PC-Grundlagen Der PC und seine Bestandteile

Transkript

1 PC-Grundlagen Der PC und seine Bestandteile

2 Jedes gedruckte Wort in der Informatik ist schon Geschichte. Jedes gekaufte Computersystem ist schon veraltet.

3 1.1. Computerkategorien Personal-Computer (PC): Der "persönliche" Computer ist ein leistungsfähiger Arbeitsplatzcomputer, welcher den Grossteil, der an einem bestimmten Arbeitsplatz benötigten Computerfunktionen und - leistungen abdeckt. Er ist darauf ausgelegt, möglichst selbständig und unabhängig von anderen Systemen (stand alone) zu arbeiten. Workstation: Eine Workstation ist ein Arbeitsplatzcomputer für Anwendungen, die eine hohe Rechen- und Grafikleistung erfordern. Sie ermöglicht gleichzeitig mehrere Programme zu verarbeiten und ist darauf ausgelegt, über ein Netzwerk mit Servern und anderen Workstations zu kommunizieren und gemeinsame Peripheriegeräte, wie Drucker, Plotter etc. zu nutzen. Großcomputer (mainframe): Großrechnersysteme kommen in großen Rechenzentren zur Anwendung. Sie erlauben den Anschluss einer Vielzahl von Bildschirmarbeitsplätzen (Terminals) und Peripheriegeräten, sowie die gleichzeitige Anwendung vieler Programme, die teilweise auf dieselben Daten zugreifen. Die anfallenden Daten werden zentral administriert und gesichert.

4 1.2. Definition und Hauptaufgaben der Hardware Unter Hardware versteht man alle technischen Geräte einer Rechenanlage, welche zur Durchführung von DV-Aufgaben notwendig und sinnvoll sind: Hauptaufgaben: Datenspeicherung Eingabe Verarbeitung Das EVA-Prinzip! Ausgabe

5 XXL HighClass Speed 0815 Intel Core i7-4790, 4 3,6 GHz 2 2 TB S-ATA, U/min. 16 GB DDR3-RAM Infineon/AENEON NVIDIA GeForce GT720, 1 GB, TV-Out, 2x DVI, HDMI 4 S-ATA III, 4 USB Front-USB 2.0, 2 PS/2, 2 PCIe X16, 1 PCIe X1, 1 PCIe X4, 2 PCI, 10/100/1000 Ethernet LAN, DSL fähig Multi-Format DVD-Brenner (CD-R, CD-RW, DVD±R, DVD±RW, DVD+R9 (DL))CD/DVD:16x/48x DVD-ROM, BL 3,5" 10in1 CardReader integrierter OnBoard 5.1 Controller AC97 ATX Design-Midi-Tower, 400W BeQuiet, MS Windows 8 64bit Professional bereits vorinstalliert (Produktaktivierung bei Neuinstallation oder Wechsel von Systemkomponenten erforderlich), MS Office 365/1Jahr, 24 Monate bring-in-garantie.

6 1.3. Prozessoren Intel i3, i5, i7, Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Celeron, Intel Pentium D, AMD Athlon 64, AMD Turion, etc.

7 1.3. Prozessoren Grundlegender Aufbau eines Prozessors Prozessor Steuerwerk Rechenwerk

8 1.3. Prozessoren Das Steuerwerk (Leitwerk oder Controller) Prozessor Steuerwerk Rechenwerk Ist für das Einlesen, decodieren und das Ausführen der Befehle zuständig Steuert den internen Fluss der Daten Steuert die Abarbeitung von Befehlen des Maschinenprogramms Ist für den Ablauf von Programmen zuständig Von ihm gehen alle benötigten Signale zum Ausführen der prozessorientierten Hardware aus

9 1.3. Prozessoren Das Rechenwerk Prozessor Steuerwerk Rechenwerk Das Rechenwerk führt die Befehle aus, die vom Steuerwerk veranlasst wurden. Durchführung der einzelnen Rechenoperationen

10 1.3. Prozessoren Messzahlen Megahertz (MHz) / Gigahertz (GHz) Prozessor Steuerwerk Rechenwerk Gibt die Taktfrequenz eines Prozessors an Je höher die Taktfrequenz, umso schneller können Befehle bearbeitet werden Mittels eines Taktes wird die Geschwindigkeit der einzelnen Hardwarekomponenten synchronisiert Die Taktfrequenz erlaubt keinen direkten Rückschluss auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Prozessors, weil z.b. langsamere Rechnerkomponenten einen schnellen Prozessor bremsen können 1 GHz 1 Milliarde Hertz, 1MHz = 1 Million Hertz

11 1.4. Hauptspeicher Hauptspeicher ROM RAM Der Hauptspeicher besteht aus einem Arbeitsspeicher (RAM) und einem Festwertspeicher (ROM) Der Hauptspeicher ist der Speicherbereich eines Computers, der von dem Prozessor direkt angesprochen werden kann. Der Hauptspeicher ist in Form kleiner Module auf dem Motherboard angebracht.

