2.2 Ergänzungskapitel Die Hardware

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1 2.2 Ergänzungskapitel Die Hardware Abb. 1.1: Hardware Überblick Welche Geräte sind häufig bei einer EDV-Anlage anzutreffen? HIER ERFAHREN SIE: 1. Nach welchem Grundprinzip die EDV arbeitet; 2. welche Möglichkeiten der Dateneingabe es gibt; 3. in welchen Hardware-Komponenten die Verarbeitung stattfindet; 4. wie Daten ausgegeben werden können; 5. und wo und auf welchen Datenträgern die Speicherung stattfindet. Verarbeitung in der Zentraleinheit Ausgabe über Bildschirm oder Drucker Abb. 1.2: Prinzip der manuellen Datenverarbeitung Hier erfolgt die Speicherung (Festplatte) Eingabe über die Tastatur Das Programm steht meist auf einer CD zur Verfügung Ein-/Ausgabe Instruktionen Verarbeitung Interner Speicher Eingabe 1 Seit wann gibt es eigentlich Computer? Ausgabe Heute kommt es uns so vor, als hätte es Computer schon ewig gegeben. Doch die Geschichte der Computer ist verhältnismäßig kurz: 1946: Erste elektronische Datenverarbeitungsanlage ENIAC 1958: Erster Transistorrechner Mailüfterl (Prof. Zemanke / TU Wien) Abb. 1.3: ENIAC -Rechner (Philadelphia) U.S. Army Photo I, Florian Staudacher Abb. 1.4: Mailüfterl 1976: Erster Apple Computer (Apple 1) 1981: erster IMB- Personal C o m p u t e r (PC) Abb. 1.5 Grm wnr Archiv Ed Hölzel, Wien Abb. 1.6: IBM-PC 1

2 2 Welche Eingabegeräte gibt es? Die Tastatur ist bei einem PC oder Notebook die wichtigste Eingabeeinheit, weil damit Texte und Zahlen händisch eingegeben werden. Deutsche Tastaturen haben eine QWERTZ-Anordnung (vgl. die oberste Tastenreihe). Bei englischen Tastaturen liest man QWERTY, die Umlaute fehlen und auch manche Sonderzeichen sind anders angeordnet. Einige wichtige Tasturkombinationen sind: Alt GR + q Strg + Alt + Entf Alt Gr + ß Alt Gr + 2 oder 3 ( Klammeraffe ) einfach: Aufruf des Taskmanagers doppelt: Neustart des Computers beim Starten: Anmelden des Benutzers \ ( Backslash ) ² (Quadrat) oder ³ (Kubic) Sreenshot (bringt den Bildschirminhalt in den Zwischenspeicher) Die Maus erlaubt die Steuerung von Programmen über den Bildschirm. Meist ist sie mit einem Kabel mit der Zentraleinheit verbunden, doch gibt es auch über Infrarot oder Funk gesteuerte Mäuse. Ähnlich funktioniert ein Joystick, der für Spiele verwendet wird. Ein Scanner kann auf Papier vorhandene Daten in digitale Form bringen. Man findet Scanner bei Kassen in Supermärkten oder anderen Geschäften, womit üblicherweise ein Strichcode (meist der EAN-Code, die Europäische Artikel Nummerierung) erkannt wird. Ein Flachbettscanner wird an den PC angeschlossen, um Texte, Grafiken oder Bilder einzulesen. Die Feinheit der Auflösung wird in dpi (= dots per inch = Bildpunkt pro Zoll [2,5 cm]) angegeben. Lesegeräte treten in verschiedenen Formen auf: als Kartenleser bei Bankomat(kassen) oder als Cardreader bei Speicherkarten aus Digitalkameras. Touchscreens (berührungsempfindliche Bildschirme) dienen zum Antippen und somit ebenfalls der Eingabe. Die Spracheingabe über Mikrofon (zur akustischen Eingabe von Befehlen oder Daten) funktioniert nur in Teilbereichen zufriedenstellend. 