Grundlagen der Datenverarbeitung

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1 Grundlagen der Datenverarbeitung

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3 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Die Geschichte des Computers Einteilung der Computer Supercomputer Großrechner Workstations (Minicomputer) Personalcomputer Personalcomputer im Überblick Stationäre Systeme Mobile (tragbare) Computer Grundbegriffe Hauptbestandteile des Computers (Hardware) Eingabegeräte Die Tastatur Die PC-Maus Verarbeitungsgeräte Bit und Byte Die Zentraleinheit Der Mikroprozessor ROM (Read Only Memory) RAM (Random Access Memory) Bus Externe Speicher Disketten Festplatten Optische Speicherplatten Magnetbänder Ausgabegeräte Der Monitor Der Drucker Programme (Software) Systemprogramme Anwendungsprogramme Bedienerführungen Systemstart von Personal Computern Grundlagen der Konfiguration von PC-Systemen Daten Codierformen Dateien Dateien und ihre Verwaltung auf externen Speichermedien...26 Seite1

4 1. Einführung Innerhalb dieser Einheit sollst du, wie der Name es schon sagt, mit den Grundlagen vertraut gemacht werden. Dazu gehören die Hardware eines Computersystems und die Software. Zum letzteren gehört natürlich in erster Linie das Betriebssystem. Ich habe dir auf die CD zusätzlich zu dieser Datei mehrere andere Dateien gepackt. Diese Dateien entstammen einer Schulung für Lehrer, die von der Firma Intel in Zusammenarbeit mit Microsoft durchgeführt wurde. Sie bieten sehr detailliertes Hintergrundwissen. Da ich nicht gerne alles doppelt erzähle bzw. schreibe, beschränke ich mich innerhalb dieser Datei auf die Dinge, die in den anderen Dateien nicht oder nur ungenügend erwähnt werden. An den entsprechenden Stellen werde ich dir Hinweise bzw. Arbeitsanweisungen geben, wie du mit den anderen Dateien arbeiten kannst. Auf diese Art und Weise kannst du dich so intensiv damit beschäftigen, wie du es möchtest und für richtig hältst. Eine Anmerkung dazu: Ich erwarte, dass du dich auch zu Hause mit dem Thema Informatik intensiv beschäftigst. Das kann mit Computer, aber auch ohne geschehen. Du solltest alle Kapitel durcharbeiten. (Erinnere dich vielleicht an einige Dinge, die du als Techniken von Klippert gelernt hast!) Während des Unterrichts werde ich nur die wichtigsten Dinge besprechen. Einiges werden wir im Unterricht in Gruppen besprechen. 2. Die Geschichte des Computers Im Verlaufe unseres Informatik-Unterrichts werden wir uns begleitend zu den anderen Themen mit der Geschichte des Computers befassen. Wir werden dazu auch einige Filme sehen. Es sind im Internet zu den Filmen einige Begleitinformationen (allerdings auf Englisch) erschienen, die auch interessant sind. Die vergleichsweise junge Geschichte des Computers, so wie wir ihn heute kennen, ist erst ein halbes Jahrhundert alt. Wissenschaftler aus den verschiedensten Disziplinen schufen die Grundlagen für eine sich rasant entwickelnde Technologie, deren Auswirkungen das Leben der Menschen in noch nie da gewesenem Ausmaß beeinflusst. Es gibt kaum einen Bereich menschlichen Lebens, der von dieser Entwicklung verschont geblieben ist. Dabei fing alles schon sehr viel früher an... Die erste Rechenmaschine, der Abakus, wurde bereits etwa 1000 v.chr. in China erfunden und ist auch heute noch in Gebrauch. Man schätzt, dass etwa die Hälfte der Menschheit, vor allem in Asien und Afrika, immer noch mit dem Abakus rechnet. Ein nächster wichtiger Schritt ist die Einführung des dezimalen Zahlensystems, das ca. 500 n.chr. in Arabien entwickelt wurde erfand John Napier zuerst die Logarithmen und dann die Napierschen Stäbchen, eine Methode, bei der mit Hilfe von Stäbchen, auf die man Zahlen druckte, arithmetische Operationen ausgeführt werden konnten. Im Jahre 1620 erfand Gunter einen Rechenschieber mit logarithmischer Skala. Zwischen 1623 und 1640 erfanden Schick ar d und Pas c al mechanische Rechenmaschinen für Addition und Subtraktion. Der große Philosoph und Mathematiker Pas c al schrieb in seinem Werk Pensées unter anderem auch schon über denkende, aber willenlose Maschinen baute Leibniz die erste mechanische Rechenmaschine, die alle vier Grundrechenarten beherrschte. Sogar zum Ziehen der Quadratwurzel war sie fähig. Seite2

5 Derselbe Leibniz entwickelte 1700 das Dual- oder Binärsystem, ein Zahlensystem, das nur aus Nullen und Einsen besteht und ohne das unsere heutigen Rechner nicht vorstellbar sind, denn fast alle Computer arbeiten intern mit diesem System entwickelte Jacqu ar d ein Lochkarten-System zur Steuerung mechanischer Webstühle. Der englische Mathematiker Charle s Babb a g e stellte 1822 das Konzept einer programmgesteuerten Rechenmaschine vor, die mechanisch und digital arbeitete veröffentlichte er das Konzept der Analytischen Maschine, die den ersten programmierbaren Computer symbolisiert. Sie wurde von ihm jedoch nie gebaut; erst sein Sohn konnte Teile davon realisieren. Bei der Analytical Engine handelte es sich um einen über Lochkarten programmierbaren digitalen Rechenautomaten. Seine Lebensgefährtin, Ada Lovel a c e, Tochter des Lord Byron, entwickelte die Prinzipien der Programmierung und unterstützte ihn bei der Konstruktion seiner Maschine ließ sich Herm a n n Hollerith, eine Zähl- und Sortiermaschine zur Auswertung von Lochkarten patentieren, die er für eine Volkszählung durch das Statistische Zentralamt der USA entwickelt hatte. Diese Maschine baute auf der Theorie der Analytischen Maschinen auf und verwendete erstmals auch Elektrizität. Hollerith gründete 1896 die Tabulating Machine Company, die er 1911 mit anderen Firmen zur Computing Tabulating Recording Company (CTR)zusammenschloss wurde diese Firma in International Business Machines (IBM) umbenannt. Im Jahre 1940 ließ die britische Regierung Robinson, den ersten auf Relais aufbauenden Computer entwickeln, der jedoch nicht programmierbar war. Zu seinen Erfindern gehört auch Alan Turing, der mit seinen theoretischen Überlegungen (dem Modell der Turing-Maschine und dem Turing-Test, s. unten) erheblich zur Realisierung von Rechenanlagen beigetragen hat. Die Turing-Maschine war ein 1936 aufgestelltes Denkmodell, das man sich als imaginären Cassettenrecorder vorstellen kann, der aus drei Elementen besteht: dem Schreib-Lese-Kopf, dem Cassettenband und einer Steuerungseinrichtung. Ebenfalls 1940 erfanden die Amerikaner John Atana s o ff und Clifford Berry den automatischen, elektronischen, aber nicht programmierbaren Digitalrechner. Der Atanasoff-Berry-Computer (ABC) bestand aus nur 800 Vakuumröhren stellte der Deutsche Konrad Zuse im Auftrag der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt in Berlin den ersten funktionsfähigen programmierbaren Digitalrechner Z3 fertig. Das entscheidende Merkmal der Maschine war die Programmsteuerung, und eine zweite Besonderheit betraf die Darstellung der Zahlen und Operationsbefehle im Binärsystem. Der Speicher der Z3 bestand aus 1400 Relais und die Steuerung aus 600 Relais. Für weitere Zwecke waren nochmals 600 Relais vorhan- Seite3

