Grundlagen

der

Datenverarbeitung

Grundlagen der DatenverarbeitungInhaltsverzeichnis1. Einführung......................................................................................................................................22. Die Geschichte des Computers......................................................................................................23. Einteilung der Computer................................................................................................................73.1. Supercomputer............................................................................................................................73.2. Großrechner.................................................................................................................................73.3. Workstations (Minicomputer).....................................................................................................83.4. Personalcomputer........................................................................................................................83.4.1. Personalcomputer im Überblick...............................................................................................83.4.1.1. Stationäre Systeme................................................................................................................93.4.1.2. Mobile (tragbare) Computer.................................................................................................94. Grundbegriffe...............................................................................................................................115. Hauptbestandteile des Computers (Hardware).............................................................................125.1. Eingabegeräte............................................................................................................................125.1.1. Die Tastatur............................................................................................................................135.1.2. Die PC-Maus .........................................................................................................................145.2. Verarbeitungsgeräte..................................................................................................................155.2.1. Bit und Byte...........................................................................................................................155.2.2. Die Zentraleinheit...................................................................................................................165.2.2.1. Der Mikroprozessor............................................................................................................165.2.2.2. ROM (Read Only Memory)................................................................................................165.2.2.3. RAM (Random Access Memory).......................................................................................165.2.2.4. Bus.......................................................................................................................................165.2.3. Externe Speicher....................................................................................................................175.2.3.1. Disketten.............................................................................................................................175.2.3.2. Festplatten...........................................................................................................................175.2.3.3. Optische Speicherplatten.....................................................................................................175.2.3.4. Magnetbänder......................................................................................................................185.3. Ausgabegeräte ..........................................................................................................................195.3.1. Der Monitor............................................................................................................................195.3.2. Der Drucker............................................................................................................................206. Programme (Software).................................................................................................................216.1. Systemprogramme.....................................................................................................................226.2. Anwendungsprogramme...........................................................................................................226.3. Bedienerführungen....................................................................................................................227. Systemstart von Personal Computern..........................................................................................237.1. Grundlagen der Konfiguration von PC-Systemen....................................................................238. Daten............................................................................................................................................248.1. Codierformen............................................................................................................................249. Dateien.........................................................................................................................................2510. Dateien und ihre Verwaltung auf externen Speichermedien......................................................26

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Grundlagen der Datenverarbeitung1. EinführungInnerhalb dieser Einheit – Grundlagen der Datenverarbeitung – sollst du, wie der Name es schon sagt, mit den Grundlagen vertraut gemacht werden. Dazu gehören die Hardware eines Computer-systems 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 dop-pelt erzähle bzw. schreibe, beschränke ich mich innerhalb dieser Datei auf die Dinge, die in den an-deren 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 durchar-beiten. (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 ComputersIm 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 In-ternet zu den Filmen einige Begleitinformationen (allerdings auf Englisch) erschienen, die auch in-teressant sind.Die vergleichsweise junge Geschichte des Computers, so wie wir ihn heute kennen, ist erst ein halb-es 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 Joh n Napi er 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 Gunt er einen Rechenschieber mit logarithmischer Skala.

Zwischen 1623 und 1640 erfanden Schi c k a r d und Pas c a l mechanische Rechenmaschinen für Addition und Subtraktion. Der große Philosoph und Mathematiker Pas c a l schrieb in seinem Werk „Pensées“ unter ande-rem auch schon über denkende, aber willenlose Maschinen.

1670 baute Leibniz die erste mechanische Rechenmaschine, die alle vier Grundrechenarten beherrschte. Sogar zum Ziehen der Quadrat-wurzel war sie fähig.

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Grundlagen der DatenverarbeitungDerselbe 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 Jac q u a r d ein Lochkarten-System zur Steuerung mechanischer Webstühle.

Der englische Mathematiker Charl e s Bab b a g e stellte 1822 das Kon-zept einer programmgesteuerten Rechenmaschine vor, die mecha-nisch 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 konn-te Teile davon realisieren. Bei der „Analytical Engine“ handelte es sich um einen über Lochkarten programmierbaren digitalen Rechenautoma-ten. Seine Lebensgefährtin, Ada Lov el a c e , Tochter des Lord Byron, entwickelte die Prinzipien der Programmierung und unterstützte ihn bei der Konstruktion seiner Maschine.

1887 ließ sich Her m a n n Hollerith , eine Zähl- und Sortiermaschine zur Auswertung von Lochkarten patentieren, die er für eine Volks-zählung 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) um-benannt.