1 Ihr Chef erteilt Ihnen den Auftrag, die Umsätze der letzten Woche in einem Arbeitsblatt zusammenzustellen. Woher kommen die Instruktionen (Anordnungen), damit Sie den Auftrag ausführen können? Über welche(s) Gerät(e) geben Sie die erforderlichen Daten ein? Wo erfolgt die rechnerische Verarbeitung der eingegebenen Daten? Wo werden die Daten ausgegeben, damit Sie sie dem Chef vorlegen können? Wo werden sie während der Verarbeitung dargestellt? Wo werden Sie das fertige Datenblatt abspeichern? 3 Wo erfolgt die Verarbeitung? Als Zentraleinheit bezeichnet man jenes Gehäuse, das die wichtigsten Elemente eines PC beinhaltet. Dazu gehört vor allem die Hauptplatine (= Motherboard), auf der Prozessor und die wichtigsten Chips montiert sind. Abb. 2.1: Motherboard László Szalai 2

3 2 Besorgen Sie sich einen Prospekt einer Handelskette oder eine Produktbeschreibung aus dem Internet zu einem Notebook und analysieren Sie die enthaltenen Angaben zur Zentraleinheit: PC Von welchem Unternehmen stammt der Prozessor? Intel AMD Sonstiges: Verfügt der Prozessor über einen doppelten Prozessorkern? ja nein Mit welcher Taktfrequenz arbeitet der Prozessor? GHz Wie viel Arbeitsspeicher (RAM) hat dieser Computer? GB Welche Schnittstellen sind für den Anschluss von peripheren Geräten vorgesehen? Prozessor Prozessoren stammen meist von den Firmen Intel oder AMD (Advanced Micro Devices). Jeder Prozessor arbeitet in einer bestimmten Taktfrequenz, d.h. in einem fixen Rhythmus. Dieser wird in GHz (= Milliarden Schwingungen pro Sekunde) ausgedrückt. Arbeitsspeicher Der Arbeitsspeicher (auch: Hauptspeicher, interner Speicher) nimmt die gerade benötigten Programmteile und Daten auf. Er wird als RAM (Random Access Memory) bezeichnet und ist flüchtig, d.h. dass sein Inhalt beim Abschalten oder Ausfall des Stroms verloren geht. Die Kapazität wird in GB gemessen. Eine weitere Form des Speichers ist der ROM (Read Only Memory), dessen Inhalt nicht verändert werden kann und gleichbleibende Befehle zum Starten des Computers u.dgl. enthält. Verbindungen Über das Bussystem werden die Daten innerhalb der CPU (Central processing unit) transportiert. Über Schnittstellen (interfaces) werden die Verbindungen zu den Geräten außerhalb (sog. Peripherie) hergestellt: USB (Universal Serial Bus) Firewire LPT (line printer) RGB (Rot-Grün-Blau) für vielerlei Geräte (z. B. Maus, Digitalkamera, Drucker, Scanner, ) für schnelle audiovisuelle Geräte (z. B. Videokamera) für Drucker älterer Bauart für Beamer, externer Bildschirm bei Notebook 3 Entscheiden Sie, ob die angegebenen Daten in einem RAM oder ROM gespeichert werden: Grundlegende Befehle zur Bildschirmsteuerung: Gerade bearbeiteter Text in einem Textverarbeitungsprogramm: Ein noch nicht auf Festplatte gespeichertes Bild: Befehle zum Hochfahren des Computers: , deren Text gerade eingegeben wird: Netzteil Das Netzteil eines PC hat eine Leistungsaufnahme von meist 300 bis 600 Watt und versorgt das Motherboard sowie die Laufwerke (Festplatte, Diskette, CD/DVD) mit 12V-Strom. Das Netzteil hat einen Lüfter zur Kühlung, fallweise auch der Prozessor selbst. 3

