Informatik für Technische Kaufleute Hardware

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1 1 Informatik für Technische Kaufleute Hardware

2 2 Computertypen

3 3 Computertypen (Fat-Clients) 47 Desktop Desktop ist die Bezeichnung für einen PC, der aufgrund seines Gehäuses auf einem Schreibtisch aufgestellt werden kann. Durch die Grösse können diese Systeme gut erweitert bzw. aufgerüstet werden. Tower Tower ist die Bezeichnung für ein grosses Gehäuse, das in der Regel unter dem Schreibtisch seinen Platz findet. Sein Form ähnelt der eines Turms. Durch die Grösse können diese Systeme gut erweitert bzw. aufgerüstet werden. All-in-one-Computer Beim All-in-one-Computer sind alle Komponenten in einem Gehäuse untergebracht. Bekanntestes Beispiel ist der imac. Das Erweitern ist durch die kompakte Bauweise sehr beschränkt. Notebook Ein transportabler PC, der mit einem Akku oder einem Netzteil betrieben werden kann. Die Grösse liegt im DIN-A4 Format. Besonders kleine Varianten werden als Subnotebooks bezeichnet. Fat Client ist ein Begriff aus der elektronischen Datenverarbeitung und bezeichnet vollwertig ausgestattete, leistungsfähige Desktop-Computer mit ausreichender Rechenkapazität, Plattenspeicher, Disketten- und CD-ROM-Laufwerken sowie leistungsstarken Grafikkarten. Das Gegenstück dazu ist, der Thin Client Computer Geschichte Wie die heutigen Computertypen sich über die Jahre entwickelt haben, ist in dieser Grafik ersichtlich:

4 Computertypen 47 4 Netbook Netbooks zeichnen sich durch eine besonders kleine und leichte Bauweise aus. Es werden stromsparende Prozessoren eingesetzt, welche die Akkulaufzeit verlängern. Sie sind allerdings auch leistungsschwächer als Notebooks. Tablet-Computer (PC) Sind eine Mischung aus Notebook und Tablet. Im Gegensatz zum Tablet verfügen sie über eine Hardware-Tastatur und einen berührungsempfindlichen Bildschirm (Touch-Screen). Tablet Tablets verfügen über einen Touch- Screen. Texte werden über eine Bildschirmtastatur eingetippt. Tablet besitzen eine lange Akkulaufzeit und haben eine kurze Startzeit. Smartphone Smartphones gehören zur kleinsten Art der Computer. Wie Tablets, verfügen sie über einen Touch-Screen, der wesentlich kleiner ist, als bei einem Tablet. Funktionell können Smartphones mit Apps erweitert werden.

5 5 Computertypen 47 Server Server sind besonders leistungsfähige Computer in einem Netzwerk. Sie stellen Benutzern Dienste und Anwendungen zur Verfügung. Ein Dateiserver stellt Speicherplatz und Daten zur Verfügung. Ein PC, der von einem Server Dienste in Anspruch nimmt, wird als Client bezeichnet. Mainframe Mainframes sind noch leistungsstärkere Computer als Server. Sie stellen in der Regel Anwendungen zur Verfügung, die viele Benutzer gleichzeitig verwenden können. Terminal Terminals bestehen in der Regel nur aus einem Bildschirm und einer Tastatur. Sie stellen die Verbindung zum Mainframe her. Das Terminal übergibt die Ein-gaben des Benutzers an den Mainframe. Die Datenver-arbeitung erfolgt auf dem Mainframe. Wearables Ein Wearable Computer ist ein Computersystem, das während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt ist. Wearable Computing unterscheidet sich von der Verwendung anderer mobiler Computersysteme dadurch, dass die hauptsächliche Tätigkeit des Benutzers nicht die Benutzung des Computers selbst, sondern eine durch den Computer unterstützte Tätigkeit in der realen Welt ist. Google Glass, Uhren, Fitness-Tracker

6 6 Netzwerkcomputer (NC, ThinClient, Terminal) 59 C Peripheriegerät bestehend aus Tastatur, Maus und Monitor Keine internen oder externen Speicher, Laufwerke Minimales Betriebssystem mit Zugriff auf einen Terminalserver mit dem Remote Desktop Protocol (RDP) oder Direktverbindung am Mainframe Datenverarbeitung und speicherung erfolgt auf dem Server, Mainframe Minimale Installationen, geringer Administrationsaufwand Kostengünstige Hardware, geringer Energieverbrauch Nachteile Höherer Aufwand für die Administration des Servers oder Mainframes Ausfall Mainframe oder Terminalserver = Totalausfall Grosses Fachwissen für die Administration der Server Hohe Anschaffungskosten für Server, Mainframes und Netzwerkinfrastruktur Abhängigkeit vom Netzwerk und dessen Eigenschaften, wie Übertragungsrate und Auslastung

7 UPS / USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung Uninterruptible Power Supply (UPS) Computersysteme benötigen eine konstante Stromspannung Schützt vor: Spannungsspitzen, Spannungseinbrüchen, Stromausfall Offline USV Geräte werden im normalen Betrieb direkt von Netz versorgt Tritt ein Stromnetzfehler auf, übernimmt die Batterie nach einer Umschaltzeit von 1 bis 10 Millisekunden die Stromversorgung Nur bedingt geeignet Online USV Die USV bezieht den Strom vom Netz und speist damit die angeschlossenen Geräte Die Batterien werden dabei immer aufgeladen Eine nicht funktionale Anforderung ist die Verfügbarkeit von Systemen. Damit bei einem Stromausfall Mainframes und Server weiterhin verfügbar sind, kommen UPS oder auf deutsch USVs zum Einsatz.

