1) Computer Grundlagen

Die beiden Begriffe IT und IKT sind Überbegriffe für verschiedene Bereiche aus der Welt der Computer und Kommunikation. Dazu gehören:

• Berechnung von Daten - (Bildbearbeitung, Tabellenkalkulation, Bankensysteme, Motorsteuerung von Autos,…)
• Speicherung von Daten
• Übermittlung von Daten (Internet, Telefonie, Fernsehen,..)

Die Durchdringung aller Lebensbereiche mit IT ist weit fortgeschritten: Smartphones, Online-Banking, Internet, bargeldlose Zahlung, Ticketkauf, Haussteuerung uvw. funktioniert nur, weil im Hintergrund eine IT-Infrastruktur besteht.

Daten sind einzelne Elemente, die aneinandergereiht eine Information repräsentieren.

Hardware sind alle Bestandteile eines Computer, die man angreifen kann. (Monitor, Drucker, Maus, Festplatte,..)

• Personal Computer (PC) werden von einzelnen Personen benutzt
• Desktop Computer sind Computer die auf einem Tisch stehen
• Notebook/Laptop ist ein tragbarer Computer
• Tablet ist ein tragbarer Computer ohne Tastatur und mit Touchscreen.
• Smartphone ist ein mobiles Telefon mit Zugang zum Internet. Darauf kann man auch Programme (Apps ⇒ Applikationen) installiert werden.

• Prozessor - CPU (Control Processing Unit) ist die Zentraleinheit eines Computers und führt alle Berechnungen durch.

• Arbeitsspeicher - RAM (Random Access Memory) dient zum kurzfristigen Speichern von Daten. Der RAM ist der Arbeitsspeicher (Hauptspeicher) eines Computers. Beim Start des Rechners werden Teile des Betriebssystem in den RAM kopiert. Startet man ein Programm/eine App so werden auch alle notwendigen Daten in den RAM kopiert.

Der RAM ist ein flüchtiger Speicher, d.h. wenn der Strom abgeschaltet wird, geht der Speicherinhalt verloren.

• Festplatte: Es gibt zwei Arten von Festplatten:
  • HDD (Hard Disk Drive) speichert die Daten mechanisch durch Magnetisierung.

• SSD (Solid State Disk) speichert die Daten ohne beweglichen Teile elektronisch und ist daher wesentlich schneller als eine HDD.

• Prozessorgeschwindigkeit (=CPU-Taktfrequenz) wird gemessen in GHz (Gigahertz). Aktuelle Taktfrequenzen sind bei ca. 3-4 GHz pro Kern.
• Anzahl der Prozessorkerne - je mehr Kerne ein Prozessor hat, desto mehr Aufgaben/Befehle kann er gleichzeitig erledigen. Es gibt Single-Core-Prozessoren, Dual-Core, Quad-Core, Octa-Core,…

• Arbeitsspeicher (RAM) - je größer der Arbeitsspeicher ist, desto weniger oft muss der Computer auf die wesentlich langsamere Festplatte zugreifen. Aktuelle PCs haben 8GB oder 16GB RAM. Bei speziellen Anforderungen wie z.B.: Videobearbeitung kann noch mehr RAM-Speicher notwendig sein.
• Anzahl der laufenden Programme - wird der Computer langsamer, kann durch Schließen von nicht benötigten Programmen Arbeitsspeicher freigegeben werden (Task-Manager).

• Festplatte oder SSD als Massenspeicher
• Optische Laufwerke - Blu-ray und DVD-Laufwerke
• Touchpad - zum Bewegen des Cursors bei Notebooks
• Touchscreen - Smartphones, Tablets und manche Notebooks, E-Book Reader, Navigationsgeräte, Fahrkartenautomaten, Geldausgabeautomaten in Banken haben einen berührungsempfindlichen Monitor, der mit Finger oder Stift bedient wird.

• Webcam und Mikrofon sind in vielen mobilen Geräten eingebaut.