4 4 Wie werden Daten ausgegeben? Abb. 4.1: Röhrenbildschirm Bildschirm zur vorübergehenden Ausgabe von Daten. Röhrenbildschirm veraltete Technologie, großer Platzbedarf, günstiger Preis Kathodenstrahlröhre = Cathode Ray Tube (CRT); wie bei den alten Röhren-Fernsehgeräten Störendes Flimmern wird durch oftmalige Wiederholung des Bildschirminhalts vermieden (100 Hz = 100mal pro Sekunde) TFT-LCD Größe ab 17 Zoll Diagonale Auflösung 1024 [Breite] x 768 [Höhe] bis 1600 x 1200 Pixel Format 4:3 oder 16:9 (Wide Screen) Helligkeit ca. 300 cd/m² Kontrast ca. 3000:1 Wesentlich weniger Platzbedarf als beim Röhrenbildschirm, ruhigeres Bild Verwendung als Anzeige bei vielerlei elektronischen Geräten, z. B. Uhren, Kameras, Messgeräten usw. Farbzusammenstellung RGB Ein Bildpunkt = drei Farbpunkte, alle drei Grundfarben (Rot-Grün-Blau) zusammen ergeben Weiß Alle Farben (bis zu 4 Mrd.) entstehen aus der Mischung der drei Grundfarben. Graphikkarte enthält elektronische Bauteile (oft mit einem eigenen Prozessor) zur Aufbereitung der Daten für den Bildschirm. Game-Karten für Computerspiele müssen hohen Anforderungen bezüglich Geschwindigkeit genügen. Bei einfacheren Lösungen ist die Funktionalität der Grafikkarte in einen Chip auf dem Motherboard integriert. Drucker für die dauerhafte Ausgabe auf Papier oder dergleichen Brian France Archiv Ed. Hölzel, Wien Abb. 4.2: TFT-Bildschirm Abb. 4.3: Farbmischung RGB rot blau Tintenstrahldrucker Kleine Tintentröpfchen werden auf den Datenträger (Papier, Folie und dergleichen) gespritzt. Dabei werden sie durch eine Pumpe bzw. durch Erhitzen (entweder einer kleinen Luftblase oder eines Piezo-Elements) herausgeschleudert. serieller Druck ein Zeichen einer Zeile nach dem anderen Tintentank für Schwarz und für mind. drei Farben Auflösung zwischen 1200 x 600 und 9600 x 2400 dpi (dpi = dots per inch (Punkte pro Zoll [1 Zoll = 2,54 cm]) Druckgeschwindigkeit bis zu 20 Seiten/min. schwarz/weiß bzw. 12 Seiten/min. in Farbe. Die Ausgabegeschwindigkeit bezieht sich auf durchschnittlich bedruckte Textseiten; Bilder brauchen wesentlich länger. Anschaffungspreis meist sehr niedrig; Tintenpatronen relativ teuer häufig im Privatbereich anzutreffen Bei Fotodruckern werden auch mehr Farbpatronen als für die drei Grundfarben eingesetzt. grün Abb. 4.4: Tintenstrahldrucker Matthias Sebulke 4

5 Laserdrucker Die Bildpunkte werden mit Laserstrahl auf eine lichtempfindliche Trommel geschrieben dort bleibt der Toner haften und wird auf das Papier übertragen dann wird das Ganze mit Hitze fixiert. Eine ganze Seite wird auf einmal aufgebaut und gedruckt. Laserdrucker werden daher auch Seitendrucker genannt. Laserdrucker sind zunehmend auch für Farbdruck erhältlich Auflösung zwischen 600 mal 600 und 2400 mal 600 dpi Druckgeschwindigkeit im Bereich von 25 Seiten/min. s/w bzw. von 15 Seiten/min. in Farbe Anschaffungspreis etwas höher als beim Tintenstrahldrucker Toner billiger, daher niedrigere Druckkosten in s/w Häufig im Geschäftsbereich eingesetzt Laserdrucker erzeugen (so wie Kopierer) ein gewisses Maß an gesundheitsschädlichem Ozon große Druckssysteme sollen daher in eigenen, gut belüfteten Räumen untergebracht werden. Farbzusammenstellung CMYK Ein Bildpunkt = drei Farbpunkte Alle drei Farben zusammen ergeben Schwarz (subtraktive Farbmischung). Für Schwarz wird eine