6 den. Für eine Multiplikation, Division oder Quadratwurzelberechnung benötigte die Maschine 3 Sekunden. 1943/44 entwickelte Howar d Aiken im Auftrag der IBM den ersten amerikanischen programmierbaren Computer. Der Mark I wurde von vielen als der weltweit erste universell einsetzbare Rechner betrachtet, was jedoch eine Missachtung der deutschen und britischen Forschung darstellt. Er arbeitete mit Relais, und als Datenträger dienten Lochstreifen. Das Ungetüm war 15 m lang, 2,5 m hoch und wog etwa 5 t. Die Maschine bestand aus mehr als Einzelteilen, darunter 3000 Kugellager. Die Leitungen waren zusammen etwa 80 km lang. Der Mark I wurde von der US Navy für ballistische Berechnungen eingesetzt. Die Erfahrungen mit diesem Gerät führten 1947 zur Entwicklung des vollelektronischen Mark II. Zu den ersten Programmiererinnen des Mark I gehörte Grac e Murray Hopp er, die die erste Wanze entdeckte und dokumentierte und die Entwicklung der Common Business-Orientated Language (COBOL), eine Programmiersprache, leitete begann die Konstruktion von auf Röhren basierender Datenverarbeitungsanlagen der 1. Generation: in den USA wurde von Eck ert und Mauchl ey an der Universität von Pennsylvania der erste Computer fertiggestellt, der vollständig mit Elektronenröhren arbeitete. Er wurde ENIAC (Abk. f. Electronic Numerical Integrator And Computer) genannt und war mit mehr als Elektronenröhren bestückt. Die Maschine wog 30 t, belegte eine Grundfläche von 140 m², verbrauchte über 150 kwh und verfügte über 1 kbyte Arbeitsspeicher. Er konnte 5000 Operationen pro Sekunde ausführen. Die große Anzahl an Röhren war deshalb notwendig, weil ENIAC intern mit dem Dezimalsystem arbeitete. Für die Darstellung einer Dezimalstelle wurden 20 Röhren benötigt. Da es noch keine Lochstreifen oder karten zur Programmierung gab, musste jede Operation mit Kabeln und Steckern an einer Schalttafel fest verdrahtet werden. Programmänderungen konnten somit mehrere Tage dauern. ENIAC war bis 1955 in Betrieb, pro Jahr etwa 7000 Betriebsstunden. Tatsächlich arbeiten konnte man mit ihm jedoch nur die Hälfte dieser Zeit; die restliche Zeit war man damit beschäftigt, defekte Röhren auszutauschen. Ebenfalls 1946 entwickelte der ungarisch-amerikanische Mathematiker John vo n Neu m a n n das Konzept der Von-Neumann-Maschine, nach der auch heute noch alle Computer arbeiten. Nach vo n Neu m a n n machen folgende Eigenschaften einen Computer aus: Der Computer besteht aus einer Rechen- und einer Steuereinheit (Prozessor), einem Arbeitsspeicher sowie Ein- und Ausgabeeinheiten. Der Computer wird durch ein Programm gesteuert, das aus einer Folge von binär codierten Befehlen besteht, die bei der Ausführung Schritt für Schritt abgearbeitet werden. Im Programmablauf sind Verzweigungen und Sprünge möglich. Das Programm ist nicht fest im Computer verdrahtet (wie das bei den ersten Computern, z.b. dem ENIAC, der Fall war), sondern wird, wie auch die Daten, im Arbeitsspeicher abgelegt und von dort aus zur Verarbeitung aufgerufen. Seite4

7 Erst 1952 wurde der bereits durch vo n Neu m a n n theoretisch beschriebene EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), das Nachfolgemodell des ENIAC, fertiggestellt. Kurz vorher baute der Brite Mauric e Wilkes den EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), der als erster Rechner nach dem Von-Neumann-Konzept der Speicherprogrammierung gilt. Die damaligen Elektronenröhren waren groß, langsam, reparaturanfällig und teuer, und sie verbrauchten eine Unmenge Strom. Erst mit der Erfindung des Transistors (ein Kunstwort aus Transconductance und Transresistance) 1947 war die Basis für größere und preislich günstigere Computer gegeben. Es dauerte jedoch noch bis 1954, bis der erste Transistor aus Silizium (dem heute verwendeten Material) vorgestellt wurde. Bereits 1955 stellte die Firma Bell Labs den ersten Computer mit Transistor-Bestückung (genannt TRADIC) vor. Damit begann der Bau von auf Transistoren basierenden Datenverarbeitungsanlagen der 2. Generation erfand Jack Kilby zeitgleich mit Rob ert N. Noyc e bei Texas Instrument den ersten integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit) und damit die Voraussetzung für einen kompletten Prozessor auf einem einzigen Siliziumchip, der allerdings noch ein paar Jahre auf sich warten ließ war das Geburtsjahr der 3. Generation der Computer: auf integrierten Schaltungen basierende Datenverarbeitungsmaschinen. IBM stellte eine Rechnerserie mit 32-Bit-Architektur vor stellte Jos e p h Weize n b a u m das Computerprogramm ELIZA vor, das auf einem Computer einen Therapeuten simulierte, mit dem sich ein menschlicher Anwender unterhalten konnte. Dieses Programm wurde für den Turing-Test entwickelt, der ein Kriterium zur Beantwortung der Frage darstellen sollte, ob Maschinen denken könnten. Ebenfalls 1969 wurden die ersten Versuche gestartet, das Rechen- und das Steuerwerk eines Computers auf einem einzigen Chip zu integrieren. Ein Mitarbeiter der Firma Intel, Ted Hoff, entwickelte in diesem Jahr aufgrund einer Anfrage eines japanischen Taschenrechner-Herstellers, den ersten integrierten Chip. Eigentlich wollte dieser japanische Kunde zwölf verschiedene Chips für verschiedene Rechner. Da jeder dieser Chips ein eigenes Design benötigt hätte und der Auftragsumfang die Herstellungskosten in astronomische Höhen getrieben hätte, konstruierte Hoff einen Chip, der universell einsetzbar war. Der Computer auf dem Chip war geboren, das Zeitalter der Mikroprozessoren war eingeläutet, und die Konstruktion von Computern der 4. Generation, die auf hochintegrierten Schaltungen basierenden Datenverarbeitungsanlagen, konnte beginnen. Die Japaner sicherten sich die Rechte an diesem Prozessor, und Intel konnte diesen Prozessor, der die Bezeichnung 4004 erhielt (als Hinweis darauf, dass es sich um einen 4-Bit-Prozessor handelte, der gleichzeitig 4 Binärstellen verarbeiten konnte), erst zwei Jahre später, also 1971, der Öffentlichkeit vorstellen. Dieser Prozessor konnte bereits Befehle pro Sekunde ausführen. Bereits 1972 folgte der erste 8-Bit-Prozessor mit der Bezeichnung 8008 von Intel. Die Firma legte damit gleichzeitig den auch heute noch gültigen Standard für Mikroprozessoren mit 8 Bit = 1 Byte fest. Diese Prozessoren waren die ersten, bei deren Herstellung ihre späteren Aufgaben und Funktionen noch nicht festgelegt werden mussten. Schon 1974 stellte Intel den 8080 vor, der lange Zeit der Industrie-Standard der 8-Bit-Rechner war und 5500 Transistoren auf einem Chip besaß. Gleichzeitig entwickelten andere Firmen ebenfalls Prozessoren, und Ende 1975 gab es etwa 40 verschiedene Mikroprozessoren entwickelte Intel den 8086, das erste Mitglied der 80xxx-Familie. Er besaß 16-Bit-Register, einen 16-Bit-Datenbus und einen 20-Bit-Adreßbus. Damit konnte er einen Arbeitsspeicher von 220 Byte = 1 MByte ansprechen stellte die Firma Apple den Apple II vor, eine Weiterentwicklung des von den Ingenieurstudenten Stev e n Jobs und Stev e Wozniak konstruierten Apple-Computers (1976). Da sich zunächst niemand für ihren Apple interessierte, gründeten die beiden 1977 die gleichnamige Firma. Der Erfolg dieses Rechners basierte primär auf dem Programm VisiCalc, dem ersten Tabellenkalkulationsprogramm überhaupt. Der Seite5

