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Fachbereichsarbeit

Typen von Hardware und ihre Verwendung

2.505 / ~14 sternsternsternsternstern_0.2 Nikolaus B. . 2017
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Fachbereichsarbeit
Informatik

BRG Salzburg

1,Kronawithleitner, 2016

Nikolaus B. ©
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ID# 62356







BRG Salzburg

Semesterarbeit 2015/16

„Hardware“

Aus Informatik

Abgegeben von

Abgegeben bei Prof. Mag.

Inhaltsverzeichnis

  1. Was ist Hardware? .3

  2. Beispiele Hardware…………………………………………………………………………………………………… 3

    1. Motherboard……………………………………………………………………………………………………3

      1. RAM……………………………………………………………………………………………… 3

      2. CPU…………………………………………………………………………………………………4

      3. GPU…………………………………………………………………………………………………5

    2. Eingabegeräte……………………………………………………………………………………………… 5

      1. Maus………………………………………………………………………………………………5

      2. Tastatur………………………………………………………………………………………….6

      3. Touchpad……………………………………………………………………………………….7

    3. Ausgabegeräte ……………………………………………………………………………………………….8

      1. Bildschirm………………………………………………………………………………………8

      2. Drucker……………………………………………………………………………………… .9

    4. Speichermedien………………………………………………………………………………………………10

      1. USB- Stick …………………………………………………………………………………… 10

      2. Diskette…………………………………………………………………………………………11

      3. Festplatte…………………………………………………………………………………… .12

  3. Quellen- Literatur- Abbildungsverzeichnis …………………………………………………………………13

Was ist Hardware?

Teile eines Computers welche man angreifen kann nennt man Hardware. Wissenschaftlich definiert man Hardware wie folgt „Hardware ist die Gesamtheit der technisch-physikalischen Teile einer Datenverarbeitungsanlage.“ Duden.

Hardware wird in unterschiedliche Teilgebiete eingeteilt:

  • Interne Komponenten (z.B. Mainboard, Prozessor, Grafikkarte)

  • Externe Komponenten (z.B. Maus, Bildschirm, Tastatur)

Man kann die unterschiedlichen Komponenten auch ihren Aufgaben zuordnen:

  • Eingabegeräte (z.B. Maus, Tastatur, Joystick)

  • Ausgabegeräte (z.B. Bildschirm, Drucker, Kopfhörer

  • Speichermedien (z.B. Festplatten, USB-Stick, DVDs)

Beispiele für Hardware

Das Motherboard

Das Motherboard ist das Herzstück eines Computers. Der Grund, für die Wichtigkeit des Motherboards ist, dass alle Teile des Systems, im Motherboard, eine logische und physikalische Verbindung erlangt.

Die Leistung eines Computers hängt immer von der Ausstattung des Motherboards oder auch Mainboard ab. Auf dem Motherboard findet sich, der Prozessorsockel, Schnittstellen, Steckplätze für Erweiterungskarten, RAM-Steckplätze, Grafik- Netzwerk- und Soundkarten, sowie den BIOS (basic input/output system) Chip plus integrierter Firmware. Meistens wird ein Prozessor auf ein bestimmtes Mainboard abgestimmt.

Somit kann man nicht jeden CPU auf irgendein Motherboard einbauen.

Der RAM

Der RAM, kurz für Random Access Memory oder auch Arbeitsspeicher, wird wie der Name schon sagt zur Speicherung temporärer Daten verwendet. Der RAM wird aufgrund von circa gleichlangen Zugriffzeiten auf Speicherzellen auch als Speicher mit wahlfreien Zugriff benannt. Im RAM werden Daten nur so lange gespeichert bis die Stromzufuhr unterbrochen wird.
Normalerweise sin alle RAMs Halbleiter-Speicher.