eigene Farbpatrone eingesetzt. CMYK = Cyan (ein grünliches Blau) Magenta (Rot mit Violett) Yellow (Gelb) K (= Black, Schwarz) Abb. 5.1: Laserdrucker Abb. 5.2: Farbmischung CMYK yellow cyan black magenta Megodenas 5 Wie werden Daten gespeichert? Magnetische Datenträger Auf einer magnetisierbaren Oberfläche werden durch kleine Elektromagnete Markierungen für einzelne Bits angebracht. Diese können leicht wieder gelöscht bzw. überschrieben werden. Festplatte (HDD Hard Disk Drive) besteht aus mehreren übereinander angeordneten Scheiben mit einem Durchmesser von meist 2,5 (Notebooks) bis 3,5 Zoll (Desktops) Umdrehungsgeschwindigkeit ca bis rpm (rounds per minute = Umdrehungen pro Minute) Kapazität bis 320 GB (2,5 ) bzw GB (3,5 ) Magnetband ähnlich einer Audio-Kassette, Kapazität bis mehrere hundert GB Als Streamer-Tapes für die Datensicherung eingesetzt, auch als computergesteuerte Tape-Library mit mehreren Tausend Bändern. 4 Eine externe Festplatte kann (vorübergehend) über die USB- Schnittstelle an einen Computer angeschlossen werden. Für welche Zwecke wird man eine solche externe Festplatte verwenden? Abb. 5.4: Magnetbänder Abb. 5.3: Festplatte (Samsung) Fdb Journey234 5

6 Optische Datenträger Sie bestehen aus einer Scheibe (12 cm Durchmesser) mit lichtempfindlicher Schicht; gleicher Aufbau wie Audio-CDs. Entweder nur einmal beschreibbar (CD-R bzw. DVD-R) oder löschbar und mehrfach verwendbar (CD-RW bzw. DVD-RW), wobei die bisherigen Markierungen durch Hitze gelöscht werden. Eine spiralförmige Datenspur führt von innen nach außen, das Schreiben und Lesen erfolgt mit einem Laserstrahl. Es entstehen kleine Vertiefungen (pits) in der Oberfläche (land), ein Wechsel von pit zu land bedeutet das Bit Eins, kein Wechsel bedeutet das Bit Null. Compact Disk (CD-ROM, CD-R, CD-RW) Kapazität 700 MB (entspricht ca. 80 min. Audio-Daten) Verwendung für den Verkauf kleinerer Programme, zur Sicherung oder Weitergabe von Daten ROM = Read Only Memory (nur zum Lesen) R = Recordable (einmal beschreibbar) RW = ReWritable (wiederbeschreibbar) Digital Versatile Disk (DVD, DVD±R, DVD±RW, DV-RAM) gleicher Aufbau wie CD, aber wesentlich größere Datendichte Kapazität 4,7 GB und mehr Die Kapazität richtet sich danach, ob nur eine oder beide Seiten der DVD zur Datenspeicherung benützt werden und ob eine oder zwei Datenschichten pro Seite zur Verfügung stehen (max. 2 mal 8,5 GB). Verwendung für den Verkauf von umfangreichen Programmen und zur Datensicherung bzw. weitergabe. DVD-R(W) und DVD+R(W) sind unterschiedliche DVD-Formate, die meisten Abspielgeräte und DVD-Brenner beherrschen beide Formate. DVD-RAM enthält von vornherein eine fixe Einteilung in Spuren und Sektoren, daher ist direkter Zugriff auf die Daten möglich (wie bei HDD). Blu Ray Disk ist ein Nachfolgesystem zur DVD mit einer weiteren Kapazitätserhöhung durch Verwendung eines Laserstrahls mit kürzerer Wellenlänge (blaues Licht statt rotem Licht). Kapazität beträgt bei einer Schicht (mehrere Schichten möglich) 27 GB. Der Name Blu Ray (= Blaustrahl ) gibt einen Hinweis auf den blauen Laserstrahl ( Blue wird absichtlich falsch geschrieben, damit Blu Ray als Marke eingetragen werden kann). Hello32020 