8 Apple trug in Verbindung mit VisiCalc ganz erheblich zur Verbreitung und Akzeptanz von Computern bei. Bis Ende 1984 konnte Apple 2 Millionen Exemplare des Apple II verkaufen. Andere Firmen wie Motorola oder Texas Instrument stellten 1982 ebenfalls Eigenentwicklungen vor. Einen kräftigen Leistungsschub bekamen die 16-Bit-Rechner durch die Vorstellung der Prozessoren der Firma Intel (1982). Der Prozessor verfügte über 24 Adreßleitungen und konnte damit 16 MByte Arbeitsspeicher direkt adressieren. Er enthielt etwa Transistoren und läutete die 5. Generation der Datenverarbeitungsanlagen ein, die mit dem IBM-PC ihren Anfang nahm. Um die Kompatibilität zum 8088 zu gewährleisten, der die Grundlage für das Betriebssystem DOS (= Disc Operating System, 1981 von der Firma Microsoft im Auftrag der IBM weiterentwickelt) bildete, wurde der neben einem 286er-spezifischen Modus mit einem Betriebsmodus ausgestattet, in dem sich der Prozessor wie ein 8088 verhält, lediglich schneller als dieser arbeitet und wie der 8088 nur 1 MByte Arbeitsspeicher direkt ansprechen kann. Dieser Modus wird als Real Mode bezeichnet im Gegensatz zum Protected Mode, dem eigentlichen 286er Modus. In diesem Modus laufen DOS und die unter diesem Betriebssystem arbeitenden Anwendungsprogramme. Sollen die Fähigkeiten des 286er Modus genutzt werden, müssen andere Betriebssysteme oder ein Betriebssystem-Aufsatz wie Windows eingesetzt werden stellte IBM den ersten XT (extended Technology), einen PC mit eigener Festplatte, vor. Apple führte mit dem kommerziell erfolglosen Lisa erstmals eine grafische, per Maus bedienbare Benutzeroberfläche ein erschien der erste AT (Advanced Technology) von IBM, ein PC, der mit einem 286er Prozessor, einer größeren Festplatte und einem Diskettenlaufwerk ausgestattet war präsentierte Intel den Prozessor, der über 32-Bit-Datenbusse und Adreßleitungen verfügte stellten IBM und Microsoft ihr gemeinsam entwickeltes Betriebssystem Operating System 2 (OS/2) in der Version 1.0 vor, das das veraltete DOS ablösen sollte war das Geburtsjahr des Prozessors, der einen mathematischen Coprozessor und einen First-Level-Cache von 8 kb enthält brach die elfjährige Allianz von IBM und Microsoft auseinander, weil IBM sich auf OS/2 konzentrierte, Microsoft jedoch Windows die besseren Marktchancen einräumte stellte IBM das erste 32-Bit-Betriebssystem mit OS/2 v.2.0 vor erschien der erste Prozessor, auch Pentium genannt. Der erste Pentium enthält etwa 3,1 Millionen Transistoren, arbeitet intern mit 64 und extern mit 32 Bit und enthält 32 Adreßleitungen, so dass er 4 GByte Arbeitsspeicher direkt ansprechen kann stellte Intel erstmals einen Prozessor vor, der bei 16-Bit-Operationen langsamer, bei 32-BitOperationen jedoch wesentlich schneller rechnete als seine Vorgänger. Er wurde Pentium Pro genannt und wird wohl endgültig die Ära des 16-Bit-DOS beenden. Die nächste Station in der Entwicklungsgeschichte der Computer und Mikroprozessoren erreicht Intel 1997 mit der Vorstellung der MMX-Technologie und dem Pentium II. Heute - im Jahre sind wir beim Pentium III angelangt. Es ist bei dem heutigen Tempo der Entwicklung nicht vorauszusagen, welche Leistung die Prozessoren in einigen Jahren haben werden. Aufgaben: 1. Welche Bedeutung hatte Charle s Babb a g e für die Entwicklung der Computer? 2. Beschreibe Konrad Zuses Z3! 3. Was weißt du über das Konzept der Von-Neumann-Maschine? 4. Skizziere in einer Tabelle die fünf Generationen der Datenverarbeitungsanlagen! Seite6