12 1.4. Hauptspeicher ROM = Read Only Memory (Festwertspeicher) Hauptspeicher ROM RAM Kann nur gelesen und nicht verändert werden. Wird nur vom Hersteller beschrieben. Dient der Aufrechterhaltung wichtiger grundlegender Teile des Betriebssystems, auf die beim Einschalten des Rechners automatisch zugegriffen wird. Der Inhalt des Speichers geht auch nach Ausschalten des Systems nicht verloren, er benötigt keine Versorgungsspannung.

13 1.4. Hauptspeicher RAM = Random Access Memory (Arbeitsspeicher) Hauptspeicher ROM RAM Kann gelesen und beschrieben werden Der Inhalt des Speichers geht nach Ausschalten des Systems verloren, er benötigt eine Versorgungsspannung. Im Arbeitsspeicher stehen zum Zeitpunkt ihrer Ausführung alle Programme vollständig oder partiell (mit dem aktuell auszuführenden Teil) zur Verfügung. Reicht die Kapazität nicht aus, lagert das Betriebssystem Programmteile auf die Festplatte aus. 1 Megabyte (MB) = 2 20 Byte = ca. 1 Mio Byte, 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB

14 1.4. Hauptspeicher RAM = Random Access Memory (Arbeitsspeicher) Hauptspeicher ROM RAM "Nichts ersetzt Arbeitsspeicher, als noch mehr Arbeitsspeicher!"

15 1.5. Das E-V-A-Prinzip und der von-neumann-rechner externe Speicher und Kommunikation Zentraleinheit Dateneingabe Hauptspeicher Datenausgabe Prozessor Steuerwerk Rechenwerk E V A

16 Beispiel: Mainboard / Hauptplatine eines PCs Hauptspeicher / RAM Anschlüsse für Dateneingabe und Datenausgabe BIOS-Chip Prozessor(-Sockel)

17 Diskette / Brenner Grundlagen der Hardware Die Hardwarekomponenten eines PCs flash-memory Festplatte Modem/ISDN Tastatur 1,8 GHz Bildschirm Maus CD-ROM DVD-ROM Scanner PC Drucker Web-Cam

18 1.6. Festplatten

19 1.6. Festplatten Eine Magnetplatte (auch als Festplatte oder Hard-Disk bezeichnet) ist ein Massenspeicher, welcher der Aufnahme großer Datenmengen dient. Es handelt sich um eine Kunststoff- oder Aluminiumscheibe, die mit einer magnetisierbaren Schicht überzogen ist. Daten werden in Form von Bitketten in konzentrischen Spuren durch Magnetisierung dargestellt.

20 1.6. Festplatten

21 1.6. Festplatten

22 1.6 Magnetplatten / Festplatten Hohe Speicherkapazität Vorteile von Magnetplatten Verhältnismäßig schneller Zugriff Lange Nutzungsdauer da mehrfach zu beschreiben, Daten werden überschrieben Relativ hohe Datensicherheit Nachteile von Magnetplatten Anfälligkeit gegenüber Erschütterungen Produziert Wärme Hoher Stromverbrauch Lösung: SSD Solid-State-Disk

23 1.7. Grafikkarte

24 1.7. Grafikkarte (GPU) Grafikkarten werden mit einem eigenen Prozessor ausgestattet, der speziell auf die Berechnung von grafischen Objekten zuständig ist. Der Prozessor auf der Grafikkarte wird auch Grafik-Chip oder GPU (Graphik Processing Unit) genannt ( z.b. Riva TNT2 oder GeForce.) Der Grafik-Chip wird mit einer bestimmten Taktfrequenz betrieben. Sie liegt je nach Grafikkarte etwas niedriger, als bei einem aktuellem CPU. Der Grafikprozessor erwärmt sich mit zunehmender Taktfrequenz. Die meisten Karten werden im normalen Betrieb sogar so heiß, dass sie nicht nur einen Kühlkörper, sondern sogar einen kleinen Lüfter besitzen. Generell sollte ein GPU nicht heißer als etwa 80 C werden. Am Mainboard wird die GPU im Normalfall über PCIe oder AGP-Slots angeschlossen.

