbeschreibung sehr genau zu studieren und vor der ersten Inbetriebnahme des Geräts sämtliche erforderlichen Einstellungen vorzunehmen. Andernfalls können Teile, wie z.b. der Prozessor, beschädigt werden. 10 Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide

3 Zentraleinheit 5 Mikroprozessor Einstieg: Wir haben bereits gelernt, dass ein Computer nur die Ziffern 0 und 1 unterscheiden kann. Doch wie kann ein Computer mit diesen Ziffern rechnen? Die Antwort auf diese Frage enthält die Erklärung zum Rechenwerk bei den Merksätzen. Die Schüler/innen lesen die Seiten 20 und 21 selbständig und erklären danach, welche Typen von Prozessoren es gibt. Antworten: CISC, RISC in 16-/32-/64-Bit-Architektur. Anhand der Abbildung eines Wafers ( Schülerbuch Seite 20; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 8) den Herstellungsprozess von Prozessoren erläutern. Die Abbildung zum Von-Neumann Rechnermodell ( Schülerbuch Seite 21; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 9) besprechen. Die Elemente des Prozessors ALU, Steuerwerk und Register sowie ihr Zusammenwirken erklären. 1 Grundlagen der Informatik Das Rechenwerk (ALU) ist für die Rechenoperationen (Bitoperationen wie AND, OR, XOR und NOT) zuständig. Das Steuerwerk führt die Befehle aus, wobei Daten und Befehle aus dem Hauptspeicher in die Prozessorregister (= Prozessorspeicher) geladen werden. 6 Front Side Bus Einstieg: Mainboard mit Chipset und Prozessor wurden bereits besprochen. Nun soll die Verbindung zwischen dem Prozessor und der Northbridge des Chipsets genauer betrachtet werden. Die grafische Darstellung zum Front Side Bus ( Schülerbuch Seite 22; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 10) erklären. Anhand der Merksätze auf den Seiten 22 bis 23 die Grafik besprechen. Die Abbildung des i915g-chipsets ( Schülerbuch Seite 23; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 11) anschauen. Die Abbildung zeigt ein Intel-Chipset für einen Pentium-4-Prozessor. Zum Thema Chipset lohnt sich ein Ausflug auf die Intel- bzw. AMD-Webseite, denn Chipsets ändern sich laufend mit der Entwicklung neuer Prozessoren. In SbX finden die Schüler/innen eine Linkliste zur Zentraleinheit. 7 Speicher Einstieg: Erzählen Sie folgende Geschichte: Während eines Gewitters schreibt Julia an ihre Freundin ein . Kurz bevor sie das absendet, schlägt ein Blitz in die Stromleitung ein und der Strom fällt aus. Frage: Was ist mit dem passiert? Wurde es gespeichert oder sind die Daten verloren? Antwort: Die Daten sind verloren, da der Arbeitsspeicher (RAM) mit Strom versorgt werden muss, um seinen Inhalt zu behalten. Die Abbildung RAM und ROM ( Schülerbuch Seite 24; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 12) erklären. Die Speicherformen RAM und ROM und deren Unterschiede anhand des Einstiegsbeispiels nochmals erläutern. ROM-Speicher werden häufig in Form von Flash-Speichern (z.b. in USB-Sticks, Digitalkameras, Handys und MP3-Playern) eingesetzt. Flash-Speicher werden in der Lerneinheit 4 näher besprochen. Die Tabelle Speicherkosten auf Seite 24 zeigt anschaulich den rapiden Preisverfall bei RAM-Bausteinen. Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide 11

4 Lernen 8 Cache Einstieg: Wenn die Schüler/innen ein Puzzle-Spiel zusammensetzen, wie gehen sie dabei vor? Die meisten werden gleichartige Teile gruppieren, also zwischenspeichern, bevor sie die Teile zu dem Puzzle zusammenbauen. So funktioniert im Prinzip auch das Caching. Die Abbildung aus dem Buch ( Schülerbuch Seite 25; SbX-Bildschirmpräsentation, Folie 13) erklären. Die verschiedenen Cache-Typen anhand der Abbildung erläutern. Caching kommt auch beim Zugriff auf das Internet vor. Dabei werden Webseiten mit ihren Inhalten (wie z.b. Bildern) in einem speziellen Ordner zwischengespeichert. Bei einem neuerlichen Zugriff auf die Seite kommen die Inhalte von der Festplatte und müssen nicht mehr über das Internet geladen werden. 9 Datenbus Einstieg: Bei der Geschichte des IBM-PCs wurde ein wichtiger Grund für dessen Erfolg bereits genannt: der Datenbus, der einem offenen Standard folgt und die Erweiterung des PCs um diverse Steckkarten ermöglicht. Die Abbildungen zu den Datenbussen ( Schülerbuch Seite 26; SbX-Bildschirmpräsentation, Folien 14 und 15) erklären. Die Datenbusstandards und ihr Aussehen anhand der Abbildungen erläutern. Der IBM-PC hatte anfangs nur einen 8 Bit breiten ISA-Bus. Dieser ähnelte dem später mit dem Prozessor (AT) eingeführten 16-Bit-ISA-Bus insofern, als der Slot erweitert wurde und zum 8-Bit-Bus kompatibel blieb. Die heute verfügbaren PCs haben in der Regel keinen ISA-Bus mehr. Der aktuelle Standard ist PCI-Express, der in den nächsten Jahren PCI und AGP ablösen wird. Schülerbuch Seiten 18, 23 und ID: 6607 Zusammenfassende Übungsbeispiele zu Lerneinheit 2: Zentraleinheit Lösungen Ü 1 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 18) Netzteil, Mainboard, Prozessor, Kühler, Chipset, Speicher, Steckplätze, Input-/Output-Schnittstellen, Festplatte, CD-/DVD-Laufwerk, Flachbandkabel. Ü 2 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 18) Gehäuse mit Netzteil, Mainboard, Prozessor, Kühler, Speicher, Grafikkarte (falls nicht am Mainboard integriert), Festplatte, DVD-Laufwerk, Tastatur, Maus, Monitor, Drucker. Ü 3 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 23) Intel arbeitet mit QDR, daher 800 / 4 = 200 MHz Ü 4 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 27) Mid-Range-Server PDA Notebook Desktop-PC Entry-Level-Server Smartphone 12 Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide

5 Zentraleinheit Ü 5 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 27) DVD-RW Festplatte Prozessor Ü 10 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) a) 800 / 4 = 200 MHz b) 3800 / 200 = 19fach Ü 11 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) 2, 3 Ü 12 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) 1 Grundlagen der Informatik 7 Netzteil Speichersockel 1, 6 2 Ü 6 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) 3 2 Teile der Zentraleinheit Schnittstellen Prozessor Mainboard Netzteil Front Side Bus Jumper Chipset Aufgabe Anschluss von Geräten Verarbeitung der Daten Träger aller Bauteile Stromversorgung Verbindung von Prozessor und Chipset (Northbridge) Konfiguration des Mainboards Verbindung aller Komponenten mit dem Prozessor G-Chipset für Pentium-4-Prozessor (Quelle: Intel) Ü 13 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 29) Ü 7 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Itanium, Intel Pentium 4 Prescott, Intel Xeon Potomac Ü 8 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) 1 ISA 8 bit, 2 ISA 16 bit, 3 Vesa-Local-Bus, 4 PCI, 5 AGP, 6 PCI-Express Ü 14 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 29) PCI-Express (links), PCI (rechts) Prozessor, Northbridge, Southbridge Ü 9 (Angabe siehe Schülerbuch Seite 28) max MB/s Schülerbuch Seiten ID: 6608 Die Schüler/innen wiederholen die wichtigsten Begriffe und Inhalte anhand der Bildschirmpräsentation in SbX und der Zusammenfassung im Schritt des Schülerbuches. Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide 13

6 Lernen Schülerbuch Seiten ID: 6609 Lösungen Wiederholungsfragen und -aufgaben Frage 1: Frage 2: Frage 3: Frage 4: Frage 5: Frage 6: Frage 7: Netzteil, Mainboard, Prozessor, Kühler, Speicher, Datenbus, Cache Rechenwerk (ALU): Rechenoperationen, logische Operationen Steuerwerk, Register Single Data Rate: ein Datenpaket je Taktzyklus des FSB Double Data Rate: zwei Datenpakete je Taktzyklus des FSB 3300 / 133 = 24,8; das ist nicht möglich Die Prozessortaktfrequenz muss ein Vielfaches jener des FSB sein. Prozessor, North- und Southbridge Prozessor ist über den FSB mit der Northbridge verbunden. Grafikkarte und Speicher werden über die Northbridge angesteuert. Die Southbridge steuert die übrigen Komponenten an (PCI, USB, Festplatte etc.). L1, L2 L1 speichert Adressen, Befehle, Zwischenergebnisse in der CPU; L2 puffert größere Programmabschnitte in der CPU; L3 Leistungssteigerung, am Mainboard; Festplatten-Cache: beschleunigt Plattenzugriffe; Frage 8: Frage 9: Prozessor mit zwei Kernen (Cores) Flash-Speicher (EEPROM) werden blockweise gelesen und sind langsamer als RAM. Frage 10: Grundkonfiguration des Mainboards; leitet den Betriebssystemstart ein Frage 11: PCI: 33 oder 66 MHz; bis 528 MB/s AGP: für Grafikkarten; bis 2133 MB/s PCIe: 250 MB/s pro Lane; x1/x2/x4/x8/x16/x32 Frage 12: CISC: viele fix gespeicherte Prozessorbefehle RISC: wenig fix gespeicherte Befehle, dafür rasche Ausführung Frage 13: x86: Befehlssatz Intel-kompatibler Prozessoren AMD64: erweiterter 64-bit-Befehlssatz; kompatibel zu x86 Frage 14: stromsparend, niedrige Betriebstemperatur Frage 15: Zwischenspeicher, der im Prozessorkern integriert ist. Schularbeitsvorlagen zu diesem Kapitel finden Sie in SbX unter der ID Wirtschaftsinformatik Basic, Teacher s Guide