9 Commodore C64 Atari ST 520 Apple Lisa CRAY T 90 Seite7

10 3. Einteilung der Computer Auch bei Computern gibt es unterschiedliche Kategorien und Leistungsklassen, ähnlich wie bei Kraftfahrzeugen. Dort unterscheidet man z.b. zwischen PKW, LKW und Omnibussen. Computer teilt man in vier klassische Gruppen auf: 1. die Supercomputer, 2. die Großrechner, 3. die Minicomputer und 4. die Mikrocomputer. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet man heute die Minicomputer als Workstations und die Mikrocomputer als Personalcomputer. Es gibt in jeder Gruppe verschiedene Leistungsklassen Supercomputer Diese Computergattung wird hauptsächlich in Forschung und Lehre eingesetzt. Ausgehend von ihrer enormen Rechenkapazität und geschwindigkeit können sie z.b. für komplizierte Computersimulationen eingesetzt werden, etwa die (wissenschaftlich umstrittene) Simulation des Weltklimas unter Berücksichtigung der Treibhausgase. Nicht zu vergessen ist natürlich das Interesse von Militär und Raumfahrt an diesen Supercomputern. Von dieser Kategorie gibt es auf der ganzen Welt nur relativ wenige Exemplare. Zu Beginn der 90er Jahre schafften diese Computer bereits 5 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde und konnten bei entsprechender Ausstattung 100 Millionen Zeichen auf eine Festplatte schreiben. Heute sind diese Rechner noch leistungsfähiger: Fast 800 parallel arbeitende Prozessoren können einige Billionen Operationen pro Sekunde ausführen! Hauptlieferant dieser Extremrechner ist die amerikanische Firma CRAY Großrechner Diese Gattung, auch Hosts oder Mainframes genannt, findet man in Rechenzentren oder Großbetrieben, überall da, wo es auf hohe Rechenleistung und umfangreiches Datenmanagement ankommt. Großrechner sind so ausgelegt, dass sie eine hohe Anzahl von Benutzern (bis über einige 1000) gleichzeitig bedienen können. Das ist deshalb möglich, weil das Betriebssystem dieser Rechner jeder anfallenden Aufgabe (Job) sogenannte Zeitscheiben zuteilt. Stehen also mehrere Jobs zur Verarbeitung an, so wird z.b. nur eine Millisekunde am ersten gearbeitet, dann an den nächsten Jobs, dann wieder am ersten usw., bis alle Aufgaben abgearbeitet sind. Man nennt dies das Time-Sharing-Verfahren. Die Eingabegeräte (Terminals) dieser Großrechner sind häufig nur mit so viel eigener Intelligenz ausgestattet, dass der Anwender einfache Aufgaben, wie etwa Texteingaben und Korrektur, ohne Verbindung zum Rechner selbst ausführen kann. Erst mit dem Betätigen eines speziellen Tastendrucks werden die Daten zur Weiterverarbeitung an den Rechner gesandt. Terminal und Rechner können dabei weit voneinander entfernt sein, und selbst Kontinente lassen sich per Telefonleitung dabei überwinden. Um den Großrechnern für umfangreiche Aufgaben mehr Rechenzeit zur Verfügung zu stellen und den Benutzern lange Antwortzeiten zu ersparen, werden heute zunehmend Personalcomputer oder Workstations an die Großrechner angeschlossen. Großrechner werden unter anderem von IBM, Siemens oder Unisys angeboten. Sie können auf riesige Speichermedien im Terabyte-Bereich zugreifen, haben eine hohe Rechenleistung (über 100 MIPS = Millionen Instruktionen pro Sekunde) und müssen in klimatisierten Räumen betrieben werden. Seite8

11 3.3. Workstations (Minicomputer) Noch vor einigen Jahren hatten die Systeme der sog. mittleren Datentechnik ebenso wie die Großrechnersysteme einen zentralen Rechner und einfache Terminals für die Dateneingabe. Durch die Anforderungen der modernen grafischen Benutzeroberflächen und die aufwendigen Programme war diese Technik jedoch nicht mehr ausreichend. Als Abhilfe schuf man leistungsfähige, intelligente Arbeitsplatzrechner, deren Philosophie man von den PCs übernahm. Diese als Workstations bezeichneten Computer wurden per Netzwerk miteinander verbunden und erhielten einen zentralen Rechner, der für die zentrale Datensicherung und das Datenmanagement verantwortlich war. Auch hier können mehrere Benutzer mit einem oder mehreren Programmen zur gleichen Zeit arbeiten. Diese Systeme findet man hauptsächlich in kleineren und mittleren Betrieben. Sie übernehmen hier Aufgaben, wie sie vergleichsweise bei Großrechnern in Rechenzentren anfallen. Aber auch im Konstruktionsbereich oder bei der Bearbeitung von Farbbildern, also überall da, wo hohe Datenmengen anfallen und in möglichst kurzer Zeit verarbeitet werden müssen, findet man bisher vorzugsweise Workstations. Meist wird hier das Betriebssystem Unix eingesetzt. Noch vor ein paar Jahren war diese Gruppe klar von den Personalcomputern abgrenzbar. Sie waren leistungsfähiger, hatten ein zukunftsweisendes Betriebssystem und waren vor allem sehr viel teurer. Mittlerweile verschmelzen beide Kategorien zunehmend. Einerseits werden Prozessoren, Massenspeicher, Betriebssysteme und sonstige Peripherie der Personalcomputer immer leistungsfähiger, andererseits die Workstations immer billiger, so dass heute bereits eine klare Trennung nicht mehr möglich ist. Verbreitete Workstations gibt es z.b. von den Firmen Sun, Hewlett Packard, IBM und DEC Personalcomputer Personalcomputer im Überblick Unter einem Personalcomputer (PC) versteht man landläufig einen Computer, der selbständig Daten be- und verarbeiten kann. Er besteht aus einer eigenen Verarbeitungseinheit und externen Datenspeichern sowie einem eigenen Betriebssystem und Anwendungssoftware. Da sich die Hersteller leider auf keine einheitlichen Computerbezeichnungen einigen können bzw. aus Marketinggründen nicht wollen, begegnet man auf der Suche nach einem geeigneten PC auch heute noch unterschiedlichen Begriffen: Personalcomputer, PC, Mikrocomputer Tischcomputer, Desktop-PC, Tower Portable, Laptop, Notebook, Subnotebook Home- oder Heimcomputer. Während einige dieser Begriffe nur verschiedene Bezeichnungen für den PC sind, verwendet man die anderen für seine Untergruppen - dies macht die Unterscheidung noch verwirrender. Eines haben alle Computer auf jeden Fall gemeinsam: den Mikroprozessor, das Hirn eines jeden Computers. Das Wort Mikrocomputer stellt demnach den Oberbegriff dar. Inzwischen hat sich jedoch der Oberbegriff Personalcomputer weitgehend durchgesetzt. Das scheint zwar etwas unglücklich, da es sich hier nicht um das deutsche Wort Personal im Sinne von Mitarbeiter handelt; der Begriff kommt aus dem Englischen und meint persönlich. Immerhin ist mit dieser Bezeichnung klar, dass damit ein auf persönliche Anwendungen zugeschnittener, selbständiger Arbeitsplatzrechner gemeint ist. Seite9