Im Jahre 1940 ließ die britische Regierung Robinson, den ersten auf Relais aufbauenden Computer entwickeln, der jedoch nicht programmierbar war. Zu seinen Er-findern gehört auch Alan Turin g , der mit seinen theoretischen Überlegungen (dem Modell der Tu-ring-Maschine und dem Turing-Test, s. unten) erheblich zur Realisierung von Rechenanlagen bei-getragen hat.Die Turing-Maschine war ein 1936 aufgestelltes Denkmodell, das man sich als imaginären Cas-settenrecorder vorstellen kann, der aus drei Elementen besteht: dem Schreib-Lese-Kopf, dem Cas-settenband und einer Steuerungseinrichtung.Ebenfalls 1940 erfanden die Amerikaner Joh n Atan a 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 Konra d Zuse im Auftrag der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt in Berlin den ersten funktionsfähi-gen programmierbaren Digitalrechner Z3 fertig. Das entscheidende Merkmal der Ma-schine 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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Grundlagen der Datenverarbeitungden. Für eine Multiplikation, Division oder Quadratwurzelberechnung benötigte die Maschine 3 Se-kunden.1943/44 entwickelte How a r d Aiken im Auf-trag der IBM den ersten amerikanischen pro-grammierbaren Computer. Der Mark I wurde von vielen als der weltweit erste universell einsetzbare Rechner betrachtet, was jedoch eine Missachtung der deutschen und briti-schen Forschung darstellt. Er arbeitete mit Relais, und als Datenträger dienten Lochstrei-fen. 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 e r , 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 basie-render Datenverarbeitungsanlagen der 1. Generation: in den USA wurde von Eck ert und Mauchl e y an der Universität von Pennsylvania der erste Computer fer-tiggestellt, der vollständig mit Elektronenröhren ar-beitete. Er wurde ENIAC (Abk. f. Electronic Numeri-cal Integrator And Computer) genannt und war mit mehr als 18000 Elektronenröhren bestückt. Die Ma-schine 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 ver-drahtet 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 v o n Neu m a n n das Konzept der Von-Neumann-Maschine, nach der auch heute noch alle Computer arbeiten. Nach v o 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 Com-

putern, z.B. dem ENIAC, der Fall war), sondern wird, wie auch die Daten, im Ar-beitsspeicher abgelegt und von dort aus zur Verarbeitung aufgerufen.

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Erst 1952 wurde der bereits durch v o n Neu m a n n theoretisch beschriebene EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), das Nachfolgemodell des ENIAC, fertiggestellt. Kurz vor-her baute der Brite Mauric e Wilke s 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 ver-brauchten 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 ba-sierenden Datenverarbeitungsanlagen der 2. Generation. 1958 erfand Jack Kilby zeitgleich mit Rob e rt N. Noyc e bei Texas Instrument den ersten inte-grierten 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 Weiz e n b a u m das Computerprogramm ELIZA vor, das auf einem Computer einen Therapeuten simulierte, mit dem sich ein menschlicher Anwender „unterhalten“ konnte. Die-ses Programm wurde für den Turing-Test entwickelt, der ein Kriterium zur Beantwortung der Fra-ge darstellen sollte, ob Maschinen denken könnten.Ebenfalls 1969 wurden die ersten Versuche gestartet, das Rechen- und das Steuerwerk eines Com-puters auf einem einzigen Chip zu integrieren. Ein Mitarbeiter der Firma Intel, T e d Hoff, entwi-ckelte 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 Auftragsum-fang 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 Mikropro-zessoren war eingeläutet, und die Konstruktion von Computern der 4. Generation, die auf hochin-tegrierten 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 Öffentlich-keit 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 Job s und Stev e Wozni a k 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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Grundlagen der DatenverarbeitungApple trug in Verbindung mit VisiCalc ganz erheblich zur Verbreitung und Akzeptanz von Compu-tern 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 Vor-stellung der 80286-Prozessoren der Firma Intel (1982). Der Prozessor verfüg-te über 24 Adreßleitungen und konnte damit 16 MByte Arbeitsspeicher direkt adressieren. Er enthielt etwa 130000 Transistoren und läutete die 5. Generati-on 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) bil-dete, wurde der 80286 neben einem 286er-spezifischen Modus mit einem Betriebsmodus ausgestat-tet, 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 Betriebssys-tem-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 Benut-zeroberfläche ein.1984 erschien der erste AT (Advanced Technology) von IBM, ein PC, der mit einem 286er Prozes-sor, einer größeren Festplatte und einem Diskettenlaufwerk ausgestattet war.1985 präsentierte Intel den 80386-Prozessor, der über 32-Bit-Datenbusse und–Adreßleitungen ver-fügte.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 Adreßleitun-gen, so dass er 4 GByte Arbeitsspeicher direkt ansprechen kann.1996 stellte Intel erstmals einen Prozessor vor, der bei 16-Bit-Operationen langsamer, bei 32-Bit-Operationen jedoch wesentlich schneller rechnete als seine Vorgänger. Er wurde Pentium Pro ge-nannt und wird wohl endgültig die Ära des 16-Bit-DOS beenden.Die nächste Station in der Entwicklungsgeschichte der Computer und Mikroprozessoren erreicht In-tel 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 wer-den.Aufgaben:

1. Welche Bedeutung hatte Charl e s Bab b 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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Grundlagen der Datenverarbeitung

Commodore C64 Atari ST 520 Apple Lisa CRAY T 90

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Grundlagen der Datenverarbeitung3. Einteilung der ComputerAuch 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 und4. 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. SupercomputerDiese Computergattung wird hauptsächlich in Forschung und Lehre ein-gesetzt. 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 verges-sen ist natürlich das Interesse von Militär und Raumfahrt an diesen Super-computern. 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 Se-kunde 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. GroßrechnerDiese Gattung, auch Hosts oder Mainframes genannt, findet man in Rechenzentren oder Großbetrieben, über-all da, wo es auf hohe Rechenleistung und umfangrei-ches 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 Rech-ner jeder anfallenden Aufgabe (Job) sogenannte Zeit-scheiben zuteilt. Stehen also mehrere Jobs zur Verarbei-tung 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 Tasten-drucks 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 Verfü-gung zu stellen und den Benutzern lange Antwortzeiten zu ersparen, werden heute zunehmend Per-sonalcomputer oder Workstations an die Großrechner angeschlossen.Großrechner werden unter anderem von IBM, Siemens oder Unisys angeboten. Sie können auf rie-sige Speichermedien im Terabyte-Bereich zugreifen, haben eine hohe Rechenleistung (über 100 MIPS = Millionen Instruktionen pro Sekunde) und müssen in klimatisierten Räumen betrieben wer-den.

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Grundlagen der Datenverarbeitung3.3. Workstations (Minicomputer)Noch vor einigen Jahren hatten die Systeme der sog. mittleren Da-tentechnik 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 Ar-beitsplatzrechner, 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 Kon-struktionsbereich 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, Massen-speicher, 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. Personalcomputer3.4.1. Personalcomputer im Überblick

Unter einem Personalcomputer (PC) versteht man landläufig einen Computer, der selbständig Da-ten be- und verarbeiten kann. Er besteht aus einer eigenen Verarbeitungseinheit und externen Da-tenspeichern 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 ha-ben alle Computer auf jeden Fall gemeinsam: den Mikroprozessor, das „Hirn“ eines jeden Compu-ters. 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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Grundlagen der DatenverarbeitungDer PC-Benutzer verfügt heute direkt über die Rechnerkapazität seines Computers und kann aus ei-ner Unmenge mehr oder weniger preiswerter Standard-Software die beste Lösung für seine Bedürf-nisse auswählen.Personalcomputer setzt man z.B. für kommerzielle Aufgaben wie Lohn- und Gehaltsabrechnung, Kalkulation, Mahnwesen, aber auch in der Textverarbeitung, für die Auftragsabwicklung, im Kon-struktions- und Fertigungsbereich ein. Im privaten Bereich werden sie vor allem in der Textverar-beitung, Kalkulation, im Home-Banking (in Verbindung mit einem Modem) und zum Spielen ein-gesetzt.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 weni-ge 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 vor-zudrängen.

3.4.1.1. Stationäre SystemeDer „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 Schreib-tisch 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 Ergänzungstei-

le: z.B. Speicherchips, Steckkarten, Festplatten, Modems usw.• Sie lassen sich weitgehend den persönlichen Bedürfnissen und dem späteren Expan-

sionsdrang des Besitzers anpassen, ohne dass man den kompletten PC auf den Müll werfen muss (z.B. größerer Bildschirm, schnellere und größere Festplatte, schneller-er Prozessor, Anpassung an neue Standards).

