1 Grundlagen der Informatik

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1 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Grundlagen der Informatik Wir stehen in einem Computerladen vor einem nahezu unüberblickbaren Angebot. Für welches Gerät sollen wir uns entscheiden? Was bedeuten Taktfrequenz, Cache, RAM, S-ATA, DVD-RW, Firewire oder TFT? In diesem Kapitel erläutern wir wichtige Begriffe der Informatik. Wir sehen uns an, wie ein Computer arbeitet, aus welchen Bestandteilen er sich zusammensetzt und wie wir mit Bits und Bytes rechnen können. Nach dem Durcharbeiten dieses Kapitels werden wir die wichtigsten Begriffe rund um das Thema Hardware kennen und die Begriffe auf den technischen Datenblättern im 1Computerladen verstehen. 1 Grundlagen der Informatik Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Lernen Computertechnik heute Datenverarbeitungsprozesse Verarbeitungsschichten Bits und Bytes Zeichencodierung Vorsilben für Maßeinheiten Lerneinheit 2: Zentraleinheit Lernen Arten von Computersystemen Bestandteile eines PCs Bestandteile der Zentraleinheit Mainboard Mikroprozessor Speicher Datenbus Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Lernen Grafikkarte Grafikschnittstellen Input-/Output-Schnittstellen USB und Firewire Festplatte Parallel-ATA und Serial-ATA SCSI Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte Lernen Compact Disc DVD Beschreibbare optische Datenträger HD-DVD und Blu-ray Disc USB- und Flash-Speicher PDA und Smartphone Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Lernen Röhrenmonitor Flachbildschirm Videoprojektor Multifunktionsgeräte Laserdrucker Tintenstrahldrucker Kapitelrückblick Ich bin Mr. What! Ich kenne mich ganz gut aus, habe aber immer wieder einige Zwischenfragen Ich bin Ms. Check! Ich kenne mich sehr gut aus und habe auf jede Frage eine verständliche Antwort. Wirtschaftsinformatik Basic

2 Lernen Lerneinheit 1 Begriffe und Grundlagen Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit findest du unter der ID: In dieser Lerneinheit erarbeiten wir grundlegende Begriffe rund um die Computertechnik. Wir lernen das binäre Zahlensystem, wichtige Größeneinheiten für das Speichervolumen sowie alle Bestandteile eines PCs und deren Aufgaben kennen. In dieser Lerneinheit beschäftigen wir uns mit den Datenverarbeitungsprozessen, den Begriffen Orgware, Hardware und Software, Bits und Bytes, den Zeichencodierungen ASCII, ISO-Latin und Unicode, dem binären Zahlensystem sowie mit den Vorsilben Kilo, Mega, Giga und Tera für Maßeinheiten. Lernen 1 Computertechnik heute Der Computer als zentrales Multimediagerät Die Vernetzung von PC und Unterhaltungselektronik, Internet- Telefonie (Voice-over-IP) und Foto-/Videobearbeitung sind zentrale Multimedia-Anwendungen. Fotos und Videofilme werden am Notebook oder PC bearbeitet, über das Handy, Wireless-LAN oder das Internet an andere Benutzer versandt, um schließlich am Fernseher in hochauflösender Qualität betrachtet zu werden: Herzlich willkommen in der multimedialen Welt! Personal Computer PDA Video Foto Die Intel ViiV-Technologie (gesprochen Weif ) integriert sämtliche Services für den Wohnzimmer-PC. WLAN HD-TV ID: Notebook Abb.: Der PC als zentrales Multimediagerät Handy Internet Elemente von Multimedia 1 Der Personal Computer (PC) ist das zentrale Gerät. Der PC dient als Bearbeitungsinstrument und Datenspeicher. Er steht im Zentrum des Multimediazeitalters. Wir können einen mit unserer Digitalkamera aufgenommenen Film bearbeiten und auf eine DVD speichern, eine MP3-Datei aus dem Internet herunterladen, über das Internet telefonieren, mit Freunden spielen und am PC fernsehen. 2 Wirtschaftsinformatik Basic

3 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Wireless-LAN (WLAN) ist ein Funknetzwerk. Ein Peripheriegerät ist ein Zusatzgerät zum PC. 2 Netzwerke verbinden Geräte und Benutzer. Wie kommunizieren unsere Geräte zuhause miteinander? Der einfachste Weg ist Wireless- LAN (WLAN). Das Mediacenter im Wohnzimmer lädt z.b. einen Film von der Festplatte des PCs, der Personal Digital Assistant (PDA) synchronisiert die Termine mit Outlook, mit dem Handy surfen wir im Internet und bestellen uns eine Pizza. Das Internet stellt die Verbindung zur Außenwelt her. Es ist die Schlüsseltechnologie für die weltweite Vernetzung. 3 Multimediale Peripheriegeräte bieten ungeahnte Möglichkeiten. Digitale Fotografie und Digital Video ermöglichen die Nachbearbeitung von Fotos und Videos durch den Benutzer. Optische Datenträger (CD, DVD) sind leistungsfähige Speichermedien. In den letzten Jahren wurden die analogen Technologien (wie Schallplatte, Tonbandkassette, Videoband, Telefon) durch digitale abgelöst (CD, DVD, Voice-over-IP). 1 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Gordon E. Moore gründete 1968 gemeinsam mit Andy Grove und Robert Noyce die Firma Intel. Warum ist der PC heute auch im Bereich der Unterhaltungselektronik das Die Digitalisierung von Bildern (Digitalkamera), Musik zentrale Gerät? (CD, MP3) und Film (DVD) erlaubt die Veränderung von Inhalten durch den Konsumenten mittels Home-Computer. Der PC dient als Zentrale für alle multimedialen Anwendungen und öffnet überdies das Tor ins Internet. Welche Trends lassen sich für die nächsten Jahre erkennen? Viele Hollywood-Filme haben schon vor Jahren Trends vorgegeben (z.b. Flachbildschirme oder Mobilkommunikation), die heute zum Alltag gehören. Diese Entwicklungen werden sich fortsetzen. Starre Bilder auf Plakaten werden z.b. durch bewegte Bilder oder holografische 3D-Projektionen ersetzt. Welche Rolle wird der Computer in den nächsten Jahren spielen? das Navigationssystem im Auto, die Spielkonsole im Handy oder den Computertechnologie ist schon heute allgegenwärtig. Denken wir an digitalen Satellitenreceiver und den DVD-Recorder im Wohnzimmer. Ein Handy um ein paar Euro bietet deutlich mehr Rechenleistung als die Computersysteme der Saturn-5-Mondrakete aus dem Jahr Das Moor'sche Gesetz aus dem Jahr 1965 besagt, dass sich die Leistungsfähigkeit der Mikroprozessoren alle 24 Monate verdoppelt. Tatsächlich konnte diese Entwicklung in den letzten Jahrzehnten beobachtet werden. Clayton M. Christensen ist Professor an der Harvard Business School. Erhaltende und ablösende Technologien 1997 erforschte Clayton Christensen die Wirksamkeit von Innovationen auf den Markt und veröffentlichte seine Forschungsergebnisse unter dem Titel The Innovator's Dilemma. Danach vollziehen sich technologische Innovationen in Form von erhaltenden Technologien, welche die Marktposition verbessern (z.b. Fotohandy) und in Form von ablösenden Technologien, die etablierte Produkte verdrängen (z.b. Schallplatte CD MP3). L 1: Den Unterschied zwischen erhaltender und ablösender Technologie können wir am Beispiel der Videokassette leicht erkennen. Um die VHS-Videokassette länger am Markt zu halten, wurde durch Super-VHS eine Verbesserung der Qualität erreicht. Die DVD löste schließlich die Videokassette ab und verdrängte sie mit der Zeit vollständig vom Markt. Barbara bearbeitet einen selbst gedrehten Urlaubsfilm mit einem Videoschnittprogramm am PC und brennt ihn auf eine DVD. Das Ergebnis zeigt sie ihren Freundinnen und Freunden. Welche Multimediageräte verwendet sie für diese Arbeit? Sehen wir uns Schritt für Schritt an, wie sie bei der Bearbeitung des Videos vorgeht. Wirtschaftsinformatik Basic 3

4 Lernen 2 Datenverarbeitungsprozesse Die Verarbeitung von Daten am Computer Barbara hat mit einer Kamera ein Video aufgenommen. Dieser Prozess wird als Eingabe (Input) bezeichnet. Ihr Bearbeiten der Videodaten am PC bezeichnen wir als Verarbeitung (Processing). Das Speichern (Storage) des fertigen Videos auf eine DVD ermöglicht dessen spätere Verwendung. Im letzten Schritt präsentiert Barbara das fertige Video ihren Freundinnen und Freunden. Die Ausgabe (Output) der Videodaten erfolgt auf einem Computermonitor oder Fernseher. Mr. What und Ms. Check Wie funktioniert der Datenverarbeitungsprozess beim Schreiben eines s? Nachricht schreiben (Input) Senden-Knopf anklicken (Processing) Versenden über das Internet (Output) Speichern des s im Postausgang (Hilfsprozess). EVA = Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe Datenverarbeitungsprozesse können wir also in vier Teilprozesse zerlegen. Die Kernprozesse sind Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Die Datenspeicherung unterstützt die Verarbeitung als Hilfsprozess. Input Processing Output ID: Storage Abb.: Datenverarbeitungsprozesse Die Teilprozesse der Datenverarbeitung 1 Input (Eingabe) Die Eingabe von Daten in ein Datenverarbeitungssystem kann z.b. über die Tastatur, die Maus, den Scanner, den Fotoapparat oder die Videokamera erfolgen. 2 Processing (Verarbeitung) In diesem Schritt werden die eingegebenen Daten verarbeitet, indem z.b. Bilder nachbearbeitet, Videos geschnitten, Dokumente oder Kundendaten aktualisiert werden. 3 Output (Ausgabe) Das Ergebnis der Bearbeitung wird z.b. am Monitor oder Drucker ausgegeben. 4 Storage (Datenspeicherung) Damit die bearbeiteten Daten nicht verlorengehen, werden diese z.b. auf einer Festplatte, CD, DVD, MemoryCard oder einem USB-Stick gespeichert. Multimediageräte, wie PC, Videokamera, Fernseher und Handy, sind komplex in ihrem Aufbau. Daher unterscheiden wir bei der Entwicklung und Benutzung solcher Geräte drei Schichten. 4 Wirtschaftsinformatik Basic

5 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Der Begriff Orgware bezeichnet Organisationstools wie Diagramme und Benutzerhandbücher. 3 Verarbeitungsschichten Hardware, Software und Daten Anhand des Videofilms von Barbara haben wir gesehen, dass bei der Datenverarbeitung verschiedene Teilprozesse unterschieden werden können. Nun überlegen wir uns, aus welchen Schichten Datenverarbeitungsgeräte bestehen und wie wir diese Schichten sinnvoll unterscheiden können. Für das organisierte Vorgehen bei der Planung von Hard- und Software werden Tools benutzt. Solche organisatorischen Tools bezeichnen wir als Orgware. 1 Grundlagen der Informatik Hardware Software ID: Daten Abb.: Begriffe Hardware, Software, Daten Zur Software zählen Betriebssysteme, Programme und deren Daten. Hardware, Software und Daten 1 Als Hardware bezeichnen wir alle Geräte, aus denen ein Computersystem besteht. Zur Hardware zählen z.b. Zentraleinheit, Tastatur, Maus, Monitor, Drucker und Scanner, aber auch CD, DVD oder USB-Stick. 2 Als Software bezeichnen wir Programme und ihre Bestandteile. Software im engeren Sinn sind Programme wie das Betriebssystem, die Textverarbeitung, die Tabellenkalkulation, die Datenbank oder das Videoschnittprogramm. Im weiteren Sinn zählen auch die Daten zur Software. 3 Daten sind das Ergebnis des Eingabe- sowie des Verarbeitungsprozesses. Um Daten zu produzieren, verwenden wir Programme. Wenn wir mit unserem Videoschnittprogramm ein Video bearbeitet haben, erhalten wir als Ergebnis einen Videofilm. Dieser gehört zur Datenschicht. Briefe, Rechnungen, erfasste Kunden oder Musik sind Daten, die ohne ein Programm nicht nutzbar wären. Ein Programm (Software) ist Voraussetzung, um Daten nutzen zu können. Die Software benötigt Hardware, um laufen zu können. Daten werden auf Speichermedien (z.b. CD, DVD, Festplatte, USB-Stick, Flash-Speicherkarten) abgelegt. Mr. What und Ms. Check Welche Hard- und Software verwenden wir in der Schule? Als Hardware verwenden wir einen PC mit Tastatur, Maus und Drucker, als Software das Betriebssystem und Anwenderprogramme. Welche Formen von Daten gibt es? Wir unterscheiden Konfigurations-, Stamm- und Bewegungsdaten. Wirtschaftsinformatik Basic 5

6 Lernen Eine Linkliste zu den Begriffen und Grundlagen der Informatik findest du unter der ID: Bits und Bytes So arbeitet ein Computer In den 1980er Jahren war die kleinste Informationseinheit eines Computers, das Bit, als Robot im Disneyfilm Tron zu sehen. Das Bit unterstützte den Hauptdarsteller Kevin Flynn (Jeff Bridges) bei der actionreichen Navigation durch die digitale Welt eines Computers. Informationseinheiten Ein Computer arbeitet mit Binärzahlen, den Bits 1 und 0. 1 Byte = 8 Bits 1 Ein Bit ist die kleinste vorstellbare Informationseinheit und unterscheidet True und False (1 und 0). Mit einem Bit können wir z.b. darstellen, ob es regnet oder nicht. Oder wir können speichern, ob jemand verheiratet ist oder nicht. Kombinieren wir mehrere Bits, können wir eine größere Anzahl unterschiedlicher Informationen speichern. 2 Ein Byte besteht aus 8 Bits. Damit ergeben sich 256 mögliche Werte, welche dargestellt werden können. Kombinieren wir 8 Bits, so ergeben sich daraus 2 hoch 8 oder 256 darstellbare Werte. L 2: Wie viele mögliche Kombinationen können mit 3 Bits dargestellt werden? Folgende Kombinationen sind möglich: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Ü 1: Wie viele Kombinationen sind mit 8 Bits darstellbar? L 3: Wie viele Kombinationen sind mit 24 Bits darstellbar? Es sind 2 24 Kombinationen. Das sind mehr als 16,7 Mio. mögliche Werte. Wir wissen nun, dass Computer nur mit Binärzahlen, also Kombinationen aus Bits, rechnen können. Doch wie rechnen wir eine Binärzahl in eine Dezimalzahl um? ID: L 4: 1 Byte = 8 Bits Abb.: Binäre Zusammensetzung eines Bytes Jede Stelle einer Binärzahl entspricht einer Zweierpotenz. In der Abbildung sehen wir die Zweierpotenzen rechts beginnend mit 2 0, dann 2 1 usw. bis 2 7. Die Dezimalzahl erhalten wir, indem wir jene Zweierpotenzen addieren, an deren Stelle in der Binärzahl eine 1 steht. In unserem Beispiel sind dies die folgenden Zweierpotenzen: = = 157 Mr. What und Ms. Check Wie viele Werte können wir mit 16, 24 und 32 Bits darstellen? Mit 16 Bits sind , mit 24 Bits 16,7 Mio. und mit 32 Bits 4,3 Mrd. Kombinationen möglich. 6 Wirtschaftsinformatik Basic

7 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Mr. What und Ms. Check Welche Dezimalzahl wird mit der Binärzahl dargestellt? = 204 Wie kann ich eine Dezimalzahl in eine Binärzahl umrechnen? Wie sieht Indem wir nachsehen, welche 2 hoch x Werte enthalten zum Beispiel 90 als Binärzahl aus? sind. In der Zahl 90 kommt 128 (also 2 hoch 7) nicht vor, also ist Bit 7 nicht gesetzt, somit kommt vor, also ist das 6. Bit 1, als Rest bleibt = 26 übrig. Daher passt 32 nicht und das 5. Bit ist passt, also ist das 4. Bit 1, bleiben 10 Rest. Daher passt 8 und das 3. Bit ist 1. Rest ist 2, also ist das 2. Bit 0, das 1. Bit 1 und das 0. Bit 0. Ergibt also binär. 1 Grundlagen der Informatik 5 Zeichencodierung So kann ein Computer Buchstaben und Zahlen darstellen Ein Computer bedient sich einer Codierung, also eines Systems von Zeichen, die mit mehreren Bits dargestellt werden kann. Die Codierung wird auch Zeichensatz genannt und repräsentiert für jede Binärzahl ein Zeichen. Welche wichtigen Zeichensätze für einen PC gibt es? ASCII American Standard Code for Information Interchange Die ANSI (= amerikanische Normungsorganisation) hat 1968 den ASCII-Zeichencode genormt, weshalb häufig auch der Begriff ANSI- an Stelle von ASCII-Code verwendet wird. UTF-7 ist kompatibel zu ASCII. ASCII, ISO-Latin und Unicode 1 ASCII verwendet 7 Bits zur Zeichendarstellung und hat demnach einen Umfang von 128 darstellbaren Zeichen (2 hoch 7). So hat der Buchstabe A den Code 65, B den Code 66, C den Code 67 usw. Mit ASCII sind deutsche Sonderzeichen wie Ä, Ö und Ü nicht darstellbar. Daher wird dieser Zeichensatz heute kaum mehr eingesetzt. Er bildet aber die Basis für andere Zeichencodierungen. 2 ISO-Latin-1 verwendet 8 Bits zur Zeichendarstellung. Er baut auf dem ASCII-Code auf und ergänzt ihn um die wichtigsten sprachspezifischen Sonderzeichen. ISO-Latin-1 (ISO/IEC ) enthält alle Sonderzeichen der gängigsten Sprachen wie Deutsch, Französisch, Spanisch, Portugiesisch, Dänisch, Finnisch etc. Dieser Zeichensatz wurde früher in Microsoft Windows verwendet, jedoch mittlerweile durch Unicode abgelöst. 3 Unicode verwendet 16 Bits (UCS-2) bzw. 32 Bits (UCS-4) zur Zeichendarstellung und ist ein internationaler Standard, der alle bekannten Schriftzeichen beinhaltet. Die Speicherung und Übertragung von Unicode-Zeichen erfolgt im UTF (Unicode Transformation Format). UTF-8 (z.b. Internet, Linux, NTFS-Dateisystem in Windows) bzw. UTF-16 (z.b. Microsoft.NET) sind die heute gängigsten Zeichensatz-Formate. Die Windows- Zeichentabelle stellt alle Zeichen einer Truetype-Schrift mit ihrem Unicode-Wert dar. Andere Schriften, wie z.b. Courier, enthalten 8-Bit-Zeichensätze. Font bedeutet Schriftart. L 5: Abb.: Unicode-Zeichentabelle Welche Form der Zeichencodierung verwendet eigentlich MS Windows? MS Windows verwendet den Unicode-Zeichensatz. Wenn wir die Zeichentabelle unter Start Programme Zubehör Systemprogramme aufrufen, wird das nebenstehende Fenster angezeigt. In der Statuszeile erkennen wir die Form der Zeichencodierung: für das Ausrufezeichen U+0021, also Unicode. Aber nicht alle Schriftarten verwenden Unicode. Sehen wir uns z.b. die Schriften Courier oder System an: Hierbei handelt es sich um keine Unicode-Fonts, da sie nur 8 Bits zur Darstellung benutzen. Wirtschaftsinformatik Basic 7

8 Lernen 6 Vorsilben für Maßeinheiten Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta, Exa Die Präfixe (Vorsilben) Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta und Exa entstammen dem SI-System der IEC: Das Präfix k steht für Kilo und wird klein geschrieben. Ein großes K bedeutet Kelvin. Ein großes M wird als Abkürzung für Mega verwendet. Ein kleines m bedeutet milli. Wenn wir Bits oder Bytes in großer Zahl kombinieren, z.b. wenn wir große Datenmengen speichern, wäre es unpraktisch zu schreiben, dass der Umfang der Daten 5,3 Millionen Byte beträgt. Kürzer und verständlicher ist 5,3 Megabyte. Die Vorsilben, z.b. Kilo, Mega oder Giga, entstammen dem SI-System. Darin sind weltweit die gültigen Vorsilben festgelegt, die wir auch im täglichen Leben verwenden. Beispiele dafür sind Kilogramm, Megawatt oder Gigahertz. Die Vorsilben Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta und Exa werden auch für die Größenordnungen von Bits und Bytes verwendet. Vorsilbe Abkürzung Potenz Zahl Kilo k 10 3 Tausend Mega M 10 6 Million Giga G 10 9 Milliarde Tera T Billion Peta P Billiarde Exa E Trillion Diese Vorsilben (Präfixe) können für Bytes als auch für Bits in gleicher Weise benutzt werden. Kilobyte wird z.b. mit kbyte oder kb abgekürzt. Üblicherweise werden Bytes mit Groß- und Bits mit Kleinbuchstaben dargestellt. Die Abkürzung für Kilobit ist demnach kb. Wie in der Physik ist der Umrechnungsfaktor zwischen den einzelnen Größen 1000 (10 3 ). L 6: Rechne die folgenden Speichergrößen in Byte um! Die Abkürzung für Bit ist ein kleines b. Speichergröße Byte 1 kb MB GB TB kb Mb Hinweis: 1 kb = 1000 Bit / 8 = 125 Byte, 1 Mb = Bit / 8 = Byte Die folgende Abbildung veranschaulicht die Größeneinheiten am Beispiel von Textdaten. 1 Byte = 1 Zeichen 1 Kilobyte = 1 Seite 1 Megabyte = 1 Buch 1 Gigabyte = 1 Bibliothek Präsentation unter ID: Terabyte = Das Weltwissen Abb.: Größenordnungen 8 Wirtschaftsinformatik Basic

