gf1:lab_hardware [DokuWiki CSC]

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====== Computerarchitektur ======
Material von und in Zusammenarbeit mit Georg Schaller, Kollegium Gambach.

===== Was ist Hardware? =====
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Erforschen und Einordnen: 
  * Lösen Sie die folgenden Quizze
    * [[https://learningapps.org/15429066 | Quiz 1]]
    * [[https://learningapps.org/21531638 | Quiz 2]]
    * [[https://learningapps.org/1852687 | Quiz 3]]
  * Beantworten Sie anschliessend die folgenden Fragen:
    * Beschreiben Sie den Unterschied zwischen den Begriffen "Hardware" und "Software" in eigenen Worten. 
    * Listen Sie alle in Quizz 3 genannten Hardwarekomponenten auf und informieren Sie sich im Netz kurz, was die Funktion dieser Komponenten ist. Notieren Sie sich dies in Ihrem OneNote.
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{{ :gf1:interneexternehardwaresoftware.png?direct |}}
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**Hardware** ist "**anfassbar**" (greifbar), im Computer als materielle Teile vorhanden. Beispielsweise das Gehäuse, der Prozessor, die Festplatte, das DVD-Laufwerk, der Bildschirm, der Drucker und so weiter.\\
Die Hardware wird in //interne// und //externe// Bestandteile aufgeteilt. Hier ist etwas Vorsicht geboten, als intern gilt beispielsweise das Motherboard, der Prozessor oder der Arbeitsspeicher eines Computers. Somit gilt alles, was direkt auf der Hauptplatine vorhanden ist als interne Hardware. Externe Bestandteile sind beispielsweise die Festplatte (Langzeitspeicher), die externe zusätzliche Graphik- oder Soundkarte oder auch ein USB-Speicherstick oder auch alle Peripheriegeräte. \\
\\ 
**Software** ist im Gegensatz zu Hardware der "digitale" (**nicht fassbare**) Teil des Computers. Beispielsweise das Betriebssystem, das Programm Word, ein Browser wie Internet Explorer und alle anderen Programme, sowie Dateien, Fotos oder andere Daten.\\  
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===== Peripherie =====
Peripheriegeräte sind Geräte, die man von "aussen" an den Computer anschliessen kann und die dazu dienen, den Computer bedienen zu können. 
Das Wort Peripherie bedeutet "**ausserhalb**", deshalb sind alle an den Rechner angeschlossenen Geräte als Peripheriegeräte. In einem Laptop sind viele dieser Komponenten bereits verbaut, wie Bildschirm, Tastatur oder Trackpad, trotzdem gehören diese Laptopelemente zu der Peripherie. \\
Peripheriegeräte zählen zur Hardware. \\
\\
Hier unterscheiden wir zwischen Eingabe- und Ausgabegeräte. **Eingabegeräte** können eine Maus oder eine Tastatur sein. Grundsätzlich ist dies Hardware, die dazu dienen, dem Computer Informationen aus der realen Welt zur Verfügung zu stellen (einzugeben in das System des Rechners).\\ 
**Ausgabegeräte** ist jene Hardwarekomponenten. Sie dienen dazu, digitale Informationen für uns Nutzer auszugeben. \\ 
  * Ein Monitor (Bildschirm) ist beispielsweise ein Ausgabegerät.
  * Ein Mikrophon ist beispielsweise ein Eingabegerät.
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**Aufgabe zu den Peripheriegeräten**
  - Handelt es sich um ein Eingabegerät oder ein Ausgabegerät? Lösen Sie das [[https://learningapps.org/26561624|Learningapp]] und in Einzelarbeit und diskutieren Sie kurz. 
  - Sie haben nun schon einiges an Peripheriegeräten gesehen in dieser Aufgabe oder in der Theorie im vorgängigen Teil. Überlegen Sie sich ein weiteres Peripheriegerät für die Eingabe und eines für die Ausgabe.
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=== Computerschnittstellen ===
Damit Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können, sind bestimmte Schnittstellen nötig. Grundsätzlich gibt ganz verschiedene Arten von Schnittstellen. Wir betrachten hier kurz die Hardwareschnittstellen und lassen Datenschnittstellen, Maschinenschnittstellen oder auch Softwareschnittstellen, Benutzerschnittstellen und sogenannte Common Interfaces (allg. Schnittstellen) usw. aussen vor.\\
Mit der Zeit haben sich ganz viele verschiedene Hardware-Schnittstellen entwickelt. Zu den bekanntesten Hardwareschnittstellen gehören USB-Anschlüsse, VGA-Anschlüsse, HDMI-Anschlüsse, aber auch bei einer Bluetooth Verbindung gibt es eine kabellose Schnittstelle.
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**Aufgabe Anschlüsse** \\  
Peripheriegeräte müssen teilweise auch angeschlossen werden - falls diese nicht bereits im Laptop verbaut sind. Doch welche Anschlüsse könnten für welche Geräte oder Funktionen sein? 
  * Lösen Sie das [[https://learningapps.org/14334347 | LearningApp]] und notieren Sie sich die Anschlüsse mit dem untenstehenden Bild im OneNote.
  * Rätseln Sie sich durch das [[ https://create.kahoot.it/share/computer-grundlagen-5/dbee994c-a38a-409f-8d75-fbaa21672800|Kahoot]].
{{ :gf1:anschluesse.png?direct&200|}}

