Grundbegriffe Hardware Was ist Informatik Hardware l Informatik

Grundbegriffe. Hardware

Was ist Informatik? Hardware l Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, insbesondere der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern. l Zentrales Thema der Informatik ist die Formulierung und Realisierung von Algorithmen (=Anweisungen) 2

Computersysteme l l Hardware Großrechenanlagen (Mainframes) Personal Computer – werden von einzelnen Personen genützt im Gegensatz zu Mainframes, dazu gehören: : Desktop Computer: Computer die auf oder neben einem Tisch stehen : Notebook bzw. Laptop: tragbarer Computer : Tragbare „Minicomputer“: Taschenrechner, Handy, PDA, MP 3 -Player, Tablet, Smartphone (tragbarer Computer mit Funktionalitäten eines Mobiltelefons, der neben vielen anderen Programmen (Apps) für die persönliche Kalender-, Adress- und Aufgabenverwaltung benutzt wird. Smartphones verfügen über ein Betriebssystem und sind über Touchscreens bedienbar. ) : „Versteckte“ Computer: Auto, TV, Waschmaschine, …. 3

Betriebssysteme für mobile Geräte l Derzeit in sind Tablets und Smartphones. Hardware l Betriebsysteme: i. OS (mobiles Betriebssystem von Apple (IPad) u. IPhone. Android basiert auf Linux ist das beliebteste mobile Betriebssystem auf Grund der großen Anzahl von Apps. Windows RT für Tablets und Windows 8 für mobile Desktop Systeme Touchscreen. 4

Computertechnik Hardware 6

EDV - Grundbegriffe E lektronische D aten V erarbeitung Durch das Zusammenspiel von Hard- und Software können Daten in den Computer eingegeben, verarbeitet und ausgegeben werden. Hardware HARDWARE Geräte und Datenträger SOFTWARE Programme und Daten (z. B. Betriebsystem) 7

EVAS-Prinzip Hardware l Von einem Computer werden Eingabedaten (Informationen) nach einem Algorithmus (Programm) in Ausgabedaten (Ergebnisse) verarbeitet. l Dieses Arbeitsprinzip wird EVA genannt (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe) l Die Möglichkeit des dauerhaften Speicherns von Daten erweitert das EVA-Prinzip zum EVAS. l Dabei kann die Speicherung unabhängig von der Ausgabe erfolgen. 8

EVAS-Einzelschritte Tastatur, Maus, Scanner ROM Festplatte (BIOS) Prozessor RAM Hardware Bildschirm, Drucker E ingabe Verarbeitung A usgabe S peichern 9

Beispiel EVAS Beispiel: Minesweeper am PC Zum Ausprobieren: Start-Programme Zubehör-Spiele-Minesweeper E – deine Mausklicks sind die Eingaben V – der Computer errechnet auf der Basis des Programms die jeweils neue Spielsituation A – die neue Spielsituation wird auf dem Bildschirm angezeigt S – du speicherst den Spielstand Hardware 10

EVASK l Da heutzutage viele Computer miteinander verbunden sind und Daten austauschen, kann man sogar noch weitergehen und daraus das EVASKPrinzip machen. l EVASK (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe, Speichern, Kommunikation) Hardware 11

Begriff Hardware l Zur Computer-Hardware gehören die Datenverarbeitungsgeräte, und alle ihre Komponenten wie Prozessor, Arbeitsspeicher usw. sowie Peripheriegeräte. Vereinfacht gesagt gehört alles, was angefasst werden kann, zur Hardware. l Computer-Hardware ist ausschließlich mit entsprechender Software benutzbar. Hardware 12

Basiskomponenten Monitor Zentraleinheit Drucker Maus Tastatur Hardware 13

Eingabegeräte Tastatur Maus Trackball Joystick Scanner Digitalisierer NFC (Near Field Communication) zum Lesen von Daten, Nachfolger von Barcodescanner, in Smartphones integriert Touchpad/Touchscreen Lichtstift/Grafiktablett Webcam Mikrofon Barcodescanner Gamepad Digitalkamera Allgemein unterscheidet man Geräte für die manuelle Eingabe z. B. Tastatur aber auch grafische Eingabegeräte Trackball, Joystick, Maus … und Geräte für die automatische Eingabe z. B. Scanner für maschinenlesbare aber nicht gespeicherte Informationen Hardware 14

