Aufbau eines Computersystems 1. Hardware-Übersicht · die zum Betrieb des Computers benötigt...

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Aufbau eines Computersystems 1 (7)

Aufbau eines Computersystems

1. Hardware-ÜbersichtStandard-Computer (markieren Sie mit beschrifteten Pfeilen, was sich im Bild erkennen läßt)

Bauform (Desktop, Tower, Laptop, Netbook, PDA)ZentraleinheitMonitorTastaturMaus

Peripherie (Standard- und Prozessperipherie)Drucker (Tintenstrahl-,Laserdrucker)SpeicherstickSoundScannerKameraModemMessgeräteAnalysensystemeSPS / PAC

Hardware-KomponentenNetzteilMotherboard

ProzesseorTaktgeberArbeitsspeicherSpeichererweiterungBIOS-Flash-ROMPCI-Bus-Steckplätze

Grafik-KarteSchnittstellen

FunktionseinheitenTaktgenerator (Oszillator)Prozessor (Intel, AMD)Cache (schneller Zwischenspeicher)ArbeitsspeicherPermanentspeicher (z.B. Festplatte)Bussystem

SpeicherartenRAMFestplatteCD / DVD (-Brenner)Speicherkarte, Speicherstick

NetzwerkNetzwerkkarteSwitch / RouterEthernetWireless LANInternet-Zugang

SchnittstellenParallel LPTSeriell RS 232, Seriell RS 485USBFire WirePCMCIA (Slot für Einschubkarten am Laptop)GPIB = IEC625 = IEEE488

aufbauscript.odt © W. Müller www.ces.karlsruhe.de/culm/ Nov.2010

Kenngrößen8bit=1byte, 1024byte=1kbyte, 1024kyte=1MbyteTaktfrequenz z.B. 3,2GhzRAM-Speichergröße z.B. 2048MByteFestplattenkapazität z.B. 250GByteNetzwerk-Geschwindigkeit z.B. 10Gbit/sNetzteil-Leistung z.B. 450WMonitor-Diagonale z.B. 19“ = 48,3cmMonitor-Auflösung z.B. 1440*900Speicherstick z.B. 2Gbyte


2. Software-ÜbersichtBetriebssysteme

Windows95, 98, 2000, Me, XPVista (Home Basic, Home Premium, Business, Ultimate)

LinuxOS-9RT-OSBEOS

SystemprogrammeBIOS (Basic Input Output System in einem kleinen Festwertspeicher)Anwender-OberflächeGeräte-TreiberSystemsteuerung (z.B. für Bildschirm, Tastatur, Schnittstellen, Drucker)Netzwerk-ProtokolleFunktions-BibliothekenSchriftartenEnergiemangementVirenscannerFirewallBackupSystemuhrFreigaben im Netzwerk Benutzerkonten

Anwender-SoftwareOffice-Paket

TextverarbeitungTabellenkalkulationPräsentationDatenbankOrganizer

BrowserMail-ProgrammZeichnenMalenBildverarbeitungMedien-WiedergabeTexteditorBrenn-ProgrammProgrammierspracheSpiele

Labor-SoftwareBetriebsprogramme für GeräteStatistik-PaketSpektren-AuswertungMessunsicherheit / QualitätLabor-Information- und Management-System (LIMS)Programmier-Umgebung

Vertiefungen im UnterrichtDateisystem (z.B. mit Windows-Explorer)Browser (z.B. mit Internet-Explorer)Netzwerk-FunktionenTextverarbeitungTabellenkalkulation



3. Betriebssystem-Übersichtverschiedene Betriebssysteme

WINDOWS (2000, XP, Vista)Linux (Suse, Debian, Knoppix)Novell Netware (Netzwerk-Betriebssystem)RTOS (Echtzeit-Betriebssystem)

BootvorgangROM BIOSHardware-TestLogin (Anmeldung)Systemprogramme startenBenutzer-OberflächeLogout (Abmeldung)

DesktopHintergrundSymboleSystray (Symbole in einer Anzeige-Leiste)Papierkorb

SystemsteuerungBildschirmanpassungDatum und UhrzeitTastaturSchriftartenDruckerSchnittstellenBenutzerkonten

Windows-ExplorerVerzeichnisbaumLaufwerke, LaufwerkseigenschaftenNetzlaufwerke / FreigabeOrdnerDateienVerknüpfungenZwischenablage

DateioperationenProgramm startenDatei öffnenDatei kopierenDatei verschiebenDatei umbenennenDatei-EigenschaftenDateien markierenDateien sortierenDatei löschenOrdner einrichtenOrdner löschen

Zubehör-ProgrammeTexteditor (Editor, Word Pad)Zeichenprogramm (Paint)Browser (Internet Explorer)Player (Media Player)TaschenrechnerSpiele


Unter dem Begriff Betriebssystem versteht man die Gesamtheit der Programme und Daten,

die zum Betrieb des Computers benötigt werden.