8 8 Konzept und Aufbau eines Computers

9 9 Das EVA Prinzip & Von-Neumann-Architektur 48 Hardwaresystem (Computer) Arbeitsspeicher Sekundärspeicher Eingabegeräte Bussystem Ausgabegräte Rechenwerk (ALU) Prozessor (CPU) Steuerwerk (Control Unit) Eingabe Verarbeitung Ausgabe

10 10 Schema eines Hardwaresystems (Intel Core i7-6700k) 49 HDMI 1.4 DVI DisplayPort 1.2 Core i-6000 Prozessor PCIe 3.0 RAM Gigabit LAN SATA 6G HD-Audio DMI 3.0 Chipset Platform Controller Hub (PCH) PCIe 3.0 USB 3.0 USB 2.0 Hardware-Schema mit einem Intel Core i7-6700k Prozessor In der Folie sind die Anschlüsse eines aktuellen Prozessors zu sehen. Heutige Prozessoren verfügen direkte Anschlüsse an verschiedene Monitor-Schnittstellen. PCIe steht für «Peripheral component interconnet bus express» und ermöglicht die Aufrüstung des Computersystems mit Erweiterungskarten. Mit einer Erweiterungskarte kann ein System aufgewertet werden. Genügen die Grafikleistungen des Prozessors nicht, kann das System mit einer separaten Grafikkarte aufgerüstet werden. In der Intel Core i6000-reihe kann eine Computer mit 2 RAM-Bausteinen à 16 Gbyte bestückt werden. Der Chipset erweitert die Anschlussmöglichkeiten eines Computersystems. Folgende Anschlüsse sind möglich: LAN-Schnittstelle für Netzwerkverbindungen SATA für den Anschluss von Harddisk oder SSD-Festplatten Audio für alle Soundgeräte USB 3.0 und USB 2.0 für alle anderen Peripherie-Geräte wie Maus, Tastatur, Festplatten, Scanne usw. Chipset und Prozessor sind über DMI (Direct Media Interface), für den Datenaustausch, miteinander verbunden.

11 11 Hardware Komponenten

12 12 Motherboard, Mainboard, Hauptplatine Externe Anschlüsse RAM Prozessor PCI Express BIOS Chipset Sound

13 Externe Anschlüsse Motherboard Als Schnittstellen (Interfaces) bezeichnet man Steckverbindungen an der Rückseite des Gehäuses und auf dem Motherboard. An diese Verbindungen können verschiedene Geräte angeschlossen werden. Die Schnittstellen sind mit unterschiedlichen Buchsen ausgestattet, sodass Verwechslungen weitgehend ausgeschlossen werden können. PS/2 Tastatur Digital Optisch S/PDIF Out (elek. oder optische Stereosignale) Video Graphics Array VGA FireWire IEEE 1394 USB2 2 Registered Jack RJ45 Schnittstellen werden für das Erweitern eines Computer-systems benötigt. Über Sie erflogt der Daten-verkehr vom Computer zu den Peripheriegeräten. USB2 2 Universal Serial Bus HDMI High Definition Multimedia Interface DVI Digital Visual Interface esata external Serial Advanced Technology Attachment USB3 2

14 14 Schnittstellen

15 Erweiterungskarten 15 Steckplätze Eine Stärke von PCs ist, ihre Erweiterbarkeit. Auf dem Motherboard sind mehrere Erweiterungssteckplätze (auch Sockel, Slots) untergebracht, welche das Einstecken von Erweiterungskarten ermöglichen. Erweiterungskarte Die wichtigsten Erweiterungskarten sind: Schnittstellen Grafikkarten Controller für RAID-Systeme Schnittstellenkarten Netzwerkkarten Soundkarten Steckverbindung zum Motherboard (PCIe)

16 16 PCI-Express 53 Peripheral Component Interconnet Express Bus Die Datenübertragung erfolgt über Lanes (Kanal) Die Anzahl der Lanes erhöht sich von 1 um den Faktor 2 bis auf 32 Steckplatz (Slot) für Erweiterungskarten Netzwerkkarte (PCI) Soundkarte (PCI) Grafikkarte (PCI express) Lanes

17 USB (Universal Serial Bus) Serieller Bus für Peripheriegeräte Version USB 3.0 Stecker nur zum Teil kompatibel zu USB 2 Übertragungsrate bis zu 500 Mbyte/s Stromversorgung wird im Kabel mitgeführt USB C (3.1) eine Geschwindigkeitsverdopplung gegenüber USB 3.0 auf 1250 Mbyte/s brutto Power Delivery, eine Funktion zum Laden von Geräten mit bis zu 100 Watt passive Kabel ohne integrierte Elektronik beidseitig steckbar Weiter Informationen zum USB:

18 18 IEEE 1394, FireWire, i.link 56 Serielle Schnittstelle zur Verbindung peripherer Geräte an einen Rechner oder zur Verbindung untereinander Allgemeine Bezeichnung: FireWire 400 und FireWire 800 Daisy Chain Topologie

19 19 Thunderbolt Version 1 & 2 Thunderbolt (engl. für «Donnerkeil») Für Computer, Monitore, Peripheriegeräte und Festplatten Bidirektionale Kanäle mit je 10 GBit/s in der Version 20 Gbit/s Thunderbolt verwendet aktive Kabel d.h. in den Steckern der Kabel befinden sich Prozessoren Rückwärtskompatibel mit Display-Port Daisy-Chain