Ausgabegeräte Flachbildmonitor Röhrenmonitor Tintenstrahldrucker Laserdrucker 3 D- Drucker Hardware Lautsprecher Nadeldrucker Kopfhörer Plotter ist ein elektromechanisch es Gerät zum Zeichnen von Kurven 15

Ausgabegeräte Abgesehen von den Sonderfällen unterscheidet man zwischen: l Geräte zur Ausgabe auf dem Papier (z. B. Drucker, Plotter) l Geräte für die akustische Ausgabe (z. B. Lautsprecher, Kopfhörer) l Bildschirm-Ausgabegeräte (z. B. Monitor, Fernseher, Beamer) Die Aufbereitung der Ausgabesignale erfolgt mit Hilfe von Treibern und Steckkarten. z. B. Druckertreiber für den Drucker, Grafikkarte für den Monitor, Soundkarte für den Lautsprecher Hardware 16

Zentraleinheit Schnittstellen verbinden Computer mit Peripheriegeräte: Netzwerkanschluss. LAN USB 3 Optischer Audioanschlus s Display-Port: Nachfolger von HDMI (für Multimedia Geräte z. B. Beamer) und DVI (für externe Monitore), höhere Bandbreite, Übertragung von Video und Audio möglich Sound Aus- und Eingänge B US 2 Weitere Anschlüsse: VGA (für alte Beamer, PS 2 (veraltet für Maus), Parallele u. Serielle Schnittstellen. . ) Hardware e. SATA (für externe Festplatte) , SATA für interne Festplatte Reset (CMOS) HDMI USB 3: höhere Geschwindigkeit, liefert mehr Strom, schneller, Nachfolger von USB 2 17

Zentraleinheit-innen Hardware 18

Mother(Main-)board Die Hauptplatine verbindet alle Komponenten miteinander. Auf Ihr stecken der Prozessor, die Arbeitsspeicher. Module, die Erweiterungskarten, und Anschlüsse für externe Geräte. Hardware 19

Zukunft SOC (System on a Chip) Hardware Durch die immer größer werdende Miniaturisierung wandern immer mehr Funktionen in einen einzigen Chip, dadurch werden kleinere und energiesparendere Geräte möglich. Beispiele: NVIDIA Tegra (Tablets, Smartphones) , AMD Kabini (XBox One, Playstation 4)20

CPU-Central Processing Unit l l l Hardware CPU ist am Mainboard untergebracht auf der sich elektronische Bauteile, Leiterbahnen und Steckplätze befinden. Die Taktfrequenz ist Hertz (Hz) Der Prozessor besteht aus: Steuerwerk (bestimmt wie die Daten zu verarbeiten sind), Rechenwerk (ALU, rechnet, sortiert, ordnet, vergleicht), Register (schneller Zwischenspeicher) Größenordnung von 4 GHz Die Leistungsfähigkeit eines Computers ist abhängig vom Prozessor und dem Arbeitsspeicher. Prozessorhersteller z. B. Intel, AMD 21

Speicher l l Hardware Interne Speicher (die Speichersteckkarten RAM bzw. ROM-Chips und der sogenannte virtuelle Speicher). Sie sind immer auf dem Mainboard zu finden entweder per Steckplatz oder fest verlötet, um eine schnellstmögliche Datenübertragung zum Prozessor zu ermöglichen. Externe Speicher sind so genannte permanente Speicher (nicht flüchtige Speicher), diese sind dadurch gekennzeichent, dass sie nicht auf eine Stromzufuhr angewiesen sind, Daten auch behalten wenn der Computer ausgeschaltet wird. (z. B. Festplatte) 22

Interne Speicher RAM Hardware l Der Arbeitsspeicher RAM wird in Gigabyte angegeben, aktuell: ab 8 GB l RAM (Random Access Memory), ist ein wichtiger Bestandteil auf jeden Motherboard. In den RAM werden Daten und Programme geladen, mit denen während einer Computersitzung gearbeitet wird. l Im Gegensatz zum ROM kann der RAM sowohl gelesen als auch beschrieben werden und ist ein flüchtiger Speicher, d. h. wird die Stromversorgung unterbrochen geht der Inhalt des Hauptspeichers verloren. 23