3.4.1.2. Mobile (tragbare) ComputerDa 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 ge-dacht, 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 An-wender 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-Anzei-ge) 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 Unter-scheidung 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 äh-

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Grundlagen der Datenverarbeitungnelten 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 stehen-de Grundfläche musste auch die Tastatur schrumpfen, was häufig eine schwierigere und verkrampf-te Tastatureingabe bedingt. Außerdem wäre es etwas umständlich, neben dem Computer auch eine Maus mitzunehmen, die zur Bedienung des Notebooks notwendig ist. Findige Konstrukteure statte-ten 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 bezeich-net. 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 Perso-nal 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 Ver-zicht auf diese Eingabemedien ermöglicht eine neue Technik: die Eingabe von Daten und die Steue-rung 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 spe-zielles Betriebssystem und einem berührungsempfindlichen Bildschirm. Bei manchen PDAs kön-nen Texte auch mit normaler Handschrift eingegeben werden. Die handschriftlichen Zeichen kön-nen 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 ha-ben 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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Grundlagen der Datenverarbeitung4. GrundbegriffeJede EDV-Anwendung von Computersystemen lässt sich, genau wie in der manuellen Datenverar-beitung, grundsätzlich in drei Stufen: Eingabe Verarbeitung Ausgabe gliedern.

Die Anfangsbuchstaben dieser Verarbeitungsfolge bezeichnen das EVA-Prinzip.Computersystem ist der Oberbegriff für die beiden zentralen Vokabeln der EDV, nämlich: Hard-ware und Software.

Hardware sind alle elektronischen und mechanischen Bauteile aus hartem (physikalischem) Mate-rial. Das ist alles, was sicht- und anfassbar oder unsichtbar in Computer-Geräteeinheiten einge-baut bzw. zu Geräten zusammengefasst ist. Dazu gehören in der EDV auch Zubehörteile, also bei-spielsweise Verbindungskabel, Stecker sowie alle Datenträger (=Datenspeichermaterialien).Software ist der Oberbegriff für alle Programme und Daten, mit denen die Nutzung der sonst funk-tionsuntüchtigen Hardware erst möglich wird. Programme bestehen aus Folgen von Computerbe-fehlen, die im weitesten Sinne die Arbeitsanweisungen des Anwenders in die „Sprache“ der Ma-schine übersetzen, Verarbeitungsvorgänge steuern und Ergebnisdaten bereitstellen. Daten sind In-formationen, 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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Eingabe Verarbeitung Ausgabe

E V A

Grundlagen der Datenverarbeitung5. 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.

HardwareEingabe-Geräte Verarbeitungs-Geräte Ausgabe-GeräteTastaturMausJoystickScannerTrackballDigitizer

CPU, ZentraleinheitSpeicher (ROM, RAM)BUSLaufwerke (externe Speicher):Disketten, Festplatten,Magnetbänder (Streamer),optische Speicher (CD-ROM)

MonitorDruckerPlotterModemAkustikkoppler

Die skizzierten Gerätegruppen zur Eingabe und Ausgabe von Daten werden als Peripheriegeräte, kurz Peripherie - von „am Rande befindlich“ - bezeichnet. Diese sind gewöhnlich über Kabelver-bindungen 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. EingabegeräteDie Leiterin eines Supermarktes macht sich in der wöchentlichen Besprechung mit der Geschäfts-leitung 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 einge-geben werden. Das geschieht mit Hilfe von Dateneingabegeräten. Diese wandeln die vom Anwen-der bereitgestellten Informationen (=Datenerfassung) durch unterschiedliche Verfahren aus ihrem „Urzustand“, z.B. handschriftliche Notizen, in eine maschinenlesbare Form, d.h. in maschinell ver-wertbare 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 „Punkt-für-Punkt“-Abtastung von Texten, Skizzen oder Fotos.

Seite13

Grundlagen der DatenverarbeitungDaneben 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 Euro-schecks)

• Berührungsbildschirme (Touch-Screens; einfach zu bedienende Informationsstän-de)

• 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 Schreibma-schinentastatur. 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 Taschenrech-ners. Es umfasst neben den Ziffern von 0 bis 9 auch Tasten für normale Rechenvor-gänge.

3. Die Tasten zur Cursorsteuerung dienen vor allem der schnellen Ansteuerung von Eingabefeldern bzw. Bildschirmpunkten. Als Cursor wird eine blinkende Markie-rung auf dem Bildschirm bezeichnet, an der das nächste (über die Tastatur) einzuge-bende Zeichen erscheint. Notiere dir die Funktionen der einzelnen Cursortasten!

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Grundlagen der Datenverarbeitung4. Die Kommando- und Sondertasten umfassen im Vergleich zur Schreibmaschinen-

tastatur 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 Programm-funktionen, 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 Be-dienung 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 Geschwindigkeitsim-pulse 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 abgeho-ben und an anderer Stelle wieder abgesetzt, dann wird der Zeiger auf dem Bild-schirm 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 zu-nächst 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 Be-reichs gezogen und losgelassen.