12 Der PC-Benutzer verfügt heute direkt über die Rechnerkapazität seines Computers und kann aus einer Unmenge mehr oder weniger preiswerter Standard-Software die beste Lösung für seine Bedürfnisse auswählen. Personalcomputer setzt man z.b. für kommerzielle Aufgaben wie Lohn- und Gehaltsabrechnung, Kalkulation, Mahnwesen, aber auch in der Textverarbeitung, für die Auftragsabwicklung, im Konstruktions- und Fertigungsbereich ein. Im privaten Bereich werden sie vor allem in der Textverarbeitung, Kalkulation, im Home-Banking (in Verbindung mit einem Modem) und zum Spielen eingesetzt. Während es heute auf dem Markt eine unübersehbare Anzahl verschiedener PC-Hersteller gibt (man schätzt etwa ), so ist doch die Anzahl der Hersteller von Mikroprozessoren auf einige wenige beschränkt. Im PC-Bereich beherrschen vor allem Intel (IBM-PCs und kompatible Rechner) und Motorola (besonders Apple-Rechner) den Markt; AMD versucht verstärkt, in den Intel-Markt vorzudrängen Stationäre Systeme Der klassische PC steht seit seiner Erfindung auf dem Schreibtisch und wird deshalb auch Desktop-PC (=Schreibtisch-PC) genannt. Später wurden diese Systeme fast vollständig von den Rechnern mit freistehendem Gehäuse ( Tower ) abgelöst, weil diese mehr Platz auf dem Schreibtisch schufen und vor allem mehr Möglichkeiten zum Ausbau bieten. (Normalerweise stehen diese Rechner nicht auf dem Tisch, sondern darunter.) Die stationären PCs bieten dem Anwender viele Vorteile: Durch ihre Standardbauweise und große Verbreitung sind sie in der Anschaffung sehr preiswert. Für beinahe alle Wünsche gibt es eine Menge passender Zusatz- und Ergänzungsteile: z.b. Speicherchips, Steckkarten, Festplatten, Modems usw. Sie lassen sich weitgehend den persönlichen Bedürfnissen und dem späteren Expansionsdrang des Besitzers anpassen, ohne dass man den kompletten PC auf den Müll werfen muss (z.b. größerer Bildschirm, schnellere und größere Festplatte, schnellerer Prozessor, Anpassung an neue Standards) Mobile (tragbare) Computer Da die gängigen Standard-PCs in der Regel aus mehreren Einzelteilen bestehen, sind sie für den wechselnden Einsatz an verschiedenen Arbeitsplätzen oder für die wechselseitige Benutzung im Büro und zu Hause ungeeignet, denn sie lassen sich nur sehr umständlich transportieren. Portables, Laptops, Notebooks usw. sind tragbare Computer und für den Einsatz außer Haus gedacht, z.b. für den Außendienst, für Reporter, bei Konferenzen oder Reisen. In Ausstattung und Leistung müssen die tragbaren Computer mit den stationären Systemen durchaus vergleichbar sein, um auch für anspruchsvollere Aufgaben eingesetzt werden zu können. Zum Leidwesen vieler Anwender sind die Mobilen aber auch heute noch wegen ihrer aufwendigeren Technik um vieles teurer als ihre Kollegen auf oder unter dem Schreibtisch. Die ersten tragbaren Computer waren die Portables ( Koffercomputer ). Sie hatten einen kleinen CRT-Bildschirm (Kathodenstrahlröhre) und waren dadurch unhandlich, sehr schwer (20 kg und mehr waren keine Seltenheit) und anfangs nur mit Diskettenlaufwerken ausgestattet. Als weiterer Nachteil erwies sich, dass sie zum Betrieb eine Steckdose benötigten. Bedingt durch diese Nachteile konnten sie sich nie richtig durchsetzen. Erst als man die tragbaren Computer mit einem LCD (Liquid Cristal Display=Flüssigkristall-Anzeige) und Festplatten ausstattete, wurden die Tragbaren auch wirklich tragbar und vor allem kleiner und leistungsfähiger. Und - sie konnten mit Batterien oder Akkus betrieben werden. Zur Unterscheidung von ihren Vorgängern hießen sie nun Laptops. Da ihr Gewicht immer noch zwischen 5 und 9 kg betrug, wurden sie im Volksmund auch scherzhaft als Schlepptops bezeichnet. Sie ähseite10

13 nelten eher einer Reiseschreibmaschine oder einem Aktenkoffer und hatten etwa die Größe eines DIN-A4-Ordners. Die zunehmende Miniaturisierung der Bauelemente und eine stromsparende Konstruktion (Power Management genannt) ermöglichte es, kleinere und leichtere mobile Geräte zu bauen. Anfang 1991 stellte man eine neue Generation der Tragbaren vor: die Notebooks (= Mappencomputer ). Sie sind etwa so groß wie eine DIN-A4-Seite, bis zu 5 cm hoch und wiegen ca. 2-3 kg. Ihr prinzipieller Aufbau wurde von den Laptops übernommen: hochklappbarer Bildschirm, Tastatur und Systemeinheit sind in einem Gehäuse integriert. Ihr Innenleben besteht jedoch aus modernster Technik: Minifestplatten mit heute bis zu 80 GByte Speicherkapazität und mehr scheckkartengroße Erweiterungskarten (PCMCIA, heute PC-CARD) Bauteile mit extrem niedrigem Stromverbrauch spezielle, stromsparende Prozessoren. Einige Nachteile brachten die Notebooks jedoch mit sich: durch die kleinere zur Verfügung stehende Grundfläche musste auch die Tastatur schrumpfen, was häufig eine schwierigere und verkrampfte Tastatureingabe bedingt. Außerdem wäre es etwas umständlich, neben dem Computer auch eine Maus mitzunehmen, die zur Bedienung des Notebooks notwendig ist. Findige Konstrukteure statteten die Notebooks daher mit einem Mausersatz (Trackball oder Gummipin) aus. Vorreiter war hier Apple mit dem Powerbook. Die Notebooks haben die Laptops inzwischen vollständig abgelöst. Es sollte jedoch niemanden wundern, wenn auch heute noch jemand der Einfachheit halber die Notebooks als Laptops bezeichnet. Unter den Notebooks gibt es heute das umfangreichste Angebot an tragbaren Computern. Wem die Notebooks immer noch zu schwer und zu groß sind, für den sind sicher die Subnotebooks das richtige. Diese sind nur noch so groß wie ein DIN-A5-Blatt und wiegen unter 2 kg. Relativ neu auf dem Markt sind sog. Notepads, manchmal auch Pen-PC oder PDA (Digital Personal Assistant) genannt. Diese PC-Gattung unterscheidet sich von den anderen tragbaren Computern vor allem dadurch, dass man an ihnen weder eine Tastatur (bei den Psiongeräten doch) noch einen Mausersatz findet. Sie ähneln deshalb in ihrem Aussehen auch eher einem Schreibblock. Den Verzicht auf diese Eingabemedien ermöglicht eine neue Technik: die Eingabe von Daten und die Steuerung des Computers per Stift (Pen). Die Schreib- und Zeichenfläche ist der Bildschirm. Mit einem Stift gibt der Benutzer seine Befehle oder Texte ein. Möglich wird dies natürlich erst durch ein spezielles Betriebssystem und einem berührungsempfindlichen Bildschirm. Bei manchen PDAs können Texte auch mit normaler Handschrift eingegeben werden. Die handschriftlichen Zeichen können später in normale, für den Computer verarbeitbare Zeichen umgewandelt werden. Die Größe der Notepads reicht von DIN A4 bis zum handflächengroßen Computer. Sie wiegen zwischen ca. 150 g und 1 kg. Ob man nun die Organizer (auch Palmtop genannt) schon zur Gattung der Computer zählen sollte, sei dahingestellt. Sie können nicht mit den handelsüblichen Standardprogrammen arbeiten und haben nur beschränkte Einsatzgebiete. Sie erinnern in Aussehen und Funktionsweise eher an einen einfachen Taschenrechner als an einen PC. Sie finden hauptsächlich als elektronischer Notizblock mit Speicher- und Rechenmöglichkeiten oder Organisator (Telefon- und Adressenverzeichnis, Memofunktionen) Anwendung. Seite11