• Maus, Tastatur, Monitor, Lautsprecher
• Externe Festplatten mit USB-Anschluss, USB-Sticks oder SD-Speicherkarten
• Drucker (Laser- und Tintenstrahldrucker)
• Scanner (Digitalisieren von Bildern, Texten,..)
• Dockingstation (Notebook Dockingstation versorgt das Gerät mit Strom, Netzwerk und Monitor)

• USB (Universal Serial Bus) - für den Anschluss einer Vielzahl von externen Geräten wie Maus, Tastatur, Drucker, Scanner, Festplatten, USB-Sticks, Kameras…
• HDMI (High Definition Multimedia Interface) - für die digitale Bild- und Ton-Übertragung. HDMI wird in der Unterhaltungselektronik zur Verbindung von TV-Geräten, Beamern und Monitoren zu Computern und anderen Geräten verwendet. HDMI beinhaltet auch einen Kopierschutz (DRM)
• VGA ist eine veraltete Schnittstelle für den Anschluss von Monitoren
• DisplayPort hat im Computerbereich VGA abgelöst
• Netzwerkanschluss für Zugang zum LAN bzw. Internet

Software nennt man alle Arten von Computerprogrammen. Man unterscheidet zwischen dem Betriebssystem und den Anwendungsprogrammen.

Ein Betriebssystem ist die Software, die die Verwendung eines Computers ermöglicht. Das Betriebssystem verwaltet den Zugriff auf die Hardware (Speicher, Ein- und Ausgabegeräte wie Tastatur, Maus, Bildschirm, etc.) und steuert die Ausführung von Programmen.

Bevor ein Anwendungsprogramm oder eine APP installiert werden kann, muss ein Betriebssystem vorhanden sein.

Bekannte Betriebssysteme sind z.B. Microsoft Windows, Linux, Android oder Apple iOS (für Smartphones) und MAC OS.

• Apps (Applikationen) sind Programme. Sie werden in App Stores zum Download bereitgestellt. Apps gab es anfangs nur für Smartphones und Tablets, jetzt auch für PCs mit dem Betriebssystem Windows.
• Textverarbeitung - Word bzw. LibreOffice Writer
• Tabellenkalkulation - Excel bzw. LibreOffice Calc
• Präsentation - PowerPoint, LibreOffice Impress oder Prezi
• Datenbanken - arbeiten mit großen Mengen an Daten, die in Tabellen eingegeben werden. zB.: MS Access, MySQL oder Oracle.
• E-Mailprogramme - Outlook, WindowsMail oder Thunderbird
• Webbrowser - Internet Explorer, Edge, Firefox, Google Chrome, Opera, Safari (Apple)
• Bildbearbeitungsprogramme - Photoshop, Gimp, Paint.Net
• Computerspiele

Software kann lokal auf dem Computer installiert sein (z.B. Installation Microsoft Office) oder online verfügbar sein (z.B. Microsoft Office 365, Videobearbeitung von YouTube, Google Drive, Onlineversion von Photoshop etc.) Bei einer Installation eines Programms oder einer App werden die Programmdateien auf das Gerät kopiert und zur Verwendung eingerichtet.

Wird ein Programm nicht mehr benötigt, kann man es deinstallieren. Bei der Deinstallation werden die Programmdateien gelöscht.

Kommerzielle Software kostet Geld. Bei der Installation muss die Software mit einem Registrierungscode freigeschaltet werden.

Bsp.: Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint,…) Windows 10, Adobe Photoshop,…

Die erlaubten Nutzungsmöglichkeiten eines gekauften Programms sind in der Benutzerlizenz bzw. Endbenutzerlizenzen (EULA: End User License Agreement) festgelegt.

Die Software Microsoft Office Home und Student 2016 darf nur auf einem PC installiert werden. Nur private Nutzung ist erlaubt.

Rechtmäßig erworbene (lizenzierte) Software erkennt man an der Produkt-ID und der Produktregistrierung für eine Person oder Firma.

Freewareprogramme können kostenlos genutzt werden

Diese Programme dürfen einen festgelegten Zeitraum kostenlos benutzt werden, anschließend wird der Benutzer aufgefordert, einen Kaufpreis zu bezahlen

Zeitlich oder funktionsmäßig eingeschränkte Version eines Programms zum Kennenlernen

Eine Veränderung der Software durch den Anwender ist nicht möglich bzw. nicht erlaubt, da der Quellcode (=Programmzeilen, Befehle die ausgeführt werden) nicht veröffentlicht wird.