Schau dir bitte auch die Datei Maus.pps an!Aufgaben:

1. Nenne jeweils zwei Einsatzbereiche für die genannten Eingabegeräte:a) Tastatur b) PC-Maus

2. Die PC-Maus gilt als der „elektronische Zeigefinger“ des Computeranwenders. Welchen Tasten der Tastatur könnte diese Umschreibung ebenfalls zugeordnet wer-den?

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Grundlagen der Datenverarbeitung3. Mit welchen Tasten würdest du folgende Aktionen erledigen bzw. die genannten

Zeichen schreiben?a) Absatzende setzen b) Eingabe bestätigen c) Paragraphenzeichend) Leerzeichen e) D f) Cursorsprungg) ASCII-Sonderzeichen h) Zeichen einfügen i) Zeichen löschenj) Vorgang abbrechen

4. Nenne einige typische Tätigkeiten, die während der Arbeit mit der PC-Maus erle-digt werden!

5.2. Verarbeitungsgeräte

Unter Verarbeitung versteht man alle von der Hardware und Software organisierten Rechenvor-gänge eines Computersystems zur Umwandlung, zum Transport und zur Speicherung von Daten.

Ein Sachbearbeiter im Personalbüro eines Industriebetriebes gibt die Adressdaten aller neu einge-stellten 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 üblicher-weise 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 Compu-terprogramm übergebenen Befehle und führt diese aus. Im Zusammenwirken mit ge-eigneter 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 Spei-cher können hingegen riesige Datenmengen über große Zeiträume wiederaufrufbar und änderbar konservieren. Das sind z.B. Disketten(laufwerke), Festplatten(lauf-werke), 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 Schaltzu-ständen. 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 Pro-grammbefehl, 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:

Seite16

Grundlagen der Datenverarbeitung5.2.2. 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 Spei-cher, die - ähnlich wie beim Menschen - unterschiedliche Funktionen erfüllen, nämlich als Lang-zeitgedächtnis das ROM (read only memory) und als Kurzzeitgedächtnis das RAM (random ac-cess memory).

Als „Sinnesorgane“ für den Datenaustausch sind in die Zentraleinheit noch spezielle Eingabe-/Aus-gabebausteine (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 MikroprozessorDer Mikroprozessor ist die Hauptkomponente eines jeden Computers. Dieser or-ganisiert den gesamten Datenverkehr, er steuert, überwacht und hält auch die be-nötigten Programme und Daten bereit.

In PCs wurden immer wieder neue Mikroprozessortypen eingesetzt. Die jeweili-ge neue Generation von Prozessoren war meist leistungsfähiger, schneller und hatte viel mehr Mög-lichkeiten. 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 pro-grammiert. Solche Programmbausteine können danach nur noch gelesen, nicht aber mehr über-schrieben 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 Informatio-nen beliebig oft überschrieben, gelesen oder auch gelöscht werden.

5.2.2.4. BusDas 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.

Seite17

Grundlagen der Datenverarbeitung5.2.3. Externe Speicher

Externe Speicher sind an die Zentraleinheit angeschlossene Geräteeinheiten, welche große Daten-mengen dauerhaft und wiederabrufbar auf zumeist magnetischen oder optischen Datenträgern speichern können.

Um zu verhindern, dass beim Ausschalten des Computers oder beim Verlassen des Anwendungs-programms die im RAM gespeicherten Daten verloren gehen, müssen diese auf sog. externen Spei-chern 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. DiskettenDisketten sind mobile Datenträger. Durch spezielle magnetische Aufzeichnungs-verfahren 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 Diskettenar-ten ist ähnlich. Die kleineren 3 ½''-Disketten haben ein stabileres Plastikgehäuse und eine robustere Antriebsmechanik als die 5 ¼''-Disketten, was letztlich zu hö-herer 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 spei-chern 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. FestplattenDie 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 ei-nem 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 übereinan-der 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 SpeicherplattenDiese Speichermedien sind mit der Musik-CD zu vergleichen, weil die auf ihr gespeicherten Daten mit Laserlicht abgetastet werden. Die durch Laser-strahlen mögliche Präzision erlaubt auf kleinsten Plattenflächen Speicherka-pazitäten 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 rela-tiv sicherer Speicher, der zunächst bis heute allerdings nur eine langsamere Zugriffsgeschwindigkeit