9 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Der Umrechnungsfaktor für Binärpräfixe beträgt Binärpräfixe Wie wir bereits erfahren haben, spielt das binäre Zahlensystem mit seinen Zweierpotenzen in der Informatik eine große Rolle. Dieser Umstand führte in der Vergangenheit häufig zu Missverständnissen im Zusammenhang mit den SI-Vorsilben, da z.b. die Vorsilbe Kilo einmal mit 1000, ein anderes Mal mit 1024 (2 10 ) verwendet wurde. Daher wurden im Jahr 1999 die Binärpräfixe mit der Norm IEC weltweit geregelt und in das SI-System übernommen. 1 Grundlagen der Informatik Vorsilbe Abkürzung Potenz Zahl Kibi Ki Mebi Mi Gibi Gi Tebi Ti Pebi Pi Exbi Ei Der Unterschied zwischen Kilo und Kibi ist die Zahl, der die Vorsilbe entspricht: Kilo = 1000, Kibi = Je nachdem, welche Einheit verwendet wird, müssen wir unterschiedlich umrechnen, z.b. 1 KiB = 1024 Byte, 1 KB = 1000 Byte. L 7: 45 GiB bedeutet 45 GibiByte. 45 GB bedeutet 45 Gigabyte. 45 GB = 41,9 GiB, da 45 GB x / = 41,9 GiB. Speicherkapazitäten optischer Datenträger: CD: 700 MiB = 734 MB DVD: 4,38 GiB = 4,7 GB Wie das folgende Beispiel zeigt, kann man sich auf diese Schreibweise nicht verlassen. Die Verwendung der Binärpräfixe ist in der Öffentlichkeit nur wenig bekannt, weshalb viele Hersteller an Stelle von MiB nur MB schreiben. Ü 2: Welche Übertragungsrate hat die Netzwerkkarte (LAN on board) dieses PCs? Welche Speicherkapazität haben Arbeitsspeicher und Festplatte dieses PCs? Eine Linkliste zu den Begriffen und Grundlagen der Informatik findest du unter der ID: Abb.: Produktbeschreibung eines PCs (Quelle: Medion) Mr. What und Ms. Check Eine CD fasst 700 MiB. Wie viele Byte sind das? 700 * 1024 * 1024 = 700 * 2 20 = Byte Wirtschaftsinformatik Basic 9

10 Lernen Die Datenübertragungsrate meiner WLAN- Verbindung beträgt 54 Mbit/s. Wie viele kbytes kann ich in einer Minute übertragen? 54 / 8 * 60 * 1000 = kb Ich möchte eine 3,6 MiB große MP3-Datei aus dem Internet downloaden. Ich habe einen Internetzugang mit einer Bandbreite von 56 Kib/s. Wie lange dauert die Übertragung? 3,6 * 1024 * 8 / 56 = 527 s = ca. 9 min Ü 3: Ich möchte ein 45 MiB großes Video aus dem Internet downloaden. Ich habe einen ADSL-Zugang mit einer Downloadgeschwindigkeit von 768 Kib/s. Wie lange muss ich warten? L 8: Wie viele Bytes passen auf eine Diskette? Verwirrend Auf eine 1,44-MB- Diskette passen nur 1,4 MiB. Auf eine zweiseitige Double Density (2DD) 3,5-Zoll-Diskette passen 512 Bytes je Sektor und Spur. Jede Seite besteht aus 9 Sektoren und 80 Spuren. Wie groß ist die Kapazität in KiB? 512 B * 2 Seiten * 9 Sektoren * 80 Spuren = 720 KiB. Auf eine High-Density-Diskette kann die doppelte Datenmenge gespeichert werden, da 18 Sektoren Platz finden. Warum wird diese Diskette als 1,44-MB-Diskette bezeichnet? Abb.: Disketten 512 B * 2 Seiten * 18 Sektoren * 80 Spuren = 1440 KiB. Bei der Markteinführung der HD-Diskette wurde ein Fehler begangen, da die Kapazität in Wahrheit 1440 KiB beträgt. Aus Marketinggründen wurde durch 1000 statt 1024 dividiert, was zu 1,44 MB führte. Tatsächlich beträgt die Speicherkapazität aber entweder 1,47 MB oder 1,41 MiB. Brutto- und Nettokapazität unterscheiden sich aus verkaufstechnischen Gründen. Das Diskettenbeispiel zeigt uns, dass bei der Umrechnung nicht immer der Faktor 1024 verwendet wird. Heute finden wir zahlreiche Produkte, deren angegebene Speicherkapazität (Bruttokapazität) deutlich über der Nettokapazität liegt. Warum ist das so? Festplattenhersteller geben aus verkaufstechnischen Gründen möglichst hohe Kapazitäten für ihre Laufwerke an. Eine 250-GB-Festplatte könnte somit Bytes speichern. Errechnen wir die Nettokapazität, so erhalten wir als tatsächlich nutzbare Speicherkapazität für Abb.: Festplatte unser Laufwerk im Rechner lediglich 232,8 GiB. Die Nettokapazität liegt um 6,88 % unter der Bruttokapazität. Ü 4: Auf einem Datenblatt zu einem PC ist eine Festplatten-Bruttokapazität von 1 TB angegeben. Wie viel Speicherplatz steht netto tatsächlich zur Verfügung? Wenden wir nun die in dieser Lerneinheit erarbeiteten Kenntnisse in den Übungen und Aufgabenstellungen an! 10 Wirtschaftsinformatik Basic

11 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen Übungsbeispiele Ü 5: Ordne die folgenden Begriffe durch Ankreuzen zu: Begriff Hardware Software Daten Zentraleinheit Microsoft Word Auf dem PC geschriebener Brief Digitalkamera Mikrofon MP3-Musikdateien Ü 9: Wie viele Bit benötigen wir für die Information Wirtschaftsinformatik in ASCII- und in Unicode? Bildbearbeitungsprogramm Internet Explorer CD Scanner Windows XP 1 Grundlagen der Informatik Ü 6: Wandle folgende Dezimalzahlen in Binärzahlen um: Dezimalzahl Binärzahl Ü 7: Wandle folgende Binärzahlen in Dezimalzahlen um: Binärzahl Dezimalzahl Ü 8: Wandle die Zahl in eine Dezimalzahl um. Ü 10: Wie viele Bit sind 56 Byte? Wirtschaftsinformatik Basic 11

12 Lernen Ü 11: Auf eine CD-ROM passen rund 700 MiB Daten. Ein MP3-Titel benötigt ungefähr 4000 kb. Wie viele Musiktitel passen auf diese CD? Ü 12: Schreibe den Satz Ich gehe in die 1. Klasse als ASCII-Code! Beispiele:! = 21, + = 2B; A = 41; a = 61 Abb.: ASCII-Zeichentabelle ASCII-Code (hexadezimal): Ü 13: Wir verwalten unsere Audio-CDs in einer Datenbank. Von jeder CD wollen wir den Titel, die Interpreten und die einzelnen Musikstücke speichern. Für den Titel brauchen wir durchschnittlich 20 Zeichen, ebenso für die Interpreten. Auf jeder CD sind ungefähr 15 Musikstücke, die wiederum jeweils 15 Zeichen lang sind. Insgesamt haben wir 100 verschiedene CDs. Wie viel Speicherkapazität wird unsere Datei benötigen? Berechne die Dateigröße in den Größeneinheiten Byte, KiB und MiB. Byte: KibiByte: MebiByte: Ü 14: Ein Standardbrief von einer A4-Seite enthält ungefähr 30 Zeilen mit durchschnittlich jeweils 50 Zeichen. Wie viel Speicherplatz benötigen wir für den Brief? Berechne die Dateigröße in den Größeneinheiten KiB und MiB. KibiByte: MebiByte: Ü 15: Wir laden eine Musikdatei mit einer Größe von 3 MiB aus dem Internet herunter. Wir haben allerdings nur ein 56K-Modem, d.h., pro Sekunde werden 56 Kib Daten übertragen. Wie lange müssen wir warten, bis der Song vollständig auf unsere Festplatte kopiert wurde? ID: 9786 Zusätzlich zu diesen Übungen findest du in SbX eine Internetaufgabe zu den Größeneinheiten. 12 Wirtschaftsinformatik Basic

13 Lerneinheit 1: Begriffe und Grundlagen In dieser Lerneinheit haben wir wichtige Begriffe rund um die Computertechnik sowie Zahlensysteme und Größeneinheiten kennengelernt: 1 Grundlagen der Informatik Computertechnik heute Datenverarbeitungsprozesse Hardware, Software und Daten Bits und Bytes Zeichencodierung Binäres Zahlensystem Vorsilben für Maßeinheiten Binärpräfixe Brutto- und Nettokapazität Der Personal Computer ist das zentrale Gerät für multimediale Anwendungen. Computertechnik und Unterhaltungselektronik sind miteinander verschmolzen. Die Kernprozesse der Datenverarbeitung sind Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe (EVA). Sie werden durch den Hilfsprozess der Speicherung unterstützt. Computer und Geräte der Unterhaltungselektronik, wie Handy, DVD-Player oder HD-TV, verfügen über Hard- und Softwarekomponenten, welche aufeinander abgestimmt sind. Mit Hilfe von Programmabläufen generiert ein Benutzer Daten. Ein Byte besteht aus 8 Bit. Die Speicherung von Zahlen erfolgt im Computer in Binärform. Ein Bit kann die Werte True und False annehmen, die mit den Binärziffern 1 und 0 dargestellt werden. Der ASCII-Zeichensatz verwendet zur Darstellung 7 Bit und enthält keine länderspezifischen Zeichen wie Umlaute. Er ist die Basis für wichtige Zeichensätze wie ISO-Latin und Unicode. Das Internet, Linux und Windows verwenden Unicode zur Zeichencodierung. In der Computerindustrie werden Binärzahlen verwendet, z.b. im Bereich der Netzwerktechnik zur Darstellung von IP-Adressen. Der Umrechnungsfaktor zwischen den Größenordnungen kilo, mega, giga, tera, peta und exa beträgt in der Datenverarbeitung 1000 (10 3 ). Der Umrechnungsfaktor zwischen den Binärpräfixen kibi, mebi, gibi, tebi, pebi und exbi beträgt 1024 (2 10 ). Aus verkaufstechnischen Gründen wird bei der Angabe von Speicherkapazitäten meist die Bruttokapazität angegeben. Für die Angabe der Nettokapazitäten werden die Binärpräfixe verwendet. ID: 9787 Zusätzlich zu dieser Zusammenfassung findest du in SbX eine Bildschirmpräsentation. Wiederholungsfragen und -aufgaben 1. Nenne wenigstens fünf Hardwareelemente für den Multimediaeinsatz zuhause. 2. Beschreibe den Datenverarbeitungsprozess anhand einer Kundenverwaltung mit Rechnungsdruck. 3. Welchen Datenverarbeitungsprozessen ist das Schreiben eines Briefes mit einem Textverarbeitungsprogramm zuzuordnen? 4. Benenne die Begriffe Hardware, Software und Daten in Zusammenhang mit Mobiltelefon, SMS und Adressbuch. Wirtschaftsinformatik Basic 13

14 Lernen 5. Ordne die Begriffe Hardware, Software und Daten der Film-DVD Titanic zu. 6. Wie viele Bit sind nötig, um die Zahl 4000 darstellen zu können? 7. Wie viele Zahlenkombinationen sind mit einem 128-Bit-Passwort möglich? 8. Worin unterscheiden sich die Zeichencodierungen ASCII, Latin und Unicode? 9. Welche Dezimalzahl steht für die Binärzahl ? 10. Welche Binärzahl steht für die Dezimalzahl 93? 11. Worin unterscheidet sich eine Binärzahl von einer Dezimalzahl? 12. Wandle die Binärzahl in eine Dezimalzahl um. 13. Wie viel Speicherkapazität (in MiB) wird benötigt, wenn ein Dokument 7 Mio. Zeichen im Unicode-Format enthält? 14. Eine Videothek lagert 2500 Filme auf DVD. Eine Film-DVD fasst rund 8 GiB. Wie groß ist die Speicherkapazität aller DVDs zusammen (in TiB)? 15. Wandle die Dezimalzahl 255 in das binäre und das hexadezimale Zahlensystem um. ID: 9788 Zusätzlich zu diesen Aufgaben findest du in SbX ein Online-Quiz. Lerncheck Ich kann jetzt w... die Bedeutung von Computern für unsere Gesellschaft, die Begriffe Hardware, Software und Daten sowie den Datenverarbeitungsprozess und seine Teilprozesse verstehen. w... die Einheiten Bit und Byte und deren Bedeutung für die Zeichencodierung erklären. w... das Dezimal- und Binärsystem für die Darstellung von Zahlen verwenden. w... die Größenordnungen kilo, mega, giga, tera, peta und exa sowie kibi, mebi, gibi, tebi, pebi und exbi zur Darstellung von Datenmengen verwenden. In der folgenden Lerneinheit sehen wir uns die Hardware der Zentraleinheit, also des Computers selbst, genauer an. Wir lernen Bestandteile wie Prozessor, Mainboard und Speicher sowie deren Funktionsweisen kennen. 14 Wirtschaftsinformatik Basic

15 Lerneinheit 2: Zentraleinheit Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit findest du unter der ID: Lerneinheit 2 Zentraleinheit In dieser Lerneinheit lernen wir die verschiedenen Arten von Computersystemen und die Bestandteile von Personal Computern kennen. Wir erfahren, wie ein Prozessor arbeitet und welche Aufgaben ein Mainboard mit seinen Bestandteilen übernimmt. In dieser Lerneinheit beschäftigen wir uns mit Bauformen von Computern, Bestandteilen der Zentraleinheit, Mainboard, Prozessor, Chipset und Front Side Bus, Arbeitsspeicher und persistenten Speichern, verschiedenen Stufen von Caches sowie mit unterschiedlichen Formen von Datenbussen im PC. 1 Grundlagen der Informatik Lernen PDA Personal Digital Assistant 1 Arten von Computersystemen Vom PDA bis zum Großrechner Heute sind zahlreiche Arten von Computersystemen am Markt erhältlich. Das Angebot reicht vom kleinen PDA, mit dem wir unsere Adressen und Termine verwalten können, über Desktop- PCs, Notebooks, Server für kleine und große Netzwerke bis hin zu leistungsfähigen Großrechnern bzw. Supercomputern. Als Mainframe werden extrem leistungsfähige Großrechner bezeichnet. Leistung Entry-Level- Server Mid-Range- Server Mainframe Notebook Desktop-PC PDA ID: Abb.: Arten von Computersystemen nach Leistung und Preis Preis Als Clones wurden in den 1980er Jahren IBM-kompatible PCs von Drittherstellern, wie z.b. Compaq, bezeichnet. Wir konzentrieren uns auf jene Geräte, die derzeit den größten Marktanteil haben: Computer auf Basis des 1981 von IBM entwickelten PCs. Bis dahin gab es keine Standards im Bereich der Hard- und Software. Jeder Computer hatte sein eigenes Betriebssystem. Programme waren auf anderen Systemen nicht lauffähig. Der enorme Erfolg des PCs beruhte vor allem darauf, dass IBM Nachbaulizenzen an Dritthersteller, wie z.b. Compaq, vergab. In der Folge entbrannte ein enormer Wettbewerb zwischen IBM und den Clones. Wirtschaftsinformatik Basic 15

16 Lernen Der IBM-PC 1981: Intel 8088 Prozessor 4,77 MHz Taktfrequenz 16 kb Hauptspeicher 5,25-Zoll-Floppy Speicherkapazität 160 kb Betriebssystem: IBM PC-DOS 1.0 Preis: 1.565, USD ID: L 1: Abb.: IBM-PC aus dem Jahr 1981 Die Geschichte des Personal Computers 1981 stellte IBM mit dem Personal Computer (PC) ein revolutionäres Konzept vor. Erstmals war es möglich, einen PC durch Steckkarten (auch von Drittanbietern) zu erweitern. Außerdem vergab IBM Lizenzen an andere Hersteller, die ebenfalls PCs produzierten und unter dem Logo IBM-kompatibel verkauften. Das Betriebssystem lieferte eine bis dahin wenig bekannte und kleine Softwarefirma: Microsoft. Microsoft lizenzierte MS-DOS für alle Produzenten IBM-kompatibler PCs, sodass MS-DOS bald zum Marktführer bei Betriebssystemen avancierte. Mr. What und Ms. Check Die Mitbewerber von IBM unterschätzten anfangs das Marktpotenzial des PCs. Wie reagierten eigentlich die Mitbewerber von IBM anlässlich der Markteinführung des PCs? ren Computer in diesem Segment vom Markt verdrängen Dass der PC innerhalb kürzester Zeit praktisch alle ande- würde, konnten Anfang der 1980er viele noch nicht ahnen. John Roach, Präsident der Firma Tandy, damals ein bekannter Computerhersteller, meinte zur Vorstellung des IBM-PCs: I don t think it s that significant. Sehen wir uns nun an, aus welchen Teilen ein PC heute besteht. Wir werden schnell feststellen, dass sich gegenüber den 1980ern einiges verändert hat. 2 Bestandteile eines PCs Die Teile eines Multimedia-Desktops Monitor Zentraleinheit Lautsprecher ID: Tastatur Abb.: Bestandteile eines Multimedia-Desktops Maus Jeder PC bietet heute Anschlussmöglichkeiten für diverse Zusatzgeräte, wie z.b. für Speichermedien, CD- und DVD-Laufwerke, Videokameras, Fotoapparate, Drucker, Netzwerkkomponenten, Internet usw. Auch wer seinen PC immer bei sich haben möchte, kann aus verschiedenen Angeboten auswählen. 16 Wirtschaftsinformatik Basic

17 Lerneinheit 2: Zentraleinheit Der Suspend schaltet den PC automatisch ab, wenn er nicht benutzt wird, und ermöglicht das rasche Weiterarbeiten, wenn der Benutzer eine beliebige Taste drückt. ID: Notebook Tablet-PCs Abb.: Varianten mobiler Personal Computer PDAs Mobile Geräte stehen den Desktops in puncto Leistungsfähigkeit keineswegs nach. Die Herausforderung bei der Entwicklung besteht vor allem im Erzielen einer möglichst langen Akkulaufzeit. Neben Stromsparfunktionen (Suspend- Modi) werden Notebooks mit speziellen Mobilvarianten von Mikroprozessoren ausgestattet, die sich auch während des Betriebes abschalten können, wenn nicht die volle Rechenleistung benötigt wird. Durch ihre geringere Leistungsaufnahme entwickeln sie weniger Hitze und benötigen weniger Strom. 1 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Welche Vorteile bietet ein Desktop- PC gegenüber einem Notebook? Welche Vorteile bietet ein Notebook gegenüber einem Desktop-PC? Der Desktop-PC kann leicht mittels Steckkarten oder Festplatten erweitert werden. Außerdem sind Zentraleinheit und Monitor getrennt, sodass man bei einem PC-Neukauf den Monitor weiterverwenden kann. Mit einem Notebook kann man überall arbeiten. Die Stromversorgung erfolgt über einen Akku, der auch gegen Stromausfall schützt. Wagen wir nun einen ersten Blick unter die Haube. Aus welchen Bestandteilen setzt sich die Zentraleinheit zusammen? 3 Bestandteile der Zentraleinheit Wir machen einen Blick unter die Haube des Desktops DVD-RW Festplatte Prozessor mit Kühler Netzteil Mainboard Speichersockel ID: Abb.: Bestandteile der Zentraleinheit eines Desktop-PCs Wirtschaftsinformatik Basic 17