Sie bestehen also aus Silizium. Es gibt zwei verschiedene Arten von RAMs:

  • Statische RAMs

  • Dynamische RAMs

Bei statischen RAMs werden die Informationen in rückgekoppelten Schaltungen (Flipflops) gespeichert. Im Gegensatz dazu steht der dynamische Arbeitsspeicher welcher seine zu verarbeitenden Informationen in Kondensatoren speichert. Die dazugehörigen Ladungen müssen periodisch erneuert werden. Während dieser Aktion hat der CPU keinen Zugriff auf dem RAM. Aufgrund dessen sind Computer mit DRAMs langsamer als Computer mit SRAMs.

Die CPU

Die CPU (Central Processing Unit) oder Hauptprozessor ist die Lebensgrundlage eines jeden Computers. Die CPU findet sich auf der Hauptplatine (Motherboard) wieder. Um den Hauptprozessor vor einer Überhitzung zu schützen muss ein Kühler direkt neben ihr eingebaut werden. Im Grund genommen ist ein Prozessor ein Gebilde aus Transistoren (elektrischen Schaltern), welches das Rechnen im Binärsystem ermöglicht.

Die Hauptaufgabe einer CPU ist nicht das Rechnen mit Binärzahlen, sondern die Verarbeitung von Daten und Befehlen. In Zeiten in denen der Prozessor Pause hat befindet er sich im sogenannten Wait-Zyklus. Dieser Wait-Zyklus verbraucht weniger Strom und lässt den Prozessor nicht so stark erhitzen.

Der Grund für die Erhitzung des Prozessors ist die Optimierung auf geringe Abmessungen:

  • Auf Strecken, welche kürzer sind, geht kaum Energie verloren.

  • Durch starke Erhitzung der benachbarten Leitungen

  • Durch beinahe Lichtgeschwindigkeit schnelle Ãœbertragungen, welche aber nicht ewig gesteigert werden können.

Um seine Funktion ausüben zu können benötigt die CPU zwei Komponenten:

  • Das Rechenwerk: Dies hat die Aufgabe die Befehle in einen Binärcode umzuwandeln. Es führt arithmetische bzw. logische Operationen aus. Die unverständlichen Befehle werden hier für den PC lesbare Befehle umgewandelt

Um alle Prozesse ausführen zu können muss die CPU sehr leistungsstark sein:

  • Anzahl der Kerne: Dies zeigt die Zahl der eingebauten CPUs an. Heutzutage findet man zwischen 2-8 Hauptprozessoren in jeden PC. Bei mehreren Prozessoren wird die benötigte Rechenlast gleichmäßig aufgeteilt. Dies führt zu einer verbesserten Leistung.

  • Taktfrequenz: Diese Größe wird in Gigahertz (Ghz) angegeben und zeigt die Rechenleistung einer CPU an. Umso höher die angegebene Leistung ist desto schneller rechnet der Hauptprozessor.

Firmen wie Intel, Nvidia und AMD sind die Hauptproduzenten von Prozessoren

Die GPU

Der Grafikprozessor oder „Graphics Processing Unit“ ist der wichtigste Bestandteil, wenn es um Berechnungen von Grafiken geht. Er wird in Computern, Spielkonsolen und Smartphones verwendet. Nebenbei speist er mehrere Displays mit berechneten Grafiken. Meist ist die Grafikkarte eine Steckkarte, welche auf das Mainboard aufgesteckt wird. Heutzutage ist die GPU jedoch, vermehrt in die CPU integriert.

In den ersten Jahren der Heimcomputer besaß der Grafikprozessor keine Rechenleistung. Die GPU war eine reine Ausgabekarte. Erst seit den 90er Jahren besitzt die GPU die Fähigkeit selbst zu rechnen. Seit der Jahrtausendwende sind Grafikprozessoren nicht mehr fix verdrahtet, sondern gleich den Hauptprozessoren frei programmierbar.

Der Grafikprozessor ist der Unterstützer der CPU und entlastet sie durch Übernehmen von rechenintensiven Aufgaben im Bereich der Grafik.