20 Daisy Chain (In Reihe geschaltet) 20 Als Daisy Chain (englisch, wörtlich Gänseblümchenkette ) bezeichnet man eine Anzahl von Hardwarekomponenten, die in Serie miteinander verbunden sind Daisy englisch für «Gänseblümchen» Chain englisch für «Kette»

21 Serielle Schnittstelle (RS232C) Überträgt Daten Bit für Bit Geeignet für lange Übertragungswege bps = Bit pro Sekunde Geschwindigkeit der Schnittstelle Verwendung für Maus, Tastatur (PS/2 Systeme) Modem RS232C-Anschluss PS/2-Anschluss Tastatur Maus

22 22 Monitorschnittstellen 55 VGA (Video Graphics Array) Analoge Schnittstelle Computergrafik-Standard, der bestimmte Kombinationen von Bildauflösung und Farbanzahl (Farb- Bit-Tiefe) sowie Wiederholfrequenz definiert DVI (Digital Visual Interface) Digitale Schnittstelle HDMI (High Definition Multimedia Interface) Digitale Schnittstelle für die Übertragung von Multimedia Inhalten (Audio, Video) und Steuersignale in der U-Elektronik Bietet ausserdem auch ein zusammenhängendes Kopierschutz-Konzept (DRM, Digital Right Management) Display Port Digitale Schnittstelle Vergleichbare Funktionen wie bei HDMI DP

23 Drahtlose Schnittstellen 23 WLAN (Wireless Area Network) WLAN ist eine drahtlose Netzwerkschnittstelle. Mobile Geräte sind in der Regel drahtlos mit dem Netzwerk verbunden. Im Vergleich zu kabelgebundenen Netzwerken lassen sich drahtlos deutlich geringere Datenübertragungsraten zu. Bluetooth Mobile Kleingeräte lassen sich mit Bluetooth drahtlos über kurze Distanzen bis 100 m direkt miteinander verbinden. Übliche Anwendungen sind Verbindungen zwischen Smartphone und Notebook, Smartphone und Lautsprechern oder Headset. Diese Kurzdistanzvernetzung wird auch als PAN (Personal Area Network) bezeichnet.

24 24 Interne Komponenten

25 Der Prozessor Der Prozessor wird auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet. Der Prozessor ist das «Gehirn» des Computers. Er steuert das gesamte System, übernimmt die eingegebenen Daten, verarbeitet und koordiniert sie. Programme erteilen dem Prozessor Anweisungen (Befehle), was mit den Daten geschehen soll. Prozessoren sind ein wichtiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines PCs. Die Taktfrequenz bezeichnet die Geschwindigkeit, wie viele Operationen pro Sekunde ausgeführt werden können. Eine Operation ist z.b. zwei Zahlen zu addieren. Die Taktfrequenz wird in Herz (Hz) angegeben. Heutige Prozessoren arbeiten mit 3,6 GHz. Das entspricht Millionen oder 3,6 Milliarden Operationen in der Sekunde.

26 Prozessor - Funktionseinheiten Rechenwerk Erlaubt logische und arithmetische Grundoperationen Steuer- oder Leitwerk Analysiert Programmbefehle und führt diese aus First-, Second- und Third- Level Cache Ultraschneller Zwischenspeicher Speichert häufig und zuletzt gebrauchte Informationen, Prozessorentlastung Vermindert den Speicherzugriff (RAM) Erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Programmen HD / Iris Grafics Memory Controller Core 1 Core 2 L3-Cache Core 3 Core 4 System Agent Wie ein Prozessor arbeitet Steuerwerk und Rechenwerk arbeiten nach dem sogenannten Pipelineprinzip. Die einzelnen Arbeitsphasen, die zusammen als von-neumann-zyklus bezeichnet werden, sind: Befehl aus der entsprechenden Speicheradresse des Hauptspeichers (RAM) holen Befehl decodieren (Daten-Adressen ermitteln) Daten aus dem RAM holen Befehl ausführen, d. h. Daten verarbeiten Ergebnisse im RAM speichern

27 Prozessor - Leistungsfähigkeit Massstab für die Leistungsfähigkeit ist die Anzahl Bit Datentransfer zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher Aktuell sind dies 64 Bit Wobei die volle Leistung nur bei Applikationen mit 64 Bit Verarbeitung erreicht wird Taktfrequenz Operationen pro Zeiteinheit (Takt) Wird in GHz angegeben Geschwindigkeit Angabe in MIPS MIPS = millionen Instruktionen pro Sekunde Benchmarktest Realistische Geschwindigkeits-Vergleichstest HD / Iris Grafics Memory Controller Core 1 Core 2 L3-Cache Core 3 Core 4 System Agent Benchmarking (sinngemäss Massstäbe vergleichen ) bezeichnet die vergleichende Analyse von Ergebnissen oder Prozessen mit einem festgelegten Bezugswert oder Vergleichsprozess (von engl. Benchmark).