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Grundlagen der Datenverarbeitunghat und immer noch niedrigere Datenübertragungsraten als die Festplatte. Durch die mittlerweile er-schwinglichen CD-Brenner und DVD-Brenner sind optische Speicherplatten fast überall als Spei-chermedium in Anwendung.5.2.3.4. MagnetbänderFür 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 las-sen 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 kom-merziellen Bereich.)5.2.3.5. USB-SticksSeit einigen Jahren sind kleine USB-Sticks üblich. Du kennst sie auch als MP3-Player. 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. Fertige zu folgendem Text eine aussagekräftige Skizze an:„Für den PC-Anwender ist die Zentraleinheit eines Computersystems eine 'Black-box' 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 Verarbei-tungsvorgängen (Zwischenspeicherung usw.) die vom Anwender gewünschten Er-gebnisse an Ausgabegeräte.“

2. Wie viele Schaltzustände lassen sich mit einer normalen Verkehrsampel darstellen? Wie viele und welche davon werden zur „Kommunikation“ zwischen Maschine und Mensch genutzt?

3. Welche Folgen hatte der technische Fortschritt, der durch die folgende Aussage be-schrieben wird: „Mikroprozessoren, die wichtigsten Bausteine der Elektronik, sind so winzig, dass sich heute auf der Größe eines Fingernagels Schaltungen unterbrin-gen lassen, die vor 30 bis 40 Jahren noch ganze Hallen und Säle gefüllt haben!“

4. Erkunde anhand eines Lexikons oder in einem Uhrengeschäft den wesentlichen Un-terschied zwischen Analog- und Digitaluhr! Woher kommt der Begriff „digital“?

5. Besorge dir ein Prospekt von einem Komplett-System. Beschreibe mindestens 5 der dort genannten Begriffe ausführlich!

6. Welche Vorteile haben Festplatten-Laufwerke gegenüber Disketten-Laufwerken?7. Erläutere, welche Leistungsfaktoren der Festplatte mit der folgenden Aussage ange-

sprochen sind: „Entscheidend ist, wie lange es dauert, bis die von der Festplatte zu ladenden Daten im RAM zur Verfügung stehen!“

8. Welche externen Speicher kennst du?

5.3. Ausgabegeräte Ausgabegeräte sind alle Systemeinheiten, die Ausgabedaten für Menschen in lesbarer und ver-ständlicher Form darstellen können und/oder über spezielle Datenkanäle und Schnittstellen in den Speicher-/Verarbeitungsbereich anderer Systeme übertragen.

Seite19

Grundlagen der DatenverarbeitungAusgabegeräte machen die vom Computer errechneten Daten für Anwender verfügbar. Die Ausga-bedaten sollen exakt, schnell und möglichst wirkungsvoll vorliegen. Dieser hohe Informationsan-spruch wird von den heutigen Ausgabegeräten auch in PC-Konfigurationen erfüllt.

Man teilt die Ausgabegeräte in drei Kategorien ein:

1. die flüchtige Ausgabe von Informationen2. die dauernde (permanente) Ausgabe auf Datenträger und3. die datenübertragende Ausgabe an andere Systeme.

Eine flüchtige Datenausgabe liegt vor, wenn die Informationen nur eine begrenzte Zeit als Ausga-be- 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 größe-ren Personenkreis zugänglich gemacht werden (=Datenpräsentation), dann werden häufig LC-Da-tendisplays 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 Ver-arbeitungssysteme, spricht man von Datenfernübertragung (DFÜ). Wird zur Überbrückung räum-licher Distanzen das Telefonnetz benutzt, dann müssen die digitalen Ausgabeinformationen in ana-loge 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 Flüssigkristall-Anzeigen.

• Kathodenstrahlröhren sind vergleichbar mit den Bildröhren von Fernsehgeräten

• Flüssigkristall-Anzeigen sind mit der Anzeige bei Digitaluhren vergleichbar und werden meist bei tragbaren Computern einge-setzt (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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Grundlagen der Datenverarbeitung• 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 Kom-men 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 ge-schlagen, wodurch Punktabdrücke auf dem Papier erzeugt werden.

2. Thermodrucker: Die Thermodruckköpfe arbeiten mit winzigen Heizelementen, die die Rasterpunkte auf temperaturempfindliches Thermopapier brennen. Das Spezial-papier färbt sich bei der Erwärmung durch eine chemische Reaktion schwarz. Sol-ches 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 ge-nannt - arbeiten ähnlich wie Fotokopierer. Die Zeichen werden aus einzelnen Punkten elektrofotografisch auf einer Drucktrommel aufgebaut, die jedoch aufgrund der Verwendung von Laserstrahlen und feinstkörnigem To-nerpulver eine nochmals gesteigerte Genauigkeit zulas-sen. Weil die Seite im Druckerspeicher komplett aufge-baut 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 maxi-male Auflösung von 1024 x 768 Pixel“?

