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Einführung in die EDV, Hardware

Prinzip

Datenverarbeitungssystem ("Computer"): Hardware (materiell, "Leib") + Software (ideell, "Seele")

Hardware: Computer i.e.S. (Prozessor, Hauptspeicher, Bus) + Peripherie (Ein-/Ausgabegeräte, Massenspeicher)

Software: Betriebssystem (u.a. BIOS = Basic Input/Output System bzw. UEFI = Unified Extensible Firmware Interface, Befehlsinterpretierer) + Anwendungsprogramme (z.B. Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Multimedia-Anwendungen)

Prinzip der Datenverarbeitung: EVA = Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe.
von-Neumann-Maschine: Sowohl die Programme als auch die Daten befinden sich im Speicher (genauer: Befehlscodes, Daten und Adressen), und zwar als Binärzahlen (wie 1101110011000...) bzw. deren physikalischer Repräsentation (z.B. hohe/niedrige Spannung).

Personalcomputer: typischer PC (Beispiel: Dell Optiplex 780, 2011)

Prozessor
Intel Pentium Dual-Core, Taktfrequenz 3,00 GHz
Erklärung: die Taktfrequenz gibt ungefähr an, wie viele Operationen pro Sekunde ausgeführt werden können (3 MHz => ca. 3 MIPS = 3 Millionen Instruktionen pro Sekunde).
Arbeitsspeicher ("memory")
2 GB RAM (DDR2-RAM)
Erklärung: GB = Gigabyte (s.u.); RAM = Random-Access Memory (Inhalt änderbar, aber "flüchtig"); DDR = Double Data Rate
Festplatte ("hard drive", "disk")
320 GB (= 298,09 GiB, s.u.)
Erklärung: GB = Gigabyte (GiB = Gibibyte, s.u.)
Bus
PCI Express (Peripheral Component Interconnect)
Erklärung: Das Bussystem übernimmt den internen Datenverkehr, es ist u.a. durch die Busbreite (PCI: 64 Bit) und den Bustakt (in MHz bzw. GHz) charakterisiert.
typische "Karten"
Grafikkarte, Soundkarte, Netzwerkkarte
typische Schnittstellen ("ports")
Monitor-Ausgang (analog: VGA, digital: DVI)
USB 2.0 (Universal Serial Bus zum Anschluss externer Geräte) (USB 3.0)
parallele Schnittstelle (z.B. für Drucker)
PS/2-Schnittstelle (für Tastatur, Maus)
serielle Schnittstellen (z.B. für Modem, Maus)
FireWire (IEEE 1394), TV-Ausgang, Infrarotschnittstelle u.a.m.
typische Peripheriegeräte
CD-ROM-Laufwerk, CD-Brenner, DVD-Laufwerk, DVD-Brenner, BluRay
Tastatur und Maus
Monitor (CRT = Cathode Ray Tube, d.h. Elektronenröhre; TFT = Thin Film Transistor, d.h. Flüssigkristall-Flachbildschirm)
Drucker (z.B. Laser- oder Tintenstrahldrucker)
Scanner u.a.m.

Moore'sches Gesetz: Die Computerleistung verdoppelt sich etwa alle 18 Monate (aufgrund des technischen Fortschritts, d.h. der Chip-Miniaturisierung).

Bit und Byte

Bit: "Binary digIT", kleinste Informationseinheit mit zwei Werten (0 oder 1).

Byte: Einheit des Speicherplatzes (Arbeitsspeicher, Platten); 1 Byte = 8 Bit, d.h. 2^8 = 256 mögliche Werte, z.B. die Zahlenbereiche 0 bis 255 oder -128 bis 127.
Faustregel: Ein Byte speichert ein Zeichen (d.h. Ziffern, Groß- und Kleinbuchstaben sowie Sonderzeichen). (Anm.: Unicode UTF-8 verwendet 2 Byte für Umlaute.)

Byte und Präfixe (K, M, G, T): abweichend vom Gebrauch bei physikalischen Einheiten steht K ("k", Kilo) nicht für 1000, sondern für 2^10 = 1024. Dementsprechend bedeuten: M (Mega) = 1048576 und G (Giga) = 1073741824 (auch GiB genannt). (Hersteller von Festplatten meinen allerdings 1 GB = 10^9 Byte!)

Netzwerk

Z.Zt. wird hier "Fast Ethernet" (100BASE-TX, "twisted pair") mit einer nominellen maximalen Datenübertragungsrate von 100 MBit/sec benutzt. Die Kabel ("Patchkabel") sind mit sog. RJ45-Steckern versehen, die Verkabelung erfolgt sternförmig über sogenannte "Switches". Jeder Rechner (bzw. jede Netzwerkkarte) muss eine eindeutige IP-Adresse haben (IPv4: Internet-Nummer aus 4 Byte, z.B. 160.45.22.129).

"Flaschenhals"-Problem

Die langsamste bzw. schwächste Komponente bestimmt die Leistungsfähigkeit des Systems! Beispielsweise wird ein schneller Prozessor "ausgebremst", wenn der Arbeitsspeicher nicht ausreicht und Daten auf die Festplatte ausgelagert werden müssen ("swapping"). Andere typische "Flaschenhälse" sind der Bus (Datentransfer zum Arbeitsspeicher bzw. zur Festplatte) oder die Netzwerk- bzw. Modemverbindung.
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BKi 2004-04-15, 2014-04-17