28 28 Willkürliche Nummer Generation i K Familie: i3, i5, i7 Buchstabe kennzeichnet: Langsame Stromsparer: S und T Overclock: K Mobil-Varianten: H, U, Y und M Reguläre Desktop: ohne Zusatz Arbeitsspeicher: DDR3- oder DDR4-Speicher Grafikeinheit: Video-Engine übernimmt die Wiedergabe und das Umwandeln von HD-Filmen HD / Iris Grafics Memory Controller Core 1 Core 2 L3-Cache Core 3 Core 4 System Agent Marketing-Name: Celeron und Pentium kosten Unter 100 CHF, darüber heissen die Chips Core CPU-Kerne: Dual- oder Quad-Core Taktfrequenz von 2.6 GHz bis 4 GHz Hyper-Threading gaukelt dem BS zusätzliche virtuelle Kerne vor PCI Express: Für 2 Grafikkarten Level 3 Cache: Viel schneller als RAM, zwischen 2 bis 8 MByte

29 Der interne Speicher RAM (Arbeitsspeicher) RAM ist die Abkürzung für «Random Access Memory» - Speicher mit wahlfreiem Zugriff. Besser ist vielleicht der Ausdruck «Schreib- und Lesespeicher». Synonyme: Hauptspeicher, Primärspeicher Arbeitsspeicher haben eine extrem hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Im RAM werden alle Informationen gespeichert, die vom System im Moment benötigt werden. Das heisst alle Programme (auch das Betriebssystem) werden beim Starten in den Arbeitsspeicher geladen. Der Arbeitsspeicher ist flüchtig, das heisst, nach dem Ausschalten des Computers, sind alle Informationen im Arbeitsspeicher gelöscht. Ein Office-PC sollte mit mindestens 4 GByte Arbeitsspeicher ausgerüstet sein. Das Betriebssystem kann bei zu wenig RAM, momentan nicht benötigte Daten auf die Festplatte auslagern Die Auslagerung wird als Virtueller Arbeitsspeicher bezeichnet Verlangsamt das System Je mehr RAM, desto höher die Verarbeitungsgeschwindigkeit, da mehr Informationen im RAM verarbeitet werden können.

30 30 Speicherbausteine Speichertechnologie SDRAM - Synchronous DRAM, arbeitet im Systemtakt Standard heute DDR3- & DDR4-SDRAM Double Data Rate # Synchronous Dynamic Random Access Memory Bauform DIMM (Dual Inline Memory Module) SO-DIMM (Small Outline DIMM) für Notebooks Speziell für Server mit Fehlerkorrektur (ECC) Error Correction Code Übliche Grössen sind: 2 Gbyte (2048 Mbyte) 4 Gbyte (4096 Mbyte) 8 Gbyte (8192 Mbyte) Speichermodule: DDR3, DDR4 DIMM DDR3 Desktops SO-DIMM DDR3 Notebooks DIMM DDR4 Desktops

31 Der interne Speicher ROM (Read Only Memory) Woher weiss der Computer, welche Festplatte eingebaut ist oder wie viel Arbeitsspeicher vorhanden ist? Wie merkt sich der PC das Datum und die Urzeit? Ein Festwertspeicher (ROM), welcher auf dem Motherboard enthält diese Informationen. Das ROM ist fest auf dem Motherboard verlötet. Fest, auf einem Chip eingebaute Software, nennt man Firmware. Im ROM ist das BIOS (Basic Input Output System). Es enthält eine Routine, welche für den Start des Computers verantwortlich ist. Wie der Name schon sagt Read Only Memory kann dieser Speicher nur gelesen werden. Damit veränderliche Werte, wie Festplattengrösse, Datum und Uhrzeit im ROM gespeichert werden können, verfügt dieser über einen CMOS-Speicher. Dieser ist wiederrum flüchtig und wird mit einer Batterie ständig mit Strom versorgt. BIOS Im Bild links ist das BIOS mit den Einstellungen der Bootreihenfolge (First Boot Device) zu sehen. ROM-Chip In diesem Chip befindet sich das BIOS.

32 BIOS (Basic Input Output System) Sammlung von Programmen Werden beim Start des Computers als erstes ausgeführt Enthält vier Hauptfunktionen POST (Power On Self Test) Setup Prozessor-, Grafikkarten-, Laufwerks-, Tastatur-, Maustests und andere Geräte Menügeführtes Programm für grundlegende Systemeinstellungen Urlader BIOS Routine, die die Laufwerke nach einem gültigen Bootsektor durchsucht Dies sind die eigentlichen Treiber, die bereits während dem Systemstart geladen sind Treiber werden benötigt um Hardwarekomponenten ansprechen zu können Video

33 Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) 33 Vereinheitlichte erweiterbare Firmware Schnittstelle Firmware (engl. Firm = fest) ist eine Software die fest in eine Hardware eingebettet ist Wird das traditionelle BIOS ersetzen Gründe dafür sind BIOS entspricht nicht mehr den zeitgemässen Anforderungen wie Bedienoberfläche, Einstellungsmöglichkeiten Grösse der Bootfestplatte < 2 TB Lange Bootzeiten