2. Welche Aufgaben erfüllen Modems bei der DFÜ? Informiere dich auch über mögli-che Einsatzgebiete durch Computerzeitschriften oder im örtlichen Computergeschäft bzw. bei der Telekom!

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Grundlagen der Datenverarbeitung3. Stelle die Vor- und Nachteile der jeweiligen Druckerarten in einer Tabelle gegen-

über!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 Computer-befehlen, 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 vorhan-dene 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 Be-dienungserläuterungen, 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:

Computerprogrammezur Hardwaresteuerung zur Erstellung von Programmen

und zur Bedienungserleichterungzur DV-Problemlösung

Systemprogramme Programmiersprachenund Anwendungstools

Anwendungsprogramme

BetriebssystemeDienst- und HilfsprogrammeTreiber usw.

Übersetzungsprogramme (Compiler,Interpreter)Sprachen (maschinen- und problem-orientiert)Bedieneroberflächen (text- und grafikorientiert)

Standardsoftware:Textverarbeitung, Datenbank, Tabellenkalkulation,Grafik, DTP u. v. a.

Seite22

Grundlagen der Datenverarbeitung6.1. Systemprogramme

Systemprogramme ermöglichen und erleichtern die Nutzung von Computern und deren Periphe-rie, 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 Pro-gramme 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 die-se Steuerprogramme in den Hauptspeicher der Zentraleinheit geladen werden. Nach dem Einschal-ten 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 Compu-tereinheiten. 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, kon-figurieren, 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 Aufga-ben innerhalb des Systems wahrgenommen werden. Treiberprogramme bewirken die Systemein-bindung und Anpassung von z.B. Tastatur, Monitor, Drucker oder PC-Maus.

Eine weitere Gruppe der Hilfsprogramme sind Tools bzw. Utilities. Dies sind entweder kleine Pro-gramme mit weiteren Systemfunktionen, die zum jeweiligen Betriebssystem dazugehören und die-ses 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 (be-ruflicher) 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 Betriebssystemerweiterun-gen, die Anwendern durch textliche und/oder grafische Gestaltungselemente auf dem Bildschirm die Nutzung von Computersystemen erleichtern sollen.

Die sogenannten Benutzeroberflächen erleichtern durch anwendungsfreundliche Bildschirmhin-weise den Kontakt und Informationsaustausch mit dem Rechner erheblich. Es werden vorgegebene Auswahltexte oder grafische Symbole auf dem Bildschirm angezeigt, die dann nur noch durch ein-fache Tasten- oder Mausbetätigungen aufzurufen sind. Besonders bei der Datei- und Festplattenver-waltung 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 Bediener-führung automatisch eingebaut. Siehe weitere Ausführungen also unter dem Lehrgang „Einfüh-rung in Windows".

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Grundlagen der Datenverarbeitung7. Systemstart von Personal ComputernUnter Systemstart bzw. „Booten“ eines Computers wird die Hardware-Aktivierung durch das La-den 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 ROM-Baustein 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-Sys-tems 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-Funktionen2. MSDOS.SYS Systemsteuerung und -kontrolle3. COMMAND.COM Kommandoprozessor

Diese Dateien bleiben nach dem Start im Speicher geladen; schließlich organisieren sie die Kom-munikation des Anwenders mit dem Computer. Lade- und Systembefehle sowie Konfigurationspa-rameter, die bei jedem Programmstart die Hardware- und Softwareausstattung zusammenfügen, sind in speziellen Dateien gespeichert, die beim Booten automatisch geladen werden. Diese System-dateien lassen sich vom Anwender einsehen und editieren, um die eigene PC-Anlage zu installieren, zu konfigurieren und zu optimieren:

1. CONFIG.SYS Konfigurations- bzw. Anpassungsdatei2. 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 aufeinan-der abzustimmen.

Zur Installation der Hardware gehören alle Maßnahmen zur Zusammenstellung der Systemkonfi-guration. Bei der Installation der Software werden gewöhnlich alle Programmdateien von den Dis-ketten 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.

