Grundlagen der Datenverarbeitung

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Grundlagen
der
Datenverarbeitung
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung......................................................................................................................................2
2. Die Geschichte des Computers......................................................................................................2
3. Einteilung der Computer................................................................................................................7
3.1. Supercomputer............................................................................................................................7
3.2. Großrechner.................................................................................................................................7
3.3. Workstations (Minicomputer).....................................................................................................8
3.4. Personalcomputer........................................................................................................................8
3.4.1. Personalcomputer im Überblick...............................................................................................8
3.4.1.1. Stationäre Systeme................................................................................................................9
3.4.1.2. Mobile (tragbare) Computer.................................................................................................9
4. Grundbegriffe...............................................................................................................................11
5. Hauptbestandteile des Computers (Hardware).............................................................................12
5.1. Eingabegeräte............................................................................................................................12
5.1.1. Die Tastatur............................................................................................................................13
5.1.2. Die PC-Maus .........................................................................................................................14
5.2. Verarbeitungsgeräte..................................................................................................................15
5.2.1. Bit und Byte...........................................................................................................................15
5.2.2. Die Zentraleinheit...................................................................................................................16
5.2.2.1. Der Mikroprozessor............................................................................................................16
5.2.2.2. ROM (Read Only Memory)................................................................................................16
5.2.2.3. RAM (Random Access Memory).......................................................................................16
5.2.2.4. Bus.......................................................................................................................................16
5.2.3. Externe Speicher....................................................................................................................17
5.2.3.1. Disketten.............................................................................................................................17
5.2.3.2. Festplatten...........................................................................................................................17
5.2.3.3. Optische Speicherplatten.....................................................................................................17
5.2.3.4. Magnetbänder......................................................................................................................18
5.3. Ausgabegeräte ..........................................................................................................................19
5.3.1. Der Monitor............................................................................................................................19
5.3.2. Der Drucker............................................................................................................................20
6. Programme (Software).................................................................................................................21
6.1. Systemprogramme.....................................................................................................................22
6.2. Anwendungsprogramme...........................................................................................................22
6.3. Bedienerführungen....................................................................................................................22
7. Systemstart von Personal Computern..........................................................................................23
7.1. Grundlagen der Konfiguration von PC-Systemen....................................................................23
8. Daten............................................................................................................................................24
8.1. Codierformen............................................................................................................................24
9. Dateien.........................................................................................................................................25
10. Dateien und ihre Verwaltung auf externen Speichermedien......................................................26
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1. Einführung
Innerhalb dieser Einheit – Grundlagen der Datenverarbeitung – sollst du, wie der Name es schon
sagt, mit den Grundlagen vertraut gemacht werden. Dazu gehören die Hardware eines Computersystems und die Software. Zum letzteren gehört natürlich in erster Linie das Betriebssystem.
Ich habe dir auf die CD zusätzlich zu dieser Datei mehrere andere Dateien gepackt. Diese Dateien
entstammen einer Schulung für Lehrer, die von der Firma Intel in Zusammenarbeit mit Microsoft
durchgeführt wurde. Sie bieten sehr detailliertes Hintergrundwissen. Da ich nicht gerne alles doppelt erzähle bzw. schreibe, beschränke ich mich innerhalb dieser Datei auf die Dinge, die in den anderen Dateien nicht oder nur ungenügend erwähnt werden. An den entsprechenden Stellen werde
ich dir Hinweise bzw. Arbeitsanweisungen geben, wie du mit den anderen Dateien arbeiten kannst.
Auf diese Art und Weise kannst du dich so intensiv damit beschäftigen, wie du es möchtest und für
richtig hältst.
Eine Anmerkung dazu: Ich erwarte, dass du dich auch zu Hause mit dem Thema Informatik intensiv
beschäftigst. Das kann mit Computer, aber auch ohne geschehen. Du solltest alle Kapitel durcharbeiten. (Erinnere dich vielleicht an einige Dinge, die du als Techniken von Klippert gelernt hast!)
Während des Unterrichts werde ich nur die wichtigsten Dinge besprechen. Einiges werden wir im
Unterricht in Gruppen besprechen.
2. Die Geschichte des Computers
Im Verlaufe unseres Informatik-Unterrichts werden wir uns begleitend zu den anderen Themen mit
der Geschichte des Computers befassen. Wir werden dazu auch einige Filme sehen. Es sind im Internet zu den Filmen einige Begleitinformationen (allerdings auf Englisch) erschienen, die auch interessant sind.
Die vergleichsweise junge Geschichte des Computers, so wie wir ihn heute kennen, ist erst ein halbes Jahrhundert alt. Wissenschaftler aus den verschiedensten Disziplinen schufen die Grundlagen für
eine sich rasant entwickelnde Technologie, deren Auswirkungen das Leben der Menschen in noch
nie da gewesenem Ausmaß beeinflusst. Es gibt kaum einen Bereich menschlichen Lebens, der von
dieser Entwicklung verschont geblieben ist.
Dabei fing alles schon sehr viel früher an ...
Die erste Rechenmaschine, der Abakus, wurde bereits etwa 1000 v.Chr. in China erfunden und ist
auch heute noch in Gebrauch. Man schätzt, dass etwa die Hälfte der Menschheit, vor allem in Asien
und Afrika, immer noch mit dem Abakus rechnet.
Ein nächster wichtiger Schritt ist die Einführung des dezimalen Zahlensystems, das ca. 500
n.Chr. in Arabien entwickelt wurde.
1617 erfand John Napier zuerst die Logarithmen und dann die „Napierschen Stäbchen“, eine
Methode, bei der mit Hilfe von Stäbchen, auf die man Zahlen druckte, arithmetische Operationen
ausgeführt werden konnten.
Im Jahre 1620 erfand Gunter einen Rechenschieber mit logarithmischer
Skala.
Zwischen 1623 und 1640 erfanden Schick ar d und Pas c al mechanische
Rechenmaschinen für Addition und Subtraktion. Der große Philosoph
und Mathematiker Pas c al schrieb in seinem Werk „Pensées“ unter anderem auch schon über denkende, aber willenlose Maschinen.
1670 baute Leibniz die erste mechanische Rechenmaschine, die alle
vier Grundrechenarten beherrschte. Sogar zum Ziehen der Quadratwurzel war sie fähig.
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Derselbe Leibniz entwickelte 1700 das Dual- oder Binärsystem, ein Zahlensystem, das nur aus
Nullen und Einsen besteht und ohne das unsere heutigen Rechner nicht vorstellbar sind, denn fast
alle Computer arbeiten intern mit diesem System.
1808 entwickelte Jacqu ar d ein Lochkarten-System zur Steuerung mechanischer Webstühle.
Der englische Mathematiker Charle s Babb a g e stellte 1822 das Konzept einer programmgesteuerten Rechenmaschine vor, die mechanisch und digital arbeitete. 1844 veröffentlichte er das Konzept der
Analytischen Maschine, die den ersten programmierbaren Computer
symbolisiert. Sie wurde von ihm jedoch nie gebaut; erst sein Sohn konnte Teile davon realisieren. Bei der „Analytical Engine“ handelte es sich
um einen über Lochkarten programmierbaren digitalen Rechenautomaten. Seine Lebensgefährtin, Ada Lovel a c e , Tochter des Lord Byron,
entwickelte die Prinzipien der Programmierung und unterstützte ihn
bei der Konstruktion seiner Maschine.
1887 ließ sich Herm a n n Hollerith , eine Zähl- und Sortiermaschine
zur Auswertung von Lochkarten patentieren, die er für eine Volkszählung durch das Statistische Zentralamt der USA entwickelt hatte.
Diese Maschine baute auf der Theorie der „Analytischen Maschinen“
auf und verwendete erstmals auch Elektrizität. Hollerith gründete 1896
die Tabulating Machine Company, die er 1911 mit anderen Firmen zur
Computing Tabulating Recording Company (CTR)zusammenschloss.
1924 wurde diese Firma in International Business Machines (IBM) umbenannt.
Im Jahre 1940 ließ die britische Regierung Robinson, den ersten auf
Relais aufbauenden Computer entwickeln, der jedoch nicht programmierbar war. Zu seinen Erfindern gehört auch Alan Turing , der mit seinen theoretischen Überlegungen (dem Modell der Turing-Maschine und dem Turing-Test, s. unten) erheblich zur Realisierung von Rechenanlagen beigetragen
hat.
Die Turing-Maschine war ein 1936 aufgestelltes Denkmodell, das man sich als imaginären Cassettenrecorder vorstellen kann, der aus drei Elementen besteht: dem Schreib-Lese-Kopf, dem Cassettenband und einer Steuerungseinrichtung.
Ebenfalls 1940 erfanden die Amerikaner John Atana s o ff und Clifford Berry den automatischen,
elektronischen, aber nicht programmierbaren Digitalrechner. Der Atanasoff-Berry-Computer
(ABC) bestand aus nur 800 Vakuumröhren.
1941 stellte der Deutsche Konrad Zuse im
Auftrag der Deutschen Versuchsanstalt für
Luftfahrt in Berlin den ersten funktionsfähigen programmierbaren Digitalrechner Z3
fertig. Das entscheidende Merkmal der Maschine war die Programmsteuerung, und eine
zweite Besonderheit betraf die Darstellung der
Zahlen und Operationsbefehle im Binärsystem.
Der Speicher der Z3 bestand aus 1400 Relais
und die Steuerung aus 600 Relais. Für weitere
Zwecke waren nochmals 600 Relais vorhan-
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den. Für eine Multiplikation, Division oder Quadratwurzelberechnung benötigte die Maschine 3 Sekunden.
1943/44 entwickelte Howar d Aiken im Auftrag der IBM den ersten amerikanischen programmierbaren Computer. Der Mark I wurde
von vielen als der weltweit erste universell
einsetzbare Rechner betrachtet, was jedoch
eine Missachtung der deutschen und britischen Forschung darstellt. Er arbeitete mit
Relais, und als Datenträger dienten Lochstreifen. Das Ungetüm war 15 m lang, 2,5 m hoch
und wog etwa 5 t. Die Maschine bestand aus
mehr als 700 000 Einzelteilen, darunter 3000
Kugellager. Die Leitungen waren zusammen
etwa 80 km lang.
Der Mark I wurde von der US Navy für ballistische Berechnungen eingesetzt. Die Erfahrungen mit
diesem Gerät führten 1947 zur Entwicklung des vollelektronischen Mark II.
Zu den ersten Programmiererinnen des Mark I gehörte Grac e Murray Hopp er , die die erste Wanze
entdeckte und dokumentierte und die Entwicklung der Common Business-Orientated Language
(COBOL), eine Programmiersprache, leitete.
1946 begann die Konstruktion von auf Röhren basierender Datenverarbeitungsanlagen der 1. Generation:
in den USA wurde von Eck ert und Mauchl ey an der
Universität von Pennsylvania der erste Computer fertiggestellt, der vollständig mit Elektronenröhren arbeitete. Er wurde ENIAC (Abk. f. Electronic Numerical Integrator And Computer) genannt und war mit
mehr als 18000 Elektronenröhren bestückt. Die Maschine wog 30 t, belegte eine Grundfläche von 140 m²,
verbrauchte über 150 kWh und verfügte über 1 kByte
Arbeitsspeicher. Er konnte 5000 Operationen pro Sekunde ausführen. Die große Anzahl an Röhren
war deshalb notwendig, weil ENIAC intern mit dem Dezimalsystem arbeitete. Für die Darstellung
einer Dezimalstelle wurden 20 Röhren benötigt. Da es noch keine Lochstreifen oder –karten zur
Programmierung gab, musste jede Operation mit Kabeln und Steckern an einer Schalttafel fest verdrahtet werden. Programmänderungen konnten somit mehrere Tage dauern.