Internen Speicher ROM l ROM (Read Only Memory), ist ein elektronischer Festwertspeicher, dessen Inhalt bereits vom Hersteller voreingestellt, nicht veränderbar, nicht flüchtig ist. l Der ROM-Chip ist zumeist auf dem Motherboard aufgesteckt und enthält das BIOS (Basic Input Output System). Das Bios testet bei jedem Start alle Hardwarekomponenten, startet den Rechner und sucht das Betriebssystem. Hardware 24

Bussysteme l l Hardware Damit die CPU Befehle und Daten vom Arbeitsspeicher verarbeiten kann, müssen diese durch ein Verbindungsmittel zum Prozessor selbst übertragen werden. Weiterhin muss eine Verbindung zu den Ein - und Ausgabegeräten vorhanden sein, um mit dem Anwender in Kontakt treten zu können. Diese Verbindungswege werden als Bus-System bezeichnet. Man unterscheidet zwischen Steuerbus (bestimmt die Richtung des Datenflusses), Adressbus (legt fest wer auf den Datenbus zugreifen darf), und Datenbus (über den Datenbus können Daten von einer beliebigen Einheit zum Prozessor gelangen oder umgekehrt) 25

Externe Speicher Man unterscheidet: l Magnetische Speicher (Festplatte, Wechsellaufwerk, Streamer) l Optische Speicher (CD, DVD, Blue Ray Disk) l Magneto-optische Speicher (magnetooptische Platte) l Flash-Speicher (USB-Stick, …) Hardware 26

Festplatten Hardware • • Engl. Hard Disk Drive (HDD) • • • Schnelle Zugriffszeit (9 ms) Dauerhafte Datenspeicherung (magnetischer Speicher), d. h. sobald etwas gespeichert wurde können die Daten nicht so schnell verloren gehen 7200 Umdrehungen/min Bis zu 6000 Gigabyte (6 TB) : Interne Festplatte : Externe Festplatte, ist eine Festplatte direkt über eine Schnittstelle mit dem Computer verbunden ist, mittlerweile auch WLAN möglich. Vorsicht: auch interne Festplatten sind externe Datenspeicher 27

SSD-Solide State Drive SSD- Festplatte mit Flash-Speicher. SSD ist die beste Möglichkeit um den PC zu beschleunigen. Werden in naher Zukunft die Festplatten ersetzen, derzeit noch zu teuer und die Haltbarkeit ist fraglich. Anschluss am PC: Für die optimale Leistung wäre ein SATA 6 oder PCI Express 3 Funktionalität zu empfehlen. Hardware 28

Speichermedien Speichermedium Kapazität Diskette 1, 44 MB CD 650 - 800 MB DVD bis zu 9, 5 GB Blue Ray Disk Speicherkapazität bis zu 128 GB unter Laborbedingungen bis zu 500 GB USB-Stick mehrere … 1 TB Speicherkarten (Fotoapparate, MP 3 -Player, Handy, Videoplayer, …) Hardware 29

Cloude (Rechner in Wolken) l Virtueller Server l Softwarespeicher l Beispiele: gmx, hotmail, gmail, dropbox l Nachteil Haftung? Hardware 30

NAS (Network Attached Storage) NAS ist ein Netzwerkspeicher mit mehreren integrierten Festplatten. Sie wollen Ihre Daten überall in Ihrem Haushalt abrufen. Ihre externe Festplatte (mehrere TB) wird über ein NAS in Ihr Heimnetzwerk eingebunden, dadurch ist eine Abrufung Ihrer Daten über WLAN möglich. z. B. Filme streamen Manche Apps ermöglichen das Abrufen von Daten über Smartphone und Tablet per Mobilfunk Hardware 31

Thunderbolt (Donnerkeil) Ein von Apple und Intel entwickelte Schnittstelle zwischen Computern, Monitoren, Peripheriegeräten und Unterhaltungselektronik wie Videokameras oder Festplatten. Technisch handelt es sich um eine Kombination aus Display. Port und einer PCI Express basierenden Schnittstelle. Konkurenzprodukt zu USB Hardware 32

ENDE Hardware 33