14 4. Grundbegriffe Jede EDV-Anwendung von Computersystemen lässt sich, genau wie in der manuellen Datenverarbeitung, grundsätzlich in drei Stufen: Eingabe Verarbeitung Ausgabe gliedern. Eingabe E Verarbeitung V Ausgabe A Die Anfangsbuchstaben dieser Verarbeitungsfolge bezeichnen das EVA-Prinzip. Computersystem ist der Oberbegriff für die beiden zentralen Vokabeln der EDV, nämlich: Hardware und Software. Hardware sind alle elektronischen und mechanischen Bauteile aus hartem (physikalischem) Material. Das ist alles, was sicht- und anfassbar oder unsichtbar in Computer-Geräteeinheiten eingebaut bzw. zu Geräten zusammengefasst ist. Dazu gehören in der EDV auch Zubehörteile, also beispielsweise Verbindungskabel, Stecker sowie alle Datenträger (=Datenspeichermaterialien). Software ist der Oberbegriff für alle Programme und Daten, mit denen die Nutzung der sonst funktionsuntüchtigen Hardware erst möglich wird. Programme bestehen aus Folgen von Computerbefehlen, die im weitesten Sinne die Arbeitsanweisungen des Anwenders in die Sprache der Maschine übersetzen, Verarbeitungsvorgänge steuern und Ergebnisdaten bereitstellen. Daten sind Informationen, die von Computeranlagen erfasst, verarbeitet und ausgegeben werden können. Aufgaben: 1. Was besagt die Aussage: Computer sind eigentlich nicht intelligenter als Steine? 2. Beschreibe das EVA-Prinzip! 3. Erkundige dich beim örtlichen Computerhändler (Mediamarkt o.ä.) oder anhand von Prospekten oder Computerzeitschriften über die Preise von PC-Systemen! 4. Welche Geräteeinheiten gehören zu einem Standard-Computersystem? 5. Nenne Begriffe, die du bisher noch nicht verstehst oder kennst! Seite12

15 5. Hauptbestandteile des Computers (Hardware) Lies zu diesem Kapitel bitte auch die Kapitel 2 und 3 Hardware und Ein- und Ausgabegeräte in der Datei grundlagen.pdf! Die Gerätezusammenstellung von Computersystemen, auch als Anlagenkonfiguration bezeichnet, entspricht der Gliederung des EVA-Prinzips. Eingabe-Geräte Tastatur Maus Joystick Scanner Trackball Digitizer Hardware Verarbeitungs-Geräte CPU, Zentraleinheit Speicher (ROM, RAM) BUS Laufwerke (externe Speicher): Disketten, Festplatten, Magnetbänder (Streamer), optische Speicher (CD-ROM) Ausgabe-Geräte Monitor Drucker Plotter Modem Akustikkoppler Die skizzierten Gerätegruppen zur Eingabe und Ausgabe von Daten werden als Peripheriegeräte, kurz Peripherie - von am Rande befindlich - bezeichnet. Diese sind gewöhnlich über Kabelverbindungen an die zentrale Verarbeitungseinheit, die Zentraleinheit oder CPU (central processing unit), angeschlossen. Peripheriegeräte ermöglichen den Datenaustausch, die Kommunikation, zwischen Anwendern und Maschinen oder von Maschinen untereinander Eingabegeräte Die Leiterin eines Supermarktes macht sich in der wöchentlichen Besprechung mit der Geschäftsleitung Notizen für die Werbeaktionen der kommenden vier Wochen. Der handschriftliche Zettel mit den Stichworten bildet die Grundlage für alle folgenden organisatorischen und rechnerischen Arbeiten, wie z.b. der Lagerbestandskontrolle, der Artikelauswahl, der Preiskalkulation usw. Als unentbehrliches Hilfsmittel zur Bearbeitung solcher Aufgaben werden in diesem wie in unzähligen anderen Unternehmen überwiegend PC benutzt. Aber wie kommen die handschriftlichen Notizen in den Rechner? Ein Computer kann nur arbeiten, wenn er mit Informationen versorgt wird, also wenn Daten eingegeben werden. Das geschieht mit Hilfe von Dateneingabegeräten. Diese wandeln die vom Anwender bereitgestellten Informationen (=Datenerfassung) durch unterschiedliche Verfahren aus ihrem Urzustand, z.b. handschriftliche Notizen, in eine maschinenlesbare Form, d.h. in maschinell verwertbare elektronische Impulse um. Dieser Datenumwandlungsprozess wird auch als Codierung bezeichnet; die Rückwandlung der Ausgabedaten in andere Darstellungsformen heißt entsprechend Decodierung. Alle Eingabegeräte lassen sich grob betrachtet in zwei Gruppen einteilen: Eingabegeräte für die Erfassung von Daten, z.b. die Tastatur und Eingabegeräte für die Bedienungssteuerung, z.b. die PC-Maus. Typische Eingabegeräte von Computersystemen sind vor allem: die Tastatur, für die manuelle Eingabe von Texten und Zahlen die immer häufiger verwendete PC-Maus als elektronischer Zeigefinger und verschiedene Formen von Scannern, die überwiegend zur optischen Erfassung von Bildinformationen eingesetzt werden, z.b. als Markierungsleser an Kassen zum Lesen von Balkencodierungen oder auch als Lesegeräte zur automatischen Punktfür-Punkt -Abtastung von Texten, Skizzen oder Fotos. Seite13

16 Daneben gibt es viele ähnliche und andere Gerätearten zur Dateneingabe, wie z.b. Magnetschriftleser, häufig in Supermärkten, Tankstellen und Bankautomaten zu finden (Scheck-, Kreditkarten) optische Klarschriftleser (Scanner zur Schriftzeichenerkennung z.b. auf Euroschecks) Berührungsbildschirme (Touch-Screens; einfach zu bedienende Informationsstände) Digitalisiertabletts (Grafiktabletts) Pen-Computer, mit denen die handschriftliche Informationseingabe per speziellem Schreibstift möglich ist Joystick, überwiegend als Steuerknüppel in Computerspielen verwendet, sowie Spracheingabesysteme, welche mit großer Computerleistung die menschliche Sprache automatisch in Schrift umwandeln. Kommen wir nun zu den wichtigsten Eingabegeräten im einzelnen: Die Tastatur Die Tastatur ist das wichtigste und meistverwendete Eingabegerät in EDV-Anlagen. Kenntnisse über den Aufbau der Tastatur und die Funktionen einzelner Tasten sind oft die erste Grundlage für die Nutzung des Computers. Die heute bei den meisten Personal Computern verwendete Tastatur lässt sich in folgende fünf Funktionsgruppen aufteilen: 1. Das alphanumerische Tastenfeld entspricht weitgehend der normalen Schreibmaschinentastatur. Es enthält alle Buchstaben, Ziffern und viele Sonderzeichen. 2. Das numerische Tastenfeld dient in erster Linie der schnellen Eingabe von Zahlen und entspricht in etwa der Tastatur einer Rechenmaschine bzw. eines Taschenrechners. Es umfasst neben den Ziffern von 0 bis 9 auch Tasten für normale Rechenvorgänge. 3. Die Tasten zur Cursorsteuerung dienen vor allem der schnellen Ansteuerung von Eingabefeldern bzw. Bildschirmpunkten. Als Cursor wird eine blinkende Markierung auf dem Bildschirm bezeichnet, an der das nächste (über die Tastatur) einzugebende Zeichen erscheint. Notiere dir die Funktionen der einzelnen Cursortasten! Seite14