ENIAC war bis 1955 in Betrieb, pro Jahr etwa 7000 Betriebsstunden. Tatsächlich arbeiten konnte
man mit ihm jedoch nur die Hälfte dieser Zeit; die restliche Zeit war man damit beschäftigt, defekte
Röhren auszutauschen.
Ebenfalls 1946 entwickelte der ungarisch-amerikanische Mathematiker John vo n Neu m a n n das
Konzept der Von-Neumann-Maschine, nach der auch heute noch alle Computer arbeiten. Nach
vo n Neu m a n n machen folgende Eigenschaften einen Computer aus:
• Der Computer besteht aus einer Rechen- und einer Steuereinheit (Prozessor), einem
Arbeitsspeicher sowie Ein- und Ausgabeeinheiten.
• Der Computer wird durch ein Programm gesteuert, das aus einer Folge von binär
codierten Befehlen besteht, die bei der Ausführung Schritt für Schritt abgearbeitet
werden.
• Im Programmablauf sind Verzweigungen und Sprünge möglich.
• Das Programm ist nicht fest im Computer verdrahtet (wie das bei den ersten Computern, z.B. dem ENIAC, der Fall war), sondern wird, wie auch die Daten, im Arbeitsspeicher abgelegt und von dort aus zur Verarbeitung aufgerufen.
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Erst 1952 wurde der bereits durch vo n Neu m a n n theoretisch beschriebene EDVAC (Electronic
Discrete Variable Automatic Computer), das Nachfolgemodell des ENIAC, fertiggestellt. Kurz vorher baute der Brite Mauric e Wilkes den EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer),
der als erster Rechner nach dem Von-Neumann-Konzept der Speicherprogrammierung gilt.
Die damaligen Elektronenröhren waren groß, langsam, reparaturanfällig und teuer, und sie verbrauchten eine Unmenge Strom. Erst mit der Erfindung des Transistors (ein Kunstwort aus
Transconductance und Transresistance) 1947 war die Basis für größere und preislich günstigere
Computer gegeben.
Es dauerte jedoch noch bis 1954, bis der erste Transistor aus Silizium (dem heute verwendeten
Material) vorgestellt wurde. Bereits 1955 stellte die Firma Bell Labs den ersten Computer mit
Transistor-Bestückung (genannt TRADIC) vor. Damit begann der Bau von auf Transistoren basierenden Datenverarbeitungsanlagen der 2. Generation.
1958 erfand Jack Kilby zeitgleich mit Rob ert N. Noyc e bei Texas Instrument den ersten integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit) und damit die Voraussetzung für einen kompletten
Prozessor auf einem einzigen Siliziumchip, der allerdings noch ein paar Jahre auf sich warten ließ.
1964 war das Geburtsjahr der 3. Generation der Computer: auf integrierten Schaltungen basierende
Datenverarbeitungsmaschinen. IBM stellte eine Rechnerserie mit 32-Bit-Architektur vor.
1969 stellte Jos e p h Weize n b a u m das Computerprogramm ELIZA vor, das auf einem Computer
einen Therapeuten simulierte, mit dem sich ein menschlicher Anwender „unterhalten“ konnte. Dieses Programm wurde für den Turing-Test entwickelt, der ein Kriterium zur Beantwortung der Frage darstellen sollte, ob Maschinen denken könnten.
Ebenfalls 1969 wurden die ersten Versuche gestartet, das Rechen- und das Steuerwerk eines Computers auf einem einzigen Chip zu integrieren. Ein Mitarbeiter der Firma Intel, Ted Hoff, entwickelte in diesem Jahr aufgrund einer Anfrage eines japanischen Taschenrechner-Herstellers, den
ersten integrierten Chip. Eigentlich wollte dieser japanische Kunde zwölf verschiedene Chips für
verschiedene Rechner. Da jeder dieser Chips ein eigenes Design benötigt hätte und der Auftragsumfang die Herstellungskosten in astronomische Höhen getrieben hätte, konstruierte Hoff einen Chip,
der universell einsetzbar war. Der Computer auf dem Chip war geboren, das Zeitalter der Mikroprozessoren war eingeläutet, und die Konstruktion von Computern der 4. Generation, die auf hochintegrierten Schaltungen basierenden Datenverarbeitungsanlagen, konnte beginnen.
Die Japaner sicherten sich die Rechte an diesem Prozessor, und Intel konnte diesen Prozessor, der
die Bezeichnung 4004 erhielt (als Hinweis darauf, dass es sich um einen 4-Bit-Prozessor handelte,
der gleichzeitig 4 Binärstellen verarbeiten konnte), erst zwei Jahre später, also 1971, der Öffentlichkeit vorstellen. Dieser Prozessor konnte bereits 60000 Befehle pro Sekunde ausführen.
Bereits 1972 folgte der erste 8-Bit-Prozessor mit der Bezeichnung 8008 von Intel. Die Firma legte
damit gleichzeitig den auch heute noch gültigen Standard für Mikroprozessoren mit 8 Bit = 1
Byte fest. Diese Prozessoren waren die ersten, bei deren Herstellung ihre späteren Aufgaben und
Funktionen noch nicht festgelegt werden mussten.
Schon 1974 stellte Intel den 8080 vor, der lange Zeit der Industrie-Standard der 8-Bit-Rechner war
und 5500 Transistoren auf einem Chip besaß. Gleichzeitig entwickelten andere Firmen ebenfalls
Prozessoren, und Ende 1975 gab es etwa 40 verschiedene Mikroprozessoren.
1978 entwickelte Intel den 8086, das erste „Mitglied“ der 80xxx-Familie. Er besaß 16-Bit-Register,
einen 16-Bit-Datenbus und einen 20-Bit-Adreßbus. Damit konnte er einen Arbeitsspeicher von 220
Byte = 1 MByte ansprechen.
1979 stellte die Firma Apple den Apple II vor, eine Weiterentwicklung
des von den Ingenieurstudenten Stev e n Jobs und Stev e Wozniak
konstruierten Apple-Computers (1976). Da sich zunächst niemand für
ihren Apple interessierte, gründeten die beiden 1977 die gleichnamige
Firma. Der Erfolg dieses Rechners basierte primär auf dem Programm
VisiCalc, dem ersten Tabellenkalkulationsprogramm überhaupt. Der
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Apple trug in Verbindung mit VisiCalc ganz erheblich zur Verbreitung und Akzeptanz von Computern bei. Bis Ende 1984 konnte Apple 2 Millionen Exemplare des Apple II verkaufen.
Andere Firmen wie Motorola oder Texas Instrument stellten 1982 ebenfalls Eigenentwicklungen
vor.
Einen kräftigen Leistungsschub bekamen die 16-Bit-Rechner durch die Vorstellung der 80286-Prozessoren der Firma Intel (1982). Der Prozessor verfügte über 24 Adreßleitungen und konnte damit 16 MByte Arbeitsspeicher direkt
adressieren. Er enthielt etwa 130000 Transistoren und läutete die 5. Generation der Datenverarbeitungsanlagen ein, die mit dem IBM-PC ihren Anfang
nahm.
Um die Kompatibilität zum 8088 zu gewährleisten, der die Grundlage für das Betriebssystem DOS
(= Disc Operating System, 1981 von der Firma Microsoft im Auftrag der IBM weiterentwickelt) bildete, wurde der 80286 neben einem 286er-spezifischen Modus mit einem Betriebsmodus ausgestattet, in dem sich der Prozessor wie ein 8088 verhält, lediglich schneller als dieser arbeitet und wie
der 8088 nur 1 MByte Arbeitsspeicher direkt ansprechen kann. Dieser Modus wird als Real Mode
bezeichnet im Gegensatz zum Protected Mode, dem eigentlichen 286er Modus. In diesem Modus
laufen DOS und die unter diesem Betriebssystem arbeitenden Anwendungsprogramme. Sollen die
Fähigkeiten des 286er Modus genutzt werden, müssen andere Betriebssysteme oder ein Betriebssystem-Aufsatz wie Windows eingesetzt werden.
1983 stellte IBM den ersten XT (eXtended Technology), einen PC mit eigener Festplatte, vor. Apple
führte mit dem kommerziell erfolglosen Lisa erstmals eine grafische, per Maus bedienbare Benutzeroberfläche ein.
1984 erschien der erste AT (Advanced Technology) von IBM, ein PC, der mit einem 286er Prozessor, einer größeren Festplatte und einem Diskettenlaufwerk ausgestattet war.
1985 präsentierte Intel den 80386-Prozessor, der über 32-Bit-Datenbusse und–Adreßleitungen verfügte.
1988 stellten IBM und Microsoft ihr gemeinsam entwickeltes Betriebssystem Operating System 2
(OS/2) in der Version 1.0 vor, das das veraltete DOS ablösen sollte.
1989 war das Geburtsjahr des 80486-Prozessors, der einen mathematischen Coprozessor und einen
First-Level-Cache von 8 kB enthält.
1991 brach die elfjährige Allianz von IBM und Microsoft auseinander, weil IBM sich auf OS/2
konzentrierte, Microsoft jedoch Windows die besseren Marktchancen einräumte.
1992 stellte IBM das erste 32-Bit-Betriebssystem mit OS/2 v.2.0 vor.
1993 erschien der erste 80586-Prozessor, auch Pentium genannt. Der erste Pentium enthält etwa
3,1 Millionen Transistoren, arbeitet intern mit 64 und extern mit 32 Bit und enthält 32 Adreßleitungen, so dass er 4 GByte Arbeitsspeicher direkt ansprechen kann.
1996 stellte Intel erstmals einen Prozessor vor, der bei 16-Bit-Operationen langsamer, bei 32-BitOperationen jedoch wesentlich schneller rechnete als seine Vorgänger. Er wurde Pentium Pro genannt und wird wohl endgültig die Ära des 16-Bit-DOS beenden.
Die nächste Station in der Entwicklungsgeschichte der Computer und Mikroprozessoren erreicht Intel 1997 mit der Vorstellung der MMX-Technologie und dem Pentium II.
Heute - im Jahre 1999 - sind wir beim Pentium III angelangt. Es ist bei dem heutigen Tempo der
Entwicklung nicht vorauszusagen, welche Leistung die Prozessoren in einigen Jahren haben werden.
Aufgaben:
1. Welche Bedeutung hatte Charle s Babb a g e für die Entwicklung der Computer?
2. Beschreibe Konrad Zuses „Z3“!
3. Was weißt du über das Konzept der „Von-Neumann-Maschine“?
4. Skizziere in einer Tabelle die fünf Generationen der Datenverarbeitungsanlagen!
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Commodore C64
Atari ST 520
Apple Lisa
CRAY T 90
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3. Einteilung der Computer
Auch bei Computern gibt es unterschiedliche Kategorien und Leistungsklassen, ähnlich wie bei
Kraftfahrzeugen. Dort unterscheidet man z.B. zwischen PKW, LKW und Omnibussen.
Computer teilt man in vier klassische Gruppen auf:
1. die Supercomputer,
2. die Großrechner,
3. die Minicomputer und
4. die Mikrocomputer.
Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet man heute die Minicomputer als Workstations und die
Mikrocomputer als Personalcomputer. Es gibt in jeder Gruppe verschiedene Leistungsklassen.
3.1.