18 Lernen Bestandteile der Zentraleinheit Andere Begriffe für Mainboard sind Motherboard und Hauptplatine. 1 Das Mainboard enthält Prozessor-Sockel, Chipset, Steckplätze für Hauptspeicher und für Erweiterungskarten sowie I-/O-Schnittstellen für Ein- und Ausgabegeräte. Das Mainboard ist eine Platine, die mit zahlreichen hochintegrierten Schaltkreisen bestückt ist. Es enthält Anschlussmöglichkeiten (Schnittstellen) für Tastatur, Maus, USB-Geräte, Lautsprecher, Netzwerkkabel, Monitor usw. Erweiterungskarten können in freie Steckplätze (z.b. PCI oder PCI-Express) eingebaut werden. Das Mainboard und seine Aufgaben besprechen wir gleich näher. 2 Über Flachbandkabel werden die Massenspeicher an einen Controller am Mainboard angeschlossen. Das Mainboard enthält Anschlüsse für Massenspeicher wie Festplatten, CD- oder DVD-Laufwerke sowie Controller für diese Geräte. Das Netzteil versorgt alle Bauteile des PCs mit Strom. 3 Alle Geräte der Zentraleinheit werden mit Strom aus dem Netzteil versorgt. Alle Teile des PCs befinden sich in einem Gehäuse, das mit einem Netzteil ausgerüstet ist und den Strom aus der Steckdose in eine Wechselspannung von 5 V und 12 V umwandelt. Die Leistungsfähigkeit des Netzteils wird in Watt angegeben und muss größer als die Gesamtleistung aller angeschlossenen Komponenten des PCs sein. Abb.: PC-Netzteil Ü 1: Öffnen wir unseren PC, indem wir die Abdeckung abnehmen. Nun suchen wir die oben beschriebenen Teile und benennen sie richtig. Ü 2: Welche Teile benötigen wir, wenn wir einen PC selbst zusammenstellen wollen? Erstelle eine Einkaufsliste. Sehen wir uns nun das Mainboard etwas genauer an. Es nimmt Teile wie den Mikroprozessor oder den Speicher auf und ist ein wichtiger Bestandteil der Zentraleinheit. 4 Mainboard Die Hauptplatine ist die Basis für jeden Computer Jumper, BIOS und Chipset Die Konfiguration des Mainboards erfolgt über Jumper und das BIOS. 1 Die Konfiguration des Mainboards erfolgt über Jumper (Steckkontakte). Abb.: Jumper Wenn wir eine Aufrüstung unseres PCs vornehmen oder selbst einen PC zusammenbauen, so müssen wir die richtigen Einstellungen gemäß der Mainboard-Beschreibung über Jumper durchführen. Eine falsche Konfiguration der Einstellungen kann Hardwareschäden, z.b. an Prozessor oder Speicher, verursachen! 18 Wirtschaftsinformatik Basic

19 Lerneinheit 2: Zentraleinheit BIOS Basic Input Output System 2 Das BIOS ist die Betriebssoftware des Mainboards und startet das Betriebssystem des PCs. Drücken wir gleich nach dem Einschalten des PCs die Taste Entf bzw. F10 (herstellerabhängig), so gelangen wird in das Setup des Mainboards das sogenannte BIOS. 1 Grundlagen der Informatik I-/O-Schnittstellen Mikroprozessor mit Kühler Steckplätze Das Chipset besteht aus North- und Southbridge. Die Northbridge befindet sich näher am Prozessor als die Southbridge. ID: Chipset Abb.: Mainboard und seine wichtigsten Bestandteile Speicher- Steckplätze AMD hat beim Athlon 64 einen Teil der Northbridge bereits im Prozessor integriert. ID: Das Chipset steuert die Datenströme zwischen Prozessor, Hauptspeicher und Grafikkarte (Northbridge) und den Steckplätzen für Peripheriegeräte (Southbridge). Abb.: Chipset Front Side Bus Serial-ATA I/O USB Ethernet Prozessor Southbridge Northbridge PCI/PCIe Speicher Grafikkarte Steckplätze Das Chipset verbindet den Prozessor mit den restlichen Teilen eines PCs. Die Northbridge stellt eine besonders schnelle Verbindung zu Grafikkarte und Hauptspeicher her. Die Southbridge ist für die Verbindung zu anderen Geräten, wie Festplatte, USB und Steckkarten, zuständig. AMD ging beim Athlon 64 erstmals dazu über, die Speicheranbindung der Northbridge direkt in den Prozessor zu integrieren. Mr. What und Ms. Check Wovon hängt die Wahl des richtigen Mainboards ab? Für jeden Prozessortyp gibt es spezielle Mainboards, da der Prozessor und das Chipset eine Einheit bilden. Sehen wir uns nun das Herz eines Computers, den Prozessor, genauer an. Er ist in der Regel der teuerste Teil in einem PC und verdient daher entsprechend viel Aufmerksamkeit. Wirtschaftsinformatik Basic 19

20 Lernen 5 Mikroprozessor Der Prozessor ist das Herz eines Computers CPU bedeutet Central Processing Unit und ist der englische Fachbegriff für Mikroprozessor. Die wichtigsten Hersteller für PC-Mikroprozessoren sind Intel (z.b. Pentium-Prozessor) und AMD (z.b. Athlon-Prozessor). Hergestellt werden Prozessoren in Reinräumen, also in partikelfreier Umgebung, auf sogenannten Wafern. Ein Wafer enthält Cores (Kerne) für mehrere Prozessoren. Die Produktion von Mikroprozessoren erfolgt in staubfreier Umgebung. Das Bild zeigt die Produktionsumgebung bei Intel. Prozessor mit Kühlkörper Wafer Core ID: Abb.: Wafer und Prozessor-Cores Die Architektur eines Prozessors wurde von dem Mathematiker und Physiker John von Neumann im Jahr 1945 erstmals beschrieben. Nach ihr ist auch heute noch jeder Prozessor aufgebaut. Aufbau eines Mikroprozessors ALU Arithmetic Logical Unit (Rechenwerk) XOR bedeutet entweder...oder. OR ist eine Kombination aus XOR und AND. NOT dreht alle Bits in ihr Gegenteil um. Intel-kompatibel bedeutet, dass der Prozessor die x86-maschinensprache benutzt, die heute z.b. von Windows oder Linux unterstützt wird. 1 Das Rechenwerk (ALU) ist für arithmetische und logische Funktionen zuständig. Die arithmetische Einheit des Rechenwerks kann z.b. zwei Binärzahlen addieren. Durch wiederholtes Addieren in einer Schleife wird eine Multiplikation ausgeführt: z.b. 2 * 5 = Eine häufig benutzte logische Operation ist die AND-Operation (logisches Und): z.b AND 1100 = Nur wenn beide Bits 1 sind, ist das Ergebnis der Operation 1, sonst 0. Weitere logische Operationen sind OR, XOR und NOT. 2 Das Steuerwerk führt Befehle in Maschinensprache aus. Jeder Prozessor kennt seine eigene Maschinensprache. Wir unterscheiden bei der Befehlsverarbeitung zwei grundsätzlich verschiedene Code-Sets: CISC (Complex Instruction Set Code) verwendet eine große Zahl an fix im Prozessor gespeicherten Befehlen. PC-Prozessoren wie Intel Pentium 4 oder AMD Athlon 64 sind CISC- Prozessoren. RISC (Reduced Instruction Set Code) benutzt eine sehr kleine Zahl an fixen Prozessorbefehlen, die dafür aber sehr schnell abgearbeitet werden können. Vorteile sind u.a. kurze Entwicklungszyklen durch den einfacheren Aufbau und günstigere Produktionskosten. RISC-Prozessoren werden z.b. von Apple (IBM-PowerPC siehe Bild) oder Sun (Sun Sparc) verwendet. Abb.: IBM-PowerPC 20 Wirtschaftsinformatik Basic

21 Lerneinheit 2: Zentraleinheit Cache ist ein sehr schneller Zwischenspeicher, der Speicherzugriffe beschleunigt. 3 Register sind kleine, extrem schnelle Speichereinheiten für Zwischenergebnisse, wie z.b. von Rechenoperationen. Zur Erhöhung der Rechengeschwindigkeit werden Prozessoren mit Caches und zusätzlichen Fließkommarechenwerken ausgestattet. Zur effizienteren Bearbeitung von Befehlen wird das Pipelining verwendet. Die Taktfrequenz gibt den Rhythmus der Verarbeitung in MHz oder GHz an. 1 Grundlagen der Informatik Pipelining ermöglicht die Parallelverarbeitung von Befehlen. Die Geschwindigkeit eines Prozessors ist nicht nur von der Taktfrequenz abhängig. ALU Arithmetic Logical Unit Peripherie-Bus ID: János Neumann alias John von Neumann, geboren 1903 in Budapest, gestorben 1957 in Washington, war der Begründer des Von- Neumann-Rechnermodells. Steuerwerk Prozessor Register Abb.: Von-Neumann-Rechnermodell RAM ROM x86-kompatible 64-Bit-Prozessoren sind z.b. Athlon 64 X2 von AMD und Core- 2Duo sowie Core2Extreme von Intel. Der Intel Core2 Extreme QuadCore-Die (QX6700) fasst 582 Mio. Transistoren. Die Gatelänge eines Transistors beträgt 65 Nanometer. Der von Intel entwickelte 8086-Mikroprozessor war der Urgroßvater aller Personal-Computer- Prozessoren und verwendete erstmals den x86-befehlssatz. Folgende Architekturen haben sich im Lauf der Zeit entwickelt: Architektur eines Mikroprozessors 1 16-Bit-Architektur 1978 stellt Intel die und 8088-Prozessoren für den IBM-PC vor. Gemeinsam mit dem etwas später entwickelten verfügen diese Prozessoren über einen 16-Bit-x86-Befehlssatz. Die Zeit der 8-Bit-Prozessoren geht damit zu Ende Bit-Architektur 1985 kommt der Intel Prozessor auf den Markt. Er begründet eine neue Ära, die bis zum Pentium 4 andauert. Der ia32-befehlssatz erweitert den x86-befehlssatz der 16-Bit- Architektur und ist vollständig abwärtskompatibel Bit-Architektur 2003 beginnt für x86 das dritte Zeitalter. AMD bringt einen zu x86 kompatiblen 64-Bit- Befehlssatz mit dem Namen AMD64 im Athlon-64-Prozessor auf den Markt. Intel muss wenig später den Erfolg von AMD anerkennen und mit dem EM64T-Befehlssatz nachziehen. Der von Intel favorisierte ia64-befehlssatz für die Itanium-Prozessoren kann sich mangels Kompatibilität zu x86 gegen AMD nicht durchsetzen. Der neue Befehlssatz AMD64/ EM64T wird von Linux und Windows XP Professional x64 Edition unterstützt. Eine breite Akzeptanz von x64 beginnt mit der Markteinführung von Windows Vista. Mr. What und Ms. Check Welche Prozessoren werden in Notebooks verwendet? Bei Notebooks werden zur Erzielung möglichst langer Akkulaufzeiten stromsparende Mobilprozessoren benutzt. Wirtschaftsinformatik Basic 21

22 Lernen Mr. What und Ms. Check Stimmt es, dass die Geschwindigkeit eines Prozessors nur von der Taktfrequenz abhängt? Nein, das stimmt nicht. Die Taktfrequenz ist nur ein Faktor, der für die Rechenleistung eines Prozessors ausschlaggebend ist. Andere Faktoren sind Architektur (16 bit, 32 bit, 64 bit), Code-Set (CISC, RISC), Größe der Caches, Anzahl der Cores usw. Was bedeutet Dual-Core? Core steht für den Prozessorkern. Dual-Core bedeutet, dass in einem Prozessor zwei Kerne enthalten sind. Dadurch kann bei gleicher Taktfrequenz die Leistung eines Prozessors weiter gesteigert werden. Theoretisch ist die Vervielfachung der Kerne noch weiter steigerbar (Multi-Core). Wir wissen nun, dass der Prozessor ein sehr wichtiger Bestandteil des Computers ist. Zuvor haben wir schon gesehen, dass der Prozessor mit dem Chipset eng verbunden ist. Nun wollen wir uns mit dem Speicher genauer beschäftigen. 6 Speicher Die große Schreibtischlade für den Prozessor Der Prozessor hat mit seinen Registern nur ein sehr begrenztes Speichervolumen. Ein Computer benötigt daher einen vom Prozessor getrennten Arbeitsspeicher. RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory ID: Arbeitsspeicher (Hauptspeicher) Abb.: RAM und ROM am Beispiel des Personal Computers Basic Input Output System (BIOS) Als Refresh wird das ständige Versorgen des RAM mit Strom bezeichnet. Speicherarten 1 Der Hauptspeicher (RAM) wird als schneller Arbeitsspeicher für den Prozessor verwendet. Eine Speicherstelle kann vom Prozessor direkt adressiert werden. Im RAM werden Programme und Daten während der Arbeit mit dem PC abgelegt und laufend verändert. Diese Form des Speichers benötigt eine ständige Stromversorgung, um Daten halten zu können. Abb.: 1 GB RAM-Speichermodul 22 Wirtschaftsinformatik Basic

23 Lerneinheit 2: Zentraleinheit BIOS Basic Input Output System Speicherkosten in Euro pro MiB Arbeitsspeicher 1973: : : : : : : : 0, : 0,03 (Computer Bild 21/05) 2 Persistente Speicher (ROM) benötigen keine Stromversorgung zur Datenhaltung. Der Zugriff auf die Daten erfolgt blockweise. Beim Mainboard haben wir gesehen, dass zum Betrieb des PCs eine Betriebssoftware (BIOS) erforderlich ist, die den Start des Betriebssystems bewirkt. Das BIOS wird aus einem a) ROM (Read Only Memory), b) EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory) oder c) EEPROM (Electrically Eraseable Programmable Read Only Memory) geladen. Bei den ROM-Speichern handelt es sich generell um persistente Speicher, die Daten auch ohne Stromversorgung halten. Im Gegensatz zum RAM kann aber der Inhalt des Speichers nicht direkt adressiert, sondern nur blockweise gelesen werden. Deshalb ist der Zugriff deutlich langsamer als beim RAM. 1 Grundlagen der Informatik L 2: Der Gegenwert für 1 MiB Arbeitsspeicher betrug im Jahr 1973 ein Haus, im Jahr 1984 ein Fahrrad, im Jahr 1990 ein Brathuhn und im Jahr 2005 ein Gummibärchen. L 3: EEPROMs werden unter dem Namen Flash-Speicher bei Memory-Sticks und Speicherkarten für Digitalkameras (z.b. Compact-Flash) verbreitet eingesetzt. Mr. What und Ms. Check Wie groß ist der Arbeitsspeicher eines PCs? Auf Seite 16 ist ein IBM-PC aus dem Jahr 1981 mit seinen technischen Daten abgebildet. Damals hatte ein PC 16 KiB Arbeitsspeicher. Moderne Geräte haben einen Arbeitsspeicher von 1 GiB oder mehr. Der durchschlagende Erfolg des IBM-PCs in den 1980er Jahren wurde durch eine Technologie ermöglicht, die damals absolut herausragend war. Über einen standardisierten Datenbus konnte der PC mit Steckkarten verschiedener Hersteller erweitert werden. 7 Datenbus Ein PC kann jederzeit erweitert werden Der Datenbus verbindet das Chipset und den Prozessor mit Peripheriegeräten, wie z.b. Netzwerkkarte, Soundkarte oder Festplatten. Dem standardisierten Datenbus hat der PC seinen enormen Markterfolg zu verdanken. ISA Industry Standard Architecture ISA, PCI, AGP und PCI-Express 1 Der ISA-Bus war bis zum Prozessor der Standardbus in jedem PC. Aus dem Kürzel ISA leitete sich der Begriff Industriestandard-PC für IBM-kompatible PCs ab. Der 8-Bit-ISA-Bus wurde mit den Intel-Prozessoren 8086 und 8088 eingesetzt. Für den wurde der ISA-Bus auf 16 Bit erweitert. Der Vesa-Local-Bus wurde für die Prozessor-Familie eingeführt und beendete schließlich die Weiterentwicklung der auf dem ISA- Bus basierenden Datenbus-Varianten. Wirtschaftsinformatik Basic 23

24 Lernen PCI Peripheral Component Interconnect AGP Accelerated Graphics Port ID: PCIe PCI-Express ist skalierbar von x1 bis x32. ID: stellte Intel den PCI-Bus vor. Gemeinsam mit dem AGP beherrschte diese Technologie den PC-Markt zehn Jahre lang. PCI Abb.: ISA und PCI ISA Ab dem Prozessor wurde PCI zum Standard. Mit dem Pentium II wurde zusätzlich der AGP für Grafikkarten eingeführt. PCI arbeitete mit 32 oder 64 Bit und einer Taktrate von 33 oder 66 MHz. Die maximale Datentransferrate betrug 528 MiB/s. Weiterentwicklungen stellten PCI-X mit 133 MHz (max MiB/s) und PCI-X mit 266 MHz (max MiB/s) dar. Der AGP ermöglichte eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen Northbridge und Grafikkarte. Als maximale Datenübertragungsrate konnten mit 8x-AGP 2133 MiB/s erzielt werden. 3 PCI-Express ist der Nachfolger von PCI und AGP. Er bietet einen höheren Datendurchsatz und mehr Flexibilität. PCIe Abb.: PCI-Express und PCI PCI Bei PCI-Express beträgt der Datendurchsatz für jede 32 Bit breite Verbindung (Lane) bis zu 250 MiB/s. Durch Koppelung von Lanes kann das entsprechend Vielfache an Datendurchsatz erzielt werden (z.b MiB/s bei PCIe-x16 für eine Grafikkarte). In Consumer-PCs werden PCIe-x16- und PCIe-x1-Slots eingebaut (siehe Bild). Für Netzwerkserver sind zusätzlich x2, x4, x8 und x32 vorgesehen. Mr. What und Ms. Check Warum wurde zusätzlich zu PCI auch noch AGP eingeführt? Aufgrund der steigenden Leistungsanforderungen von Grafikkarten an den Datenbus (z.b. für 3D-Spiele) war rasch klar, dass PCI bald an seine Leistungsgrenzen stoßen würde. Mit dem AGP wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass er direkt an die Northbridge angebunden wurde, während PCI an die Southbridge gekoppelt war. Kann eine PCIe-x1-Karte auch in einen x2- oder x4-slot gesteckt werden? Ja, PCIe-Steckplätze sind abwärtskompatibel. Eine x1- Karte kann daher in jeden PCIe-Slot gesteckt werden. Aber eine x16-karte passt nur in einen x16- oder x32-slot. 24 Wirtschaftsinformatik Basic

25 Lerneinheit 2: Zentraleinheit Übungsbeispiele Ü 3: Ordne die Begriffe mittels Verbindungslinien den Abbildungen zu: 1 Grundlagen der Informatik Mid-Range-Server PDA Notebook Desktop-PC Entry-Level-Server Smartphone Ü 4: Beschrifte die Teile der Zentraleinheit: Ü 5: Ergänze die Tabelle: Teile der Zentraleinheit Schnittstellen Netzteil Front Side Bus Chipset Aufgabe Verarbeitung der Daten Träger aller Bauteile Konfiguration des Mainboards Ü 6: Nenne drei 64-bit-Prozessoren in CISC-Ausführung. Wirtschaftsinformatik Basic 25

26 Lernen Ü 7: Aus welchen Komponenten besteht das Chipset? Ü 8: Kreuze die richtigen Aussagen an: w Das BIOS enthält alle Programme. w Persistente Speicher behalten die Daten auch ohne Stromzufuhr. w Der RAM-Speicher wird auch Arbeitsspeicher genannt. w ROM bedeutet Release Once Memory. Ü 9: Ordne die folgenden Datenbusse chronologisch nach deren Markteinführung: Datenbus PCI AGP ISA 16 bit Vesa-Local-Bus PCI-Express ISA 8 bit Reihenfolge Ü 10: Welche Datenbus-Standards sind in der folgenden Grafik enthalten? ID: 9791 Zusätzlich zu diesen Übungen findest du in SbX eine Internetaufgabe. In dieser Lerneinheit haben wir wichtige Bestandteile der Zentraleinheit und deren Funktionen kennengelernt: Netzteil Das Netzteil versorgt die Komponenten des PCs mit Strom. Die Leistungsfähigkeit des Netzteils muss größer als die Gesamtleistung aller angeschlossenen Komponenten sein. 26 Wirtschaftsinformatik Basic