34 34 Massenspeicher

35 Magnetische Speicher Festplatte, Harddisk Die Festplatte ist der wichtigste externe Datenspeicher und in fast allen Computern enthalten. Auch wenn sie intern im Computer verbaut ist, wird sie als externer Datenträger bezeichnet. Sie ermöglicht eine grosse Datenmenge zu speichern. Festplatten drehen sich ständig und erreichen ca bis Umdrehungen pro Minute. Je höher die Umdrehungszahl, desto besser. Auf jeder Plattenseite hat es einen Schreib- / Lesekopf, der die Platte jedoch nicht berührt. Bei Erschütterungen kann dieser die Platte berühren. Dies beschädigt den Daten-träger unreparierbar. Heutige Festplatten haben ein Volumen von bis zu 10 Terabytes und sind mit Helium gefüllt. «Richtige» externe Festplatten werden heute meist über die USB-Schnittstelle verbunden Festplatte geschlossen Externe Festplatte Drehender Plattenstapel Schreib- / Lesekopf Festplatte geöffnet 35 USB-Anschluss Dünner als Luft Das Edelgas Helium hat eine deutlich geringere Dichte als Luft; dadurch verringern sich unerwünschte Strömungsefekte im Gehäuse. Weil dadurch wiederum die auf die Scheiben wirkenden Kräfte geringer werden, können diese dünner ausfallen so passen statt sechs nun sieben. Scheiben ins Gehäuse; die Kapazität erhöht sich dadurch um rund 17 Prozent. Da auch die auf den Motor wirkenden Kräfte durch das Helium geringer sind, sinkt die Leistungsaufnahme. Zudem leitet Helium die Wärme besser ab als Luft, Helium Platten sind im Betrieb ein paar Grad kühler als konventionelle.

36 Festplatte oder Harddisk, HD Bis zu 2-10 TB Volumen Magnetischer Datenträger empfindlich gegen physische Beschädigung Rotierender Datenträger Schnittstellen Serial-ATA (SATA) Externe Schnittstellen USB, FireWire, esata, Thunderbolt SATA Anschluss

37 Begriffe Harddisk Formatieren Löscht alles auf dem Datenträger Für ein bestimmtes Dateisystem einrichten Spuren, Sektoren und Cluster werden erstellt Ein Cluster ist die kleinste Speichereinheit die ein Dateisystem lesen kann Dateisysteme FAT32 (File Allocation Table) NTFS (New Technology File System) Partitionieren Festplatte unterteilen Mehrere Betriebssysteme Defragmentieren Festplatte aufräumen

38 Dateisystem (Filesystem) FAT32 Dateizuordnungstabelle Maximale Grösse einer Datei: 4 GB 8.3 Benennungsform Länge Dateiname maximal 8 Zeichen 3 Zeichen für den Dateityp Je grösser die Festplatte desto langsamer die Dateiverarbeitung NTFS Master Dateitabelle Unterstützung von grossen Festplatten Automatische datenträgerbezogene Wiederherstellung von Fehlern Festlegen von Berechtigungen Verschlüsselung FAT (Wikipedia) File Allocation Table (kurz FAT englisch für Dateizuordnungstabelle) bezeichnet eine ursprünglich 1977 von Microsoft entwickelte weit verbreitete Familie von Dateisystemen, die zum Industriestandard erhoben wurde und bis heute auch über Betriebssystemgrenzen hinweg als fast universelles Austauschformat dient. Wesentliche Erweiterungen wurden auch von Seattle Computer Products, Compaq, Digital Research und Novell eingebracht. Als proprietäre Nachfolger entwickelte Microsoft NTFS und exfat. Ein Nachteil eines standardkonformen FAT32-Dateisystems ist, dass nur Dateien erstellt werden können, die kleiner als 4 GB sind exfat Extended File Allocation Table ist ein speziell für Flash-Speicher entwickeltes Dateisystem. Eingeführt wurde es 2006 mit Windows CE 6.0. exfat wird dort eingesetzt, wo NTFS nur schwer oder gar nicht implementierbar ist. Windows 7 unterstützt exfat nativ. Ab Mac-OS-X-Version wird exfat auf Apple-Computern vollständig unterstützt. Die Vorteile gegenüber vorherigen Versionen sind: Maximale Dateigrösse von 64 ZiB (1 ZiB = 270 Byte), empfohlene maximale Dateigrösse 512 TB (maximale Partitionsgrösse). Ein Cluster darf maximal 32 MiB gross sein (theoretisch jedoch bis zu 2255 Bytes). Es wurde eine Tabelle eingeführt, welche die freien Cluster indiziert. Das Dateisystem unterstützt erweiterte Zugriffsrechte (ACL). NTFS Microsoft NTFS ist ein proprietäres Dateisystem von Microsoft für alle Betriebssysteme der Windows-NT-Reihe. Die Abkürzung steht für New Technology File System. Im Vergleich zum Dateisystem FAT bietet NTFS unter anderem einen gezielten Zugriffsschutz auf Dateiebene sowie größere Datensicherheit durch Journaling. Allerdings ist keine so breite Kompatibilität gegeben wie bei FAT. Ein weiterer Vorteil von NTFS ist, dass die Dateigröße nicht wie bei FAT auf 4 GiB beschränkt ist. Größere Dateien werden beispielsweise beim Erstellen von DVD-Images benötigt.

39 39 Magnetband (DAT - Digital Audio Tape) Kein direkter Speicherzugriff Zugriff auf die Daten erfolgt sequentiell Schreib- Lesegerät heisst Streamer Ideales Speichermedium für die Sicherung (Backup) Tape Library für Grossfirmen Speicherkapazität bis zu ca. 50 TeraByte

40 Optische Datenträger 40 Optische Datenträger werden mit einem Laserstrahl gelesen, bzw. beschrieben. Dazu wird ein Brenner für den jeweiligen Datenträger benötigt. Typen ROM R (Recordable) RW (ReWritable) ROM steht für Read Only Memory und kann nur gelesen werden. Recordable-Disks können einmal beschrieben werden. ReWritabel-Disks können mehrfach beschrieben werden. Pit 1,6μm 0,74μm 0,32μm µm = Mikrometer (millionstel Meter) CD (Compact Disc) Erste Generationen der Optischen Datenträger. Speichergrösse: 700 MB Einsatzgebiet sind Musikverkauf, Datenarchivierung Laserstrahl DVD (Digital Versatile Disk) Weiterentwicklung der CD, der über 4,7 bis 17 GB Speicherkapazitäten verfügt. Einsatzgebiet sind Filmverkauf, Datenarchivierung BD (Blu-Ray-Disk) Nachfolger der DVD. Bietet Speicherplatz bis 128 GB. Einsatzgebiet sind Filmverkauf, Datenarchivierung Byte Magazin vom Juni 1992 mit einer Videodisc