Supercomputer
Diese Computergattung wird hauptsächlich in Forschung und Lehre eingesetzt. Ausgehend von ihrer enormen Rechenkapazität und
–geschwindigkeit können sie z.B. für komplizierte Computersimulationen
eingesetzt werden, etwa die (wissenschaftlich umstrittene) Simulation des
Weltklimas unter Berücksichtigung der Treibhausgase. Nicht zu vergessen ist natürlich das Interesse von Militär und Raumfahrt an diesen Supercomputern. Von dieser Kategorie gibt es auf der ganzen Welt nur relativ wenige Exemplare.
Zu Beginn der 90er Jahre schafften diese Computer bereits 5 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde und konnten bei entsprechender Ausstattung 100 Millionen Zeichen auf eine Festplatte
schreiben.
Heute sind diese Rechner noch leistungsfähiger: Fast 800 parallel arbeitende Prozessoren können
einige Billionen Operationen pro Sekunde ausführen!
Hauptlieferant dieser Extremrechner ist die amerikanische Firma CRAY.
3.2.
Großrechner
Diese Gattung, auch Hosts oder Mainframes genannt,
findet man in Rechenzentren oder Großbetrieben, überall da, wo es auf hohe Rechenleistung und umfangreiches Datenmanagement ankommt. Großrechner sind so
ausgelegt, dass sie eine hohe Anzahl von Benutzern (bis
über einige 1000) gleichzeitig bedienen können. Das ist
deshalb möglich, weil das Betriebssystem dieser Rechner jeder anfallenden Aufgabe (Job) sogenannte Zeitscheiben zuteilt. Stehen also mehrere Jobs zur Verarbeitung an, so wird z.B. nur eine Millisekunde am ersten
gearbeitet, dann an den nächsten Jobs, dann wieder am
ersten usw., bis alle Aufgaben abgearbeitet sind. Man nennt dies das Time-Sharing-Verfahren.
Die Eingabegeräte (Terminals) dieser Großrechner sind häufig nur mit so viel eigener Intelligenz
ausgestattet, dass der Anwender einfache Aufgaben, wie etwa Texteingaben und Korrektur, ohne
Verbindung zum Rechner selbst ausführen kann. Erst mit dem Betätigen eines speziellen Tastendrucks werden die Daten zur Weiterverarbeitung an den Rechner gesandt. Terminal und Rechner
können dabei weit voneinander entfernt sein, und selbst Kontinente lassen sich per Telefonleitung
dabei überwinden. Um den Großrechnern für umfangreiche Aufgaben mehr Rechenzeit zur Verfügung zu stellen und den Benutzern lange Antwortzeiten zu ersparen, werden heute zunehmend Personalcomputer oder Workstations an die Großrechner angeschlossen.
Großrechner werden unter anderem von IBM, Siemens oder Unisys angeboten. Sie können auf riesige Speichermedien im Terabyte-Bereich zugreifen, haben eine hohe Rechenleistung (über 100
MIPS = Millionen Instruktionen pro Sekunde) und müssen in klimatisierten Räumen betrieben werden.
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3.3.
Workstations (Minicomputer)
Noch vor einigen Jahren hatten die Systeme der sog. mittleren Datentechnik ebenso wie die Großrechnersysteme einen zentralen
Rechner und einfache Terminals für die Dateneingabe. Durch die
Anforderungen der modernen grafischen Benutzeroberflächen und
die aufwendigen Programme war diese Technik jedoch nicht mehr
ausreichend. Als Abhilfe schuf man leistungsfähige, intelligente Arbeitsplatzrechner, deren Philosophie man von den PCs übernahm.
Diese als Workstations bezeichneten Computer wurden per Netzwerk miteinander verbunden und
erhielten einen zentralen Rechner, der für die zentrale Datensicherung und das Datenmanagement
verantwortlich war. Auch hier können mehrere Benutzer mit einem oder mehreren Programmen zur
gleichen Zeit arbeiten.
Diese Systeme findet man hauptsächlich in kleineren und mittleren Betrieben. Sie übernehmen hier
Aufgaben, wie sie vergleichsweise bei Großrechnern in Rechenzentren anfallen. Aber auch im Konstruktionsbereich oder bei der Bearbeitung von Farbbildern, also überall da, wo hohe Datenmengen
anfallen und in möglichst kurzer Zeit verarbeitet werden müssen, findet man bisher vorzugsweise
Workstations. Meist wird hier das Betriebssystem Unix eingesetzt.
Noch vor ein paar Jahren war diese Gruppe klar von den Personalcomputern abgrenzbar. Sie waren
leistungsfähiger, hatten ein zukunftsweisendes Betriebssystem und waren vor allem sehr viel teurer.
Mittlerweile verschmelzen beide Kategorien zunehmend. Einerseits werden Prozessoren, Massenspeicher, Betriebssysteme und sonstige Peripherie der Personalcomputer immer leistungsfähiger,
andererseits die Workstations immer billiger, so dass heute bereits eine klare Trennung nicht mehr
möglich ist.
Verbreitete Workstations gibt es z.B. von den Firmen Sun, Hewlett Packard, IBM und DEC.
3.4.
3.4.1.
Personalcomputer
Personalcomputer im Überblick
Unter einem Personalcomputer (PC) versteht man landläufig einen Computer, der selbständig Daten be- und verarbeiten kann. Er besteht aus einer eigenen Verarbeitungseinheit und externen Datenspeichern sowie einem eigenen Betriebssystem und Anwendungssoftware.
Da sich die Hersteller leider auf keine einheitlichen Computerbezeichnungen einigen können bzw.
aus Marketinggründen nicht wollen, begegnet man auf der Suche nach einem geeigneten PC auch
heute noch unterschiedlichen Begriffen:
• Personalcomputer, PC, Mikrocomputer
• Tischcomputer, Desktop-PC, Tower
• Portable, Laptop, Notebook, Subnotebook
• Home- oder Heimcomputer.
Während einige dieser Begriffe nur verschiedene Bezeichnungen für den PC sind, verwendet man
die anderen für seine Untergruppen - dies macht die Unterscheidung noch verwirrender. Eines haben alle Computer auf jeden Fall gemeinsam: den Mikroprozessor, das „Hirn“ eines jeden Computers. Das Wort „Mikrocomputer“ stellt demnach den Oberbegriff dar. Inzwischen hat sich jedoch
der Oberbegriff „Personalcomputer“ weitgehend durchgesetzt. Das scheint zwar etwas unglücklich,
da es sich hier nicht um das deutsche Wort „Personal“ im Sinne von Mitarbeiter handelt; der Begriff
kommt aus dem Englischen und meint „persönlich“. Immerhin ist mit dieser Bezeichnung klar, dass
damit ein auf persönliche Anwendungen zugeschnittener, selbständiger Arbeitsplatzrechner gemeint
ist.
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Der PC-Benutzer verfügt heute direkt über die Rechnerkapazität seines Computers und kann aus einer Unmenge mehr oder weniger preiswerter Standard-Software die beste Lösung für seine Bedürfnisse auswählen.
Personalcomputer setzt man z.B. für kommerzielle Aufgaben wie Lohn- und Gehaltsabrechnung,
Kalkulation, Mahnwesen, aber auch in der Textverarbeitung, für die Auftragsabwicklung, im Konstruktions- und Fertigungsbereich ein. Im privaten Bereich werden sie vor allem in der Textverarbeitung, Kalkulation, im Home-Banking (in Verbindung mit einem Modem) und zum Spielen eingesetzt.
Während es heute auf dem Markt eine unübersehbare Anzahl verschiedener PC-Hersteller gibt (man
schätzt etwa 300-400), so ist doch die Anzahl der Hersteller von Mikroprozessoren auf einige wenige beschränkt. Im PC-Bereich beherrschen vor allem Intel (IBM-PCs und kompatible Rechner) und
Motorola (besonders Apple-Rechner) den Markt; AMD versucht verstärkt, in den Intel-Markt vorzudrängen.
3.4.1.1.
Stationäre Systeme
Der „klassische PC“ steht seit seiner Erfindung auf dem Schreibtisch und wird deshalb auch
Desktop-PC (=Schreibtisch-PC) genannt. Später wurden diese Systeme fast vollständig von den
Rechnern mit freistehendem Gehäuse („Tower“) abgelöst, weil diese mehr Platz auf dem Schreibtisch schufen und vor allem mehr Möglichkeiten zum Ausbau bieten. (Normalerweise stehen diese
Rechner nicht auf dem Tisch, sondern darunter.)
Die stationären PCs bieten dem Anwender viele Vorteile:
• Durch ihre Standardbauweise und große Verbreitung sind sie in der Anschaffung
sehr preiswert.
• Für beinahe alle Wünsche gibt es eine Menge passender Zusatz- und Ergänzungsteile: z.B. Speicherchips, Steckkarten, Festplatten, Modems usw.
• Sie lassen sich weitgehend den persönlichen Bedürfnissen und dem späteren Expansionsdrang des Besitzers anpassen, ohne dass man den kompletten PC auf den Müll
werfen muss (z.B. größerer Bildschirm, schnellere und größere Festplatte, schnellerer Prozessor, Anpassung an neue Standards).
3.4.1.2.
Mobile (tragbare) Computer
Da die gängigen Standard-PCs in der Regel aus mehreren Einzelteilen bestehen, sind sie für den
wechselnden Einsatz an verschiedenen Arbeitsplätzen oder für die wechselseitige Benutzung im
Büro und zu Hause ungeeignet, denn sie lassen sich nur sehr umständlich transportieren.
Portables, Laptops, Notebooks usw. sind tragbare Computer und für den Einsatz außer Haus gedacht, z.B. für den Außendienst, für Reporter, bei Konferenzen oder Reisen. In Ausstattung und
Leistung müssen die tragbaren Computer mit den stationären Systemen durchaus vergleichbar sein,
um auch für anspruchsvollere Aufgaben eingesetzt werden zu können. Zum Leidwesen vieler Anwender sind die Mobilen aber auch heute noch wegen ihrer aufwendigeren Technik um vieles teurer
als ihre Kollegen auf oder unter dem Schreibtisch.
Die ersten tragbaren Computer waren die Portables („Koffercomputer“). Sie hatten einen kleinen
CRT-Bildschirm (Kathodenstrahlröhre) und waren dadurch unhandlich, sehr schwer (20 kg und
mehr waren keine Seltenheit) und anfangs nur mit Diskettenlaufwerken ausgestattet. Als weiterer
Nachteil erwies sich, dass sie zum Betrieb eine Steckdose benötigten. Bedingt durch diese Nachteile
konnten sie sich nie richtig durchsetzen.
Erst als man die tragbaren Computer mit einem LCD (Liquid Cristal Display=Flüssigkristall-Anzeige) und Festplatten ausstattete, wurden die Tragbaren auch wirklich tragbar und vor allem kleiner
und leistungsfähiger. Und - sie konnten mit Batterien oder Akkus betrieben werden. Zur Unterscheidung von ihren Vorgängern hießen sie nun Laptops. Da ihr Gewicht immer noch zwischen 5
und 9 kg betrug, wurden sie im Volksmund auch scherzhaft als „Schlepptops“ bezeichnet. Sie ähSeite10
nelten eher einer Reiseschreibmaschine oder einem Aktenkoffer und hatten etwa die Größe eines
DIN-A4-Ordners.
Die zunehmende Miniaturisierung der Bauelemente und eine stromsparende Konstruktion (Power
Management genannt) ermöglichte es, kleinere und leichtere mobile Geräte zu bauen. Anfang 1991
stellte man eine neue Generation der „Tragbaren“ vor: die Notebooks (= „Mappencomputer“). Sie
sind etwa so groß wie eine DIN-A4-Seite, bis zu 5 cm hoch und wiegen ca. 2-3 kg.