Eingabegeräte

Ein Eingabegerät ist ein Gerät, mit dem einem Computer Informationen gegeben werden. Mithilfe dieser Geräte ist eine „Kommunikation“ mit einem Computerprogramm möglich.

Die Maus

1963/64 wurde die erste Computermaus von Douglas C. Engelbart und William English am Stanford Research Institute entwickelt. Erst vier Jahre später wurde die Computermaus auf der Herbsttagung der „American Federation of Information Processing Societies“ AFIPS, unter dem Namen „X-Y-Positions-Anzeiger für ein Bildschirmsystem“ vorgestellt. Vorerst war dem Produkt noch kein Erfolg gegönnt.

Erst nach Ablauf des Patents wurde die Maus zum Verkaufsschlager. In den 70er Jahren fand die Weiterentwicklung des „X-Y-Positions-Anzeiger für ein Bildschirmsystem“ statt. Diese Weiterentwicklung trieben vor allem „Xerox“ und „Apple“ voran. 1973 wurde erstmals eine grafische Benutzeroberfläche in Kombination mit einer Maus eingesetzt. Erstmals wurde die Maus im Rechner „Xerox Star“ kommerziell verwendet.

Die optomechanische Maus war lange Zeit die Hauptbauform der Computermäuse. Heutzutage wurde die Kugelform durch modernere optische Sensoren ersetzt. Mäuse mit dieser Technik werden „Optische Mäuse“ genannt. Doch auch diese neumodernen Mäuse wurden wiederum durch eine Lasermaus abgesetzt, welche von der Firma „Logitech vorgestellt wurde.

Auch die Anzahl der Tasten einer Maus, veränderten sich im Laufe der Zeit. Die Computermäuse der Firma „Xerox“ besaßen von Anfang an drei Tasten, obwohl in der Frühzeit der Mäuse zwei Tasten üblich waren. Erst mit der Zeit kam eine zusätzliche Taste bzw. ein Mausrad hinzu.

Die Übertragung der Informationen variierte in unterschiedlicher Weise. Als erstes wurde die Maus an einem Kabel an dem Computer angehängt. Erst nach und nach wurde das Kabel durch drahtlose Mäuse ersetzt. Diese soeben genannten Arten der Mäuse haben eine eigene Stromversorgung und übertragen ihre Bewegungen via Funk oder Infrarot (Bluetooth) auf eine Empfangsstation, welche am Computer angeschlossen ist.


Die Tastatur ist eines der ältesten Eingabegeräte. Sie ist ein Bedienelement mit einer bestimmten Anzahl an Tasten. Um Informationen zu übermitteln müssen Tasten, mit den Fingern gedrückt werden.

Um zu viele Kabeln zu vermeiden ist nicht für jede Taste ein eigenes Kabel bereit gelehnt. Somit wurden mehrere Tasten in einer elektrischen Matrix, aus Reihen-Leitungen und Spalten-Leitungen, angeordnet. Das bedeutet, wenn eine Taste gedrückt wird eine bestimmte Reihe mit einer bestimmten Spalte angeordnet. Ein Mikrokontroller verarbeitet die Verbindung und schickt die Informationen zur CPU.

Bei heutigen Tastaturen werden diese Informationen in einem sogenannten Scancode weitergeleitet.

  • 83 Tasten

  • 84 Tasten (S-Abf)

  • 101 Tasten (mittlerer Tastenblock hinzugefügt)

  • 102 Tasten (zusätzliche Taste links neben ENTER)

  • 105 Tasten (Windowstasten und Kontextaste, nur bei Microsoft)

  • 108 Tasten (Sleep, Wake up, Power)

Zurzeit gibt es noch Tastaturen mit mehr Tastaturen. Diese werden mit Tasten, zur besseren Verwendung des Internets, ergänzt.

Das Touchpad

Das Touchpad ist eine Art Mausersatz bei Notebooks. Ein Touchpad ist eine berührungsempfindliche Fläche, welche unterhalb der Tastatur montiert ist. Es gib unterschiedliche Möglichkeiten dieses Touchpad zu verwenden.