17 4. Die Kommando- und Sondertasten umfassen im Vergleich zur Schreibmaschinentastatur weitergehende Funktionen, mit denen die Speicher- und Bildschirmvorteile des PC genutzt werden können. Allgemein dient diese Tastengruppe zum Aufruf programmgesteuerter Verarbeitungsvorgänge. Notiere dir wieder die Funktion der einzelnen Tasten! 5. Die Funktionstasten ermöglichen den Aufruf von zumeist vielseitigen Programmfunktionen, die je nach Art des Programms unterschiedlich sein können; so ist z.b. die Taste <F1> sehr häufig als Hilfe-Taste ausgelegt. Bei vielen Programmen ist jede Funktionstaste in Verbindung mit den Sondertasten <ALT> bzw. <STRG> (auf manchen Tastaturen auch mit <CTRL> bezeichnet) doppelt oder sogar dreifach mit wichtigen Programmfunktionen versehen. Schau dir bitte auch die Datei tastatur.pps von der Cd an! Die PC-Maus Während die Tastatur überwiegend zur Eingabe von Texten, Zahlen und Sonderzeichen verwendet wird, erleichtert die PC-Maus als verlängerter Zeigefinger des Anwenders die komfortable Bedienung des Computersystems. Wesentliches Bauelement einer PC-Maus ist die an der Unterseite des Gehäuses herausragende und frei bewegliche Gummi- oder Kunststoffkugel, deren Drehung bei der Bewegung der Maus meist durch Sensoren erfasst wird. Eine spezielle Software (Maus-Treiber) rechnet die Dreh- und Geschwindigkeitsimpulse der Mauselektronik in Bewegungen von Anzeigesymbolen (Mauszeiger-Pfeil, Sanduhr usw.) auf dem Bildschirm um. Generell übernehmen Treiberprogramme die Anpassung von Peripheriegeräten an das jeweilige Computersystem. So unscheinbar dieses kleine Peripheriegerät auf den ersten Blick erscheinen mag, so vielfältig sind die Arbeitsmöglichkeiten. Es werden allgemein drei Mausfunktionen unterschieden: 1. Zeigen: Durch Bewegung der Maus auf einer ebenen Fläche - vorzugsweise ein Mousepad - wird ein Zeiger auf dem Bildschirm verschoben, so dass dieser auf jede Stelle des Bildschirms zeigen kann. Wird die Maus von der ebenen Fläche abgehoben und an anderer Stelle wieder abgesetzt, dann wird der Zeiger auf dem Bildschirm natürlich nicht bewegt. 2. Klicken: Damit ist das kurzzeitige Drücken einer Maustaste gemeint. Damit werden meist Programmteile gestartet oder andere Aktionen ausgeführt. Der entsprechende Teil muss sich dabei unter dem Mauszeiger befinden. Beim Doppelklicken wird ein Bildschirmobjekt durch zwei schnell aufeinander folgende Tastendrücke zunächst ausgewählt und gleichzeitig aufgerufen. 3. Ziehen: Werden Mausbewegung und Tastenbetätigung kombiniert, so spricht man vom Ziehen. Mit dieser Vorgehensweise werden Bildschirmbereiche markiert u.a. Das funktioniert wie folgt: Man bewegt die Maus auf einen bestimmten Bereich, drückt die Maustaste und lässt sie gedrückt; die Maus wird bis zum Ende des Bereichs gezogen und losgelassen. Schau dir bitte auch die Datei Maus.pps an! Aufgaben: Nenne jeweils zwei Einsatzbereiche für die genannten Eingabegeräte: a) Tastatur b) PC-Maus Die PC-Maus gilt als der elektronische Zeigefinger des Computeranwenders. Welchen Tasten der Tastatur könnte diese Umschreibung ebenfalls zugeordnet werden? Seite15

18 Mit welchen Tasten würdest du folgende Aktionen erledigen bzw. die genannten Zeichen schreiben? a) Absatzende setzen b) Eingabe bestätigen c) Paragraphenzeichen d) Leerzeichen e) D f) Cursorsprung g) ASCII-Sonderzeichen h) Zeichen einfügen i) Zeichen löschen j) Vorgang abbrechen Nenne einige typische Tätigkeiten, die während der Arbeit mit der PC-Maus erledigt werden! Verarbeitungsgeräte Unter Verarbeitung versteht man alle von der Hardware und Software organisierten Rechenvorgänge eines Computersystems zur Umwandlung, zum Transport und zur Speicherung von Daten. Ein Sachbearbeiter im Personalbüro eines Industriebetriebes gibt die Adressdaten aller neu eingestellten Auszubildenden über die Tastatur eines PC ein. Ein entsprechendes Programm bietet auf dem Bildschirm die erforderlichen Eingabefelder an. Jeder Tastendruck zaubert Buchstaben, Ziffern oder Sonderzeichen an die jeweilige Cursorposition. Die Erfassung der handschriftlichen Angaben aus den Personalbögen gestaltet sich sehr einfach! Aber wie können die realen Informationen aus der Welt des Menschen im Computer abgebildet, gespeichert und übertragen werden? Daten, die mit Computern verarbeitet werden sollen, haben unterschiedlichste Darstellungsformen und sind in den meisten Fällen zunächst nur von den Menschen zu lesen. Auf dem Weg von der Erfassung bis zur Ausgabe werden Daten mehrfach umgeformt, da die Maschinen eines Computersystems nur mit elektrischen Signalen arbeiten können. Die hierfür vorgesehenen technischen Einheiten werden zusammengefasst als Verarbeitungsgeräte bezeichnet. Man teilt die Verarbeitungsgeräte üblicherweise in zwei Gruppen ein: 1. Zentraleinheit (CPU = Central Processing Unit): Die Zentraleinheit lässt sich mit dem menschlichen Gehirn vergleichen. Dieses zentrale Verarbeitungsgerät, an das alle Ein- und Ausgabegeräte angeschlossen werden, versteht die von einem Computerprogramm übergebenen Befehle und führt diese aus. Im Zusammenwirken mit geeigneter Systemsoftware organisiert die Zentraleinheit den Datenverkehr, also die Speicherung, die Verarbeitung, den Transport und die Ausgabe von Daten 2. Externe Speicher: Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabedaten müssen während der Arbeit mit dem Computer oder auch längerfristig erhalten bleiben. Die Zentraleinheit birgt einen Kurzspeicher - vergleichbar mit dem Kurzzeitgedächtnis. Externe Speicher können hingegen riesige Datenmengen über große Zeiträume wiederaufrufbar und änderbar konservieren. Das sind z.b. Disketten(laufwerke), Festplatten(laufwerke), Magnetbänder und optische Speicher. Wie läuft die Verarbeitung technisch ab? Bit und Byte Ein Bit ist die kleinste vorstellbare eindeutige Informationseinheit in der Form von zwei Schaltzuständen. Die Zusammenfassung von (meist) 8 Bits ergibt ein Byte. Computer arbeiten in Einheiten von Bits. Es ist die Abkürzung von binary digits. Es werden zwei Zustände unterschieden: Strom fließt (1), Strom fließt nicht (0).Mit Ziffernfolgen von 8 Bits=1Byte werden im ASCII-Code insgesamt 256 Hardware-Steuerungsfunktionen sowie alle Groß- und Kleinbuchstaben des Alphabets, Ziffern und zahlreiche Sonderzeichen zugeordnet. Jeder Programmbefehl, jedes Bild und Zeichen wird aus solchen Bitfolgen berechnet. Computer verarbeiten riesige Datenmengen.Für eine Schreibmaschinenseite rechnet man durchschnittlich mit 2000 bis 2500 Byte. Kommen wir nun zu den Verarbeitungsgeräten im einzelnen: Seite16