Ihr prinzipieller Aufbau wurde von den Laptops übernommen: hochklappbarer Bildschirm, Tastatur
und Systemeinheit sind in einem Gehäuse integriert. Ihr Innenleben besteht jedoch aus modernster
Technik:
• Minifestplatten mit heute bis zu 80 GByte Speicherkapazität und mehr
• scheckkartengroße Erweiterungskarten (PCMCIA, heute PC-CARD)
• Bauteile mit extrem niedrigem Stromverbrauch
• spezielle, stromsparende Prozessoren.
Einige Nachteile brachten die Notebooks jedoch mit sich: durch die kleinere zur Verfügung stehende Grundfläche musste auch die Tastatur schrumpfen, was häufig eine schwierigere und verkrampfte Tastatureingabe bedingt. Außerdem wäre es etwas umständlich, neben dem Computer auch eine
Maus mitzunehmen, die zur Bedienung des Notebooks notwendig ist. Findige Konstrukteure statteten die Notebooks daher mit einem Mausersatz (Trackball oder Gummipin) aus. Vorreiter war hier
Apple mit dem Powerbook.
Die Notebooks haben die Laptops inzwischen vollständig abgelöst. Es sollte jedoch niemanden
wundern, wenn auch heute noch jemand der Einfachheit halber die Notebooks als Laptops bezeichnet. Unter den Notebooks gibt es heute das umfangreichste Angebot an tragbaren Computern.
Wem die Notebooks immer noch zu schwer und zu groß sind, für den sind sicher die Subnotebooks
das richtige. Diese sind nur noch so groß wie ein DIN-A5-Blatt und wiegen unter 2 kg.
Relativ neu auf dem Markt sind sog. Notepads, manchmal auch Pen-PC oder PDA (Digital Personal Assistant) genannt. Diese PC-Gattung unterscheidet sich von den anderen tragbaren Computern
vor allem dadurch, dass man an ihnen weder eine Tastatur (bei den Psiongeräten doch) noch einen
Mausersatz findet. Sie ähneln deshalb in ihrem Aussehen auch eher einem Schreibblock. Den Verzicht auf diese Eingabemedien ermöglicht eine neue Technik: die Eingabe von Daten und die Steuerung des Computers per Stift (Pen). Die Schreib- und Zeichenfläche ist der Bildschirm. Mit einem
Stift gibt der Benutzer seine Befehle oder Texte ein. Möglich wird dies natürlich erst durch ein spezielles Betriebssystem und einem berührungsempfindlichen Bildschirm. Bei manchen PDAs können Texte auch mit normaler Handschrift eingegeben werden. Die handschriftlichen Zeichen können später in normale, für den Computer verarbeitbare Zeichen umgewandelt werden.
Die Größe der Notepads reicht von DIN A4 bis zum handflächengroßen Computer. Sie wiegen
zwischen ca. 150 g und 1 kg.
Ob man nun die Organizer (auch Palmtop genannt) schon zur Gattung der Computer zählen sollte,
sei dahingestellt. Sie können nicht mit den handelsüblichen Standardprogrammen arbeiten und haben nur beschränkte Einsatzgebiete. Sie erinnern in Aussehen und Funktionsweise eher an einen
einfachen Taschenrechner als an einen PC. Sie finden hauptsächlich als elektronischer Notizblock
mit Speicher- und Rechenmöglichkeiten oder Organisator (Telefon- und Adressenverzeichnis,
Memofunktionen) Anwendung.
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4. Grundbegriffe
Jede EDV-Anwendung von Computersystemen lässt sich, genau wie in der manuellen Datenverarbeitung, grundsätzlich in drei Stufen: Eingabe Verarbeitung Ausgabe gliedern.
Eingabe
E
Verarbeitung

V
Ausgabe

A
Die Anfangsbuchstaben dieser Verarbeitungsfolge bezeichnen das EVA-Prinzip.
Computersystem ist der Oberbegriff für die beiden zentralen Vokabeln der EDV, nämlich: Hardware und Software.
Hardware sind alle elektronischen und mechanischen Bauteile aus hartem (physikalischem) Material. Das ist alles, was sicht- und anfassbar oder unsichtbar in Computer-Geräteeinheiten eingebaut bzw. zu Geräten zusammengefasst ist. Dazu gehören in der EDV auch Zubehörteile, also beispielsweise Verbindungskabel, Stecker sowie alle Datenträger (=Datenspeichermaterialien).
Software ist der Oberbegriff für alle Programme und Daten, mit denen die Nutzung der sonst funktionsuntüchtigen Hardware erst möglich wird. Programme bestehen aus Folgen von Computerbefehlen, die im weitesten Sinne die Arbeitsanweisungen des Anwenders in die „Sprache“ der Maschine übersetzen, Verarbeitungsvorgänge steuern und Ergebnisdaten bereitstellen. Daten sind Informationen, die von Computeranlagen erfasst, verarbeitet und ausgegeben werden können.
Aufgaben:
1. Was besagt die Aussage: „Computer sind eigentlich nicht intelligenter als Steine“?
2. Beschreibe das EVA-Prinzip!
3. Erkundige dich beim örtlichen Computerhändler (Mediamarkt o.ä.) oder anhand von
Prospekten oder Computerzeitschriften über die Preise von PC-Systemen!
4. Welche Geräteeinheiten gehören zu einem Standard-Computersystem?
5. Nenne Begriffe, die du bisher noch nicht verstehst oder kennst!
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5. Hauptbestandteile des Computers (Hardware)
Lies zu diesem Kapitel bitte auch die Kapitel 2 und 3 Hardware und Ein- und Ausgabegeräte in der
Datei grundlagen.pdf!
Die Gerätezusammenstellung von Computersystemen, auch als Anlagenkonfiguration bezeichnet,
entspricht der Gliederung des EVA-Prinzips.
Eingabe-Geräte
Tastatur
Maus
Joystick
Scanner
Trackball
Digitizer
Hardware
Verarbeitungs-Geräte
CPU, Zentraleinheit
Speicher (ROM, RAM)
BUS
Laufwerke (externe Speicher):
Disketten, Festplatten,
Magnetbänder (Streamer),
optische Speicher (CD-ROM)
Ausgabe-Geräte
Monitor
Drucker
Plotter
Modem
Akustikkoppler
Die skizzierten Gerätegruppen zur Eingabe und Ausgabe von Daten werden als Peripheriegeräte,
kurz Peripherie - von „am Rande befindlich“ - bezeichnet. Diese sind gewöhnlich über Kabelverbindungen an die zentrale Verarbeitungseinheit, die Zentraleinheit oder CPU (central processing
unit), angeschlossen. Peripheriegeräte ermöglichen den Datenaustausch, die Kommunikation,
zwischen Anwendern und Maschinen oder von Maschinen untereinander.
5.1.
Eingabegeräte
Die Leiterin eines Supermarktes macht sich in der wöchentlichen Besprechung mit der Geschäftsleitung Notizen für die Werbeaktionen der kommenden vier Wochen. Der handschriftliche Zettel
mit den Stichworten bildet die Grundlage für alle folgenden organisatorischen und rechnerischen
Arbeiten, wie z.B. der Lagerbestandskontrolle, der Artikelauswahl, der Preiskalkulation usw. Als
unentbehrliches Hilfsmittel zur Bearbeitung solcher Aufgaben werden in diesem wie in unzähligen
anderen Unternehmen überwiegend PC benutzt.
Aber wie kommen die handschriftlichen Notizen in den Rechner?
Ein Computer kann nur arbeiten, wenn er mit Informationen versorgt wird, also wenn Daten eingegeben werden. Das geschieht mit Hilfe von Dateneingabegeräten. Diese wandeln die vom Anwender bereitgestellten Informationen (=Datenerfassung) durch unterschiedliche Verfahren aus ihrem
„Urzustand“, z.B. handschriftliche Notizen, in eine maschinenlesbare Form, d.h. in maschinell verwertbare elektronische Impulse um. Dieser Datenumwandlungsprozess wird auch als Codierung
bezeichnet; die Rückwandlung der Ausgabedaten in andere Darstellungsformen heißt entsprechend
Decodierung.
Alle Eingabegeräte lassen sich grob betrachtet in zwei Gruppen einteilen: Eingabegeräte für die
Erfassung von Daten, z.B. die Tastatur und Eingabegeräte für die Bedienungssteuerung, z.B. die
PC-Maus.
Typische Eingabegeräte von Computersystemen sind vor allem:
• die Tastatur, für die manuelle Eingabe von Texten und Zahlen
• die immer häufiger verwendete PC-Maus als elektronischer „Zeigefinger“
• und verschiedene Formen von Scannern, die überwiegend zur optischen Erfassung
von Bildinformationen eingesetzt werden, z.B. als Markierungsleser an Kassen zum
Lesen von Balkencodierungen oder auch als Lesegeräte zur automatischen „Punktfür-Punkt“-Abtastung von Texten, Skizzen oder Fotos.
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Daneben gibt es viele ähnliche und andere Gerätearten zur Dateneingabe, wie z.B.
• Magnetschriftleser, häufig in Supermärkten, Tankstellen und Bankautomaten zu
finden (Scheck-, Kreditkarten)
• optische Klarschriftleser (Scanner zur Schriftzeichenerkennung z.B. auf Euroschecks)
• Berührungsbildschirme (Touch-Screens; einfach zu bedienende Informationsstände)
• Digitalisiertabletts (Grafiktabletts)
• Pen-Computer, mit denen die handschriftliche Informationseingabe per speziellem
Schreibstift möglich ist
• Joystick, überwiegend als „Steuerknüppel“ in Computerspielen verwendet, sowie
• Spracheingabesysteme, welche mit großer Computerleistung die menschliche
Sprache automatisch in „Schrift“ umwandeln.
Kommen wir nun zu den wichtigsten Eingabegeräten im einzelnen:
5.1.1.
Die Tastatur
Die Tastatur ist das wichtigste und meistverwendete Eingabegerät in EDV-Anlagen.
Kenntnisse über den Aufbau der Tastatur und die Funktionen einzelner Tasten sind oft die erste
Grundlage für die Nutzung des Computers.
Die heute bei den meisten Personal Computern verwendete Tastatur lässt sich in folgende fünf
Funktionsgruppen aufteilen:
1. Das alphanumerische Tastenfeld entspricht weitgehend der normalen Schreibmaschinentastatur. Es enthält alle Buchstaben, Ziffern und viele Sonderzeichen.
2. Das numerische Tastenfeld dient in erster Linie der schnellen Eingabe von Zahlen
und entspricht in etwa der Tastatur einer Rechenmaschine bzw. eines Taschenrechners. Es umfasst neben den Ziffern von 0 bis 9 auch Tasten für normale Rechenvorgänge.
3. Die Tasten zur Cursorsteuerung dienen vor allem der schnellen Ansteuerung von
Eingabefeldern bzw. Bildschirmpunkten. Als Cursor wird eine blinkende Markierung auf dem Bildschirm bezeichnet, an der das nächste (über die Tastatur) einzugebende Zeichen erscheint. Notiere dir die Funktionen der einzelnen Cursortasten!
Seite14
4. Die Kommando- und Sondertasten umfassen im Vergleich zur Schreibmaschinentastatur weitergehende Funktionen, mit denen die Speicher- und Bildschirmvorteile
des PC genutzt werden können. Allgemein dient diese Tastengruppe zum Aufruf
programmgesteuerter Verarbeitungsvorgänge. Notiere dir wieder die Funktion der
einzelnen Tasten!