41 41 Flash-Speicher oder elektronische Speicher USB-Sticks Der wohl bekannteste Flash-Speicher, wird auch Memory-Stick genannt. USB-Stick Speicherkarten Auch Speicherkarten in Fotokameras, Smartphones sind Flash-Speicher SD (Secure Card) Solid State Drives (SSD) Lösen in Zukunft die magnetischen Festplatten ab. Sind extrem schnell aber momentan noch sehr teuer Energieeffizient Robust gegen physische Beschädigungen da keine beweglichen Teile SSHD Ein Mix aus SSD und HD (magnetsicher Festplatte) Offene SSD

42 42 Eingabegeräte

43 Eingabegeräte: Scanner 43 Optisches Lesegerät zum Einlesen von Bildern, Grafiken und Text. Ein Scan ist immer ein Bild, auch wenn eine Textseite eingescannt wird. Zur Texterkennung wird ein OCR Programm (Optical Character Recognition) benötigt. Damit lassen sich eingescannte Texte in Textverarbeitungsprogrammen weiterverarbeiten. Barcode OCR Programm Barcode Scanner QR-Code Quick Response Flachbett Scanner

44 44 Ausgabegeräte

45 45 Ausgabegeräte: Bildschirm oder Monitor CRT - Cathody Ray Tube Arbeiten mit Elektronenstrahlröhren Grosse Bautiefe CRT LCD Liquid Crystal Display auch TFT (Thin Film Transistor) Display oder FlatScreen (Flachbildschirm) Flache Bauweise Bildschirmgrösse wird in der Bildschirm-diagonalen mit Zoll angegeben Diagonale = Grösse in Zoll (2.54 cm) Gebräuchliche Grössen liegen zwischen 17 bis 23 Zoll bei CRT 20 bis 30 Zoll bei LCD LCD TFT Flatscreen Flachbildschirm Grösse Touchscreen = Eingabe & Ausgabe

46 Ausgabegeräte: Bildschirm oder Monitor 46 Farbmodell Monitore mischen alle Farben aus Rot, Grün und Blau. Ein Bildschirm kann so über 16 Millionen Farben darstellen. Bildschirme arbeiten mit dem Farbmodell RGB. Werden alle drei Farben zu gleichen Teilen gemischt, entsteht die Farbe Weiss. Auflösung Unter Auflösung versteht man die horizontalen und vertikalen Bildpunkte, die für ein vollständiges Bild zur Verfügung stehen. Die Auflösung wird definiert als die pro Zeile gleichzeitig darstellbare Anzahl von Bildpunkten, multipliziert mit der Anzahl von Zeilen des Bildschirms. Leuchtkraft Für eine hohe Brillanz und kräftig leuchtende Farben bedarf es eine hohen Leuchtkraft. Diese wird bei Flachbildschirmen in Candela gemessen. Eine Candela entspricht der Leuchtkraft eine Kerze auf einen Quadratmeter. Für ein gutes Bild benötigt man mindestens 200 Candela. Auch hier gilt: Je höher desto besser. Kontrast Der Kontrast beschreibt das Leuchtverhältnis von schwarzen und weissen Pixeln. Der Wert sollte mindestens 350 zu 1 betragen. Spitzenmodelle schaffen gar zu 1.

47 Grafikkarte 47 Ein Bildschirm erhält seine Signale über das Kabel, welches ihn mit der Bildschirmschnittstelle verbindet. Die Grafikkarte sorgt also dafür, dass überhaupt etwas auf dem Bildschirm zu sehen ist. Die Grafikkarte ist massgeblich für die Qualität der Bildschirmausgabe verantwortlich. Sie besitzt einen eigenen Arbeitsspeicher. Bei vielen PCs, vor allem transportablen Geräten, ist die Grafikkarte nur noch als Chip, auf dem Motherboard integriert. Sie werden On-Board- Grafikkarten genannt. Ein Grafikprozessor (englisch graphics processing unit GPU) ist ein auf die Berechnung von Grafiken spezialisierter und optimierter Prozessor. Bildschirmschnittstellen GPU Grafikkarte Kaufberatung Artikel (Nr. 24 / 2015) c t-magazin:

48 48 Ausgabegeräte: Drucker Laserdrucker Arbeiten ähnlich wie Fotokopierer. Es wird immer eine ganze Seite in einem Arbeits-gang gedruckt. Dafür benötigen Sie relativ viel Arbeitsspeicher. Sie drucken auch auf Normalpapier in einer hohen Qualität, was sie für die Korrespondenz auszeichnet. Tintenstrahldrucker Drucken Daten punktweise, wodurch sie einen geringeren Arbeitsspeicher brauchen. Sie spritzen die Farbe direkt auf das Papier. Die Farben werden aus Cyan, Magenta und Yellow und Schwarz gemischt, wodurch Millionen verschiedener Farb-nuancen möglich sind. Für eine hohe Qualität des Ausdrucks, wird spezielles, teureres Papier benötigt. Für Fotodrucke, sind sie anderen Druckern vorzuziehen. Plotter Für die Ausgabe von Zeichnungen bei CAD (Computer Aided Design). Werden in der Maschinenindustrie oder von Architekten eingesetzt. Eine andere Art der Plotter funktionieren wie Tintenstrahldrucker und werden im Posterund Plakatdruck eingesetzt. 3-D-Drucker Drucken dreidimensionale Werkstücke. Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen. Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe sind Kunstharz, Keramiken und Metalle. Überblick Multifunktionsdrucker als Ersatz für Laserdrucker im Büro Artikel (Nr. 12 / 2016) c t Magazin:

49 Ausgabegeräte: Drucker 49 Farbmodell Drucker mischen alle Farben aus Cyan, Magenta und Yellow. Dazu kommt noch die Farbe Schwarz, die auch als Key-Farbe bezeichnet wird. Aus den Anfangsbuchstaben ergibt sich der Name des Farbmodells: CMYK (ausgesprochen: Smük). Werden alle Farben zu gleichen Anteilen übereinander gedruckt, ergibt sich daraus die Farbe Schwarz. Allerdings ist diese Schwarz, kein richtiges Schwarz. Deswegen findet sich in allen Farbdruckern, eine schwarze Farbe zusätzlich. Auflösung Tintenstrahldrucker drucken ihre Bilder Punktweise. Es ist das Ziel, so viele Punkte wie möglich auf einer Fläche von 2,54 2,54 cm unterzubringen. Die Anzahl Punkte die auf dieser Fläche untergebracht werden kann, nennt man Auflösung. Je mehr Punkte desto besser (schärfer) ist die Auflösung des Bildes. Gängige Auflösungen sind 300 dpi, 600 dpi, 1440 dpi oder mehr. «dpi» steht für Dots per Inch. Ein Inch = 2,54 cm. Treiber Ein Druckauftrag wird von einer Anwendung an das Betriebssystem weitergegeben. Damit das Betriebssystem weiss, welche Drucker angeschlossen sind, muss eine Software installiert werden. Diese Software ermöglicht es, dass das Betriebssystem mit dem Drucker kommunizieren kann. Diese Software wird als Treiber bezeichnet. Ist der Treiber installiert, kann in der Systemsteuerung Geräte und Drucker der Drucker, als Standard-Drucker definiert werden. Das Betriebssystem ist für den Druck der Dokumente verantwortlich und nicht das Anwendungsprogramm. Windows verwaltet via Druckmanager die Druckaufträge in einer Warteschlange (engl. Spooler) und arbeitet sie stapelweise (Batch-Verarbeitung) ab. Für den Druck von Text verwendet das Betriebssystem Fonts (digitale Schrifttypensätze). Verwenden Sie nach Möglichkeit die skalierbaren TrueTypeoder OpenType-Fonts wie Calibri, Cambria oder Arial. Beim Austausch von Dokumenten, sollten vorzugsweise die auf einem Windows-System installierten, Standard- Fonts verwendet werden.

50 50 Virtuelle Systeme

51 Virtualisierung Merkmale Ausführen von zwei oder mehreren Betriebssystemen (VM) auf einer Rechnerhardware VM = Virtuelle Maschine Werden auch als Gast-System bezeichnet Konzepte System (Hosted) Virtualisierung «Gastgeber» (MS Virtual Desktop, Parallels, VMWare) Virtualisierung auf Rechnerhardware und Host- Betriebssystem Steuerungssoftware zur Verwaltung der Ressourcen VMM (Virtual Machine Monitor) Hypervisor (Überwacher) Daten Server Überwachung Monitoring Virtuelle Maschinen Print Server Mail Server Hypervisor Datenbank Server Physikalischer Server Virtuelle Maschinen Als virtuelle Maschine (kurz VM) wird in der Informatik die Nachbildung eines Rechnersystems bezeichnet. Die virtuelle Maschine bildet die Rechnerarchitektur eines real in Hardware existierenden oder hypothetischen Rechners nach. Die abstrahierende Schicht zwischen realem Rechner (auf dem die virtuelle Maschine ausgeführt wird) und virtueller Maschine wird Hypervisor oder Virtual Machine Monitor genannt und ihre Implementierung erfolgt rein hardwarebasiert, rein softwarebasiert oder durch eine Kombination aus beidem. Der Hypervisor erlaubt in der Regel den Betrieb mehrerer virtueller Maschinen gleichzeitig auf einem physischen Rechner.

52 52 System-Virtualisierung Als erstes wird auf einem physikalischen Server ein Betriebssystem installiert. 2. Danach installiert man eine Virtualisierungs- Software, den Hypervisor. 3. Innerhalb des Hypervisors können danach mehrere Virtuelle Maschinen installiert werden. 4. Mit dem Hypervisor können mehrere virtuelle Maschinen verwaltet werden. Der Hypervisor bildet die Hardware als Software ab, auf die die virtuellen Maschinen zugreifen. Dadurch können andere physische Gegebenheiten vorgetäuscht werden, als tatsächlich vorhanden sind: So kann einem Betriebssystem die Alleinnutzung eines Computers vorgegaukelt werden, wobei es tatsächlich innerhalb eines anderen Betriebs-systems als reguläres Anwendungsprogramm läuft Applikationen Applikationen VM 1 VM n HW HW Hypervisor Hostbetriebssystem Hardware System (Hosted) Virtualisierung