27 Lerneinheit 2: Zentraleinheit Mainboard Chipset BIOS Das Mainboard integriert alle Komponenten eines PCs. Es enthält den/die Sockel für Prozessoren sowie Steckplätze für den Arbeitsspeicher und Erweiterungskarten. Das Chipset besteht aus Prozessor, Northbridge und Southbridge. Alle Komponenten des Chipsets sind optimal aufeinander abgestimmt. Das Basic Input Output System ist die Basis-Betriebssoftware für das Mainboard und die angeschlossenen Komponenten. Über ein Setup-Programm kann der PC konfiguriert werden. Das BIOS startet das Betriebssystem. 1 Grundlagen der Informatik Prozessor Speicher Datenbus Der Prozessor enthält gemäß dem Von-Neumann-Modell Rechenwerk, Steuerwerk und Register. Er verarbeitet Befehle in Maschinensprache, kann Berechnungen durchführen und deren Ergebnisse speichern. Nach der Anzahl der eingebauten Befehle werden CISC- und RISC- Prozessoren unterschieden. Beispiele für Prozessoren unterschiedlicher Architekturen sind der 8086 (16 bit), der (32 bit) und der AMD Athlon 64 (64 bit). Der Arbeitsspeicher (RAM) ergänzt die sehr geringe Speicherkapazität des Prozessors. Daten können direkt adressiert werden. Persistente Speicher (ROM) gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie unterscheiden sich vom RAM dadurch, dass sie Daten ohne Stromversorgung halten können und nur einen blockweisen Zugriff auf die Daten ermöglichen. Der Datenbus bindet Erweiterungskarten in den PC ein. Der ISA-Bus ermöglichte den Markterfolg des Industriestandard-PCs. Die nächste Generation, PCI, später ergänzt mit AGP, beherrschte über zehn Jahre lang den Markt für PC-Erweiterungskarten, bis mit PCI-Express ein neuer, flexiblerer Standard etabliert wurde. Bei PCIe können mehrere Datenleitungen (Lanes) zum Erzielen höherer Datentransferraten kombiniert werden, woraus sich die Bezeichnungen x1, x2, x4, x8, x16 und x32 ergeben. ID: 9792 Zusätzlich findest du in SbX eine zusammenfassende Bildschirmpräsentation. Wiederholungsfragen und -aufgaben 1. Nenne mindestens fünf Bestandteile einer Zentraleinheit. 2. Nenne die Bestandteile eines Prozessors nach dem Von-Neumann-Modell und erkläre die Aufgaben der ALU. 3. Nenne die Elemente des Chipsets. 4. Was versteht man unter Dual Core bei einem Mikroprozessor? 5. Welcher Speichertyp wird bei Speicherkarten für Digitalkameras eingesetzt? Wodurch unterscheiden sich diese Speichertypen von RAM? 6. Welche Aufgaben hat das BIOS? 7. Erkläre den Unterschied zwischen PCI, AGP und PCI-Express. 8. Erkläre den Unterschied zwischen CISC und RISC. 9. Im technischen Datenblatt eines Servers mit AMD-Opteron-Prozessor sind die Kürzel x86 und AMD64 zu finden. Erkläre diese Begriffe. Wirtschaftsinformatik Basic 27

28 Lernen 10. Welche Eigenschaften eines Prozessors sind für ein Notebook besonders wichtig? ID: 9793 Zusätzlich zu diesen Aufgaben findest du in SbX ein Online-Quiz. Lerncheck Ich kann jetzt w... die Bestandteile der Zentraleinheit nennen und deren Bedeutung erklären. w... die Funktionsweise, Architektur und das Code-Set von Mikroprozessoren beschreiben. w... das Zusammenwirken von Mainboard, Prozessor und Chipset erklären. w... die Bezeichnungen für die Bestandteile der Zentraleinheit in technischen Beschreibungen und Berichten verstehen und deren Wichtigkeit für eine Kaufentscheidung einschätzen. w... den Markterfolg des PCs begründen. In der nächsten Lerneinheit beschäftigen wir uns mit weiteren Geräten wie Grafikkarte und Massenspeicher für PCs. Beispielsweise sehen wir uns an, wie Festplatten und optische Laufwerke funktionieren. 28 Wirtschaftsinformatik Basic

29 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit findest du unter der ID: Lerneinheit 3 Interne Peripheriegeräte In dieser Lerneinheit erarbeiten wir jene Bestandteile eines PCs, die sich innerhalb der Zentraleinheit befinden. Dazu zählen die Grafikkarte mit ihren Softwareschnittstellen, Schnittstellen zu den Ein- und Ausgabegeräten, USB und Firewire, Parallel-ATA- und Serial-ATA-Festplatten, SCSI-Festplatten sowie externe Festplattenspeicher wie NAS und SAN. 1 Grundlagen der Informatik Lernen Grafikkarten bieten zwei Ausgänge: DVI VGA DVI ist ein digitaler Ausgang für Flachbildschirme mit hoher Auflösung. VGA ist ein analoger Ausgang für alle Monitortypen. ID: Grafikkarte Als die Pixel laufen lernten Die Grafikkarte steuert die Anzeige auf dem Monitor. Moderne Grafikkarten sind selbst ein kleiner Computer, denn sie besitzen ihren eigenen Prozessor sowie ihren eigenen Speicher. Grafikkarten sind als AGP- AGP-Grafikkarte und PCI-Express-Versionen erhältlich. PCIe-Grafikkarte Grafikprozessor Abb.: AGP- und PCI-Express-Grafikkarten mit eigenem Grafikprozessor Wenn wir uns ein neues System kaufen möchten, sollten wir uns für die modernere PCI-Express-Variante entscheiden. Zukünftig wird sich PCIe gegenüber AGP durchsetzen, da durch die höhere Datentransferrate bei PCIe-x16 deutlich bessere Grafikleistungen möglich sind als bei 8x-AGP. Die Auflösung wird in Bildpunkten (Pixel) angegeben: 15" 1024 x / 19" 1280 x " 1600 x 1200 Die Farbtiefe wird in bit angegeben: 8 bit 256 Farben 16 bit ~65 Tsd. Farben 24 bit ~16 Mio. Farben 32 bit ~4 Mrd. Farben Typen von Grafikkarten 1 Onboard-Chips sind auf dem Mainboard integriert und sehr günstig, da keine eigene Karte benötigt wird. Diese Variante ermöglicht zwar die Darstellung hochauflösender 2D-Bilder mit bis zu 1600 x 1200 Pixel bei 32 bit Farbtiefe, aber für schnelle 3D-Spiele ist sie nicht geeignet. 2 Business-Karten liefern gestochen scharfe Bilder und unterstützen die Ausgabe auf mehreren Monitoren. Business-Karten haben relativ wenig Grafikspeicher und nur eingeschränkte 3D-Funktionen, bieten dafür aber gestochen scharfe Bilder, einen TV-Ausgang und meist die Möglichkeit zum Anschluss von mehreren Monitoren. Marktführer bei diesen Karten ist die Firma Matrox. Wirtschaftsinformatik Basic 29

30 Lernen 3 Game-Karten sind für Computerspiele und 3D-Darstellungen optimiert und in allen Preisklassen verfügbar. Grafikkarten für Computerspiele kosten oft so viel wie ein ganzer PC. Die beiden Marktführer ATI und NVidia kommen laufend mit Neuerungen auf diesen heißumkämpften Markt. Mr. What und Ms. Check Warum werden AGP- und PCIe-Karten parallel angeboten? ihrer alten Grafikkarte auf ein neues Modell umrüsten Da PCI-Express noch relativ neu ist und viele Benutzer von wollen, verlangen die Konsumenten immer noch AGP-Karten, denn für eine PCIe-Karte würden sie ein neues Mainboard benötigen. Für welche Grafikkarte soll ich mich entscheiden, wenn ich meine privaten Urlaubsfilme schneiden und bearbeiten möchte? Für diese Art von Anwendung ist heute jede Grafikkarte sehr gut geeignet. Eine teure Game-Karte ist dafür nicht nötig. Kann ich mit einer Grafikkarte auch fernsehen? Eigentlich nicht, aber viele Karten haben einen TV-Ausgang. Über diesen Ausgang kann ein TV-Gerät das Computerbild darstellen. Der DVD-Player im PC kann so dazu benutzt werden, Filme am Fernseher anzusehen. Will man allerdings wirklich TV-Programme sehen, benötigt man zusätzlich einen TV-Tuner. Tunerkarten sind als PCI- bzw. PCIe-Versionen erhältlich und verarbeiten Antennen- bzw. SAT-Signal. Die Größe des Videospeichers beträgt heute zumindest 128 MB. Die Grafikkarte erstellt das Bild und sendet dieses Signal an den Monitor. Zur Erzeugung des Bildes bedient sich die Grafikkarte ihres eigenen Grafikprozessors und des eigenen Videospeichers. L 1: Toni hat mit seinem 2-Megapixel-Fotohandy ein Foto aufgenommen und möchte dieses nun mit einer Farbtiefe von 24 bit am Bildschirm darstellen. Wie viel Videospeicher wird für die Darstellung des Bildes in der Grafikkarte benötigt? Pixel * 24 bit / 8 = Bytes = 5,72 MiB bzw. 6 MB Ü 1: Ein Actionspiel arbeitet mit einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixel und 32 bit Farbtiefe. Pro Sekunde werden 25 Bilder dargestellt. Welches Datenvolumen muss die Grafikkarte in zehn Minuten Spielzeit bewältigen? Mr. What und Ms. Check Local Area Network (LAN) steht für lokales Netzwerk. Was ist eine LAN-Party? Bei einer LAN-Party treffen sich spielbegeisterte Leute, um gegeneinander Computerspiele zu spielen. Zur Standardausrüstung eines Gamers gehören neben einem getunten PC auch ein Netzwerkanschluss und ein Headset, damit sich die Gamer während des Spielens unterhalten können. Sehen wir uns nun an, wie moderne Grafikanwendungen (z.b. Spiele) programmiert werden. War die Installation in den 1980er und 1990er Jahren noch ein schwieriges Unterfangen, so ist dies heute im wahrsten Sinn des Wortes ein Kinderspiel. 30 Wirtschaftsinformatik Basic

31 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Eine Schnittstelle (engl. Interface) ermöglicht die Verbindung von zwei Systemen. 2 Grafikschnittstellen Vermittlung zwischen Grafikhard- und -software Vor 1995 mussten Computerspiele die Grafikkarte direkt ansprechen, da es damals noch keine Softwareschnittstellen für Grafikkarten gab. Spielehersteller konnten mit ihren Spielen auch nur bestimmte Grafikkarten unterstützen. Mit einer falschen Karte konnte man das Game nicht spielen. Dies war für den Anwender sehr mühsam. 1 Grundlagen der Informatik ID: DirectX OpenGL Abb.: DirectX und OpenGL unterstützen verschiedene Betriebssysteme. API (Application Program Interface) ist eine Verbindung von zwei Softwaresystemen. Die Grafikschnittstellen DirectX und OpenGL 1 DirectX wurde 1995 von Microsoft für das Betriebssystem Windows eingeführt. Es handelt sich um ein API für Spieleprogrammierer. DirectX bietet eine Softwareschnittstelle (API) zur 2D- und 3D-Grafikprogrammierung für Windows und die Xbox, ohne auf die speziellen Eigenheiten der jeweiligen Grafikhardware Rücksicht nehmen zu müssen und unter teilweiser Umgehung der Kontrolle durch das Betriebssystem. Ein Teil von DirectX ist Direct3D, das einen schnellen Zugriff auf 3D-Funktionen der Grafikkarte erlaubt. Weitere Schnittstellen sind DirectSound (für Klangwiedergabe), DirectMusic (für Musikwiedergabe), DirectInput (z.b. für Joysticksteuerung), DirectPlay (für Netzwerkspiele im Multiplayerbetrieb) oder DirectShow (für Videowiedergabe). 2 OpenGL ist ein betriebssystemunabhängiger Schnittstellen-Standard für 3D- Grafikanwendungen. Etwa 250 Befehle erlauben 3D-Darstellung in Echtzeit. OpenGL wurde ursprünglich von Silicon Graphics (SGI) entwickelt. Die Umsetzung übernimmt bei OpenGL der Grafiktreiber. Unterstützt die Grafikkarte den Befehl nicht, so wird dieser über den Hauptprozessor ausgeführt. Spiele, die OpenGL benutzen, sind z.b. Doom und Quake. Mr. What und Ms. Check Ich habe eine DirectX-fähige Grafikkarte. Kann ich damit jedes beliebige Computerspiel spielen, auch wenn es schon 15 Jahre alt ist? Nein, ältere Spiele haben DirectX noch nicht unterstützt, da es erst 1995 von Microsoft mit Windows 95 eingeführt wurde. Davor mussten Spiele mühsam händisch konfiguriert werden. Die Grafikschnittstelle ist eine Software. Sehen wir uns nun einige Hardware-Schnittstellen an. Wirtschaftsinformatik Basic 31

32 Lernen 3 Input-/Output-Schnittstellen Anschluss externer Geräte an die Zentraleinheit Über Input- und Output-Schnittstellen können beliebige Geräte mit dem PC verbunden werden. Die Schnittstellen befinden sich am Mainboard und sind auf der Rückseite des Gehäuses der Zentraleinheit über verschiedene Anschlussbuchsen zugänglich. Videokamera Lautsprecher Tastatur Maus Digitalkamera Mikrofon ID: Abb.: Input-/Output-Schnittstellen Drucker Netzwerk Typen von Input-/Output-Schnittstellen PS/2-Schnittstelle Parallele Schnittstelle Serielle Schnittstelle USB und Firewire Netzwerk-Schnittstelle 1 Die PS/2-Buchsen ermöglichen den Anschluss von Tastatur und Maus. Tastatur und Maus sind nach wie vor häufig über einen PS/2-Anschluss mit dem PC zu verbinden. Viele Geräte haben aber auch einen USB-Anschluss. 2 Parallele Buchsen ermöglichten früher den Anschluss eines Druckers. Am Drucker wurde diese Schnittstelle als Centronics bezeichnet. Heute werden Drucker über USB oder Netzwerkkabel angeschlossen. 3 Serielle (9-/25-polige) Stecker ermöglichten früher den Anschluss langsamer Geräte, wie z.b. eines Modems. Geräte mit seriellem Anschluss findet man heute kaum noch. Es gibt aber im Bereich der industriellen Fertigung noch einige Spezialmaschinen, Prüf- und Messgeräte, die über serielle Anschlüsse verfügen. 4 Firewire und USB sind die Schnittstellen für die meisten heute verfügbaren Peripheriegeräte. Firewire wird meist für Video-Datenübertragung, USB für PC-Peripheriegeräte eingesetzt. 5 Mittels einer RJ45-Netzwerkbuchse können andere Computer oder ein Router zur Internetverbindung angeschlossen werden. Moderne Mainboards haben einen Netzwerkanschluss mit 100 Mbit/s oder 1000 Mbit/s bereits eingebaut. 6 Soundbuchsen ermöglichen die Klangein- und -ausgabe. Über Soundbuchsen können Lautsprecher, Mikrofon oder eine Hi-Fi-Anlage angeschlossen werden. Audio-Schnittstellen Während PS/2, parallele und serielle Schnittstellen bereits eine veraltete Technologie darstellen, gewinnen USB und Firewire zunehmend an Bedeutung. Sehen wir uns diese wichtigen Schnittstellen etwas genauer an. 32 Wirtschaftsinformatik Basic

33 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte USB Universal Serial Bus 4 USB und Firewire Die Multimedia-Talente unter den Schnittstellen Die wichtigsten Standards für die Übertragung von Daten zu externen Geräten sind USB und Firewire. Unterschiede und Gemeinsamkeiten von USB und Firewire 1 USB wird zum Anschluss von externen Peripheriegeräten verwendet. Es gibt drei Steckertypen: Mini-USB, A und B. Jeder moderne Computer bietet Anschlussmöglichkeiten für bis zu 127 USB-Geräte. Die Geräte werden automatisch erkannt Abb.: USB-mini-B, USB-A- und -B-Stecker und installiert (Plug&Play) und können während des PC-Betriebes an- und abgesteckt werden (hot plug/unplug). Wer mehr USB-Geräte anschließen möchte, als der PC Buchsen hat, kann dieses Problem mittels USB-Hub lösen. Es ist auch möglich, mehrere USB-Hubs aneinander anzuschließen, was als Kaskade bezeichnet wird. 1 Grundlagen der Informatik Firewire wird auch als IEEE 1394 oder i.link bezeichnet. 2 Firewire wird zur Übertragung von Multimediadaten, wie z.b. Videos, benutzt. Firewire wurde zur Übertragung von Videos entwickelt und ist heute in jeder digitalen Videokamera vorhanden. Im Gegensatz zu USB benötigt Firewire keinen Host, der die Geräte verwaltet (bei USB ist das der PC). Es Abb.: 1394a 6-polig, 1394a 4-polig und 1394b-Stecker können also auch zwei Firewiregeräte direkt miteinander verbunden werden (z.b. Videokamera und DVD-Rekorder). Die Tabelle verdeutlicht die Unterschiede und Gemeinsamkeiten beider Technologien: Eigenschaft USB Firewire Maximale Anzahl an Geräten Maximale Übertragungsrate 12 Mbit/s (USB 1.1) 480 Mbit/s (USB 2.0) 400 Mbit/s (IEEE 1394a) 3200 Mbit/s (IEEE 1394b) Plug&Play-Unterstützung ja ja Hot Plug-/Unplug-Unterstützung ja ja Integrierte Stromversorgung 5 Volt 8 40 Volt Maximale Kabellänge 5 Meter 4,5 Meter (Kupferkabel) 100 Meter (Glasfaserkabel) Topologie Baum Stern Host-Controller nötig ja nein Mr. What und Ms. Check Welche Schnittstellen verwenden Maus, Videokamera und ADSL-Router? Soll ich meine Festplatte über USB 2.0 oder IEEE-1394a anschließen? Die Maus verwendet eine PS/2- oder eine USB- Schnittstelle, die Videokamera nutzt Firewire oder USB. Ein ADSL-Router kann über USB oder RJ45 angeschlossen werden. Ich würde die Festplatte über USB 2.0 anschließen, da IEEE- 1394a eine etwas niedrigere Datenübertragungsrate aufweist. Um Daten zu speichern, können wir eine externe Festplatte über USB oder Firewire anschließen. Die verschiedenen Arten von Festplatten und deren Anschlussmöglichkeiten sehen wir uns nun genauer an. Wirtschaftsinformatik Basic 33

34 Lernen 5 Festplatte Magnetischer Datenspeicher Die Festplatte ist das wichtigste Speichermedium eines PCs. Sie speichert Betriebssystem, Anwenderprogramme und Daten. rpm (revolutions per minute) Der Wert gibt an, wie oft pro Minute sich die Platte um die eigene Achse dreht. Diese Grafiken findest ID: Schreib-/ Lesekopf Schrittmotor Abb.: Festplatte mit ihren Bestandteilen Antrieb Platten Der Antrieb bringt die Platte auf eine Geschwindigkeit von 7000 bis rpm. Der Schreib-/Lesekopf wird vom Schrittmotor angetrieben und kann punktgenau über der Plattenoberfläche positioniert werden. Doch Vorsicht, die kleinste Erschütterung kann bereits die Oberfläche der Platte bei einem Leseoder Schreibzugriff zerstören. Rampe Parkposition Parkposition Wenn keine Lese- oder Schreibzugriffe stattfinden, befindet sich der Kopf in einer Parkposition. Dies verhindert einen Headcrash bei plötzlichen Erschütterungen (z.b. bei Notebooks). Abb.: Schreib-/Leseköpfe parken Headcrash bezeichnet das Aufsetzen des Schreib-/ Lesekopfes auf der Plattenoberfläche. Die Übertragungsrate gibt an, wie viele MB pro Sekunde von der Platte gelesen bzw. auf die Platte geschrieben werden können. Die Zugriffszeit gibt die durchschnittliche Zeitspanne an, bis die gewünschte Information auf der Platte gefunden wird. Funktionsweise Eine Festplatte besteht aus mehreren einzelnen Scheiben, die in einem Stapel übereinander angeordnet sind. Dieser Plattenstapel dreht sich permanent mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Der Platz auf jeder Platte wird in Kopfbewegung Spuren und Sektoren unterteilt, wobei jeder sich dadurch ergebende Bereich Schreib-/Lesekopf gleich viele Bytes aufnimmt. Eigentlich wird dadurch viel Speicherplatz vergeudet, Achse Schrittmotor Abb.: Funktionsweise einer Festplatte Antrieb denn außen würde viel mehr Raum für Daten zur Verfügung stehen als im Zentrum der Scheibe. Durch die Einteilung in Spuren und Sektoren ergibt sich jedoch der Vorteil einer sehr niedrigen Zugriffszeit. Der Lese- bzw. Schreibvorgang beginnt, sobald der Schrittmotor den Kopf auf der richtigen Spur positioniert hat und sich der richtige Sektor unter dem Kopf befindet. L 2: Wie kann die mittlere Zugriffszeit für eine Festplatte ermittelt werden? Im ungünstigsten Fall muss der Schreib-/Lesekopf eine ganze Plattenumdrehung lang warten. Im günstigsten Fall befindet sich der gesuchte Sektor unter dem Kopf. Durchschnittlich muss für jeden Zugriff eine halbe Plattenumdrehung gewartet werden. Daher gilt: Je schneller sich die Platte dreht, desto kürzer ist die mittlere Zugriffszeit. 34 Wirtschaftsinformatik Basic