5. Die Funktionstasten ermöglichen den Aufruf von zumeist vielseitigen Programmfunktionen, die je nach Art des Programms unterschiedlich sein können; so ist z.B.
die Taste <F1> sehr häufig als Hilfe-Taste ausgelegt. Bei vielen Programmen ist
jede Funktionstaste in Verbindung mit den Sondertasten <ALT> bzw. <STRG> (auf
manchen Tastaturen auch mit <CTRL> bezeichnet) doppelt oder sogar dreifach mit
wichtigen Programmfunktionen versehen.
Schau dir bitte auch die Datei tastatur.pps von der Cd an!
5.1.2.
Die PC-Maus
Während die Tastatur überwiegend zur Eingabe von Texten, Zahlen und Sonderzeichen verwendet
wird, erleichtert die PC-Maus als „verlängerter Zeigefinger“ des Anwenders die komfortable Bedienung des Computersystems.
Wesentliches Bauelement einer PC-Maus ist die an der Unterseite des Gehäuses
herausragende und frei bewegliche Gummi- oder Kunststoffkugel, deren Drehung
bei der Bewegung der Maus meist durch Sensoren erfasst wird.
Eine spezielle Software (Maus-Treiber) rechnet die Dreh- und Geschwindigkeitsimpulse der Mauselektronik in Bewegungen von Anzeigesymbolen (Mauszeiger-Pfeil,
Sanduhr usw.) auf dem Bildschirm um. Generell übernehmen Treiberprogramme
die Anpassung von Peripheriegeräten an das jeweilige Computersystem.
So unscheinbar dieses kleine Peripheriegerät auf den ersten Blick erscheinen mag, so vielfältig sind
die Arbeitsmöglichkeiten. Es werden allgemein drei Mausfunktionen unterschieden:
1.
Zeigen: Durch Bewegung der Maus auf einer ebenen Fläche - vorzugsweise ein
Mousepad - wird ein Zeiger auf dem Bildschirm verschoben, so dass dieser auf jede
Stelle des Bildschirms zeigen kann. Wird die Maus von der ebenen Fläche abgehoben und an anderer Stelle wieder abgesetzt, dann wird der Zeiger auf dem Bildschirm natürlich nicht bewegt.
2. Klicken: Damit ist das kurzzeitige Drücken einer Maustaste gemeint. Damit werden
meist Programmteile gestartet oder andere Aktionen ausgeführt. Der entsprechende
Teil muss sich dabei unter dem Mauszeiger befinden. Beim Doppelklicken wird
ein Bildschirmobjekt durch zwei schnell aufeinander folgende Tastendrücke zunächst ausgewählt und gleichzeitig aufgerufen.
3. Ziehen: Werden Mausbewegung und Tastenbetätigung kombiniert, so spricht man
vom Ziehen. Mit dieser Vorgehensweise werden Bildschirmbereiche markiert u.a.
Das funktioniert wie folgt: Man bewegt die Maus auf einen bestimmten Bereich,
drückt die Maustaste und lässt sie gedrückt; die Maus wird bis zum Ende des Bereichs gezogen und losgelassen.
Schau dir bitte auch die Datei Maus.pps an!
Aufgaben:
1.
2.
Nenne jeweils zwei Einsatzbereiche für die genannten Eingabegeräte:
a) Tastatur
b) PC-Maus
Die PC-Maus gilt als der „elektronische Zeigefinger“ des Computeranwenders.
Welchen Tasten der Tastatur könnte diese Umschreibung ebenfalls zugeordnet werden?
Seite15
3.
4.
5.2.
Mit welchen Tasten würdest du folgende Aktionen erledigen bzw. die genannten
Zeichen schreiben?
a) Absatzende setzen b) Eingabe bestätigen
c) Paragraphenzeichen
d) Leerzeichen
e) D
f) Cursorsprung
g) ASCII-Sonderzeichen
h) Zeichen einfügen
i) Zeichen löschen
j) Vorgang abbrechen
Nenne einige typische Tätigkeiten, die während der Arbeit mit der PC-Maus erledigt werden!
Verarbeitungsgeräte
Unter Verarbeitung versteht man alle von der Hardware und Software organisierten Rechenvorgänge eines Computersystems zur Umwandlung, zum Transport und zur Speicherung von Daten.
Ein Sachbearbeiter im Personalbüro eines Industriebetriebes gibt die Adressdaten aller neu eingestellten Auszubildenden über die Tastatur eines PC ein. Ein entsprechendes Programm bietet auf
dem Bildschirm die erforderlichen Eingabefelder an. Jeder Tastendruck zaubert Buchstaben, Ziffern
oder Sonderzeichen an die jeweilige Cursorposition. Die Erfassung der handschriftlichen Angaben
aus den Personalbögen gestaltet sich sehr einfach! Aber wie können die realen Informationen aus
der Welt des Menschen im Computer abgebildet, gespeichert und übertragen werden? Daten, die
mit Computern verarbeitet werden sollen, haben unterschiedlichste Darstellungsformen und sind in
den meisten Fällen zunächst nur von den Menschen zu lesen. Auf dem Weg von der Erfassung bis
zur Ausgabe werden Daten mehrfach umgeformt, da die „Maschinen“ eines Computersystems nur
mit elektrischen Signalen arbeiten können. Die hierfür vorgesehenen technischen Einheiten werden
zusammengefasst als Verarbeitungsgeräte bezeichnet. Man teilt die Verarbeitungsgeräte üblicherweise in zwei Gruppen ein:
1. Zentraleinheit (CPU = Central Processing Unit): Die Zentraleinheit lässt sich mit
dem menschlichen Gehirn vergleichen. Dieses zentrale Verarbeitungsgerät, an das
alle Ein- und Ausgabegeräte angeschlossen werden, versteht die von einem Computerprogramm übergebenen Befehle und führt diese aus. Im Zusammenwirken mit geeigneter Systemsoftware organisiert die Zentraleinheit den Datenverkehr, also die
Speicherung, die Verarbeitung, den Transport und die Ausgabe von Daten
2. Externe Speicher: Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabedaten müssen während der
Arbeit mit dem Computer oder auch längerfristig erhalten bleiben. Die Zentraleinheit
birgt einen Kurzspeicher - vergleichbar mit dem „Kurzzeitgedächtnis“. Externe Speicher können hingegen riesige Datenmengen über große Zeiträume wiederaufrufbar
und änderbar konservieren. Das sind z.B. Disketten(laufwerke), Festplatten(laufwerke), Magnetbänder und optische Speicher.
Wie läuft die Verarbeitung technisch ab?
5.2.1.
Bit und Byte
Ein Bit ist die kleinste vorstellbare eindeutige Informationseinheit in der Form von zwei Schaltzuständen. Die Zusammenfassung von (meist) 8 Bits ergibt ein Byte.
Computer arbeiten in Einheiten von Bits. Es ist die Abkürzung von binary digits. Es werden zwei
Zustände unterschieden: Strom fließt (1), Strom fließt nicht (0).Mit Ziffernfolgen von 8 Bits=1Byte
werden im ASCII-Code insgesamt 256 Hardware-Steuerungsfunktionen sowie alle Groß- und
Kleinbuchstaben des Alphabets, Ziffern und zahlreiche Sonderzeichen zugeordnet. Jeder Programmbefehl, jedes Bild und Zeichen wird aus solchen Bitfolgen berechnet. Computer verarbeiten
riesige Datenmengen.Für eine Schreibmaschinenseite rechnet man durchschnittlich mit 2000 bis
2500 Byte. Kommen wir nun zu den Verarbeitungsgeräten im einzelnen:
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5.2.2.
Die Zentraleinheit
Die Zentraleinheit (=CPU) ist das zentrale Verarbeitungsgerät jeder EDV-Anlage, an das alle
Ein-/Ausgabe- und Speichergeräte angeschlossen sind.
Zunächst besteht die Zentraleinheit aus dem Mikroprozessor, dem „Herz“ des Computers, dessen
interner „Pulsschlag“ als Taktfrequenz bezeichnet wird, wodurch grob etwas über die Anzahl der
möglichen Rechenoperationen pro Sekunde ausgesagt wird. Das „Gedächtnis“ sind interne Speicher, die - ähnlich wie beim Menschen - unterschiedliche Funktionen erfüllen, nämlich als Langzeitgedächtnis das ROM (read only memory) und als Kurzzeitgedächtnis das RAM (random access memory).
Als „Sinnesorgane“ für den Datenaustausch sind in die Zentraleinheit noch spezielle Eingabe-/Ausgabebausteine (Input/Output-Einheiten) integriert. Die Datenimpulse werden über sog. Busse (engl.
busses = parallel laufende Leiterbahnen) - vergleichbar mit den menschlichen „Nervensträngen“ von Baugruppe zu Baugruppe und nach außen zur Peripherie transportiert.
5.2.2.1.
Der Mikroprozessor
Der Mikroprozessor ist die Hauptkomponente eines jeden Computers. Dieser organisiert den gesamten Datenverkehr, er steuert, überwacht und hält auch die benötigten Programme und Daten bereit.
In PCs wurden immer wieder neue Mikroprozessortypen eingesetzt. Die jeweilige neue Generation von Prozessoren war meist leistungsfähiger, schneller und hatte viel mehr Möglichkeiten. Heute wird meist immer noch der Pentium III eingesetzt, obwohl es bereits den Pentium
IV gibt. (Er hat aber noch eine Menge „Kinderkrankheiten“, bis die ausgemerzt sind, wird wohl
noch einige Zeit vergehen.)
5.2.2.2.
ROM (Read Only Memory)
Dieser Festwertspeicher wird bereits vom Hersteller einmalig und dauerhaft mit Informationen programmiert. Solche Programmbausteine können danach nur noch gelesen, nicht aber mehr überschrieben werden. In ROMs werden in erster Linie elementare Maschinenoperationen gespeichert,
z.B. die Start-Routine („Booten“) des Computersystems.
5.2.2.3.
RAM (Random Access Memory)
Im Gegensatz zum ROM ist das RAM ein flüchtiger Speicher. Wird der Computer ausgeschaltet,
gehen alle dort gespeicherten Informationen verloren. Er kann allerdings mit beliebigen Informationen beliebig oft überschrieben, gelesen oder auch gelöscht werden.
5.2.2.4.
Bus
Das Bussystem sorgt für den Datentransport innerhalb eines Computers (interner Bus) oder zu den
Peripheriegeräten (externer Bus). Man unterscheidet drei Busarten:
1. Datenbus: Er befördert die Daten innerhalb des Prozessors oder zwischen Prozessor
und Peripheriegerät. Im letzten Fall geschieht dies über eine Schnittstelle z.B. zu den
externen Speichern, zum Bildschirm oder zum Drucker.
2. Steuerbus: Es werden die Steuerimpulse übertragen.
3. Adressbus: Er sorgt für die eindeutige Adressierung der Bitfolgen beim Speichern
und Wiederauffinden von Daten im internen Speicher.
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5.2.3.
Externe Speicher
Externe Speicher sind an die Zentraleinheit angeschlossene Geräteeinheiten, welche große Datenmengen dauerhaft und wiederabrufbar auf zumeist magnetischen oder optischen Datenträgern
speichern können.
Um zu verhindern, dass beim Ausschalten des Computers oder beim Verlassen des Anwendungsprogramms die im RAM gespeicherten Daten verloren gehen, müssen diese auf sog. externen Speichern abgelegt werden. In PC-Systemen sind dies meist Disketten, Festplatten, Magnetbänder
(Cartridges) und optische Speicher.
Diese Geräte werden auch als kombinierte Ein- und Ausgabemedien bezeichnet.
5.2.3.1.