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Grundlagen der DatenverarbeitungAufgaben:

1. Beschreibe die Startprozedur eines PC in Kurzform! Verwende dabei folgende Be-griffe 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. DatenDaten sind alle in einer für Mensch und/oder Maschine erkennbaren Weise durch Zeichen oder physikalische Werte dargestellte Informationen aufgrund bekannter oder unterstellter Abmachun-gen.

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 Sonderzei-chen über die entsprechenden Tasten einzugeben. Die Elektronik wandelt jeden Tastendruck in de-finierte 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 Zei-chen elektronische Codierungen festlegt. Für Windows-Programme wird allerdings der ANSI-Code (American National Standards Institute) benutzt:

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9. Dateien

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Grundlagen der DatenverarbeitungDateien (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 identifizie-ren oder erneut laden zu können, bietet das Betriebssystem folgende hierarchisch gegliederte Identi-fizierungsmerkmale an, die jede Datei eindeutig beschreiben: Laufwerk, Verzeichnis, Unterver-zeichnis, Dateiname, Namenserweiterung:

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 Sonderzei-chen und bis zu 255 Zeichen Länge vergeben werden. Wegen der Kompatibilität zu anderen Syste-men halten sich aber trotzdem noch viele Leute an die obige Konvention.

Die Namenserweiterung (engl. extension) besteht aus maximal 3 Zeichen und wird von dem Da-teinamen 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 Hard-

warekomponenten enthalten• .BAK Dateien, die von manchen Programmen beim Überschreiben einer vor-

handenen Datei als Sicherungsdatei angelegt werden.

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A:\

Privat

Hobbies

Schule

Info

Übung.txt

Compi.pcx

Grundlagen der Datenverarbeitung

.$$$ Temporärdatei .DTF Datenbankdatei .SIK Sicherungskopie

.BAK Sicherungsdatei .DWG Vektorgrafik .SYS DOS-Systemdatei

.BAS BASIC-Programm .EPS Postscript-Datei .TIF Pixel-Scannerdatei

.BAT Batchdatei .GIF Pixelgrafik .TMP Temporärdatei

.BIN Binärdatei .HLP Hilfetextdatei .TXT Textdatei

.BMP Bitmap-Grafik .IDX Indexdatei .WKS Works-Tabelle

.CGM Vektorgrafik .PAS Pascal-Programm .WMF Vektorgrafik

.COB COBOL-Programm .PCX Pixelgrafik .WPS Works-Textdatei

.DBF Datenbankdatei .PIF Konfigurationsdatei .XLC Geschäftsgrafik

.DOC Textdokument .PLT Plotterdatei .XLS Excel-Tabelle

Das Dateiformat bestimmt, welche Bereiche der Datei welchem Zweck dienen und in welcher Rei-henfolge 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 glei-cher Erweiterung müssen nicht dem gleichen Format entsprechen. Dies führt zwangsläufig dann zu Problemen, wenn die Dateien zwischen verschiedenen Programmen oder Rechnersystemen ausge-tauscht werden sollen. Manchmal helfen hier Konvertierungsprogramme weiter, die die Ur-sprungsdatei in andere Dateiformate umwandeln können.

Aufgaben:

1. Warum kann „1997“ ein numerisches oder ein alphanumerisches Datum sein?2. Was für ein Datenträger ist der ausgefüllte Lottoschein?3. Welche Vorteile haben Scannerkassen? Woran erkennt man Programmdateien?4. 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 SpeichermedienDamit 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 Speicherkapa-zität ergeben.Festplatten bestehen in der Regel aus mehreren harten Scheiben (des-halb auch „HDD“) im Gegensatz zur flexiblen Diskette, der Floppy-Disc. 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 Zylin-der 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

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Grundlagen der DatenverarbeitungUmdrehungen pro Minute) unter dem Lesekopf. Jede gespeicherte Information kann genau lokali-siert werden durch die Positionierung des Lesekopfes auf der entsprechenden Spur und einer maxi-malen 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 kön-nen; 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 Sek-toren beginnen immer mit einer bestimmten gespeicherten Adresseninformation, dem sog. „ID-Header“, gefolgt von 4096 Bytes, die wiederum in Blöcken von 512 Bytes unterteilt sind. Der Hea-der 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 je-den einzelnen Sektor eindeutig identifizieren zu können, wenn dieser gelesen oder beschrieben wer-den soll. Es ist wichtig zu wissen, dass der Controller einen Sektor immer durch das Abfragen („Le-sen“) 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 einge-teilt. Außerdem wird die Datenträgeroberfläche beim Formatieren auf schadhafte Stellen (fehlerhaf-te 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 ent-weder 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 Dienst-programms „fdisk“.

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