35 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Speicherkapazitäten von Festplatten Die Speicherkapazitäten von Festplatten sind seit der Markteinführung des IBM-PCs enorm gestiegen: Jahr, Hersteller und Typ Baugröße Kapazität 1980, Seagate ST506 5,25" 5 MB 1983, IBM PC XT 5,25" 20 MB 1991, IBM/Fujitsu 3,5" 145 MB 1998, Seagate Barracuda 3,5" 50 GB 2006, Seagate Barracuda 3,5" 750 GB 1 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Wie viel Speicherkapazität haben Festplatten heute? Wie kann ich die Geschwindigkeit von Festplatten vergleichen? Moderne Festplatten haben eine Kapazität von 750 GB und mehr. Hitachi hat bereits angekündigt, demnächst Festplatten mit einer Kapazität über 1 TB auf den Markt bringen zu wollen. Ausschlaggebend für die Geschwindigkeit von Festplatten sind die Umdrehungsgeschwindigkeit, die mittlere Zugriffszeit, die Datentransferrate und die Größe des Festplatten-Caches. Nachdem wir nun wissen, wie eine Festplatte funktioniert, sehen wir uns an, wie die Daten auf die Festplatte übertragen werden. 6 Parallel-ATA und Serial-ATA Festplattenstandards für Consumer-PCs Bei Consumer-PCs gibt es zwei Standards für Festplatten, die sich auf den Datenbus und die Datenübertragung beziehen: ATA (Advanced Technology Attachments) bezeichnet einen allgemeinen Standard zum Anschluss von Massenspeichern. P-ATA (Parallel-ATA) wurde früher auch als IDE bezeichnet. IDE (Integrated Drive Electronics) wurde 1986 von Western Digital entwickelt. DMA Direct Memory Access ID: P-ATA- und S-ATA-Bussysteme 1 Parallel-ATA verwendet ein 40-poliges Flachbandkabel zur Datenübertragung zwischen Master-/Slave-Gerät und Mainboard stellte der Festplattenhersteller Western Digital eine Festplatte mit integrierter Laufwerkslogik (IDE) vor wurde IDE als P- ATA-1 zum Standard. Datenkabel Abb.: Parallel-ATA-Bus Stromkabel Master P-ATA- Datenkabel P-ATA- Datenkabel Slave Slave Master Um auch CD-Laufwerke ansteuern zu können, wurde 1997 der ATAPI- Standard integriert. P-ATA-6 wurde 2000 zum Standard und verfügt mit Ultra-DMA5 über die Möglichkeit, Daten mit einer Datenübertragungsrate von bis zu 100 MB/s direkt von der Festplatte in den Hauptspeicher zu übertragen. Pro Datenkabel werden zwei Geräte angeschlossen (Master und Slave). Wirtschaftsinformatik Basic 35

36 Lernen S-ATA ist hot-swap-fähig: Festplatten können während des Betriebes an- und abgesteckt werden. ID: Serial-ATA (S-ATA) überträgt die Daten Bit für Bit hintereinander (seriell). S-ATA ermöglicht hot-swap. Datenkabel Abb.: Serial-ATA-Bus Stromkabel S-ATA- Datenkabel S-ATA- Datenkabel S-ATA- Datenkabel S-ATA wurde im Jahr 2000 erstmals vorgestellt. Die Datenübertragung erfolgt seriell, was zu einer Datendurchsatzrate von 150 MB/s (S-ATA1) bzw. 300 MB/s (S-ATA2) verhilft. S-ATA- Festplatten können während des PC-Betriebes an- und abgesteckt werden. Pro Datenkabel wird ein Laufwerk angeschlossen. L 3: S-ATA- Festplatte S-ATA-Kabel Das Bild links zeigt eine S-ATA-Festplatte, die über ein S-ATA-Kabel mit dem Mainboard verbunden ist. Im Unterschied zu P-ATA werden hier deutlich kleinere Kabel sternförmig vom Mainboard aus an die Festplatten angeschlossen. Je Anschlussmöglichkeit am Mainboard kann nur eine Festplatte angesteckt werden. Bei P-ATA können je Anschluss zwei Festplatten (Master und Slave) angeschlossen werden, wofür ein Flachbandkabel mit insgesamt drei Steckern benutzt wird. Abb.: S-ATA-Anschluss Moderne Mainboards bieten beide Anschlüsse, S-ATA und P-ATA, an. Sehen wir uns nun die Profivariante bei den Festplatten-Bussystemen an, die vor allem im Serverbereich zum Einsatz kommt. 7 SCSI Festplattenstandard für Server-PCs SCSI (gesprochen Sca:si ) Das Small Computer System Interface wurde 1979 von Alan Shugart entwickelt und 1986 von der ANSI standardisiert. SCSI-Geräte werden vor allem in Netzwerkservern und Netzwerk- Storage-Lösungen eingesetzt. Folgende SCSI-Standards sind verbreitet: Alan F. Shugart, geboren 1930 in Los Angeles, Erfinder der Floppy Disk und von SCSI, gründete 1979 gemeinsam mit Finis Conner die Firma Seagate. steht für serielles SCSI. SCSI-Standard Jahr Maximale Datentransferrate SCSI MB/s SCSI MB/s SCSI-3, UltraSCSI MB/s Ultra2-SCSI, LVD-SCSI MB/s Ultra3-SCSI, auch Ultra MB/s Ultra MB/s Mit Serial Attached SCSI (SAS) werden auch SCSI-Geräte künftig ihre Daten seriell und nicht mehr parallel übertragen. In Planung sind eine Datenübertragungsrate von 300 MB/s sowie eine Kanalbündelung, sodass eine SAS-Festplatte mit zwei Anschlüssen bis zu 600 MB/s übertragen könnte. Außerdem sollen S-ATA-Festplatten an einen SAS-Controller angeschlossen werden können. 36 Wirtschaftsinformatik Basic

37 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Für den Anschluss von SCSI-Geräten wird ein SCSI-Host-Adapter benötigt. SCSI-Bussystem SCSI-Host-Adapter externe Geräte Datenkabel Stromkabel 1 Grundlagen der Informatik ID: Abb.: SCSI-Bussystem ID 3 ID 2 ID 1 ID 0 terminiert Das Ende eines Bus wird durch einen Terminator abgeschlossen. 1 Bis zu 15 Geräte können an einen SCSI-Host-Adapter angeschlossen werden. SCSI ist hot-swap-fähig. Wir benötigen einen SCSI-Host-Adapter, ein passendes Flachbandkabel sowie SCSI-Geräte, wie z.b. Festplatte, CD-, DVD- oder Bandlaufwerk (Streamer). In Netzwerkservern können Festplatten während des Serverbetriebes ein- und ausgebaut werden (hot-swap). 2 Jedes SCSI-Gerät im Bus benötigt eine eindeutige Nummer, die sogenannte ID. Damit der Host-Adapter die Geräte korrekt ansprechen kann, erhält jedes Gerät eine ID zwischen 0 und 14. Die ID 15 ist für den Host-Adapter selbst reserviert. Die ID wird auf jedem Gerät über Jumper eingestellt. 3 Das letzte Gerät im SCSI-Bus wird terminiert. Der SCSI-Bus muss an beiden Enden einen Abschlusswiderstand zur korrekten Terminierung haben. Wir müssen also eines der SCSI-Geräte terminieren. Dazu gibt es spezielle Stecker. Der Host-Adapter stellt das andere Ende dar und ist von vornherein terminiert. Mr. What und Ms. Check Warum wird in Netzwerkservern SCSI statt P-ATA verwendet? Der Vorteil von SCSI gegenüber P-ATA liegt in der Zahl der anschließbaren Festplatten je Controller. Bei P-ATA sind maximal zwei Geräte pro Controlleranschluss möglich, bei SCSI hingegen bis zu 15. Weiters sind SCSI-Festplatten aufgrund ihrer Bauweise besser für den Dauerbetrieb in Servern geeignet und der SCSI-Host-Controller entlastet den Mikroprozessor des Servers zusätzlich, was zu einer höheren Serverleistung führen kann. Sind SCSI-Festplatten schneller als S-ATA-Festplatten? Nehmen wir z.b. S-ATA1 und Ultra320 SCSI. S-ATA1 bietet 150 MB/s, während Ultra MB/s an Datendurchsatz ermöglicht. Doch das sind theoretische Werte, die von den heute verfügbaren Festplatten nicht erreicht werden, da diese unter 100 MB/s liegen. Für derzeit erhältliche Platten ist S-ATA1 ausreichend und überdies wurde 2005 bereits der Nachfolger S-ATA2 mit 300 MB/s Datendurchsatz vorgestellt. Die ständig steigenden Anforderungen an die Speicherkapazität ergeben sich durch die Digitalisierung von Bildern und Videos. Derzeit stehen wir vor der nächsten Stufe, die durch das hochauflösende Fernsehen HD-TV ausgelöst wird. Eine Festplatte mit einer Kapazität von 500 GB genügt für einen anspruchsvollen Cineasten schon längst nicht mehr. Sehen wir uns an, welche Möglichkeiten es gibt, flexibel und einfach die Speicherkapazität zu erweitern. Wirtschaftsinformatik Basic 37

38 Lernen Übungsbeispiele Ü 2: Ordne die Geräte mittels Verbindungslinien den richtigen Schnittstellen zu und schreibe die Bezeichnung der Schnittstelle zum jeweiligen Gerät: Ü 3: Kreuze an, zu welcher der beiden Schnittstellen die Aussagen passen: Aussage USB Firewire 127 Geräte anschließbar 8 40 V integrierte Stromversorgung Kabellänge bis 5 m maximal 3200 Mbit/s Datenübertragung leicht erweiterbar durch Hubs wird von Sony i.link genannt PC wird zur Geräteverwaltung benötigt wird auch IEEE-1394 genannt Ü 4: Beschrifte die Stecker mit den richtigen Bezeichnungen: 38 Wirtschaftsinformatik Basic

39 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Ü 5: Beschrifte die Bestandteile der Festplatte: 1 Grundlagen der Informatik Ü 6: Die Bruttokapazität einer Festplatte ist mit 500 GB angegeben. Berechne die Nettokapazität in GiB. Ü 7: Verbinde die zusammengehörigen Geräte, Kabel und Stecker mit verschiedenfärbigen Linien: S-ATA-Festplatte P-ATA-Festplatte SCSI-Festplatte ATAPI-DVD-ROM ID: 9796 Zusätzlich zu diesen Übungen findest du in SbX eine Internetaufgabe. Wirtschaftsinformatik Basic 39

40 Lernen In dieser Lerneinheit haben wir wichtige interne Peripheriegeräte, deren Schnittstellen und Funktionen kennengelernt: Grafikkarte Grafikschnittstellen PS/2 Parallel- und Serial-Port USB Firewire Festplatte Parallel-ATA Serial-ATA SCSI Die Grafikkarte wird über AGP oder PCI-Express mit der Northbridge des Chipsets verbunden. Sie erzeugt das Bild, welches am Monitor ausgegeben wird. Röhrenmonitore werden über VGA, Flachbildschirme entweder über VGA oder DVI angeschlossen. DirectX und OpenGL sind Softwareschnittstellen für grafische Anwendungen, wie z.b. Spiele. Die Programmierer von Anwendungen greifen über die Funktionen der Softwareschnittstellen auf die Grafikeigenschaften der Karte indirekt zu. Die PS/2-Schnittstellen sind für den Anschluss von Tastatur und Maus an die Zentraleinheit vorgesehen. Die parallele Schnittstelle diente früher zum Anschluss eines Druckers. Die serielle Schnittstelle war für den Anschluss langsamer Geräte, wie z.b. Modem und Maus, vorgesehen. Der Universal Serial Bus ist eine universelle Schnittstelle zum Anschluss von bis zu 127 Geräten, wobei diese von einem Host-Controller verwaltet werden. Firewire wurde für die Übertragung großer Datenmengen im Multimediabereich entwickelt. Bis zu 63 Geräte können direkt miteinander verbunden werden. Ein Host-Controller wird nicht benötigt. Eine Festplatte speichert Daten auf Scheiben mit magnetisierbarer Oberfläche. Die Einteilung der Scheiben erfolgt in Spuren und Sektoren. Um Beschädigungen zu vermeiden, bewegt sich der Schreib-/Lesekopf in eine Parkposition. Bei Festplatten werden drei unterschiedliche Bussysteme unterschieden: P-ATA, S-ATA und SCSI. Parallel-ATA wurde früher als IDE bezeichnet und überträgt die Daten über ein 40-poliges Flachbandkabel, wobei pro Controller ein Master- und ein Slave-Laufwerk angeschlossen werden können. Serial-ATA löst P-ATA ab und zeichnet sich durch die serielle Datenübertragung und eine höhere Übertragungsrate aus. Für jede S-ATA-Festplatte wird ein eigener Controller-Anschluss am Mainboard benötigt. SCSI wird vorwiegend in Netzwerkservern eingesetzt. Pro Controller sind bis zu 15 Geräte anschließbar. SCSI-Festplatten sind für den Dauerbetrieb in Servern gebaut, dafür jedoch auch deutlich teurer als S-ATA- oder P-ATA-Festplatten. ID: 9797 Zusätzlich zu dieser Zusammenfassung findest du in SbX eine Bildschirmpräsentation. 40 Wirtschaftsinformatik Basic

41 Lerneinheit 3: Interne Peripheriegeräte Wiederholungsfragen und -aufgaben 1. Erkläre die Begriffe Grafikprozessor und Video-RAM. 1 Grundlagen der Informatik 2. Wie viel Speicher in MiB ist nötig, um ein Bild mit einer Auflösung von 1600 x 1200 Pixel bei einer Farbtiefe von 24 bit speichern zu können? 3. Erkläre den Unterschied zwischen VGA- und DVI-Anschluss auf der Grafikkarte. 4. Was versteht man unter einer Grafikschnittstelle? Erkläre die Begriffe DirectX und OpenGL. 5. Welche Vorteile bieten Grafikschnittstellen Programmierern von Spielen? 6. Nenne pro Schnittstelle mindestens zwei Geräte, die an sie angeschlossen werden können: a) PS/2, b) Parallel-Port, c) Serial-Port, d) USB, e) IEEE-1394, f) Audio 7. Erkläre die wesentlichen Unterschiede zwischen USB und Firewire. 8. Nenne mindestens fünf Gemeinsamkeiten von USB und Firewire. 9. Nenne alle Stecker für USB und Firewire. 10. Beschreibe Aufbau und Funktionsweise einer Festplatte. 11. Erkläre die wichtigsten Unterschiede zwischen Parallel-ATA und Serial-ATA. 12. Welcher Festplattenbus wäre vorzugsweise für ein Videoschnittsystem zu wählen? Begründe deine Wahl. 13. Nenne mindestens drei SCSI-Standards, die eine Datentransferrate von mehr als 20 MB/s bieten. 14. Welche Argumente sprechen für den Einsatz von SCSI in Netzwerkservern? 15. Erkläre die Begriffe NAS und SAN und erläutere die Unterschiede. ID: 9798 Zusätzlich zu diesen Aufgaben findest du in SbX ein Online-Quiz. Lerncheck Ich kann jetzt w... die Funktion einer Grafikkarte und die Begriffe DirectX und OpenGL erklären. w... Schnittstellen zum Anschluss externer Geräte aufzählen. w... die Funktion von Festplatten und die Unterschiede zwischen den Bussystemen erklären. w... die Begriffe NAS und SAN erläutern und deren Bedeutung für Netzwerke einordnen. In der nächsten Lerneinheit beschäftigen wir uns mit externen Peripheriegeräten. Wir sehen uns optische Datenträger und deren Unterscheidungsmerkmale genau an. Wir lernen die verschiedenen Formen von USB- und Flash-Speichern kennen und ergründen, wofür man PDAs und Smartphones einsetzen kann. Wirtschaftsinformatik Basic 41

42 Lernen Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit findest du unter der ID: Lerneinheit 4 Externe Peripheriegeräte In dieser Lerneinheit sehen wir uns die verschiedenen Formen von portablen Datenspeichern an. Dazu zählen: CD DVD beschreibbare optische Datenträger HD-DVD und Blu-ray Disc USB- und Flash-Speicher PDA und Smartphone Lernen Eine Linkliste zu den externen Peripheriegeräten findest du unter der ID: CD-DA Compact Disc Digital Audio Die MP3 wurde 1987 vom deutschen Fraunhofer- Institut entwickelt und ist ein Kompressionsformat für Audiodaten. ID: Compact Disc Die digitale Revolution der 1980er Jahre Die CD wurde 1982 von den Firmen Philips und Sony auf dem Markt eingeführt. In den folgenden Jahren erfreute sich zunächst die Audio-CD immer größerer Beliebtheit. Dies führte im Lauf der 1980er und am Beginn der 1990er Jahre zu einer nahezu vollständigen Verdrängung der Schallplatte und später mit der Entwicklung beschreibbarer CDs auch zur Ablösung der Kompaktkassette. Mit Einführung der MP3 verlor die Audio-CD jedoch Datenbereich zunehmend an Bedeutung, denn zum Speichern Lead-in von MP3-Dateien wird eine Lead-out CD-ROM verwendet. Egal um welches CD-Format es sich handelt, die Abb.: Aufbau einer Compact Disc Form der Informationsaufzeichnung ist immer die gleiche. Ein Laserstrahl tastet die Information ab, die von Pits und Lands unterschiedlich reflektiert wird. Das Lesen einer CD beginnt beim Lead-in auf der Innenseite und endet beim Lead-out am Rand. Dazwischen befindet sich der Datenbereich. Die Abtastung erfolgt in Spiralform unter optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes. CD-Standards legte der Red-Book-Standard das Format für die Audio-CD (CD-DA) fest. Die Audio-CD (Compact Disc Digital Audio, kurz CD-DA) löste die Schallplatte ab. Daten befinden sich in Form von Vertiefungen (Pits) auf der reflektierenden Oberfläche (Land) legte der Yellow-Book-Standard das Format für die Daten-CD (CD-ROM) fest. Eine CD-ROM fasst eine Datenmenge von 650 MiB (74 min), 700 MiB (80 min) oder 800 MiB (90 min). 42 Wirtschaftsinformatik Basic

43 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte Die Moving Picture Experts Group (MPEG) wurde 1988 gegründet und entwickelt seither Kompressionsformate für Video und Audio, wie z.b. MPEG1, MPEG2 und MPEG legte der White-Book-Standard das Format für die Video-CD (VCD) fest wurde die SVCD als IEC Standard festgelegt. Eine VCD enthält bis zu 74 min MPEG1-Video mit einer Auflösung von 352 x 288 Pixel bei 150 kb/s konstanter Bitrate (CBR) und Ton in CD-DA-Qualität. Eine SVCD fasst bis zu 70 min MPEG2-Video mit einer Auflösung von 480 x 576 Pixel bei 300 kb/s variabler Bitrate (VBR) und Ton in CD-DA-Qualität bzw. Dolby 5.1 Surround Sound. 1 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Das Fehlerkorrektursystem CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code) kommt bei der CD und der DVD zum Einsatz. Es ermöglicht das Lesen von zerkratzten Datenträgern. Kann ich eine zerkratzte CD noch lesen? Eine zerkratzte CD kann gelesen werden, da die Daten mittels Paritätsbits gesichert werden. Mit dieser CIRC-Technik können Kratzer bis zu einer Länge von 2,4 cm bei CD- ROMs und 8,5 cm bei CD-DAs ausgeglichen werden. Wie lange hält eine CD? Eine CD weist eine Haltbarkeit von etwa zehn bis fünfzig Jahren auf. Die zunehmende Beliebtheit der CD für den Audiobereich führte auch zu einem Nachdenken über das Speichern von Videos. Die CD mit ihren Standards VCD und SVCD setzte sich für das Speichern von Videos aufgrund ihrer zu geringen Speicherkapazität und mangelhaften Bildqualität weltweit nicht durch. Daher wurde eine gleich große Scheibe entwickelt, die in der Lage ist, deutlich mehr Daten auf der gleichen Fläche zu speichern die DVD. CD 700 MB DVD 4.7 GB 2 DVD Digital Versatile Disc Die dichtere Anordnung von Pits auf einer DVD ermöglicht eine größere Speicherkapazität als eine CD. DVD stand früher für Digital Versatile Disc. Heute steht DVD als Kunstwort für sich selbst. Der Durchmesser der Scheibe beträgt wie bei der CD 12 cm. Jedoch ist der Spurabstand deutlich geringer: 0,74 µm bei der DVD im Vergleich zu 1,6 µm bei der CD. DVDs können doppelseitig (Double-Side) bespielt werden. Außerdem können auf jeder Seite zwei Schichten vorhanden sein (Double-Layer). Daraus ergeben sich vier Formate: Mikrometer (µm) Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt ca. 70 µm. Der Spurabstand der DVD dagegen nur 0,74 µm. Ein Haar würde demnach 100 DVD-Spuren abdecken können. Single-Layer Single-Side Double-Side ID: Double-Layer Abb.: DVD-Formate: DVD-5, DVD-9, DVD-10 und DVD-18 Wirtschaftsinformatik Basic 43