Disketten
Disketten sind mobile Datenträger. Durch spezielle magnetische Aufzeichnungsverfahren werden Programme und Daten gespeichert, gelesen, gelöscht, kopiert
und überschrieben. Typische Diskettenformate werden durch ihre Kantenlänge in
Zoll und nach ihrer Schreibdichte unterschieden. Der Aufbau beider Diskettenarten ist ähnlich. Die kleineren 3 ½''-Disketten haben ein stabileres Plastikgehäuse
und eine robustere Antriebsmechanik als die 5 ¼''-Disketten, was letztlich zu höherer Speicherkapazität und zu größerer Datensicherheit beiträgt. Aus diesem Grunde sind die 5
¼''-Disketten so gut wie verschwunden.
3 ½''-Disketten haben eine Speicherkapazität von 720 kB oder 1,44 MB; die letzteren erkennt man
an den zwei kleinen quadratischen Löchern.
Seit einigen Jahren gibt es Disketten, die von ihrer Speicherkapazität her eher an ältere Festplatten
erinnern: ZIP-Disketten fassen bis zu 1 GB an Daten, und die noch neueren LS-Laufwerke speichern 120 MB. Der Vorteil der letzteren Laufwerke ist, dass die normalen 3 ½’’-Disketten weiter
benutzt werden können. Die LS-Laufwerke können diese lesen, schreiben und sogar formatieren.
Durch die neuen USB-Sticks sind Disketten so gut wie verschwunden. Siehe dort!
5.2.3.2.
Festplatten
Die Festplatte ist im Gegensatz zur Diskette in einem hermetisch abgeschlossenen,
staubdichten Gehäuse untergebracht, damit die Plattenoberfläche vor Schmutz- und
Staubpartikeln geschützt ist. Bei Disketten liegt der Schreib-/Lesekopf während des
Zugriffs auf der Plattenoberfläche auf; bei Festplatten schweben die Köpfe auf einem winzigen Luftpolster über der Plattenoberfläche. Die Mechanik in Festplatten
ist weitaus kleiner und präziser, was letztlich erheblich größere Speicherdichten und
–kapazitäten erlaubt. In den meisten Fällen sind mehrere Magnetplatten übereinander angeordnet, auf die mehrere Schreib-/Leseköpfe gleichzeitig zugreifen können.
Alle Daten, die auf Festplatten gesichert werden, gelangen vom Systembus des Computers zum
Platten-Controller. Das sind häufig zusätzliche Steckkarten, mit denen die Schreib-/Lesevorgänge
für einen optimalen Datenfluss gesteuert werden. Dafür sind Controller häufig mit zusätzlichem
RAM-Speicher (=Cache) ausgestattet.
5.2.3.3.
Optische Speicherplatten
Diese Speichermedien sind mit der Musik-CD zu vergleichen, weil die auf
ihr gespeicherten Daten mit Laserlicht abgetastet werden. Die durch Laserstrahlen mögliche Präzision erlaubt auf kleinsten Plattenflächen Speicherkapazitäten von über 600 Mbyte (CD-ROM) bis zu 18 Gbyte (DVD). Ein Ende
der Entwicklung ist noch nicht absehbar. Die CD-ROMs können mehrbändige Lexika oder eine
Unmenge an Daten für Bilder, Videosequenzen und Sprachausgabe aufnehmen, wie sie heute z.B.
für Spiele gebraucht werden. Im Vergleich zur Festplatte ist die CD-ROM ein langlebiger und relativ sicherer Speicher, der zunächst bis heute allerdings nur eine langsamere Zugriffsgeschwindigkeit
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hat und immer noch niedrigere Datenübertragungsraten als die Festplatte. Durch die mittlerweile erschwinglichen CD-Brenner und DVD-Brenner sind optische Speicherplatten fast überall als Speichermedium in Anwendung.
5.2.3.4.
Magnetbänder
Für die Speicherung von Massendaten, auf die ein direkter Zugriff nicht erforderlich ist , werden
vornehmlich Magnetbänder (=Cartridges) eingesetzt. Dies trifft vor allem auf die Datensicherung
durch Streamer zu. Die Datentransferrate beträgt bis zu 6 Mbyte pro Minute. Je nach System lassen sich von 40 MByte bis zu 4 GByte und mehr speichern. (Diese Art der Speicherung ist wegen
der Brenner für Privatleute total aus der Mode gekommen. So gibt es Streamer nur noch im kommerziellen Bereich.)
5.2.3.5.
USB-Sticks
Seit einigen Jahren sind kleine USB-Sticks üblich. Du kennst sie auch als MP3Player. Sie werden einfach in einen USB-Anschluss eingesteckt. Unter Windows
XP werden sie automatisch installiert. Die Kapazität dieser kleinen Sticks geht
heute bereits in die Größe von GigaByte.
Aufgaben:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
5.3.
Fertige
zu
folgendem
Text
eine
aussagekräftige
Skizze
an:
„Für den PC-Anwender ist die Zentraleinheit eines Computersystems eine 'Blackbox' mit verschiedenen Ein- und Ausgängen. Auf der Eingangsseite werden über
verschiedene Eingabe- und Speichergeräte Programme und Daten in den Computer
geladen. Auf der anderen Seite übergibt der Computer nach den internen Verarbeitungsvorgängen (Zwischenspeicherung usw.) die vom Anwender gewünschten Ergebnisse an Ausgabegeräte.“
Wie viele Schaltzustände lassen sich mit einer normalen Verkehrsampel darstellen?
Wie viele und welche davon werden zur „Kommunikation“ zwischen Maschine und
Mensch genutzt?
Welche Folgen hatte der technische Fortschritt, der durch die folgende Aussage beschrieben wird: „Mikroprozessoren, die wichtigsten Bausteine der Elektronik, sind
so winzig, dass sich heute auf der Größe eines Fingernagels Schaltungen unterbringen lassen, die vor 30 bis 40 Jahren noch ganze Hallen und Säle gefüllt haben!“
Erkunde anhand eines Lexikons oder in einem Uhrengeschäft den wesentlichen Unterschied zwischen Analog- und Digitaluhr! Woher kommt der Begriff „digital“?
Besorge dir ein Prospekt von einem Komplett-System. Beschreibe mindestens 5 der
dort genannten Begriffe ausführlich!
Welche Vorteile haben Festplatten-Laufwerke gegenüber Disketten-Laufwerken?
Erläutere, welche Leistungsfaktoren der Festplatte mit der folgenden Aussage angesprochen sind: „Entscheidend ist, wie lange es dauert, bis die von der Festplatte zu
ladenden Daten im RAM zur Verfügung stehen!“
Welche externen Speicher kennst du?
Ausgabegeräte
Ausgabegeräte sind alle Systemeinheiten, die Ausgabedaten für Menschen in lesbarer und verständlicher Form darstellen können und/oder über spezielle Datenkanäle und Schnittstellen in den
Speicher-/Verarbeitungsbereich anderer Systeme übertragen.
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Ausgabegeräte machen die vom Computer errechneten Daten für Anwender verfügbar. Die Ausgabedaten sollen exakt, schnell und möglichst wirkungsvoll vorliegen. Dieser hohe Informationsanspruch wird von den heutigen Ausgabegeräten auch in PC-Konfigurationen erfüllt.
Man teilt die Ausgabegeräte in drei Kategorien ein:
1. die flüchtige Ausgabe von Informationen
2. die dauernde (permanente) Ausgabe auf Datenträger und
3. die datenübertragende Ausgabe an andere Systeme.
Eine flüchtige Datenausgabe liegt vor, wenn die Informationen nur eine begrenzte Zeit als Ausgabe- oder Arbeitsdaten verfügbar sind. Das trifft vornehmlich auf die Bildschirmausgabe zu. Über
diese Peripheriegerätegruppe erfolgt zumeist die dialogorientierte Kommunikation mit dem System.
Eigentlich wird der Monitor daher überwiegend nicht als Endausgabegerät genutzt, sondern eher
zur Vorbereitung von Ausgabe- bzw. Ergebnisdaten. Sollen Bildschirminformationen einem größeren Personenkreis zugänglich gemacht werden (=Datenpräsentation), dann werden häufig LC-Datendisplays eingesetzt, die auf Tageslichtprojektoren (Overhead-Projektoren) gelegt werden, womit
Ausgabedaten vergrößert auf eine Leinwand geworfen werden können.
Das typische Ausgabegerät der EDV ist jedoch der Drucker, der Ausgabedaten (Texte, Zahlen,
Grafiken) auf Papier dauerhaft festhält. Das trifft auch auf Plotter zu, die mit Malstiften in hoher
Präzision und Geschwindigkeit farbige Konstruktionszeichnungen und großflächige Beschriftungen
anfertigen.
Verlassen Informationen den Verarbeitungskreis eines Computersystems in Richtung anderer Verarbeitungssysteme, spricht man von Datenfernübertragung (DFÜ). Wird zur Überbrückung räumlicher Distanzen das Telefonnetz benutzt, dann müssen die digitalen Ausgabeinformationen in analoge Daten umgewandelt werden, wofür es das Modem gibt.
Kommen wir auch hier bei den Ausgabegeräten zu den wichtigsten Geräten im einzelnen:
5.3.1.
Der Monitor
Bei PCs erfolgt die Eingabe-/Ausgabekontrolle von Texten und Grafiken zumeist auf dem Monitor
(=Datensichtgerät, Bildschirm). Dieser ist gleichermaßen Arbeits- und Ausgabegerät.
Man unterscheidet grob zwei Arten der Bilderzeugung: Kathodenstrahlröhren und FlüssigkristallAnzeigen.
• Kathodenstrahlröhren sind vergleichbar mit den Bildröhren von
Fernsehgeräten
• Flüssigkristall-Anzeigen sind mit der Anzeige bei Digitaluhren
vergleichbar und werden meist bei tragbaren Computern eingesetzt (Laptops, Notebooks usw.), heute aber immer mehr auch
bei üblichen PC-Systemen
Durch die technische Entwicklung haben sich verschiedene Grafikstandards herausgestellt:
•
•
Hercules-Grafik (HGC) ist einfarbig (schwarz/weiß, schwarz/grün usw. Auflösung:
732x458)
CGA-Grafik war die erste farbige Grafik; deren Auflösung war allerdings sehr grob
(320x200), und die ersten Spiele waren in dieser Auflösung programmiert.
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•
•
EGA-Grafik war ein großer Fortschritt in der Farbgrafik. Man konnte bereits 16
Farben darstellen, so dass die Auflösung auch schon für die Augen zu ertragen war
(640x400).
VGA bzw. SVGA (manchmal auch XGA genannt) ist der heutige Standard, indem
von 256 bis zu 16,7 Mill. Farben in einer Auflösung dargestellt werden können, dass
bei guten Monitoren kaum ein Unterschied zum Fernsehbild festgestellt werden
kann. (Auflösungen von 1024x768 bis zu 1600x1200)
Der heutige Grafikstandard - SVGA - erfordert spezielle Grafikkarten mit Grafikprozessoren, die
die vielen Bildpunkte in möglichst kurzer Zeit auf den Bildschirm bringen können. Stark im Kommen sind auch - besonders für den Spielefreak - sog. 3-D-Grafikkarten, die auf dem Monitor ein
räumlicheres Bild erzeugen können.
5.3.2.
Der Drucker
Der Drucker bringt das Arbeitsergebnis zu Papier, heute auch bereits in Farbe.
Es werden meist vier Gruppen von PC-Druckern unterschieden:
1. Nadeldrucker: Die einfachsten Nadeldrucker haben Druckköpfe mit nur 9 Nadeln.
Die heute meist gebräuchlichen Nadeldrucker haben 24 oder sogar 48 Nadeln. Die
Nadeln werden von winzigen elektromagnetischen Hämmern auf ein Farbband geschlagen, wodurch Punktabdrücke auf dem Papier erzeugt werden.