53 53 Virtualisierung Möglichkeiten 60 VMs Arbeitet auf Client Terminalserver Terminalserver Server Virtualisierung - Microsoft HyperV - VMWare ESX App wird auf Server ausgeführt Desktop-Virtualisierung - Virtual PC - VMWare Workstation Applikations-Virtualisierung Terminalserver Terminalserver stellen einem Client (Thin-Client, Desktop) zentrale Dienste zur Verfügung. Im einfachsten Fall arbeitet auf einem entfernten System, wie wenn man am eigenen Computer sitzt. Administrativ hat dies den Vorteil, dass Softwarekomponenten nur einmal installiert und gewartet werden müssen. Allerdings benötigen Terminalserver für jeden Benutzer, der auf den Server zugreift, eine Lizenz. Applikations-Virtualisierung Die Grundlage aufseiten des Benutzers stellt, wie auch heute, ein Windows-Betriebssystem dar. Auf diesem Gerät können Applikationen fest installiert sein. Die virtualisierten Applikationen jedoch kommen immer von einem zentralen Server oder anderen Speicherstellen, auf die das Client-Gerät Zugriff hat. Der Benutzer erhält in der Regel lediglich einen Link auf den zentralen Speicherplatz und die Applikation auf seinem Desktop oder das Startmenü. Wenn er diesen Link aktiviert, so wird die Applikation geladen und ausgeführt. Die Applikationsvirtualisierung hat eine Reihe von Vorteilen. Es entfallen all die Schritte, die bei einer festen Installation einer Software auf den Benutzergeräten notwendig sind. Auch hier muss die Applikation nur einmal installiert und gewartet werden.

54 54 Vor- und Nachteile der Virtualisierung 60 Vorteile Auslastung von Ressourcen Ungenutzte Systemressourcen Schnelle Verfügbarkeit Dateibasiert, quasi Copy & Paste Unabhängigkeit von Hardware Sicherheit durch Isolierung der VM VM kann vom Host und Netz isoliert werden Kosteneinsparung, Energieeffizienz und Stellflächeneinsparung Ideal für Testsysteme Nachteile Komplexe Konfiguration Benötigt hohe Systemperformance und Leistungsfähigkeit Anschaffung der Hardware teuer Hohe Anforderungen an die Hardware Für Rechenintensive Operationen mit hoher Prozessor- und RAM Belastung wie CAD, Bildbearbeitung usw. nicht einsetzbar Effizienzverlust Virtuelle Maschinen sind weniger leistungsfähig, da ein Teil vom Hypervisor verwendet wird Lizenzierung Lizenz ist gebunden an die physische Eigenschaften eines Rechners (Anzahl Prozessoren, RAM usw.) Das hat komplizierte Lizenzmodelle zur Folge Apple erlaubt keine Virtualisierung seiner Betriebssysteme Vor- und Nachteile des Einsatzes systembasierter virtueller Maschinen Der Einsatz systembasierter virtueller Maschinen bietet gegenüber der direkten Ausführung von Betriebssystemen auf dem Rechner einige Vorteile: Mehrere Betriebssysteme gleichzeitig: Unterschiedliche Betriebssysteme können gleichzeitig auf der gleichen physischen Maschine betrieben werden. Dadurch können Ressourcen des physischen Rechners (z. B. der Prozessor) besser ausgenutzt werden, da mehrere Betriebssysteme sich diese teilen können. Auch können unterschiedliche Betriebssystemversionen oder Systeme von unterschiedlichen Betriebssystemherstellern parallel betrieben werden. Unterstützung unterschiedlicher Instruktionssätze: Die virtuelle Maschine kann eine Befehlssatzarchitektur unterstützen, die von der physischen Maschine abweicht. Dadurch können Betriebssysteme ausgeführt werden, die auf der realen Hardware gar nicht lauffähig wären. Günstigerer und vereinfachter Betrieb: Insbesondere in Rechenzentren müssen sehr viele Systeme parallel betrieben werden. Durch den Einsatz von virtuellen Maschinen muss nicht für jedes System eigene Hardware bereitgestellt werden, sondern unterschiedliche Systeme teilen sich eine sehr leistungsfähige Plattform. Da der Betrieb einer sehr leistungsfähigen Plattform in der Regel wirtschaftlicher ist als der Betrieb vieler kleinerer Plattformen. Allerdings erkauft man sich diese Vorteile auch mit einigen Nachteilen, die sich gegenüber direkter Ausführung des Betriebssystems auf dem Rechner ergeben: Effizienzverlust: Eine virtuelle Maschine ist weniger effizient als die reale Maschine, da ein Teil der Leistungsfähigkeit für den Betrieb des Hypervisors (als die Verwaltung der virtuellen Maschinen) verwendet werden muss. Neue Herausforderungen hinsichtlich der Lizenzierung von Betriebssystemen Während die Lizenzierung eines Betriebssystems früher an einen jeweiligen physischen Rechner mit seinen Eigenschaften (z. B. Anzahl Prozessoren, Speichergrösse) gebunden war, ist das durch die Virtualisierung nicht mehr ohne weiteres möglich. Es muss kein Rechner mehr mit der tatsächlichen Speichergrösse oder Anzahl Prozessoren existieren, sondern er existiert ggf. nur virtuell. Dies zwingt Hersteller und Kunden zur Auseinandersetzung mit teils recht komplizierten Lizenzmodellen. Bestimmte Hersteller (z. B. Apple) erlauben auch gar keine Virtualisierung ihrer Betriebssysteme. Die Rechtsgültigkeit dieses Verbotes ist allerdings umstritten.