44 Lernen DVD-Standards begann mit DVD-Video die Verdrängung der VHS-Kassette. Auf Druck der Filmindustrie einigten sich die Firmen Philips, Sony, Toshiba und Time Warner auf das DVD-Format. Es gibt drei DVD-Typen: DVD-Video, DVD-Audio und DVD-ROM Eine Hybrid-DVD enthält mehrere DVD-Typen. 2 Bei der DVD gibt es drei Typen: DVD-Video, DVD-Audio und DVD-ROM. Ein DVD-Typ ist anhand des Inhalts der DVD erkennbar. Bei DVD-Video befinden sich Videodateien im Ordner VIDEO_TS, bei DVD-Audio befinden sich Musikdateien im Ordner AUDIO_ TS und bei einer DVD-ROM können Dateien in beliebigen Ordnern gespeichert sein. 3 Eine Hybrid-DVD beinhaltet Video, Musik und Computerdaten auf einer DVD- Scheibe. Eine Hybrid-DVD spielt im DVD-Player einen Spielfilm ab. Legen wir die DVD in das DVD-Laufwerk des Computers ein, können wir ein Spiel spielen oder eine Webseite aufrufen. L 1: Die Abbildung zeigt den Inhalt einer Video-DVD. Die Namen der Dateien sind standardisiert und haben die Endungen BUP, IFO und VOB. Eine VOB-Datei darf maximal 1 GiB groß sein. Wird eine Video-DVD in einen DVD-Player eingelegt, so sucht der Player nach der Startdatei, die in der Regel das Menü beinhaltet. Abb.: Inhalt einer Video-DVD Mr. What und Ms. Check Wie groß ist die Speicherkapazität einer DVD? Das kommt auf das Format an: DVD-5 umfasst 4,7 GB, DVD-9 8,5 GB, DVD-10 9,4 GB und DVD GB. Wie kann ich feststellen, ob meine DVD eine Video-DVD ist? Wir legen die DVD in den Computer ein und sehen nach, ob der Ordner VIDEO_TS mit IFO-, VOB- und BUP-Dateien existiert. Bei jedem neueren PC oder Notebook gehört ein DVD-Laufwerk in der Regel zur Standardausstattung. Dieses Laufwerk ist auch zur CD abwärtskompatibel. Mit ihm können alle CD- und DVD-Formate und -Typen gelesen werden. In den meisten Fällen besitzen moderne PCs und Notebooks sogar einen DVD-Brenner. Mit einem solchen Gerät kann eine CD bzw. eine DVD selbst beschrieben werden. Sehen wir uns also an, was sich hinter dem Begriff DVD-Brenner verbirgt, welche beschreibbaren Medien es gibt und warum der Vorgang eigentlich Brennen heißt. 3 Beschreibbare optische Datenträger Vielfalt der Formate Ein moderner Multimedia-PC ist in der Regel bereits mit einem Brenner ausgerüstet. Wir unterscheiden CD- und DVD-Brenner: 44 Wirtschaftsinformatik Basic

45 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte CD-R-Rohling Compact Disc Recordable CD-RW-Rohling Compact Disc ReWriteable Brenner und Rohlinge Das Beschreiben eines Rohlings wird als Brennen bezeichnet. Mit einem Laserstrahl werden die Pits auf der speziellen Beschichtung der Oberfläche des Rohlings erzeugt. Auf diese Weise brennt der Laserstrahl die Daten in Form von Bits und Bytes auf die Scheibe. Abb.: CD-R-Spindel 1 CD-Brenner können CD-R- und CD-RW-Medien beschreiben. Es gibt zwei Formen von beschreibbaren CD-Medien: Die einmal beschreibbare CD-R und die mehrmals beschreibbare CD-RW. Eine CD-RW kann 50- bis 100-mal gelöscht und erneut beschrieben werden. CD-Rohlinge werden als CD-R74 (650 MiB), CD-R80 (700 MiB) und CD-R90 (800 MiB) angeboten. Dies gilt auch für CD-RW-Rohlinge. Aufgrund des rasanten Preisverfalls von DVD-Rohlingen und der deutlich geringeren Kapazität von CDs geht der Marktanteil der CD-R und CD-RW ständig zurück. Auch Softwarehersteller und Fachzeitschriften bieten mittlerweile DVDs statt CDs an (z.b. Microsoft, SUSE, Chip, c't). 1 Grundlagen der Informatik DVD R und DVD RW werden vom DVD- Forum, einer Vereinigung von mehr als 230 Firmen, unterstützt. DVD+R und DVD+RW werden von Firmen wie Dell, HP, Mitsubishi, Philips, Ricoh, Sony, Thomson und Yamaha unterstützt. DVD-RAM speichert Daten in Spuren und Sektoren. 2 DVD-Brenner werden in vier Typen eingeteilt: DVD-minus-, DVD-plus-, DVD-RAMund Multiformat-Brenner. Bei den beschreibbaren DVDs gibt es ebenso wie bei der CD einmal (DVD+R, DVD R) und mehrmals beschreibbare Rohlinge (DVD+RW, DVD RW, DVD-RAM). Multiformat-Brenner können alle Formate beschreiben. Das Lesen ist in der Regel mit allen DVD-Geräten, auch DVD-Playern, problemlos möglich (Ausnahme: DVD-RAM). Abb.: DVD+R- DL-Rohling Abb.: DVD-RAM-Rohling Abb.: DVD RW-Spindel Bei DVD+R, DVD R, DVD+RW und DVD RW erfolgt die Aufzeichnung wie bei der CD spiralförmig. Einzig die DVD- RAM stellt eine Ausnahme dar. Wie eine Festplatte wird die DVD-RAM beim Beschreiben in Spuren und Sektoren eingeteilt. Betrachten wir eine DVD-RAM, so können wir diese Einteilung sogar mit freiem Auge erkennen. Mr. What und Ms. Check Kann ich eine Kopie einer Audio-CD im Autoradio abspielen? Wofür eignen sich DVD-RAM- Medien besonders? Grundsätzlich ja, sofern es sich beim verwendeten Rohling um eine CD-R handelt. CD-RWs hingegen haben eine weniger stark reflektierende Oberfläche, sodass es bei älteren Geräten zu Leseproblemen kommen kann. DVD-RAM-Medien eignen sich zur Datensicherung, da nach dem Beschreiben auch eine Überprüfung stattfindet. Bei anderen Rohlingen (R, RW) ist dies nicht der Fall. Sollte ich meine Notebook-Daten auf CD oder DVD brennen? Ich würde DVD+RW oder DVD RW verwenden, da die Kosten pro MB deutlich geringer sind und die Medien bis zu 1000-mal neu beschrieben werden können. Moderne Anwendungen wie das hochauflösende Fernsehen verlangen nach einer noch höheren Speicherkapazität als jener einer DVD. Die beiden konkurrierenden Systeme auf diesem Sektor sind die HD-DVD und die Blu-ray Disc. Wirtschaftsinformatik Basic 45

46 Lernen 4 HD-DVD und Blu-ray Disc Wegbereiter für hochauflösendes Fernsehen Das Fernsehformat HD-TV liefert gestochen scharfe Bilder mit einer deutlich höheren Auflösung als das PAL-Format. Die DVD kann diese Datenmengen nicht mehr aufnehmen. Daher arbeiten zwei Firmenkonsortien an der Weiterentwicklung der DVD mittels blauer Laserdioden: HD-TV (high definition Television) bedeutet hochauflösendes Fernsehen und bietet eine Auflösung von 720 bzw Zeilen. PAL (Phase Alternating Line) ist die in Österreich bislang verwendete Fernsehnorm und bietet eine Auflösung von 576 sichtbaren Zeilen. 15 GB Single-Layer 30 GB Double-Layer 25 GB Single-Layer 50 GB Double-Layer ID: Abb.: HD-DVD und Blu-ray Disc im Vergleich HD-DVD und Blu-ray Disc im Vergleich Für die XBox 360 bietet Microsoft ein HD-DVD-Laufwerk an. Die Sony Playstation 3 wird mit einem Blu-ray- Laufwerk ausgeliefert stellte das DVD-Forum die HD-DVD als Nachfolger der DVD vor. Die Firmen NEC, Toshiba, Intel, IBM und Time Warner arbeiten an der HD-DVD mit einer Speicherkapazität von 15 GB je Layer für lesbare und 20 GB je Layer für beschreibbare Medien. Ein Vorteil dieses Systems ist unter anderem die Kompatibilität zur DVD, denn mit einem HD-DVD-Laufwerk können auch DVDs und CDs abgespielt werden präsentierte die Blu-ray-Disc-Association die Blue-ray Disc als neues Medium für HD-TV. Die Firmen Sony, Philips, Matsushita, Pioneer, LG, Hitachi, Sharp, Samsung, Dell, HP und Apple arbeiten an der Blu-ray Disc (BD) mit einer Speicherkapazität von 25 GB je Layer für les- und beschreibbare Medien. Unterstützende Firmen aus der Filmindustrie sind 20th Century Fox, Disney und Warner Brothers. High Definition Television (HD-TV) Full-HD: LCD- und Plasma-Bildschirme der neuesten Generation ermöglichen Darstellungen mit einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixel. Das HD-ready-Logo kennzeichnet HD-TVfähige Geräte. HD-TV bietet gestochen scharfe Bilder in den Formaten 720p und 1080i. Theoretisch gibt es zwar noch weitere Formate (z.b. 1080p, 1125i, 1250i), doch konnten sich diese bisher nicht durchsetzen. Bei 720p sehen wir Filme in einer Auflösung von 1280 x 720 Pixel als Vollbilder (progressive). Bei 1080i ist zwar die Auflösung mit 1920 x 1080 Pixel deutlich größer, jedoch erfolgt die Übertragung in Halbbildern (interlaced). In der Praxis wird die Bildqualität beider Formate als etwa gleichwertig empfunden. Abb.: HD-TV-Panel mit Surround-Sound-System (LG) Der technische Durchbruch von HD-TV steht Experten zufolge unmittelbar bevor und wird von der HD-DVD bzw. der Blu-ray Disc vorangetrieben. Moderne LCD-TV- und Plasmageräte sind für HD-TV meist vorbereitet und auch mit einem entsprechenden Logo gekennzeichnet. 46 Wirtschaftsinformatik Basic

47 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte Die folgende Abbildung zeigt einen Größenvergleich zwischen HD-TV und einer herkömmlichen DVD anhand eines Bildes aus dem Film Harry Potter von Warner Bros. Pictures. 1 Grundlagen der Informatik Bei einem HD-TV- Fernsehbild lassen sich bei gleicher Bildschirmgröße deutlich mehr Details ausmachen. HD-TV 720p PAL 576i (DVD) 1280 x 720 Pixel 720 x 576 Pixel ID: Abb.: HD-TV im Vergleich zur DVD Filmszene aus Harry Potter und der Feuerkelch 2005 Warner Bros. Ent. Harry Potter Publishing Rights J.K.R. Neben den bereits behandelten optischen Speichermedien erfreuen sich Flash-Speicher großer Beliebtheit. Sie werden in Speicherkarten für Handys und Digitalkameras sowie in USB-Sticks und MP3-Playern eingesetzt. 5 USB- und Flash-Speicher Elektronische Speicher für unterwegs USB- und Flashcard-Speicher sind die Nachfolger der Diskette. Sie werden in Handys, Digitalkameras und MP3-Playern eingesetzt. Ihre Vorteile: Sie sind klein, handlich, robust und zuverlässig. Mobile elektronische Speicher USB Universal Serial Bus 1 Der USB-Stick ist klein, handlich und immer mit dabei. Ob als Schlüsselanhänger, Uhr, MP3-Player oder Taschenmesser die Kapazität von USB- Sticks reicht bereits an jene der DVD heran. USB-Sticks gibt es in nahezu jeder erdenklichen Form. USB-Stick USB-Watch USB-Festplatte ID: WMA-Player MP3-Player Messer-Stick Abb.: USB-Speicher-Typen Wirtschaftsinformatik Basic 47

48 Lernen USB-Festplatten benötigen für die volle USB-2.0-Geschwindigkeit eine eigene Stromversorgung. 2 Externe USB-Festplatten sind gigantische Datenspeicher und können über USB an jeden PC angeschlossen werden. Die Palette bei USB-Festplatten reicht von der kompakten Notebook-Festplatte bis zur 400- GB-Desktop-Festplatte. Ohne Stromkabel sinkt die Datenübertragungsrate auf 12 Mbit/s (USB 1.1). Für den vollen USB-2.0-Speed von 480 Mbit/s kommt das Laufwerk ohne Strom nicht aus. Flashcards sind das bevorzugte Speichermedium für Digitalkameras. Cardreader ID: Klein und flach die Flash-Speicher. Abb.: Flash-Speicher-Typen Compact- Flash-Card Memory- Stick Memory- Stick-Duo Multimedia- Card xd-picture- Card Secure- Digital-Card Eine andere Erscheinungsform mobiler Speicher ist die Flashcard für Digitalkamera, Handy, MP3-Player und PDA. Wenn wir die Karte mit dem PC lesen wollen, verwenden wir am besten einen Cardreader, den es auch als externes USB-Gerät gibt. Über einen Mangel an Kartentypen können wir uns nicht beklagen, denn die Vielfalt ist nahezu unüberblickbar. Speicherhungrige Geräte, die mit Flashcards arbeiten, sind PDAs und Smartphones. 6 PDA und Smartphone Kombinationen aus Notebook und Handy Im Bereich der mobilen Kommunikation verschmelzen PC und Handy zu einer Einheit. Wenn wir eine Kombination von Handy und PC wollen, so greifen wir zum Smartphone. Einige Funktionen eines PCs bietet uns der PDA (Personal Digital Assistant). Mit Hilfe dieser Geräte organisieren viele Menschen ihren (beruflichen) Alltag. ID: Mobiltelefon Personal Digital Assistant (PDA) Abb.: PDA und Mobiltelefon (Handy) Der Apple Newton war der erste erfolgreiche PDA am Markt. PIM Personal Information Management Die Geschichte des PDAs Die ersten weltweit erfolgreichen PDAs wurden 1993 von Apple unter dem Namen Newton verkauft brachte US Robotics den kleinen und sehr beliebten Palm heraus. Ebenfalls sehr erfolgreiche PDAs wurden in den 1990er Jahren von der britischen Firma Psion hergestellt. PDAs werden zur Verwaltung alltäglicher Aufgaben verwendet. Darunter fallen PIM-Anwendungen wie Kalender, Adressbuch, Notizen und Aufgabenlisten, aber auch das Versenden von Briefen und s (besonders bei Smartphones). 48 Wirtschaftsinformatik Basic

49 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte General Packet Radio Service (GPRS) erweitert das GSM- Mobilfunknetz um eine paketbasierte Datenübertragung. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) ist die dritte Generation der Mobilfunkstandards und ermöglicht eine deutlich höhere Datentransferrate als GPRS. Mobile Kommunikation mit PDAs und Smartphones 1 Der PDA ist ein Mini-PC im Taschenformat. Er verwaltet Aufgaben, Termine, Adressen und Notizen, er dient als Navigationssystem für unterwegs und macht das Internet nutzbar. Es gibt ein breites Angebot an PDAs und die Grenze zwischen Notebook und PDA verschwimmt zusehends, da die kleinen Geräte immer leistungsfähiger werden. Viele PDAs bieten Multimediafunktionen wie das Abspielen von MP3s und Videos. Einige können sogar als Spielkonsolen verwendet werden. 2 Das Smartphone (Mobile Digital Assistant) ist ein Mobiltelefon mit einem integrierten PDA. Ein Smartphone kombiniert die Vorteile von PDA und Mobiltelefon. Mittels GPRS oder UMTS sind wir jederzeit online. Wir können s und auch Webseiten abrufen. 1 Grundlagen der Informatik L 2: Abb.: BlackBerry-Smartphones Smartphones 1999 startete die kanadische Firma Research in Motion den Verkauf der BlackBerry-Produktreihe. Das bestechend neue am Konzept des BlackBerry war die Möglichkeit, E- Mail-Korrespondenzen auch unterwegs erledigen zu können. Im Mai 2005 betrug der Marktanteil für BlackBerry-Smartphones 20,8 %. Damit war dieses Produkt der Marktführer unter den Smartphones. Der BlackBerry wird vor allem im Businessbereich eingesetzt. Mr. What und Ms. Check Wie werden PDA und Smartphone bedient, wenn es keine Tastatur gibt? Mit einem Stift über einen Touchscreen. Die Tastatur können wir über das Display einblenden und bedienen oder wir schreiben den Text einfach mit dem Stift. Das Gerät erkennt unsere Schreibschrift, wie z.b. die PDAs von Palm. Welche Unternehmen setzen PDAs ein? PDAs werden z.b. in Restaurants zur Bestellaufnahme, von der Post zur Bestätigung der Paket- und Briefzustellung oder von Geschäftsleuten zur Verwaltung ihrer Geschäftstermine eingesetzt. Wirtschaftsinformatik Basic 49

50 Lernen Übungsbeispiele Ü 1: Kreuze an, zu welchem der beiden Medien die Aussagen passen: Aussage DVD CD Größere Wellenlänge des Lasers Daten bestehen aus Bits Geringerer Spurabstand Spiralförmige Datenspur Pits liegen näher beieinander Größere Speicherkapazität Ü 2: Ein externer Brenner mit USB-2.0-Anschluss hat beim Schreiben eine Datentransferrate von 4800 KiB/s. Wie lange dauert das Brennen von 700 MiB auf eine CD? Ü 3: Überprüfe, ob die folgenden Aussagen zutreffend sind, und stelle die falschen richtig: Aussage Richtig Falsch Richtigstellung Die erste DVD kam 1990 auf den Markt. Auf einer DVD können sich Video-, Musikund Computerdaten befinden. Ein Headcrash kann auch bei optischen Speichermedien vorkommen. Eine CD-RW kann unendlich oft überschrieben werden. Die DVD-RAM hat Spuren und Sektoren wie eine Festplatte. Eine CD hat einen Lead-in-, einen Datenund einen Lead-out-Bereich. Die Pits auf einer CD sind die Vertiefungen, in denen der Laserstrahl reflektiert wird. Der Yellow-Book-Standard legt das Format für die Audio-CD fest. Eine Hybrid-DVD ist ein Double-Layer- Rohling. Im Lead-in steht das Inhaltsverzeichnis einer CD. Ü 4: Recherchiere: Wie viel kostet 1 MB Speicherplatz auf dem jeweiligen Medium? Medium 1 MB kostet Medium 1 MB kostet CD-R DVD-RAM CD-RW HD-DVD DVD-R Blu-ray Disc DVD-RW USB-Stick 50 Wirtschaftsinformatik Basic

51 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte Ü 5: Ordne zu, ob es sich um magnetische, optische oder elektronische Datenträger handelt: Merkmale magnetisch optisch elektronisch Magnetband CD-ROM Compact-Flash-Card Blu-ray Disc Festplatte USB-Stick DVD-Video 1 Grundlagen der Informatik Ü 6: Ordne das fehlende Element zu und recherchiere die aktuellen Kosten: Portabler Datenträger Größe Kosten Smart-Media-Card HD-DVD DVD-RAM 3,5-Zoll-Diskette 400 GB 50 GB Double-Layer 8,5 GB Double-Layer MB Ü 7: Auf eine externe Festplatte mit einer Datentransferrate von 20 MB/s sollen über USB GB Daten kopiert werden. Wie lange dauert es, bis die Daten auf der Festplatte gesichert sind? Ü 8: a) Wir haben in unserer Digitalkamera eine Compact-Flash-Karte mit 512 MB Speicherplatz. Für ein Foto in maximaler Auflösung brauchen wir durchschnittlich 1200 kb. Wie viele Fotos passen auf den Speicher? b) Wie lange dauert es, bis alle Fotos auf der Festplatte gesichert sind, wenn wir einen USB-1.1- Anschluss besitzen? Wir können davon ausgehen, dass die maximale Übertragungsrate erzielt wird und die Karte voll mit Bildern ist. Ü 9: Welche der folgenden Aussagen sind richtig? Kreuze an: Aussage Richtig Falsch Flash-Karten können auf jedem PC ohne Zusatzgerät gelesen werden. Mit einem PDA kann man sich nicht verlaufen, da jedes Gerät mit einem Navigationssystem ausgestattet ist. Mit einem Smartphone kann man zwar unterwegs ins Internet, aber nicht telefonieren. An einen PDA kann man eine Tastatur anstecken. HD-TV hat eine vertikale Auflösung von 720 oder 1080 Zeilen. ID: 9801 Zusätzlich zu diesen Übungen findest du in SbX eine Internetaufgabe. Wirtschaftsinformatik Basic 51