2. Thermodrucker: Die Thermodruckköpfe arbeiten mit winzigen Heizelementen, die
die Rasterpunkte auf temperaturempfindliches Thermopapier brennen. Das Spezialpapier färbt sich bei der Erwärmung durch eine chemische Reaktion schwarz. Solches Papier ist jedoch teuer, umweltschädlich und nicht lichtecht. Bei einem anderen
Verfahren mit Normalpapier, dem Thermotransfer-Verfahren, werden die Zeichen
über einer wachsbeschichteten Farbträgerfolie erhitzt und auf das Papier geklebt. Mit
diesem Verfahren werden die qualitativ höchstwertigen Farbdrucke erzeugt.
3. Tintenstrahldrucker: Die Rasterpunkte dieses Matrixdruckers werden aus 24, 48
oder bis zu 128 Düsen als winzige Tintentröpfchen unter hohem Druck auf das zu
bedruckende Papier geschossen. Die Schriftqualität ist mit der von Laserdruckern zu
vergleichen, die Anschaffungskosten sind allerdings niedriger.
4. Laserdrucker: Diese Drucker - auch Seitendrucker genannt - arbeiten ähnlich wie Fotokopierer. Die Zeichen
werden aus einzelnen Punkten elektrofotografisch auf
einer Drucktrommel aufgebaut, die jedoch aufgrund der
Verwendung von Laserstrahlen und feinstkörnigem Tonerpulver eine nochmals gesteigerte Genauigkeit zulassen. Weil die Seite im Druckerspeicher komplett aufgebaut werden muss, sind die Speicher in diesen Druckern
sehr groß (bis zu 64 MB). Diese Art Drucker haben eine überragende Druckqualität
bei Text und Grafik, so dass sie vor allem zum DTP eingesetzt werden.
Aufgaben:
1. Was heißt es, wenn in einer Computeranzeige steht: „Der Bildschirm hat eine maximale Auflösung von 1024 x 768 Pixel“?
2. Welche Aufgaben erfüllen Modems bei der DFÜ? Informiere dich auch über mögliche Einsatzgebiete durch Computerzeitschriften oder im örtlichen Computergeschäft
bzw. bei der Telekom!
Seite21
3. Stelle die Vor- und Nachteile der jeweiligen Druckerarten in einer Tabelle gegenüber!
4. Was bedeutet die Angabe: 600 dpi?
6. Programme (Software)
Siehe zu diesem Thema auch die Datei grundlagen-pdf, Kapitel 1. die Seiten 5-8.
Programme sind beliebig wiederholbare Folgen von Arbeitsanweisungen in Form von Computerbefehlen, mit denen die Computerhardware aktiviert, gesteuert und kontrolliert wird, um Daten in
der vom Anwender gewünschten Form zu verarbeiten.
Die Auswahl an Programmen für Computersysteme und besonders für Personal Computer (PCs) ist
kaum zu überblicken! Ständig produzieren Programmierteams neue oder verbessern bereits vorhandene Programme (=Updates), um die mannigfaltigen Ansprüche von Anwendern zu erfüllen.
Kommerzielle Programme werden zumeist auf CD-ROM – in letzter Zeit auch verstärkt auf DVD gespeichert und zusammen mit Handbüchern, d.h. ausführlichen Programmbeschreibungen und Bedienungserläuterungen, zum Verkauf angeboten.
Aber auch Anwender können mit Hilfe von geeigneten Programmiersprachen (zumeist kleinere)
Programme selbst schreiben, um berufliche bzw. private Arbeitserleichterungen mit dem Computer
zu verwirklichen.
Die unterschiedlichsten Programmarten lassen sich folgendermaßen einteilen:
Computerprogramme
zur Hardwaresteuerung
zur Erstellung von Programmen
und zur Bedienungserleichterung
Systemprogramme
Programmiersprachen
und Anwendungstools
Betriebssysteme
Übersetzungsprogramme (Compiler,
Dienst- und Hilfsprogramme Interpreter)
Treiber usw.
Sprachen (maschinen- und problemorientiert)
Bedieneroberflächen (text- und
grafikorientiert)
zur DV-Problemlösung
Anwendungsprogramme
Standardsoftware:
Textverarbeitung, Datenbank,
Tabellenkalkulation,
Grafik, DTP u. v. a.
Seite22
6.1.
Systemprogramme
Systemprogramme ermöglichen und erleichtern die Nutzung von Computern und deren Peripherie, ohne dass der Anwender weitergehende theoretische Kenntnisse über die Funktionen einer
EDV-Anlage haben müsste.
Vom Einschalten bis zum Ausschalten des Computers organisieren und kontrollieren solche Programme den Datenfluss und alle Hardwarefunktionen von Zentraleinheit und Peripheriegeräten.
Zur Inbetriebnahme von Computern sind meist nur wenige Systemprogramme notwendig. Diese
Programme werden als Betriebssystem bezeichnet. Bevor ein Computer arbeiten kann, müssen diese Steuerprogramme in den Hauptspeicher der Zentraleinheit geladen werden. Nach dem Einschalten des Computers werden durch das Boot-ROM bestimmte Systemprogramme von der Festplatte
geladen. Dazu gehören Programme wie IO.SYS (Input-/Output-System) und MSDOS.SYS. Das
erstgenannte sorgt für ein geordnetes Zusammenspiel aller Ein- und Ausgabevorgänge der Computereinheiten. Das zweite Steuerprogramm organisiert die Speicherverwaltung und kontrolliert die
korrekte Verarbeitung sowie den Transport der Daten im System.
Die Aufgaben des Betriebssystems sind: den Computer starten, das System nutzbar machen, konfigurieren, das Ausführen von Anwendungsprogrammen ermöglichen und während der Nutzung
alle Steuerungs-, Datenorganisations- und Überwachungsfunktionen zu übernehmen.
Weitere Systemprogramme sind Dienst- sowie Hilfsprogramme, mit denen verschiedene Aufgaben innerhalb des Systems wahrgenommen werden. Treiberprogramme bewirken die Systemeinbindung und Anpassung von z.B. Tastatur, Monitor, Drucker oder PC-Maus.
Eine weitere Gruppe der Hilfsprogramme sind Tools bzw. Utilities. Dies sind entweder kleine Programme mit weiteren Systemfunktionen, die zum jeweiligen Betriebssystem dazugehören und dieses ergänzen oder aber eine Vielzahl von mehr oder weniger umfangreichen Hilfsprogrammen, mit
denen Schwächen oder fehlende Funktionen der Systemsoftware auszugleichen sind.
6.2.
Anwendungsprogramme
Anwendungsprogramme sind diejenigen Programme, die zur direkten Lösung kommerzieller (beruflicher) und privater Aufgabenstellungen beitragen.
Dies sind die Programme, wie sie in Büros, Wirtschaftsbetrieben, Behörden usw. zur Erfüllung der
unterschiedlichsten Aufgaben eingesetzt werden. Zu den Anwendungsprogrammen später mehr.
6.3.
Bedienerführungen
Bedienerführungen (Benutzeroberflächen) sind Hilfsprogramme oder Betriebssystemerweiterungen, die Anwendern durch textliche und/oder grafische Gestaltungselemente auf dem Bildschirm
die Nutzung von Computersystemen erleichtern sollen.
Die sogenannten Benutzeroberflächen erleichtern durch anwendungsfreundliche Bildschirmhinweise den Kontakt und Informationsaustausch mit dem Rechner erheblich. Es werden vorgegebene
Auswahltexte oder grafische Symbole auf dem Bildschirm angezeigt, die dann nur noch durch einfache Tasten- oder Mausbetätigungen aufzurufen sind. Besonders bei der Datei- und Festplattenverwaltung braucht der Anwender sich nicht in die teilweise komplizierte Befehlssprache des DOS
(Disc Operating System) einzuarbeiten.
Das heutige gängige Betriebssystem Windows 98/ME oder sogar Windows 2000 hat eine Bedienerführung automatisch eingebaut. Siehe weitere Ausführungen also unter dem Lehrgang „Einführung in Windows".
Seite23
7. Systemstart von Personal Computern
Unter Systemstart bzw. „Booten“ eines Computers wird die Hardware-Aktivierung durch das Laden des Betriebssystems in den Hauptspeicher verstanden.
Im Moment des Einschaltens eines Computers wird das sog. BIOS (Basic Input Output System)
aktiviert. Dabei handelt es sich um Systemroutinen und Kleinstprogramme, die in einem ROMBaustein unveränderbar und dauerhaft gespeichert sind. Sie ermöglichen das Ausführen elementarer
Operationen:
• Routinen für die Eingabe von Zeichen über die Tastatur sowie deren Ausgabe auf
den Bildschirm oder den Drucker
• eine Routine für das Laden des Betriebssystems in den Arbeitsspeicher sowie
• Prüfroutinen für einen automatisch ablaufenden Selbsttest beim Einschalten des
Computers (POST=Power On Self Test)
Das BIOS beeinflusst sehr stark, wie ein Computer arbeitet. Es gibt dem Anwender bedingt die
Möglichkeit, Einstellungen vorzunehmen, die dann in einem flüchtigen Speicher abgelegt werden.
Damit diese Einstellungen nach dem Ausschalten des Computers nicht verloren gehen, werden sie
in einem RAM-Baustein gespeichert, der durch einen Akku ständig mit Strom versorgt wird.
Das BIOS sorgt dafür, dass zur Aktivierung, für die Steuerung, zur Kontrolle des gesamten PC-Systems sowie für die Bedienung wichtige Systemdateien in den Arbeitsspeicher geladen werden; erst
danach ist die Hardware funktionsfähig:
1. IO.SYS
Steuerung der grundlegenden Input-/Output-Funktionen
2. MSDOS.SYS
Systemsteuerung und -kontrolle
3. COMMAND.COM
Kommandoprozessor
Diese Dateien bleiben nach dem Start im Speicher geladen; schließlich organisieren sie die Kommunikation des Anwenders mit dem Computer. Lade- und Systembefehle sowie Konfigurationsparameter, die bei jedem Programmstart die Hardware- und Softwareausstattung zusammenfügen,
sind in speziellen Dateien gespeichert, die beim Booten automatisch geladen werden. Diese Systemdateien lassen sich vom Anwender einsehen und editieren, um die eigene PC-Anlage zu installieren,
zu konfigurieren und zu optimieren:
1. CONFIG.SYS
Konfigurations- bzw. Anpassungsdatei
2. AUTOEXEC.BAT
Stapelverarbeitungsdatei mit DOS-Befehlsstapel
7.1.
Grundlagen der Konfiguration von PC-Systemen
Unter Konfiguration von PC-Systemen werden alle Maßnahmen verstanden, die dazu beitragen,
die Systemleistung der installierten Hardware und Software optimal auszuschöpfen und aufeinander abzustimmen.
Zur Installation der Hardware gehören alle Maßnahmen zur Zusammenstellung der Systemkonfiguration. Bei der Installation der Software werden gewöhnlich alle Programmdateien von den Disketten bzw. von der CD-ROM auf die Festplatte kopiert und für die Anwendung vorbereitet.
Konfiguration umfasst alle Anpassungsaktivitäten, durch die die einzelnen Systemkomponenten zu
einem funktionsfähigen System zusammengefügt werden.
Zur Optimierung gehören alle Befehlseinträge in der CONFIG.SYS und in der AUTOEXEC.BAT,
um interne und externe Speicherkapazitäten vollständig nutzen zu können, bei schnellstmöglicher
Verarbeitungsgeschwindigkeit von Zentraleinheit und Peripheriegeräten.