Bsp.: Windows, Microsoft Office

OpenSource Software erlaubt den Benutzern die freie und kostenlose Weitergabe des Programms. Jeder darf den Quellcode (Programmcode) einsehen, ändern und das Programm weiter entwickeln. Bsp.: Linux, LibreOffice, Firefox, GIMP,…

Nach Einschalten startet der Computer das Betriebssystem (=Operating System). Diesen Vorgang nennt man auch Booten. Nach der Anmeldung (Eingabe von Benutzername & Passwort) kann man auf seine Daten und die Programme zugreifen.

Verlässt man den Computer, sollte man sich abmelden oder sperren. Bei einer Abmeldung kann sich ein anderer Benutzer mit seinen Anmeldedaten anmelden.

Benötigt man den PC für längere Zeit nicht mehr, so kann er heruntergefahren oder in einen stromsparenden Ruhemodus versetzt werden.

• Bit: ist die kleinste Maßeinheit für Informationen. Nur zwei Zustände sind möglich: 0 oder 1.
• Byte: 1 Byte = 8 Bits. Ein Buchstabe oder Ziffer benötigt mindestens ein Byte Speicherplatz.

• Kilobyte (KB) = 1.024 Byte (bedruckte Seite hat ca. 2000 Zeichen - ca. 2KB)
• Megabyte (MB) = 1.024 KB (Typische Fotos haben ca. 1-6 MB)
• Gigabyte (GB) = 1024 MB (Ein Film hat ca. 4-8 GB)
• Terabyte (TB) = 1024 GB (ca. 200 Stunden hochauflösende Kinofilme)

Oft wird der Einfachheit halber nicht mit den korrekten 1024 sondern mit dem 1000 umgerechnet!

• Festplatten - HDDs oder SSDs können im PC eingebaut sein oder als externe Geräte angeschlossen werden. Geräte haben Festplatten von 250GB bis zu mehrere TB
• CDs (Compaq Disc) - sind ein optisches Speichermedium für Musik und Daten aller Art. CD Rohlinge (leere beschreibbare CDs) können mit einem CD- bzw. DVD-Brenner beschrieben werden.
• DVDs (Digital Versatile Disc oder Digital Video Disc) - unterscheiden sich durch ihre höhere Speicherkapazität von CDs.
• BDs (Blu-ray Disc) werden für Videos mit großem Speicherbedarf (Full HD) verwendet.
• USB-Sticks und Speicherkarten (SD-Karten) - sind handliche Speichermedien. Sollten während eines Speichervorgangs nicht abgesteckt werden, da ansonsten Daten verloren gehen.
• NAS (Network Attached Storage) - sind im Netzwerk verfügbare Speichermedien. Ein NAS ist ein einfach zu verwaltender Dateiserver - vereinfacht gesagt - ein Gehäuse mit einer oder mehreren eingebauten Festplatten. Rechner mit Netzwerk können auf die dort gespeicherten Daten zugreifen und Programme gemeinsam nutzen.
• Online Datenspeicher - Clouds - wird von Anbietern im Internet bereitgestellt. Der Datenzugriff kann von überall über das Internet erfolgen. Dateien und Ordner können für andere Anwender zur Ansicht oder Bearbeitung freigegeben werden. (Bsp.: Dropbox, Google, OneDrive)

Meilensteine der Speichertechnik

Ein Netzwerk entsteht, wenn verschiedene Geräte wie Computer, Drucker und Server miteinander verbunden werden.

Ein wichtiger Vorteil ist die gemeinsame Nutzung der Ressourcen: Drucker, Speicherplatz und Zugang zum Internet können von allen Computern im Netzwerk genutzt werden.

Ein Computernetzwerk dient auch der internen Kommunikation in Firmen und Schulen.

Ein Netzwerk ermöglicht vielen Computern den Zugriff auf Daten. Durch die Anmeldung mit Benutzername und Passwort wird sichergestellt, dass nur berechtigte Benutzer auf die Daten zugreifen können.

Das WLAN ist ein drahtloses Netzwerk, bei dem mehrere Rechner (Laptops, Handys,…) durch ein Funknetzwerk miteinander verbunden sind.

Hot Spots sind öffentliche drahtlose Internetzugangspunkte. Diese sind meist in Bibliotheken, Flughäfen, Bahnhöfen, Gastronomie und Hotels installiert.