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=====Das Innenleben des Computers =====
{{ :gf1:hardware3.jpg?direct&400|}}
Wie kann das Innenleben eines Rechners kurz zusammengefasst werden? Was genau ist die Funktion der einzelnen Komponenten?
Im Folgenden erhalten Sie einen kurzen Überblick über die wichtigsten Komponenten

=== Motherboard (Mainboard, Hauptplatine) ===
Prozessor und Arbeitsspeicher liegen beide auf dem Motherboard, welches die beiden Teile miteinander verbindet.
Darauf sind die weiteren inneren (internen) Hardwarekomponenten gesteckt - Die zentrale Recheneinheit wird so quasi vernetzt und zusammengehalten.\\ 

=== Der Prozessor (CPU) ===
Der Prozessor ist eigentlich das Gehirn des Computers. Er führt alle Berechnungen aus, koordiniert das Betriebssystem und nimmt Befehle entgegen. Die Geschwindigkeit des Prozessors gibt man in Hertz an. Die Einheit Hertz wird für die Anzahl sich wiederholender Vorgänge pro Sekunde in ein periodisches Signal verwendet. 1 Hertz entspricht einer einfachen Rechenoperation pro Sekunde. Je schneller der Prozessor eines Computers, desto schneller funktioniert der Computer.
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Moderne Rechner besitzen Prozessoren mit Leistungen zwischen 2 und 3 GHz (Gigahertz, 10 <sup> 9 </sup> Hertz), was einigen Milliarden Operationen pro Sekunde entspricht.\\ 

=== Arbeitsspeicher (RAM, Hauptspeicher) ===
Jeder Computer braucht einen Arbeitsspeicher. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten flüchtigen Speicher. Dabei werden die Daten nicht langfristig gespeichert, sondern nur so lange, wie der Prozessor die diese braucht. Wenn wir zum Beispiel ein bestimmtes Programm öffnen, dann wandern alle Informationen, die der Prozessor zum Ausführen dieses Programmes braucht in den Arbeitsspeicher. Bei einem flüchtigen Speicher sind die Daten nur so lange gespeichert, wie dieser mit dem Strom verbunden ist. Wenn ein Computer abgeschaltet wird oder abstürzt, dann wird der Arbeitsspeicher immer geflutet (er verliert also alle Daten). Weil man auf dem Arbeitsspeicher Daten nicht langfristig speichern kann, braucht ein Computer eine Festplatte, wo man die Daten abspeichern kann. Wenn wir beispielsweise in Word ein neues Textdokument erstellen, dann befindet sich dieses nur im Arbeitsspeicher. Wenn wir dieses Dokument nun abspeichern, wird es zusätzlich auf einer Festplatte "langfristig" gespeichert. "Stürzt" der Rechner ab, und wir das Dokument nicht vorher abgespeichert haben, geht dieses dann häufig verloren.\\ 