Seite24
Aufgaben:
1. Beschreibe die Startprozedur eines PC in Kurzform! Verwende dabei folgende Begriffe sachlich richtig: Kaltstart, Systemdateien, interne Befehle, residente Befehle,
COMMAND.COM, CONFIG.SYS, AUTOEXEC.BAT!
2. Was ist im sog. „Boot-ROM“ gespeichert?
3. Was ist ein „DOS-Prompt“?
4. Wie lassen sich DOS-Programme starten, wie Windows-Programme?
8. Daten
Daten sind alle in einer für Mensch und/oder Maschine erkennbaren Weise durch Zeichen oder
physikalische Werte dargestellte Informationen aufgrund bekannter oder unterstellter Abmachungen.
Datenelemente, also Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen, bilden die Basis aller geschriebenen
(und gesprochenen) Informationen. Aus der Kombination dieser Elemente ergeben sich Wörter,
Texte und Zahlen. Datenelemente sind aber auch einzelne Bildpunkte, die sich zu Linien, Kreisen,
zu unterschiedlichsten Abbildungen oder aber auch zu einzelnen Schriftzeichen zusammensetzen
lassen.
8.1.
Codierformen
Datencodierung ist die Umwandlung von Daten aus dem „Urzustand“ einer bestimmten äußeren
Darstellungsart in eine andere Form (Datenverschlüsselung).
Als wesentliche Voraussetzung der maschinellen Datenverarbeitung müssen Daten nach dem
EVA-Prinzip vom Computer zu lesen, zu verarbeiten und auszugeben sein.
Bei der Datenerfassung über die Tastatur sind alle notwendigen Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen über die entsprechenden Tasten einzugeben. Die Elektronik wandelt jeden Tastendruck in definierte elektronische Impulse um, die vom Computer verarbeitet werden können. Verbreitet für
DOS ist der ASCII-Code (American Standard Code for Information Interchange), der für 256 Zeichen elektronische Codierungen festlegt. Für Windows-Programme wird allerdings der ANSI-Code
(American National Standards Institute) benutzt:
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255
9. Dateien
Seite25
Dateien (engl. files) sind zusammengehörende Datensammlungen, die unter einem gemeinsamen
Oberbegriff stehen, wie Programm-, Eingabe- und Ausgabedateien (ausführbare Programme,
Textdokumente, Grafikdateien, Adresslisten, Inventare usw.).
Um die zu bearbeitenden Dateien auf externen Datenträgern zu speichern, eindeutig zu identifizieren oder erneut laden zu können, bietet das Betriebssystem folgende hierarchisch gegliederte Identifizierungsmerkmale an, die jede Datei eindeutig beschreiben: Laufwerk, Verzeichnis, Unterverzeichnis, Dateiname, Namenserweiterung:
A:\
Privat
Hobbies
Schule
Info
Übung.txt
Compi.pcx
Der Dateiname besteht aus 1 bis maximal 8 Zeichen und muss immer angegeben werden. Zulässig
sind alle Buchstaben, Zahlen und einige Sonderzeichen, aber z.B. nicht das Leerzeichen! Dies war
die alte Konvention unter DOS. Ab dem System Windows 95 können Namen mit allen Sonderzeichen und bis zu 255 Zeichen Länge vergeben werden. Wegen der Kompatibilität zu anderen Systemen halten sich aber trotzdem noch viele Leute an die obige Konvention.
Die Namenserweiterung (engl. extension) besteht aus maximal 3 Zeichen und wird von dem Dateinamen durch einen Punkt getrennt. Diese Erweiterung soll helfen, Dateiarten zu identifizieren.
Die Erweiterung kann auch weggelassen werden. Standard- und andere Programme vergeben für
Ausgabedateien eigene Namenserweiterungen, so dass diese leicht als zum jeweiligen Programm
zugehörig zu klassifizieren sind. Bestimmte Namenserweiterungen sind vom DOS reserviert; die
wichtigsten sind:
•
•
•
•
.EXE
(executable=ausführbar) oder .COM; Dateien, die Programme enthalten
.BAT
(batch=Stapel); Dateien, die eine vom Anwender festgelegte Auswahl
von DOS-Befehlen enthalten
.SYS
(Systemdateien); Dateien, die Informationen und/oder Treiber für Hardwarekomponenten enthalten
.BAK
Dateien, die von manchen Programmen beim Überschreiben einer vorhandenen Datei als Sicherungsdatei angelegt werden.
Seite26
.$$$
.BAK
.BAS
.BAT
.BIN
.BMP
.CGM
.COB
.DBF
.DOC
Temporärdatei
Sicherungsdatei
BASIC-Programm
Batchdatei
Binärdatei
Bitmap-Grafik
Vektorgrafik
COBOL-Programm
Datenbankdatei
Textdokument
.DTF
.DWG
.EPS
.GIF
.HLP
.IDX
.PAS
.PCX
.PIF
.PLT
Datenbankdatei
Vektorgrafik
Postscript-Datei
Pixelgrafik
Hilfetextdatei
Indexdatei
Pascal-Programm
Pixelgrafik
Konfigurationsdatei
Plotterdatei
.SIK
.SYS
.TIF
.TMP
.TXT
.WKS
.WMF
.WPS
.XLC
.XLS
Sicherungskopie
DOS-Systemdatei
Pixel-Scannerdatei
Temporärdatei
Textdatei
Works-Tabelle
Vektorgrafik
Works-Textdatei
Geschäftsgrafik
Excel-Tabelle
Das Dateiformat bestimmt, welche Bereiche der Datei welchem Zweck dienen und in welcher Reihenfolge und Art die Daten intern gespeichert werden. Häufig geschieht, wie du etwa schon am
Beispiel der .EXE-Dateien gesehen hast, die Erkennung des Dateiformats über die Dateiendung.
Mittlerweile gibt es eine fast unüberschaubare Anzahl von Dateiformaten. Selbst Dateien mit gleicher Erweiterung müssen nicht dem gleichen Format entsprechen. Dies führt zwangsläufig dann zu
Problemen, wenn die Dateien zwischen verschiedenen Programmen oder Rechnersystemen ausgetauscht werden sollen. Manchmal helfen hier Konvertierungsprogramme weiter, die die Ursprungsdatei in andere Dateiformate umwandeln können.
Aufgaben:
1.
2.
3.
4.
Warum kann „1997“ ein numerisches oder ein alphanumerisches Datum sein?
Was für ein Datenträger ist der ausgefüllte Lottoschein?
Welche Vorteile haben Scannerkassen? Woran erkennt man Programmdateien?
Durch welche Datenmerkmale lässt sich eine bestimmte Programmdatei auf einem
Datenträger eindeutig aufrufen?
5. Wann kann man von „guten“ Dateinamen sprechen?
10.Dateien und ihre Verwaltung auf externen Speichermedien
Damit Daten auf einer Festplatte (auch HDD=Hard Drive Disc genannt) gespeichert und später
wieder eingelesen werden können, muss diese im BIOS angemeldet, partitioniert und formatiert
sein. Disketten müssen lediglich formatiert sein.
Moderne Hauptplatinen (=Motherboards) erkennen selbständig die
Daten der Festplatten. Sollte dies nicht der Fall sein, so müssen diese
„von Hand“ ins BIOS eingetragen werden. Auf einem Aufkleber auf
der Festplatte oder auf einem Beiblatt sind die Anzahl der Köpfe,
Zylinder und Sektoren angegeben, die zusammen die Speicherkapazität ergeben.
Festplatten bestehen in der Regel aus mehreren harten Scheiben (deshalb auch „HDD“) im Gegensatz zur flexiblen Diskette, der FloppyDisc. Die harten Scheiben sind doppelseitig beschichtet, und über
bzw. unter jeder Plattenseite schwebt jeweils ein Schreib-/Lesekopf.
Alle diese Magnetköpfe sind mechanisch miteinander verbunden und
werden immer zusammen auf einem Zylinder positioniert. Mit Zylinder bezeichnet man alle Spuren, die übereinander liegen - auch auf verschiedenen Plattenebenen.
Bei der Positionierung der Köpfe über der kreisförmig angeordneten Spur erscheint die gespeicherte
Information - je nach Umdrehungsgeschwindigkeit der Festplatte - 90mal pro Sekunde (bei 5400
Seite27
Umdrehungen pro Minute) unter dem Lesekopf. Jede gespeicherte Information kann genau lokalisiert werden durch die Positionierung des Lesekopfes auf der entsprechenden Spur und einer maximalen Wartezeit von 1/90 Sekunde, bis die gesuchte Stelle unter dem Kopf erscheint.
Die Spuren auf jeder einzelnen Plattenoberfläche sind in kleinere Stücke
unterteilt: die Sektoren (manchmal auch als Blöcke bezeichnet). Diese
sind die kleinsten Einheiten, die vom System angesprochen werden können; nicht also einzelne Bits, sondern immer nur alle Bits eines Sektors.
Um sich die Verwaltung der Daten noch einfacher zu gestalten, fasst das
Betriebssystem mehrere Sektoren zu sog. Clustern zusammen. Während
die Sektoren mit Adressen versehen sind, die eine direkte Zuordnung zu
ihrer genauen Lage zulassen (Zylinder, Platte, Spurnummer und Stelle
innerhalb der Spur), werden die Cluster lediglich durchnummeriert. Anhand dieser theoretischen
Aneinanderkettung kann das Betriebssystem ebenfalls jeden gewünschten Cluster finden. Die Sektoren beginnen immer mit einer bestimmten gespeicherten Adresseninformation, dem sog. „IDHeader“, gefolgt von 4096 Bytes, die wiederum in Blöcken von 512 Bytes unterteilt sind. Der Header beinhaltet die komplette Sektor-Adresse, die im einzelnen aus folgenden Informationen besteht:
•
•
•
die Plattennummer,
die Zylindernummer und
die Nummer des Sektors auf dem Zylinder.
Die komplette Adresse am Anfang jedes Sektors ist eine besondere Sicherheitsvorkehrung, um jeden einzelnen Sektor eindeutig identifizieren zu können, wenn dieser gelesen oder beschrieben werden soll. Es ist wichtig zu wissen, dass der Controller einen Sektor immer durch das Abfragen („Lesen“) des dazugehörigen ID-Headers sucht und erkennt!
Die Information, welchen Sektor der Controller suchen soll, erhält er vom Betriebssystem, das die
Lage und den Zustand der Sektoren und Cluster (beschädigt oder nicht, frei oder belegt und womit
belegt) in einer Dateizuordnungstabelle, der sog. FAT (=File Allocation Table), speichert.
Beim Formatieren (das Vorbereiten eines Datenträgers/Speichermediums) wird die magnetische
Oberfläche des Datenträgers in eine bestimmte Anzahl von Spuren und Sektoren pro Spur eingeteilt. Außerdem wird die Datenträgeroberfläche beim Formatieren auf schadhafte Stellen (fehlerhafte Sektoren oder bad Sectors) überprüft. Diese Stellen werden gekennzeichnet, so dass auf ihnen
keine Daten gespeichert werden und dadurch verloren gehen können.
Beim Formatieren werden die auf dem Datenträger eventuell bereits gespeicherten Daten entweder gelöscht (Vollformatierung) oder deren Dateizuordnungen aus der FAT entfernt („Quick
Format“).
Durch die neueren Festplatten und dem 32-Bit-Betriebssystem können Festplatten auch in einer
Partition belassen werden. Es empfiehlt sich allerdings, mindestens 2 Partitionen herzustellen: eine
Partition für die Programme und eine Partition für die Daten. Dies geschieht mit Hilfe des Dienstprogramms „fdisk“.
Seite28

Grundlagen der Datenverarbeitung

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