52 Lernen In dieser Lerneinheit haben wir wichtige externe Peripheriegeräte sowie deren Datenträgermedien kennengelernt: CD DVD CD-R, CD-RW DVD±R, DVD±RW DVD-RAM HD-DVD Blu-ray Disc HD-TV USB-Stick Flashcard PDA Smartphone Die Compact Disc ist ein optischer Datenträger mit einer Kapazität von 650 bis 800 MiB. Es gibt drei Standards: Red-Book definiert die Audio-CD, Yellow-Book die CD-ROM und White- Book legt den Standard der Video-CD fest. Die S-VCD ist ein weiterer Standard für Video-CDs mit höherer Bildqualität. Die DVD ist ein optischer Datenträger mit höherer Speicherkapazität, da die Spuren einen geringeren Abstand voneinander aufweisen. Es gibt drei Typen: DVD-Video, DVD-Audio und DVD-ROM. Hybrid-DVDs kombinieren mehrere Typen auf einer DVD. Bedingt durch die Möglichkeit, zwei Seiten (Single-/Double-Side) bzw. zwei Schichten (Single-/Double-Layer) verwenden zu können, gibt es vier Formate, die auf die Kapazität in GB hindeuten: DVD-5, DVD-9, DVD-10 und DVD-18. Es gibt zwei Formen beschreibbarer Datenträger bei CDs: Recordable und ReWriteable. Eine CD-R kann nur einmal beschrieben werden. Eine CD-RW kann nach einem Schreibvorgang gelöscht und 50- bis 100-mal beschrieben werden. Die beiden konkurrierenden Standards bei beschreibbaren DVDs sind Plus und Minus. Hinsichtlich ihrer Verwendung gilt das Gleiche wie bei der CD: Recordable bedeutet einmal beschreibbar, ReWriteable-DVDs können bis zu 1000-mal gelöscht und erneut verwendet werden. Die DVD-RAM speichert Daten ähnlich einer Festplatte in Spuren und Sektoren. DVD-RAMs können nur mit speziell geeigneten Laufwerken gelesen und beschrieben werden. Sie werden vorwiegend zur Datensicherung eingesetzt, da jeder Schreibvorgang durch nachträgliches Lesen überprüft wird. Schreibfehler können dadurch verhindert werden. HD-DVD und Blu-ray Disc sind Nachfolger der DVD mit deutlich höherer Speicherkapazität. Nötig sind diese hohen Speicherkapazitäten durch den Einsatz von HD-TV und dem damit verbundenen Platzbedarf für Filme in besserer Qualität. HD-TV bezeichnet hochauflösendes Fernsehen, das eine deutlich höhere Bildqualität ermöglicht. Es gibt zwei Formate: 720p und 1080i. Obwohl 1080i eine noch höhere Pixelzahl bietet als 720p, wird dennoch die Bildqualität als gleichwertig empfunden. Bei 1080i werden nur Halbbilder übertragen (interlaced) bei 720p jedoch ganze Bilder (progressive). USB-Sticks sind elektronische Speicher. Sie speichern die Daten auf einem Flash-ROM-Chip. Ihre Kapazitäten erreichen bereits jene von DVDs. USB-Sticks sind leicht, handlich und sehr robust. Flashcard-Speicher sind elektronische Speicher im Kartenformat. Sie sind extrem klein und flach und eignen sich daher als Speichermedien für ultrakompakte Geräte wie Digitalkameras, MP3-Player, Handys und PDAs. Ein Personal Digital Assistant ermöglicht PIM-Anwendungen wie Adressbuch, Aufgaben, Kalender, Briefe und Mails. Smartphones werden auch als MDA bezeichnet und integrieren zusätzlich ein Mobiltelefon. ID: 9802 Zusätzlich zu dieser Zusammenfassung findest du in SbX eine Bildschirmpräsentation. 52 Wirtschaftsinformatik Basic

53 Lerneinheit 4: Externe Peripheriegeräte Wiederholungsfragen und -aufgaben 1. Erkläre den Aufbau einer CD und die Begriffe Lead-in und Lead-out. 1 Grundlagen der Informatik 2. Was versteht man unter Pits und Lands? Wie erfolgt das Lesen von Daten von einer CD? 3. Erkläre die Unterschiede zwischen einer CD und einer DVD. 4. Welche Formate und Typen gibt es bei DVDs? 5. Welche beschreibbaren Datenträger und Medien gibt es bei CDs und DVDs? Nenne die Unterschiede zwischen DVD R, DVD RW und DVD-RAM. 6. Warum gibt es bei DVDs mit Plus und Minus zwei verschiedene Formen von beschreibbaren Medien? Erkläre den geschichtlichen Hintergrund. 7. Was bedeutet HD-TV? Erkläre den Unterschied zwischen 720p und 1080i. 8. Erläutere die Unterschiede zwischen HD-DVD und Blu-ray Disc. 9. Welche Formen von elektronischen Speichern für den mobilen Einsatz kennst du? 10. Nenne fünf verschiedene Arten von USB-Sticks! 11. Nenne fünf verschiedene Formen von Flashcards! 12. Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es für USB-Sticks bzw. Flashcard-Speicher? 13. Was versteht man unter einem PDA bzw. einem Smartphone? Erkläre den Unterschied zwischen diesen beiden Geräten. 14. Beschreibe die geschichtliche Entwicklung der PDAs in den 1990er Jahren und nenne drei konkrete Beispiele für erfolgreiche Produkte. 15. Nenne fünf PIM-Anwendungen für einen PDA bzw. ein Smartphone. ID: 9803 Zusätzlich zu diesen Aufgaben findest du in SbX ein Online-Quiz. Lerncheck Jetzt kenne ich w... CDs, DVDs sowie die beschreibbaren CD- und DVD-Datenträger und -Medien. w... die Unterschiede zwischen CDs, DVDs sowie HD-DVDs und Blu-ray Discs. w... die Formen elektronischer Speicher und deren Einsatzmöglichkeiten. w... die Einsatzmöglichkeiten von PDAs und Smartphones und deren Unterschiede. In der nächsten und gleichzeitig letzten Lerneinheit dieses Kapitels beschäftigen wir uns mit Ausgabegeräten wie Röhrenmonitoren, TFT- und Plasmadisplays, Videoprojektoren und den verschiedenen Arten von Druckern. Wirtschaftsinformatik Basic 53

54 Lernen Alle SbX-Inhalte zu dieser Lerneinheit findest du unter der ID: Lerneinheit 5 Ausgabegeräte In dieser Lerneinheit sehen wir uns die verschiedenen Formen von Ausgabegeräten an. Dazu zählen: Röhrenmonitor (CRT) Flachbildschirm Videoprojektor Multifunktionsgeräte Laserdrucker Tintenstrahldrucker Lernen 1 Röhrenmonitor Die Bildschirmtechnik des 20. Jahrhunderts Karl Ferdinand Braun ( ) entwickelte 1897 die Braun'sche Röhre. ID: Ein Röhrenmonitor enthält eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, Leuchtstoffschicht Ablenkspulen kurz CRT), welche auf der Braun'schen Röhre basiert. Die aus der Kathode austretenden Elektronen Elektronenstrahlen werden durch das unter Hochspannung ( Volt) stehende Beschleunigungsfeld zwischen Lochmaske Anode und Kathode auf die Leuchtstoffschicht Kathode geschossen. Der Elektronenstrahl wird durch eine Ablenkvorrichtung gesteuert, sodass er die Bild- Abb.: Kathodenstrahlröhre (Bild: Søren Peo Pedersen, Rendering: Pov-Ray) röhrenoberfläche Zeile für Zeile abwandert. Eine Loch- oder Streifenmaske (Trinitron-/Diamondtron-Technik) ermöglicht die exakte Darstellung der Bildpunkte ohne das Mitleuchten benachbarter Bildpunkte. 1 Zoll = 2,54 cm Die Einheit Hertz (Hz) misst die Frequenz in Schwingungen pro Sekunde. Technische Daten eines Röhrenmonitors 1 Die Größe eines CRT-Monitors wird in Zoll als die Länge der Diagonale der Kathodenstrahlröhre angegeben. Übliche Größen der Bildschirmdiagonale sind 15, 17, 19 und 21 Zoll. 2 Die Bildwiederholfrequenz hat unmittelbare Auswirkungen auf die Bildqualität. Ab 75 Hz empfinden wir ein Bild als flimmerfrei. Die Bildwiederholfrequenz oder -rate gibt an, wie oft pro Sekunde ein Bild neu aufgebaut wird. 80 Hz bedeutet z.b., dass ein Bild 80-mal pro Sekunde vom Monitor erzeugt wird. Gute Monitore haben eine Bildwiederholrate von bis zu 120 Hz. 54 Wirtschaftsinformatik Basic

55 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Eine Linkliste zu den Ausgabegeräten findest du unter der ID: Interlaced bedeutet, dass Halbbilder erzeugt werden. Bei der non-interlaced Darstellung werden Vollbilder erzeugt. Fernseher erzeugen Halbbilder aus geraden und ungeraden Zeilen (interlaced). Früher wurde diese Technik auch bei Computermonitoren mit sehr hohen Auflösungen angewendet. Heute werden in der Regel auch hohe Auflösungen non-interlaced, also als Vollbilder, mit einer Bildwiederholrate von über 75 Hz dargestellt. 1 Grundlagen der Informatik Mr. What und Ms. Check Ist ein CRT-Monitor dem TFT-Display technisch in allen Aspekten unterlegen? Nein. Ein CRT-Monitor weist in der Regel ein kontrastreicheres Bild auf. Die Farbtemperatur kann genauer eingestellt werden und der Effekt des Nachziehens (Motion Blur) tritt nicht auf. Deshalb ist ein CRT-Monitor für schnelle 3D-Spiele und zur Videodarstellung besser geeignet. Worauf sollte ich beim Kauf eines CRT-Monitors achten? Der Monitor sollte eine möglichst hohe Bildwiederholrate am besten über 100 Hz und ein gutes Kontrastverhältnis bieten. Er sollte strahlungsarm sein und Energiesparfunktionen haben. Ich möchte auch HD-TV-Filme auf meinem Monitor ansehen können. Funktioniert das auch mit einem CRT-Monitor? Nein, denn nur LCD- und Plasma-Displays bieten derzeit eine ausreichend hohe Auflösung und die erforderlichen digitalen Anschlüsse. Röhrenmonitore erleiden derzeit das gleiche Schicksal wie in den 1970er Jahren die Schwarzweiß-Fernseher. Sie werden durch die neue Fernsehnorm HD-TV zunehmend vom Markt verdrängt. 2 Flachbildschirm Die Bildschirmtechnik des frühen 21. Jahrhunderts Der Flachbildschirm war noch vor wenigen Jahren Science Fiction. Mittlerweile gehört er zum täglichen Leben. Flachbildschirme finden wir heute in Autos, auf Kühlschränken und Videokameras sowie als Fernseher und Computermonitore. Im Jahr 2003 wurden erstmals mehr Flachbildschirme als CRT-Monitore verkauft. Organic Light-Emitting Diode (OLED) bezeichnet eine Leuchtdiode, die einen organischen Farbstoff verwendet. OLED Liquid Chrystal Display (LCD) bezeichnet eine Bildschirmtechnologie, die zur Darstellung Flüssigkristalle verwendet. Plasma LCD ID: Abb.: Einsatzmöglichkeiten verschiedener Formen von Flachbildschirmen Wirtschaftsinformatik Basic 55

56 Lernen Bei einem Thin-Film- Transistor-Display (TFT), auch Aktiv-Matrix-LCD genannt, besitzt jeder Bildpunkt einen aktiven Verstärker in Form eines Dünnschichttransistors. 82-Zoll-TFT-LCD-Panel von Samsung mit 1920 x 1080 Pixel (Cebit, März 2005) 40-Zoll-OLED-Panel von Samsung mit 1280 x 800 Pixel (Samsung, Mai 2005) Mr. What und Ms. Check Typen von Flachbildschirmen 1 TFT-LCDs werden vor allem für kleine Displays verwendet und können auch für höhere Auflösungen sehr gut eingesetzt werden. TFT-LCDs finden wir als Minidisplays in Foto- und Videokameras, PDAs, GPS-Navigationssystemen in Autos sowie als Notebook- und Computerdisplays. Bei Computerdisplays sind heute Bilddiagonalen von 17, 19 und 20 Zoll Standard. Die Auflösungen reichen von 1024 x 768 bis 1600 x 1200 Pixel. Auch Wide-Screen-Displays im 16:9-Kinoformat sind beliebt. 2 LCD-TVs ermöglichen es, den Fernseher als Bild an die Wand zu hängen. Der enorme Preisverfall bei den LCD-TVs macht diese durchwegs HD-TV-fähigen Geräte auch für den Massenmarkt erschwinglich. Großbildgeräte sind derzeit bis zu einer Bilddiagonale von 45 Zoll, das entspricht 114 cm, erhältlich, doch sind sie noch relativ teuer. 3 Plasmabildschirme eignen sich vor allem für den Einsatz in Geräten mit großen Bilddiagonalen bis 61 Zoll, das entspricht 155 cm. Allerdings sind Stromverbrauch und Hitzeentwicklung sehr groß. Wer Kinofeeling im Wohnzimmer haben will, greift zu einem Plasmafernseher. Diese Technik eignet sich gut für sehr große Displays. Bei den günstigeren Angeboten sind die Auflösungen aber zu klein für HD-TV (z.b. bei Geräten mit einer Auflösung von 852 x 480 Pixel). HD-TV-fähige Plasmageräte sind deutlich teurer und preislich mit LCD-TVs vergleichbar. 4 OLEDs sind organische Flachbildschirme. Sie sind wesentlich günstiger in der Herstellung als TFT-Displays und benötigen keine aktive Hintergrundbeleuchtung. Derzeit gibt es bereits Displays bis zu einer Größe von 40 Zoll (siehe Bild). Sofern man die bestehenden Probleme mit der geringen Lebensdauer der organischen Farbschichten in den Griff bekommt, könnten OLEDs in den kommenden Jahren die TFT-/LCD-Technik ablösen. Kann eigentlich jeder LCD- und Plasmafernseher HD-TV darstellen? Nein. HD-TV-fähige Geräte sind mit dem HD-Ready- Logo gekennzeichnet. Vor allem bei den sehr günstigen Plasmabildschirmen reicht die Auflösung nicht aus und die nötigen digitalen Anschlüsse sind nicht vorhanden. Kann ich die Auflösung bei einem TFT-LCD ändern? Ja, aber du solltest immer die für das Gerät optimale Auflösung einstellen, da andernfalls Skalierfehler entstehen und die Darstellung von Grafik und Text unscharf ist. Skalierfehler bei verschiedenen Auflösungen auf einem TFT-LCD Kann ich meinen PC auch an einen LCD- oder Plasma-Fernseher anschließen? Ja, sofern das Gerät einen VGA- oder DVI-Anschluss hat. Doch in der Regel sind die Auflösungen von LCD- und Plasma-TV-Geräten kleiner als jene von Computermonitoren. Eine Alternative zum Flachbildschirm für das private Heimkino stellen Videoprojektoren dar. Sie eignen sich auch für den Einsatz bei Präsentationen, Messen, Werbeveranstaltungen und Schulungen. 56 Wirtschaftsinformatik Basic

57 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Liquid Chrystal Display (LCD) bezeichnet eine Bildschirmtechnologie, die zur Darstellung Flüssigkristalle verwendet. Digital Light Processor (DLP) wurde von Texas Instruments entwickelt und verwendet mikroskopisch kleine Spiegel auf einem DMD-Chip. ID: Videoprojektor Kino aus dem PC Ein Videoprojektor (Beamer) ist ein Bildprojektor für einen PC oder DVD-Player. Mit einem Beamer machen wir unser Wohnzimmer zum Kinosaal oder wir projizieren eine Firmenvorstellung bei einem Geschäftstreffen. Mühelos erreichen wir Desktopgerät LCD Bilddiagonalen von mehreren Metern in guter Qualität, sofern wir den Raum abdunkeln oder ein entsprechend lichtstarkes Gerät verwenden. DLP Kompaktgerät Abb.: Typen von Videoprojektoren 1 Grundlagen der Informatik Digital Micromirror Device (DMD) wurde von Dr. Larry Hornbeck 1987 bei Texas Instruments entwickelt und besteht aus bis zu 2 Millionen mikroskopisch kleinen Spiegeln. Einen Link zu einer Animation über die Funktionsweise von DLP findest du in der Linkliste unter der ID: Beamer-Technik 1 Bei einem LCD-Beamer wird das Bild auf einem transparenten LCD-Panel erzeugt und mit einer extrem hellen Halogenlampe projiziert. LCD-Beamer sind relativ preiswert und sehr gut zur Darstellung von Texten geeignet. Für bewegte Bilder eignen sich LCD-Beamer weniger, da sie ein starkes Nachleuchten (Motion Blur) aufweisen. 2 DLP-Beamer erzeugen das Bild auf einem DMD-Chip mittels mikroskopisch kleiner Spiegel und einem Farbrad. Bei hochwertigeren Geräten wird das Bild auf drei Chips erzeugt, sodass kein Farbrad erforderlich ist. Die DLP-Technik ermöglicht brillante Bilder mit hohem Kontrastverhältnis. Daher eignen sich diese Beamer vor allem zur Darstellung bewegter Bilder, weil sie weniger stark nachleuchten als LCD-Beamer. DMD-Chips werden auch in Rückprojektions-TV-Geräten und digitalen Projektoren in Kinos eingesetzt. Seit 1996 wurden mehr als 7 Millionen DMD-Chips verkauft (Quelle: Texas Instruments). Sind Standbilder schädlich für einen LCD-Beamer? Bei langer Anzeigedauer von Standbildern kann ein Memoryeffekt entstehen, den wir löschen können, indem wir ein weißes Bild darstellen. Soll ich mir für mein Wohnzimmer einen LCD- oder einen DLP-Beamer kaufen? Filme werden mit einem DLP-Beamer besser dargestellt, da das Nachleuchten kürzer ist. Mr. What und Ms. Check Wir haben uns nun mit den Möglichkeiten der vergänglichen Darstellung von Information über Bildschirme und Projektoren beschäftigt. Auf den folgenden Seiten sehen wir uns die Möglichkeiten der permanenten Darstellung mittels All-in-one-Geräten, Laser- und Tintenstrahldruckern an. Wirtschaftsinformatik Basic 57

58 Lernen 4 Multifunktionsgeräte Alles unter einer Haube ID: EAN von Wirtschaftsinformatik Basic Die European Article Number (EAN) besteht aus 8 oder 13 Ziffern. Multifunktionsgeräte (All-in-one-Geräte) vereinen die Funktionen von Scanner, Drucker, Kopierer und Fax. Mit diesen Geräten können Dokumente, Bücher und Bilder in den Computer eingelesen, bearbeitet und ausgedruckt werden. Scanner Fax Abb.: Multifunktionsgerät (Hewlett Packard) Die Geräte basieren entweder auf Laser- oder Tintenstrahldrucktechnik und enthalten einen Flachbett- oder Einzugsscanner sowie eine Druckeinheit. In der Regel werden die Geräte mittels USB mit dem PC verbunden, wobei die Kopierfunktion auch bei ausgeschaltetem PC verfügbar ist. Die Bedienung erfolgt über eine Menüsteuerung. Manche Geräte haben zusätzlich zu Scan-, Kopier- und Druckfunktion auch ein integriertes Fax. Sie werden an die Telefonbuchse angeschlossen und verfügen über eine Zifferntastatur für die Eingabe der Faxnummer. Neben den Flachbett- und Einzugsscannern, die für das Einlesen von Texten und Bildern verwendet werden, gibt es auch Scanner zur Erkennung von Barcodes. Barcode-Scanner Drucker Kopierer Barcode-Scanner kennen wir aus dem Handel. Die Geräte lesen Strichcodes (Barcodes) und senden die Ziffern an eine Registrierkassa oder einen PC. Der Barcode entspricht einer Zahl in der Regel der Artikelnummer des Produktes. Als weltweiter Standard hat sich der EAN-Code etabliert. Abb.: Barcode-Handscanner (Altek) Aufbau des EAN-13-Barcodes Der EAN-13-Barcode besteht aus 13 Ziffern. Die ersten zwei bis drei Ziffern sind der Ländercode, die nächsten fünf bis sieben Ziffern der Herstellercode, die folgenden drei bis fünf Ziffern die Produktnummer und die letzte Ziffer ist die Prüfziffer. Links zum Thema EAN findest du in der Linkliste unter der ID: L 1: Wählen Decodieren Rechnung Die Abbildung zeigt den Einsatz eines EAN-Codes in einem Elektrofachmarkt. Anhand der EAN wird die Artikelnummer der DVD-Rohlinge dekodiert. Das Kassensystem liest aus der Artikeldatei (PLU-Datei) den aktuellen Verkaufspreis aus und verbucht den Verkauf in der Datenbank. Das verkaufte Produkt wird auf dem Kassabon (Rechnung) ausgedruckt. Scannen Abb.: Einsatz eines EAN-Codes im Elektro-Fachmarkt 58 Wirtschaftsinformatik Basic