Akroti Abb. 6.1: CD mit pits und lands 5 CD, DVD und Blu Ray Disk können immer größere Datenmengen aufnehmen. Überlegen Sie, warum es notwendig ist, immer größere Speicherkapazitäten zur Verfügung gestellt zu bekommen? Abb. 6.2: DVD Abb. 6.3: Blu Ray Disc Flash Speicher (EEPROM) ist ein elektronischer Speicherchip, der auch ohne Strom seinen Inhalt behält. USB-Stick (Universal Serial Bus) ist ein kleines Speichergerät, das an den USB-Port angesteckt wird. Kapazität bis mehrere GB, Verwendung zur Datenweitergabe und Datensicherung. Archiv Ed. Hölzel, Wien 6

7 Speicherkarten in diversen Varianten: CF = Compact Flash SD = Secure Digital xd = xd Picture Card (von Olympus und Fuji) Kapazität bis mehrere GB. Verwendung als Datenspeicher in Digitalkameras, teilweise auch in Videokameras. Nach demselben Prinzip funktionieren auch mp3-player. 6 Ein Digitalfoto in recht guter Auflösung benötigt einen Speicherplatz von rund 5 MB. Wie viele solcher Bilder kann man auf einem USB-Stick oder auf einer Foto- Speicherkarte speichern? a) Bei einer Speicherkapazität von 1 GB: b) Bei einer Speicherkapazität von 2 GB: c) Bei einer Speicherkapazität von 8 GB: Ohne Computer ist weder das private noch das geschäftliche Leben mehr vorstellbar. Viele Unternehmen würden sehr bald den Betrieb einstellen müssen, wenn alle Computer ausfielen. Abb. 7.1: SD-Speicherkarten Archiv Ed. Hölzel, Wien Platz für Notizen: 7

8 Aufgaben zur Lernkontrolle: 1. Datenerfassung: Entscheiden Sie, welches Eingabegerät in den folgenden Fällen am zweckmäßigsten eingesetzt werden kann. Tragen Sie bitte die Bezeichnung des Geräts ein! Nr. Vorgang Gerät 1 Steuerung des Cursors auf dem Bildschirm 2 Einlesen und Digitalisieren eines Papier-Fotos 3 Händisches Eintippen von Texten 4 Einlesen von Bildern von der Speicherkarte einer Kamera 5 Erfassen von gesprochenen Kommandos und Texten 2. Zentraleinheit: Stellen Sie bitte fest, ob die folgenden Aussagen falsch oder richtig sind: Bitte x in die zutreffende Spalte. Nr. Aussage richtig falsch 1 Der RAM-Speicher behält die Daten auch ohne Stromzufuhr 2 ROM bedeutet Read Only Memory 4 Der RAM-Speicher wird auch Arbeitsspeicher genannt 5 Auf dem Motherboard sind die Chips und die Festplatte montiert. 6 Über die Schnittstellen können externe Geräte angeschlossen werden 7 Für moderne Computer ist ein Arbeitsspeicher von 2 MB ausreichend 3. Ausgabegeräte - Drucker: Überlegen Sie bitte, ob der angegebene Tatbestand eher für einen Tintenstrahldrucker oder für einen Laserdrucker (evtl. auch für beide) zutrifft. Bitte x in die zutreffende/n Spalte/n. 2 Sehr hohe Auflösung insbesondere bei Farbfotos 3 Die einzelnen Schriftzeichen, Grafiken und Bilder setzen sich aus Bildpunkten zusammen 4 Es ist sowohl s/w-druck als auch Farbdruck möglich 5 Im Verhältnis zur Druckkapazität sind die Verbrauchsmaterialien bei welchem Drucker teurer? 6 Die Farben werden nach dem CMYK-Prinzip zusammengestellt. Nr. Aussage Tintenstrahldrucker 1 Eine ganze Seite wird auf einmal. aufbereitet und dann gedruckt. Laserdrucker 4. Datenspeicherung: Das senkrechte Lösungswort bezeichnet einen konzentrischen Kreis, wie er auf der Festplatte zur Datenspeicherung verwendet wird. 8