=== Externe Speicher - das Langzeitgedächtnis des Computers ===
Da der Arbeitsspeicher wie schon erwähnt, ein flüchtiger Speicher ist, also Daten nicht langfristig speichern kann, braucht ein Computer zusätzliche "externe Speicher", die diese Funktion übernehmen. Diese befinden sich zum Ziel auch im Gehäuse des Computers. Der Begriff "extern" kommt daher, dass man diese Speicher nicht als Teil der Zentraleinheit ansieht.\\ 
Bei den Speichern haben sich mit der Zeit verschiedene Technologien entwickelt, die genutzt werden können, um Daten langfristig abzuspeichern. Es gibt zum Beispiel **magnetische Speicher** (wie herkömmliche Festplatten / HDDs), bei der eine Metallscheibe mithilfe eines Lesekopfes magnetisch (sozusagen mit Plus- und Minuspolen) beschrieben und gelesen werden kann. Ähnlich ist es bei **optischen Speichern** wie CDs oder DVDs, wo eine Scheibe (die Disc) jedoch mit einem Laser (also mit Licht) beschrieben und gelesen werden kann. Vermehrt werden heutzutage **elektronische Speicher**, in den meisten Rechnern verbaut. Beispiele hierfür sind SSDs, die als elektronisches Pendant zur HDD-Festplatte gesehen werden kann.

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**Auftrag 1:**
Sie erhalten im Lab Hardwarekarten, Werkzeug und einen alten Computer. \\ 
Spielanleitung\\ 
  * Die Startkarte ist gekennzeichnet und trägt den Titel "Gehäuse (Tower)". Mit dieser Karte wird gestartet. Auf dieser Karte finden Sie auch einen grossen QR-Code, welcher während des Spiels vervollständigt werden sollte. Die anderen Karten haben Fragen mit jeweils zwei Antwortmöglichkeiten. Durch das Bestimmen der richtigen Antwort gibt es jeweils eine Nummer. Diese Nummer im QR-Code wird mit schwarz übermalt. Dadurch wird der Code nach und nach vervollständigt.
  * Die Karten müssen bei den Zeichen >... vervollständigt werden. 
  * Zusatzinformationen, wie die einzelnen Komponenten funktionieren, finden Sie auf den Karten.
**
Tipps zum Auseinanderschrauben:**  
  * Bitte das Netzteil und das Motherboard NICHT ausbauen. 
  * Bitte die Schrauben wieder dort verwenden, wo sie herausgeschraubt wurden.
  * Dokumentieren Sie mit Fotos die gefundene Komponente
  * Bitte stecken Sie die Kabel wieder in die vorgesehenen Steckplätze.
**Zusatzaufgaben**
Hier sind noch weitere Quizze zu diesem Thema: 
  * Kahoot zur  [[https://create.kahoot.it/share/computer-grundlagen-1/618147e7-1de3-4bc0-99be-ccbfb9352767| Hardware]]
  *[[https://learningapps.org/27606006|LearningApp]]
  *[[https://www.easy4me.info/downloads/workfiles/cg/quiz/cg-1.htm|Allgemeines Quizz]]

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<panel title = "Leitfragen">

**Fragen**: 
  - Wie sehen diese Komponenten aus?
  - Welche Funktion hat die Komponente inne? 
  - Wo befindet sich die Komponente im Rechner? 
  - Wie funktioniert die Komponente? Welche Daten / Werte sind wichtig und was bedeuten sie? Gibt es verschiedene Ausführungen dieser Komponente? 
  - Welches sind „Datenkabel“ und welches sind „Stromkabel“?
  - Warum braucht es so viele Kühler? Wo genau sind die Kühler?
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