25 1.8. CD-ROM Laufwerke und Brenner Ein CD-ROM-Laufwerk besteht hauptsächlich aus: einem Motor, der die CD dreht, einer Einheit, die den Laser-Strahl erzeugt, einer Fotozelle, die den reflektierten Laserstahl empfängt, einem weiteren Motor, der den Laserstrahl und die Fotozelle positioniert sowie jeder Menge Elektronik, die die Daten vom Laserstrahl auswertet und weitergibt sowie gegebenenfalls Lesefehler korrigiert.

26 1.8. CD-ROM Laufwerke und Brenner Eine CD selbst besteht fast vollständig aus Kunststoff (Polycarbonat) sowie der Schicht, die die Daten beinhaltet. Bei gepressten CDs besteht die Datenschicht aus Aluminium, bei gebrannten CDs in der Regel aus organischen Verbindungen. Die Daten sind dabei wie bei einer Schallplatte spiralförmig hintereinander angeordnet. Im Gegensatz zur alten Vinylscheibe sind die Daten bei der CD aber von innen nach außen angeordnet.

27 1.8. CD-ROM Laufwerke und Brenner Die einzelnen Bits werden durch Höhen (lands) und Tiefen (pits) in der Datenschicht der CD dargestellt. Während der Laserstrahl bei den höheren Stellen fast zu 100 % reflektiert wird, wird er in den Senken gestreut und kann somit nicht zur Fotozelle gelangen.

28 1.8. CD-ROM Laufwerke und Brenner Mit einem starken Laser werden einige Bereiche der Datenschicht erhitzt, so dass die Moleküle durcheinander kommen und kein Licht mehr reflektieren können. Ähnlich funktioniert das bei wieder beschreibbaren CDs. Mit dem Unterschied, dass hier nicht nur "kaputt gemacht" wird, sondern dass die Moleküle des Reflexions-Stoffes auch wieder geordnet werden können.

29 1.8. DVD = Digital Versatile Disk Daten sind meist in 2 Schichten untergebracht Die eine Schicht ist halb-transparent, so dass ein Teil des auftreffenden Laser-Lichtes reflektiert, der andere Teil zur zweiten, total reflektierenden Schicht durchgeleitet wird. Falls der Platz dann immer noch nicht ausreichen sollte, gibt es noch die Möglichkeit, beide Seiten der DVD zu füllen, so dass man dann, wie beim guten, alten Plattenspieler, die DVD wenden muss, um an alle Daten zu kommen.

30 1.8. Optische Datenträger SYSTEM CD Speicher-Kapazität 0,68 0,8 GB DVD HD-DVD Blu-ray Disc HVD 4,7 / 8,5 GB bzw. 4,38 / 7,9 GiB Rom/R: 15 / 30 / 51 GB RW: 20 / 32 GB SL: 23,3 / 25 / 27 GB DL: 50 GB ML: 200GB (geplant) 200 GB, Später bis zu 3,9 TB

31 1.9. Flash-speicher USB-Speichersticks besitzen eine hohe Speicherkapazität, eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit, sind einfach zu handhaben und an nahezu jedem Computer verwendbar. Andere Speichermedien wie Disketten, CD-RWs und Zip-Laufwerke wurden von ihm verdrängt. Das Speichersystem ist meist ein Flash-Speicher. USB-Sticks haben zur Zeit eine Kapazität von 2GB bis zu 256 GB.

32 1.9. USB-Anschlüsse Über den so genannten USB Anschluss können unterschiedliche Geräte angeschlossen werden: -USB-Speichersticks und USB-Festplatten -USB-Drucker und USB-Scanner -USB-Webcams -USB-TV-Karten (z.b. DVB-T) -USB-Videograbber (zum Digitalisieren von Videos) -Handy, MP3-Player und Digitalkameras -W-LAN-Sticks und Bluetooth-Sticks zur Vernetzung -Eingabegeräte wie Tastaturen und Mäuse