Die Daten werden verschlüsselt übertragen. Die Verschlüsselungsmethoden WPA bzw. WPA2 gelten momentan als sicher. Um ein gesichertes WLAN benutzen zu können, muss ein Passwort eingegeben werden.

Öffentliche Netzwerke sind meist offen - d.h. für alle ohne Passwort zugänglich und die Daten werden nicht verschlüsselt.

Das LAN (Local Area Network) ist ein Netzwerk innerhalb eines Bereiches (z.B. Schule oder Firma)

Das Intranet ist ein Netzwerk, das nur innerhalb einer Firma oder Organisation verfügbar ist und im Gegensatz zum Internet nicht öffentlich ist.

Ein VPN ermöglicht den verschlüsselten und sicheren Zugriff von außen auf ein internes Netzwerk, als wäre man selbst im Netzwerk. Damit erhält zum Beispiel ein Mitarbeiter auf Geschäftsreise Zugriff auf alle Daten seiner Firma als wäre er auf dem Arbeitsplatz im Büro.

Das Netzlaufwerk ist ein Ordner auf einem Server, der in einem Netzwerk freigegeben wurde. Von anderen PCs aus können auf Netzlaufwerken Dokumente gespeichert oder abgerufen werden. Netzlaufwerke sind ideale Speichermedien für die Zusammenarbeit von Nutzern.

Ist das größte Computernetzwerk. Es besteht aus vielen Netzwerken und verbindet Millionen von Computern. Die wichti gsten Dienste des Internets sind

Ist die elektronische Post.

Im WWW sind die Webseiten durch Verknüpfungen (Links) miteinander verbunden.

Unterhaltung (Chatt en) per Textnachricht in Echtzeit z.B. über Facebook oder WhatsApp.

Ist das Telefonieren über das Internet mithilfe von Programmen wie Skype oder Whatsapp.

Daten werden von einem Rechner ins Internet kopiert – z. B. ein Foto auf Facebook.

Aus dem Internet werden Daten auf den eigenen Rechner heruntergeladen – z.B. eine Musikdatei oder ein Programm.

Im Unterschied zu den üblichen Speicherangaben in Byte wird die Übertragungsgeschwindigkeit in Bits pro Sekunde angegeben:

• Bit/s (Bits pro Sekunde) = Anzahl der Bits die pro Sekunde übertragen werden
• Kbit/s (Kilobits pro Sekunde) = 1024 bit/s (ca. 1000 bit/s)
• Mbit/s (Megabits pro Sekunde) = 1 048 576 bit/s (ca. 1 Million bit/s)
• Gbit/s (Gigabits pro Sekunde) = ca. 1 Milliarde bit/s

Ein schneller Internetzugang (Breitbandanschluss) kann bis zu 300 Mbit/s erreichen. In einem lokalen Netzwerk kann die Datenrate über 1 Gbit/s liegen.

Beispiel: Kann der Downwload von 10 MB (Megabyte) unter einer Sekunde dauern? Anbindung an das Internet: 50 Mbit/s.

Lösung: 10 MByte sind 80 Mbit. Nachdem in einer Sekunde maximal 50Mbit heruntergeladen werden kann, wird der Download etwas mehr als eine Sekunde dauern.

Es gibt verschiedene Techniken, um einen Zugang zum Internet herzustellen:

Breitbandanschluss über vorhandenen Festnetzanschluss

UMTS/3G bis 42 Mbit/s, LTE/4G (neueste Technologie) bis 300 Mbit/s

Internetanschluss über TV-Kabel

Die Internetverbindung über Satellit funktioniert auch in abgelegenen Regionen.

Internet Service Provider (ISP) sind Firmen, die einen Zugang zum Internet gegen Bezahlung bereitstellen. ISPs sind z. B. Mobilfunkanbieter, Festnetztelefonanbieter und Kabel-TV Anbieter.

Oft werden Breitbandanschlüsse mit Flatrate (unbeschränktes Datenvolumen mit monatlichen Fixkosten) angeboten.

Wichtige Kriterien bei der Wahl eines ISP sind die Download- und Uploadgeschwindigkeit und der monatliche Pauschalpreis. Im Internet finden sich Internettarif-Rechner, die bei der Auswahl eines Providers behilflich sind.