Das Betriebssystem ist Software. Es ist auf der Festplatte gespeichert.


4. Netzwerk-BegriffeMan kann sich Dinge leichter merken, wenn man sie in Gruppen zusammenfassen kann, oder Gegensatzpaare bildet oder Paare findet, die sich gegenseitig ergänzen.

Client – Server

Client: Es ist ein Computer oder ein Computerprogramm, das eine Anfrage (mit Eingabedaten) an einen anderen Computer (den Server) schickt, der damit eine festgelegte Aufgabe ausführt und das Ergebnis wieder an den Client zurückschickt. Der Client-Computer (als Hardware-Gerät) ist die Workstation.

Server: Der Server ist der Computer (bzw. das Computerprogramm), der Dienste für seine Clients zur Verfügung stellt.

Administrator – User

Administrator: Der Administrator hat alle Rechte im Computernetzwerk. Er installiert neue Programme, meldet neue Geräte im Netzwerk an, registriert neue Benutzer, behebt Fehler und ist für den ordnungsgemäßen Betrieb des Netzwerks zuständig.

User: Alle, die das Computer-Netzwerksystem für ihre Zwecke nutzen werden als User bezeichnet. In vielen Netzwerken haben nur registrierte User Zugangsberechhtigungen.

Internet – Intranet

Internet: Die ganze Erde ist mit Verbindungen zur Datenkommunikation überzogen. Der Teil der Kommunikation, der öffentlich zugänglich ist und mit dem Protokoll http bzw. https Daten überträgt, wird als Internet bezeichnet.

Intranet: Ein Netzwerk innerhalb einer Firma, Schule, Behörde oder ähnlicher Einrichtung mit der selben Technologie wie das Internet nennt man ein Intranet.

Ethernet – Feldbus

Ethernet: Mit Ethernet (ETH) wird die Gesamtheit der technischen Teile (z.B. Kabel, Stecker, Verteiler), der elektrischen Standards (z.B. Spannungen, Pulsformen, Taktzeiten) und der logischen Festlegungen (z.B. Adressierung, Codierung, Paketaufbau) bezeichnet. Obwohl es noch andere Netzwerktypen gibt, trifft man fast ausschließlich Ethernet-Netzwerke an.

Feldbus: Im Labor, in der Produktion und der Prozessautomatisierung gibt es Anforderungen, die vom Ethernet (noch) nicht erfüllt werden (Geschwindigkeit, Echtzeit, Sicherheit). Spezialisierte Kommunikationssysteme für kleinere Bereiche heißen Feldbus (z.B. Profibus, Interbus S, DeviceNet).

Switch – Gateway – Router

Switch: Ein Switch ist ein intelligenter Schalter, der alle Adressen in seinem Bereich kennt und Datenpakete innerhalb eines Netzwerks an die richtige Adresse leitet.

Gateway: Verschiedene Netzwerke haben auch unterschiedliche Hardware, elektronische Signale, Codierungen und Datenpakete. Ein Gateway übersetzt in beide Richtunegn.

Router: Ein Router besitzt ähnliche Funktionen wie ein Gateway. Der Begriff wird in der Regel verwendet für das Gerät, das vom lokalen Netzwerk die Verbindung ins Internet herstellt.

Betriebssystem

Ein Betriebssystem umfasst alle Programme und Daten, die zum Betrieb eines Computersystems erforderlich sind.

WINDOWS wird vorwiegend für Einzelplatz-System verwendet, kann aber auch in einer speziellen Version für das komplette Netzwerksystem eingesetzt werden.

NOVEL Netware ist ein spezielles Betriebssystem zum Netzwerkbetrieb.

Linux ist ein frei erhältliches Betriebssystem, sowohl für Einzelplätze, Netzwerkbetrieb und eignet sich besonders als Server-Betriebssystem.

Protokoll

Ein Protokoll ist eine Vereinbarung (z.B. Adressierung, Paketaufbau, Codierung, Sicherung) über die Art und Weise der Datenübertragung über beliebige Medien (z.B Kabel, Lichtleiter, Funk, Infrarot).




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5. SchnittstellenEine Schnittstelle ist eine Übergabestelle für Informationen mit standardisierten Eigenschaften.Die Begriffe Schnittstelle und Interface sind gleichwertig. Eine Software-Schnittstelle beschreibt den Datenaustausch zwischen verschiedenen Programmen oder Programmteilen. Eine Hardware-Schnittstelle ist eine elektronische (oder optoelektronische) Schaltung zum standardisierten Datenaustauch zwischen Geräten oder Gerätekomponenten. Hier sollen nur Hardware-Schnittstellen betrachtet werden.Die Schnittstellen besitzen oft mehrere unterschiedliche Bezeichnungen.