19 Die Zentraleinheit Die Zentraleinheit (=CPU) ist das zentrale Verarbeitungsgerät jeder EDV-Anlage, an das alle Ein-/Ausgabe- und Speichergeräte angeschlossen sind. Zunächst besteht die Zentraleinheit aus dem Mikroprozessor, dem Herz des Computers, dessen interner Pulsschlag als Taktfrequenz bezeichnet wird, wodurch grob etwas über die Anzahl der möglichen Rechenoperationen pro Sekunde ausgesagt wird. Das Gedächtnis sind interne Speicher, die - ähnlich wie beim Menschen - unterschiedliche Funktionen erfüllen, nämlich als Langzeitgedächtnis das ROM (read only memory) und als Kurzzeitgedächtnis das RAM (random access memory). Als Sinnesorgane für den Datenaustausch sind in die Zentraleinheit noch spezielle Eingabe-/Ausgabebausteine (Input/Output-Einheiten) integriert. Die Datenimpulse werden über sog. Busse (engl. busses = parallel laufende Leiterbahnen) - vergleichbar mit den menschlichen Nervensträngen von Baugruppe zu Baugruppe und nach außen zur Peripherie transportiert Der Mikroprozessor Der Mikroprozessor ist die Hauptkomponente eines jeden Computers. Dieser organisiert den gesamten Datenverkehr, er steuert, überwacht und hält auch die benötigten Programme und Daten bereit. In PCs wurden immer wieder neue Mikroprozessortypen eingesetzt. Die jeweilige neue Generation von Prozessoren war meist leistungsfähiger, schneller und hatte viel mehr Möglichkeiten. Heute wird meist immer noch der Pentium III eingesetzt, obwohl es bereits den Pentium IV gibt. (Er hat aber noch eine Menge Kinderkrankheiten, bis die ausgemerzt sind, wird wohl noch einige Zeit vergehen.) ROM (Read Only Memory) Dieser Festwertspeicher wird bereits vom Hersteller einmalig und dauerhaft mit Informationen programmiert. Solche Programmbausteine können danach nur noch gelesen, nicht aber mehr überschrieben werden. In ROMs werden in erster Linie elementare Maschinenoperationen gespeichert, z.b. die Start-Routine ( Booten ) des Computersystems RAM (Random Access Memory) Im Gegensatz zum ROM ist das RAM ein flüchtiger Speicher. Wird der Computer ausgeschaltet, gehen alle dort gespeicherten Informationen verloren. Er kann allerdings mit beliebigen Informationen beliebig oft überschrieben, gelesen oder auch gelöscht werden Bus Das Bussystem sorgt für den Datentransport innerhalb eines Computers (interner Bus) oder zu den Peripheriegeräten (externer Bus). Man unterscheidet drei Busarten: 1. Datenbus: Er befördert die Daten innerhalb des Prozessors oder zwischen Prozessor und Peripheriegerät. Im letzten Fall geschieht dies über eine Schnittstelle z.b. zu den externen Speichern, zum Bildschirm oder zum Drucker. 2. Steuerbus: Es werden die Steuerimpulse übertragen. 3. Adressbus: Er sorgt für die eindeutige Adressierung der Bitfolgen beim Speichern und Wiederauffinden von Daten im internen Speicher. Seite17

20 Externe Speicher Externe Speicher sind an die Zentraleinheit angeschlossene Geräteeinheiten, welche große Datenmengen dauerhaft und wiederabrufbar auf zumeist magnetischen oder optischen Datenträgern speichern können. Um zu verhindern, dass beim Ausschalten des Computers oder beim Verlassen des Anwendungsprogramms die im RAM gespeicherten Daten verloren gehen, müssen diese auf sog. externen Speichern abgelegt werden. In PC-Systemen sind dies meist Disketten, Festplatten, Magnetbänder (Cartridges) und optische Speicher. Diese Geräte werden auch als kombinierte Ein- und Ausgabemedien bezeichnet Disketten Disketten sind mobile Datenträger. Durch spezielle magnetische Aufzeichnungsverfahren werden Programme und Daten gespeichert, gelesen, gelöscht, kopiert und überschrieben. Typische Diskettenformate werden durch ihre Kantenlänge in Zoll und nach ihrer Schreibdichte unterschieden. Der Aufbau beider Diskettenarten ist ähnlich. Die kleineren 3 ½''-Disketten haben ein stabileres Plastikgehäuse und eine robustere Antriebsmechanik als die 5 ¼''-Disketten, was letztlich zu höherer Speicherkapazität und zu größerer Datensicherheit beiträgt. Aus diesem Grunde sind die 5 ¼''-Disketten so gut wie verschwunden. 3 ½''-Disketten haben eine Speicherkapazität von 720 kb oder 1,44 MB; die letzteren erkennt man an den zwei kleinen quadratischen Löchern. Seit einigen Jahren gibt es Disketten, die von ihrer Speicherkapazität her eher an ältere Festplatten erinnern: ZIP-Disketten fassen bis zu 1 GB an Daten, und die noch neueren LS-Laufwerke speichern 120 MB. Der Vorteil der letzteren Laufwerke ist, dass die normalen 3 ½ -Disketten weiter benutzt werden können. Die LS-Laufwerke können diese lesen, schreiben und sogar formatieren. Durch die neuen USB-Sticks sind Disketten so gut wie verschwunden. Siehe dort! Festplatten Die Festplatte ist im Gegensatz zur Diskette in einem hermetisch abgeschlossenen, staubdichten Gehäuse untergebracht, damit die Plattenoberfläche vor Schmutz- und Staubpartikeln geschützt ist. Bei Disketten liegt der Schreib-/Lesekopf während des Zugriffs auf der Plattenoberfläche auf; bei Festplatten schweben die Köpfe auf einem winzigen Luftpolster über der Plattenoberfläche. Die Mechanik in Festplatten ist weitaus kleiner und präziser, was letztlich erheblich größere Speicherdichten und kapazitäten erlaubt. In den meisten Fällen sind mehrere Magnetplatten übereinander angeordnet, auf die mehrere Schreib-/Leseköpfe gleichzeitig zugreifen können. Alle Daten, die auf Festplatten gesichert werden, gelangen vom Systembus des Computers zum Platten-Controller. Das sind häufig zusätzliche Steckkarten, mit denen die Schreib-/Lesevorgänge für einen optimalen Datenfluss gesteuert werden. Dafür sind Controller häufig mit zusätzlichem RAM-Speicher (=Cache) ausgestattet Optische Speicherplatten Diese Speichermedien sind mit der Musik-CD zu vergleichen, weil die auf ihr gespeicherten Daten mit Laserlicht abgetastet werden. Die durch Laserstrahlen mögliche Präzision erlaubt auf kleinsten Plattenflächen Speicherkapazitäten von über 600 Mbyte (CD-ROM) bis zu 18 Gbyte (DVD). Ein Ende der Entwicklung ist noch nicht absehbar. Die CD-ROMs können mehrbändige Lexika oder eine Unmenge an Daten für Bilder, Videosequenzen und Sprachausgabe aufnehmen, wie sie heute z.b. für Spiele gebraucht werden. Im Vergleich zur Festplatte ist die CD-ROM ein langlebiger und relativ sicherer Speicher, der zunächst bis heute allerdings nur eine langsamere Zugriffsgeschwindigkeit Seite18

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