Modernere Touchpads nutzen die Elektrische Kapazität um die Position eines Fingers auf der Fläche des Pads zu orten. Dieses Vorgehen kann je nach Bauweise variieren.

Wenn ein Finger jetzt in die Nähe der Elektrodenanordnung gelangt verändert dieser den Zustand eben dieser Elektroden, weil ein Finger selbst eine Elektrode ist. Diese Veränderung wird ausgewertet und als Cursorposition weitergegeben. Jenes Verfahren sorgt auch dafür, dass man nur mit den Fingern und nicht mit dicken Handschuhen oder Stiften, Einfluss auf den Mauszeiger nehmen kann.

Die Stärke des Drucks übt auch keinen Einfluss auf die Steuerung aus.

Ausgabegeräte

Ausgabegeräte sind Geräte, die Ergebnisse von Operationen bzw. eines Programms für die Nutzer zugänglich machen. Beispiele dafür sind:

  • Drucker/Plotter für permanenten sichtbaren Ausgabe

  • Lautsprecher/Headset für hörbare Ausgabe

  • Braillezeile für fühlbare Aufgabe

    Bei einer Verbindung zwischen Ein- und Ausgabegeräte ist eine Interaktion mit Computerprogrammen möglich

    Der Bildschirm

    Der Bildschirm ist eine Anzeige ohne bewegliche Teile, die elektrisch gesteuert wird. Er dient zur optischen Signalisierung von veränderbaren Informationen von Bildern bzw. Zeichen. Dabei kann ein Bildschirm eigenständig bedient werden oder in ein Gerät integriert sein.

    Erstmals wurden Bildschirme in den 1950er eingesetzt. Dabei war die Basis Braunschen Röhren. Diese ersten Bildschirme wurden vorerst mit vektorieller Ansteuerung, später jedoch mit Videoterminals aufgebaut. Bei diesen sogenannten Videoterminals werden einzelne Bildpunkte (Pixels) nicht direkt ansprechen, sie werden vielmehr von einem Zeichengenerator dargestellt. Somit sind die Anzahl und das Aussehen darstellbarer Zeichen definiert.

  • Im Anfangsstadium der Computerbildschirme verfügten Personalcomputer über integrierte Bildschirme. Heutzutage ist die nur noch bei Notebooks, portablen Computer oder Handhelds üblich. Bildschirme welche für einen Ortfesten Einsatz gedacht sind in separate Gehäuse eingebaut. Meist beinhalten diese Gehäuse auch die Elektronik zur Ansteuerung der Bildschirme, sowie standardisierte Schnittstellen, welche am Computer mit einer Grafikkarte angeschlossen sind.

    Seit 2001 werden auch Bildschirme hergestellt welche dreidimensionale Grafiken darstellen können. Diese Displays nennt man auch „autostereoskopische Displays“ bzw. „3D-Monitore“. Derzeit ist die Entwicklung noch am Anfang, somit ist eine perfekt dargestellte virtuelle Realität noch nicht möglich.



    Der Drucker ist ein Peripheriegerät, im Bereich der Datenverarbeitung. Er wird zur Ausgabe von Daten (Texten, Zeichen, Grafiken usw.) benutzt. Den Vorgang dieser Ausgabe nennt man „drucken“, das Ergebnis wird „Ausdruck“ genannt. Der Druck wird immer auf ein Trägermedium gedruckt (Papier).

    Es gibt verschiedene Möglichkeiten des Druckens:

    • Fotokopierer: Diese Kopierer können im entfernten Sinne auch als Drucker betrachtet werden. Durch eine simultane Belichtung bzw. Einscannen einer Vorlage wird in Fotokopierer ein Abbild der originalen Vorlage erzeugt. Diese Kopie wird dann später gedruckt.

    • Matrixdruck: Dieser Druck bezeichnet jedes Druckverfahren, bei dem Zeichen, Grafik und weitere Elemente in Form einer Punktmatrix dargestellt werden.


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