33 1.10 Internet per Analog-Modem / ISDN / ADSL Mit einem Analog-Modem geht man über die herkömmliche Telefonleitung ins Netz. Während man online ist, blockiert man seine Telefonleitung und muss hierfür folglich zeitabhängig Einwahl-Gebühren entrichten. Die Übertragungsrate ist sehr gering! 56 kbit/s Mit einem ISDN-Modem geht man über die ISDN-Leitung ins Netz. Während man online ist, blockiert man eine oder mehrere Leitung(en) und muss hierfür folglich zeitabhängig Einwahl-Gebühren entrichten. Die Übertragungsrate ist gering! 64 bzw. 128 kbit/s Mit einem ADSL-Modem geht man (wenn verfügbar) über die Telefonleitung ins Netz. Über einen Splitter werden Telefon- und Internetsignale getrennt. Man blockiert also keine Leitung. Bezahlt wird heute meist über flat-rates, das heißt man bezahlt einen Pauschalpreis pro Monat. Die Übertragungsrate ist hoch! Zur Zeit von 384 kbit/s bis 100 Mbit/s. A-DSL (asynchrones DSL) heißt, man kann Daten schneller empfangen als selbst senden!

34 1.10 weitere Zugangsmöglichkeiten zum Internet SKY-DSL: Verbindung zum Internet via Satellit. Das Senden der Daten erfolgt meist analog oder über ISDN nur der Downstream erfolgt über Satellit. Nur selten flat-rates verfügbar, Kosten sind hoher als bei ADSL. LTE ist ein Mobilfunkstandard der vierten Generation (3,9G-Standard), der mit bis zu 300 Megabit pro Sekunde deutlich höhere Downloadraten erreichen kann, als es bisher möglich war. HDSPA: Datenversand über das UMTS-Netz, das heißt hohe Bandbreite, die mobil verfügbar ist. Im Mbit/s Bereich. Oft werden die Tarife aber mit einer Volumenbegrenzung ausgestattet. GPRS: Datenversand über das GSM-Netz (Handy), das heißt niedrige Bandbreite, die mobil verfügbar ist. Im kbit/s Bereich. Oft nur zum Abruf von Mails zu gebrauchen. FUNK-DSL, DSL über das Kabelnetz, Richtfunknetze usw.

35 1.11. Soundkarten Heute sind die Soundcontroller meist bereits auf der Hauptplatine installiert. A = Digital Out Buchse B = Line-In-Buchse C = Mikrofon-In-Buchse D = Line-Out-Buchse E = Speaker-Out-Buchse F = Joystick / Midi-Anschluss G = Anschluss für Audio Geräte H = AUX-Anschluss I = CD-SPDIF-Anschluss J = Erweiterungs Anschluss (N-Stecker)

36 1.12 Maus Die Maus ist eines der wichtigsten Eingabegeräte (Befehlsgeber) bei modernen Computern. Unterschiede gibt es vor allem im Design und Ergonomie, in der Funktionalität, in der Sensorik und in der verwendeten Schnittstelle.

37 1.13. Drucker Druckerkosten = Anschaffungspreis Druckkosten = Verbrauchsmaterial Nachfüllsysteme Kosten/Aufwand? Auflösung (dpi) Geschwindigkeit (ppm) Tintenstrahldrucker, Thermodrucker Laserdrucker

38 1.13. Drucker Laserdrucker wasserfester Ausdruck geringe Qualität bei Fotodruck lichtechte Farbe hohe Geschwindigkeit z.t. hoher Anschaffungspreis v.a. für Farblasergeräte hohe Reichweite der Tonerkartusche (z.b Seiten) Preis pro Seite meist recht günstig Geräte oft sperrig und schwer Tintenstrahldrucker nicht wasserfest, verwischt unmittelbar nach dem Drucken Fotodruck in hoher Qualität Farbe oft nicht lichtbeständig niedrigere Geschwindigkeit günstige Anschaffungskosten häufiges Wechseln der Tintenpatronen (nach ca. 400 Seiten) Preis pro Seite meist recht teuer kompakte Geräte erhältlich

39 1.14 Monitor Größen 15 Zoll, 17 Zoll, 19 Zoll, 21 Zoll, 24 Zoll, Auflösung 1920x1024, 1024x768, 1280x800, Formate 3:4, 16:9, 16:10 Frequenz 96 khz, 70 KHz Kontrast z.b. 700:1 Flachbildschirme (TFT, Plasma)

40 1.15 Scanner Flachbett-Scanner, Handscanner, Filmscanner, Einzugsscanner SCSI- USB- oder Parallelanschluss Auflösung und Bildgröße (dpi) Farbe, Schwarzweiß, Strichzeichnung OCR (Optical Character Recognition) - Texterkennung