Standardisierte Schnittstellen sind:

• Parallelschnittstelle (EPP, IEEE 1284, LPT)• Serielle Schnittstelle alt (V.24, RS 232)• Serielle Schnittstelle neu (RS 485)• MIDI-Schnittstelle (Musikinstrumente)• SCSI: Small Computer System Interface• PC-Card (PCMCIA)• IEC-Bus (IEC 625, IEEE-488, GPIB, HP-IB)• IrDA (Infrare Link)• Fire Wire (IEEE 1394, i.Link)• Ethernet (Netzwerk)• Bluetooth• Wi-Fi bzw. ZigBee (drahtlose Prozess-Vernetzung)

Bei einer genormte Schnittstelle sind meist folgende Eigenschaften festgelegt:

• Stecker-Bauform • Stiftbelegung • Verbindungskabel • elektrische Spannungen • Signaleigenschaften • Datenformat • Übertragungsprotokoll (gegebenenfalls Adressierung)

Schnittstellen unterscheiden sich in der Anzahl der anschliessbaren Geräte, der Übertragungsgeschwindigkeit, der Strörsicherheit, der überbrückbaren Entfernung und nicht zuletzt in den Kosten.

Eine Schnittstelle ist eine elektronische Baugruppe, die im Computer bzw. im Gerät eingebaut ist. Sie verhält sich dort wie ein eigenständiges Gerät und besitzt oft einen eigenen Prozessor, sowie ein eigenes Betriebsprogramm.

Adressen

Bei Schnittstellen, über die mehrere Geräte individuell angesprochen werden können, erhält jedes Ge-rät eine eigene Adresse in Form einer zugeordneten Zahl oder Zeichenkette.

Gerätenachrichten

Festgelegte Zeichenfolge zur Ausführung einer bestimmten Aktion im Gerät.

Statusinformation

Binär verschlüsselte (codierte) Information über den Zustand des Gerätes, die durch den Computer vom Gerät abgefragt werden kann.

Daten

Zahlenwerte und Zeichenfolgen mit definierter Bedeutung, die zwischen Computer und Gerät ausge-tauscht werden können.

Schnittstellenbefehle

Betrachtet man eine Schnittstelle als eigenständiges Gerät, dann gehört auch zu diesem Gerät ein Satz von Gerätefunktionen und Gerätenachrichten.



Handshakesignale

Informationen, die zur Organisation der Übertragung notwendig sind, wie z.B. "Betriebsbereitschaft", "Empfangsbereitschaft" oder "Gültigkeit der Daten". Beim Hardware-Handshake werden hierfür eigene Leitungen verwendet, beim Software-Handshake wird dies durch spezielle Zeichen über die Datenlei-tungen übertragen.

Serielle und parallele Übertragung

Bei serieller Übertragung werden Informationen der Reihe nach (seriell) über einen Datenkanal übertra-gen, bei paralleler Übertragung gleichzeitig über mehrere Kanäle. Über die Druckerschnittstelle z.B. werden die Daten Byte-seriel und Bit-parallel übertragen.

Duplex-Betrieb

Im Duplex-Betrieb kann jedes Gerät sowohl Senden als auch Empfangen. Im Halbduplex-Betrieb ist je-weils nur eine Richtung zugelassen, im Vollduplex-Betrieb sind beide Richtungen gleichzeitig möglich.

Isosynchrone und asynchrone Übertragung

Bei isosynchroner Übertragung wird die Information in einem festen Takt übertragen. Der Takt selbst wird entweder mit übertragen oder aus dem Datenstrom abgeleitet. Bei der asynchronen Übertragung lässt sich die Geschwindigkeit an die Möglichkeiten des Systems anpassen. Dann sind Handshakesignale zur Synchronisation erforderlich. Sind die Datenpakete aus Zeichen und diese aus einzelnen Bits aufgebaut, kann auf einer unteren Ebene isosynchron und auf höherer Ebene asynchron übertragen werden.

6. PeripheriegerätePeripheriegeräte werden über Schnittstellen an das Computersystem angeschlossen. Treiber-Programmesorgen dafür, dass die Befehle aus den Anwendungsprogrammen (Applikationen) in die zugehörigen Geräte-Nachrichten und entsprechende elektrische Signale umgesetzt werden und umgekehrt.

Standardperipherie

Die Standardperipherie umfasst alle Geräte, die im Heim- oder Bürobereich anzutreffen sind, wie

• Monitor

• Drucker

• Scanner (für Dokumente9

• Modem

• Kamera

• Musikinstrument

Prozessperipherie

Die Prozessperipherie umfasst alle Geräte, die für technische Prozesse im Labor, in der Produktion, in der Versorgung oder in der Überwachung eingesetzt sind, wie

• Waage

• Multimeter

• Scanner (Messstellenumschalter)

• Spektrometer

• Chromatograf

• Regler


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