59 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Mr. What und Ms. Check Welche Vorteile bringen die EAN und das Abtasten mit einem Scanner? Sind All-in-one-Geräte wesentlich teurer als normale Drucker? Die Vorteile sind die Zeitersparnis bei den Kassen, die Vermeidung von Eingabefehlern sowie das weltweit einheitliche System für Artikelnummern. Kann ich meine DVD-Sammlung mit eigenen EAN-Codes bekleben? Mit einer Barcode-Schrift aus dem Internet kannst du Ziffern als EAN-Code auf Etiketten ausdrucken und mit einem Barcode-Scanner lesen. Barcode-Handscanner kosten mindestens 50 Euro. All-in-one-Geräte liegen in der gleichen Preisklasse wie vergleichbare Drucker ohne Scan- und Faxfunktion. Sie sind ab einem Preis von 150 Euro erhältlich. 1 Grundlagen der Informatik In der Schule benutzen wir zum Ausdrucken von Texten und Grafiken meist einen Laserdrucker. Doch wie funktioniert eigentlich ein solcher Drucker? Gary Starkweather entwickelte 1971 bei Xerox den ersten Laserdrucker. ID: Laserdrucker Der heiße Drucker Coronaentladung Reinigung Fixiereinheit Laser Abb.: Technischer Aufbau eines Laserdruckers Toner Papier Laserdrucker sind im Businessbereich aufgrund der niedrigen Druckkosten und ihrer hohen Druckgeschwindigkeit sehr verbreitet. Der erste Laserdrucker wurde 1971 von der Firma Xerox entwickelt. Kopierer arbeiten nach demselben technischen Prinzip. Bei einem Laserdrucker werden die Bilddaten des gewünschten Ausdrucks mittels Laserstrahl auf die Belichtungstrommel übertragen, wo der Toner haften bleibt und auf das Papier aufgebracht wird. Die Fixiereinheit brennt den Toner unter großer Hitze in das Papier ein. Dots per inch (dpi) bedeutet Punkte pro Zoll, 1 Zoll = 25,4 mm. Der HP Laserjet war der erste erfolgreiche Laserdrucker am Markt. Technische Daten von Laserdruckern 1 Die Auflösung bestimmt die Druckqualität bei einem Laserdrucker. Sie wird in der Einheit dpi angegeben. Laserdrucker bieten derzeit Auflösungen zwischen 600 und 2400 dpi. 2 Laserdrucker sind Seitendrucker. Die Druckgeschwindigkeit wird in Seiten/Minute (pages per minute, ppm) angegeben. Geschwindigkeit ist eine Preisfrage je schneller, desto teurer. Vor allem bei Farblaserdruckern müssen wir für schnellere Geräte deutlich tiefer in die Tasche greifen. Monochromlaserdrucker bieten relativ hohe Druckgeschwindigkeiten von 16 ppm und mehr. Farblaserdrucker werden mit Geschwindigkeiten von mindestens 6 ppm angeboten. Wirtschaftsinformatik Basic 59

60 Lernen Der Toner ist der vor allem in Fotokopierern und Laserdruckern verwendete Farbstoff. 3 Die Druckkosten werden wesentlich von den Kosten für den Toner beeinflusst. Der Toner wird in Cartridges geliefert. Ist der Toner leer, wird das ganze Cartridge gewechselt. Neben den Originaltonern gibt es ein breites Angebot an Nachbau-Cartridges, die zum Teil deutlich billiger sind. Gesundheitliche Beeinträchtigung Der Toner von Laserdruckern und Kopierern enthält als schwarzes Farbpigment Ruß und bei bestimmten Sorten auch die Schwermetalle Blei und Cadmium. Ausgetretener Toner kann Schleimhäute, Atemwege und Haut gesundheitlich beeinträchtigen. Laserdrucker und Kopierer sollten stets in gut durchlüfteten Räumen stehen, da technisch bedingt Ozon freigesetzt wird. Abb.: Farblaserdrucker (HP Laserjet) Wird der Laserdrucker nicht gebraucht, sollte er stets ausgeschaltet sein, um die Ozonbelastung so gering wie möglich zu halten. Ü 1: Für einen Farblaserdrucker sollen die Druckkosten je Seite ermittelt werden. Ein schwarzes Cartridge kostet 90 Euro, Cartridges für die Farben Magenta, Cyan und Gelb kosten jeweils 105 Euro. Mit jedem Cartridge können durchschnittlich 2500 Ausdrucke produziert werden. Wie hoch sind die Druckkosten pro Seite in schwarz-weiß und in Farbe? Mr. What und Ms. Check Was bedeutet die Eigenschaft netzwerkfähig bei einem Laserdrucker? Laserdrucker werden in Betrieben meist von mehreren Personen einer Abteilung gemeinsam benutzt. Netzwerkfähige Geräte können direkt mit einem Netzwerkkabel in das Netzwerk integriert werden. Sie fungieren als Druckserver (engl. Printserver). 6 Tintenstrahldrucker Drucker für fotorealistische Bildqualität ID: Tintenstrahldrucker sind vor allem im Heimbereich sehr weit verbreitet. Die Möglichkeit, mit günstigen Druckern qualitativ hochwertige Düse Fotoausdrucke in Farbe Tank Pumpe zu erzielen, ist vor allem Ablenkelektrode eine optimale Ergän- zu einer Digitalkamera zung. Doch sind die Druckkosten je Seite Tropfenfänger aufgrund der teuren Tintenpatronen relativ hoch. Ein Vergleich der Papier Druckkosten pro Seite bei unterschiedlichen Geräten lohnt sich daher auf jeden Fall. Abb.: Technischer Aufbau eines Tintenstrahldruckers 60 Wirtschaftsinformatik Basic

61 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Der erste Tintenstrahldrucker der Welt war der HP 2225A mit einer Auflösung von 96 dpi. Plotter sind Großformatdrucker und ermöglichen Ausdrucke in Fotoqualität bis zur Größe DIN-A0. Tintenstrahl- und Fotodrucker 1 Tintenpatronen kosten zum Teil fast so viel wie ein neuer Drucker. Der Wettbewerb hat bei Tintenpatronen zu einer sonderbaren Preispolitik geführt. Oft kommt es vor, dass eine Tintenpatrone fast so viel wie der ganze Drucker kostet. Für viele Hersteller sind Tintenstrahldrucker nur durch den Verkauf der Patronen ein Geschäft. Eine Alternative bieten Nachbaupatronen oder Nachfüllsets. Doch Vorsicht: Zuvor sollte geprüft werden, dass bei der Verwendung von Alternativpatronen die Herstellergarantie nicht verlorengeht. 2 Je nach Druckermodell gibt es unterschiedlich viele Patronen. Wer viel in Farbe druckt, benötigt öfter eine neue Farbpatrone. Bei früheren Druckermodellen gab es zum Teil nur zwei Patronen, eine schwarze und eine farbige. Die farbige Patrone beinhaltete die Grundfarben Magenta, Cyan und Gelb. War eine Farbe aufgebraucht, musste die Patrone gewechselt werden, auch wenn die Tanks der beiden anderen Farben noch nicht leer waren. Bei modernen Fotodruckern gibt es bis zu sechs Farbpatronen, die je nach Verbrauch der entsprechenden Farbe einzeln ausgetauscht werden können. 1 Grundlagen der Informatik Abb.: Farbtintenstrahldrucker, HP Photosmart 8250 Mr. What und Ms. Check Kann ich ein Foto auf jedes beliebige Papier drucken? Um wirklich gestochen scharfe und brillante Bilder zu drucken, solltest du ein spezielles Fotopapier verwenden, das eine hochglänzende Oberfläche hat. Mit einem Tintenstrahldrucker will ich eine Overheadfolie bedrucken. Kann ich dazu einfach die Folien für Kopierer bzw. Laserdrucker verwenden? für Tintenstrahldrucker haben eine ganz Nein, das wird nicht funktionieren. Folien spezielle Oberflächenbeschichtung, die eine rasche Trocknung der Tinte ermöglicht. Bei normalen Folien würde die Tinte nicht trocknen bzw. sofort verwischen. Wenn ich längere Zeit nicht drucke, trocknet meine Patrone ein. Warum? In Tintenstrahldruckern wird die Patrone bei Nichtverwendung speziell geschützt. Bei Verwendung wird der Druckkopf laufend automatisch gereinigt. Bei Druckpausen von einigen Wochen kann die Tinte in den mikroskopisch kleinen Düsen eintrocknen, weil dieser Reinigungsprozess unterbleibt. William R. Hewlett und David Packard vor der Gründungsgarage von Hewlett Packard in Palo Alto, Kalifornien. Mit der Gründung von HP am 1. Jänner 1939 wurde der Grundstein für die Entstehung des Silicon Valley gelegt. Warum sollte ich einen Tintenstrahldrucker niemals in die Nähe eines Fensters oder einer Heizung stellen? Der Austrocknungsprozess der Tinte im Druckkopf wird durch Hitze beschleunigt. Die extreme Sonneneinstrahlung im Sommer und die Hitze der Zentralheizung im Winter können schädlich für die Lebensdauer der Patronen sein. Ist die Druckqualität bei einem Tintenstrahldrucker besser als bei einem Laserdrucker? Das kommt ganz auf das jeweilige Modell an. Die Auflösung erreicht derzeit bei beiden Druckverfahren 4800 dpi, was als Fotoqualität empfunden wird. Wirtschaftsinformatik Basic 61

62 Lernen Übungsbeispiele Ü 2: Recherchiere, welche ergonomischen Vorschriften es für Bildschirme gibt! Ü 3: Nenne die Vor- und Nachteile von Flachbildschirmen: Ü 4: Beurteile die folgenden Aussagen und stelle falsche Aussagen richtig: Aussage Richtig Falsch Richtigstellung CRT-Bildschirme sind sehr platzsparend im Vergleich zu TFT-Bildschirmen. Ein guter CRT-Bildschirm hat mindestens eine Bildwiederholfrequenz von 45 Hz. Beim CRT-Monitor werden die austretenden Elektronen durch das Beschleunigungsfeld zwischen Anode und Kathode geschossen. Bei der Trinitron-Bildröhre ermöglicht eine Lochmaske die exakte Darstellung der Bildpunkte. 30 Zoll ist eine übliche Bildschirmdiagonale im Consumer-Segment. Auch auf Kühlschränken können TFT-Displays integriert sein. Die Standardauflösung bei Bildschirmen liegt derzeit bei 640 x 480 Pixel. Ü 5: Vervollständige die Abbildung bezüglich der Funktionsweise eines Laserdruckers: 62 Wirtschaftsinformatik Basic

63 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte Ü 6: Wie hoch sind die Druckkosten für eine Seite bei einem Schwarzweiß-Ausdruck bzw. bei einem Farbausdruck bei einem Laserdrucker? Die Kosten für das schwarze Cartridge betragen 70 Euro und für jeden Farbtoner 110 Euro (Magenta, Cyan und Gelb). Mit einer Tonerfüllung können ca Ausdrucke gemacht werden. In der Anschaffung kostet der Laserdrucker 350 Euro. Wir gehen davon aus, dass wir Schwarzweiß-Ausdrucke und Farbausdrucke machen. 1 Grundlagen der Informatik Ü 7: Führe eine Internetrecherche durch und vergleiche einen Farbtintenstrahldrucker und einen Farblaserdrucker hinsichtlich folgender Merkmale: Merkmale Laserdrucker Tintenstrahldrucker Druckgeschwindigkeit in Seiten pro Minute Druckauflösung in dpi Pufferspeicher (Größe des Zwischenspeichers im Drucker) Geräuschpegel in db Druckvolumen (Anzahl der Seiten pro Monat) Blattkapazität der Papierlade Kosten pro Seite für Toner oder Patrone Anschaffungskosten ID: 9806 Zusätzlich zu diesen Übungen findest du in SbX eine Internetaufgabe. In dieser Lerneinheit haben wir wichtige Ausgabegeräte sowie Barcode-Scanner kennengelernt und uns mit deren Funktionsweisen beschäftigt: CRT-Monitor TFT-LCD Plasma-Display OLED LCD-Beamer Beim Röhrenmonitor wird das Bild durch einen Elektronenstrahl erzeugt, der auf eine Leuchtschicht im Inneren der Braun'schen Röhre trifft. Die Größe der Bildröhre wird in Zoll als die Länge der Bilddiagonale angegeben. Die Bildwiederholrate gibt an, wie oft pro Sekunde das Bild neu aufgebaut wird. Als flimmerfrei empfinden wir ein Bild ab einer Bildwiederholfrequenz von 70 Hz. TFT-Flachbildschirme werden vorwiegend für Computer, Notebooks und Fernseher eingesetzt. Sie bieten eine hohe Auflösung und haben einen geringen Platzbedarf. Plasma-Displays werden vorwiegend für sehr große Bilddiagonalen im TV-Bereich eingesetzt. Geräte im Lowcost-Segment bieten meist eine zu geringe Auflösung für HD-TV. Plasmageräte haben einen relativ hohen Stromverbrauch und erzeugen viel Abwärme. Organische Displays werden derzeit für sehr kleine Bildschirme, wie z.b. in Digitalkameras und MP3-Playern, eingesetzt. LCD-Videoprojektoren benutzen zur Darstellung des Bildes ein transparentes TFT-LCD. Im Vergleich zur DLP-Technik neigen LCD-Beamer bei raschen Bildfolgen eher zum Nachziehen, weshalb sie sich vor allem für die Projektion von Computerbildern (Standbildern) eignen. Wirtschaftsinformatik Basic 63

64 Lernen ID: 9807 DLP-Beamer All-in-one-Gerät Barcode-Scanner Laserdrucker Tintenstrahldrucker DLP-Videoprojektoren arbeiten mit einem DMD-Chip, der von Texas Instruments entwickelt wurde und aus Millionen von mikroskopisch kleinen Spiegeln besteht. Sie werden vor allem zur Darstellung bewegter Bilder eingesetzt, weshalb sie für Heimkino und digitale Kinoprojektoren besonders geeignet sind. Multifunktionsgeräte integrieren verschiedene Funktionen wie Drucken, Scannen, Kopieren und Faxen in einem Gerät. Barcode-Scanner werden benutzt, um Barcodes, wie z.b. den EAN-Code, zu decodieren. Sie werden beispielsweise in Supermärkten zur Erkennung von Artikeln anhand ihres Codes verwendet. Bei einem Laserdrucker wird das Tonerpulver auf eine von einem Laserstrahl vorbehandelte Rolle aufgebracht, das schließlich in der Fixiereinheit mittels Hitze in das Papier eingebrannt wird. Wichtige technische Daten von Laserdruckern sind Auflösung (dpi) und Druckgeschwindigkeit. Ein Tintenstrahldrucker bringt Tinte aus einem Tintentank mit Hilfe eines Druckkopfes auf das Papier auf, auf dem die Tinte innerhalb weniger Sekunden trocknet. Tintenstrahldrucker verfügen über bis zu sechs getrennte Tintentanks unterschiedlicher Farbe und eignen sich für fotorealistische Ausdrucke. Der Vorteil des geringen Anschaffungspreises wird meist durch sehr hohe Kosten für Tintenpatronen aufgewogen. Nachbaupatronen oder Refillservice gleichen diesen Nachteil teilweise aus. Zusätzlich zu dieser Zusammenfassung findest du in SbX eine Bildschirmpräsentation. Wiederholungsfragen und -aufgaben 1. Erkläre den Aufbau der Braun'schen Röhre. 2. Worin unterscheiden sich ein Röhrenmonitor und ein Flachbildschirm? 3. Welche Formen von Flachbildschirmen gibt es und wofür eignen sich diese? 4. Nenne Einsatzmöglichkeiten für TFT-LCD und Plasma-Display. 5. Erkläre die Funktionsweise eines Videoprojektors anhand der LCD- und der DLP-Technik. 6. Welche Vorteile bieten DLP- gegenüber LCD-Beamern? 7. Welche Ausgabegeräte kommen für den HD-TV-Einsatz in Frage? 8. Welche Funktionen bietet ein All-in-one-Gerät seinem Benutzer? 9. Erläutere anhand eines selbst gewählten Beispiels den Einsatz des EAN-13-Codes. 10. Beschreibe die Funktionsweise eines Laserdruckers. 11. Beschreibe die Funktionsweise eines Tintenstrahldruckers. 12. Nenne zwei Bereiche, in denen der Einsatz eines Laser- bzw. eines Tintenstrahldruckers vorteilhafter wäre. 64 Wirtschaftsinformatik Basic

65 Lerneinheit 5: Ausgabegeräte ID: Eine Tischlerei benötigt einen neuen Rechnungsdrucker. Pro Tag werden rund 20 Rechnungen ausgedruckt. Einmal pro Woche erfolgt der Ausdruck von Mahnungen. Welcher Drucker wäre hier zu empfehlen: All-in-one-Gerät, Laser- oder Tintenstrahldrucker? 14. Ein Familienvater möchte die Digitalfotos seiner Kinder in möglichst guter Qualität selbst ausdrucken. Gelegentlich hat er auch privaten Schriftverkehr zu erledigen. Welchen Drucker würdest du empfehlen? 15. Jemand behauptet, er besitze einen PDA mit einem Plasma-Display. Wie ist diese Aussage zu beurteilen? 1 Grundlagen der Informatik Zusätzlich zu diesen Aufgaben findest du in SbX ein Online-Quiz. Lerncheck Ich kann jetzt w... den Unterschied zwischen Röhrenmonitor und Flachbildschirm erklären. w... die unterschiedlichen Funktionsweisen von LCD- und DLP-Beamern beschreiben. w... Einsatzbereiche für Multifunktionsgeräte und Barcode-Scanner nennen. w... die Funktionsweise sowie die praktischen Einsatzmöglichkeiten von Laser- und Tintenstrahldruckern beschreiben. Wirtschaftsinformatik Basic 65

66 Lernen Kapitelrückblick In diesem Kapitel haben wir uns wichtige Grundlagen der Informatik sowie Basiskenntnisse über Hardware, die Bestandteile von Personal Computern und deren Zubehör angeeignet. Was genau sollte ich nun eigentlich wissen? Anhand des Lernchecks hier am Kapitelende kannst du leicht überprüfen, ob du wirklich alles verstanden hast! Lerncheck Ich kann jetzt w... die Begriffe Hardware, Software, Daten, Input, Output und Processing erklären. w... mit Bits, Bytes sowie deren Größenordnungen und mit verschiedenen Zahlensystemen rechnen. w... die Bestandteile eines PCs nennen und deren Funktionen erklären. w... erklären, wie die Speicherung von Daten auf optischen Datenträgern funktioniert und welche Formen optischer Datenträger existieren. w... Einsatzmöglichkeiten und Vorteile elektronischer Datenträger nennen. w... Verwendungsmöglichkeiten für PDAs und Smartphones beschreiben. w... den Unterschied zwischen Röhrenmonitoren und Flachbildschirmen erklären. w... die Unterschiede zwischen Laser- und Tintenstrahldruckern nennen. w... erklären, wie ein Videobeamer arbeitet und welche technischen Verfahren es zur Darstellung von Bildern gibt. ID: 9809 Zusätzlich findest du in SbX eine zusammenfassende Bildschirmpräsentation zu diesem Kapitel. Das Kapitel Grundlagen der Informatik bildet die Basis für das Verständnis der Computertechnik in einer von Multimedia geprägten Zeit. In allen Bereichen der Wirtschaftsinformatik werden die hier erklärten Begriffe verwendet. Das über diese Grundlagen ist für die folgenden Kapitel daher unerlässlich. Im nächsten Kapitel dieses Buches beschäftigen wir uns mit Software im Allgemeinen sowie mit dem Betriebssystem eines Personal Computers. Wir lernen verschiedene Betriebssysteme wie Linux, Apple und Windows kennen. Außerdem beschäftigen wir uns mit wichtigen Grundfunktionen und der Bedienung von Windows. 66 Wirtschaftsinformatik Basic